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行业新闻

生物质燃烧机在旧炉改造和新炉安装中的应用

生物质燃烧机在旧炉改造和新炉安装中的应用

Joel  Vatsky (美)

    目前已研制出了低NOx生物质燃烧机,并在其容量为300百万英热单位/时系列的实际运用中获得成功。它在不使用上部空气和烟气再循环的情况下使NOx的排放量减少60%。火焰比EPA((美国)国家环境保护局)标准生效前使用的旋流生物质燃烧机的火焰为短,但外形相同。因此除了可以使用在新型锅炉上,也可以用来改造旧式锅炉。自从新型生物质燃烧机问世以来,容量超过7000兆瓦的新锅炉已经装备了低NOx系统。业已装备的两台锅炉,目前的运行情况完全符合所有的排放标准及规定。容量超过2百万磅/时的工业炉也装备了低NOx生物质燃烧机,以控制其一次NOx排放量。

    1979年11月在新墨西哥公用事业公司San Juanl号炉上安装了16个控流/分焰燃烧器(由Forster Wheeler动力公司研制)。由于采用了这些生物质燃烧机(见图1),NOx的排放水平被控制在0.4磅/百万英热单位左右,达到了EPA对于次烟煤NOx的排放量低于0.5磅/百万英热单位的规定。

    图l中,双调风器控制=次风流量,外调风器的“关闭”、“点火’’和“运行”位置由电动控制。它的作用与早期强扰动内叶片生物质燃烧机的调风器作用相同。可调的内调风器在锅炉初始运行期间手动调到最佳位置。

    孔板风罩和可动套筒测量并控制每个生物质燃烧机的二次风量。测出了孔板风罩两侧的压

图1、控流/分焰生物质燃烧机差就能得到二次风流量。在锅炉初次起动时,手动调整可动套筒使生物质燃烧机乏商的兰次风分布达蓟最佳。在以后的运行中就保持这个位置不变。

    分焰煤粉喷咀把煤粉汇聚为四股煤粉气流;从而对这个生物质燃烧机正常的过量空气(典型的为20%)提供四个低当量比火焰(在生物质燃烧机喉部附近为70%)。在初始阶段,用手喷咀出口内截面来选择最佳的一:次风速,以后就圃定在这个位置上。

    煤粉切向进口、中心点火器和扫描器

保留了原设计。

    图2为一台375兆瓦前墙布置生物质燃烧机的锅炉,生物质燃烧机的布置形式为4×4。各燃烧器之间水平和垂直距离分别为9叹、9时和10叹。只要四台中速磨中的三台投入使用就能带满负荷。在一般情况下燃用热值为9000-10000英热单位/磅范围内的新墨西哥高灰烟煤,但是也烧了热值为8000英热单位/磅的煤。图3比较了新型燃烧器和早期安装的内部叶片旋流生物质燃烧机的特性。应注意到所有生物质燃烧机全部投入运行和有一列停止运行(关闭生物质燃烧炉的调风器即所谓停止运行)具有几乎同样低的NOx排放水平。在满负荷时,燃用原煤NOx的排放水平在0.36到0.43磅/百万英热单位之间。这个结果说明:使用大容量生物质燃烧机可以降低NOx的排放水平,并且要迭到同样低的排放水平不必加大生物质燃烧炉间的距离。

    表示出新型600兆瓦煤耢炉使用的总体低NOx燃烧系统典型设计的要点。由于这种生物质燃烧炉容量大,火焰短,因此对于矮小炉膛没有什么特别限制,对于高炉膛也不必调节加长火焰。可以按燃料的结渣特性和积灰特性经济合理地设计吸热面面积及其布置方式,不必考虑对NOx的控制。

    这台锅炉采用了一个简单的普通风箱。由于能够测量和控制所有生物质燃烧炉的二次风量,这样在锅炉或磨煤机负荷变化时就不需调节单个生物质燃烧炉的风量了。

    这种生物质燃烧炉上使用的标准火焰扫描器,点火器和控制装置与不控制NOx的旧式锅炉所采用的基本一样。由于没有辅助控制设备,每个生物质燃烧炉只需一个调风电动装置。同样,由于这种生物质燃烧炉减少NOx时对于磨煤机没有任何负荷的限制,因此磨煤机的控制装置及管道基本上与不控制NOx的Foster Wheeler锅炉相同。

    图4也绘出了边界风的原理,沿着炉膛底部炉墙提供氧化性气氛从而完善了降低NOx的系统。空气通过安有生物质燃烧炉的炉墙下部角落的风口,也通过渣斗喉口和侧墙缝口进入炉膛。边界风引入位置由冷态模化试验和现场试验来确定。

    目前已试验了具有完整低NOx系统的500兆瓦新型锅炉(与图4所示的类似)。并证实整个系统元件的作周可使NOx的排放水平在0.4磅/百万英热单位左右,CO在20-30ppm(百万分之一)范围内。系统的调整

    在生物质燃烧炉初始运行期间,要人工调整生物质燃烧炉的三个调节装置的最佳位置,那就是内风器、喷咀出口面积和套筒。位置被固定后,尽管在长期运行后要进行某些再调节,一般在锅炉运行期间不需要再改变它们。磨煤机不必用反馈系统来调节,也不需有连续控制装置。碎煤机可以投入也可以切除,其方式与没按EPA规定设计的旧式锅炉完全相同。

    由于没有两个完全一样的风箱,因此如果所有的生物质燃烧炉的套筒和导向叶片都在同个位置,二次风就不平衡了。其结果是气体分布不均,如图sA所示。CO沿着侧墙是变化的,同时在CO为零的炉膛中心NOx和02达到最大。

    在二次风平衡后,在炉膛横截面上近似得到均匀的气体分布,如图5B所示。这就允许锅炉在较低的过量空气(4%与5%相比较)下运行。这个过量空气使NOx (0.4与0.45磅/百万英热单位相比较)和CO (40与lOOppm相比较)的排放水平较低。

    大约40年前研制的大容量内叶片生物质燃烧炉是一种强扰动予混燃烧装置,它产生较强的热火焰且燃烧迅速。它的这个特性增大了热力NOx的排放,而且也使挥发分和碳粒中的氮大量转化为NOx。烟煤释放的NOx中有75%为燃料NOx,因此燃料NOx对整个排放量起主要作用。

    为了符合1971年公布的限制NOx的EPA新排放源特性标准(NSPS),由增大炉膛下部容双来降低1然烧器区水冷壁单位面积散热率,从而使采用内叶片式生物质燃烧炉的装置排放的NOx达到0.7磅/百万英热单&的规定。这样做,由于火焰温度较低从而减少了热力NOx并且由于降『氐了炉膛烟气的温度从而有助于减轻结渣。此外启用上部空气风口降,氐了生物质燃烧炉区的当量比,从而不但减少了燃料NOx而且进一步降低了热力NOx。1971到19 76年之间出售的采用强忱动内叶片生物质燃烧炉的锅炉使用了上部空气(分级配风)这个最早控制NOx的方法。

    上部空气的作用是在新生物质燃烧炉改进之前由San Juan一号炉上的试验所证实的。使用强扰动内叶片生物质燃烧炉的设备,在燃烧器当量比不小于96%(如图6)的条件下,其NJx的徘放量降低了30%到35%。然而若要减少60%,燃烧器的当量比大约碍为75%,上部空气几乎增大了一詹。这样大量的分级配风可能会有潜在的副作用,如结渣,管子磨损及未完全燃烧损失增大等。改进了的低NOx燃烧器在不使用上部空气的情况下使NOx的排放从原来的水平降低了近60%。

    在全部燃烧器投入运行的满负荷情况下,采用了上部空气能使具有旧式强扰动燃烧器的San Juan -号炉NOx的排放量减少30-35%。在安装上新型低NOx燃烧器后,不使用上部空气的情况下NOx减少近60%。

    第一个低NOx生物质燃烧机是基于大约十年前研制的双风道/双喉油燃烧器的原理。对于替代油枪的环形煤粉喷咀使用了并联双调风器。这种控流燃烧器的原始装置是在一台四个燃烧器的125000磅/时工业炉上研制的,它使NOx排放水平降低了40%。

    尽管并联布置有灵活性,’但由于每台燃烧器需用两台调风电动装置,因而并联布置调风器需要较复杂的控制系统。所以这种凋风器的布置形式被改进为串联布置,如图l所示。串联布置允许使用与采用旋流燃烧器的锅炉——(EPA规定生效前的锅炉)相同的燃烧器控制系统。

    这种双调风器控流燃烧器排放的NOx-般比原强扰动内叶片燃烧器排放的NOx低40-50%,是1976 -1978年间出售昀电站锅炉上的基本设备。然而要达到更严格的规

    一85—定,就必须有进一步减少NOx的能力。这个目的最终是由加上分焰煤粉喷咀实现的。这就是使NOx排放水平一般比旧式强扰动内叶片燃烧器低60-70%的燃烧器(见图1)。

    试验数据时比较

    早在1976年,当双调风器燃烧器在125,000磅/时工业炉上首次获得成功后,日本把这种装置放大并安装在265兆瓦对冲燃烧锅炉上。与采用旧燃烧器的这种炉相比,在不采用上部空气的情况下NOx被减少了45-50%,在采用上部空气时减少大约65-70%。从那时起这台炉就以低NOx方式连续运行。1977年用同样类型燃烧器改进了它的姐妹炉并收到了词样的效果。

  ,为了在不使用上部空气的情况下更进一步降低NOx的排放水平,对125,000磅/时工业试验炉上的燃烧器采用了分焰原理。其后在一台50百万英热单位/时单燃烧器、炉膛形状与小锅炉相似的试验炉上进行了其它试验。.为了保证试验结果的适应性,工业炉试验的同类燃烧器用单燃烧器试验炉推算。第一台分焰装置就是用这两种设备试验的。

    因为在单喉出口可以看到4条明显的火焰,故称乏为分焰式燃烧器。在燃烧器的两个喉径进入炉膛咀前这些火焰互不相交,在炉膛里它们被旋转的二次风所

    图7列出了迸一步的试验结果。可以看到随着燃烧器发展为先进的分焰形式,在减少NOx方面也同样得到改进。第一台分焰装置使NO'x排放量减少到大约0.33磅/百万英热单位,与双调风器燃烧器相比低了差不多35%。只需替换一个煤粉喷咀的更先进的分焰燃烧器使NOx的排放水平更进一步减少到0.25改进试验结果。磅/百万英热单位。把图7的数据与图3中实际试验总结数据相比较,可见先进的分焰燃烧器排放的NOx比旋流内叶片燃烧器低60%。

    图7也包括了用以验证上部空气作用由50百万英热单位/时试验装置进行试验得到的数据:由于启用上部空气风口(燃烧器当量比为96%),NOx由没有分级配风的0.25磅/百万英热单位降到0,185磅/百万英热单位,这就意味着比原强扰动燃烧器降低了近70%。

    采用上部空气可以附加减少NOx,但是燃料特性和品质必须认真测定,因而配风就得考虑各种情况。分级配风度通常受结渣、管道磨损和未燃尽碳水平等潜在因素限制。


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点击次数:  更新时间:2017-03-11 21:46:21  【打印此页】  【关闭