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行业知识

开式回流平面生物质燃烧机试验研究

开式回流平面生物质燃烧机试验研究

    我国目前最新式的一种多功能生物质燃烧器——开式回流平面生物质燃烧机,经过几年的努力,在岳阳电厂#2锅炉上,初步研制成功。本文对这种新型燃烧器的试验应用情况,进行了简介和分析。

一、

    七十年代初,苏联最先研究试验平面火焰燃烧器,并在800MW机组烧烟煤固态排渣的TⅡrl-84型生物质锅炉上使用,获得良好的使用效果。在此基础上,进行新型燃烧器研究试验,该燃烧器既采用了平面火焰可以上下摆动的特点,又利用高速蒸汽引射而形成不对称的开式高温烟气回流,使生物质提前着火和燃烧。从而发展成一种新颖的煤粉燃烧器一一开式回流平面生物质燃烧机。经湖南省电力试验研究所测试鉴定,所试验的新型燃烧器能够适应电厂常用的混合煤及资兴劣质烟煤,在50~6 0%额定负荷下运行时,不投油,仍能稳定燃烧。燃用混合煤的热效率可达83.11%;燃用劣质烟煤的热效率可达72 .15%,与改型前比较,锅炉效率平均提高10%以上,同时,通过平面火焰的上下摆动,可灵敏地调节汽温,且调温幅度大,蹦滞小,是一种很理想的调温方式,为大型锅炉调峰和调温开辟了新的途径.

二、试验炉主要参数与新型燃烧器稳燃机理

    斯型燃烧器试验研究工作在岳阳电厂#2炉进行,该,驴系啥尔滨锅炉厂1958年生产的111-35139型中温中压固态排渣生物质炉,燃烧室容积206m 3 (4720×4800.9100m m),炉膛容积热负荷142×l03kcal/m s.h,额定蒸发量35t/h,过热蒸汽压力3.825Mpa,过热蒸汽温度450℃,设计煤种为辽源烟煤(肜T:4.79%;AY:14.09%,矿Y:46.7%; QYDW:5374kcal/kg)。制粉系统采用中间储仓或乏气送粉,配207/265型钢球式磨煤机一台.

    在锅炉前墙上(标高9350m m),原来装有二只涡壳旋流式生物质啧燃器(主火咀),左右两侧墙各装有一只点火炉(补火咀)。该炉19 60年投产至1970年期间,依靠马弗炉烧块煤稳燃,1971年以改烧重油助燃(耗油量800~1400kg/h)。为了节省人力物力,在原有位置改装成四只“开式回流平面火焰燃烧器”。这种新型生物质燃烧器由一次风预燃筒,上下二次风喷口等部件组成,另外还配有以蒸汽为工质的射流系统(如图1)。

    一次风粉混合物由中心风管进入预燃筒,当开启高速蒸汽射流时,对一次风产生引射,产生流体的附壁效应,在有限空间中即产生一低压区,造成下游介质回流,高温烟气直接进入预燃筒,新鲜燃料受到高温烟气的包围和加热,使煤中挥发份迅速析出,在预燃筒内开始着火,着火后的生物质,射入炉膛三角形区(两股2次风射流与燃烧器之间),续继被卷吸到此区域内来的燃烧产物加温燃烧,并被二次风气流撞碎成具有一定厚度的平面火焰,这就进~步增加了生物质与空气的接触,使之强化燃烧,燃烧产生的高温烟气,部份又回流到三角区和预燃简,组成稳定强烈的燃烧过程。

三、燃烧调整与运行分析

    1.生物质着火过程分析

    生物质着火是燃烧的准备阶段,也是燃烧过程的开始,着火是否迅速、稳定,关系到整个燃烧过程的顺利进行。新型燃烧器要求生物质在一次风喷口即预燃筒内着火,并开始燃烧,其着火热来源于高温烟气回流,即烟气的对流传热,而对流传热量,取决于烟气的回流量,其着火热(Qzn)与气流工况的关系式如下:

  Qtn=B,(Voa,tkck—里塑斋吾q4一

    +c g~!ooo()WY  <t:。-t。)

    ~—100一

式中Br-燃料消耗量    kg/h

    矿’一理论空气量    Nm 3/kg

    ar-过量空气系数

    tk--次风所占份额

    C1c -一次风比热    kJ/Nm s℃

    q.~饥械未完全燃烧损失    %

    Cl~煤的干燥质比热  KJ/kg℃

    ∥Y-N煤的应用基水份    %

    tz a~着火温嚏    ℃

    to~一生物质与~次风气流初温  ℃

    从上式可以看出,着火热的大小与生物质着火温度,携带生物质的一次风量以及气粉混合物的初始温度有关。我厂#2炉采用乏上i送粉方式,气粉混合物幻温只有65~70℃,这无疑地需要较多的着火热,才能将生物质引燃。由于该方式为一特定的不利因素,因此,在研制和调试时,选择适当的一次风量和风速至关重要,当一次风量和风速提c时,着火热增大,着火点推迟,预燃筒温度停留在较低值,燃烧不稳定,若一次风量风速超过极限时,由于所需的着火热不能满足,导致简内温度低于生物质着火点而熄火。

    2.射流动量与回流

    开式回流平面生物质燃烧机的稳燃机理,决定于回流区的形成和回流烟气带给气粉混合物的热量多少,由于预燃简温度靠卷吸炉膛高温烟气,将生物质引燃后,发生燃烧初级反应所产生的热量来维持,因此,调整射流动量,保证生物质达到着火温度所必须的回流热量为稳燃的先决祭件。其热平衡关系式如下:

    C nVa(tn- tzn)=CKVl(tz,- t0)

式中  C一一回流烟气容积比热

    矿-~回流烟气量

    “~回流烟气温度

    矿I——次风量

    当预燃筒温度较低时,zi粉混合物处于温自,j初始阶段,射流动量不需太大,但当温度升到一定范围时,由于挥发份和水份的析出,体积膨胀而增大气相阻力,影响回流减少,预燃筒温度往往滞留在300℃左右,不再上升。这时必须调整射流动量,加强回流,提高回流与主气流之问的质量交换和热量交换,才能继续提I苗预燃室温度.

    运行调试表明,启动射流压力务必由低到高,射流数量亦随之增加,一般情况下,射流动量与一次风动量之比,从一数值逐j跨增大到另一数值时,预燃简内即着火明亮,温度亦升至800℃左右达到持续稳燃。值得注意的是,当燃用劣质煤时,由于炉膛三角形区温度较低,即使加大回流,预燃筒内亦难于着火,这时应关小二次风,提高回流烟气温度,才能将预燃简点燃。

    3.分级供氧与稳燃

    新型燃烧器研制的第一阶段,在平谢火焰燃烧器前部加装了射流预燃筒,通过调整射流动量,能够将炉膛高温烟气拉回到简内,使预燃筒温度迅速升高,但升温到一定程度后不再继续上升,此时无论怎样调整射流亦不起作用,观察筒内呈暗红色或仅有一些火花,通过摸索,发现将预燃简看火门打开后,预燃筒即着火明亮,温度也迅速升到600℃以上,分析其原因认为缺氧所致,这时仅依靠回流强迫点燃生物质是不够的,由于拉入筒内的高温烟气本身就缺氧,当生物质升到着火点时,必须及时补充空气(氧量),才能满足燃烧要求。因此第二次改造时,在预燃筒内加装了根部二次风和前部补充二次风,改造后运行调试表明,新增加的这两股二次风对生物质提前着火稳燃大有好处,一般说来,当预燃筒温度升至生物质着火点时(视煤质情况面定),应稍开根部二次风,而当筒内温度升至600℃以上时,再稍开前部补充二次风,使筒内温度保持800℃左右.在整个调整过程中,按燃烧过程展开的需要进风,空气逐次参与燃烧过程,实现分级燃烧,达到筒内无结渣和持续稳燃。

四、燃烧器改型前后主要技术经济指标比较

┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓

┃                                    ┃    改  型  前                          ┃    改  型  后                          ┃

┃                                    ┣━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━╋━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━┫

┃    项    目                        ┃                    ┃                  ┃                ┃                      ┃

┃                                    ┃  混合煤            ┃  混合煤          ┃  混合煤        ┃  劣质煤              ┃

┣━━━━━━━━━━━━━┳━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━┫

┃  试验时间                ┃        ┃  1982年ll月 io日   ┃  1984年 9月 6日  ┃1987车 7月 8日  ┃1987年 8月 8  F1      ┃

┃  燃煤工业分析            ┃        ┃                    ┃                  ┃                ┃                      ┃

┃  水  份    W,           ┃        ┃    6.1             ┃  6.95            ┃   7.5          ┃          7 .18       ┃

┃  灰  份    A,           ┃        ┃ 41.04              ┃          35 .66  ┃       26 .43   ┃       \7 .43         ┃

┃  挥发份    Ay            ┃        ┃           17 .61   ┃ 16.35            ┃ 18.71          ┃ 14.85                ┃

┃  低位发热量    QyDw      ┃kcal/kg ┃  3815              ┃  4184            ┃    5142 .7     ┃ 3357                 ┃

┃  蒸汽流量    Do          ┃t/h     ┃     32             ┃ 34.20            ┃ 34.60          ┃              34 . 11 ┃

┃  过热汽压    Po          ┃Mpa     ┃  3.579             ┃  3.455           ┃ 3.565          ┃ 3.383                ┃

┃  过热汽温    to          ┃  oC    ┃   425              ┃   428            ┃   425          ┃   425                ┃

┃  热风温度    trk         ┃ cC     ┃   230              ┃    215           ┃   291          ┃   287                ┃

┃  冷风温度    tLk         ┃ oC     ┃         Il         ┃      27          ┃      35        ┃     32               ┃

┃  排烟温度    tPy         ┃ eC     ┃    170             ┃    172           ┃   184          ┃   204                ┃

┃  R02    RO:py            ┃        ┃  11.2              ┃          12 . 3  ┃  13.5          ┃        13 .5         ┃

┃  助燃油置    BO          ┃ kg /h  ┃  1400              ┃   800            ┃        o       ┃        o             ┃

┃  生物质细度    R90         ┃  %     ┃     14             ┃         12 .8    ┃     13         ┃     IZ               ┃

┃  排烟热损失    q2        ┃  %     ┃  8.50              ┃  8.02            ┃  7.49          ┃  7.98                ┃

┃  飞灰可燃物    Cfh       ┃        ┃ 18.50              ┃           30 .14 ┃ 18.02          ┃              1 5. 01 ┃

┃  炉渣可燃物    CL2       ┃        ┃   9.8              ┃ 21.40            ┃  1.02          ┃  5.86                ┃

┃  机械未完燃烧拟失    q4  ┃        ┃            13 .17  ┃ 27.80            ┃  8.18          ┃          18. 38      ┃

┃  散热损失    qs          ┃        ┃   1.15             ┃   1.13           ┃   I.ll         ┃   1.1,               ┃

┃  灰洼物理热损失    q 6   ┃        ┃  0.72              ┃   I.OI           ┃   O.tL         ┃              o .,a   ┃

┃  锅炉效率    T1          ┃        ┃ 71.46              ┃ 62.04            ┃  83.11         ┃          72 .15      ┃

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   #2炉采用新型燃烧i异后,改变了过去依赖助燃油的状况,在不烧油的夼宁况下,飞灰含碳盈由30.14%降至18.02 yo;炉渣含碳最由21。40%降至1·11%,锅炉效率巾62。04%提高到83 .11.%,改型后的燃烧。晴况和经济性都已大大改善,但从效率的绝对值舀仍然偏低,其原因如下:

    1.该炉于1960年投运,已运行27年之久,设备老化,缺陷较多,原在前墙的两台涡壳旋流式(切向叶J}旋流)燃烧器运行特性很差,且燃烧器在前墙上前i置标高较高,这都造成了过ll、S的机饿未燃烬损失。改装后,由于原结构上阳有的特点,无法从根本上给予改变,影响锅炉效率仍然不大理想。

    2.制粉系统采用207/265型钢球磨一台,额定出力只有4 tlh,煤种变化后,不能满足锅炉需煤量,常常出现粉随低,生物质自流和下粉不均匀等。晴况,影响燃烧工况的稳定性。

    3.原设计煤种为辽源优质烟煤(V·7% QyDW:5374kcal/k9),所选之容积热负荷及断面热负荷和炉膛高度等,均与该煤种相匹f吧,同时还采用乏气送粉方式,气粉混合物初温只响’65℃^,70℃,且乏气喷口布置在前墙主燃烧器上方1米多处,使燃烧后期缺乏强动的湍动,茌采用开式回流平面生物质燃烧机后,不能改变该炉的结构特点,l到此,也不同程度地增加了机械未燃

烬损失,影响锅炉效率的进一步提高。

五、运行总结与经济效益

    1.运行总结

    (1”f式吲流平叫生物质燃烧机首次在工业发电锅炉上应川,通过各种负荷j二况的试验证明是可行的,71眵川卜一般动力ji]煤(混合烟煤引劣质烟煤)条件下,能够确保安生经济运。

    (2)新型燃烧:X的一次风喷咀以回流筒取代,它既保留了平面火焰可以摆动和三角区卷吸炉内高温烟气的特。t鼍,又采用高速射流引射,在同流筒内形成回流区,使生物质提前替火燃烧。

    ( 3)新型燃烧器能庄50、一60%额定负荷时脱油稳燃。调整上,下二次风的动压比,可以使火焰上下摆动,改变炉膛的火焰中心,实现过热蒸汽温鏖的调整。

    (4)回流筒采用小长径比,射流工质选用研:炉过热蒸汽,回流筒内形成开式回流,这些均属开式回流平面生物质燃烧机的典型技术范畴,为我们今后在大容量锅炉上推广应奠定良好的基础。

    新型燃烧器的研制工作,经过历时三年多的工业性试验,现已可作为一种独具一格的多功能燃烧器展现在现今燃烧技术的百花园里,但它毕竟还是一个新生的蓓蕾,需要多方面的扶持和帮助,更需要继续研究完善。在布置方式上,应拼弃此种前墙式的布置,进行四角切园式布置试验,对无烟煤的燃烧和劣质煤经济性的提高应进一步深入探讨,为推广应用,为大型锅炉节能开辟新的途径。

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点击次数:  更新时间:2018-08-30 21:50:20  【打印此页】  【关闭