| 達(dá)冠生物質(zhì)燃燒機(jī)強(qiáng)化燃燒的途徑及應(yīng)用 |
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鄭州達(dá)冠節(jié)能環(huán)保設(shè)備有限公司
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生物質(zhì)燃燒機(jī)強(qiáng)化燃燒的途徑及應(yīng)用 摘要：通過(guò)對(duì)燃煤鍋爐強(qiáng)化燃燒機(jī)理的分析，提出了一種改造普通生物質(zhì)燃燒機(jī)的新型方案，該方案能使鍋爐的調(diào)峰性能得到很好的改善。諫壁電廠(chǎng)3臺(tái)410Uh鍋爐采用本方案進(jìn)行了燃燒器改造，提高了鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行的穩(wěn)燃能力、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。 1 前 言 隨著電網(wǎng)峰谷差逐漸加大，越來(lái)越多機(jī)組需頻繁地在低負(fù)荷下運(yùn)行，尤其是夜間經(jīng)常要求機(jī)組在50%～60%額定負(fù)荷間運(yùn)行，甚至在更低負(fù)荷下運(yùn)行。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，鍋爐斷面容積熱強(qiáng)度下降，著火時(shí)間延長(zhǎng)，燃燒強(qiáng)度下降，引起燃燒不穩(wěn)定，飛灰可燃物含量升高，最終導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)性降低。實(shí)踐證明，鍋爐效率每下降1%將使整個(gè)機(jī)組效率下降0. 3%～0.4%，標(biāo)準(zhǔn)煤耗增加3g/kWh～4g/kWho保證燃燒穩(wěn)定和燃盡是鍋爐安全而高效運(yùn)行的基本要求。改造現(xiàn)有燃燒器內(nèi)部結(jié)構(gòu)是強(qiáng)化爐內(nèi)燃燒，提高鍋爐負(fù)荷運(yùn)行調(diào)峰能力常用而有效的手段乏一。 2普通生物質(zhì)燃燒機(jī)存在的問(wèn)題 普通生物質(zhì)燃燒機(jī)均為二次風(fēng)旋流，而含煤粉的一次風(fēng)直流，出口處兩股同軸的直流和旋流氣流相互干擾；另外由于熱風(fēng)溫度較氙再加上回流高溫?zé)煔獾募訜嶙饔，二次風(fēng)的粘性升高很多，導(dǎo)致阻力大幅度增加。這兩個(gè)因素將導(dǎo)致燃燒器出口氣粉綜合旋流強(qiáng)度比冷態(tài)調(diào)整的結(jié)果減少不少而且在爐膛衰減很快、擴(kuò)張角和回流區(qū)減小、火焰高溫推后、燃燒強(qiáng)度低、低負(fù)荷穩(wěn)燃能力差和飛灰含碳量高。有些機(jī)組在低于額定負(fù)荷的70%負(fù)荷下運(yùn)行就必須投油穩(wěn)燃。 提高鍋爐機(jī)組煤粉燃燒的穩(wěn)定性和煤粉的燃盡率是統(tǒng)一的，隨著煤粉燃燒得到強(qiáng)化，爐內(nèi)溫度水平得到提高，這兩個(gè)問(wèn)題將同時(shí)得到解決。實(shí)現(xiàn)“三強(qiáng)原理”（即強(qiáng)化煤粉顆粒與高溫?zé)煔獾膶?duì)流傳熱、強(qiáng)化煤粉的高濃度聚集和強(qiáng)化燃燒過(guò)程的初始階段）是提高爐內(nèi)的溫度水平的有效方法，所以在燃燒器的改造或設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)法形成煤粉氣流的旋轉(zhuǎn)、高溫?zé)煔獾幕亓骰蛟O(shè)法使煤粉局部濃度加大，以利于強(qiáng)化煤粉的加熱和著火過(guò)程。 穩(wěn)定燃燒的關(guān)鍵在于強(qiáng)化煤粉初始階段燃燒。強(qiáng)化煤粉初始階段燃燒應(yīng)讓煤粉迅速達(dá)到著火溫度，縮短著火時(shí)間（距離）。設(shè)單位質(zhì)量煤粉在單位時(shí)間吸收的熱量士．（T）與單位質(zhì)量煤粉達(dá)到著火溫度所需熱量幣2（T）之比值的對(duì)數(shù)為e= /g[中1（。2(T)]。當(dāng)e<0時(shí)，煤粉不可能著火或熄火；當(dāng)￡>0且越大，氣流煤粉的著火速度越快，燃燒將更加穩(wěn)定。從￡的表達(dá)式可以看出縮短著火時(shí)間有兩種途徑：一方面是降低煤粉著火熱。當(dāng)外界供熱量一定時(shí)，我們可以適當(dāng)提高煤粉濃度，并使其處于最佳值，縮短著火距離。另一方面是增加外界對(duì)煤粉的供熱量。外界加熱煤粉主要通過(guò)輻射傳熱和對(duì)流傳熱。由于這兩種方式的加熱機(jī)理不一樣，輻射傳熱是先加熱煤粉再通過(guò)煤粉加熱氣相；而對(duì)流傳熱直接加熱氣相，再由氣相加熱煤粉，所以它們對(duì)煤粉加熱作用的快慢也有很大的差別，如圖1是對(duì)煤粉顆粒直徑為60um、著火溫度為800℃、氣粉混合物初溫100℃條件下的定性計(jì)算結(jié)果。該圖說(shuō)明了當(dāng)煙溫相同時(shí)，對(duì)流傳熱把煤粉加熱到著火溫度所需時(shí)間不到輻射傳熱對(duì)應(yīng)時(shí)間的1/15。根據(jù)強(qiáng)化傳熱原王里，為了強(qiáng)化煤粉燃燒，則應(yīng)努力提高對(duì)流傳熱量（即強(qiáng)化煤粉顆粒與高溫?zé)煔獾膶?duì)流傳熱），如改善回流區(qū)參數(shù)。改善回流區(qū)參數(shù)可以加強(qiáng)回流煙氣與煤粉的熱交換和質(zhì)交換。綜上所述，改造旋流燃燒器時(shí)，應(yīng)注意采取各種有利于減少著火熱和增加高溫?zé)煔饣亓鞯拇胧?br /> 我們可以知道煤粉顆粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間與爐內(nèi)平均溫度的提高成直線(xiàn)下降；而煤粉燃燒速度與爐內(nèi)平均溫度的提高成指數(shù)關(guān)系升高，并且隨各反應(yīng)物的濃度的提高而升氙這樣提高爐內(nèi)平均溫度將有效地提高煤粉的燃盡率，提高鍋爐效率。 對(duì)于生物質(zhì)燃燒機(jī)來(lái)講，中心回流區(qū)的煙氣回流量、回流區(qū)尺寸、射流擴(kuò)張角和氣粉流動(dòng)湍沆強(qiáng)度等參數(shù)都與綜合旋流強(qiáng)度的大小存在著密切關(guān)系。隨著一次風(fēng)的旋流強(qiáng)度的提高，雖然回流區(qū)的長(zhǎng)度將有所下降，但回流區(qū)的寬度將增加更快，最后高溫?zé)煔饣亓髀蔬是增加了，增加煤粉供熱量；回流區(qū)流動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)橥膭?dòng)能，擾動(dòng)增強(qiáng)，強(qiáng)化熱質(zhì)交換；同時(shí)將提高煤粉的濃稀比，降低著火熱。這些都有利于強(qiáng)化燃燒。 4燃燒器改造方案及其設(shè)計(jì) 針對(duì)一次風(fēng)為直流的生物質(zhì)燃燒機(jī)的不足的問(wèn)題，并依據(jù)煤粉強(qiáng)化燃燒機(jī)理，我們可以在一次風(fēng)管出口處加裝一個(gè)軸向螺旋扭曲葉片旋流器，如圖2。該復(fù)合生物質(zhì)燃燒機(jī)的特點(diǎn)：①不僅僅是二次風(fēng)產(chǎn)生旋流，含煤粉的一次風(fēng)亦產(chǎn)生旋流，增強(qiáng)了燃燒器噴口的氣粉混合物的綜合旋流強(qiáng)度，協(xié)助二次風(fēng)在噴燃器出口形成穩(wěn)定的中心高溫負(fù)壓區(qū)，有利初期穩(wěn)定著火燃燒，并大大提高火焰?zhèn)鞑ニ俣龋绕溆欣诳朔拓?fù)荷運(yùn)行難以著火的薄弱環(huán)節(jié)。②綜合旋流強(qiáng)度的增加，可以減緩旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的消失；帶動(dòng)爐內(nèi)更多顆粒與氣流旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的含粉氣流使煤粉顆粒自身的脈動(dòng)頻率和自身的旋轉(zhuǎn)頻率呈幾何級(jí)數(shù)增加，在相同的理論運(yùn)動(dòng)軌跡下，煤粉顆粒的有益行程大為增加，為提高燃盡程度提供了有利的條件。③因一次風(fēng)溫度較低，能降低噴口附近熱風(fēng)粘度，并帶有比重較大的煤粉進(jìn)而抑制旎流衰減，增大和穩(wěn)定回流區(qū)，增強(qiáng)冷、熱態(tài)回流特性的一致性。④當(dāng)一次風(fēng)氣粉混合物通過(guò)旋流器時(shí)，由于慣性和離心力的作用，密度較大的煤粉顆粒將被“甩”到內(nèi)管壁聚集成高濃度的煤粉7實(shí)現(xiàn)了煤粉濃淡分離，強(qiáng)化煤粉著火和加快反應(yīng)速度。同時(shí)有利于形成了還原性氣氛，降低NOx和S02的生成量，減輕了環(huán)境污染。 在設(shè)計(jì)復(fù)合生物質(zhì)燃燒機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)鍋爐燃燒的煤種范圍、燃燒器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、一次風(fēng)和二次風(fēng)的風(fēng)率等參數(shù)來(lái)決定所需的綜合旋流強(qiáng)度的大小范圍，進(jìn)而算出一次風(fēng)的旋流強(qiáng)度的范圍。由于該方案只在燃燒器出口增加了旋流器，所以改造方案設(shè)計(jì)只應(yīng)設(shè)計(jì)旋流器的各個(gè)參數(shù)。但由于旋流器的葉片是螺旋扭曲型的，該葉型設(shè)計(jì)時(shí)的葉片傾斜角在不斷的變化，所以設(shè)計(jì)較復(fù)雜，一般葉片開(kāi)頭采用等角速度扭轉(zhuǎn)曲線(xiàn)，外旋流角應(yīng)大于內(nèi)旋流角5（J～80，讓氣粉混合物旋流逐漸加強(qiáng)，并可以減少磨損。在計(jì)算時(shí)應(yīng)將葉片劃分成幾個(gè)等分，最后得出各個(gè)截面的傾斜角，設(shè)計(jì)出整個(gè)葉片的每個(gè)參數(shù)。在設(shè)計(jì)葉片的數(shù)目、葉片軸向?qū)挾取⑷~片的旋流角和遮蓋度等參數(shù)時(shí)，除了應(yīng)滿(mǎn)足旋流強(qiáng)度的需要，還應(yīng)盡量減少一次風(fēng)阻力。旋流葉片應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)耐磨鑄鋼，這樣葉片的使用壽命可以達(dá)到一個(gè)大修周期，在大修中可以更換（因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆、裝均方便）。安裝葉片時(shí)，應(yīng)考慮到葉片受熱后的熱膨脹具有自由度，不損壞原有的燃燒器結(jié)構(gòu)。 5 改造方案的應(yīng)用 諫壁發(fā)電廠(chǎng)的4～6號(hào)爐是HG410-1001535型自然循環(huán)煤粉鍋爐，采用風(fēng)扇磨直吹式制粉系統(tǒng)12只旋流式燃燒器分上下2排前墻布置，爐內(nèi)呈“L”型火焰燃燒。其燃燒器改造前屬一次風(fēng)為直流的旋流燃燒器，在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)氣粉旋流強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致回流煙氣量少，煤粉顆粒在爐內(nèi)缺乏高溫回流加熱，著火晚，只宜燒高揮發(fā)份煤，且在低于額定負(fù)荷的70%負(fù)荷運(yùn)行日寸，必須投助燃油，以維持火焰穩(wěn)定。顆粒在爐內(nèi)亦缺乏旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，影響煤粉和周?chē)邷責(zé)煔獾臒峤粨Q，以及煤粉和燃燒空氣的傳輸混合。故初始燃燒不穩(wěn)后期燃盡較低，自從對(duì)該三臺(tái)鍋爐的部分燃燒器依本方案進(jìn)行改造投用以來(lái)，煤粉燃燒穩(wěn)定、火焰充滿(mǎn)度合理、爐膛負(fù)壓波動(dòng)小、機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行期l閫其各項(xiàng)參數(shù)變化穩(wěn)定、煤種實(shí)用性強(qiáng)、飛灰可燃物含量明顯下降、排煙溫度也有較大幅度的下降且能很好的滿(mǎn)足夜間低負(fù)荷運(yùn)行的需要。在試驗(yàn)期間，鍋爐在45%負(fù)荷下運(yùn)行了4.5小時(shí)，且不需投穩(wěn)燃油。這樣不僅提高了鍋爐效率，還大大地降低了機(jī)組穩(wěn)燃油的使用量．降低了電廠(chǎng)的發(fā)電成本。表1為該3臺(tái)爐的主要參數(shù)的考核記錄結(jié)果。 6 結(jié) 論 6.1復(fù)合生物質(zhì)燃燒機(jī)能有效地加強(qiáng)爐內(nèi)煙氣與煤粉的混合和擾動(dòng)，強(qiáng)化火焰的穩(wěn)定性和提高煤粉燃盡率。 6.2增加一次風(fēng)旋流，由于其溫度較低，并帶有比重較大的煤粉，在噴口附近，能抑制旋流衰減，增大和穩(wěn)定回流區(qū)，增強(qiáng)冷、熱態(tài)回流特性的一致性。 6.3 在諫壁電廠(chǎng)3臺(tái)410t/h鍋爐上的實(shí)踐應(yīng)用中，該燃燒器成功地保證了燃燒的穩(wěn)定性，縮短了著火距離、提高了爐內(nèi)溫度和降低了飛灰含碳量。
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