旋风燃烧及其特点

5.5.1　旋风燃烧及其特点

空气带动燃料颗粒在圆筒内旋转燃烧时称为旋风燃烧，组织这种燃烧方式的设备称为旋风炉。旋风炉中主要进行燃烧的圆筒称为旋风筒。一台旋风炉可以有一只或数只旋风筒。旋风炉中，高速的二次风从切向进入筒内，而燃料则可以从切向，也可以从轴向进入。在筒内，二次风携带燃料颗粒旋转前进，大部分燃料颗粒在离心力的作用下摔向筒壁。旋风筒的内外壁上均敷设有保温层，以便在筒内保持高温。燃料在筒内受热后，迅速着火、燃烧，直至燃尽而被排出筒外，而燃料在燃烧中所放出的大量热量则反过来促进了筒内的高温。多数旋风炉采用液态排渣。此时，旋风筒内壁上有液态渣膜存在，由于有一层燃料贴附在熔渣膜上，使燃料颗粒受到的阻力更大，从而旋转和前进的速度大大减慢。旋风筒中燃烧所产生的高温烟气，全部进入锅炉的燃尽—冷却炉膛，进行进一步燃尽和冷却。较细的煤粉在圆柱形旋风筒中进行悬浮状燃烧。渣因高温熔化而粘在筒壁上形成液态渣膜。液态渣排出筒外形成液态排渣。旋风炉工作过程见图5.78。

（1）旋风燃烧方式的优点

①热强度高。由于火焰在旋风筒内高速旋转，扰动极其强烈，传热、传质条件非常好，燃料颗粒完全处于扩散燃烧区。在高温作用下，燃料中的灰分完全熔化成液态渣。由于扰动强烈，可以采用低氧燃烧，旋风筒内的过量空气系数一般均小于1.1。

②燃烧稳定。燃料进入旋风筒后粘附在熔渣膜上，因此，燃料在筒内有相当长的滞留时间，燃烧室中蓄积相当多的热量，这有助于维持燃烧过程的连续性。蓄积一定热量的灼热熔渣膜，是极其稳定的燃烧场所。

图5.78　旋风炉工作示意图

③燃烧经济性高。旋风炉具有高的燃烧温度，优良的传热和传质条件，充分保证了燃料的完全燃烧。化学不完全燃烧损失、机械不完全燃烧热损失较小。排渣中的含碳量一般均小于0.2%，飞灰中的含碳量远低于一般煤粉炉，飞灰份额也大大低于煤粉炉。由于过量空气系数较小，所以排烟热损失也较小，锅炉效率提高。

④捕渣率高。旋风筒内高速旋转的气流具有很高的分离熔渣的能力。立式旋风炉捕渣率一般在70%以上。

⑤锅炉尺寸紧凑。由于捕渣率高，烟气中挟带的飞灰量少，锅炉对流受热面的烟速可以提高，而不必担心飞灰对受热面磨损。烟速提高使传热强化，飞灰量减少，使除尘器负担减轻，这些都将使锅炉设备布置紧凑。

⑥旋风筒中的燃烧既不存在火床燃烧中那种保持火床层稳定的必要性，也没有悬浮燃烧中燃料颗粒与空气之间相对速度趋近于零、燃料颗粒在炉内停留时间很短的缺点。应该认为，旋风燃烧是一种高热强度和高效率的燃烧方式。

（2）旋风炉的缺点

①能量消耗高。旋风筒中高速旋转气流使流动阻力剧增。采用热风送粉，必须有高压风机，这样锅炉自身消耗的电能就必然增高。

②煤质适应能力差。对旋风炉炉型来说，能适应各种煤种。但对于某一特定的旋风炉，因其对燃煤灰分的熔融特性、灰渣的流动能力极其敏感，尤其是锅炉负荷较低时，问题愈突出。对一台已投运的旋风炉，由于受结构特性、容量大小、制粉系统型式等一系列具体条件的限制，致使该炉对燃煤品种变动的适应能力变弱。

③锅炉可用率低。旋风炉存在析铁、受热面烟气侧高温腐蚀、粒化冲渣系统容易发生故障、过热器和高温段省煤器处容易积灰等均能引起故障停炉，使旋风炉可利用率降低。实践表明，旋风炉在投运初期事故率较高，通过对配煤的摸索，对不合理的设计的改造，其安全状况、运行周期和可靠程度大体上接近固态排渣煤粉炉的平均水平。

④灰渣物理热损失高。旋风炉的燃烧经济性较高，但高温的灰渣送至渣沟排掉，尤其是燃用高灰分煤时，其灰渣物理热损失更大。如果考虑此项热量的回收，会使旋风炉的热效率大大地提高。

⑤NO_x排放量较高。旋风炉燃烧温度比一般煤粉炉高，氮在高温下生成氧化氮，烟气中NO_x较高，对环境影响较大。

⑥对流受热面易积灰。旋风炉捕渣率高，使进入对流受热面烟气中较粗的飞灰颗粒减少，因此丧失了大颗粒飞灰冲刷对流管束积灰的作用，使锅炉出口对流受热面积灰严重。

⑦制造费用高。旋风炉结构复杂，销钉焊接工作量大，因而制造费用要比同容量的煤粉炉高。

⑧旋风燃烧方式只强化了燃烧，而未能强化传热。

虽然旋风炉有以上缺点，但在综合利用方面是其它炉型无法比拟的。如利用附烧熔融磷肥，可以生产出一、二级品磷肥；粒化后的玻璃体熔渣可直接做水泥掺合料；除尘下来的增钙粉煤灰加上一定数量的水泥、白灰、镁粉等经饱和蒸汽加压养生可得到建筑材料——加气混凝土，是很好的建筑砌块；由一定量的玻璃体水淬渣、除尘后的飞灰和生石灰等制成普通砖型，再经饱和蒸汽加压养生可得到与普通红砖质量几乎相同的增压免烧砖，是土建工程较好的建筑材料。