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                          生物質燃燒機的結構特點、設計原理及低負荷穩

                          作者:鄭州達冠節能環保設備有限公司 ?????來源:http://www.irui.tw/news/355.html?????發布時間:2017-06-23 21:38
                          導讀:生物質燃燒機的結構特點、設計原理及低負荷穩燃機理分析 [摘要] 結合淮陰電廠250 MW機組技改工程鍋爐 生物質燃燒機 的選型需要,應用理論力學、燃燒動力學及燃燒空氣動力學原理,

                          生物質燃燒機的結構特點、設計原理及低負荷穩燃機理分析
                          [摘要]  結合淮陰電廠2×50 MW機組技改工程鍋爐生物質燃燒機的選型需要,應用理論力學、燃燒動力學及燃燒空氣動力學原理,著重對WR型和XWD型(雙通道)濃淡生物質燃燒機的設計思路進行分析,并對結構特點和使用效果分別加以簡述。
                              為了淮陰電廠2×50 MW供熱技改工程中鍋爐本體設備(生物質燃燒機)選型需要,針對淮陰電廠提供的設計煤種和校核煤種,要求制造廠在鍋爐生物質燃燒機設計中,不投油穩燃最低負荷不小于45 %M CR,同時應滿足變負荷調峰需要,并且應考慮設計煤種和校核煤種在煤質允許變化范圍內的適應性。
                              從80年代末期始,我國幾大鍋爐廠分別采用了從美國ABB- CE公司引進的寬調節比生物質燃燒機(WR生物質燃燒機)和從前蘇聯塔干洛戈紅色工作者公司引進的rIK3型雙鍋殼旋流生物質燃燒機。其中1K3型生物質燃燒機在煤種多變、煤質下降情況下,隨著運行時間增長,蝸殼極易磨漏,低負荷穩燃性能逐漸下降,不能適應機組參與調峰要求。為克服上述缺陷,山東黃島電廠、哈爾濱工業大學、山東工業大學等共向研制開發了XWD型旋流濃淡生物質燃燒機(雙通道生物質燃燒機),已在不少電廠中得到試驗應用。這種生物質燃燒機在著火穩定、低負荷穩燃及適應煤種變化等方面均效果較好。結合淮陰電廠2×50 MW供熱技改工程中鍋爐主設備選型招標工作,本文擬從理論力學、燃燒動力學及燃燒空氣動力學等方面,分析WR和XWD型濃淡生物質燃燒機的設計思路,以便供鍋爐主設備招標參考。
                          1  WR濃淡型生物質燃燒機設計原理分析
                          1.1WR型濃淡生物質燃燒機結構特點
                            WR型生物質燃燒機結構示意見圖1。主要由生物質燃燒機直段、噴口、阻擋板、V形鈍體、隔板、周界風通道和90”急轉彎頭等部件組成。噴口是WR生物質燃燒爐的關鍵部分,煤粉管道自上而下通過急轉彎進入煤粉噴口,形成下半部濃煤粉氣流和上半部淡煤粉氣流。出口處有一水平置放的V形鈍體,使煤粉氣流在下游形成一個穩定的回流區,起穩燃作用。煤粉噴口在出口端成擴口,以增加外回流。周界風噴口布置在一次風噴口四周,其作用是增加一次風的剛性,使一次風動量和二次風動量不致相差過大而造成一次風被牽引貼壁,及時補充氧氣,防止結焦,同時起到保護噴口作用。周界風上、下部分面積大一些,而兩側部分小些,使主氣流向火面很快與高溫煙氣接觸,易于著大。
                          1.2 WR生物質燃燒爐設計的基本思路
                            WR生物質燃燒爐主要設計思路有三個方面:(1)經過進口管道的急轉彎進行煤粉氣流的濃淡分離,有利于穩定著火。(2)在噴口出口處裝有一個水平鈍體,增加爐內熾熱煙氣的回流,使其能迅速與主氣流進行強烈的質交換與熱交換,并使主氣流能達到著火溫度。(3)設置燃料風(周界風),其風量在運動中可以調節,以適應煤種變化并增加氣流的剛性。有了這3種功能,就能使煤粉噴嘴能適應較大范圍內的煤種變化及低負荷穩燃的需要。
                          1.3 WR型生物質燃燒爐設計原理
                          1.3.1利用轉彎進行濃淡分離的力學分析
                              假定煤粉噴嘴前的彎頭如圖2所示,若彎頭取R/ D-1時,計算剖面線處面積為全部面積的85%左右,見圖2中所示。分界線上40至A io的運動時間為t-0. 032  16 s,將運動線路分為10個區間,則每一區間的運動時間為0. 003 216 s。以第一區間為例,煤粉質點Ao離心加速度按a-曠/加計算(∥——管道中煤粉氣流速度,取25 m/s; ro-初始運動半徑,取385mm),最終計算結果為:ai=1 740m/s2……“10一1 283ffllS20 Ao點運動半徑為:r1_402.6mm..rlo=535.0mm。因而可知,Ao點的徑向速度使Ao點沿前進方向,向管外緣內壁移動,并使其遠離轉彎中心,區間內每點離心加速度都不一樣,且逐漸減小。由圖2可知,40點及剖面線內的煤粉全部進入彎頭外側半圓部分。一般下半部氣流占84%的煤粉,而上半部氣流占育16%的煤粉。
                          圖2鍋爐生物質燃燒爐前彎管圖
                          1. 3.2   WR型生物質燃燒爐的燃燒動力學分析
                              根據燃燒動力學的基本原理及電站鍋爐燃燒實踐可知,煤粉氣流的著火溫度并非常數,而在一定范圍內隨著混合物中煤粉濃度的增加而降低。
                              因為WR型濃淡生物質燃燒爐在噴口出口形成兩股濃度不同昀煤粉氣流,按照上列方程組對低揮發分煤粉氣流經過濃縮以后著火溫度與煤粉氣流未經濃縮時著火溫度進行計算比較可知:由于轉彎濃縮了煤粉,使濃煤粉氣流的著火溫度比原來著火溫度下降約70℃~100℃這對著火是十分有利的。
                          1.3.3水平放置V鈍體的設計分析
                              水平放置鈍體簡圖如圖3所示。波形擴錐(水平錐體)橫向布置,在擴錐出口外有翻邊。一次風煤粉氣流繞流擴錐后,由于一次風的卷吸作用,在錐后方造成一定的負壓梯度,使高溫煙氣反向回流噴口根部,從而在一次風氣流內形成一個高溫煙氣回流區,一次風煤粉氣流在出口處受到回流區內回流熱煙氣的加熱,使煤粉氣流迅速達到著火溫度。
                              另外,由于出口處擴錐回流區的尺寸和回流的煙熱力發電。增強了生物質燃燒爐的穩燃性能,使回流區邊界的紊流交換系數提高80%~100%,強化了一次風與回流區的熱量和質量交換,對著火極為有利。
                          1. 3.4燃料鳳(周界風)配置的分析
                              燃料風布置在噴口外側,從熱力性能分析可知:由于一次風噴口下部煤粉濃度高,著火溫度低,一旦著火后,燃料風立即能補充進去,使燃燒趨于強化,溫度急劇升高,起到穩燃作用,而向火側燃料風少,這樣不影響卷吸熱煙氣而能急劇加熱一次風主氣流。
                          1.4 WR型生物質燃燒爐基本特點及使用效果
                          1.4.1特點
                            WR型生物質燃燒爐歸納其幾大特征為:切圓燃燒、濃淡分離、鈍體及可布置分級燃燒系統。
                              (1)可布置切圓燃燒燃料系鄰角點火,切圓大小可視煤種特點而定,使燃料在爐內形成螺旋上升,增長了火焰長度,對燃盡有利。
                              (2)利用轉彎來進行濃淡分離,使煤粉氣流分成濃煤粉氣流和淡煤粉氣流,從而使濃煤粉氣流降低著火溫度而利于穩定著火。對煤種適應性廣,可燃用可燃基揮發分小于14%的煤質,低負荷穩燃能達到額定負荷50%運行。
                              (3)-、二次風與周界風同時存在。由于周界風與一次風間速度梯度大,而二次風與一次風間速度梯度小.大部分二次風在噴口較遠處才能混合。因此具有分級配風和燃燒的特點。另外,周界風可視煤質變化情況來進行調節。
                          1.4.2使用情況
                              WR型燃燒器己在武漢陽邏電廠1、2號1025 t/h鍋爐上使用。從1993年7月份運行迄今運行安全可靠,煤種適應性強及低負荷穩燃效果均較好。
                          2 XWD型旋流濃淡燃燒器(雙通道)
                            設計原理分析
                          2.1 XWD型燃燒器結構特點
                              XWD型旋流燃燒器,由一次風管、旋流二次風管、直流二次風管、中心風管和濃淡分離器等部件組成,其結構見圖4。
                          1-濃淡分離器2-中心風管3-直流■次風管4-旋流—:次風管5- -次風管
                              圖4 XWD型旋流濃淡燃燒器結構圖
                          該型燃燒器將一次風通過濃淡分離器分成濃煤粉和淡煤粉兩股氣流。濃煤粉氣流從燃燒器中心直流噴入爐膛,淡煤粉氣流在濃煤粉氣流外圍噴入爐膛,二次風在最外圍旋轉噴入爐膛。另外,為增加回流量,滿足低負荷穩燃要求,在一、二次風管及中心風管出口處,均裝設擴流錐。
                          2.2 XWD型旋流濃淡燃燒器設計原理
                          2. 2.1二次鳳旋流作用
                              高溫煙氣的回流位于旋流中心,濃煤粉氣流可最大限度地接受著火熱,煤粉濃度高,可增大火焰傳播速度,加快煤粉著火,從而可提高穩燃性能。在回流區內,燃燒在還原氣氛下進行,可抑制NO。的生成。回流區著火燃燒后與淡煤粉氣流混合,可提高煤粉燃盡率。由于淡煤粉氣流包住濃煤粉氣流,減少煤粉沖刷水冷壁幾率,從而可防止結焦。濃煤粉以直流方式噴入爐膛,可防止煤粉顆粒受離心力作用被拋向外邊,防止火焰中心上移。
                          2.2.2二次風采用雙通道
                              分內旋流、外直流兩個通道,內旋流通道中設置固定葉輪產生旋流,旋流風與直流風的大小通過各自風道中的調節擋板進行調節。但在鍋爐的實際運行中,二次風的動量較一次風大,在旋流燃燒器的一、二次風組合時,二次風對回流區大小、形狀及與一次風的混合影響很大。因此,改變二次風的旋流強度將直接影響一坎風的射流性態。若能通過合理調節,保持適宜的回流區大小、位置,從而可有利于組織良好的燃燒工況。因此,XWD型燃燒器從設計原理分析可知,可以增強鍋爐的煤種適應性和低負荷穩燃能力。
                          2.2.3煤粉氣流濃淡分離裝置
                              在一次風噴口的通道內設有組合葉片,當風粉氣流流經組合葉片日寸,由于葉片的導向作用,一部分風粉氣流改變方向,慣性小的空氣和細粉從葉片的間隙中流過,進入一次風管的外圍成為淡煤粉氣流;慣性大的粗煤粉受葉片阻擋折回濃縮,處在一次風管的內周,成為濃煤粉氣流進入爐膛,從而形成濃淡分離。
                          2.3 XWD型旋流濃淡分離器基本特點及使用效果
                              (1)XWD型燃燒器采用二次風內旋流、外直流的雙通道通過內、外通道的調節擋板調節旋流強度及回流區大小,是一種有效的燃燒調節方法。
                              (2)XWD型燃燒器的一次風管道中設置濃淡分離器,能適當提高一次風煤粉濃度,對著火有利。
                              (3 )XWD型燃燒器出口加裝擴流錐能增加回流量,提高低負荷的穩燃能力。
                              (4)XWD型燃燒器也具有低負荷穩燃及煤質適應范圍廣的優點,適用于可燃基揮發分大于14%的貧煤,低負荷穩燃理想狀態可達到額定負荷60%左右。其缺點是結構較復雜,維護工作量相對大,且~但濃淡分離器磨損嚴重時,低負荷穩燃能力將大大降低。另外,燃燒器只能在鍋爐側墻上對沖布置,形成雙“L”型火炬,爐內燃燒動力工況不如切圓布置燃燒時狀況。
                              (5 )XWD型燃燒器在山東黃島發電廠3、4號670Uh鍋爐上應用,效果比較理想。
                            

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