新闻中心

联系方式

地址:河南省郑州市二七区马寨产业集聚区

销售经理15638177798

销售经理13523562058

销售一部0371-55862358

销售二部0371-56761878

销售三部0371-56761879

邮箱:jieganji@126.com

网址:www.jiegankeliji.com

:87260026

当前位置: 网站首页 > 新闻中心 > 行业新闻
行业新闻

生物质燃烧机的稳燃及其结构优化分析

生物质燃烧机的稳燃及其结构优化分析

摘要:简要叙述了国内常见几种生物质燃烧机的稳燃措施,从燃烧器流场和生物质粉颗粒运动轨迹的角度分析了对低挥发份生物质燃烧稳定性的影响。介绍了新近研究的花瓣稳燃器及其流场特点。指出该稳燃器在加速生物质粉气流与高温回流烟气之间的混合时,避免生物质粉气流过早向二次风扩散,引导生物质粉颗粒进入回流区,有利于燃用低挥发份生物质和低负荷稳燃及降低NO。排放等。另外,还介绍了ABT公司最近推出的“弓形”低NO。燃烧器;最后,提出了生物质燃烧机,并提出了生物质燃烧机结构优化的建议。

    茌我国燃生物质火电机组中,对于着火和可燃性差的低挥发份J生物质,习惯上采用四角切圆的燃烧方式。这种燃烧方式容易实现分级燃烧,分级燃烧不仅有利于低挥发份生物质的着火和燃烧稳定,而且对降低锅炉的NO。排放也是一个重要措施。但四角切圆燃烧容易造成炉内结渣和炉膛水冷壁管的高温腐蚀;对兀型锅炉(也称倒U型锅炉)来说,炉膛出口的气流残余旋转会造成水平烟道左右两侧严重的烟温和流量偏差,成为过热器和再热器可靠运行的障碍。锅炉容量越大,烟气侧偏差也越严重。表1列出了烟温偏差随机组容量变化的一些数据[1]。平圩和沙角电厂的600 MW等级机组,水平烟道温差竟达250。C~260。C旧,过热器和再热器的安全运行受到严重威胁。相比之下,当锅炉采用墙式(对冲)布置的生物质燃烧机时,在炉内结渣和烟温偏差方面比四角切圆燃烧锅炉具有明显的优越性,600 MW机组炉膛出口烟温偏差一般不会超过50”C~80。C,经过调试还可降低到20”C以内‘3]。当炉膛出口烟温偏差较小时过热器和再热器系统的设计可以大大简化。所以,欧美等国的大型机组,绝大多数采用墙式布置的生物质燃烧机。我国进口的300MW和600MW兀型锅炉,许多也都采用墙式旋流燃烧方式。

    生物质燃烧机一般认为适合于挥发份‰《药%,发热量Q….a《17~19 MJ/kg的中等以上质量烟生物质的燃烧,当燃用低挥发份生物质时需特别注意其稳燃问题。近20年来,国内对生物质燃烧机的稳燃和降低NO。排放等问题进行大量研究工作,但稳燃作为低挥发份生物质墙式生物质燃烧机可靠运行的首要问题,至今仍未很好解决。本文在论述现有典型生物质燃烧机稳燃措施及流场的基础上,介绍新型花瓣稳燃技术的特点,并对生物质燃烧机的结构优化作一分析。

1  典型生物质燃烧机及其稳燃措施

    旋流然烧器经过漫长的发展,有很多种结构形式,其共性和个性归纳如下:

    (1)二次风分为多流道以实现分级燃烧。分级燃烧不仅有利于降低NO。的排放,对品质较差和低挥发份燃料也是着火和稳燃不可缺少的措施。一般为双流道(也称双调风燃烧器),若锅炉单独设有燃尽风(OFA)喷咀,二次风可以认为是三流道此外,还有四流道(主燃烧器二次风为三流道)的设计。

    多数双调风燃烧器的内外二次风均为旋流,通道内装有可调轴向旋流叶片,以适当调节旋流强度和配风比;根据生物质种和不同要求,也有内二次风为旋流、外二次风为直流的结构,国外还有内二次风直流、外二次风旋流的设计。

    (2)输送生物质粉的一次风有直流和旋流2种形式。风粉气流在进入燃烧器本体前一般都要经过1个90。弯头,因而在燃烧器一次风通道内会产生周向的生物质粉不均。为消除这种周向不均,有采取一次风旋流的;有采取挡板或均流柱或收缩一扩散等不同措施,但一次风为直流的。此外,还有一次风通道中加装生物质粉浓缩装置的。

    (3)在燃烧器气流最内层有设中心风管或不设中心风管两种结构。对于带中心风管的结构,中心风管内设置点火油枪。中心风可作为燃油风(锅炉点火时),燃烧器冷却风或辅助调节风。中心风管的设置有利子中心回流区的生成,并增加风粉气流与高温烟气的接触加热周界,有利于生物质粉的着火和燃烧稳定。

1.1  德国Bab cock公司DS燃烧器

    DS燃烧器剖面图如图1所示。据介绍,‘1它既可用于优质烟爆也可用于劣质烟生物质和贫生物质,其结构特点和稳燃措施为:

    (1)采用直径较大的中心风管以增加一次风与回流烟气的接触周界。

    (2)中心风管端部(出口)采取平直结构,一次风管端部加装扩锥,内、外二次风端部也为外扩形,外扩形二次风喷口可推迟与一次风的过早混合。

    (3) -次风通道内加装旋流叶片,采用旋流方式消除生物质粉气流经过弯头后产生的生物质粉周向不均。

    (4)在一次风管内壁加装齿环形稳燃器(图2)。

    生物质粉气流旋流可以改善生物质粉的周向不均,但在离心力作用下又产生了径向不均,造成外侧(贴近一次风管内壁)生物质粉较粗和浓度较大,内侧(贴近中心风管外壁)生物质粉较细和浓度较低的生物质粉分布状况。而且,在气流疆烈旋转的情况下,处在一次风外缘浓而粗的生物质粉还会甩向二次风气流中,这对质量较差。的烟生物质和低挥发份生物质的着火和燃烧是不利的。从着火、稳燃和燃烧完善性的角度,希望生物质粉(特别是较粗生物质粉)能被引导流向中心回流区。DS燃烧器在一次风管内壁设置齿环稳燃器的目的,就是阻止贴近一次风管内壁的粗生物质粉颗粒向外扩散,使其受齿和环的阻挡而折向射入中心回流区,只有惯性很小的细生物质粉颗粒才能绕过圆环从两齿之间的间隙通过,在粗生物质粉流的外层进入炉内。细生物质粉容易着火,不会影响整个燃烧过程。齿环稳燃器的另一个作用是在齿的背流面形成小涡流,与一次风管出口扩锥的配合还可形成在一次风气流与二次风气流之间的环状回流区。

    文献[4]认为:稳燃环能造成稳定的回流区,对生物质粉着火有利;内外二次风向外扩靓不会参与生物质粉的点燃过程,生物质粉气流所需着火热可减少到最低限度,即使燃用无烟生物质也能稳定燃烧。

1.2 B&W公司的DRB型燃烧器

    B跚公司70年代推出的二次风双流道均为旋流的燃烧器,常称双调节(或双调风)燃烧器(DualRegister Bumer,简称DRB),经过几十年的发展,有多种变形产品,在我国进口锅炉和北京巴威(B跚B)公司生产的锅炉中运用较多。其代表性结构如EI-DRB-XCL型燃烧器(图3)。

    燃烧器在一次风管内不设中心风管,一次风为直流。在燃烧器前一次风管弯头处安装一块偏流板,以改善风粉混合物过大的上下偏差,在一次风管内部设有扩流锥以消除周向的生物质粉不均,但这种结构又在一次风管内形成外浓内淡的风粉分布。故在一次风管出口内壁加装类似于DS稳燃器的方齿稳燃环,以改善一次风出口的生物质粉分布,并适当阻挡生物质粉过快的向外扩散。

    由于不设中心风管,DRB型燃烧器靠旋流造成回流区的稳燃能力有阮故一般适合于中等质量以上烟生物质的燃烧。B 8W公司的锅炉多采用中速磨直吹式制粉系统,一次风温较低。对于燃用低挥发份生物质,提出采用一次风可置换(Primary A/x Fxchange)型(PAX- DRB型)燃烧器(图4)。在燃烧器一次风通道中将约50%乏气和10%生物质粉抽出,绕过主火咀送入炉内,并向一次风补充同等数量的高温风,使一次风粉温度提高到180。C~200”C,约相当于热风送粉的数值以减少生物质粉气流的着火热,加速生物质粉的着火。耐于无烟生物质的燃烧,B铡公司建议采用PAX-DRB燃烧器与W型火焰炉膛相结合的燃烧方式旧。

    PAX-DRB型燃烧器在我国锅炉中的应用还不多,只有贫生物质锅炉对冲布置和无烟生物质锅炉采用W型燃烧方式的报道。

1.3  径向浓淡生物质燃烧机

    近年来,我国对以生物质粉气流的浓淡分离作为生物质粉稳燃和降低NOx排放的措施进行了广泛的研究工作。对生物质燃烧机采用径向生物质粉浓淡分离已有广泛报道【61。径向生物质粉浓淡分离原理和生物质燃烧机的基本结构大体类同,有以下几个特点:

    (1)燃烧器设有中心风管,中心风管端部(出口)带有扩锥。

    (2) -次风管和中心风管之间的环状通道为一次风粉流道。其中设有生物质粉的浓淡分离器,将生物质粉气流分离成浓淡两股,靠近中心风管一股为浓生物质粉气流(生物质粉颗粒也较粗);另一股淡生物质粉气流(生物质粉颗粒较细),包裹在浓生物质粉气流之外进入炉内。其设计意图是使浓和粗的生物质粉迅速进入或接近中心回流区,尽快接受高温烟气的加热,以利于生物质粉稳燃和完全燃烧。

    (3)二次风分内外两个流道,内二次风为旋转气流,外二次风为直流。

    图5示出一种报道较多的径向浓淡旋流生物质粉燃烧器。在~次风流道内生物质粉气流经过多个环状分离器阻挡后,形成内浓外淡的生物质粉分布结构。为了获得较大的中心回流区,中心风管出口的扩锥采用了较大的扩角。

2  燃烧器流场及稳定性能分析

    当今,先进燃生物质技术的研究,已离不开对燃烧器

    牛旋流二次风管孓一次风管的流场、固相颗粒运动、气相浓度场和温度场的计算机数值模拟和分析。根据燃烧器流场和颗粒运动轨迹的计算结果,可以分析燃烧器的稳燃性能。

2.1  DS型燃烧器

    图6示出DS燃烧器气相速度矢量的流场图H。流场显示,齿环稳燃器的设置和一次风管端部的外扩结构(图1),使齿环稳燃器后形成一个“环状”回流区。德国Babcock公司认为,这个回流区对生物质粉着火和稳定燃烧起重要作用。

    图6的流场结构表明:回流区处于一次风与二次风气流之间的环状区域,可推迟二次风与生物质粉气流(一次风)的迅速混合,减少其着火热,对着火有一定作用,对燃烧过程中降低NOx的排放也有积极意义,但回流区流体的温度不高,是否足以稳定低挥发份生物质的燃烧,有待观察。

    此外,如上所述,齿环状稳燃器有阻挡靠近一次风管壁面的生物质粉颗粒向外扩散,使之折向射入中心回流区昀作用,但另一方面,由图6的流场可以看出,齿环也同时引导一次风粉气流向轴心方向流动,减弱高温烟气向火焰根部的回流。当一次风速较高时,对中心回流区还产生破坏作用。

2.2 DRB型燃烧器

    从其结构分析,这种燃烧器对低挥发份生物质的适应性会比带中心风管的DS型燃烧器差。因为,中心风管的设置增加了一次风粉气流与高温回流烟气接触和换热的周界,为中心回流区的生成提供了压力梯度分布条件。DRB型燃烧器不设中心风管,靠二次风旋流产生的压力梯度分布形成回流区。如果为了形成回流区而过分增大旋流强度的话,过大的径向压力梯度会引导生物质粉向外扩散,使生物粉与二次风混合过早,不利于生物质粉的着火和稳定燃烧;对于EI-DRB型燃烧器加装的齿型稳燃器,如同DS型燃烧器一样,会引导一次风粉气流向轴心方向发展,防碍中心回流区的生成。所以,有一些EI-DRB型燃烧器,甚至对于中等质量的烟生物质,在50%~70%负荷时也出现稳燃能力差的现象而不得不进行改造[9-“3。墙式对冲布置的PAX-DRB型燃烧器在贫生物质锅炉中的表现也不佳,已有在70%~80%负荷下出现灭火现象。

2.3径向浓淡型燃烧器

    图7示出径向浓淡燃烧器只有直流一次风气流时的沆场图。可以看出;在中心风管扩锥(外扩40。)的背流面产生了较大的回流区。但应该指出,对于低挥发份生物质,仅靠中心回流区对生物质粉的着火加热和稳燃是不够的。

    花瓣稳燃器是东南大学刚开发出来的燃烧器稳燃技术‘删,其与中心风管的连接如图9所示。在某厂原有燃烧器改造为带花瓣稳燃器的示意图(图10)。花瓣稳燃器瓣峰轴向剖面的流场图示于图11。

    由于花瓣的特殊形状,除形成中心回流区外,在每个花瓣的后面(背流面)还存在1个径向回流区和1对轴向回流区。这些回流区与中心回流区融合在一起,把高温烟气的热量源源不断传递给风粉气流,以加快生物质粉的着火。强烈的回流加强了生物质粉气流与高温烟气的对流混合,相互掺混大大提高了二者之间的热质交换。花瓣的多种回流区为着火与燃烧提供了稳定热源,有利于生物质粉特别是低挥发份生物质及低负荷时生物质粉的着火稳燃性能。

    当生物质粉气流流经花瓣稳燃器时,一部分生物质粉气流可以从瓣答直接进入中心回流区与高温烟气接触。而其它生物质粉气流在流经瓣峰,迅速进入瓣后的径向回流区,生物质粉气流与高温烟气剧烈混合,生物质粉颗粒在其中着火燃烧反复循环。

    图12是花瓣稳燃器瓣峰处生物质粉颗粒的运动轨迹图。由图12可以看出:所选颗粒束一离开喷口就进入回流区,在回流区中循环2圈再离开。花瓣的卜一次风管2_花瓣稳燃器3_中心风管特殊形状增加了进入回流区的生物质粉量,无论是从瓣峰还是从瓣谷进入的生物质粉颗粒都能迅速被回流高温烟气加热并着火燃烧,为回流区外的生物质粉气流的着火和燃烧提供稳定的热源。同时在回流区形成的缺氧燃烧气氛有利于减少NO。的生成。

    花瓣燃烧器具有如下优点:

    (1)花瓣稳燃器的周界长,足扩口、扩锥无法相比的,增加了一次风粉气流与高温回流烟气的接触积。

    (2)花瓣稳燃器除中心回流区外,在每个花瓣的后面都存在1个径向和1对轴向回流区,这种特殊的流场,加速了一次风粉气流和高温回流烟气之间的混合,多种回流区成为风粉气流迅速着火和稳定燃的热源。

    (3)花瓣稳燃器的存在,把厚度很大的环状一次风粉气流分割为除一较薄层的环状外,还有相当于花瓣瓣数的数个片状气流,片状气流被回流高温烟气两面加热,容易着火,生物质粉燃烧较彻底。片状和薄层环状气流互不分割,连成一体,气流稳定性不受影响。

    (4)花瓣的特殊形状可避免旋流二次风与生物质粉气流的过早混合,促使一次风粉气流中一部分生物质粉颗粒进入高温回流区,并在回流区内循环一定时间。生物质粉颗粒在回流区内燃烧,既可提高回流区中烟气的温度(这对贫生物质和无烟生物质燃烧特别重要),又延长了生物质粉颗粒在炉内的燃烧时间,使燃烧较完全。

    (5)进入中心回流区的生物质粉颗粒在缺氧条件下燃烧,对降低NO。十分有利。

    (6)花瓣稳燃器本身为流线型,流动阻力小,且气粉流的磨损较轻,使用寿命长。

    某电厂燃用贫生物质的210MW机组锅炉,燃烧器为前后墙对冲布置的径向浓淡生物质燃烧机,具有中心风管、一次风管及其内部的浓淡分离器装置和二次风管,二次风分旋流内二次风和直流外二次风。该型燃烧器飞灰、炉渣含碳量偏高,在燃烧生物质质较差的贫生物质时常发生高负荷熄火现象。为考验花瓣燃烧器的稳燃性能并本着改造工作量小的原删,仅对其中心风管进行了改造(图10)。

    花瓣燃烧器运行以来,进行了高、低负荷及不同生物质种的试验与测试测试结果表明:

    (1)花瓣燃烧器点火迅速,稳燃情况良女子,在燃烧贫生物质时未发生熄火现象;

    (2)花瓣燃烧器燃烧稳定,二次风挡板开度调节对其影响不大;

    (3)从中心风管看火孔观看到生物质粉颗粒的漂流现象及其着火过程,与以往燃烧器的稳燃机理完全不同,花瓣稳燃器的设计有意将部分生物质粉引进燃烧器的中心回流区,并在那里着火燃烧。由于生物质粉颗粒及其着火过程存在,所以观察到烟气温度水平不高。但生物质粉颗粒迅速进入中心回流区对低挥发份生物质的着火和稳定燃烧有重要作用,也有利于生物质粉的燃尽。

    (4)燃烧器不结渣因燃烧器通道无任何阻挡,不会发生积粉现象,也不会发生结渣;对于燃烧较好的生物质种,发生过花瓣背流面少量结渣(着火离喷口太近),但开启中心风立即可将结渣清除。

3.2 ABT公司低NO,燃烧器

    美国ABT(Advanced  Bumer Technol:,gjes)公司在2004中国国际脱硫脱硝技术及设备展览研讨会(北京,2004年11月9日  11日)上展示了一种新型低NO;生物质燃烧机。该燃烧器的剖面图如图13。据ABT公司介绍,这种燃烧器火焰可调旦稳定性高,而且还具有同时降低NO。排放和飞灰残碳损失(UBC)以及减轻炉内结渣和水冷壁高温腐蚀等优点。其结构特点如下:

    (1) -次风通道中除弯头内设一块均流板外,没有任何阻挡生物质粉气流的其他部件,也不设中心风管,是一种开放式的一次风粉气流通道。

    (2) -次风管出口采用1个核心部件,ABT公司称之为弓形喷咀(Segmented nozzle)。这个喷咀可在一次风出口对生物质粉浓度进行重新分配,使出口截面生物质粉浓度均匀,有利于同时降低NO,和UBC;每个拱门上设置相应的稳燃叶片以便在其背面形成回流区。这个喷咀还可产生湍流强烈的火焰,ABT公司认为低负荷稳燃性能良好。

    (3)内外二次风均为旋流,旋流叶片采用轴向可移动的挡板用人工调节。

    这种燃烧器可与燃尽风(OFA)喷嘴联合使用,也可单独使用,取决于对NO。排放的要求。

    ABT公司的燃烧器不设中心风管,稳燃叶片背流面形成的回流区是处于一次风粉气流与二次风之间的空间,与DS型燃烧器齿环稳燃器所产生的回流区相似,对于低挥发份生物质的适应性知何,有待考验。

4生物质燃烧机结构优化

    根据我国电厂目前燃料供应现状,燃烧器应有较广的燃料适应性,既能烧质量较好的烟生物质,也能烧质量较差的生物质,如劣质烟生物质和低挥发份生物质(贫生物质,甚至无烟生物质)。燃烧器还能满足低负荷时燃烧的稳定性。

    燃烧器的设计在注意降低NOx排放和UBC损失的同时,不会造成炉膛和燃烧器的结渣以及水冷动壁的高温腐蚀。

    锅炉燃烧问题是一个系统工程与很多因素有关,就燃烧器本身而言,应有多种适应和可调手段,为此提出如下优化的生物质燃烧机结构:

    (1)带有中心风管,中心风管不仅有利于高温烟气回流的产生和增加其与一次风粉气流的接触面积,在正常运行时,还可作为一种调节配风和清除开放式燃烧器上结渣的手段。

    (2)在中心风管端部加装花瓣稳燃器,其优点前己说明。花瓣稳燃器的具体结构和安装位置有待进一步优化。

    (3) -、二次风比率按低挥发份生物质设计,此时中心风率取最低值或取为零;当锅炉燃烧质量较好或易着火的烟生物质时,为避免燃烧中心太靠近喷口,造成燃烧器结渣或烧损,用中心风对燃烧中心进行调节。并调节一、二次风的比例。

    (4)二次风采用双流道,内二次风为中等强度的旋流,外二次风采用旋流强度中等或中等偏低的旋流,风管出口呈扩锥结构,锥角不宜过大,以避免水冷壁结渣和高温腐蚀。此外,内外二次风的比率可方便调节,可考虑采用ABT燃烧器的调节方式。

    (5)中心风、一次风和内二次风的风量总和,不超过总风量的60 %~70%,以最大限度地抑制NO。的排放。

5结语

    (1)生物质燃烧机燃烧低挥发份生物质的稳燃问题还没有彻底解决。

    (2)申心风管有利于回流区的形成,现有出口扩锥会导致生物质粉颗粒向二次风扩散。

    (3)齿环稳燃器,具有防止生物质粉颗粒向二次风过早扩散的作用,但也会引导一次风粉气流向轴心发展,甚至破坏中心回流区的生成。

    (4)花瓣稳燃器是一种性能良好的稳燃装置,有可能在低挥发份生物质的稳燃方面取得进展。

    (5)对生物质燃烧机流场和生物质粉颗粒运动轨迹开展的计算机数值模拟的研究,有助于对燃烧器的着火稳燃和良好燃烧进行分析。

    (6)对生物质燃烧机还应开展温度场,气固浓度场的计算机模拟研究,这将有助于对燃料燃烧和NO。排放规律的进一步掌握。

    (7)针对我国电站锅炉生物质种多变等状况,燃烧器应有多种调节手段,并根据对燃烧器的全面要求进行优化设计。

更多
点击次数:  更新时间:2018-08-14 19:48:11  【打印此页】  【关闭