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生物質(zhì)燃燒機(jī)在電站鍋爐中的應(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)在電站鍋爐中的應(yīng)用
摘要:分析燃燒器穩(wěn)定著火機(jī)理,介紹生物質(zhì)燃燒機(jī)的設(shè)計(jì)思想,首次提出這種燃燒裝置小油槍容量的設(shè)計(jì)方法,計(jì)算生物質(zhì)燃燒機(jī)的節(jié)油率與現(xiàn)場實(shí)測值吻合良好。推薦該方法用于生物質(zhì)燃燒機(jī)小油槍容量的設(shè)計(jì)計(jì)算。理論分析和現(xiàn)場應(yīng)用表明,運(yùn)行的生物質(zhì)燃燒機(jī)撇油時(shí)就是安全可靠的常規(guī)煤粉燃燒器。
    大中型電站鍋爐的冷爐啟動(dòng)及低負(fù)荷穩(wěn)燃總是要消耗大量燃油,燃油的價(jià)格比煤粉高得多,用量大或者頻繁使用就大大提高了發(fā)電成本,因此,電站鍋爐減少用油是提高電廠經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)亙要手段。生物質(zhì)燃燒機(jī)是一種高效的穩(wěn)燃裝置,實(shí)際應(yīng)節(jié)油效果顯著,但到目前為止,對(duì)小油槍煤粉燃燒器的設(shè)計(jì)還沒有一種公認(rèn)的方法,特別是對(duì)于該燃燒裝置中的關(guān)鍵設(shè)備小油槍容量基本上是通過試驗(yàn)來確定的。因此,提出一種實(shí)用可靠的小油槍容量計(jì)算方法,對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)該技術(shù)在電站鍋爐上的應(yīng)用
是非常重要的。
1  燃燒器的著火穩(wěn)定性
    煤粉達(dá)到著火溫度,煤粉氣流就會(huì)發(fā)生著火。對(duì)應(yīng)1kg空氣的煤粉氣流所需的著火熱Qi為:
    QF( Ck十肛Cm)(Z—L)    kj/kg    (1)式中Ck空氣比熱,kj/(kg.℃);
    C,廠一煤粉比熱,kj/(kg.℃);
    臚一煤粉濃度,kg/kg(C/A);
    砰——煤粉的著火溫度,℃;
    %一風(fēng)粉混合溫度,℃。
    在四角燃燒的煤粉爐內(nèi),煤粉氣流的著火熱主要由對(duì)流換熱提供,約占著火熱的80010以上,輻射熱約占百分之十幾,因此,爐膛提供給一次風(fēng)煤粉氣流的著火熱又可以表示為Q',:
    Q'i∞nmj    (2)
式中野一高溫?zé)煔獾臏囟龋妫?br />     mj一一次煤粉射流對(duì)高溫?zé)煔獾木砦?br />     量,kg/kg
    從式(1)可以看出,當(dāng)煤種、煤粉濃度及一次風(fēng)速(一次風(fēng)量)不變時(shí),煤粉氣流所需的著火熱不變。當(dāng)鍋爐的燃料供應(yīng)變差或鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),爐塍的溫度水平會(huì)隨之降低,這種情況下要保證一次風(fēng)射流著火,即爐膛提供給一次風(fēng)煤粉氣流的著火熱不變,從式(2)來看只有通過增大煤粉氣流對(duì)高溫?zé)煔獾木砦縼韺?shí)現(xiàn),即煤粉氣流的著火點(diǎn)向下游移動(dòng)。煤粉氣流的著火點(diǎn)在一定的范圍內(nèi)移動(dòng)對(duì)煤粉的燃燼影響不大,鍋爐仍能穩(wěn)定燃燒。因此,一般的煤粉爐都有70% MCR以上的負(fù)荷自穩(wěn)定范圍,但當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低到70% MCR以下運(yùn)行時(shí),煤粉氣流著火點(diǎn)的推遲影響到煤粉的燃燼,進(jìn)而引起爐膛火焰溫度繼續(xù)下降,爐膛火焰溫度降低與著火點(diǎn)的不斷推后形成惡性循環(huán),這時(shí)就會(huì)造成燃燒不穩(wěn)甚至發(fā)生滅火。
2生物質(zhì)燃燒機(jī)的設(shè)計(jì)思想
    電站鍋爐的點(diǎn)火及穩(wěn)燃油槍常常是布置在.二次風(fēng)噴嘴中,這樣布置有許多優(yōu)點(diǎn),但它的熱功率一般比較大。冷爐啟動(dòng)1次,410 t/h鍋爐需耗油20—30 t,670 t/h鍋爐需耗油50—70 t,煤質(zhì)變差或其它原因引起啟動(dòng)時(shí)間延長,耗油每次常達(dá)200—300 t。如果鍋爐參與調(diào)峰,每臺(tái)鍋爐的年耗油量有數(shù)千噸。因此,節(jié)約燃油,以煤代油可以提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益。
    將油槍布置在二次風(fēng)噴嘴中的這種燃燒裝置(大油槍),在鍋爐點(diǎn)火或穩(wěn)燃階段,首先由大油槍提高爐膛高溫?zé)煔鉁囟?,高溫?zé)煔庠偻ㄟ^對(duì)流將熱量傳遞給一次風(fēng)射流,對(duì)于單一的煤粉噴嘴來說,大油槍燃油中大約1/4的發(fā)熱量參與其~次風(fēng)煤粉射流的對(duì)流換熱,所以大油槍點(diǎn)火穩(wěn)燃的效率不高。
    將油槍布置在一次風(fēng)的噴嘴中,該油槍的發(fā)熱量全部用于煤粉氣流的升溫,因此,這樣的油槍穩(wěn)燃效果最好,油槍的容量可以比放置在二次風(fēng)噴嘴中的油槍小得多,稱之為小油槍,這種燃燒裝置在鍋爐的啟動(dòng)階段或穩(wěn)燃階段用小油槍火炬點(diǎn)燃一次煤粉射流燃燒。由于油火焰燃燒穩(wěn)定,小油槍熱負(fù)荷的設(shè)計(jì)滿足煤粉氣流的著火熱,煤粉氣流就可以穩(wěn)定充分著火,這樣形成了煤粉火焰與油火焰的相互支持,從而產(chǎn)生了以煤代油的燃燒效果,這種燃燒裝置稱之為生物質(zhì)燃燒機(jī)。
3小油槍容量的計(jì)算方法【1—2]
    以貧煤為例,燃燒1 kg煤粉的理論空氣量用下式表示:對(duì)應(yīng)的一次風(fēng)射流的空氣質(zhì)量用下式計(jì)算:
    ma=0.2x1.15x1.293 Vo-0.297 4 Vo  kg/kg  (4)
    設(shè)煤粉濃度為0,5 kg/kg(Coal/Ajr),煤粉的著火溫度取750℃,一次風(fēng)粉混合溫度冷爐點(diǎn)火時(shí)取50℃,穩(wěn)定燃燒時(shí)取260℃,空氣的比熱取1.028kj/( kg.℃),煤粉的比熱取1.09 kj/(kg.oC),則lkg煤粉對(duì)應(yīng)的一次風(fēng)粉?昆合物所需的著火熱:冷爐點(diǎn)火時(shí)為Q.,穩(wěn)定燃燒時(shí)為Q2:
    Qi=maQ/=327.4 Vo  kj/kg    (5)
    Q2=maQF229.2 V9,  kj/kg    (6)
    然燒器的熱功率為形,(kW),燃煤的發(fā)熱量為Q幽(kj/kg),燃油的發(fā)熱量為Q:w (kj/kg),設(shè)小油槍的容量滿足一次風(fēng)射流的著火熱時(shí),則小油槍的容量冷爐點(diǎn)火時(shí)為4,,穩(wěn)定燃燒時(shí)為A,:
    A,:QIWr一    kg/s    (7)
    Qdw Q≥,
    A::j塑墜一    kg/s    一  (8)
    Q幽甌
4生物質(zhì)燃燒機(jī)的應(yīng)用【刪
    運(yùn)用上述設(shè)計(jì)方法,對(duì)50 MW、125 MW、200W及300' MW等4種電站鍋爐分別對(duì)照小油槍煤粉燃燒器的典型應(yīng)用實(shí)績進(jìn)行了小油槍容量設(shè)計(jì)計(jì)算,計(jì)算結(jié)果如表1。
    小油槍容量在設(shè)計(jì)選取時(shí)應(yīng)留有一定的安全系數(shù)(1.5~2.O),尤其在鍋爐點(diǎn)火初期,爐膛的水冷效應(yīng)比較大,小油槍要在計(jì)算容量的2倍左右運(yùn)行,小油槍投入運(yùn)行以后,油火焰的溫度超過1 000℃,完全滿足煤粉的著火,煤粉著火燃燒以后又增強(qiáng)了油火焰的穩(wěn)定。生物質(zhì)燃燒機(jī)點(diǎn)火階段的計(jì)算節(jié)油率為7,。d,穩(wěn)燃階段的節(jié)油率為叩2。cd:
    叩kd=1一魯    (9)
    Tl2.cal=1一魯  ‘    (10)
式中B-大油槍的容量,kg/h。
    從表中可以看出,該設(shè)計(jì)方法對(duì)小油槍煤粉燃燒器的計(jì)算節(jié)油率與應(yīng)用實(shí)測值吻合良妤,說明該方法計(jì)算正確可靠,生物質(zhì)燃燒機(jī)的計(jì)算點(diǎn)火節(jié)油率大于72U/o,計(jì)算穩(wěn)燃節(jié)油率大于81%。
Vo-0.238Q+2 500
    —  900  一    m3/蠔    (3)  5生物質(zhì)燃燒機(jī)的安全運(yùn)行
式中Qdrn一煤粉的低位發(fā)熱量,kj/kg。
    一次風(fēng)率取20%,燃燒器的過量空氣系數(shù)為1.15,空氣的密度取為1.293 kg/m3,則1 kg煤粉所
    小油槍是在冷爐啟動(dòng)或者鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)才投用的,生物質(zhì)燃燒機(jī)帶油運(yùn)行時(shí)的燃油熱負(fù)荷僅占煤粉噴嘴熱負(fù)荷的6%~13%,不會(huì)引起燃燒
    注:該小油槍容量選擇偏大,此列值僅供參考。器燒壞或結(jié)渣。從表1第4列可以看出,即使小油槍容量熱值達(dá)到噴燃器總熱值的37%,小油槍煤粉燒器仍能安全運(yùn)行。
    為了保證小油槍火焰的穩(wěn)定著火和燃燒,這種燃燒裝置一般都帶有穩(wěn)焰體。穩(wěn)焰體根據(jù)實(shí)際情況可選擇鈍體或旋流體,生物質(zhì)燃燒機(jī)的穩(wěn)焰體比較小,燃燒煙煤時(shí)穩(wěn)焰體~130 mm左右,一般穩(wěn)焰體在~170 mm—240 mm之間,具體數(shù)值棍據(jù)煤質(zhì)參數(shù)、燃燒工況及鍋爐的截面熱負(fù)荷大小等因素確定。采用一次風(fēng)射流出口速度不變的設(shè)計(jì)方法,對(duì)原有燃燒器的改造其附加阻力不會(huì)超過250 Pa,這相對(duì)于送引風(fēng)機(jī)的壓力儲(chǔ)備是安全的。
    小油槍煤粉燃燒裝置采用了內(nèi)置式穩(wěn)燃體,使整個(gè)燃燒器的火焰穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)。以貧煤為例,使用該燃燒器鍋爐的不投油穩(wěn)燃負(fù)荷可以提高到60% MCR,在鍋爐的40%~60% MCR負(fù)荷階段投用小油槍可以隨意調(diào)峰,機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定。
    小油槍停用以后,用蒸汽或空氣吹掃,使用推進(jìn)裝置自動(dòng)推出小油槍,從而避免了小油槍中的油炭化及堵塞,這時(shí)生物質(zhì)燃燒機(jī)就是常規(guī)煤粉燃燒器。迄今為止,生物質(zhì)燃燒機(jī)已成功應(yīng)用于全國100多臺(tái)電站鍋爐(150—1 050 t/h)的直流煤粉燃燒器技術(shù)改造。理論分析和應(yīng)用表明,小油槍煤粉燃燒器具有低負(fù)荷穩(wěn)燃、節(jié)油效果顯著、附加阻力不大、改造工作量小和安全可靠等特點(diǎn),是目前穩(wěn)燃負(fù)荷在750/0左右又需要調(diào)峰的電站鍋爐煤粉燃燒器技術(shù)改造的理想選擇,值得大力推廣。
6結(jié)論、
6.1  首次提出了生物質(zhì)燃燒機(jī)的小油槍容量設(shè)計(jì)方法,生物質(zhì)燃燒機(jī)的計(jì)算節(jié)油率與現(xiàn)場實(shí)測值吻合良好。
6.2生物質(zhì)燃燒機(jī)的冷爐點(diǎn)火訃算節(jié)油率大于720/0,穩(wěn)燃階段的計(jì)算節(jié)油率大于81u/o。
6.3運(yùn)行時(shí)無燃油燃燒的生物質(zhì)燃燒機(jī)就是安全穩(wěn)定的常規(guī)煤粉燃燒器。

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