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行业新闻

生物质燃烧机最新研究进展及发展方向

生物质燃烧机最新研究进展及发展方向

摘  要从理论、设计、燃烧控制等不同研究角度,系统总结和分析生物质燃烧机的最新研究进展,分析生物质颗粒燃烧机结构及不同控制方法对生物质颗粒燃烧机性能及污染排放的影响及相关规律,指明将来主要发展方‰从而为将来生物质燃烧机的设计和运行提供理论和经验指导。

    气体燃料作为清洁能源广泛应用于电力、化工、冶金、建材等行业的工业炉(窑),而作为其关键设备的生物质燃烧机,其性能直接影响到炉(窑)的燃烧效率及污染排放。特别是最近几年,随着全球范围内的鸵源消费上涨加速和人们对生活环境质量的要求不断提高越来越多的学者关注生物质颗粒燃烧机的性能研究和新型生物质颗粒燃烧机的开发研究利用,从而期望通过研究开发更加先进的燃烧器来不断提高其燃烧性能和降低由于燃烧带来的污染物排放。

1自激振荡涡核理论

  通过生物质颗粒燃烧机的合理组织,燃料和氧化剂在燃烧室内充分混合、着火和燃烧,由此可见,燃料和氧化剂之间的流动混合特性对燃烧质量的好坏起关键性作用。对于实际的燃烧装置,绝大多数都处于湍流燃烧状态,湍流流动特性和燃烧反应之间的耦合作用关联机理一直是燃烧界的研究热点,特别是试图通过研究湍流和燃烧污染物之间的关联及其影响因素,从而不断提高燃烧性能和降低污染物的排放成为许多学者的共同目标。

   近年来气体燃烧方面提出的最新理论,其基本思想是通过主动或被动的控制方式来获得燃烧火焰的自动激励震荡而向前传播,这样一方面能够很好地控制火焰结构来满足不同工业然烧装置的需要,另一方面能够大幅度降低燃烧污染物的排放,特别是NOx的排放。自激振荡涡核理论是一方面自动激励产生的涡核具有螺旋流动特性,另一方面在中心轴线上产生回流区,这样有利于提高火焰燃烧的稳定性

2新型生物质颗粒燃烧机结构设计

2.1扩散生物质颗粒燃烧机喷口设计

    一般情况下,对于气体非预混扩散燃烧其生物质颗粒燃烧机的喷口大多采用圆形。扩散燃烧火焰结构主要取决于燃料流量和喷口直径。近年来许多研究者考虑改变生物质颗粒燃烧机出口形状来控制扩散火焰结构。对于相同的直径圆形喷口,如果采用渐缩式圆形喷口,其火焰结构长度和NQ排放将会发生变化,随着喷口速度的增加,渐缩喷口的火焰长度大于普通直圆形喷口,其N(1排放也略高于普通直圆形喷口扩散式燃烧。

   通过将三角形喷嘴和圆形喷嘴的射流流场对比发现,对于同样的流量,不规则形状喷嘴射流能明显提高射流流体的刚性,从而使射流流动混合加强,提高射流稳定性,这是一种极其简单的提高射流稳定性的措施。研究核对了9种不同结构的喷口射流流场特性,总的来说,非圆形结构喷口射流的湍流扰动强于普通等直圆形喷口射流,射流将卷吸更多边界气流,其中,等腰三角形结构的喷口中心速度降低得最快,说明射流扰动混合效果晟强,射流过程湍流强度最强,射流刚性也最强。

2.2不同结构同轴射流生物质颗粒燃烧机

    为了提高扩散火焰的燃烧性能增强和控制火焰刚性,在一定程度上降低污染排放,很多气体生物质颗粒燃烧机都采用同轴射流不同开口形式的扩散火焰生物质颗粒燃烧机的结构形式[旧。美国劳伦斯国家重点实验室开发了弱旋流的超低NOx排放的气体燃烧器,通过一定的侧板倾斜旋转结构设计,达到改变空气和燃料的混合结构,从而改变燃烧火焰结构而达到降低NQ排放的目的[9]。

    Sze等人[1州对两种同轴射流结构的生物质颗粒燃烧机的燃烧性能和NC1排放进行了比较,相同Re~j(和燃烧当量比的情况下,环形布置总NO。排放高于圆孔布置。

    研究表明,一定强度的旋流能在生物质颗粒燃烧机喷口处形成中心环形回流区,促进混合,进而减少污染物排放和稳定燃烧。  PhilliP噜[Il]把旋流结构引入普通同轴射流生物质颗粒燃烧机中,同流空气环向管内加装了导引叶片,通过改变导引叶片与中心轴的倾角来得到不同旋流强度。不同的旋流强度混合条件下,火焰呈现不同结构特性,适当的旋流条件下,能够增加混合,形成特定的火焰结构,使火焰稳定性和燃烧性能提高。

3新型燃烧控制方法

3.1振动励激方法

    作为一种新颖的控制火焰方法,部分学者采用在生物质颗粒燃烧机射沆出口安装电动振动片来获得强化射流出口流体混厶,从而一定程度上提高燃烧性能。Dernare等人比较了不同振荡频率对非预混火焰的稳燃效果。研究表明处于共振频率的声学励激对于非预混火焰出口处的流体有很好的强化混合效果。也同样开展了声学励激对微型扩散火焰结构的影响。Chao等人‘”1在同轴射流燃烧器上加装声波激扰发生器,通过声学励激方式增强同流空气扰动,与普通同轴射流生物质颗粒燃烧机相比,出口处的流体有很好的强化混合效果,流场混合更加均匀。试验研究发现,对于同轴射流声学励激火焰,当低的励激频率同火焰闪烁频率接近时能有效降低火焰长度和减少NO。排放。

    电动振片励激技术是另一种主动控制反应物混合的有效方法,该励激器是一个带有振片的开口腔体,振片主要是振动膜或振动活塞,振片的振动频率通过电子仪器控制。通常把振片安装在喷嘴出口处,通过振片对流体的拍击,形成一定连续的涡环结构,实现增强流体混合的效果。东京大学Ku rrrrn otc等‘19在同轴射流生物质颗粒燃烧机上加装了振动片振动器,通过控制震动来控制射流流场涓核结构,从而提高火焰稳定性,减少NCI排放。当控制振片震动信号改为锯齿形波时效果更佳。

3.2振荡脉冲燃烧技术

    近年来,震荡脉冲生物质颗粒燃烧机广泛应用于玻璃、钢铁、陶瓷等工业窑炉和工业炉2q。通过控制阀改变燃料射流流量,在生物质颗粒燃烧机射流区域形成一定的富氧和贫氧区域,使燃烧过程中总的NQ排放将低于传统的燃烧方式。目前该技术在我国得到了一定的推广应用。主要技术瓶颈还在于气体流量控制阀的选取,及采用何种脉冲频率和谱形的情况下节能效果最佳和污染排放最低,针对同燃料类型和特定的工业炉,需要进行试验研究和运行工况优化调整。

4生物质燃烧机发展方向

    生物质燃烧机的未来发展方向就是高效、安全和低污染排放。通过结构改变、燃烧控制和运行调整等手段,改变燃料和空气之间的混合流动特性,从而加强燃料和空气间的流动混合来提供燃烧效率,获得符合特定工业设备要求的火焰结构,另一方面又能在最大程度上降低燃烧NQ等相关污染的排放。基于这样的出发点,未来气体生物质燃烧机将从燃烧、流体控制本质出发,通过燃烧器最简单的结构设计改变一方面加强燃料和空气之间的混合,提高燃烧稳定性和燃烧效率,另一方面通过对生物质燃烧机流动的主动控制和运行调整,通过其结构参数和燃烧工况的系统优化在不改变燃烧效率的前提下,最大可能降低燃烧污染的排放。将来的生物质燃烧机发展就是使其结构更加简皂且燃烧更加易于控制,从而实现高效、安全和低污染。

5结论

    (1)自激振荡涡核理论作为生物质燃烧机的最新发展理论,正被不断完善并被广泛应用;

    (2)通道生物质燃烧机几何结构的简单改变和燃烧优化,一定程度上能够提高燃烧性能和降低污染排放,一定强度的旋流能够使火焰稳定并降低NQ排放;

    (3)包括脉冲燃烧在内的燃烧控制正不断发展和完善,实际效果需要先进的控制设备和燃烧工况的优化来实现。


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点击次数:  更新时间:2017-04-20 20:56:51  【打印此页】  【关闭