锅炉燃烧设备的作用是使燃料充分燃烧并完成燃烧产物与工质的热交换。煤粉炉的燃烧设备主要包括炉膛、燃烧器、点火装置、空气预热器和烟道等。

（一）炉膛和烟道

炉膛也称燃烧室。它除了要把燃料的化学能转变成燃烧产物的热能外，还承担着组织炉膛换热的任务，因此它的结构应能保证燃料燃尽并使烟气在炉膛出口处已被冷却到锅炉对流受热面安全工作所允许的温度。为此，炉膛应满足如下基本要求：

（1）应具有足够的空间，确保燃料燃烧完全。

（2）炉内空气动力工况良好，火焰不贴壁、不冲墙，充满度高，壁面热负荷均匀。

（3）炉内温度场合理，有利于燃料着火和稳定燃烧，且能保证蒸发受热面水动力安全可靠。

（4）能布置一定数量的受热面，将炉膛出口烟温降低到允许值，保证炉膛之后的受热面不结渣。

（5）对燃料通用性强。

炉膛的形状、尺寸与燃料种类、燃烧方式、燃烧器的布置、火焰的形状和行程等一系列因素有关。

不同的燃料和燃烧方式，炉膛结构有很大差异，典型的炉膛有悬浮燃烧炉膛、层式燃烧炉膛和流化床燃烧炉膛三类。悬浮燃烧广泛应用于大、中容量的锅炉。层式燃烧仅适用于蒸发量不大于65t/h的工业锅炉和小型电站锅炉。流化床燃烧是一种新型燃烧方式，可燃烧多灰的劣质燃料，另外，在低温燃烧条件下可有效抑制NO x的生成，近年来得到较快发展。

悬浮燃烧炉膛按燃烧器布置和火焰形式可分为切向燃烧、前墙燃烧、对冲燃烧、炉顶燃烧和炉底燃烧等多种类型。前三种炉膛被广泛应用；炉顶燃烧只用于少数具有U形或W形火焰的煤粉燃烧锅炉；炉底燃烧则只在少数燃油燃气炉中采用。

煤粉燃烧炉膛按排渣方式可分为固态排渣煤粉炉和液态排渣煤粉炉。我国火电厂锅炉大多数是固态排渣煤粉炉。炉膛底部由前后墙水冷壁以很大倾角（50°～55°）向下收缩而构成的冷灰斗，用以凝固炉膛内坠落的熔融灰渣和使之排出炉膛。П形布置的锅炉炉膛出口的下部有后水冷壁弯曲而成的折焰角。对于大容量锅炉，折焰角的深度约为炉膛深度的20%～30%。

现代大容量锅炉的炉膛高度远大于其宽度或深度。炉膛的水平横截面形状与燃烧器的布置方式有关。对于四角切向燃烧，为保证切圆的形成和气流不贴边，要求采用正方形或宽深比不大于1.2接近正方形的炉膛。对燃烧器前墙布置或前后墙对冲布置的锅炉，炉膛截面多呈长方形，其宽深比可按燃烧器布置的需要决定。在决定炉膛宽度时，应使炉膛宽度能适应过热器系统布置和尾部受热面布置的需要。对于自然循环锅炉，炉膛宽度还应能满足与汽包长度相匹配的需要。

（二）燃烧器

燃烧器又称喷燃器，现场也称火嘴。它是将燃料和一定比例的空气送入炉膛进行燃烧的装置，其基本功能是：

（1）组织良好的空气动力场，使燃料及时着火，与空气适时混合，以保证燃烧稳定性和经济性。

（2）对燃料适应性好。

（3）有一定的负荷调节性。

（4）较低的燃烧污染。

（5）运行可靠，不易烧坏和磨损，便于维修和更换部件。

（6）易于实现远程或自动控制。

燃烧器的结构形式很多。适用于单室炉膛的燃烧器有旋流燃烧器和直流燃烧器两种；适用于W形火焰炉膛的有旋风分离式、直流缝隙式和PAX式等。

图2-26　旋流燃烧器

1—一次风蜗壳；2—二次风蜗壳；3—一次风管；4—二次风管；5—中心管，插喷油嘴用

1.旋流燃烧器

出口气流包含有旋流射流的燃烧器称为旋流燃烧器。它由中心管、一次风喷嘴、二次风喷嘴组成。气粉混合物由中心部位的环形面积呈直流或旋流喷出。二次风经过旋流燃烧器产生旋转，包围一次风并喷入炉膛。气流在前进过程中，边旋转，边扩张，以致产生内回流区，使炉内高温烟气被卷入，加热一次风使煤粉着火和强烈燃烧，如图2 26所示。

根据燃烧器的不同结构，旋流燃烧器可分为蜗壳式、轴向叶片式和切向叶片式三大类型，分别如图2-27（a）、（b）、（c）所示。

蜗壳式旋流燃烧器又分为单蜗壳式、双蜗壳式、三蜗壳式和轴向叶片—蜗壳式等多种。蜗壳式燃烧器负荷调节性能差，蜗壳的阻力也较大，且出口气流中煤粉分布不均匀，影响到燃烧效果。因此，这种燃烧器目前已很少采用。

图2-27　旋流器

（a）蜗壳旋流器；（b）切向叶片旋流器；（c）轴向叶片旋流器

轴向叶片式燃烧器的二次风是通过轴向叶轮，即轴向叶片旋流器而产生旋转，一次风为直流或靠舌形挡板产生的弱旋转射流，如图2-28所示。

此种燃烧器的主要优点是：二次风的旋流强度易于调节，一次风阻力小，一次风中的煤粉分布比较均匀，结构紧凑。但制造工艺要求较高，调节还不够灵活。目前这种燃烧器主要应用于燃烧烟煤、褐煤的大中容量锅炉上。

切向叶片式旋流燃烧器的一次风气流为直流或弱旋射流，二次风气流通过切向叶片旋流器而产生旋转，改变切向可动叶片角度可以调节旋流强度，如图2-29所示。切向叶片式旋流燃烧器适用于燃烧烟煤、褐煤，有较好的燃烧稳定性和经济性。

图2-28　轴向叶轮式旋流燃烧器的结构

1—拉杆；2—一次风管；3—一次风舌形挡板；4—二次
风管；5—二次风叶轮；6—油喷嘴

图2-29　切向叶片型旋流

燃烧器结构（单位：mm）1—点火器；2—碹口

图2-30　旋流燃烧器布置

（a）前墙布置；（b）、（c）、（d）两面墙布置

旋流燃烧器的布置方式如图2-30所示，它可以布置在前墙、前后墙、两侧墙、炉底、炉顶。

2.直流燃烧器

出口气流为直流或直流射流组的燃烧器称为直流燃烧器。它由一组圆形、矩形或两者兼有的喷口按一定顺序相间布置所组成，如图2-31所示。喷口按流过介质的不同，可分为一次风喷口、二次风喷口和三次风喷口。

根据配风方式，直流燃烧器可分为均等配风和分级配风两种形式，分别如图2-32和图2-33所示。均等配风采用一、二次风口相间布置，两种风口间距较小，以利于煤粉和空气充分混合燃尽，一般适用于烟煤和褐煤。分级配风是把燃用的二次风分阶段地送入燃烧的煤粉气流中。较近的二次风用于煤粉气流的着火，较远的二次风用于后期混合，以使煤粉燃烧完全。这种燃烧器可燃用无烟煤、贫煤和劣质煤。上、下二次风是直流燃烧器配风所必须的，下二次风的作用是提供下侧煤粉气流燃烧所需的空气，并托浮煤粉防止离析，以减少机械不完全燃烧热损失，同时，阻止火焰下冲。上二次风除供给燃用空气外，又可起到压火的作用，以延长燃烧时间，保证煤粉燃尽。

图2-31　直流式燃烧器

1—上二次风口；2—一次风口；3—中二次风口；4—油燃烧器；5—下二次风口

直流燃烧器由于气流不旋转，一、二次风本身的混合能力差。若使煤粉气流在炉内进行切圆燃烧，这时煤粉气流的着火除依靠射流本身卷吸高温烟气外，还靠邻角火焰的相互点燃。这种燃烧方式具有着火条件好，一、二次风混合易调节，煤种适应性强等优点。

直流燃烧器的布置方式如图2-34所示。

3.新型煤粉燃烧器(www.daowen.com)

（1）浓淡型煤粉燃烧器。浓淡型煤粉燃烧器就是在一次风煤粉通道中设置了煤粉浓缩器，以实现煤粉的浓淡分离。浓缩煤粉气流的方法有：①采用弯头浓缩；②采用百叶窗式浓缩器；③采用旋风分离器。

图2-35是美国燃烧工程公司设计的WR（Wide Range Burner）型直流煤粉燃烧器的结构示意图，该燃烧器是利用一次风入口弯头进行煤粉的浓淡分离，而且在一次风口内装有一个V形扩流锥[图2-35（a）]或波形扩流锥[图2-35（b）]，扩流锥的作用是使喷口外的一次风气流形成一个回流区。此外，该燃烧器一次风口上下布置有边风，其风量在运行中可以调节。

图2-32　均等配风的直流燃烧器喷口布置（单位：mm）

（a）适用烟煤；（b）适用贫煤和烟煤；（c）适用褐煤；（d）适用褐煤

图2-36是哈尔滨工业大学等研制的径向浓淡旋流煤粉燃烧器的结构示意图，在一次风道内设置百叶窗式煤粉浓缩器，将煤粉气流分成两股，靠近中心的一股为含粉较多的浓煤粉气流，其外侧为含粉较少的淡煤粉气流。同时，二次风道分为内外两个通道，一部分二次风经内通道的旋流器以旋转射流形式进入炉内；另一部分二次风在外通道以直流射流的形式进入炉内。通过内外通道的调节挡板可调节旋流强度和回流区的大小。

图2-33　分级配风直流煤粉燃烧器喷口布置（单位：mm）

（a）锅炉容量130t/h，适用无烟煤；（b）锅炉容量220t/h，适用无烟煤；（c）锅炉容量670t/h，适用无烟煤；（d）锅炉容量670t/h，燃烧器四角布置

图2-34　直流燃烧器的布置方式

（2）低NO x煤粉燃烧器。能抑制和降低NO x生成的燃烧器称为低NO x煤粉燃烧器。它有SGR（separate gas recirculation）型燃烧器、PM（pollution minimum）型燃烧器和双调风燃烧器。

图2-35　WR型直流煤粉燃烧器结构

（a）V形扩流锥；（b）波形扩流锥；（c）一次风喷口总体
1—喷嘴头部；2—密封片；3—水平肋片；4—喷嘴管；5—入口弯头

SGR型燃烧器是在一次风喷口上、下送入再循环烟气，二次风喷口远离一次风喷口，一次风附近形成还原气氛，降低了燃烧中心的温度，从而抑制NO x的生成，如图2-37所示。

图2-36　径向浓淡旋流煤粉燃烧器结构

1—浓淡分离器；2—中心风管；3—直流二次风；4—旋流二次风；5—一次风管

图2-37　SGR型直流式燃烧器

1—二次风；2—再循环烟气；3—周界风；4—一次风

图2-38　PM型直流煤粉燃烧器

1—二次风喷口；2—贫燃料喷口；3—再循环烟气喷口；4—富燃料喷口；5—油枪；6—活上风口；7—一次风煤粉管道；8—弯头分离器

PM型燃烧器是将一次风分成富燃区和贫燃区两个部分，以控制NO x的生成，如图2-38所示。

双调风燃烧器的二次风分两级以旋流方式进入炉内，能控制煤粉和空气混合，延迟燃烧过程，降低燃烧强度和火焰最高温度，以控制NO x的生成，如图2-39所示。

（三）点火装置

锅炉点火装置的作用主要是在锅炉启动时点燃主燃烧器的煤粉气流。此外，当锅炉低负荷运行或燃用劣质煤，由于炉温降低，影响煤粉稳定着火，甚至有灭火的危险时，也用点火装置来稳定燃烧或作为辅助燃烧设备。现代大容量煤粉炉都装有火焰监测装置，一旦燃烧不稳定，能自动投入点火装置。

图2-39　双调风低NO x燃烧器

1—油嘴；2—点火油枪；3—文丘里管；4—二次风叶片；5—内二次风调风器；6—外二次风调风器

目前，大容量锅炉的煤粉燃烧器点火均使用液体燃料或气体燃料，采用多级点火方式。由电引燃器发火，逐级点燃气体燃料、液体燃料和煤粉；或者由电引燃器直接点燃液体燃料（轻油或重油），再点燃煤粉。通常采用的电气引燃方式有：电火花点火、电弧点火和高能点火等。

（1）电火花点火装置。电火花点火装置由打火电极、火焰检测器和可燃气体燃烧器三部分组成。点火杆与外壳组成打火电极。该点火装置是借助5000～8000V的高电压（小电流）在两极间产生电火花把可燃气体点燃，再用可燃气体火焰点燃油枪喷出的油雾，最后由油火焰点燃主燃烧器的煤粉气流。国内使用较多。

（2）电弧点火装置。如图2-40所示，电弧点火装置由电弧点火器和点火轻油枪组成。电弧点火的起弧原理与电焊相似，即借助于大电流（低电压）在电极间产生电弧。电极由炭棒和炭块组成。通电后，炭棒和炭块先接触再拉开，在其间隙处形成高温电弧，足以把气体燃料或液体燃料点着。煤粉点燃的顺序是：电弧点火器点着点火轻油或点火燃气，轻油再点燃重油，再由重油点燃煤粉；也可点燃重油，再由重油点燃煤粉。由于电弧点火装置可直接引燃油类，且性能比较可靠，因而是国内煤粉锅炉上使用的点火装置的主要形式。

图2-40　电弧点火装置（单位：mm）

1—电弧点火器；2—重油喷嘴；3—送风装置；4—气缸；5—压缩空气进口；6—压缩空气出口；7—重油进口

（3）高能点火装置。为了简化点火程序，近年来又出现了高能点火装置，如图2-41所示。高能点火装置利用点火变压器的RC电路充放电功能，使点火电嘴两极间的半导体面上形成能量很大的电火花，以点燃燃料。高能点火装置是一种有发展前途的锅炉点火装置。

点火装置的布置方式，对直流式煤粉燃烧器，油枪可插入两组喷口之间专设的油燃烧器喷口，也可以插在燃烧器底部的下二次风喷口内。对旋流式煤粉燃烧器，点火油枪有两种布置方式，即点火器在主燃烧器内和倾斜地插在主燃料喷口旁。

（四）空气预热器

空气预热器是布置在锅炉尾部烟道中的一种低温受热面，它的作用是利用烟气的余热加热燃烧所需要的空气，以利于燃料的着火和燃烧，并可降低排烟温度和提高锅炉热效率。空气预热器按其结构不同可分为管式和回转式两种。

1.管式空气预热器

如图2-42所示，管式空气预热器是把直径为25～51mm的钢管两端焊在管板上而成的。烟气自上而下流过管内，空气横向流经管外，通常按逆流方式两级布置。

管式空气预热器的布置方式，按进风方式可分为单面进风双面进风和多面进风；按空气的流程又有单道与多道之分。这种空气预热器工作可靠，漏风少，但体积大，耗材多。多用于中、小锅炉。

2.回转式空气预热器

回转式空气预热器又分为受热面回转和风罩回转两种形式。

图2-42　立式管式空气预热器

（a）空气预热器组纵剖面；（b）管箱1—构架；2—管子；3—空气连通罩；4—热风管接口；5—上管板；6—墙板；7—膨胀节；8—冷风道接口；9—下管板；10—构架；11—上管板；12—下管板；13—墙板

（1）受热面回转式如图2-43所示，受热面回转式空气预热器由圆筒形转子、固定的圆筒形外壳、烟道、风道、传动装置和密封装置组成。转子被分成许多扇形仓格，每个扇形仓中装满了由波形板组成的传热元件。转子由电动机通过减速装置带动，转速一般为1～3r/min。烟气自上而下冲刷蓄热板，对它放热；空气从另一侧自下而上冲刷蓄热板并吸热。随着转子的旋转，两种介质分别冲刷蓄热板，使它交替蓄热和放热，从而把冷空气加热。如转子横截面分隔成烟气、空气两个通流区，两个通流区之间用密封区隔开，这种空气预热器称为两分仓回转空气预热器。为了配合采用冷一次风机制粉系统，又出现了三分仓回转空气预热器，即转子横截面分为烟气、一次风和二次风三个通流区，它们之间仍用密封区隔开，如图2-44所示。

（2）风罩回转式空气预热器由静子，上、下烟罩，上、下风罩等组成，如图2-45所示。静子与受热面回转式空气预热器的转子相似，只是不旋转。上、下烟罩与静子外壳相连固定不动，上、下风罩用中心轴相连，同步旋转。因此，它将静子截面分为烟气流通区、空气流通区和密封区三部分。冷空气进入下风罩，自下而上流过静子而被加热，然后进入同步旋转的上风罩，并沿热风管道排出。烟气则在风罩占据的截面之外的部分，自上而下流过静子，加热被空气冷却了的受热面。与三分仓受热面回转式空气预热器相同，为了得到不同温度的一、二次风，现代大型站锅炉多采用双流道风罩转动回转式空气预热器，如图2-46所示。

回转式空气预热器结构紧凑，布置灵活，传热效果好，但漏风量较大。多用于大型锅炉。