四角布置直流燃燒器的工作原理

直流燃燒器一般布置在爐膛四角上。煤粉氣流在射出噴口

時，雖然是直流射流，但當四股氣流到達爐膛中心部位時，

以切圓形式匯合，形成旋轉燃燒火焰，同時在爐膛內形成一

個自下而上的旋渦狀氣流。

1.1、直流燃燒器的工作過程：

(1)煤粉氣流卷吸高溫煙氣而被加熱的過程；

(2)射流兩側的補氣及壓力平衡過程；

⑶煤粉氣流的著火過程；

(4)煤粉與二次風空氣的混合過程；

⑸氣流的切圓旋轉過程；

(6)焦碳的燃盡過程。

上述幾個過程雖然有先后順序或某幾個過程同時進行，但各

過程之間的相互影響是十分顯著的主氣流卷吸高溫煙氣的

過程。從燃燒器噴口射出的氣流仍然保持著高速流動。由于

氣流的紊流擴散帶動周圍的熱煙氣一道向前流動，這種現象

叫“卷吸〃。由于“卷吸〃，射流不斷擴大，不斷向四周擴張。

同時，主氣流的速度由于衰減而不斷減小。正是由于射流的

這種“卷吸〃作用，將高溫煙氣的熱量源源不斷地運輸給進入

爐內的新煤粉氣流，煤粉氣流才得到不斷加熱而升溫，當煤

粉氣流吸收足夠的熱量并達到著火溫度后，便首先從氣流的

外邊緣開始著火，然后火焰迅速向氣流深層傳播，達到穩定

著火狀態。

1.2、鄰角氣流的撞擊點燃作用

在切圓燃燒爐中，四股氣流具有“自點燃”作用。即煤粉氣流

向火的一側受到上游鄰角高溫火焰的直接撞擊而被點燃。這

是煤粉氣流著火的主要條件。背火的一側也卷吸爐墻附近的

熱煙氣，但這部分卷吸獲得的熱量較少，此外，一次風與二

次風之間也進行著少量的過早混合，但這種混合對著火的影

響不大。

1.3、煤粉氣流接受輻射加熱

煤粉氣流著火的熱源部分來自爐內高溫火焰的輻射加熱，但

著火的主要熱源來自卷吸加熱,約占總著火熱源的60?70%。

1.4、熱源不足時的著火

當煤粉氣流沒有足夠的著火熱源時，雖然局部的煤粉通過加

熱也可達到著火溫度，并在瞬間著火但這種著火不能穩定進

行，即著火后還容易滅火。這樣的著火極易引起爆燃，因而

是一種十分危險的著火工況。

1.5、煤粉氣流從著火到燃盡的各階段

煤粉氣流在正常燃燒時，一般在距離噴口0.5―1處開始著

火，在離開噴口1?2米的范圍內，煤粉

中大部分揮發分析出并燒完，此后是焦炭和剩余揮發份的燃

燒，需要延續10?20米甚至更長的距離。當燃料到達爐膛

出口處時，燃料中98%以上的可燃物可以完全燃盡。

1.6、四角切圓燃燒的氣流偏斜

采用四角燃燒方式的鍋爐，運行中容易發生氣流偏斜而導致

火焰貼墻，引起結渣以及燃燒不穩定現象。、鄰角氣流的撞

擊是氣流偏斜的主要原因射流自燃燒器噴口射出后，由于受

到上游鄰角氣流的直接撞擊，撞擊點愈接近噴口，射流偏斜

就愈大撞擊動量愈大，氣流偏斜就愈嚴重。、射流兩側“補氣”

條件的影響射流自噴口射出后仍然保持著高速流動，射流兩

側的煙氣被卷吸著一道前進，射流兩側的壓力就隨著降低

這時，爐膛其它地方的煙氣就紛紛趕來補充，這種現象稱“補

氣”。如果射流兩側的補氣條件不同就會在射流兩側形成壓

差。向火面的一側受到鄰角氣流的撞擊，補氣充裕，壓力較

高；而背火面的一側補氣條件差，壓力較低。這樣，射流兩

側就形成了壓力差，在壓力差的作用下，射流被迫向爐墻偏

斜甚至迫使氣流貼墻，引起結渣。燃燒器的高寬比(hr/b)對

射流彎曲變形影響較大燃燒器的高寬比值愈大，射流形狀愈

寬而薄，其“剛性”就愈差，因而，射流愈容易彎曲變形。

在大容量鍋爐上，由于燃煤量顯著增大，燃燒器的噴口通流

面積也相應增大，所以噴口數量必然增多為了避免氣流變形

和減小燃燒器區域水冷壁的熱負荷，將燃燒器沿高度方向拉

長，并把噴口沿高度分成2?3組，每組的高寬比不超過6,

相鄰兩組噴口間留有空檔，空檔相當于一個壓力平衡孔，用

來平衡射流兩側的壓力，防止射流向壓力低的一側彎曲變

形。、當燃燒器多層布置時對旋渦直徑的影響較大上層氣流

不斷的被卷吸到下層氣流中，加上氣流受熱膨脹的影響，使

氣流容積流量增大，旋渦直徑相應增大，一般可使實際切圓

直徑膨脹到假想切圓直徑的7?8倍。

2、燃燒調整

2.1、設備結構調整

切園直徑爐內四股氣流的相互作用，不僅影響到氣流偏斜程

度，也影響到假想切圓直徑。而切圓直徑又影響著氣流貼墻、

結渣情況和燃燒穩定性。此外，還影響著汽溫調節和爐膛容

積中火焰的充滿程度。當鍋爐燃用的煤質變化較大時，切圓

直徑的調整十分重要。當切圓直徑較大時，上游鄰角火焰向

下游煤粉氣流的根部靠近，煤粉的著火條件較好。這時爐內

氣流旋轉強烈，氣流擾動大，使后期燃燒階段可燃物與空氣

流的混合加強，有利于煤粉的燃盡。切圓直徑過大，也會

帶來下述的問題：

⑴火焰容易貼墻，引起結渣；

(2)著火過于靠近噴口，容易燒壞噴口；

(3)火焰旋轉強烈時，產生的旋轉動量矩大，同時因為高溫

火焰的粘度很大，到達爐膛出處，殘余旋轉較大，這將使爐

膛出口煙溫分布不均勻程度加大，因而既容易引起較大的熱

偏差，也可能導致過熱器結渣，還可能引起過熱器超溫。

在大容量鍋爐上為了減輕氣流的殘余旋轉和氣流偏斜，假想

切圓直徑有減小的趨勢，對于300MW鍋爐切圓直徑一般設

計為?。同時，適當增加爐膛高度或采用燃燒器頂部消旋二

次風（一次風和下部二次風正切圓布置,頂部二次風反切圓布

置），對減弱氣流的殘余旋轉，減輕爐膛出口的熱偏差有

一定的作用，但還不可能完全消除。當然，切圓直徑也不能

過小，否則容易出現對角氣流對撞，火焰推遲，四角火焰的

“自點燃”作用減弱燃燒不穩定，燃燒不完全，爐膛出口煙溫

升高一系列不良現象，影響鍋爐安全運行。適當加大切園直

徑，可使上部鄰角的火焰更靠近射流根部，對著火有利，爐

膛充滿度較好。燃用揮發分較低劣質煤是，希望較大的切園

直徑，但切園直徑過大，一次風煤粉氣流可能偏轉貼壁，火

焰沖刷水冷壁引起結渣。燃用易著火易結渣和高揮發分煤種

是，適當減小切園直徑。大的切園直徑爐內殘余旋轉保持爐

膛出口甚至更遠，對燃盡有利，但增大煙溫偏差引起超溫。

、煤粉細度煤粉越細，單位質量煤粉表面積越大，加熱升

溫、揮發分析出著火和燃燒速度越快，著火越迅速，燃盡所

需時間越短，飛灰可燃物含量越小，燃燒越徹底煤粉細度也

不是越細越好，還要考慮綜合經濟性，選用經濟細度。

2.2、運行調整、鍋爐負荷

鍋爐負荷降低，爐膛平均溫度及燃燒器區域溫度都要降低，

著火變難。高揮發分煤，飛灰可燃物隨負荷變化下，低揮發

分煤，飛灰可燃物受負荷影響很大。煤粉濃度一次風中煤粉

和空氣質量比對著火穩定影響大。高的煤粉濃度不僅使得單

位體積燃燒釋放熱量強調增大而且容積內輻射粒子數量增

加，導致風粉氣流黑度增大，可迅速吸收爐膛輻射熱量，著

火提前。隨著煤粉濃度的增大，煤中揮發分析出后濃度增大,

促進了可燃混合物的著火。對于劣質煤，需要較高的煤粉濃

度。一次風與二次風在鍋爐燃燒設備和煤質一定的條件下，

一次風與二次風的調節就成為決定著火和燃盡過程的關鍵。

一次風與二次風的工作參數用風量、風速和風溫來表示。

a.一次風量

一次風量主要取決于煤質條件。當鍋爐燃用的煤質確

定時，一次風量對煤粉氣流著火速度和著火穩定性的影響是

主要的。一次風量愈大，煤粉氣流加熱至著火所需的熱量就

越多，即著火熱愈多。這時，著火速度就愈慢，因而，距離

燃燒器出口的著火位置延長，使火焰在爐內的總行程縮短，

即燃料在爐內的有效燃燒時間減少，導致燃燒不完全。顯然,

這時爐膛出口煙溫也會升高，不但可能使爐膛出口的受熱面

結渣，還會引起過熱器或再熱器超溫等一系列問題，嚴重影

響鍋爐安全經濟運行。對于不同的燃料，由于它們的著火特

性的差別較大，所需的一次風量也就不同。應在保證煤粉管

道不沉積煤粉的前提下，盡可能減小一次風量。對一次風量

的要求：滿足煤粉中揮發分著火燃燒所需的氧量滿足輸送煤

粉的需要如果同時滿足這兩個條件有矛盾，則應首先考慮輸

送煤粉的需要。例如，對于貧煤和無煙煤，因揮發分含量很

低，如按揮發分含量來決定一次風量，則不能滿足輸送煤粉

的要求，為了保證輸送煤粉，必須增大一次風量。但因此卻

增加了著火的困難，這又要求加強快速與穩定著火的措施，

即提高一次風溫度，或采用其它穩燃措施。一次風量通常用

一次風量占總風量的比值表示，稱為一次風率。一次風率的

推薦值列于表6-lo

一次風率的推薦值

煤種無煙煤貧煤煙煤

煙煤褐煤

Vdaf20%?30%>

30%

乏氣送粉20?2525?30

25?3520?45

熱風送粉15?2020?2520?25

25?4040?45

b.一次風速、風率

在燃燒器結構和燃用煤種一定時，確定了一次風量就等于確

定了一次風速。一次風速不但決定著火燃燒的穩定性，而且

還影響著一次風氣流的剛度。在一定的總風量下，燃燒器保

持適當的一次風出口風率、風速，是建立良好爐內工況和穩

燃所必須的。一次風速過高，會推遲著火，引起燃燒不穩定,

甚至滅火。一次風率越大，為達到煤粉氣流著火所需熱量越

大，達到著火所需時間越長。同時，煤粉濃度也隨著一次風

率的增大而降低，這對低揮發分或者難燃煤種是非常不利

的。任何一種燃料著火后，當氧濃度和溫度一定時，具有一

定的火焰傳播速度。當一次風速過高大于火焰傳播速度時，

就會吹滅火焰或者引起“脫火〃。一次風率過小，煤燃燒初期

可能氧量不足，揮發分析出時不能完全燃燒，也會影響著火

速度。一次風率原則上只要能滿足揮發分的燃盡即可以。一

次風速過低，對穩定燃燒和防止結渣也是不利的。原因在于:

(1)煤粉氣流剛性減弱，易彎曲變形，偏斜貼墻，切圓組織

不好，擾動不強烈，燃燒緩慢；

(2)煤粉氣流的卷吸能力減弱，加熱速度緩慢，著火延遲；

⑶氣流速度小于火焰傳播速度時，可能發生“回火〃現象，

或因著火位置距離噴口太近，將噴口燒壞；

⑷易發生空氣、煤粉分層，甚至引起煤粉沉積、堵管現象;

⑸引起一次風管內煤粉濃度分布不均，從而導致一次風射

出噴口時，在噴口附近出現煤粉濃度分布不均的

現象，這對燃燒也是十分不利的。一次風速對燃燒器的出口

煙氣溫度和氣流偏轉也有影響。一次風速過大，著火距離拖

長，燃燒器出口附近煙溫低，著火相對困難。一次風中較大

煤粉顆粒可能因其動能大而穿越燃燒區不能燃盡，增大未完

全燃燒損失。一次風速如果過低，一次風射流剛性小，很容

易偏轉和貼壁，且卷吸高溫煙氣的能力差對于著火性能好的

煤種，著火太靠近燃燒器可能燒損燃燒器噴口。四角布