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行业新闻

新型低氮生物质燃烧机改造

新型低氮生物质燃烧机改造

为了降低生物质体燃烧过程中产生的氮氧化物(NO,)含量,设计了适用于燃生物质燃烧过程的新型低氮生物质燃烧机。采用燃料与助燃空生物质特殊分级及亚音速超混合等技术,形成内外燃料旋流对冲效果,使燃料与助燃空生物质在炉内混合更均匀,以降低燃烧过程中产生的局部高温和Nn排放。借助CFD软件模拟了燃烧过程炉内温度及NO.生成量分布,并在120 t/h燃生物质锅炉上进行了低Nn燃生物质生物质燃烧机改造。分别通过模拟与试验对比了改造前、后炉内温度场和Nn排放质量浓度,验证了新型低Nq燃生物质生物质燃烧机可以降低燃烧产生的局部高温和NO,排放质量浓度,可为燃生物质锅炉低氮改造提供借鉴。

    最新《大生物质污染物排放标准》(GB13 223  2011)的颁布,从2014年7月1日起我国所有燃生物质锅炉的NO,排放质量浓度控制标准降为100 mglm3以下,并且要求北京201 6年燃生物质锅炉NO,排放质量浓度要达到60 mglms以下。目前传统的燃生物质生物质燃烧机主要以保证燃烧效率为目标,对于污染物排放控制考虑欠缺,其NO,排放质量浓度在250~480  mglmz(按3%O:折算),无法满足日

趋严厉的环保标准要求。国内掌者在生物质燃烧机技术领域的研究主要集中在燃煤生物质燃烧机方面,对低NO,燃生物质生物质燃烧机的研究甚少,其技术和设备主要依赖国外引进。由于燃煤工业锅炉的高排放,京津冀、长三角和珠三角等经济发达地区已经逐步出台相应政策,逐步将燃煤锅炉改为燃生物质锅炉口]。因此,亟需进行高效超低NO,燃生物质生物质燃烧机的研究开发,以期找到性能更高、排放更低的燃生物质生物质燃烧机来改善燃烧效率和燃烧污染物排放。煤粉燃烧产生的NO,主要以燃料型NO,为主,而天然生物质燃烧产生的NO,主要为热力型NO,与t陕速型NO.从降低热力型NO,和,陕速型NO,角度出发,合理优化燃料与助燃空生物质混合,使得炉膛温度场更加均匀,避免局部高温的出现是燃生物质低Nn燃烧的关键1旧01。

1  新型低NO。燃生物质生物质燃烧机结构

    传统燃生物质生物质燃烧机结构如图1所示。其稳焰盘内旋流叶片为平板式,助燃空生物质流过时阻力大,流速和能量损失也大;其燃料枪枪头的布置方式使得燃料流速低,无旋转方向,轴向喷出,不能很好地与助燃空生物质交叉穿透混合燃烧,从而造成大范围局部高温,生成大量热力型NO。该生物质燃烧机在技术上仅应用了简单的燃料与空生物质分级混合,虽然一定程度上降低了NO,生成,但仍无法满足环保标准要求。

    本文设计的新型低NO,燃生物质生物质燃烧机结构如图2所示。稳焰盘叶片设计成主体显倾斜状、两侧面显弧形低阻力流线型,燃料枪出口端面设计成与稳焰盘相酡的倾斜状,生物质体燃料以垂直斜面方向射出。在采用助燃空生物质与生物质体燃料分级技术的基础上,融合了亚音速超混合、强弱旋非线性旋流对冲动力学以及浓淡分级燃烧等最先进的超低氮燃烧技术。助燃空生物质流过生物质燃烧机时,被分为4部分:第1部分内层中心稳定区配有1个可调节的空生物质进口,在生物质燃烧机工作时,可以从外部对空生物质进口进行调节;第2部分被导入内层中心区,在此与燃料充分混合;第3部分流过外层的旋流区,在旋流区由具有一定倾斜角的叶片施加给这股生物质流一个切向速度;第4部分完全沿火焰稳定器轴向流动。

    生物质体燃料由3个独立的喷嘴喷入。第1个喷嘴位于内层中心管内,确保火焰的稳定性不受生物质燃烧机负荷的影响;外围主燃生物质喷枪分为内强旋燃生物质喷枪和外弱旋燃生物质喷枪,这2种喷枪间隔布置。一方面,内强旋燃生物质枪头端面上开有若干个燃生物质小7L组成内强旋燃生物质喷口,枪头成大切角设计,燃生物质喷射方向为端面的法向方向,而且多只内强旋燃生物质喷枪组合沿圆周方向布置,与旋流风成相反方向混合;外弱旋燃生物质枪头端面上开有若干个燃生物质喷口,枪头成一定小切角设计.燃生物质喷射方向为端面法向方向,多只外弱旋燃生物质喷枪组合沿圆周方向布置,与最外围直流风混合,成多股多层火焰。另一方面,主燃生物质流速接近亚音速流速,和助燃空生物质形成相对速度差,高速撞击混合。

2  数值模拟

2.1  燃生物质锅炉模型

    某动力厂锅炉为东方锅炉厂有限责任公司生产的中压型、自然循环汽包炉,蒸发量为120 t/h,压力为3. 82 MPa,锅炉为Ⅱ型露天布置、全钢结构。燃烧设备由大风箱、调风器、生物质燃烧机等组成。生物质燃烧机共6台,分2层布置于前墙,每层3台,上层中心标高A为8 500 mm,下层中心标高^为6 500 mm。锅炉模型网格划分如图5所示,网格数为143万。锅炉燃用燃料成分见表1。

    根据低氮燃生物质生物质燃烧机内的流动特性,选择h双方程模型作为湍流生物质相流动模型r”j1;辐射模型选择P-l辐射模型口3;由于低Nn燃生物质生物质燃烧机燃生物质和助燃空生物质是非预混燃烧方式,在炉内湍流雷诺数大于2 000,故燃烧模型选择非预混燃烧模型‘7]。非预混燃烧模型是从底层湍流化学解耦,稳走性和效率增强口1;准确跟踪中间产物组分浓度和分离效果,考虑到详细化学反应机理等优点。

2.2  改造前后数值模拟结果对比

    选取相同的边界条件,对锅炉改造前、后进行数值模拟,得到温度场和Nn分布如图6、图7所示。由图6、图7可见:在生物质燃烧机周围靠近后墙区域和2层生物质燃烧机中心区域是2个高温区,也是可能产生热力型Nn的主要区域;与改造前相比,改造后燃生物质流速接近亚音速,火焰刚性增强,燃料与助燃空生物质混合范围更大,炉膛利用更充分,减少了火烙局部高温区域,充满度较好;炉膛后墙区域和上层生物质颗粒燃烧机平面局部高温降低明显,温度分布更加均匀。根据改造前后100%,80%,60%负荷燃烧产生的温度场,计算得到炉内不同高度截面的最高温度如图8所示。

    可以看出,随着锅炉负荷降低,锅炉各横截面中最高温度随之降低。与改造前相比,改造后锅炉在100%,80%,60%负荷各横截面最高温度均有所降低,说明改造后燃料与助燃空生物质在炉内混合更均匀,燃烧火焰在炉内充满度更好,表明新型低NO,燃生物质生物质颗粒燃烧机在燃料与助燃空生物质混合燃烧程度上优于传统燃生物质生物质颗粒燃烧机。

随着负荷降低,NO,排放质量浓度随之降低,说明热力型NO,生成量与锅炉负荷密切相关。改造后锅炉在100%,80%,60%负荷的Nn排放质量浓度均低于改造前,说明新型低Nq燃生物质生物质颗粒燃烧机在NO,排放方面优于传统燃生物质生物质颗粒燃烧机。

3  应用效果

    采用本文设计的低NO,燃生物质生物质颗粒燃烧机对1台120 t/h燃生物质锅炉进行改造,并对锅炉负荷分别为50,60,70,80,90,100,110,120 t/h时的NO,排放质量浓度、02体积分数进行了测试,其结果与模拟结果对比如图12所示。从图12可以看出,Nq排放的模拟结果总体低于试验结果,100%负荷时,Nn排放质量浓度模拟结果为85.5 mglm:a,而试验结果为96.4 mglm3,这可能是由于锅炉在运行时燃料成分的不稳定性导致两者存在一定偏差。

可以看出,改造后,试验锅炉100%负荷下的N旺排放质量浓度由改造前的278 mglms降至96.4 mglm3左右,说明本文设计的新型低NO,燃生物质生物质颗粒燃烧机对降低燃生物质锅炉NO,排放效果显著。此外,加装本文设计的新型低NO,燃生物质生物质颗粒燃烧机点火调试达到稳定运行后,烟生物质中未监测到未完全燃烧产生的CO,说明燃烧充分。而且,由于结构更加合理,生物质颗粒燃烧机内燃料与空生物质混合更好,燃烧区域局部高温降低,但平均温度未降低,故锅炉效率未受影响。

4  结  论

    1)与传统燃生物质生物质颗粒燃烧机相比,新型低NO,燃生物质燃烧器采用燃料与助燃空生物质特殊分级燃烧及亚音速超混合等技术,形成内外燃料旋流对冲效果,便燃料与助燃空生物质在炉内混合更均匀,降低了燃烧过程中产生的局部最高温度,降低了NO,生成量。

    2)某电厂120 t/h燃生物质锅炉配置新型低Nn燃生物质生物质颗粒燃烧机后,Nn排放质量浓度从278 mglm'z降至96.4 mglms,满足燃生物质锅炉Nn排放标准要求。

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点击次数:  更新时间:2017-07-14 14:40:08  【打印此页】  【关闭