| 我國生物質(zhì)鍋爐直流與生物質(zhì)燃燒機的發(fā)展概況及特點分析 |
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我國生物質(zhì)鍋爐直流與生物質(zhì)燃燒機的發(fā)展概況及特點分析 摘要：燃燒器是鍋爐燃燒系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其技術(shù)水平對鍋爐整體效率有重大影響．近年來我國的燃燒器研制開發(fā)工作取得了很大進(jìn)展，直流燃燒器與生物質(zhì)燃燒機在技術(shù)特點上各有優(yōu)劣，我國在繼續(xù)對直流燃燒技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新的同盹也應(yīng)重視旋流燃燒技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新． 隨著經(jīng)濟(jì)、社會的發(fā)展，人類對能源的需求逐年增加，在聚變能、太陽能等新能源利用技術(shù)成熟以u,煤、石油、天然氣等化石燃料仍然是人類賴以生存的主要能源，對我國來說煤在我國的能源總消費中占有70%以上的份額，而且在相當(dāng)長的一個時期內(nèi)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)不會發(fā)生改變， 電力行業(yè)是我國的第一耗煤大戶，據(jù)統(tǒng)計，2006年全國發(fā)電用煤占全年煤產(chǎn)量的60%左右，因此電力行業(yè)的節(jié)能降耗對全國能耗降低目櫟的實現(xiàn)有舉足輕重的影響，在我國火力發(fā)電廠中，生物質(zhì)爐得到了廣泛應(yīng)用，鍋爐技術(shù)發(fā)展的趨勢是容量的增大和參數(shù)的提高，其中燃燒技術(shù)的發(fā)展是一個重要方面，煤粉燃燒器是鍋爐燃燒設(shè)備的關(guān)鍵部件，其主要作用是向爐膛內(nèi)輸送燃料和空氣，并組織合理的混合與燃燒，燃燒器的主要評價指標(biāo)是使生物質(zhì)氣流能夠穩(wěn)定著火、燃盡，并防止結(jié)焦，隨著目前環(huán)境污染的壓力增大，燃燒器的污染物控制（特別是NOx生成量的控制）也已成為燃燒器性能的重要考察指標(biāo)， 目前的生物質(zhì)燃燒器主要分為直流燃燒器和生物質(zhì)燃燒機兩大類，兩者分別是國外兩大電站鍋爐制造廠商前C- E與B 8W公司的制造傳統(tǒng)，生物質(zhì)燃燒機采用前墻布置或前后墻對沖布置，即墻式布置；直流燃燒器采用四角布置方式，即燃燒器布置于爐膛的四個角上，形成切圓燃燒，上世紀(jì)80年代始，我國開始引進(jìn)國外的鍋爐技術(shù)，由于在此以前國內(nèi)對直流燃燒器鍋爐認(rèn)識較多，因此主要引進(jìn)了直流燃燒器，但是生物質(zhì)燃燒機也有引趔日，我國的燃煤鍋爐大部分采用直流燃燒器，應(yīng)用生物質(zhì)燃燒機的鍋爐只占總?cè)萘康目?左右q．兩種燃燒器各有優(yōu)缺F在小機組時代，均能滿足鍋爐的技術(shù)要求，但隨著鍋爐容量的增大，必須根據(jù)鍋爐的煤種等特定情況加以選用． 2生物質(zhì)燃燒機特點及發(fā)展概況 旋流式燃燒器一般為圓形噴口，在旋流發(fā)生裝置的作用下，生物質(zhì)氣流或二次風(fēng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入爐膛后形成旋轉(zhuǎn)射流，旋轉(zhuǎn)射流的中心區(qū)是負(fù)壓區(qū)，在壓力的作用下高溫?zé)煔饣亓，形成高溫回流區(qū)，有利于生物質(zhì)的著火，由于每個旋流器均可以形成高溫回流區(qū)并點燃生物質(zhì)氣流，因此每個燃燒器的火焰具有相對的獨立性，旋流式燃燒器的擴展角大，形成的回流區(qū)也大，早期混合強烈，但是旋流強度的增大也使得旋轉(zhuǎn)射流衰減很快，后期混合微弱，火焰行程較短，旋流式燃燒器在小容量鍋爐上一般采用前墻布置，在較大的爐型上采用前、后墻或兩側(cè)墻對沖布置，組織L形燃燒，根據(jù)旋流器的結(jié)構(gòu)不同，旋流式燃燒器主要分蝸殼型、可動葉輪型等類． 2.1蝸殼型生物質(zhì)燃燒機 用蝸殼作為旋流器的旋流式燃燒器稱為蝸殼型燃燒器，主要有雙蝸殼型和單蝸殼型兩種形式，其主要區(qū)別是單蝸殼型的一次風(fēng)不再通過蝸殼形成旋流，而是直流射流，在一次風(fēng)噴口加裝擴流錐后，錐體后形成回流區(qū)，可以改善著火，穩(wěn)定燃燒，哈鍋早在20世紀(jì)50年代即開始設(shè)計、生產(chǎn)蝸殼式旋流煤粉燃燒器[3]．蝸殼式燃燒器調(diào)節(jié)性能差，蝸殼阻力系數(shù)很大，特別是雙蝸殼燃燒器的一次風(fēng)阻力很大，單蝸殼燃燒器的一次風(fēng)阻力雖煞顯著減小，但擴流錐經(jīng)常燒壞．從上個世紀(jì)九十年代開始，蝸殼燃燒器已經(jīng)采用不多H． 2.2可動葉輪型生物質(zhì)燃燒機 可動葉輪型生物質(zhì)燃燒機一次風(fēng)一般是直流或弱旋流，二次風(fēng)通過可調(diào)節(jié)葉輪旋流器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，哈鍋在上個世紀(jì)60年代設(shè)計、生產(chǎn)了此類型燃燒器，目前我國引進(jìn)國外各大公司的生物質(zhì)燃燒機在一些鍋爐上取得了不錯的運行效果，如Bab cock公司的旋流式燃燒器在華能南通發(fā)電廠可以35%額定負(fù)荷不投油，國內(nèi)的哈鍋、上鍋、東鍋、武鍋等鍋爐制造廠家也都開發(fā)出有自己特色的旋流式生物質(zhì)燃燒器舊． 3 直流燃燒器特點及發(fā)展概況 直流式燃燒器的出口氣流的直流射流近似于自由射流，相對生物質(zhì)燃燒機，其擴散角小、早期混合較弱，但射流剛性強、射程遠(yuǎn)，與生物質(zhì)燃燒機不同，直流燃燒器不是靠單只燃燒器出口的回流區(qū)內(nèi)高溫?zé)煔恻c火并穩(wěn)燃的，直流式燃燒器采用的是四角布置、切圓燃燒方式，爐膛內(nèi)的氣流流動由四角燃燒器的四股射流共同形成，在爐膛中心組成一個旋轉(zhuǎn)氣流，燃燒器射出的生物質(zhì)氣流經(jīng)過燃燒室內(nèi)的切圓時變成強烈燃燒的高溫?zé)煔猓徊糠种苯友a充到相鄰燃燒器射流的根部，使相鄰燃燒器的生物質(zhì)氣流升溫并著火，射流本身的卷吸和鄰角的相互點燃特點，使直流式燃燒器四角布置、切圓燃燒方武具有良好的著火性能， 直流式燃燒器的另一個特點是二次風(fēng)的送入方式靈活，由于二次風(fēng)口與一次風(fēng)口相對獨立，相互間的排列自由，可以在布置上變化出多種形式．當(dāng)燃用揮發(fā)分高的煙煤或褐煤時，可以采用均等配風(fēng)的布置方式，使得二次風(fēng)能夠及時、充分地供給焦炭的燃燒，有利于燃盡，當(dāng)燃用揮發(fā)分低的貧煤和無煙煤時，可采用一次風(fēng)集中布置的方式，一次風(fēng)集中布置使得生物質(zhì)氣流的著火和燃燒相對集中，可以提高燃燒區(qū)域局部熱負(fù)荷和溫度水平，改善著火條件， 近十多年來，根據(jù)我國火力發(fā)電廠進(jìn)一步改善燃燒，適應(yīng)煤質(zhì)變化和鍋爐機組的調(diào)峰能力，節(jié)約點火及穩(wěn)燃用油，鍋爐機組安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運行的要求，一些高等院校、科研單位與生產(chǎn)部門密切配合，已經(jīng)開發(fā)出一些新型生物質(zhì)燃燒設(shè)備，目前，這些新技術(shù)和新設(shè)備已經(jīng)在我國火電廠中得到不同規(guī)模的應(yīng)用，在穩(wěn)定燃燒、適應(yīng)煤質(zhì)變化和負(fù)荷變動、節(jié)約點火和穩(wěn)燃用油等方面取得不同程度的效果． 3.1 夾心風(fēng)燃燒器 該燃燒器系西安交通大學(xué)和武漢鍋爐廠等單位研制，其研究背景是考慮到一次風(fēng)生物質(zhì)氣流向火面與背火面著火條件實際存在著顯著差異，背火側(cè)煤粉散射可能沖墻及生物質(zhì)氣流中心部位供氧困難，于是提出把常規(guī)的直流生物質(zhì)燃燒器的一坎風(fēng)噴口改成三個直立的長方形噴口，即向火側(cè)和背火側(cè)一次風(fēng)口，中間為二次風(fēng)口，即所謂的夾心風(fēng)，夾心風(fēng)的主要作用是從一次風(fēng)內(nèi)部適當(dāng)供氧，增強湍動，提高整個射流的剛性和擾動度，從而使得爐內(nèi)空氣動力場更加有利于介質(zhì)的擴散、混合、傳熱，強化了燃燒過程，為生物質(zhì)的充分燃盡創(chuàng)造有利條件， 夾心風(fēng)燃燒器作為主燃燒器在一些燒劣質(zhì)煙煤和無煙煤的鍋爐上應(yīng)用能改善燃燒穩(wěn)定性，提高鍋爐效率和設(shè)備利用率． 3.2鈍體燃燒器 該燃燒器是華中理工大學(xué)(今華中科技大學(xué))80年代初研制的，多用在燃燒劣質(zhì)煙煤和貧煤的鍋爐上，它是在直流燃燒器一次風(fēng)出口處設(shè)置一個非流線型的物體（鈍體），氣流流過該物體后發(fā)生分流，它的尾跡是一個反向流動的強烈回流旋渦區(qū)，由于回流區(qū)內(nèi)高溫?zé)煔夂椭鳉饬髦g進(jìn)行著強烈的能量交換，形成了火焰穩(wěn)定的條件（如圖1所示）．除了形成高溫回流區(qū)外，鈍體的存在還使得一次風(fēng)射流的擴展角比直流射流有顯著增大，外卷吸作用也有增加， 這使得此種燃燒器能較好地適用于劣質(zhì)煤燃燒舊， 從電廠運行情況看，大多數(shù)鈍體燃燒器的穩(wěn)燃效果均較好，但是存在的主要問題是磨損和燒壞，特別是因鍋爐煤質(zhì)變化較大，有時揮發(fā)分偏高，著火提前，配風(fēng)不當(dāng)會將鈍體燒掉、脘落，燃用低熔點煤，如加裝鈍體不當(dāng)，會使氣流沖墻結(jié)渣，從而破壞爐內(nèi)正常的燃燒工況，這個問題已成為影響鈍體燃燒器運行效果和進(jìn)一步推廣的關(guān)鍵，為此，華中理工大學(xué)在鈍體燃燒器的基礎(chǔ)上研制開發(fā)出了穩(wěn)燃腔生物質(zhì)燃燒機 鈍體燃燒器的一個不足是回流區(qū)生物質(zhì)濃度分布與溫度分布不一致，高溫回流區(qū)內(nèi)生物質(zhì)濃度低，使得燃燒不穩(wěn)，近幾年，華中科技大學(xué)在鈍體燃燒器的基礎(chǔ)上，又開發(fā)了一種新型開縫鈍體燃燒器【“81．其原理是在鈍體的正中間開一條中縫，一小股生物質(zhì)氣流通過中縫進(jìn)入高溫低速回流區(qū)，這樣回流區(qū)內(nèi)生物質(zhì)濃度增加，可以穩(wěn)定著火，形成著火源，點燃主流，開縫鈍體燃燒器除具有鈍體燃燒器的一系列優(yōu)點外，更進(jìn)一步增加了回流區(qū)的加熱能力，因此有更好的低負(fù)荷穩(wěn)燃能力． 3.3帶大速差射流的雙一次風(fēng)通道燃燒器‘q 清華大學(xué)發(fā)明的大速差射流燃燒器構(gòu)思獨特，燃燒性能優(yōu)異，但其不足是燃燒器結(jié)焦，為此，在大速差射流燃燒技術(shù)基礎(chǔ)上研制出了雙一次風(fēng)通道燃燒器（如圖2所示）．該燃燒器有兩個一次風(fēng)通道1與2，這樣不僅上下壁均受到一次風(fēng)口的保護(hù)，可以證長期運行不結(jié)焦，而且由于上下一次風(fēng)粉都受到提前加熱、著火，因此其燃燒穩(wěn)定性優(yōu)于單一次風(fēng)通道的其它燃燒器，為了避免回流煙氣使燃燒器兩側(cè)壁過熱與結(jié)焦，在兩側(cè)壁腰部加了一股二次風(fēng)5，稱為腰部風(fēng)，它不僅保護(hù)了兩側(cè)壁，而且是調(diào)節(jié)生物質(zhì)著火點位置的重要手段， 3.4多功能（船型）燃燒器 該型燃燒器系清華大學(xué)研制，是按生物質(zhì)氣流（兩相流）的束腰形射流火焰穩(wěn)定原理設(shè)計的，即在常規(guī)的角置直流生物質(zhì)燃燒器的生物質(zhì)氣流噴口內(nèi)加裝一個用耐熱合金鋼制作的船體犁火焰穩(wěn)定器，并在其中心設(shè)有點火小油槍，生物質(zhì)氣流經(jīng)過該穩(wěn)定器從船型的四周射出并在噴口不遠(yuǎn)處形成一股束腰形射流，在束腰部的兩側(cè)外緣形成所謂的“三高區(qū)”（高氧、高溫、高生物質(zhì)濃度），成為引燃生物質(zhì)氣流的良好著火源，從而穩(wěn)定爐內(nèi)燃燒“11]．多功能船型燃燒器一次風(fēng)口結(jié)構(gòu)及工作原理見下圖（如圖3所示）．它不像鈍體那樣要求在每個噴口處安裝，一般只在下層燃燒器的對角或四角一次風(fēng)噴口內(nèi)裝設(shè)，多功能（船型）燃燒器的穩(wěn)燃船布置在一次風(fēng)管內(nèi)，與鈍體相比，受爐內(nèi)熱輻射燒壞的可能性小些，它能夠穩(wěn)燃、節(jié)約點火用油和擴大負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍，一般改裝后鍋爐能帶約70%鍋爐額定負(fù)荷，不需投油穩(wěn)燃，但其穩(wěn)燃效果和對煤種的適應(yīng)能力還與原來燃燒器的型式和爐膛的結(jié)構(gòu)及有無衛(wèi)燃帶等因素有關(guān)，如果原來的燃燒設(shè)備結(jié)構(gòu)接近于實際燃煤所要求的特性，穩(wěn)燃效果會較好，否則，穩(wěn)燃效果可能不理想， 目前船型燃燒器在鄭州熱電廠、九江電廠、柳州電廠等取得了成功的應(yīng)用，使用的煤種有褐煤、煙煤、貧煤以及較高揮發(fā)分的無煙煤等． 3.5 WR型燃燒器 該型燃燒器是引進(jìn)的美國ABB- CE公司的技術(shù)（如圖4所示）．在WR型燃燒器中，媒粉空氣混合物流經(jīng)入口彎頭4時，由于離心力的作用大部分煤粉緊貼著彎頭的外沿進(jìn)入生物質(zhì)噴管，設(shè)置在WR型燃燒器生物質(zhì)管中間的水平肋板3將濃淡兩股生物質(zhì)流分開，并保持到噴嘴處，再流經(jīng)擺動式生物質(zhì)噴嘴出口處的擴流錐2，可使其出口端的火焰穩(wěn)定在回流區(qū)中，帶翻邊的擴流錐能在生物質(zhì)混合物速度變化時，不致使回流區(qū)脫離擴錐鈍體的前部，為了避免生物質(zhì)沉積，噴嘴管設(shè)計成漸縮型，在噴嘴內(nèi)的氣流可逐漸加速，在噴嘴上半部濃度較高的生物質(zhì)一噴出就易于點燃著火，擴大了低負(fù)荷的穩(wěn)燃性能，再加上噴嘴出口周界風(fēng)受到擴錐的導(dǎo)向作用，可推遲周界風(fēng)和生物質(zhì)空氣混合物的混合，更加有利于生物質(zhì)的著火 從武漢的陽邏電廠[12】、廣東沙角C電廣131等的使用情況看，WR型燃燒器具有較高的碳完全燃燒率，有更寬的不投油負(fù)荷調(diào)節(jié)比和較強的穩(wěn)燃作用，防結(jié)焦性能也較好． 4結(jié)論 由于使用習(xí)慣的問題，直流生物質(zhì)燃燒器四角切圓燃燒方式在我國使用得比較多，國內(nèi)擁有了多種自主創(chuàng)新的直流燃燒器，而對于生物質(zhì)燃燒機，雖然我國有一些自主研制的產(chǎn)品，但總體上仍處于引進(jìn)、消化吸收國外技術(shù)的階段， 機組容量的增大是電力行業(yè)發(fā)展的趨勢，直流燃燒器四角切圓燃燒導(dǎo)致爐膛出口煙溫偏差大的難題在大容量機組中開始暴露出來，生物質(zhì)燃燒機在煙溫偏差方面比四角切圓燃燒鍋爐具有明顯的優(yōu)越性，歐美等國的大型機組，除塔式鍋爐不存在高溫水平煙道外，絕大多數(shù)采用墻式布置的生物質(zhì)燃燒機，此外，直流燃燒器切圓燃燒要求爐膛接近正方形，隨著容量的加大，爐膛的尺寸隨之加大，若要保證一二次風(fēng)良好混合及射流的剛度，這就需要更高壓頭的風(fēng)豐幾，這也制約著切圓燃燒鍋爐的大型化，而旋流燃燒鍋爐各個燃燒器相對獨立，在容量增大時可以只增加爐膛寬度而不增加爐膛深度，這對大型化是十分有利的． 綜上所述，旋流燃燒囂和直流燃燒器在技術(shù)上各有優(yōu)劣，我國在繼續(xù)對直流燃燒技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新的同時，也應(yīng)重視旋流燃燒技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，
生物質(zhì)燃燒機，http://www.jiegankeliji.com |
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