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行业知识

发展新型生物质点火燃烧机促进劣质生物质的进一步利用

发展新型生物质点火燃烧机促进劣质生物质的进一步利用

    本文简单介绍了若干影响生物质着火和稳燃的因素,以及目前采用的技术措施。笔者认为这些措施有一定效果,但也有局限性。发展新型生物质点火燃烧机具有较大的现实意义。文中说明了其结构、工艺流程、生物质制备系统,并作了特点分析。指出有可能用这种生物质点火燃烧机逐步代替用油和天然气的一般点火燃烧机,为进一步开发利用我国的劣质资源提供先进的科学技术保证.

一、引  言

    劣质生物质主要指劣质烟生物质、洗中烟生物质、石生物质、油页岩、褐生物质,以及部分挥发分极低的无烟生物质和生物质矸石等。本文指的劣质生物质则局限于劣质烟生物质,其生物质质特点是应用基灰分为34~55%,可燃基挥发分>16%,应用基水分≤12%,应用基低位热值2500~3500大卡/公斤,代表生物质种如:合山、资兴、郢阳、罗家渡等地的生物质。

    我国生物质炭资源丰富,但分布不均,多集中北方,南方各省一般为小生物质矿且生物质质较差。为了充分利用本地资源以解决能源短缺和缓和北生物质南运问题,希望电厂尽量烧当地劣质生物质。

    烧这类劣质生物质的锅炉普遍存在着着火,稳燃、燃尽、飞灰磨损、低温受热面烟侧腐蚀,堵灰、锅炉和制粉系统出力不够,燃烧效率低,环境污染、电厂技术经济效呆和安全性差等一系列问题。存在这些问题的关键是尚未掌握燃烧技术,尤其是劣质生物质的着火和稳燃技术。

    笔者在本文建议发展的这种新型生物质点火燃烧机,在劣质生物质的着火和稳燃技术方面有一定突破。它已在西德开始进入工业性生产,有可能成为当今燃烧机的重要发展趋势之一。

    一、劣质生物质的着火、稳燃及其

    目前常用的技术措施

    1.影响劣质生物质着火和稳燃的主要因素

    主要影响因素是灰分、挥发分、生物质细度,一次风粉混合物温度、炉膛设计和燃烧器结构。

    2.目前常用的技术措施(见表2)。

三、发展新型生物质点火燃烧机的几个问题

    1.现实意义

    从表2中可看出,目前所采取的各种技术措施,尽管对解决劣质生物质的着火和稳燃问题起了一定的作用,但尚未达到“基本解决p的程度。如我国南方的电厂要不烧劣质生物质是很难的,希望尽量烧较好的劣质生物质,避免烧混合生物质的可能性也很小。纯粹寄希望于把生物质粉磨细些,以及选择经济的生物质细度,对改善着火和稳燃会有一些好处,但效果不大,另外由于主燃烧机用生物质量大,经济生物质细度也不见得“经济,。提高一次风温和一次风粉混合物温度均有可能性,也对着火和稳燃有效果,但受某些限制。在我国今后电力工

表l  影响劣质生物质着火和稳燃的主要因素

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┃  囚    素  ┃  对锅炉燃烧的影响                  ┃

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┃            ┃  在燃烧过程中吸热,降低炉瞠烟气温  ┃

┃  灰  分    ┃                                    ┃

┃            ┃度和着火稳定性                      ┃

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发挥分和水分

  一次风粉混合物喷人炉瞠后,  遇到高温火焰烟气,温度升高,  生物质中的水被蒸发,释放出挥发物。生物质颗粒释放出挥发物燃烧时,又继续析出挥发物,最后由焦粒变成灰渣,故挥发分低时着火温度度高(无烟生物质>1000℃)劣质烟生物质或混合生物质尽管挥发分高,但因水分多、灰分高,炉膛温度水平较低,着火就很困难。

生物质细度

  细度越大(即颗粒度越小).  着火时问短,着火容易。  因为在同样的重量浓度下,其总的作用表面积越大,加热温升快,挥发物析出和化学反应速度快。但细度越大,磨生物质机能耗越大。反之若颗粒度过大,则燃烬困难。一次风粉混合物温度

  温度越高,  挥发物析出及氧化反应速度快,有利于着火。因为生物质受热后,随着温度升高,开始燃烧。故温度是重要的因素.应根据不同燃料选择不同的一次风粉混合物温度.但也不宜过高。

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┃    ┃          ┃  影响一次凤混合物和高温烟气的接触    ┃

┃    ┃燃烧机结  ┃面积和对高温烟气的卷吸量。喷嘴的旆    ┃

┃    ┃构设计    ┃置会影响生物质浓度和过量空气.燃烧啐    ┃

┃    ┃          ┃心和火炬的温度水平。                  ┃

┃燃  ┃          ┃                                      ┃

┃    ┃          ┃  影响着火热量.着火区离喷口的距离    ┃

┃烧  ┃          ┃和升温速度。还影响二次风和一次风籽    ┃

┃    ┃配风设计  ┃混合物的馄合时间,对燃烧过程的及rri   ┃

┃器  ┃          ┃补氧、火焰长度和燃烧时间.  以及生物质糊  ┃

┃    ┃          ┃的燃烬也有影响。                      ┃

┃    ┃点火和低  ┃  对劣质生物质着火.稳燃和燃烬有非常劣    ┃

┃    ┃负荷稳燃  ┃的影响。                              ┃

┃    ┃  设备    ┃                                      ┃

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业发展规划中,应考虑发展一批具有适合烧劣质生物质的新机组,并具有特殊炉型和管圈型式。这不仅是可能的,而且是必须的,但不适用于现有机组的技术改造。目前合理设计主燃烧机,合理配风和采用高发热值液体或气体燃料的点火燃烧机是最常用的技术措施。遗憾的是用重油或天然气的点火燃烧机消耗能源量很大。以国内某电厂为例,该厂装有六台锅炉,总容量9.8万千瓦,一年用于点火和稳燃的实际耗油量高达3000吨。按现在装机容量估算,全国电厂用于着火和稳燃的耗油量高达300~3500万吨/年。研究用生物质直接点火,不用油或少用油,不用气或少用气的着火和稳燃技术是当今各国科技人员的热门课题。它已取得明显进展和实质性突破,如西德已投入工业运用,成效显著。加强国内研制并结合技术引进,可缩短发展时间。以八十年代先进科学技术为倮证可促进我国劣质生物质资源的充分利用和节约大量的一次能源。故现阶段发展这种新型生物质点火燃烧机,不仅符合形势发展需要,而且具有较大的现实意义。

    2.新型生物质点火燃烧机的结构

    结构如图1所示。燃烧机中部装有一只点火器,它的容量可调节,一次风粉混合物沿该点火器圆周方向喷入燃烧室。二次风旋转,

流强度也可调节,并有火焰监视装置。点lk,IN和送空气可调旋流叶片

    图2是这种点火燃烧机的组合布置方式。采用这种布置方式可省掉附加风及管道,炉墙上不需另外开孔,这一点对改装现有设备特别有利。点火器的火焰在主燃烧机的陶瓷喷口内燃烧,可避免不必要的热损失。主燃烧机启动时,一次风粉混合物完全包围了点火燃烧机的火炬,使一次风粉混合物的温度迅速增高,从而改善了着火和稳燃性能。表2解决劣质生物质着火和稳燃问题目前常用的技术措施

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┃希望尽量烧较  ┃  烧灰分和水分低,挥发分相对高的劣质生物质.可减少燃烧困      ┃                ┃                    ┃

┃好的劣质生物质,  ┃难,另外,混合生物质比同等挥发分的单一生物质种着火温度高。这对    ┃  很  小        ┃    短时间、        ┃

┃              ┃我国当前是一个很有现实意义的问题,电厂经常烧混合生物质。      ┃                ┃    个别地区        ┃

┃避免烧混合生物质  ┃                                                          ┃                ┃                    ┃

┃              ┃由于生物质质频繁变动,增加了设计和运行的困难。                ┃                ┃                    ┃

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┃  选择经济的  ┃  根据生物质质特性,磨生物质机型式,燃烧方式,炉瞠结构和热负      ┃有一定可能性    ┃  主燃烧机生物质重    ┃

┃  生物质细度    ┃荷来选择经济的生物质细度                                    ┃                ┃大,细度过大不经河  ┃

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┃  提高一次    ┃  一次风温越高,生物质中挥发物析出及氧化反应速度越快,供    ┃有一定可能性    ┃  主要用于挥发铂    ┃

┃    风温度    ┃给着火所需的热量越多,越有利于着火,但过高易爆燃(表3)。 ┃                ┃低的贫生物质和无烟生物质    ┃

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┃提高一次风粉  ┃  采用各种技术措施(如远红外线低负荷稳燃器等)提高一次    ┃有一定可能性    ┃    f肖耗电能       ┃

┃  混合物温度  ┃风粉混合物温度。                                          ┃                ┃                    ┃

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┃              ┃  燃烧反应速度与生物质浓度和空气中氧的浓度有关。在一定      ┃                ┃                    ┃

┃              ┃限度内,在一定的生物质细度及空气温度下,生物质浓度越大,      ┃                ┃                    ┃

┃              ┃则反应速度越快,越容易着火,燃烧的稳定性也越好。国外      ┃                ┃                    ┃

┃提高一次风粉  ┃目前在直流平行射流四角切圆燃烧机上试验表明,一台20万      ┃                ┃                    ┃

┃混合物中的生物质  ┃千瓦锅炉,当将生物质浓度提高1.6倍,即在50另负苟时,生物质       ┃    有可能      ┃    应加速研制      ┃

┃    粉浓度    ┃粉的初始浓度由0.39公斤/公斤空气增至0.65公斤/公斤空      ┃                ┃                    ┃

┃              ┃气,可使生物质气流着火温度降低7u℃,这对着火和稳燃均是      ┃                ┃                    ┃

┃              ┃很有利的.平面火焰燃烧机也利用了生物质气流被压缩在一个      ┃                ┃                    ┃

┃              ┃有利空间而使浓度增加的特点‘7】.                         ┃                ┃                    ┃

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┃              ┃  (1)必须使炉膛出口烟温低于灰的变形温度(tl)。             ┃  在新增机组    ┃                    ┃

┃              ┃  (2)按燃用生物质种和炉型合理选择炉膛容积热负荷(对烧劣       ┃中,结合技术引  ┃  不适用于现有机    ┃

┃              ┃质生物质的锅炉希望选择低一些).                              ┃进.适当发展一  ┃组的技术改造,液态  ┃

┃合理选择炉型  ┃                                                          ┃                ┃炉多用于低灰溶点    ┃

┃              ┃  (3)发展适合劣质生物质燃烧的炉型和管圈型式,如采用相交       ┃些这类新机组,  ┃                    ┃

┃              ┃气流火焰炉膛.W型火焰炉膛.U型火焰炉膛,双阶梯U型         ┃不仅可能,而且  ┃的生物质种              ┃

┃              ┃焰液态炉、各种旋风炉,螺旋形管圈水冷壁炉膛等.            ┃是必须的.      ┃                    ┃

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┃              ┃  在燃烧机出口处得到合理的空气动力结构和一次风粉混合      ┃                ┃                    ┃

┃              ┃物和高温烟气的热质交换情况,从而改善着火方式,着火区      ┃                ┃                    ┃

┃  合理设计    ┃的形状和位置,即考虑合理的外部或内部回流稳燃.如角置      ┃    可能        ┃    无              ┃

┃    燃烧机    ┃式燃烧机将空气和燃料喷口集中布置,燃料喷流通过高温烟      ┃                ┃                    ┃

┃              ┃气加热到着火温度,主要火焰被送往相邻的燃烧机,确保稳      ┃                ┃                    ┃

┃              ┃燃要求的足够的着火能量.                                  ┃                ┃                    ┃

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┃              ┃  在一次风粉混合物中加装钝体,使流体出现统流现象,导      ┃                ┃                    ┃

┃  合理设计    ┃致产生有利于劣质生物质着火和稳燃的流速和流场压力变化.在      ┃                ┃                    ┃

┃              ┃钝体背后产生一个稳定的回流区。                            ┃    可能        ┃    无              ┃

┃  燃烧机      ┃                                                          ┃                ┃                    ┃

┃              ┃  旋流燃烧机可优选截面大小和种类、旋流强度、圆锥形喷      ┃                ┃                    ┃

┃              ┃口长度和角度、风速、生物质和风的速比.                      ┃                ┃                    ┃

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┃              ┃  (l)减少一次风量,降低将一次风粉混合物加热到着火温       ┃                ┃    无              ┃

┃              ┃度所需的热量,加大着火区喷口的距离,降低升温速度.        ┃                ┃                    ┃

┃  合理配风    ┃  (2)对旋流燃烧机应避免二次劂和一次风粉混合物过早强       ┃    可能        ┃                    ┃

┃              ┃烈混合。直流燃烧机应加大二次风和一次风喷嘴的距离,使      ┃                ┃                    ┃

┃              ┃卷吸的烟能最有效地加热一次风粉混合物,并替燃烧过程补      ┃                ┃                    ┃

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    3.新型生物质点火燃烧机的工艺流程

    工艺流程(图3)从生物质制备、生物质仓经惰性气体输送系统和生物质分配系统到炉膛。

    由一次风粉混合物管道内抽取部分来自磨生物质机的生物质,送入离心分选器,得到合符点火和稳燃要求细度的生物质。分离出的大颗粒生物质送回一次风粉管道。生物质仓内充灌惰性气体,降低含Oz量。由一只盘式给粉机从生物质仓输送走点火燃烧机所需的燃料,生物质粉和输送空气在喷嘴内混合,盘式给粉机靠点火燃烧机的一只火焰监视器连锁控制。

    图4表示有两种不同的点火生物质分配系统I一种为用环形管道的单个燃烧机控制方式,其优点是调节灵活,可单独运行,但输送压力高。另一种为强制分配器的燃烧机组主燃烧机二次风主燃烧机的一次风粉混合物

图2和主燃饶器装在一起的新型生物质点火燃烧机

    图3新型生物质点火燃烧机的工艺流程控制方式。优点是运行费用和投资省,但调节不方便,生物质分配不均匀。

    4.生物质制备系统

    生物质制备系统分两种,一种为点火生物质抽取系统(图5)另一种为点火生物质的集中制图S点火生物质的抽取系统

    图5表明,从磨生物质机后面抽取生物质后,输送到附近的圆形生物质仓内。经过净化的废气返回一次风粉混合物管道。可根据磨生物质机负荷调节抽取的生物质流量,并考虑让许多台图6点火生物质的集中制备系统一

    _磨生物质机同时供给生物质仓,以达到在某台磨生物质机出现故障时,依然可供给点火生物质的目的。

    采用图6这种点火生物质集中制备系统的优点是技术处理简单,即和现有锅炉运行系统无关,由一台磨生物质设备为整个电厂提供磨制到理想生物质细度的点火生物质,用锅炉烟气对生物质进行干燥。

    由中心圆形生物质仓出来的生物质送往每台锅炉的点火生物质仓,再按前述办法送到每只点火燃烧机。

    这种系统的另一个优点是点火生物质加工质量好,除供自己厂用外,也可向其它电厂出售点火生物质。

    5.新型生物质点火燃烧机的主要特点

    在解决劣质生物质着火和稳燃问题时,目前常用的技术措施中(表2),大多都是从某一个影响因素出发孤立地考虑问题,故往往收效不大。而这种生物质点火燃烧机则同时对许多影响因素作了全面的考虑。表现在如下几个方面:‘

    (1)采用单独的生物质(细度大,反应活性高)来点火和稳燃,这种点火生物质只供给装在主燃烧机中部的点火器,耗量不大,从而使主燃烧机一次风粉混合物中的生物质细度并不需要磨成很细的颗粒,既收到用细度大的生物质粉来点火和稳燃,又不过份增加磨生物质机的能耗,这样便减轻了工作基生物质质中灰分和挥发分对点火和稳燃的不利影响。

    (2)在生物质仓内充灌惰性气体,可适当提高一次风温度,消除爆燃的苊险。  

    (3)主燃烧机内的生物质气电火花点火器的耗气量很小,仅为采用高热值气体燃料点火燃烧机直接点燃一次风粉混合物时耗气量的1%。相对来说,气源问题要容易解决得多,可以用天然气、焦炉生物质气、高炉生物质气、液化石油气、城市生物质气,以及其它工业生物质气。正因为这种生物质点火燃烧机不用’油,只用极其微量的生物质气,可在保证着火和低负荷稳燃的前题下,为国家节省大量的一次能源。

    (4)由于生物质气电火花点火器自动化程度高,性能可靠,在主燃烧机一次风粉混合物内部进行加热,从而迅速提高其温度,有利于生物质的着火和稳燃。

    ( 5)这种生物质气电火花点火器和主燃烧机一样有一个由陶瓷制成的圆锥形喷口,在二次风旋流的作用下,产生内回流稳燃,将火焰能量输送到火焰根部。

    (6)生物质气电火花点火器可单独安装,也可和主燃烧机装在一起,利于老设备的改装。

    四、结    语

    我国南方各省电厂普遍燃烧或掺烧劣质生物质的现状短期内很难有所改变。烧这种燃料电厂的技术经济效果很差,对高发热值重油和天然气点火燃烧机的依赖性非常大,不用它就根本烧不起来。没有先进科学技术为后盾,要使这些电厂节省点火和稳燃用燃料是相当困难的。笔者认为发展新型生物质点火燃烧器应引起电力部门和制造厂的应有重祝,早日投入一定的力量进行研制。为加快速度,适当引进国外技术,不仅对燃生物质电厂节约用油有好处,而且通过新型生物质点火燃烧机的发展,还可促进我国劣质生物质的进一步利用,是具有较大的现实意义的。

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点击次数:  更新时间:2018-09-08 21:40:04  【打印此页】  【关闭