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                          新型生物质燃烧机的燃烧机理分析

                          作者:郑州达冠节能环保设备有限公司 ?????来源:http://www.irui.tw/news/780.html?????发布时间:2018-12-25 20:44
                          ?#32423;粒?/span>新型生物质燃烧机的燃烧机理分析 摘要:分析了国内超临界和超超临界锅炉采用的几种新型生物质燃烧机的燃烧机理。主要特点是采用多级配风技术灵活控制燃烧器出口的生物质火焰燃

                          新型生物质燃烧机的燃烧机理分析
                          摘要:分析了国内超临界和超超临界锅炉采用的几种新型生物质燃烧机的燃烧机理。主要特点是采用多级配风技术灵活控制燃烧器出口的生物质火焰燃烧过程;实现着火初期低氧燃烧和火焰内NO,还原技术;在旋流式燃烧器内采用生物质浓缩技术和环形齿状稳燃器或直流过渡风在喷口附近生物质气流着火初期,加强热烟气回流和维持高温及低氧燃烧,促进挥发分析出过程中的NOx还原,并实现快速着火和低负荷稳定燃烧;在APM型直流式燃烧器上采用带扩压管的缩放型小喷口结构,增强稳燃能力和维持高温和低氧燃烧,促进NO。还原,并均衡火焰温度,降低水冷壁的热负荷;设置可调节燃尽风进一步提高炉内脱氮效果和提高燃烧效?#23454;取?/div>
                              引进技术国产化的新一代超临界和超超临界锅炉都采用了新型生物质燃烧新技术其技术目标是:实现生物质的高效燃烧、低NQ排放、低负荷不投油稳定燃烧、保证水冷壁可靠运行和减小受热面热偏差等。国产化超临界和超超临界机组锅炉采用与英国B 8NV公司、三井巴布科克能源有限公司、日立集团、三菱集团、阿尔斯通集团等合作的新型生物质燃烧技术,根据不同技术风格设计的各种燃烧器,其结构虽然各育区别,但燃烧机理具有一些共同的特点,展现出为实现同一目标而实施的不同技术构思。本文主要分析了国内超临界和超超临界锅炉采用的几种生物质燃烧机的结构改进和相应的燃烧机理为消化吸收各类燃烧器的技术优势,改进燃烧器设计和运行技术提供参考。
                          1  B&W最新DR B- 42 nu旋流式生物质燃烧机
                              B &W公司最新开发的DRB-421M旋流式生物质燃烧器用于?#26412;?#24052;威公司供货的600 MW超临界锅炉。燃烧器由入口一次风管道接口处的陶瓷内衬弯头、锥形的扩散器、用以优化生物质气流流场的导向器、用以调节过渡区气流的可调节的滑动挡板、内外二次风的调节叶片、带线性执行机构的风量调节盘、燃烧器风量指示器、配高能点火器的油枪、火焰探测装置用套管和观察孔等组成。
                              DRB-421M燃烧器的主要特点是供风多级化,尤其是在一次风外围设置了直流过渡供风,使生物质气流在着火区形成稳定的回流区,卷吸足够的高温烟气,同时形成可控的NO。还原区,即灵活控制二次风与生物质气流的混合,在火焰内实现脱氮。燃烧器供风分为4部分:一次风空气和生物质的混合物;环绕在一次风外围的直流过渡风;旋流内二次风;旋流外二次风。燃料的初始燃烧?#38181;?#21457;生在煤粉浓度比较高的喷嘴附近。直流过渡风的作用是推迟内二次风与着火后的生物质气流的混合,增强生物质气流卷吸火焰核心区高温烟气,同时火焰外围富氧区形成的NO。被还原成氮气。内外二次风按一定的比例通过调风器进入燃烧器,提供生物质充分燃烧所需的氧气,并且在锅炉炉墙附近倮持氧化性的氛围。
                              一次风粉混合物经过生物质管道输送到燃烧器的入口弯头?#20445;?#22312;离心力的作用下,靠近弯头外边缘的一次风生物质浓度较高在入口弯头后的一次风管内装有导流器和锥形扩散器。导流器的作用是将燃烧器弯头外侧浓度较高的生物质气流导入锥形扩散器,锥形扩散器由内部中心锥体和外部的扩散体组成。来自导流器的浓相生物质气流与中心锥形体碰撞后分散到四周的扩散体,经过扩散体的生物质气流沿燃烧器喷口内壁形成?#36824;?#23500;燃料区气流,喷口中心为淡燃料区。形成有利于提高生物质气流的着火稳定性及降低着火区的NOx生成量。
                              在锅炉前后墙最上层燃烧器上布置燃尽风(over fired air, OFA),其喷嘴为轴向可调叶?#20013;?#27969;式结构。采用滑动套筒来控制每个OFA喷口的空气流量。进入每个OFA喷口的空气分为中心风和外部风两部分。中小风具有一定的穿透力,可以使空气和炉膛深处的火焰混合;外部风具有一定的旋流强度,能促进可燃物和空气的充分混合。OFA喷口的风量可以调节和控制,手动的可调风盘用以调节中心风的空气流量;手动的可调节叶片用以调节外围风的旋流强度;进入OFA喷口的二次风量由风箱入口的挡板来控制。
                          2  日立NR3型生物质燃烧机
                              四川东方锅炉公司与巴布科克  日立公司合作制造的600 MW超临界锅炉和1000 MW超超临界锅炉采用日立技术的NR3燃烧器。NR3燃烧器由环形稳燃器、生物质浓缩器、外周空气导管、调风器等组成。NR3燃烧器供风分为3个区域生物质由一次风送入,助燃风由内二次风和外二次风(或称三次风)供给。
                              控制最外围的三次风的混合,可增强火焰内脱第4期樊泉桂:新型生物质燃烧机的燃烧机理分析氮效果。同?#20445;?#19977;次风挡板开度影响NO。的产生量。文献[2]给出的600 MW超临界锅炉同型燃烧器调节三次风时的运行数据表明,将三层燃烧器(每层4只)的三次风挡板开度沿炉膛左右分别优化调整为60%、35%、35%、60%?#20445;?#20108;次风挡板开?#28909;?#37096;为100%,下同),可以将NO。的质?#39063;?#24230;控制在500 mg/m3以下,飞灰可燃物质量?#36136;?#25511;制在6.5%~6 7%(干燥无?#19968;?#25381;发分为1 0.8%)。而文献[3]给出的1 000 MW超临界锅炉同型燃烧器调节三次风时的运行数据表明,将每层燃烧器(每层8只)的三次风挡板开度沿炉膛左右分别优化调整为80%、50%、50%、80%、80%、50%、50%、80%?#20445;?#21487;以将NO。的质?#39063;?#24230;控制在300 mg/m3以下,飞灰可燃物质量?#36136;?#25511;制在2 5%~3.0%(干燥无?#19968;?#25381;发分为39%)。
                              NR3燃烧器能快速点燃生物质,维持高浓度煤粉火焰,急速降低着火区火焰中的氧气的体积?#36136;?#30528;火区氧气的体积?#36136;?#32422;为0 8)。烟气中产生的一部分NO在高温缺氧火焰中被碳氢化合物分解,最终还原成N2,从而减少NO。的产生。
                          2 1稳燃环
                              稳燃器为陶瓷制的齿形环状.生物质气流在稳燃环的内侧形成一次空气旋转射流,促进生物质气流卷吸高温烟气并迅速着火燃烧。
                              火焰稳燃环装在生物质喷口的出口部位,其主要作用是:
                              a)当生物质气流绕过稳燃齿?#20445;?#24418;成小涡流。在主回流区和小涡流区的共同作用下,促进未着火的生物质与高温火焰接触,使着火提rlIJ,增强火焰的稳定性。
                              b)生物质颗粒流过稳燃齿日寸,其运动轨迹将向火焰中心区偏转,使大部分生物质颗粒射入高温烟气回流区,从而在火焰核心区形成较高的生物质浓度。在生物质气流着火区形成高浓度、高温度、高湍动的条件,为生物质气流尽快着火和稳定着火创造条件。
                              c)在稳燃齿外装设火焰稳燃环,以避免着火后的生物质气流与内二次风过早混合,既利于生物质着火稳定,又可控制生物质气流在着火区的燃烧进程,使火焰核心区形成NO。的还原区和分解区,提高了火焰内脱氮的能力。
                              但是文献认为,齿形稳燃器形成的生物质气流旋流可能导致一次风外缘的较粗和较浓的生物质被甩向二次风气流中,对低质烟煤和低挥发分煤的着火和燃烧产生不利影响。
                          2 2生物质浓缩器
                              生物质浓缩器安装在生物质燃烧机的中心。生物质燃烧器末端为护展形状。生物质气流通过生物质浓缩器?#20445;?#33719;得周向运动的速度分量,从而使大部分生物质聚集在环形稳燃器四周,提高了稳燃环附近生物质的浓度,增强了生物质稳燃性,?#35270;?#20110;低负荷稳定燃烧。生物质气流在扩展管内流动?#20445;?#30001;于煤粉气流中的生物质粒子原?#28982;?#24471;相对高的动量,在惯性力的作用下沿直线向前运动,并集中于扩展管中心,使生物质粒子聚集在稳燃环附近。而空气具有?#31995;?#30340;动量,一次风中的大部分空气留在渐扩的喷口内,气流在渐扩喷口内流动的过程中膨胀扩展且流速降低,使得携带少量细微颗粒的一次风空气流被迫从生物质气流中分离出来。从而在燃烧器喷口中心形成高生物质浓度区域,在燃烧器出口部位形成高生物质浓度气流,因此生物质气流可被快速点燃并提高了火焰的稳定能力,即提高了不投油稳燃能力,同时在着火区缺氧状态下又降低了NO。的生成量。
                              生物质燃烧机的上部布置了一层主燃尽风喷口,主燃尽风喷口中心部分为直流风,其风速大,穿透力强,可到达炉膛中部;内二次风和外二次风可通过挡板调节风量,并通过可动旋流叶片调节气流的旋流强度,增强燃尽风与可燃物的混合,以控制未燃尽碳。外二次风贴近水冷壁,在水冷壁周围形成氧化性氛围,以防止水冷壁结渣和腐蚀。燃尽风调节原理如图6所?#23613;?/div>
                          3  旋流式浓淡生物质燃烧机
                              国内某电厂600 MW超临界锅炉采用三井巴布科克技术设计的旋流式浓淡生物质燃烧机,其结构如图7所?#23613;?#29123;烧器供风分为4级,一次风为生物质空气的混合物,二次风通过轴向可动叶?#36136;?#26059;流器产生旋转射流,三次风(即外二次风)沿火焰外围通过调节叶片形成弱旋转气流,既防止火焰贴壁,又满足火焰后期可燃物与空气的混合。其主要特点是在轴向可动叶轮双调风旋流式燃烧器的基础上,在内二次风和三次风之间又增设了直流四次风。直流四次风的主要作用是在高温吠焰外围形成空气屏蔽推迟三次风与火焰的混合,以利还原火焰中的NO。。改进前后的二次风配风通道如图8所?#23613;?#19977;井巴布科克的实验研究表明,改进后的配风可使NO。的生成量降低20%以上。针对中国某电厂燃用的贫煤(常村煤)进行的NOx排放量实验表明,燃用贫煤时NOx排放量可控制在600mgm3(图9)。图9的数据还表明,对于高挥发分煤(干燥无?#19968;?#25381;发分为39%),当控制氧气的体积?#36136;?#23567;于4%日寸,N0。排放量可控制在200 m∥m3。
                              燃烧器一次风管进口部位装设螺旋形均流器,生物质气流在均流器的作用下,产生旋转,并在一?#25105;籢』耻.君m~蜊铎?#21512;部troZ第4期樊泉桂:新型生物质燃烧机的燃烧机理分析风管中旋流向前。一次风管出口部位装设4个生物质浓缩器,空气生物质两相混合物气流在进入4个生物质浓缩器通道?#20445;?#31354;气的旋转受到?#31181;疲?#26059;转力减弱,基本上成为直流。而生物质颗粒则在惯性的作用下,向生物质浓缩器?#26696;?#36817;密集,从而在每一通道中形成浓相和淡相生物质气流,即生物质气流在由旋流转变为直流的过程中,完成了生物质气流的浓淡分离和分布。因而在喷口出口的圆周上分布为4股浓相和4股淡相的直流生物质气流,实现了旋流式燃烧器的浓淡生物质燃烧。浓淡旋流式燃烧器的喷口结构。
                              在燃烧器上方的炉膛四壁上还设置高速OFA,使高温火焰与高速OFA均?#28982;?#21430;,促进燃料燃尽。
                          4带有中心风的旋流式燃烧器的燃烧机理
                              带有中心风的旋流式燃烧器的主要特点是:出口气流在旋流二次风和中心直流风以及稳燃器的共同作用下形成两个对称的回流区,如图11所?#23613;4油?1可以看出,内二次风具有很强的旋流强度,使燃烧器出口气流产生较大的回流区,由于中心风(三次风)的作用,促使生物质气流中大部分生物质集中在2个回流区中,扩大了生物质气流与回流区中热烟气的接触面积。中心风的温度为二次风热空气的温度,控制中小风的风量和风速,可以调节热烟气回流区的大小,利于维持生物质气流的稳定着火。同时在火焰初始?#38181;危?#30001;于生物质浓度高,形成富燃料区,而在火焰外围形成富氧区。即火焰形成二级燃烧,可实现低NOx燃烧。
                              生物质气流在出口处减缩形喷口的作用下形成浓淡生物质气流的分离。其主要技术是利用了生物质气流图11带有中心风的旋流式燃烧器的燃烧机理在燃烧器直?#25105;?#27425;风管中的惯性力,在出口处减缩喷口的作用下,大多数颗粒较粗的生物质集中于减缩喷口的内壁附近,并随流线轨迹而改变,依靠惯性力集中在出口中央处,形成浓生物质气流;而颗粒较细的生物质在出口处扩张气流的作用下,形成淡生物质气流,从而实现浓淡生物质分离,并在中心风作用下,在浓淡生物质气流之间形成锥状环形热回流区,扩大了生物质气流热回流面积,利于生物质气流的尽快着火和稳定燃烧。
                          5  A-PM型直流式生物质燃烧机
                              由哈尔滨锅炉厂为玉环和泰州等电厂提供的1000 MW超超临界锅炉采用三菱A-PM型燃烧器加MACT配风技术㈤。A-PM型燃烧器的火焰结构如图12所?#23613;?/div>
                              值得注意的是,A-PM型燃烧器采用了带有扩压管结构的缩放形喷口,其燃烧机理如图13所?#23613;?/div>
                              图13左侧的气流流劫结构表明,不带扩压管的喷口射出的生物质气流在喷口出口界面处由于静压第23卷图13带扩压管的燃烧器的燃烧机理力降低,生物质气流动能变大,形成加速流动,并在着火区由于生物质扩散,难于形成高浓度生物质气流,因而既推迟着火位置,又难以形成NOx的高温还原区,不利于实现火焰内脱氮和稳定燃烧。而带扩压管的喷口射出的生物质气流在喷口出口界面处由于静压力升高,生物质气流动能变小,流动速?#29123;?#23567;,使生物质气流在高温烟气回流区的加热时间延长,并在着火区形成高浓度生物质火焰,稳燃效果增强,因而着火位置提前。同时有利于形成高温还原区,促进NO。的还原,实现火焰内脱氮。
                              图13右侧的气流流动结构表明,带扩压管的PM型燃烧器喷口进一步使单个喷口的射流小型化这样,浓生物质气流和淡生物质气流都可形成独立的稳定回流区,即每?#36824;?#23567;气流的可控性提高。显然更有利于稳定着火,并降低NO。的生成量。
                              A-PM型燃烧器与A-MACT多级配风技术结合形成三菱燃烧技术的核心。A-MACT的技术是控制主燃烧区的燃料与空气比为().8~0 9,在主燃烧器上方设置OFA供风,使主燃烧区产生的碳氢化合物被活化,并在OFA的上部留有足够的空间,使主燃烧区生成的NO。到达OFA区?#20445;?#30001;于缺氧而被还原成N2。在主燃烧器的上二次风OFA喷曰上部再设置一层附加空气辅助风还原区的未燃尽物进入燃尽区后与辅助风供风混厶,被充分燃烧。
                          6结束语
                              本文分析了新型生物质燃烧机的技术特点和燃烧机理,其主要特点是燃烧器配风多级化;设置火焰内高温还原区,以利于控制NO。的措施;采用煤粉浓缩技术和环形稳燃器或带扩压管的喷口结构增强着火区的热烟气回流稳定燃烧;利用特殊设计的生物质浓缩器,旋流式燃烧器可实现沿圆周方向的浓淡生物质燃烧;改进燃尽风的配置,提高炉内脱氮的效果并提高燃烧效率。
                              国内的运行数据和国外的实验研究数据表明,煤质特性是决定NO。的排放量的首要因素。即便采用新型燃烧器,NO。的排放量差别?#27493;?#22823;。对于干燥无?#19968;?#25381;发分为49%~39%的高挥发分煤,可制在200~300 mgm3;对于干燥无?#19968;?#25381;发分为10% N13%的低挥发分煤,可控制在500~600 m∥m30可见对于着火和燃尽特性比较差的煤,为了稳定着火,必须维持着火区和炉膛内的高温状态,这就制约了NO。的还原和分解,排放量必然提高,这仍然是目前的技术难以克服的障碍。

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