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清洁煤燃烧器的技术
1 清洁煤燃烧器的技术 摘 要 循环流化床燃烧技术是国际 80年代在锅炉上得到成功应用 的清洁煤燃烧技术。 提高可靠性、经济性和文明生产程度贯穿了循环 流化床燃烧技术的发展历史。 围绕分离器的形式和整体布置, 循环床 燃烧技术已经历了三代的发展, 作者认为冷却型紧凑布置的循环床燃 烧技术是未来的发展方向。 关键词 循环流化床锅炉 分离器 发展方向 引 言 循环流化床锅炉 (CFB)燃烧技术是一项近 20年来发展起来的燃 煤技术。它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、负荷 调节比大和负荷调节快等突出优点。自循环流化床燃烧技术出现以 来,循环流化床锅炉已在世界范围内得到广泛的应用, 大容量的循环 流化床电站锅炉已被发电行业所接受。 世界上最大容量的 250MW循环 流化床锅炉已在 1997年投运,多台 200~250MW大容量循环流化床锅 炉也已投产。我国集中于中型 CFB的研制与
燃烧器按所燃燃料的不同可分为煤粉燃烧器、油燃烧器和气体燃烧器3类。燃烧器也叫燃烧机,按照燃料可分为燃油燃烧器和燃气燃烧器;按照使用对象分为窑炉燃烧器和锅炉燃烧器;按照应用领域可分为工业用燃烧器、民用燃烧器及特种燃烧器。其中燃油燃烧器分为轻油(如柴油)和重油燃烧器(如废机油),燃气燃烧器分为天然气燃烧器、液化气燃烧器、城市煤气燃烧器、沼气燃烧器等。我们平常所说的燃烧器指的是锅炉燃烧器。
煤粉燃烧器
分旋流式和直流式两种。
① 旋流式煤粉燃烧器:主要由一次风旋流器、二次风调节挡板(旋流叶片或蜗壳)和一、二次风喷口组成(图1 旋流式煤粉燃烧器)。它可以布置在燃烧室前墙、两侧墙或前后墙。输送煤粉的空气称为一次风,约占燃烧所需总风量的15~30%。煤粉空气混合物通过燃烧器的一次风喷口喷入燃烧室。燃烧所需的另一部分空气称为二次风。二次风经过燃烧器的调节挡板(旋流叶片或蜗壳)后形成旋转气流,在燃烧器出口与一次风汇合成一股旋转射流。射流中心形成的负压将高温烟气卷吸到火焰根部。这部分高温烟气是煤粉着火的主要热源。一次风出口的扩流锥可以增大一次风的扩散角,以加强高温烟气的卷吸作用。
② 直流式煤粉燃烧器:一般由沿高度排列的若干组一、二次风喷口组成(图2直流式煤粉燃烧器),布置在燃烧室的每个角上。燃烧器的中心线与燃烧室中央的一个假想圆相切,因而能在燃烧室内形成一个水平旋转的上升气流。每组直流式燃烧器的一、二次风喷口分散布置,以适应不同煤种稳定而完全燃烧的要求,有时也考虑减少氮氧化物的生成量。
油燃烧器
燃油燃烧器主要采取雾化技术,KMY汽泡雾化燃烧器雾化原理是:燃油与雾化介质(水蒸汽或压缩空气)经汽泡雾化发生器产生大量油包汽汽泡,在混合室充分混合后喷出,由于存在较高压差,从而实现爆破雾化。经航空发动机气动热力国防科技重点实验室激光检测,其雾化颗粒索太尔平均直径SMD≤23.76μm,这是一般气动雾化和机械雾化喷嘴达不到的,是一种全新的燃油雾化燃烧技术。
油燃烧器的调风器除与煤粉燃烧器相似的旋流式和直流式外,尚有一种部分旋流式,即在直流式调风器内布置一个稳焰器,使少量空气(10~20%)流经稳焰器后产生旋转运动,在调风器出口形成中心回流区,使油雾着火稳定,以达到低氧燃烧。
气体燃烧器
主要有天然气燃烧器和高炉煤气燃烧器两类。大容量天然气燃烧器大多采用多枪进气平流式。天然气枪放在调风器的空气通道内。高炉煤气燃烧器因高炉煤气发热量较低,着火困难,常在炽热的通道内燃烧,而后喷入燃烧室。
生物质颗粒燃料
为深入研究生物质颗粒燃料的燃烧特性,探讨自动燃烧器的燃料适应性,该文基于PB-20型生物质颗粒燃烧器,选择了5种灰分小于25%(空气干燥基)的颗粒燃料,分别研究了燃烧工况中进料量和空气量对燃烧性能的影响。试验结果表明灰分含量大于20%的颗粒燃料燃烧不充分,工况不稳定,效率低,结渣大,易熄火,不适用于此类生物质颗粒燃烧器;灰分含量为12.40%的颗粒燃料推荐参数为进料量4 kg/h,风机转速2 600~2 800 r/min,清渣速度为3 r/min,转5 s/停35 s;灰分在7.21%的颗粒燃料推荐控制参数为进料量3~4 kg/h,风机转速2 600~2 800 r/min,清渣速度相对应为3 r/min,转5 s/停60~55 s;灰分值低于1%的颗粒燃料均以进料量3~4 kg/h,风机转速2 600~2 800 r/min,不需清渣为推荐参数。该研究总结了生物质颗粒燃烧器的燃料适用控制参数,为燃烧器的推广应用提供了数据支持。
1.重油燃烧器,燃气燃烧器以及双燃料燃烧器(轻油/燃气或重油/燃气)。
2.按运行和操作方式分为:欧瑞特燃烧器有一级、两级、渐进两级式和带比例调节器的渐进两级式等(后者实行比例调节运行)
3.工业燃烧器系列:均为大功率燃烧器,专为特殊工业应用而设计。
4.依据降低NOx的燃烧技术的分类
燃烧器是工业燃油锅炉、燃气锅炉上面的的重要设备,它保证燃料稳定着火燃烧和燃料的完全燃烧等过程,因此,要抑制NOx的生成量就必须从燃烧器入手。根据降低NOx的燃烧技术,低氮氧化物燃烧器大致分为以下几类:
阶段燃烧器
根据分级燃烧原理设计的阶段燃烧器,使燃料与空气分段混合燃烧,由于燃烧偏离理论当量比,故可降低NOx的生成。
自身再循环燃烧器
一种是利用助燃空气的压头,把部分燃烧烟气吸回,进入燃烧器,与空气混合燃烧。由于烟气再循环,燃烧烟气的热容量大,燃烧温度降低,NOx减少。
另一种自身再循环燃烧器是把部分烟气直接在燃烧器内进入再循环,并加入燃烧过程,此种燃烧器有抑制氧化氮和节能双重效果。
浓淡型燃烧器
其原理是使一部分燃料作过浓燃烧,另一部分燃料作过淡燃烧,但整体上空气量保持不变。由于两部分都在偏离化学当量比下燃烧,因而NOx都很低,这种燃烧又称为偏离燃烧或非化学当量燃烧。
分割火焰型燃烧器
其原理是把一个火焰分成数个小火焰,由于小火焰散热面积大,火焰温度较低,使“热反应NO”有所下降。此外,火焰小缩短了氧、氮等气体在火焰中的停留时间,对“热反应NO”和“燃料NO”都有明显的抑制作用。
混合促进型燃烧器
烟气在高温区停留时间是影响NOx生成量的主要因素之一,改善燃烧与空气的混合,能够使火焰面的厚度减薄,在燃烧负荷不变的情况下,烟气在火焰面即高温区内停留时间缩短,因而使NOx的生成量降低。混合促进型燃烧器就是按照这种原理设计的。
低NOx预燃室燃烧器
预燃室是近10年来我国开发研究的一种高效率、低NOx分级燃烧技术,预燃室一般由一次风(或二次风)和燃料喷射系统等组成,燃料和一次风快速混合,在预燃室内一次燃烧区形成富燃料混合物,由于缺氧,只是部分燃料进行燃烧,燃料在贫氧和火焰温度较低的一次火焰区内析出挥发分,因此减少了NOx的生成。
1.煤粉在煤粉燃烧器高温区内的停留时间长,因而燃烧效率高,烟道直接排放无黑烟,呈蒸汽状白烟;
2.该型煤粉燃烧器加热时温度上升时间缩短,热效率高,且煤质要求低,煤种适用面广,经济效益高;
3.煤粉燃烧器点火容易,升温快,工作效率大为提高;
4.该燃烧器的送风量、燃煤输入量可按需改变,并能在较宽范围内调节炉温和火焰长短,满足实际需要;
5.煤粉燃烧器内部温度场均匀,炉膛内被加热体的受热覆盖面大,炉渣不粘在工件表面,产品质量好。