电力百科第 38 期：燃烧器
1 旋流式燃烧器
旋流式燃烧器是其出口气流是旋转射流。气流旋转的情况有两种, 一种是一次风粉气流和二次风都旋转, 一种是二次风旋转而一次风为直流。
按促使气流旋转的旋流部件的形式分, 一般有蜗壳型旋流燃烧器和叶片型旋流燃烧器两类。蜗壳型旋流燃烧器又可以分为双蜗壳型旋流燃烧器和单蜗壳型旋流燃烧器两种。
1 .1 双蜗壳型旋流燃烧器
双蜗壳型旋流燃烧器的一二次风均利用在蜗壳中的流动而产生旋转, 两股射流的旋转方向相同。大蜗壳中是二次风, 小蜗壳中是一次风。
燃烧器中心有一中心管, 可以在管中设置油喷嘴。二次风进口处装有舌形挡板, 用来调整二次风的旋流强度。由于一二次风都是旋转气流, 因此在进入燃烧室后就扩散成为空心锥环状气流。在气流的卷吸作用下, 空心锥的内外表面部会受到高温烟气的加热。
这种燃烧器旋流强度的调节幅度小, 当煤种变化时可能会因火焰位置不好调整而容易结渣。另外, 一二次风的阻力大, 煤粉在一次风气流中的分布不均匀, 也是这种燃烧器的不足之处。
1 .2 单蜗壳型旋流燃烧器
单蜗壳型旋流燃烧器的一次风为直流, 二次风气流利用蜗壳产生旋转后沿环状通道进入燃烧室。一次风由中心风管进入燃烧室, 在一次风出口处装有一个蘑菇形扩散锥, 扩散锥后产生的回流区有助于煤粉气流的着火。
扩散锥可通过手轮和拉杆前后移动, 从而改变一次风粉气流的扩散角度, 但扩散锥处于高温烟气回流区, 容易结渣或烧坏。
1 .3 叶片型旋流燃烧器
轴向可动叶片型旋流燃烧器。它的一次风为直流, 二次风是旋转的。这种燃烧器的中心有一根中心风管, 中心风管外是一次风的环形通道, 中心风管内可以设置油喷嘴。二次风气流在通过二次风叶轮时受轴向叶片的引导而产生旋转。
二次风叶轮可通过调整机构沿轴向移动, 从而调整二次风的旋流强度。二次风通道是一个环锥形的套筒, 二次风叶轮也是环锥形的, 叶轮装在套筒内。用叶轮上的拉杆轴向移动叶轮, 就可改变叶轮与环锥形通道之间的径向间隙。
流经环状通道径向间隙的气流是不旋转的直流气流, 因此调节叶轮的位置便可改变旋转气流与直流气流的比例, 从而达到调整二次风气流旋流强度的目的。一次风虽为直流, 但可以用一次风壳上装设的舌形挡板调节, 使一次风出口气流有一定的扩展。
旋流式燃烧器的特点是气流的扩展角大, 中心的回流区可以卷吸来自燃烧室深处的高温烟气, 加热煤粉气流的根部, 这对着火有利;但从另一方面看, 二次风与一次风相距很近, 一二次风的混合较早, 又使着火升温所需的热量增大而又对着火不利。
旋转射流的旋转效应消失得很快, 而且最大轴向气流速度的衰减也快, 这样对挥发分低或挥发分中等而灰分大的煤种, 旋流式燃烧器前期混合显得偏早, 而后期混合又不够强烈, 所以容易导致着火不稳定或燃烬较困难的情况。
旋流燃烧器的射程小, 火焰粗而短, 对燃烧室的截面形状不要求是正方形或接近正方形, 可以是较扁的长方形。长方形截面的燃烧室, 深度小,这有利于在锅炉后部布置空气预热器和送风机等辅助设备。
旋流式燃烧器常见的布置方式:前墙布置和前后墙对冲或错列布置。在大容量锅炉上, 往往又布置成多排多层。
2 直流式燃烧器
直流式燃烧器的出口气流是直流射流, 它的特征是扩散角小、射程远, 仅就单股射流来说, 它较旋流式燃烧器的周围卷吸作用小而且没有中心回流, 这对着火不利。
但是直流式燃烧器采用的是四角布置、切圆燃烧方式, 炉内的气流流动由四角燃烧器的四股射流共同形成, 总体上组成一个旋转气流。
燃烧器射出的煤粉气流经过燃烧室中部区域变成强烈燃烧的高温烟气, 一部分直接补充到相邻燃烧器射流的根部, 使相邻燃烧器的升温引燃。
射流本身的卷吸和邻角的相互点燃特点, 使直流式燃烧器四角布置、切圆燃烧方式具有良好的着火性能。
直流式燃烧器的另一个持点是二次风的送入方式, 由于二次风口与一次风口相对独立, 相互间的排列自由, 可以在布置上变化出多种形式, 控制二次风与一次风混合的迟早, 满足不同的燃料对混合的不同要求, 改善着火性能。
此外, 由于一次风衰减慢和二次风的加强作用, 使煤粉气流的后期混合强烈, 加之炉内的气流旋转,煤粉在炉内螺旋上升, 通过的路程长, 故直流式燃烧器切圆燃烧又具有燃烬程度好的特点。
各种直流式燃烧器的主要不同在于其一、二次风口的排列布置。简单介绍几种直流式燃烧器的风口布置情况。一、二次风间隔布置, 着火后二次风混入快,适应于高挥发分煤种对二次风混入及时的要求。
一、二次风口间的距离可根据煤种的性质决定, 对优质烟煤距离可设计为零。这种燃烧器是一种典型的烟煤燃烧器。具有周界风的直流燃烧器。
其特点是一次风相对集中, 提高局部煤粉浓度;一、二次风的距离较大, 混合较迟, 以利提高着火性能;一次风口为狭长方形, 煤粉气流的迎火周界长, 对着火有利;一次风口周围是周界风, 但周界风风量不大而风速较高, 具有冷却一次风喷口的作用。
上二次风风口有2 个, 可以进行分级配风, 有利于调节。这种燃烧器用来燃烧无烟煤, 适应无烟煤挥发分低、着火困难和碳化程度高、燃尽困难的特性。
直流燃烧器作四角布置切圆燃烧时, 燃烧室的最佳截面是正方形, 但实际上由于锅炉结构设计方面的原因, 也常采用长方形的截面, 但其宽度与深度的比值接近于1 , 一般不超过1 .2 。
假想切圆的直径应结合燃料的着火性能与结渣性能综合考虑。切圆直径较大时, 炉中心火焰旋转强烈, 冲刷过来的火焰离风口根部近, 甚至可能引起气流贴壁, 火焰冲向水冷壁引起结渣;切圆直径太小会使燃烧室中心火焰变小, 对燃烧不利。
参考文献：曹荣秀, 于景泽, 王伟. 电站锅炉的燃烧器形式及分类[J]. 锅炉制造, 2005(3):22-23.
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