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行业新闻

新型旋流燃烧机-生物质燃烧机的研究与应用

新型旋流燃烧机-生物质燃烧机的研究与应用

摘  要:针对旋流燃烧器燃烧低挥发分煤时存在的问题,提出了一种既能起到良好稳燃作用又能降低NO。排放的新型旋流燃烧器——生物质燃烧机。该燃烧器充分考虑了煤粉气流与高温烟气的迅速强烈混合问题,能在其背流面形成径向和轴向多种回流区,增人进入回流区的煤粉量,有利于低挥发分煤贫煤和无烟煤)和低负荷运行时煤粉的着火与稳燃,并降低NO。的排放。介绍生物质燃烧机工作原理,分析其流场特性,论述其优越性。经在某电厂燃用贫煤的210 MW机组锅炉中应用,取得了稳燃不结渣的效果。火键词:旋流燃烧器;化瓣稳燃器;生物质燃烧机;稳燃;低NO。

0引言

    我围以煤作为主要能源,7 00—8 0%电力是由燃煤火电机组产生。但是发电厂煤质多变,质量较差,一些即使按优质或中等质量烟煤设计的火电机组,也要经常烧煤质较差或劣质烟煤,甚至还要低挥发分的贫煤;按贫煤设计的火电机组,常常还要燃烧或掺烧无烟煤。加上机组调峰的需要,锅炉遁合的燃烧器及其稳燃问题日益受到电厂的关注。

    燃煤电厂火电机组燃料燃烧的完善性,也就是燃料的燃烧效率或燃烧后灰中残炭的质量分数是机组运行经济性的一个重要指标,锅炉燃烧系统应保证锅炉有更高的燃烧效率。

    环保要求的日益严格对锅炉NO。的排放提出了更高的要求,并且还会进一步提高。严格控制锅炉燃烧后NO。的排放,也是燃烧器的设计和运行应高度重视的问题。

    锅炉运行的安全性与燃烧器型式和设计关系很人。严重影响锅炉可靠运行的锅炉水冷壁结渣和高温腐蚀问题,与燃烧器系统的设计密切相关;在我国电厂锅炉炉型中,几乎作为唯一一种炉型的n型锅炉,炉膛出l I水甲烟道两侧的烟温偏差,已严重影响到人型锅炉高温过热器和高温再热器的可靠运行。与四角切圆布置的直流燃烧器相比,墙式对冲布置的旋流燃烧器在这方面具有明显的优越性。但现有旋流燃烧器在燃烧低挥发分煤时的着火和稳燃问题还未得到很好解决,现结合这一问题,研究一种既有良好稳燃性能,又有利于降低锅炉NO。排放和减小飞灰残炭损失的新型旋流燃烧器——生物质燃烧机。

生物质燃烧机的提出

    旋流燃烧器是靠二次风旋流及出l I加装扩锥而形成炉内高温烟气的反向回流来加热煤粉气流并使之着火燃烧的。中心回沆区的存在是这类燃烧器的重要特点,它为煤粉着火提供主要热量来源。通过模拟旋流燃烧器中心回流区的流场分布,分析得出传统旋流燃烧器不能适应贫煤、无烟煤等低挥发分煤燃烧的原凶为‘d:

    ①传统旋流燃烧器风粉气流与热烟气之问的热质交换主要靠回流区边界剪切层流体的脉动,脉动速度较小,比主流速度约小2个数量级,脉动产生的热质交换强度比宏观对流强度要低很多,进入回流区的煤粉气流绝人多数是从剪切层尾部进入回流区的。

    ②煤粉气流在进入炉内后,由于中心风管扩锥的导向作用,不仅会使气流向外扩展,还会引导气流中的煤粉颗粒向外扩散。扩锥扩Lj角度增加,煤粉颗粒的“趋外”现象更加明显;当二次风旋流强度增人时,有些煤粉颗粒甚至会穿过风粉层冲向二次风区,煤粉颗粒将更难从煤粉气流中进入回流区。图la)所示为中心风管出l J带4盯扩锥的径向浓淡旋流燃烧器的流场,图l b)所示为粒径为50 um的煤粉颗粒轨迹。该燃烧器的一次风粉气流被煤粉浓缩器分离为内浓外淡2股‘-]:内二次风为流量和旋流强度均较人的漩流风:外二次风为直流风。在一次风管扩锥和内二次风旋流作用下,燃烧器出U产生较人的中心回流区观图1出),但燃烧贫煤的稳燃性并不好,常发生高负荷熄火现象。分析图lb)看出,一次风管的扩锥引导煤粉颗粒向外,即向二次风侧扩散,迅速与内二次风混合,降低了煤粉着火燃烧的稳定性。

    (3)人扩l】还会造成动量损失,使部分煤粉撞击扩锥后还未燃烧就直接落入冷灰斗,造成炉渣残炭不完全燃烧损失及扩l l的磨损。

    ④对于不发中心风管和扩锥的旋流燃烧器,如B&W公司的DRB型燃烧器,中心回流区是靠气流强烈旋转产生的。当旋流强度不入时,不能产生明显的高温烟气中心回流臣q;当旋流强度较人时,虽然回流的高温烟气较多,但旋流产生的离心力也会加速煤粉颗粒快速向二次风扩散,与扩锥角度增加产生类似的效果。

    根据传统旋流燃烧器流场存在的问题,东南人学研制开发了旋流燃烧器新型稳燃装置——花瓣燃烧器。

2生物质燃烧机的研究

2.1生物质燃烧机

    化瓣燃烧器为一扩锥型结构观网2>醐,出l『边界为花瓣形曲线,故名为“花瓣”。花瓣凸出的地方称为瓣峰,凹陷的地方称为瓣谷。生物质燃烧机主要解决低挥发分煤及低负荷时煤粉的及时着火、稳燃和降低NO。排放等完善燃烧问题,着重从增加高温烟气回流,增加一次风粉气流与回流高温烟气接触边界,加强两者之间的混合,促使煤粉颗粒进入中心回流区伪回流区),以加人中心回流区燃烧的煤粉量等方面加以考虑。

2 2生物质燃烧机的流场特性

    生物质燃烧机与传统燃烧器的流场不同,在每个花瓣的后而都会形成较低的静压和一个二次环流场,并由此产生人尺度的回流区。因此,除中心回流区外,在每个花瓣的后面都存在一个径向和一对轴向回流区。图&4分别为生物质燃烧机瓣峰处流场速度矢量和压力分布。由网可看出瓣后的径向回流区和负压区。该径向回流区引导煤粉气流与高温烟气对流混合,煤粉颗粒进入炉膛后即能进入回流区,而不会过早地向二次风扩散;煤粉气流与热烟气之间的热质交换不只是传统旋流燃烧器回流区边界剪切层上的微观湍流脉动,而是宏观的对流混合。花瓣稳燃器能在其背流面形成径向和轴向多种回流医,增人进入回流区的煤粉量,有利于低挥发分煤贫煤和无烟煤)和低负荷运行时煤粉的着火与稳燃,并降低NO。的排放。

    图&6为生物质燃烧机瓣峰与瓣谷处煤粉颗粒的运动轨迹。由图&6可看出,所选颗粒束离开喷Il即进入回流区,在回流区中循环2 5圈再离开回流区。煤粉颗粒进入炉膛后不是首先向外扩散,过早地与二次风混合,这样就缩短了煤粉颗粒进入回流区的时问,减少了由于煤粉扩散而造成的不完全燃烧损失。

    当煤粉气流流经生物质燃烧机时,一部分煤粉气流可从瓣谷直接进入中心回流区与高温烟气接触。而其他煤粉气流流经瓣峰,迅速进入瓣后的径向回szw c流区,煤粉气流与高温烟气剧烈混合,煤粉颗粒在其中着火燃烧反复循环。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地传递给风粉气流,加快了煤粉的着火。花瓣的特殊形状人人增加了进入回流区的煤粉量,无论是从瓣峰还是从瓣谷进入的煤粉颗粒都能立即与热烟气接触混合,增强了煤粉颗粒与高温烟气的掺混与热质交换,延长了煤粉在回流区的循环时问。花瓣的多种回流区为着火与燃烧提供了稳定热源,有利于煤粉特别是低挥发分煤及低负荷时煤粉的着火稳燃与燃尽,同时人量煤粉进入回流区,形成缺氧燃烧对减少NO。构生成有利。

2 3生物质燃烧机的优点

    ①生物质燃烧机的周界长,是扩LJ、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面积。

    ②生物质燃烧机除中心回流区外,在每个花瓣的后面都存在1个径向和l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烧的热源。

    (3)生物质燃烧机的存在,把厚度很人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,煤粉燃烧较彻底。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u向。

    ④花瓣的特殊形状和每片化瓣后径向回流区的存在,可促使一次风粉气流中一部分煤粉颗粒进入高温回流区,并可在回流区内循环一定时间。煤粉颗粒在回流区内燃烧,既可提高回流区中的烟气温度这对贫煤和无烟煤燃烧特别重要),又延长了煤粉颗粒在炉内的燃烧时问,使燃烧较完全。

    ⑤进入中心回流区的煤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。

3生物质燃烧机的实际应用

    某电厂燃用贫煤的210 MW机组锅炉,燃烧器为前斤墙对冲布置的径向浓淡旋流燃烧器,具有中心风管、一次风管及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、炉渣含碳质量分数偏高,在燃烧煤质偏差的贫煤时常发生熄火。为考验生物质燃烧机的稳燃性能,并木着改造工作量小的原则,仅对其中心风管行了改造观网7)。在该锅炉上还有B&WE公司的旋流燃烧器同时进行试验,由于同一台炉子上燃烧器型式较多,故未进行有关燃烧器参数的相悉测量,只考验燃烧低挥发分煤的稳燃问题。

    生物质燃烧机运行以来,进行了高、低负荷及不同煤种的试验与测试,测试结果如下:

    (1)生物质燃烧机点火迅速,稳燃情况良好,未发生熄火现象。

    ②生物质燃烧机燃烧稳定,二次风挡板开度调节对其影响不人。

    (3)从中心风管看火孔看,生物质燃烧机的火焰温度不高,并有煤粉颗粒漂流的现象,与以往燃烧器的稳燃机理完全不同。生物质燃烧机的设计有意将部分煤粉,特别是粗煤粉颗粒引进燃烧器的中心回流区,并在那里着火燃烧。由于煤粉颗粒及着火过程存在,所以观察到烟气温度水平不高。但煤粉颗粒迅速进入中心回流区对低挥发分煤的着火和稳定燃烧有重作用,也有利于煤粉的燃尽。

    ④生物质燃烧机不结渣,凶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;对于燃烧较好的煤种,发生过化瓣背流面少量结渣蘑火离喷l J太近),但开启中心风可立即将结渣清除。

4结语

    (1)传统旋流燃烧器对于旋流燃烧器的稳燃问题都是从回流区人小及煤粉质量浓度2个方面考虑的,未能实现煤粉气流进入炉膛后与高温烟气的迅速混合和强烈的热质交换。

    ②生物质燃烧机充分考虑了煤粉气流进入炉膛后与高温烟气的弭烈混合问题,从多角度提高风粉气流与高温烟气的热质交换。

    (3)生物质燃烧机能在煤粉气流中形成轴向和径向多种回流区,使煤粉气流进入炉膛后即与高温烟气迅速混合,有利于难燃煤粉的着火和燃烧。

    ④生物质燃烧机能使较多煤粉颗粒进入回流区,在燃烧区域形成低温负氧燃烧,有利于低NO。燃烧和煤粉的燃尽。

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点击次数:  更新时间:2018-10-13 20:54:33  【打印此页】  【关闭