锅炉直流燃烧器详解
直流燃烧器
出口气流为直流射流；布置在炉膛四角，使燃料气流在炉内进行切圆燃烧 。
直流燃烧器和旋流燃烧器在炉膛的布置方式是不同的，直流燃烧器一般四角布置。或接近四角布置，四个角燃烧器出口气流的轴线与炉膛中心的一个或两个假想圆相切，使气流在炉内强烈旋转，形成切圆燃烧方式。
直流射流
基本概念
(1)等速核心区：射流的中心部位有一核心区,区内的速度均与初始速度W0相同.
(2)射流内边界:维持流速等于初速W0的边界.
(3)射流外边界:射流与周围静止介质的边界面.
(4)射流转折截面:核心区消失处截面.
(5)射流的主体段:中心速度开始衰减.
(6)射流的初始段:主体段左面.
(7)扩展角θ:射流外界线的交角.
直流燃烧器是由一组圆形,矩形或多边形的喷口所组成,煤粉和空气分别由不同喷口喷进炉膛,1,2次风都是直流喷射.
优点:
(1)着火条件好.
(2)气流的后期混合强烈.
(3)可控制二次风混入的迟早.
(4)煤种适应性较广.
煤粉燃烧火焰方式
直流煤粉燃烧器的布置方式
不同配风直流燃烧器
稳燃腔燃烧器出口燃烧器火焰示意图
直流射流——空气动力特性
湍流自由射流是直流燃烧器各喷口以较高的初速（Re≥105）和一定的浓度，射入尺寸很大的炉膛空间（炉膛内充满高温、静止介质——烟气，煤粉浓度为零）的煤粉气流.
湍流自由射流除了做整体运动外，流体微团还具有纵向脉动和横向脉动，后者对对热质交换起着重要作用
射流（煤粉气流）自喷口喷出后，沿着轴线方向运动，其边界上的流体微团不断与周围介质发生热质交换和动量交换，将部分周围高温、静止介质卷吸到射流中来，并随射流一起运动(速度差大卷吸大).
射流横断面不断扩展，流量Q增加；煤粉浓度C下降；温度T升高；轴向速度W逐渐减慢，最后射流的能量完全消失在空间介质中
射流核心区：射流中心尚未被周围气体混入，保持初速w0的区域
湍流边界层：核心区维持初速w0的边界称为内边界；射流与周围气体的分界称为外边界。内、外边界间区域为湍流边界层，其内为射流本身的流体以及卷吸进来的周围气体
转折截面：核心区消失，只在射流轴线保持初速w0的某点对应的截面。在转折截面前的射流段称为初始段，在转折截面后的射流称为基本段。
扩展角：射流外边界线的交点称为源点，其交角称为扩展角
卷吸量 Q ：外边界卷吸的高温烟气量
圆形喷口的卷吸量小于矩形喷口；
一个喷口分成总面积相等的若干个小喷口，卷吸量是增加的；
直流Q＜旋流Q；直流射流适用于无烟煤，后期混合好。
射程 L ：射流轴向速度wm与射流初始速度w0的比值降低到某一不为零的数值（如0.05）时的截面与喷口间的距离。
射程反映轴向速度wm沿射流运动方向衰减的程度，即射流对周围气体的穿透能力 。直流射程L>旋流射程L (同等条件下)。
射流卷吸周围气体越多，衰减较快。
直流湍流自由射流的卷吸量相对较小，而射流的衰减较慢。
扩展角θ：
θ决定射流的形状及两相邻射流开始混合点.
混合点位置对煤粉气流着火和氧化剂的及时补充有很大影响.
直流湍流自由射流的θ相对较小.
射流的刚性
定义：射流在有限空间内，抵抗外界干扰不发生偏离轴线的能力。
刚性不够，射流偏移到炉墙，引起结渣；偏向其他射流，干扰其工作.
射流的初始动量越大，刚性越大.
直流煤粉燃烧器的形式
㈠均等配风直流煤粉燃烧器
流燃烧器的一、二、三次风分别由垂直布置的一组圆形或矩形的喷口以直流湍流自由射流的形式喷入炉膛。根据燃煤特性不同，一、二次风喷口的排列方式不同可分为均等配风和分级配风。
均等配风燃烧器: 一、二次风喷口相间布置，即在二个一次风喷口之间(或一次风喷口侧部--侧二次风)均等布置一个或二个二次风喷口，各二次风喷口的风量分配较均匀。
均等配风燃烧器特点：
一、二次风口间距较小，有利于一、二次风较早混合，使一次风煤粉气流着火后能迅速获得足够的空气，达到完全燃烧；
适用于燃用高挥发分煤种，常称为烟（褐）煤型配风方式 。
(1)均等配分(2-1-2-1型).
a.一.二次风口间隔布置,且间距相对较近,使着火后二次风能更快混入,及时充分地供应给焦碳的燃烧.
b.侧二次风式.
侧二次风是指在煤粉喷口的外侧(喷嘴侧)与一次风平行布置的二次风.
特点:
①一次风在炉膛内侧,有利着火.
②二次风在外侧,使与炉墙接触的是一层二次风,利于防止结渣.
③气流高度短,宽度大,刚性好.
c.十字风.
冷却一次风喷口
减少煤粉和气流速度分布不均匀程度。
㈡分级配风直流煤粉燃烧器
㈡分级配风直流煤粉燃烧器
分级配风燃烧器：一次风喷口相对集中布置，并靠近燃烧器下部，二次风喷口则分层布置，一、二次风喷口间保持较大的距离，燃烧所需要的二次风分阶段送入燃烧的煤粉气流中，强化气流的后期混合，促使燃料燃烧与燃尽。
分级配风燃烧器特点：
一次风喷口高宽比大，卷吸量大；
煤粉气流相对集中，火焰中心温度高，有利于低挥发分煤的着火、燃烧。
适合于燃用低挥发分煤种或劣质煤，常称为无烟煤和贫煤配风方式。
a.周界风:作用:冷却一次风喷口,防止结渣,补充空气,防止煤粉离析.
缺点:本身要吸热.
b.夹心风:
优点: 加强一次风射流刚性,减轻其偏转程度,有助于防止结渣,
及时补充空气
一次风射流尾部变狭,使煤粉浓度局部集中.
通过燃烧器的空气
进入煤粉炉燃烧器的空气不是一次集中送进的，按对着火、燃烧有利而合理组织、分批送入，按流过的介质和作用不同，可分为三种：
一次风 携带煤粉送入燃烧器的空气。主要作用是输送煤粉和满足燃烧初期对氧气的需要。
二次风 待煤粉气流着火后再送入的空气。二次风补充煤粉继续燃烧所需要的空气，并起气流的扰动和混合的作用。
三次风 对中间储仓式热风送粉系统，为充分利用细粉分离器排出的含有10%～15%细粉的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧，这股乏气称为三次风。
直流煤粉燃烧器各层风的作用
根据所承担的具体任务不同，二次风分为辅助风、燃料风和燃尽风。
辅助风：分为油辅助风（为油的燃烧提供氧气）和煤辅助风（为煤粉燃烧提供氧气，且位于燃烧器最下层的辅助风还可以托浮住粗粒煤粉）。
辅助风是二次风的主要组成部分。
下二次风 防止煤粉离析，避免未燃烧的煤粉直接落入灰斗；托住火焰不致过分下冲，避免冷灰斗结渣，风量较小。
中二次风 是均等配风方式煤粉燃烧阶段所需氧气和湍流扰动的主要风源，风量较大。
上二次风 提供适量的空气保证煤粉燃尽，是分级配风方式煤粉燃烧和燃尽的主要风源，风量较大。
燃料风：是指从一次风的内部或外围补入的少量空气。是二次风的一部分。
十字风或夹心风 是指从一次风的内部补入的少量空气。
周界风 从一次风的外围补入的少量空气称为周界风，其特点风层薄，风量小，风速较高。其作用是：
⑴冷却一次风喷口，防止喷口烧坏或变形。
⑵给火焰周围补氧，但风量不宜过大，否则会相当于二次风过早混入而对着火不利。
⑶周界风风速高于一次风，能增强一次风气流的刚性，防止其偏斜。
⑷可托浮煤粉，防止煤粉从主气流中离析出来而增加不完全燃烧热损失。
⑸在一次风煤粉气流与水冷壁之间形成屏障，避免一次风贴墙造成结渣。
⑹可作为变煤种、变负荷时燃烧调整的手段。
周界风 、十字风或夹心风 、侧二次风等都是二次风的一部分。
燃尽风：分二层布置于整组燃烧器的最上部，送入剩余15%的空气。它也是二次风的一部分。其作用是：
给燃尽区未燃尽的煤粉继续燃烧提供空气。
抑制燃烧区段温度，达到分级燃烧目的，有效减少炉内NOX生成量。
燃尽风一般沿与主气流旋转方向相反的方向喷入炉膛内，这样可降低炉膛出口处烟气的残余旋转，减轻水平烟道两侧的烟温烟速及烟气中飞灰浓度偏差，减小布置在水平烟道入口处过热器的热偏差，又叫做偏转二次风或消漩二次风。
三次风 是指中间储仓式热风送粉系统，为充分利用细粉分离器排出的含有10%～15%细粉的乏气，由单独的喷口送入炉膛燃烧。
特点：温度低，水分大，煤粉细。对燃烧有四个方面的不利影响：
火焰温度低，燃烧不稳定；
火焰拖长，炉膛出口烟温高，使过热器与再热器超温，汽温调节幅度大；
三次风高速射入，使火焰残余旋转增大，飞灰中可燃物会增加；
三次风量较大时，风速也增大，易扰乱正常空气流动，引起火焰贴墙结渣。
措施：为消除这些不利影响，在大容量锅炉上可将三次风分为两段，即上三次风和下三次风，并且布置于燃烧器上部，远离一次风喷口。为了保证三次风穿透火焰，其风速通常高达50～60m/s。
直流燃烧器四角布置切圆燃烧方式
切圆燃烧方式直流燃烧器的布置
炉膛四角或接近四角布置，四个角燃烧器出口气流的轴线与炉膛中心的一个或两个假想圆相切，使气流在炉内强烈旋转。
切圆燃烧方式的特点
煤粉气流着火所需热量，除依靠本身外边界卷吸烟气和接受炉膛辐射热以外，主要是靠来自上游邻角正在剧烈燃烧的火焰的冲击和加热，着火条件好
火焰在炉内充满度较好，燃烧后期气流扰动较强，有利于燃尽，煤种适应性强
风粉管布置复杂
一次风煤粉气流的偏斜
切圆燃烧方式实际气流并不能完全沿轴线方向前进，会出现一定的偏斜，严重时会导致燃烧器出口射流贴墙或冲墙。造成炉膛水冷壁结渣.
邻角气流的横向推力 其大小取决于四角射流的旋转动量矩。其中二次风射流动量矩起主要作用；一次风射流本身的动量（刚性）则是维持气流不偏斜的内在因素
增加一次风动量或减少二次风动量，可减轻一次风射流的偏斜。但一次风速受着火条件限制，不能相应提高；而为了加强炉内气流的扰动，二次风速也不宜降低。
假想切圆直径dJX ：较大的dJX可使邻角火炬的高温烟气更易达到下角射流的根部，扰动更强烈，有利于煤粉气流着火、燃尽；但dJX过大，射流偏斜增大，容易引起水冷壁结渣；炉膛出口较大的残余旋转会引起烟温和过热汽温偏差.
炉膛和燃烧器的结构特性：燃烧器射流两侧卷吸烟气形成负压，内侧（向火侧）夹角α1大，且有上游邻角气流横扫过来，补气条件充裕；面向炉墙的一侧（外侧）夹角α2小，且需从射流较远处回流烟气或由射流上下两端来补气，补气条件很差，射流两侧因此出现压差，迫使射流偏向压力低的一侧.
炉膛内火焰结构