四角切圆煤粉锅炉燃烧器设计方法-.doc

四角切圆煤粉锅炉燃烧器设计方法-25-四角切圆煤粉锅炉燃烧器设计方法一、前言燃烧器是锅炉机组的重要组成部分，是合理组织燃烧、提高燃料利用率所必须的装置。燃烧器性能设计的优劣直接关系到电厂运行的安全性和经济性。因在锅炉燃烧过程中产生的氮氧化物（NOx）对人体健康有害，严重污染环境，故燃烧设备的设计应同时考虑如何减少NOx的排放，满足业主及国家环保标准的要求。二、煤的认识在我国,电站锅炉用燃料主要是煤,但煤的种类繁多,从高水分褐煤、高灰份劣质烟煤、烟煤到低挥发份的贫煤和极低挥发份的无烟煤都有使用。所以在进行燃烧器设计之前，首先要对锅炉燃用煤种进行分析，同时尽可能了解燃用相同或类似煤种锅炉的运行情况，从而对燃用煤种的特性有一个比较全面的认识。1、煤的化学成份及其性质煤由可燃质、灰份(A)及水份(M)组成。其可燃质中主要化学元素为碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）；灰的主要成份为各种矿物质，如SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、TiO2等。碳（C）碳是煤中的主要可燃物质，以各种碳氢化合物和碳氧化合物的状态存在，含量在煤种所占比例约为50～90％。埋藏年代越久的煤，其碳化程度越深，含碳量也越高，而氢、氧、氮等的含量则减少。如无烟煤的埋藏年代最久，含碳量可达90％以上；而褐煤的埋藏年代最短，含碳量为50～70％。通常，含碳量愈多，发热量愈高。碳在完全燃烧时生成二氧化碳（CO2），每千克纯碳可放出32860KJ的热量；碳在不完全燃烧时生成二氧化碳（CO），每千克纯碳仅放出9270KJ的热量。由于纯碳的着火与燃烬都较困难，因此，含碳量高的煤难以着火、燃烬。氢（H）氢也是煤中的可燃成份，含量约在2～10%范围内，多以碳氢化合物状态存在，水份中的氢不计入氢的含量。氢的发热量最高，每千克氢完全燃烧可以放出120370KJ的热量，约为碳发热量的3.7倍。氢存在于挥发份气体中，碳化程度越深，氢的含量越少，煤也愈难着火燃烧。另外，含氢量高的煤在储存时易于风化，含氢量将逐渐减少。氧（O）和氮（N）氧和氮都是煤中的不可燃元素，列入可燃质是不确切的，因此氧氮元素的存在会使煤的发热量降低。煤中的氧随碳化程度加深而减少，煤种不同含量变化很大，含量少的只有1～2%(如无烟煤),多的可达40％左右（如泥煤）。氮则是有害元素，煤中氮的含量一般很少，约为0.5～2.5%。在煤的燃烧过程中，氮的一部分会与氧化合生成NOx，排入大气后会造成环境污染。硫（S）硫在煤中以三种形态存在，即有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫。前两种参与燃烧，放出少量的热，每千克可燃硫的发热量仅为9100KJ，第三种不参与燃烧。硫也是有害元素，燃烧后生成的SO2和少量SO3，排入大气后也会造成环境污染。不仅如此，SO3还会使露点大大升高，同时SO2和SO3能溶解于水中变成H2SO3（亚硫酸）和H2SO4（硫酸）,会造成锅炉低温受热面（如空气预热器）堵灰和金属腐蚀（即低温腐蚀）。另外硫的燃烧产物H2S（硫化氢）会对锅炉水冷壁产生高温腐蚀（生成硫化铁和氧化铁），存在于过热器和再热器结灰层中的复合硫酸盐（Na3Fe(SO4)3和K3Fe(SO4)3）会对过热器和再热器产生高温腐蚀。我国大部分动力用煤含硫量一般在0.3～2％，有的高达3～5％。对含硫量超过2%的煤种，在设计锅炉时应采取必要的措施减轻或防止受热面的腐蚀。灰份（A）灰份是煤中的不可燃的矿物在燃烧后的生成物，其主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、TiO2等，前两种成份在煤的灰渣中所占比例很大。灰份是不可燃杂质，既影响煤的发热量，又影响煤的着火与稳燃。此外灰份多的煤将为锅炉设计和运行带来困难，增加了锅炉受热面积灰、磨损、结渣和腐蚀的可能性。灰份的含量在各种煤中变化很大，少的只有4～5％，多的可达60～70％。煤在燃烧后余下的灰成份与原煤中的矿物质不完全相同，因为在燃烧过程中有脱水、分解等变化。煤灰的熔融性是煤非常重要的特性指标，该特性指标与灰成份有关。灰熔融性常用四个特征温度表示，即变形温度（DT）、软化温度（ST）、半球温度（HT）、流动温度（FT）。如果灰温度处于DT～FT温度状态，粘在受热面上就会堆积冷却成渣块，称为结渣。结渣后的受热面吸热量减少，从而使炉温升高，炉温升高又使结渣更为严重。结渣影响锅炉的效率，严重时还影响锅炉出力和运行安全。FT－ST＜100℃，称为短渣；FT－ST≥100℃，称为长渣。对于燃用ST≤1200℃的低灰熔点煤时，锅炉热力特征参数的选取和燃烧器的设计要特别注意防止结渣。水份（M）水份也是煤中的不可燃成份，以三种不同的形态存在，即外在水份（煤在开采、运输、储存和洗选过程中带进的水份）、内在水份（吸附和凝聚在煤块内部毛细孔