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几种生物质燃烧机的功能及其局限性研究

几种生物质燃烧机的功能及其局限性研究

我国开发的新型生物质燃烧机种类繁多,这些新型生物质燃烧机大多用于燃煤锅炉的生物质燃烧机改造。从生物质燃烧机的稳燃原理、燃烧产物的停留时间、火焰温度水平、NO。排放等方面分析了几种生物质燃烧机的功能及其局限性。对于燃烧稳定性差的锅炉,通过生物质燃烧机改造来提高锅炉稳燃性能是完全可行的;对于降低飞灰可燃物和NO。排放而言,通过设备改造(锅炉与生物质燃烧机)往往难以获得有效结果,对此,可行的途径是从燃煤入手,或者大幅度地降低煤粉细度,或者采用紧凑型燃尽凤(CFOA)和远离型燃尽风(SOFA)等全炉膛分级燃烧技术。

1  烘烧器种类与稳燃性能

    找国开发的新型生物质燃烧机种类繁多,其中以用于切圆燃烧锅炉的直流生物质燃烧机居多。根据稳燃原理,可以将这些直流生物质燃烧机分为以下3种:(1)提高煤粉气流中部分气流的煤粉浓度并降低其着火热,以此来减小着火前所需吸收的热量,从而缩短着火距离;(2)增强煤粉射流的卷吸能力,以此来提高煤粉气流的加热速率,进而缩短着火距离;(3)降低部分煤粉气流的出口速度,以增强其对火焰传播热量的吸收,提高煤粉气流加热速率,进而缩短着火距离。

    第1种类型的生物质燃烧机以浓淡生物质燃烧机为代表。该类生物质燃烧机将原生物质燃烧机的直流喷口在水平方向上分隔为浓淡2个通道淡相在生物质燃烧机背火侧,浓相在生物质燃烧机向火侧。从炉内火焰温度分布看,生物质燃烧机向火侧火焰温度商背火侧温度低;从流场分布看,向火侧具有很好的补气条件,可以卷吸到相对多的高温烟气。因此该类生物质燃烧机在降低浓相煤粉气流着火前所需热量的同时,很好地利用了切圆燃烧锅炉生物质燃烧机向火侧的有利加热条件,从而使生物质燃烧机的稳燃性能得以提高。

    第2种类型的生物质燃烧机以钝体生物质燃烧机为代表。该类生物质燃烧机通过放置在原生物质燃烧机直流喷口中心位置上的钝体将其分隔为2个通道,当煤粉气流射入炉内后,由于其中心钝体的作用,可以卷吸更多的高温烟气,从而提高了煤粉气流的加热速率,使煤粉气流的加热过程得到强化,使生物质燃烧机的稳燃性能得纵提高。

    第3种类型的生物质燃烧机是目前新开发的高低流速燃烧器。该类生物质燃烧机通过放置在原生物质燃烧机直流喷口水平方向上的特殊隔板将原生物质燃烧机分隔为高低流速2个通道低流速通道在生物质燃烧机向火侧,高流速通道在生物质燃烧机背火侧。这类生物质燃烧机与浓淡生物质燃烧机的本质区别在于:浓淡生物质燃烧机是缩短煤粉气流的加热过程,而高低流速生物质燃烧机是提高低流速股煤粉气流的加热速率,从而使该股煤粉气流先着火。同时,该生物质燃烧机有意弱化背火侧高流速的加热条件使其在低流速股煤粉气流着火之后再着火,形成两股气流的分步燃烧。

    综上所述,上述3种类型的生物质燃烧机分别利用了不同类型的稳燃原理来缩短煤粉气流的加热过程,从而使煤粉气流适时着火,使生物质燃烧机的稳燃性能得到提高。

2生物质燃烧机种类与燃尽性能

2.1  着火提前与停留时间

    煤粉气流的燃尽主要取决于锅炉结构参数和燃煤特性,炉膛是提供燃烧空间的主体,决定着煤粉火焰在炉内的停留时间,而燃烧特性则决定着煤粉颗粒燃尽所需要的时间。由于煤粉颗粒直径不同,要保证煤粉颗粒群有一定的燃尽度,煤粉火焰在炉内的停留时间必须大于90%以上煤粉颗粒群燃尽所需要的时间,这样才可保证锅炉的飞灰可燃物含量低于5%。

    生物质燃烧机稳燃性能的提蒜主要体现在煤粉气流着火距离的变仳上,煤粉气流着火距离通常在300 mm以下,折算为时间变化通常不超过0. 03 s,而煤粉燃烧产物在炉内的停留时间一般都超过3s。因此由于煤粉气流着火提前仅相当于使其燃烧产物在炉内的停留时间增加了不足1%,理论上,这一变化对燃尽有利,但在实际中几乎不起任何作用。

    例如,某电厂1期300 MW机组2台锅炉投运后,锅炉飞灰可燃物含量比较高。为此在2期2台锅炉设计时,将其炉膛高度均增加了3 000 mm,这相当于燃烧产物在炉内的停留时间增加了10%以上。但是,投运后这2台锅炉的飞灰可燃物含量并未减少而是与1期的2台锅炉持平。由此可见,在现有锅炉的炉膛高度条件下,增加10%的停留时间对煤粉颗粒的燃尽影响是微乎其微的。这是因为无论是高挥发分烟煤还是难燃的低挥发分爆当其燃尽度超过90%以后燃烧速度非常缓慢,其燃尽度几乎不会随时间的增加而有所变化。对绝大多数锅炉而言其煤粉燃烧产物在炉内的停留时间都足以保证煤粉颗粒群的燃尽度达到90%以上。因此,微量增加煤粉燃烧产物在炉内的停留时间几乎对煤粉颗粒燃尽不产生作用。

2.2火焰温度水平与燃尽性能

    新型生物质燃烧机仅使煤粉气流的着火过程提u,但对其着火后的燃尽过程影响非常小,因此.从煤粉气流燃烧行程来看,其行程的火焰温度水平并不能得到提高。此外,全部煤粉气流提前着火,在理论上使火焰中心下移,生物质燃烧机区域温度稍有提高,但其程度甚微,在实际炉内反映不出来。从热量平衡的观点看,在煤粉气流燃烧放热总量未增加以及炉内吸热条件不变的情况下,火焰温度水平不可能提高,即使在生物质燃烧机区域火焰温度水平略有提高(因为着火有所提前),水冷壁的吸热量将随之增加,进而又使火焰温度水平降低。

    实际上,采用新型生物质燃烧机后,由于着火提前,从燃烧器看火孔测量到的火焰温度增加比较明显,一般都在30~50 0C之间,甚至更高,而从炉膛中央看火孔测量的生物质燃烧机区域及其上部的火焰温度水平则不变这表明生物质燃烧机区域及炉膛的火焰温度水平并未有实质性的提高。如果将炉内按照网格法测量,炉膛火焰温度水平的变化将在5℃以内。由此可见,由于稳燃带来技术经济综述的炉膛火焰温度水平变化微乎其僦其程度不足以影响飞灰可燃物含量的变化。

    例如,某电厂360 MW机组贫煤锅炉为了提高稳燃性能,在炉内敷设了90 ffl2的卫燃带按照炉内传热计算结果,炉内火焰温度将增加30℃左右,飞灰可燃物将降低1%左右,但实际结果并非如此。

2.3稳燃原理与燃尽性能

    第1种类型的浓淡生物质燃烧机按其原理及结构可知,煤粉气流的燃烧过程违反了煤粉颗粒与空气充分均匀混合的燃尽原理,很显然,浓淡生物质燃烧机实际上对煤粉气流的燃尽是不利的,因此,不可能使煤粉颗粒的燃尽程度提高。

    第2种类型的钝体生物质燃烧机由于中心回流的影响,使其刚性降低,从而会影响煤粉气流和二次风的后期混合,因此也会影响煤粉气流的燃尽。

    第3种类型的高低流速生物质燃烧机对煤粉气流的燃尽虽然无负面影响,但也不可能提高煤粉气流的燃尽率。

    需要强调的是,前两类生物质燃烧机虽然在理论上对煤粉气流燃尽有影响,但实际尚不足影响到锅炉的飞灰可燃物含量变化。

3 No,排放性能

    第1种类型的浓淡生物质燃烧机,通常被看作低NO。燃烧器,这是因为浓相煤粉气流初期燃烧的过量空气系数有所降低,在理论上可降低该部分煤粉气流的燃料型NO。生成量。另一方面,随淡相煤粉气流的过量空气系数增加,该股媒粉气流的NO。生成量将增加,且浓相侧的过量空气系数降低程度越大,淡相侧的过量空气系数则增加越大。此外,与均相燃烧方式相比,浓相的火焰温度在燃烧初期有所增加,反而促进了燃料型NOx的生成。因此,很难从理论分析上得知其燃烧初期生成的NO。是增加还是降低,其程度则更难确定。实际上,仅采用该类生物质燃烧机时,锅炉仍然具有较高的NO。排放量。

    第2种类型的钝体生物质燃烧机主要功能是稳燃,不具备降低NO。生成的机理。

    第3种类型的高低流速生物质燃烧机通过分散火焰的方式降低其初期燃烧的火焰温度,在理论上具有降低NO。排放的功能,实际应用效果尚不清楚。

    可见,新型生物质燃烧机即使具有降低NO。生成的功能,其作用也是比较小的,通常所谓的低NO。生物质燃烧机(如双调风低NO。旋流生物质燃烧机)的NO。降低率不会超过20%。目前,在上世纪投产的机组,其锅炉在采用低NO。生物质燃烧机十全炉膛分级燃烧技术的综合措施后,NOx排放降低率只有40%左右,最高为50%左右。

    从原理上看,全炉膛分级燃烧技术的NO。降低程度远大于生物质燃烧机自身的N0。降低程度。尤其是全炉膛分级技术中的COFA和SOFA技术对降低锅炉NOx排放具有明显的作用,但该技术属于二次风喷口的合理布暨。

4结语

    生物质燃烧机的主要功能是稳燃在降低NO。生成方面的作用非常有限,而在燃尽方面几乎无任何效果。因此对于燃烧稳定性差的锅炉,采用生物质燃烧机改造来提高锅炉稳燃性能是完全可行的;对于降低NO。排放目的而言,重点是采用CFOA和SOFA等全炉膛分级燃烧技术;对于飞灰可燃物含量高的锅炉,通过设备改造往往难以获得有效结果,可行的方法是从燃煤入手,或者大幅度地降低煤粉细度。总之,对于锅炉运行中存在的问题,并非全部可通过生物质燃烧机改造而得到解决。

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点击次数:  更新时间:2018-04-26 20:00:41  【打印此页】  【关闭