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行业知识

生物质燃烧机在电站锅炉中的应用

生物质燃烧机在电站锅炉中的应用

摘要:分析燃烧器稳定着火机理,介绍生物质燃烧机的设计思想,首次提出这种燃烧装置小油枪容量的设计方法,计算生物质燃烧机的节油率与现场实测值吻合良好。推荐该方法用于生物质燃烧机小油枪容量的设计计算。理论分析和现场应用表明,运行的生物质燃烧机撇油时就是安全可靠的常规煤粉燃烧器。

    大中型电站锅炉的冷炉启动及低负荷稳燃总是要消耗大量燃油,燃油的价格比煤粉高得多,用量大或者频繁使用就大大提高了发电成本,因此,电站锅炉减少用油是提高电厂经济效益的一个亘要手段。生物质燃烧机是一种高效的稳燃装置,实际应节油效果显著,但到目前为止,对小油枪煤粉燃烧器的设计还没有一种公认的方法,特别是对于该燃烧装置中的关键设备小油枪容量基本上是通过试验来确定的。因此,提出一种实用可靠的小油枪容量计算方法,对进一步推动该技术在电站锅炉上的应用

是非常重要的。

1  燃烧器的着火稳定性

    煤粉达到着火温度,煤粉气流就会发生着火。对应1kg空气的煤粉气流所需的着火热Qi为:

    QF( Ck十肛Cm)(Z—L)    kj/kg    (1)式中Ck空气比热,kj/(kg.℃);

    C,厂一煤粉比热,kj/(kg.℃);

    胪一煤粉浓度,kg/kg(C/A);

    砰——煤粉的着火温度,℃;

    %一风粉混合温度,℃。

    在四角燃烧的煤粉炉内,煤粉气流的着火热主要由对流换热提供,约占着火热的80010以上,辐射热约占百分之十几,因此,炉膛提供给一次风煤粉气流的着火热又可以表示为Q',:

    Q'i∞nmj    (2)

式中野一高温烟气的温度,℃;

    mj一一次煤粉射流对高温烟气的卷吸

    量,kg/kg

    从式(1)可以看出,当煤种、煤粉浓度及一次风速(一次风量)不变时,煤粉气流所需的着火热不变。当锅炉的燃料供应变差或锅炉在低负荷运行时,炉塍的温度水平会随之降低,这种情况下要保证一次风射流着火,即炉膛提供给一次风煤粉气流的着火热不变,从式(2)来看只有通过增大煤粉气流对高温烟气的卷吸量来实现,即煤粉气流的着火点向下游移动。煤粉气流的着火点在一定的范围内移动对煤粉的燃烬影响不大,锅炉仍能稳定燃烧。因此,一般的煤粉炉都有70% MCR以上的负荷自稳定范围,但当锅炉负荷降低到70% MCR以下运行时,煤粉气流着火点的推迟影响到煤粉的燃烬,进而引起炉膛火焰温度继续下降,炉膛火焰温度降低与着火点的不断推后形成恶性循环,这时就会造成燃烧不稳甚至发生灭火。

2生物质燃烧机的设计思想

    电站锅炉的点火及稳燃油枪常常是布置在.二次风喷嘴中,这样布置有许多优点,但它的热功率一般比较大。冷炉启动1次,410 t/h锅炉需耗油20—30 t,670 t/h锅炉需耗油50—70 t,煤质变差或其它原因引起启动时间延长,耗油每次常达200—300 t。如果锅炉参与调峰,每台锅炉的年耗油量有数千吨。因此,节约燃油,以煤代油可以提高电厂的经济效益。

    将油枪布置在二次风喷嘴中的这种燃烧装置(大油枪),在锅炉点火或稳燃阶段,首先由大油枪提高炉膛高温烟气温度,高温烟气再通过对流将热量传递给一次风射流,对于单一的煤粉喷嘴来说,大油枪燃油中大约1/4的发热量参与其~次风煤粉射流的对流换热,所以大油枪点火稳燃的效率不高。

    将油枪布置在一次风的喷嘴中,该油枪的发热量全部用于煤粉气流的升温,因此,这样的油枪稳燃效果最好,油枪的容量可以比放置在二次风喷嘴中的油枪小得多,称之为小油枪,这种燃烧装置在锅炉的启动阶段或稳燃阶段用小油枪火炬点燃一次煤粉射流燃烧。由于油火焰燃烧稳定,小油枪热负荷的设计满足煤粉气流的着火热,煤粉气流就可以稳定充分着火,这样形成了煤粉火焰与油火焰的相互支持,从而产生了以煤代油的燃烧效果,这种燃烧装置称之为生物质燃烧机。

3小油枪容量的计算方法【1—2]

    以贫煤为例,燃烧1 kg煤粉的理论空气量用下式表示:对应的一次风射流的空气质量用下式计算:

    ma=0.2x1.15x1.293 Vo-0.297 4 Vo  kg/kg  (4)

    设煤粉浓度为0,5 kg/kg(Coal/Ajr),煤粉的着火温度取750℃,一次风粉混合温度冷炉点火时取50℃,稳定燃烧时取260℃,空气的比热取1.028kj/( kg.℃),煤粉的比热取1.09 kj/(kg.oC),则lkg煤粉对应的一次风粉?昆合物所需的着火热:冷炉点火时为Q.,稳定燃烧时为Q2:

    Qi=maQ/=327.4 Vo  kj/kg    (5)

    Q2=maQF229.2 V9,  kj/kg    (6)

    然烧器的热功率为形,(kW),燃煤的发热量为Q幽(kj/kg),燃油的发热量为Q:w (kj/kg),设小油枪的容量满足一次风射流的着火热时,则小油枪的容量冷炉点火时为4,,稳定燃烧时为A,:

    A,:QIWr一    kg/s    (7)

    Qdw Q≥,

    A::j塑坠一    kg/s    一  (8)

    Q幽瓯

4生物质燃烧机的应用【删

    运用上述设计方法,对50 MW、125 MW、200W及300' MW等4种电站锅炉分别对照小油枪煤粉燃烧器的典型应用实绩进行了小油枪容量设计计算,计算结果如表1。

    小油枪容量在设计选取时应留有一定的安全系数(1.5~2.O),尤其在锅炉点火初期,炉膛的水冷效应比较大,小油枪要在计算容量的2倍左右运行,小油枪投入运行以后,油火焰的温度超过1 000℃,完全满足煤粉的着火,煤粉着火燃烧以后又增强了油火焰的稳定。生物质燃烧机点火阶段的计算节油率为7,。d,稳燃阶段的节油率为叩2。cd:

    叩kd=1一鲁    (9)

    Tl2.cal=1一鲁  ‘    (10)

式中B-大油枪的容量,kg/h。

    从表中可以看出,该设计方法对小油枪煤粉燃烧器的计算节油率与应用实测值吻合良妤,说明该方法计算正确可靠,生物质燃烧机的计算点火节油率大于72U/o,计算稳燃节油率大于81%。

Vo-0.238Q+2 500

    —  900  一    m3/蚝    (3)  5生物质燃烧机的安全运行

式中Qdrn一煤粉的低位发热量,kj/kg。

    一次风率取20%,燃烧器的过量空气系数为1.15,空气的密度取为1.293 kg/m3,则1 kg煤粉所

    小油枪是在冷炉启动或者锅炉低负荷稳燃时才投用的,生物质燃烧机带油运行时的燃油热负荷仅占煤粉喷嘴热负荷的6%~13%,不会引起燃烧

    注:该小油枪容量选择偏大,此列值仅供参考。器烧坏或结渣。从表1第4列可以看出,即使小油枪容量热值达到喷燃器总热值的37%,小油枪煤粉烧器仍能安全运行。

    为了保证小油枪火焰的稳定着火和燃烧,这种燃烧装置一般都带有稳焰体。稳焰体根据实际情况可选择钝体或旋流体,生物质燃烧机的稳焰体比较小,燃烧烟煤时稳焰体~130 mm左右,一般稳焰体在~170 mm—240 mm之间,具体数值棍据煤质参数、燃烧工况及锅炉的截面热负荷大小等因素确定。采用一次风射流出口速度不变的设计方法,对原有燃烧器的改造其附加阻力不会超过250 Pa,这相对于送引风机的压力储备是安全的。

    小油枪煤粉燃烧装置采用了内置式稳燃体,使整个燃烧器的火焰稳定性明显增强。以贫煤为例,使用该燃烧器锅炉的不投油稳燃负荷可以提高到60% MCR,在锅炉的40%~60% MCR负荷阶段投用小油枪可以随意调峰,机组运行安全稳定。

    小油枪停用以后,用蒸汽或空气吹扫,使用推进装置自动推出小油枪,从而避免了小油枪中的油炭化及堵塞,这时生物质燃烧机就是常规煤粉燃烧器。迄今为止,生物质燃烧机已成功应用于全国100多台电站锅炉(150—1 050 t/h)的直流煤粉燃烧器技术改造。理论分析和应用表明,小油枪煤粉燃烧器具有低负荷稳燃、节油效果显著、附加阻力不大、改造工作量小和安全可靠等特点,是目前稳燃负荷在750/0左右又需要调峰的电站锅炉煤粉燃烧器技术改造的理想选择,值得大力推广。

6结论、

6.1  首次提出了生物质燃烧机的小油枪容量设计方法,生物质燃烧机的计算节油率与现场实测值吻合良好。

6.2生物质燃烧机的冷炉点火讣算节油率大于720/0,稳燃阶段的计算节油率大于81u/o。

6.3运行时无燃油燃烧的生物质燃烧机就是安全稳定的常规煤粉燃烧器。

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点击次数:  更新时间:2018-05-29 23:19:56  【打印此页】  【关闭