射流轴向速度wm与射流初始速度w0的比值 降低到某一不为零的数值（如0.05）时的截 面与喷口间的距离

卷吸能力
射流抗偏转的能力
刚性
旋流射流
旋流射流的型式

根据气流的旋流强度的大小，旋流式燃烧器形成 的火焰形状可能有三种：封闭式火焰、开放式火 焰、飞边火焰。
旋流煤粉燃烧器的型式

PM燃烧器
直流燃烧器的布置方式
切向燃烧方式
U型火焰燃烧 W型火焰燃烧
切向燃烧方式
特性
旋流射流
旋流燃烧器 出口气流是一股绕燃烧器轴线旋转
的旋转射流，煤粉气流着火热量，来源于旋转射流
内、外边界同时卷吸炉内高温烟气的热量。卷吸量
较大但射程短，适用于挥发份较高的煤种。
旋流射流的特性

射程
k 化学反应速度 T （ 1000℃） k ks ks 扩散速度
kz k即r kC0
温度↑、燃料性质
扩散燃烧区

燃烧反应速度只决定于氧的扩散速度，即扩散 到反应表面氧远不能满足化学反应的需要，这 个反应温度区称为扩散燃烧区。
瞬时化学反应速度可表示为 dc A ＝－ dc B ＝ dc G dCH A＝－ B G H dt dt dt dt
影响化学反应速度的因素
浓度 温度
压力
催化反应
氧的扩散速度

炭粒与氧的燃烧化学反应是在炭粒表面进行 的。由于化学反应消耗氧，炭粒反应表面氧 浓度CB小于周围介质中的氧浓度CO，周围环 境的氧不断向炭粒表面扩散。氧扩散过程的 快慢用氧的扩散速度表示。
催化反应的影响
催化剂可影响化学反应速度，但化 学反应却不能影响反应进行的程度。催 化剂可以改变反应物的活化能。
锅炉实际生产过程要考虑成本和效 益的平衡，一般不以投用催化剂作为加 速反应的手段。
动力燃烧区

燃烧反应速度决定于化学反应动力因素，而 氧的扩散过程对燃烧反应速度影响很小，这 个反应温度区称为动力燃烧区
第五章
煤粉燃烧理论基础及 燃烧设备
本章内容
燃烧的基本理论
煤粉气流的着火和燃烧
煤粉燃烧器及其炉内布置型式 煤粉炉点火设备 燃烧调整试验方法
本章重点与难点

炭粒的燃烧过程与影响因素 燃烧的三个区域 着火和熄火的热力条件 煤粉气流着火的影响因素 燃烧完全的条件
直流射流的特性、直流燃烧器的种类、特点、布 置方式 旋流射流的特性、旋流燃烧器的种类与特点、布 置方式

第一节
燃烧的基本理论
燃烧的分类

单相燃烧（均相燃烧）
燃料与氧化剂同相
2CO＋O 2＝2CO 2

多相燃烧（异相燃烧）
燃料与氧化剂 不同相
C＋O 2＝CO 2
化学反应速度

定义： 单位时间内反应物浓度的减少或生成物 3 mol m 浓度的增加，单位 s 对于反应 aA＋bB＝gG＋hH
第四节
煤粉炉点火设备
点火装置的作用及分类


作用 机组启动时点燃主燃烧器的煤粉气流 低负荷运行时稳定着火和燃烧 分类 三级点火装置（电火花点火器） 二级点火装置（电弧点火器、高能点 火器）
高能点火器
蒸汽雾化油喷嘴
第五节
燃烧调整试验方法
燃烧调整试验的目的
在以下情况下： 新投产或大修后的锅炉 燃料种类、燃烧设备、炉膛结构改变

着火和熄火的热力条件
煤粉气流燃烧时的放热量Q1为
Q1 k0e

E RT
C VQr
n o2
向周围介质的散热量Q2为
Q2 S T Tb
?
着火和熄火的热力条件
着火热

定义 将煤粉气流加热到着火温度所需要的热量 计算
一次风 煤粉 水分
g 100 M ar Qzh V1ck cr Mcq t zh t1 100 M ar M 4.19 100 t1 2510 cq t zh 100 100
dC B B＝－ ＝kC b B dt
温度的影响

阿累尼乌斯定律
k＝k 0 e
E － RT
E － RT
dC B B＝－ ＝k 0 C b Be dt
E－活化能 T－反应温度
T＝const，E越大，产生的有效碰撞 越少，反应速度愈慢 E＝const，T越大，活化分子数目急 剧增加，反应速度快
燃烧器的分类

直流燃烧器 旋流燃烧器
直流射流
直流射流的特性

射程
射流轴向速度wm与射流初始速度w0的比值降低到 某一不为零的数值（如0.05）时的截面与喷口间的 距离

卷吸能力
刚性
射流抗偏转的能力


扩展角θ
直流煤粉燃烧器的型式


均等配风 适用于燃用高挥发分煤种，常称为烟 煤、褐煤型配风方式。 分级配风 适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤， 常称为无烟煤和贫煤配风方式。
一次风 携带煤粉送入燃烧器的空气。主要 作用是输送煤粉和满足燃烧初期对氧气的需 要，用于挥发分的燃烧 二次风 着火后单独送入的空气，补充后期 燃烧所需空气，用于焦炭燃烧，并起到气流 的扰动和混合的作用 三次风 对中间储仓式热风送粉系统，为充 分利用细粉分离器排出的含有10%～15%细粉 的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧
ks＝ ks C 0－C B
ks Co CB
扩散速度系数
D o2 ks Nu ks d
d Nu Re 相对速度
炭粒多相燃烧反应阶段



ks 慢 氧气扩散到炭粒反应表面 氧气被炭粒表面吸附 在炭粒表面进行燃烧化学反应 B 慢 燃烧产物由炭粒解吸附 燃烧产物离开炭粒表面扩散到周围环境中
燃烧效率
100 q 3＋q 4
第三节
煤粉燃烧器 及其炉内布置型式
燃烧器的作用
将携带煤粉的一次风和助燃的二次 风送入炉膛，并组织一定的气流结构， 使煤粉迅速稳定的着火；及时供应空气， 使燃料和空气充分混合，达到煤粉在炉 内迅速完全燃烧。
燃烧器的要求
组织良好的空气动力场，及时着火，保 证燃烧的稳定性和经济性。 有较好的燃料适应性和负荷调节范围。 能减少NOx生成，减少对环境的污染。 运行可靠，不易烧坏和磨损 易于自动控制
炭粒的燃烧速度

定义： 炭粒单位表面上的实际反应速度。
当燃烧过程稳定时
B＝ks＝r
r＝
1 1 ks k 1
B＝kC ＝kC B
b B
ks＝ ks C 0－C B
C 0＝k z C 0
燃烧区域
0.5 T 随温度变化缓慢 ks r E RT k e 受温度影响大
直流燃烧器均等配风
一、二次风喷口相间布置，即在二个一 次风喷口之间均等布置一个或二个二次风喷 口，各二次风喷口的风量分配较均匀。 一、 二次风口间距较小，有利于一、二次风的较 早混合，使一次风煤粉气流着火后能迅速获 得足够的空气，利于挥发份高的烟煤、褐煤 燃烧
直流燃烧器均等配风
二次风
一次风
二次风
上、下二次风 周界风 夹心风
十字风
三次风
位于燃烧器上方 具有一定的下倾角（7°～15°） 风速：50
～60m/s
改进的直流燃烧器
宽调节比燃烧器（WR燃烧器） PM燃烧器
原理：煤粉稳燃技术 低NOx燃烧技术
宽调节比（WR）燃烧器
煤粉气流通过管道弯头时，受离心力作用分成浓淡两股 煤粉喷嘴出口处的波纹扩流锥，可在喷嘴出口形成一个 稳定的回流区 一次风喷嘴设有周界风，可避免一次风喷口烧坏；
k 化学反应速度 T （ 1400℃） k ks 扩散速度
ks
kz ks即r ks Co
通过试验来确定
确定最合理、最经济的安全运行方式和
参数控制要求
冷态空气动力场试验



一次风调平 二次风挡板调节，确定风速、风量 四角：飘带法确定切圆位置、大小 旋流：调整旋流强度改变射流形式
性能试验（热态试验）

负荷特性试验（最大负荷、最低稳燃负荷、经 济负荷） 风量分配试验（结合冷动场试验） 热效率试验 磨最大出力/单耗 一次风调平（考虑运行后煤粉管道与之前冷动 场的不同） 单个设备的试验（空预器漏风、分离器效率）
单蜗壳旋流煤粉燃烧器 双蜗壳旋流煤粉燃烧器 轴向叶片型旋流煤粉燃烧器 切向叶片式旋流煤粉燃烧器 双调风低NOx煤粉燃烧器
旋流燃烧器的布置方式
北仑电厂1#600MW机组 制粉燃烧系统（控制循环）

制粉系统：正压直吹式制粉系统配6台碗式 中速磨，5台可带MCR负荷，一台备用。6 台磨共24根煤粉管道在磨煤机上引出分6层 布置成水平走向引至炉膛四角
燃烧系统：四角切圆燃烧，摆动式燃烧器， 每角6只煤粉喷口，6只二次风喷口


北仑电厂2#600MW机组 制粉燃烧系统（自然循环）


制粉系统：正压直吹式制粉系统配6台HP983碗式中速磨，5台可带MCR负荷，一台 备用。 燃烧系统：旋流燃烧器前、后墙对冲布置， 36只双调节旋流燃烧器以前、后墙各布置3 层，每层6个燃烧器，同墙面、同标高的6个 燃烧器共用1个二次风室，也通过6根煤粉管 道与同一台磨煤机连接，即同层燃烧器与 同一个煤粉子系统相对应。
煤粉炉
粗粉高温区—扩散区
温度↑、燃料性质 扰动↑、炭粒直径↓
层燃炉
扩散区
扰动↑ 炭粒直径↓
强制通风
第二节