文档介绍：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,。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,~%。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。
~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、