燃烧器是将空气与燃料通过预混装置按适当比例混兑以使其充分燃烧,并将化学能转化热能的装置。燃烧器多用不锈钢或金属钛等耐腐蚀、耐高温的材料制成。
燃烧器根据其不同的属性,具备多种分类方式。燃烧器按类型和应用领域通常分为工业燃烧器、燃烧机、民用燃烧器、特种燃烧器等。在广义的燃烧器概念中,家用的热水器、煤气灶,乃至打火机等都可以认为是燃烧器。按燃料方式,可分为燃油燃烧器、燃气燃烧器、轻油燃烧器以及双燃料燃烧器。在具体的应用中,燃油燃烧器又分为轻油燃烧器、重油燃烧器等,燃气燃烧器则分为天然气燃烧器、城市煤气燃烧器等。按燃烧器的燃烧控制方式,可分为单段火燃烧器、双段火燃烧器、比例调节燃烧器。按燃料雾化方式,可分为机械式雾化燃烧器、介质雾化燃烧器。按结构可分为整体式燃烧器与分体式燃烧器。其中分体式燃烧器主要应用于工业生产,其主要特征为燃烧系统、给风系统、控制系统等均分解安装,该种机器主要适合于大型设备或高温等特殊工作环境。锅炉燃烧器就是其中常用的一种。
1.煤粉燃烧器
1)煤粉燃烧器中的多次风
(1)一次风。
一次风用来输送加热煤粉,使煤粉通过一次风管送入炉膛,并能供给煤粉中的挥发分着火燃烧所需的氧气。采用热风送粉的一次风,同时还具有对煤粉预热的作用。它的作用除了维持一定的气粉混合物浓度以便于输送外,还要为燃料在燃烧初期提供足够的氧气。一次风有冷一次风与热一次风之分。热一次风用于保证煤粉进入锅炉时即有一定的温度,提高能量利用率。冷一次风用于调节热一次风温,以保证热交换达到最佳效果。
一次风携带的煤粉进入炉膛后通过二次风提供氧气燃烧。
(2)二次风。
二次风是通过燃烧器的单独通道送入炉膛的热空气,进入炉膛后才逐渐和一次风相混合。二次风为碳的燃烧提供氧气,并能加强气流的扰动,促进高温烟气的回流,促进可燃物与氧气的混合,为完全燃烧提供条件。二次风的风量在一次风、二次风和三次风中最大,在总风量中占有相当大的比例。
(3)三次风。
三次风是制粉系统排出的干燥风,俗称“乏气”。它作为输送煤粉的介质,送粉时叫一次风,只有在以单独喷口送入炉膛时才叫做三次风。三次风含有少量煤粉,风速高,对煤粉燃烧过程有强烈的混合作用,并补充燃尽阶段所需要的氧气,由于其风温低、含水蒸气多,会降低炉膛温度。
(4)中心风。
中心风的作用是增加一次风的刚性,防止煤粉离析和散射,并补充空气量,减少碳未完全燃烧损失。
有无中心风是四通道燃烧器与三通道燃烧器的根本区别所在。中心风的作用如下:①冷却燃烧器端部,保护喷头;②在燃烧器端部形成碗状效应(气流内循环),使火焰更加稳定;③降低端部火焰温度,减少有害气体NOx的形成。
(5)辅助风。
辅助风控制系统为单冲量多输出控制系统,控制系统同时控制各层的辅助风挡板。在运行时各层磨煤机的负荷可能各不相同,需要不同的配风,因此每层辅助风门都设有一个操作员站,运行人员可以手动改变偏置的大小。当油枪程控点火时,相应的辅助风门自动调到“油枪点火”位置。(www.daowen.com)
(6)燃料风(周界风)。
燃料风(周界风)控制系统为比值控制系统,燃料风风门的开度由相应的给煤机转速决定。
(7)燃尽风。
燃尽风控制系统也是比值控制系统,燃尽风风门的开度为锅炉负荷的函数。
2)煤粉燃烧器的两种形式
煤粉燃烧器分为旋流式和直流式两种。
(1)旋流式煤粉燃烧器:主要由一次风旋流器、二次风调节挡板(旋流叶片或蜗壳)和一、二次风喷口组成。它可以布置在燃烧室前墙、两侧墙或前后墙。输送煤粉的空气称为一次风,其风量占燃烧所需总风量的15%~30%。煤粉-空气混合物通过燃烧器的一次风喷口喷入燃烧室。燃烧所需的另一部分空气称为二次风。二次风经过燃烧器的调节挡板(旋流叶片或蜗壳)后形成旋转气流,在燃烧器出口与一次风汇合成一股旋转射流。射流中心形成的负压将高温烟气卷吸到火焰根部。这部分高温烟气是煤粉着火的主要热源。一次风出门的扩流锥可以增大一次风的扩散角,以加强高温烟气的卷吸作用。
(2)直流式煤粉燃烧器:一般由沿高度排列的若干组一、二次风喷口组成,布置在燃烧室的每个角上。燃烧器的中心线与燃烧室中央的一个假想圆相切,因而能在燃烧室内形成一个水平旋转的上升气流。每组直流式燃烧器的一、二次风喷口分散布置,以适应不同煤种稳定而完全燃烧的要求,有时也用来减少NOx的生成量。
2.燃油燃烧器
燃油燃烧器主要采取雾化技术。气泡雾化燃烧器的雾化原理如下:燃油与雾化介质(水蒸气或压缩空气)经气泡雾化发生器产生大量油包汽气泡,在混合室充分混合后喷出,由于存在较高压差,从而实现爆破雾化。经航空发动机气动热力国防科技重点实验室激光检测,其雾化颗粒索太尔平均直径SMD≤23.76μm,这是一般气动雾化和机械雾化喷嘴达不到的,是一种全新的燃油雾化燃烧技术。
油燃烧器的调风器除与煤粉燃烧器相似的旋流式和直流式外,尚有一种部分旋流式,即在直流式调风器内布置一个稳焰器,使少量空气(10%~20%)流经稳焰器后产生旋转运动,在调风器出口形成中心回流区,使油雾着火稳定,以达到低氧燃烧。
3.气体燃烧器
气体燃烧器主要有天然气燃烧器和高炉煤气燃烧器两类。大容量天然气燃烧器大多采用多枪进气平流式。天然气枪放在调风器的空气通道内。高炉煤气燃烧器因高炉煤气发热量较低,着火困难,常在炽热的通道内燃烧,而后喷入燃烧室。
4.其他燃烧器
其他燃烧器包括燃烧生物质颗粒燃料的燃烧器,以及富氧、全氧助燃的燃烧器。前者必须考虑生物质颗粒的特点,如灰分和水分含量高;后者氧气助燃燃烧的火焰温度要比空气燃烧时高出很多,所以在炉体耐材的选择上,应有更高的要求。
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