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行业新闻

旋流生物质颗粒燃烧机在炉内布置方式研究及应用

旋流生物质颗粒燃烧机在炉内布置方式研究及应用

摘要:就多只旋流煤粉生物质燃烧机在一台205 tm锅炉炉内的最佳布置方式进行了冷态模化试验研究,找出了锅炉原旋流生物质燃烧机无法在较大负荷下稳定运行的原因,确定了合理的生物质燃烧机置方式将原锅炉上旋流生物质燃烧机改为径向浓淡旋流煤粉生物质燃烧机,并采用合理的布置方式后,炉内的冷态试验与试验台的结果一致,热态运行取得了良好的效果锅炉燃烧效率达到98.锄,无助燃油低负荷率为6 W。

生物质颗粒燃烧机模型平行相邻布置的试验表明¨1。轴线平行的多个旋转射流的组合流动可分成3个区域:第1个区域是从旋流生物质颗粒燃烧机出口到轴向距离与生物质颗粒燃烧机喷口直径之比(x肠)为1.弘2.0的截面处,两股射流各自保持其特性,彼此几乎是独立的:第2区域由x /d>2.0至x/d=3.0处。两股射流开始合并在一起,形成统一的复合射流扩展;第3区域在x /d>3.0以后,此时整个复合射流完全结合在一起,具有自由射流的特征。文献[2玲出了两只旋流生物质颗粒燃烧机旋转方向对复合射流速度场的影响规律,当两股旋转气流旋转方向相同。且旋流强度相同时,在其轴线间距离一半处。切向速度的合成等于零,而在生物质颗粒燃烧机外侧具有相反的旋流速度:当两个生物质颗粒燃烧机的旋转方向相反时,两个燃烧器之间中心处的切向速度升高。近似等于该点两只生物质颗粒燃烧机的切向速度代数和,射流外侧的气流速度仍与单只生物质颗粒燃烧机时相同。当两只生物质颗粒燃烧机的旋转方向相同时,生物质颗粒燃烧机之间中心处的切向速度很小,速度梯度较大,热质交换强烈两只生物质颗粒燃烧机旋向相反时,由于两只生物质颗粒燃烧机之间的气流速度加速,使火焰有向上趋数本文根据多股平行旋转射流的流动特点,对哈尔滨热电厂一台。205t/h锅炉原有旋流生物质颗粒燃烧机改造为径向浓淡旋流煤粉生物质颗粒燃烧机p_引。就多只生物质颗粒燃烧机在炉内的布置方式进行了试验研究1哈热电厂箩炉原生物质颗粒燃烧机存在的问题

    哈尔滨热电厂彗炉是由HG-410/100-6型燃油锅炉改造为HG-205 /9.  8-YM型燃煤锅炉,为Ⅱ型布置固态排渣煤粉炉,炉膛宽度11. 99 m,炉膛深度为6 070 m。炉膛容积1 326 m3。设计炉膛出口处烟气温度993℃。制粉系统采用两台钢球式磨煤机,制粉系统的干燥剂作为一次风输送煤粉,原锅炉采用可调式切向叶片旋流煤粉生物质颗粒燃烧机。共6只。倒三角形分别布置于两侧墙上,侧墙上原生物质颗粒燃烧机布置方式如图l锅炉设计煤种为鸡西混煤。

    锅炉由燃油改为燃煤后,锅炉负荷减少一半,炉膛容积相对变大。容积热负荷为0. 199 M W/m3,截面热负荷为2. 16 MW /mz,均接近锅炉炉膛设计热负荷推荐值的下限陋1,因而额定负荷下生物质颗粒燃烧机区火焰温度偏低,光学高温计测得平均温度在1 000℃左右o炉膛为长方形,长度方向与宽度方向之比为1. 97:1,6只燃烧器为两侧墙对冲布置方式,两侧火焰互相支持能力差,炉膛充满度不好。另外由于炉膛宽度方向距离有限,生物质颗粒燃烧机之间距离无法充分拉开。轴线水平方向距离为2 040 mm(相当于2 06倍生物质颗粒燃烧机喷口直径),上下层相邻生物质颗粒燃烧机轴线间距离为1 570 mm(相当于1.59倍生物质颗粒燃烧机喷口直径),远小于正常的推荐值_!由炉内冷态试验发现,生物质颗粒燃烧机出口气流相互干扰强烈,气流不能充分扩展,主要表现为:(1)生物质颗粒燃烧机出中心回流区受相邻生物质颗粒燃烧机气流的压制作用而变小,回流区形状偏斜,受影响最大的是倒三角形布置的下层生物质颗粒燃烧机的中心回流区与上层生物质颗粒燃烧机相邻侧受气流压制明显变小,而下侧回流区变大。气流及回流区向下偏斜,进入烟气温度相对较低的冷灰斗区域,无法提供煤粉气流着火所需的足够回流热量  (2)相邻两只生物质颗粒燃烧机距离过近,出口各自独立发展的区域消失,相邻气流强烈混合,造成气流大幅度的周期性波动。回流区不稳定,热态运行时煤粉气流表现出大幅度的燃烧波动。(3)通过调节某只生物质颗粒燃烧机出口气流的运行参数,可加大其出口气流的囤流区和扩展角,但却使相邻两只生物质颗粒燃烧机的回流区被压缩,本身的出口气流也容易形成开放射流。  (4)市目邻生物质颗粒燃烧机的气流旋向也强烈影响着出口射流的流动特性,两只生物质颗粒燃烧机旋向相同时,气流之间干扰加剧。由于以上原因,锅炉燃烧效率低,低负荷能力差,低于8%额定负荷就无法稳定运行,需投油助燃。严重影响按调度曲线规定调峰的要求,锅炉运行的经济性下降为了解决该炉实际存在的问题,将原有的切向可动叶片式旋流生物质颗粒燃烧机改为径向浓淡旋流煤粉生物质颗粒燃烧机,以提高单只旋流生物质颗粒燃烧机的稳燃能力o新型旋流生物质颗粒燃烧机按原锅炉设计煤种设i,+o由于新型旋流生物质颗粒燃烧机在炉内布置方式对其性能影响大,建立了炉膛冷态模化试验台,就燃烧器的不同布置方式下出口气流流动特性进行了研究,找出径向浓淡旋流煤粉生物质颗粒燃烧机在这种特殊炉型中的最佳布置方式

2炉膛冷态模化试验

2 1试验台结构及工况参数

    炉膛模化试验台按原炉1:10比例缩小设计,炉膛前墙和侧墙均采用可拆卸的生物质颗粒燃烧机孔板,生物质颗粒燃烧机布置方式可以方便地变换径向浓淡旋流煤粉生物质颗粒燃烧机模型按1:10比例设计。分为一次风和二次风两个环形喷口,带有中心风扩口,旋流口十片采用轴向固定式叶片。倾角为6 40试验中流动参数的选取是根据生物质颗粒燃烧机模型出口一=次风动量比与热态实物生物质颗粒燃烧机出口动量比相等,并使生物质颗粒燃烧机区内流动进入自模化区来确定的。

    由附于坐标架上的小飘带标示出气流方向,得出各个生物质颗粒燃烧机出口处的回流区和扩展角的大小,采用乙二醇烟雾示踪剂对各生物质颗粒燃烧机出口气流的流动状况进行示踪

2 2冷态模化试验结果及分析

2 2.1侧墙原始布置方式

    锅炉原生物质颗粒燃烧机为两侧墙对冲倒三角形布置方式。作为试验比较的基础,首先对这种布置方式进行了模化试验,上下两层生物质颗粒燃烧机布置方式按图1缩小。飘带示踪结果表明,岁生物质颗粒燃烧机水平方向的最大回流区直径为0 5 d(d为生物质颗粒燃烧机喷口直径),回流区长度为0.75 d,蔓生物质颗粒燃烧机水平方向回流区最大直径0.5 d,回流区长度为l.Od Z、萝连线方向上,2生物质颗粒燃烧机回流区最大直径0.5 d,长度0.75 d;萝生物质颗粒燃烧机出口回流区最大直径Q 25d,长度0-75d g、萝连线方向上,彗生物质颗粒燃烧机回流区最大直径为0. 25 d,长度0.75 d:箩回流区最大直径0.5 d,长度1. Od由以上试验结果,可以发现当生物质颗粒燃烧机喷口之间距离很近时,气流互相挤压互相冲击的作用非常强烈,两只生物质颗粒燃烧机之间无独立发展区域,气流合成在一起整体流魂单只生物质颗粒燃烧机出口回流区较小,回流区直径最大为Q 5 d,最小值只有0. 25 d,无泫满足生物质颗粒燃烧机独立稳定运伉由乙二醇示踪试验发现,下层彗生物质颗粒燃烧机出口气流直接冲击上层生物质颗粒燃烧机出口气流根部,使上层气流流动处于不稳定状态,摆动剧烈,这是导致热态运行火焰剧烈波动的主要原因

2 2.2侧墙生物质颗粒燃烧机距离拉开布置方式

    为了减小倒三角布置方式下生物质颗粒燃烧机出口气流之间的干扰,将侧墙生物质颗粒燃烧机拉开一定距离进行试验,由于水平方向炉膛宽度的限制。所以水平方向拉开距离较小,为240 mm(2 4d),上下层相邻生物质颗粒燃烧机之间距离增至339 mm(3.4d),如图2飘带示踪结果表明,在水平方向测量芝生物质颗粒燃烧机回流区最大直径为0. 75d,长度为1.  12 5d,扩展角为850;彗生物质燃烧机回流区最大直径Q 7 5d。长度0.875d。扩展角800;萝生物质燃烧机回流区最大直径0- 75d。长度1_125d,扩展角8璺生物质燃烧机之间距离拉开,3只生物质燃烧机出口气流的扩展状况明显改善。回流区普遍增大。平均比原始布置方式增加1.5倍以上,扩展角为850E右,箩与彗之间由于气流反旋的影响,回流区扩展角稍小。由乙二醇示踪试验发现,生物质燃烧机出口气流基本独立发展,下层生物质燃烧机出口气流冲击上层生物质燃烧机出口气流根部的现象基本消除。生物质燃烧机之间相互影响明显减弱,可满足热态运行时各只燃烧嚣独立组织燃烧稳定火焰的要求。

2 2.3侧墙生物质燃烧机距离拉开。后墙加稳燃器布置方式

    在侧墙布置与上一工况相同的情况下,于后墙上距侧墙一定距离处,加装一只生物质燃烧机作为稳燃器o飘带示踪结果表明,侧墙下层彗生物质燃烧机回流区直径变为1. Od。长度1.125d,扩展角900;茗生物质燃烧机回流区直径1. Od,长度1.5d,扩展角为900;岁生物质燃烧机回流区直径有所减小,变为0. Sd,长度Q 875 d;后墙d生物质燃烧机回流区直径0. 75d,长度1.125d,扩展角900由乙二醇示踪试验发现,后墙生物质燃烧机出口气流在距离其喷口ld位置即与侧墙生物质燃烧机出口气流相交汇,使侧墙生物质燃烧机出口气流向前墙偏斜,导致挨近前墙的箩生物质燃烧机回流区减小。后墙稳燃器减小与侧墙的距离。其对侧墙燃烧器的影响加剧:而增加其距离,支持侧墙生物质燃烧机的稳燃效果必下降同时后墙生物质燃烧机与侧墙生物质燃烧机出口气流相互冲击,造成生物质燃烧机区平面内出现大的水平漩涡,使炉内气流流动紊乱,对热态时侧墙各只生物质燃烧机的稳定运行不利

2 2.4生物质燃烧机后墙均等布置方式

    将6只旋流生物质燃烧机分两层均等布置于后墙。如图3可以看出,轴间距离可拉到320 mm(3.23dl下层f、蔓生物质燃烧机回流区较太,直径可达ld,长度也在ld以上,上层牮、萝、6受下层影响,回流区域稍/J、6只生物质燃烧机扩展角都可达900左右f除g以外1出口气流之间存在独立发展区域,相互影响很小。消除了气流冲刷相邻生物质燃烧机出口气流根部的现象。生物质燃烧机可单独稳定运氰由烟雾示踪发现,生物质燃烧机区域气流充满度较好。无气流偏斜冲刷炉墙的现象发生o因此,采用后墙布置时,出口气流扩展充分,能充分发挥径向浓淡型煤粉生物质燃烧机良好的稳燃能力,达到锅炉低负荷下无油稳定运行的目的。

2 2.5后墙生物质燃烧机非均等布置方式

    将6只旋流生物质燃烧机分上层2只、下层4只布置于后墙,生物质燃烧机之间距离相对后墙均等布置方式小一些。但仍大于两倍的生物质燃烧机直径,如图4示可以看出。上层萝、6生物质燃烧机回流区较大,直径可达到1.2d,长度也在1. 3d以上。下层4只生物质燃烧机由于受下层扩展空间的限制。回流区域稍小,6生物质燃烧机扩展角都可达8g左右(稍小于后墙均等布置方式1气流之间有一定的影响,但影响不大相邻气流冲刷生物质燃烧机出口气流根部的现象得到消除,生物质燃烧机可稳定运往由烟雾示踪可发现,生物质燃烧机区域气流充满度较好,无气流偏斜、冲刷炉墙的现象发生o生物质燃烧机采用这种后墙布置方式时,增加了下层生物质燃烧机区的截面热负荷,燃烧区的燃烧强度得到提高,煤粉颗粒在有效燃烧区内停留时间加长,能够改善劣质煤着火和燃尽o出口气流扩展比较充分,能够充分发挥径向浓淡煤粉生物质燃烧机良好的稳燃能力,在煤质条件适当的情况下,可望达到在50J/0锅炉负荷下稳定运伉同时。这种布置使火焰的中心相对向下移动,可避免由于炉膛出口烟温的提高可能出现的过热器管壁超温现象由于生物质燃烧机模型加工和安装偏差的原因,层蔓、4回流区偏小,实际运行中各只生物质燃烧机出口气流扩展较均匀,流动特性和范围没有出现较大差别。

3实炉的冷态、热态试验

  在冷态炉内详细模化试验的基础上。确定了后墙生物质燃烧机两层非均等布置方案为最终改造方案。在燃烧器布置方式由两侧墙改为后墙非均等布置之后,进行了实炉冷热态试验

3.1冷态试验结果

    在生物质燃烧机的直流二次风风门全开和全关两个工况下,测量了生物质燃烧机出口中心回流区和扩展角的大小,得出新型旋流生物质燃烧机在非均等布置方式下的流动状况,来预计生物质燃烧机在热态运行下的稳燃性能在直流二次风全关和全开下测量的中心回流区长度三n和直径Dn和射流扩展角T如表3和表4,由表中可见,各生物质燃烧机出口中心回流区直径在1.2坊以上。回流区长度一般在1. 52d以上。除2生物质燃烧机外射流扩展角均在90以上o与冷态模型试验相一致,各生物质燃烧机出口气流均存在一段独立扩展区域。气流之间无相互干扰,生物质燃烧机出口气流可单狼稳定流动,能够满足热态运行的需要o直流二次风开大时,出口气流射流扩展角下降,中心回流区收缩,保证生物质燃烧机具有良好的调节特性

 3.2锅炉热态运行性能试验

    锅炉点火启动运行状态良好。在正常运行之后进行了锅炉低负荷和满负荷下生物质燃烧机性能试验。试验煤种为挥发分较高的烟煤,化验结果为:Car= 51. 66/0,

 3. 2.1锅炉低负荷运行下试验情况

    在试验煤种下。锅炉可在负荷为120 t/hf 5%额定负荷1下无助燃油连续稳定运行。瞬时负荷可达到100 t/h( 49Vo额定负荷)在低负荷下各只生物质燃烧机能够稳定运行,尤其是下层4只生物质燃烧机。由于下部炉膛截面热负荷相对较高。以及稳定的中心回流区良好的稳定火焰作用,使得火焰燃烧明亮无波动,上层炉膛热负荷较低。火检探头显示略有波动,但对整个炉膛内的燃烧稳定性影响不大,炉内负压稳定。炉膛火焰温度较改前有较大幅度提高。在低负荷下用光学高温计对炉膛温度进行了测量测量结果如表5测量位置位于两侧墙与生物质燃烧机轴线同一标高的看火孔处

表5锅炉低负荷运行时炉内火焰温度测量

    f锅炉负荷150 t /h)

┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓

┃  甲侧    l    2    3    4    平均                ┃

┃温度fC    l 100    960    1 040    1 300    1 100 ┃

┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫

┃  乙侧    l    2    3    4    平均                ┃

┃温度fC    950    1 050    1 060    1 100    1 040 ┃

┗━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛

    由低负荷试验可见,采用稳燃性能优异的径向浓淡旋流煤粉生物质燃烧机,并在后墙上合理地布置生物质燃烧机,使锅炉低负荷连续稳定运行酏力大幅度提高,可在60%负荷下无油稳定运行,达到锅炉调峰的要求。

3.2.2锅炉满负荷下运行生物质燃烧机性能试验

    在试验煤种下,锅炉满负荷时运行稳定,炉内温度水平高,炉膛负压波动小,过热器无超温现象,减温水用量不大利用光学高温计测量炉内温度,如表6。燃烧器火焰温度是由其后部中心管看火孔观察测得炉内火焰温度较生物质燃烧机改前提高100℃以上,有效地改变了炉内的燃烧状况试验对飞灰和炉渣样进行化验分析,飞灰可燃物含量为1. 827/0,炉渣可燃物含量为11.%,由此算得固体不完全燃烧热损失q4=1.醌,锅炉的燃烧效率达到98. 4%。

表6锅炉满负荷运行时炉内火焰温度测量

┏━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓

┃    甲侧    ┃ 1     2     3     4    平均                        ┃

┃  温度rC    ┃1 350     1 208     1 021     1 100    1169. 8      ┃

┣━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫

┃    乙侧    ┃ 1     2     3     4    平均                        ┃

┃  温度rC    ┃1 267     1 139     1 106     -       1170. 7       ┃

┣━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┫

┃生物质燃烧机编号8 ┃ It      2#      3#      4#      S      e           ┃

┃  温度rC    ┃  170    1 100    1 226    1 250     1 122     1225 ┃

┗━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┛

4结论

    由旋流煤粉生物质燃烧机冷态炉内模化试验和实炉冷、热态试验。可以得出以下结论:

    (1)哈热电厂罗炉炉内模化试验表明,生物质燃烧机侧墙原始布置时,由于生物质燃烧机间距离过近。3只生物质燃烧机相互影响大。气流之间相互冲击压挤严重,出口气沆回流区直径均在0.S以下,加之锅炉炉膛较大,炉膛热负荷低,生物质燃烧机区火焰温度低,致使煤粉气流着火不及时。燃烧效率低这是原锅炉无法在低负荷下运行的主要原因。

    (2)炉膛模化试验表明,生物质燃烧机之间的距离在24d~3.2d之间,生物质燃烧机之间的干扰基本消除。各只生物质燃烧机出口气流可独立扩展,间距越大相互之间影响越/J\o生物质燃烧机采用后墙非均等布置时,出口气流的回流区可达ld以上,扩展角达到900,生物质燃烧机之间无干扰,下层生物质燃烧机区炉内气流充满度好,生物质燃烧机相对集中,提高了单位体积内燃烧热强度,是比较理想的布置方式。

    (3)对哈热电厂箩炉热态锅炉性能测试表明,采用径向浓淡旋流煤粉生物质燃烧机后墙非均等布置方式,可充分发挥新型旋流煤粉生物质燃烧机良好的低负荷稳燃和高效燃烧的性能,在试验煤种条件下,锅炉可在蒸发量120 t/h下无助燃油连续稳定运行,低负荷率可达60%。锅炉在满负荷下运行时。炉膛温度水平提高,较改前提高100℃以上,煤粉颗粒燃烧充分,燃烧效率达到98

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点击次数:  更新时间:2017-03-28 18:31:51  【打印此页】  【关闭