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行业新闻

液排渣粉煤燃烧装置的概况与研究

液排渣粉煤燃烧装置的概况与研究

北京钢铁学院  冯旭  吴懋林  王景甫

一、为什么要研制液排渣

    粉煤燃烧装置

    压缩用油,以煤代油,是我国目前能源  展不大,其原因是多方面的,其中主要原因

开发和节约的重要原则之一。1981年全国燃  是改造后燃烧效率降低,燃烧温度降低,费

油约3300万吨,约占石油产量的l/3,其中    燃料而出力降低,炉体需改造,工作量大,

电站锅炉工业锅炉的燃油量占总燃油量的    停炉生产时间长等。  “七、五”计划期间,

213以上,如果用煤来代替2/3的油,不仅可  大批燃油锅炉不得不以煤代油,但到目前为

增加大量外汇和化工产品,而且可收到一亿  止,我国或国外都还没有找到一个较好的燃

务美元的经济效益。1984年六个学会联合开    煤技术方案,普遍存在着下列问题t

会研究以煤代油问题,但燃油锅炉的改造迸    1.煤的燃烧效率和燃烧强度较低,    2.原有设备改造困难。传统的旋风燃烧

室在锅炉上的应用在我国已有二、三十年

的历史,但是燃烧室是锅炉不可分剂的一部

分,也就是说它和锅炉构成一个整体,结构

庞大,使改造工作受到了很大的限制,

    3.灰渣的影响。灰渣不仅恶化了锅炉的

工作条件,而且污染环境,

    4.渣场、煤场占地,一般要有二周的用

量堆集地。

    自国外出现能源危机以来,许多国家纷

纷研制以煤代油的系统,例如美国能源和环

境研究公司,目前正着手研制旋涡除渣燃烧

器,美国太阳燃气公司和Babcock and

WiLcox公司也从事这方面的研究,最有成

效的是美国TRW能源开发集团,他们从

1975年开始研制一种新型的液态排渣粉煤燃

烧装罱,经过七年的时间,在样机上从冷态试

验,热态试验及半工业性试验,取得了良好

的效果,预计到1986年达到商业化产品。这

种燃烧装置适合于以煤代油的锅炉改造,如

改动工作量不大,使用后出力不降低,气力

输送煤和渣,省场地,污染少,捕渣率达80

~90%,碳的烧烬率达98%以上。TRW能

源开发集团表示愿意和我国合作,但是条件

苛刻,且到目前为止,技术尚不成熟。为

此,北京钢铁学院组织力量,正{i研制适合

我国具体情况的新型液态排渣粉煤燃烧装

置,目前已若手进行冷态和热态试验。

二、液排渣粉煤燃烧装置的特点

    1.燃烧器是独立的

    它不与锅炉构成一体,可以分割装拆。

五十年代末,我国对旋风炉的研究已进行了

大量的工作,六十年代先后在上海、青岛、武

昌等地的电厂锅炉安装了旋风炉,经过冷态

空气动力场试验,热态试验以及长期运行的

实践,对旋风炉的理论和设计积累了大量的

  JO

资料,创造了不少经验。实践证明,旋风炉

对煤种的适应范围相当广泛,能燃用烟煤、

贫煤和无烟煤,在苏联还用过褐煤,因而在

新建锅炉上的应用,曾得到较快的发展,但

用于改建则不适宜。而新型液排渣粉煤燃烧

装置由于其本身是一独立的结构,用于燃油

锅炉的改造,只需做少量改动,燃油喷嘴一

换即可,节省投资,节约时间,运行可嚣,

不降出力。

    2.结构简单紧凑

    ioMBT U/h(相当于360kg/h标准煤)

燃烧室直径0.43m  长0.66m,

    20MBTU/h(相当于720kg/h标准煤)

燃烧室直径0.61m  K:1.22mj

    250MBTU/h(相当于9000kg/h标准煤)

燃烧室直径2.13m  长=;.35m。

    3.燃料适应性强

    可用粉煤(200¨),气力输送,也呵

用水煤浆、油煤浆。能成功地燃用"种煤,

包括低质煤。

    4.燃烧强度高

    容积热疆度为(9~10)×l08千卡/时·

誊3,而~般旋风炉为(1~6)×ioar.'詹/¨寸·

米3,一收粉煤炉为(0.】5~O.2) xl、j o f f√

时·米3。

    5.采用分段燃烧

    NO。一般为250~i50ppm,与燃油炉

相近。

三、液排渣燃烧装

  置的技术要点

  我们的研制任务,首先要解决的是顺利

实现液渣排除和燃烧效率问题。液排渣的方向已得到普遍的承认,美、苏、德等国普遍

采用液排渣方式。要实现液排渣,首先要求

燃烧室具有较高的温度,如果煤灰的熔化温

度为1450℃左右,一般认为灰渣的流动温度

应高于灰渣熔化温度100℃左右,那么,液

排渣燃烧室的火焰温度必须达1500~

1 700℃,甚至更高一些。在国外,如捷克、

苏联和美国等在这方面作了大量的工作,发

表了许多专著,美国TRW能源开发集团,

将阿波罗登月舱的液体火箭发动机的技术移

植到油改煤的工程中来,我国对燃烧空气动

力场进行了广泛的研究,对煤粉颗粒在燃烧

室空间的运动轨迹和停留时间作了大量的理

论分析工作。旋风燃烧室内气流的旋转速度

达20~30转/秒,其离心加速度远远超过重

力加速度,粉煤在该力场作用下,大部分细

颗粒由于具有轳大的反应面在燃烧室空间燃

烧,燃烧强度很大。较粗的颗粒则抛向壁

面,在壁面高温条件下燃烧,也就是说,懒

煤在燃烧室实现了空间燃烧和壁面燃烧的双

重作用。因而粉煤可在非常小的空间内完成

燃烧过程,燃烧温度可达1800℃,燃烧强度

可达(9~10)×lOa千卡/时·米3。同时由

于火焰的涡旋作用,不仅加速了燃烧过程,

而且在离心力作用下,使火焰充满燃烧室,

这是获得高燃烧效率和高排渣牢的重要条

件。

    燃烧室火焰温度提高到1600~1800℃以

后,寿命问题就成为突出的矛盾。燃烧室的

炉壁分两种情况,一种是水冷壁上加耐火涂

层,另一种则是没有耐火材料的裸露水冷

壁。有耐火涂层的表面温度高于灰渣的熔化

温度,有时甚至高于耐火涂层本身的熔化温

度。因此,对耐火涂层的材料提出了严格的

要求。这种材料必须具有较高的耐火度,良

好的抗渣性和耐急冷急热性,且不得与氧化

亚铁形成低熔共晶体。根据裴利(Bailey)

对液渣燃烧室测量的结果证明,灰渣中含铁

量比燃煤灰分q!含铁遢高67%,且主要以氧

化亚铁形式存在,而氧化亚铁常与其它物质

形成低熔共晶体。综上所述,能满足上述要

求的耐火材料莫过于其主要成份为三氧化二

铬的铬矿石,它的导热性能好,耐火发高,

氧化亚铁对它没有损害。另外就是碳化硅。

但这两种材料价值昂贵,在大生产中大量使

用很不经济,目前采用各种耐火泥做涂层,

但效果不佳,我国曾用锫刚玉砖,寿命仅半

月。TRW能沥i开发集团采用裸露水冷壁,

壁上有小钉,灰粒成液态后,挂在壁上,自

动保持一定厚度,水冷热损失低于8%。

    裸露的水冷壁为什么能承受高温熔渣的

侵蚀呢?首先是细小的灰末在水冷壁上形成

积渣层,称为底层。在燃烧过程申,由于旋

风离心力的作用,灰渣粘附在此温度较低的

底层上形成凝固层,凝固层逐渐增厚,以后

继续粘附的灰渣滴,其热量较难向外传递,

于是面向火焰的灰渣层的温度达到灰渣熔化

温度,成为液态渣而分离。由于采用分段燃

烧,燃烧室的空气系数为0,7~0.9,保持还原

性气氛,还原气氛有利于灰渣熔化。在离心

力和重力的作用下,灰渣滴碰撞,由于表面

张力而合并成大渣滴与火焰分离,以液态流

入渣箱。

    液排渣燃烧室的几何形状和空气动力场

有关,而空气动力场在很大程度上取决于喷

嘴的设计,良好的喷嘴不仅要有利于气体和

粉煤的混合,而且要求在燃烧室内形成合适

的压力分布和回流区。

    燃烧室的空气系数为0.7~0.9,即不允

全燃烧,烟气中还含有CO和H2,在燃烧室

出口即炉膛入口处通入三次空气,在炉膛

内燃烧。分段燃烧有几个好处:首先是燃烧

室处于还原气氛下,渣熔点降低,有利于液

排渣。其次,分段燃烧避免了传统的高NO。

的形成,只有250~450ppm。试验表明,

当空气系数接近于0.7,空气预热温度340℃

11时,NO。最小。

    综上所述,新型液排渣燃烧装置的几个

主要技术要点是:

    1.j将液体火箭发动机技术移植于以煤代

油的工程上来,形成有利的空气动力场,充

分混合,完全燃烧,

    2.米用水冷器壁,自挂渣皮,

    3.200目的细颗粒粉煤在旋风燃烧室内

燃烧极快,

    4.三次分段进风,切线旋流,降低渣熔

点,减少NO。,碳燃烧率高达98%以上。

四、我们的工作

    在倪学梓教授的领导下,北京钢铁学院

正在进行新型液排渣粉煤燃烧装置的研制工

作,已经设计了四种不同旋流强度的喷嘴,

其它设计和制造工作也已基本完成,1986年

开始进行冷态和热态试验。冷态试验的目的

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    榭重

图l  燃巍装置结构示意图

婶艟

首先研究燃烧室内的空气动力特性,如轴

向,切向和径向的速度分布及其变化规律,

回流区的分布,形状,大小以及回流率,不

同结构不同几何参数对流场的影响规律I三

次进风量的关系,喷嘴结构对燃烧室内气体

运动的影响,着膜位置以及混合规律。

    热态试验主要研究:燃烧器的捕渣特性,

碳的燃烧率,燃烧装置的寿命和燃烧装置内

的温度分布等。燃烧装置结构示意如图l。


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点击次数:  更新时间:2018-07-18 23:45:32  【打印此页】  【关闭