新型煤粉燃烧技术参考

新型煤粉燃烧技术参考•第五节新型煤粉燃烧技术•一．两级燃烧和MACT燃烧技术•两级燃烧是把燃烧所需要的空气量两段送入炉膛，第一级的空气量大约为80%左右，从燃烧器的下部送入；第二级的空气量大约为20%左右，从燃烧器的上部送入，两级喷口之间的距离为1.5～2米。采用两级燃烧方式，主要用于降低ＮOx的生成量。我国电站中已采用这种技术。•采用两级燃烧法，在燃烧中心区(第一段燃烧区)过量空气系数小于1，为缺氧燃烧。由于燃料不能完全燃烧，火焰温度比较低，因而温度型ＮOx的生成量减少；同时，由于缺氧，燃料型ＮOx的生成量也减少。当第二级空气送入后，因炉膛的冷却作用，火焰温度已降低。因此，在第二段燃烧区域中，虽然过量空气系数大于1，火焰中有剩余氧存在，但因温度低，燃料型和温度型ＮOx的生成量都大幅度降低。•采用两组级燃烧法，应保证第二级空气与燃尽区火焰的混合良好，否则将造成不完全燃烧；一次燃烧区内由于缺氧，形成还原性气氛，这将使灰熔点降低，不仅容易引起结渣，还会产生腐蚀；由于燃烧分段进行，火焰拉长，如果组织不好，焦炭难以燃尽，还会引起炉膛出口处的受热面结渣。这些问题应运行中引起注意。•日本三菱公司在PM型燃烧器的基础上，进一步发展了炉内三级燃烧的低ＮOx燃烧技术(MACT)。即在主燃烧器的上二次风OFA喷口上部设置一层附加空气AA，在主燃烧区生成的ＮOx到达OFA区时，由于缺氧又被还原成N2。据资料介绍，MACT燃烧技术可将ＮOx控制在60～150PPm内。••二．宽调节比燃烧器•宽调节比燃烧器实际上也是一种浓、淡型煤粉燃烧器。这种燃烧器的主要性能是在低负荷下，不投油仍然能稳定燃烧。故其对锅炉负荷变化时的燃烧调节范围比较宽。图宽调节比燃烧器••在一次风入口部位连接一个弯头，作为煤粉浓缩器。一次风管内设置一块隔板，把一次风管分为上、下两部分。一次风喷口分为上、下两个可调角度的喷口。当煤粉气流通过弯头时，一次风管隔板上部的通道中形成浓煤粉气流，而在隔板下部的通道中形成淡煤粉气流，这两股煤粉气流径上，下两个喷口射入炉膛。宽调节比燃烧器•宽调节比燃烧器喷口结构特点是在喷口出口处装有扩流器。扩流锥可以增加一次风气流和回流烟气的接触面；三角形扩锥出口的翻边对增加高温烟气的回流作用很大。有的试验表明，这种燃烧器可在20%负荷下不投油稳定燃烧。•第七节油燃烧器•油燃烧器除了用于燃油锅炉外，燃煤锅炉通常都装有油燃烧器。燃煤锅炉冷态启动时，炉温很低，直接投入煤粉不易着火，故首先投入油燃烧器，用于炉膛升温并保持稳定燃烧，经过几小时的加热，炉膛温度升高后，再投入煤粉。此外，在锅炉低负荷运行时，由于炉膛温度降低，煤粉着火不稳定，火焰发生脉动，这时也需要投入油燃烧器来稳定燃烧。•一．油燃烧的特点•电站锅炉燃用的油通常为重油，其燃烧特点是：首先用雾化喷嘴将重油雾化成很细小的雾状液滴群（即油雾），经过受热、蒸发，成为气态燃料。当气态燃油与空气混合并达到着火条件时，便开始着火。液体燃料的着火温度比其气化温度高得多，油滴在气化后才开始着火燃烧，所以液体燃料的燃烧实际上转变为均相燃烧。其着火与燃尽自然比煤粉容易得多。•为了提高燃烧效率，必须保证油的雾化质量，即雾化后的液滴应细而均匀，并使液滴气化后迅速而均匀地与空气混合，避免火焰根部缺氧产生碳黑。当然，也应尽可能实现低氧燃烧，以减少ＳＯ2向ＳＯ3的转换的机会，即减少ＳＯ3的转换率，降低烟气中硫酸蒸汽的浓度，减轻低温腐蚀。同时，也可减少ＮＯx的生成量。•油燃烧器包括油喷嘴和调风器。油喷嘴的作用是把燃油雾化成细小的油雾群，并保持一定的雾化角与空气相交混合，油雾中心区形成回流区，卷吸热烟气，加热油雾。调风器的作用是组织油燃烧时的空气供给，并使空气与油雾充分混合。由于油雾燃烧时要求早期混合强烈，因此通常采用旋流叶片，使一次风产生强烈旋转，促进油雾与空气的混合。•二．油喷嘴•按照油的雾化方式，油喷嘴分为压力雾化式、蒸汽雾化式、空气雾化式等。•1．压力雾化式油喷嘴•将具有一定压力的燃油在油喷嘴内产生的高速旋转，从油喷嘴射出后，油膜被撕裂，形成雾状小液滴。•这种油喷嘴由雾化片、旋流片、分油嘴组成。压力油经分油嘴小孔汇合到一个环形槽中，均匀分配到旋流片的切向槽中，再进入旋流片中心的旋涡室，此时压力油便产生高速旋转，然后从雾化片的中心孔喷出后，在旋转力的作用下，克服了油的表面张力，被撕碎成细小的油滴，形成了具有一定雾化角的圆锥状油雾。•简单机械雾化油喷嘴的喷油量是油压来调节的。压力小，流量随着变小，但此时雾化质量差。但这种油喷嘴结构及调节比较简单，适用于点火用油燃烧器。•回油式机械雾化油喷嘴•回油式机械雾化油喷嘴的主要特点是在分流片上有回油孔。回油孔的作用是让一部分油在喷出油喷嘴前，从旋涡室返回回油管路，用以调节喷油量。分流片中心有回油孔的称为集中大孔回油喷嘴；分流片上有分散小回油孔的称为分散小孔回油喷嘴。•这种油喷嘴的调节特点是进油量可保持不变，只调节回油量就能改变喷油量，因而雾化质量不受喷油量变化的影响。•3．蒸汽雾化油喷嘴•蒸汽雾化油喷嘴它是利用高速蒸汽气流的喷射使燃油雾化，喷嘴头上有油孔、汽孔和混合孔，形成“Ｙ”形喷嘴。油压一般为0.5～2.0ＭＰa，汽压一般为0.6～1.0ＭＰa。油与蒸汽在混合孔内相互撞击，形成乳化状态的汽混合物，再喷入炉内便雾化成细小油滴。为了使空气和油雾很好地混合，喷嘴头上装有多个油孔。为了减少汽耗量与便于控制，蒸汽压力保持不变，而用调节油压的办法来改变喷油量。•三．平流式调风器•锅炉燃油时同样也需要合理组织配风。这一任务由调风器来完成。油燃烧器的调风器型式很多，普遍使用的有平流式调风器和文丘里调风器以及旋流式调风器。•平流式调风器二次风平行于调风器的轴线流动，为了加强后期混合，风速很高，约有50～70米/秒。一次风通过固定式旋流叶片强烈旋转，以满足火焰根部油雾与空气的混合并产生中心回流区。既提供了着火热源，又防止产生碳黑。•文丘里调风器是平流式调风器的另一种型式，其特点是空气流经一个缩放形的文丘里管时，在喉部与调风器入口端产生了较大的静压差，因而可根据此静压差，比较精确地控制过量空气系数。在负荷变化时，这种调风器燃烧调节的适应性较强。•平流式调风器的结构简单，操作方便，能自动控制风量，较适合于大型电站锅炉。•四．评价炉膛结构的参数•1．炉膛结构着火稳定性参数•影响着火的因素很多，燃烧器配风方式、风温、风量、风速、煤粉细度、过量空气系数、炉内温度、尤其是煤质本身的着火性能等，从炉膛结构因素来看，主要有两个参数：•炉膛断面热强度qA••式中：A---炉膛断面积，通常用燃烧器区域的炉膛水平断面面积表示。•B—燃煤量。••--燃料的低位发热量(即受到基发热量)•断面热强度qA是影响燃烧器区域温度水平的主要特性参数。当锅炉容量和参数一定，qA值过大，就表明炉膛周界过小，所能布置的水冷壁管子根数就少。在燃烧器区域，由于燃烧放热比较集中，如果没有足够的水冷壁吸收燃烧释放的热量，就会导致火焰温度很高，以至于当烟气中的灰渣靠近炉壁时，未能得到充分冷却，而引起结渣。但此时有利于稳定着火。•相反，qA过小，则表明炉膛周界过大，能够布置的水冷壁管根数增加。这时有利于减轻结渣，减少污染物的生成量。但由于燃烧器区域的温度水平低，因而不利于稳定着火。因此，对于着火性能比较差，而灰熔点比较高的低反应煤，希望选择较大的qA值。对于灰熔点比较低，而着火性能比较好的煤，希望选择较小的qA值。我国100MW～300MW固态排渣煤粉炉的qA值一般在3～4.5MW/m2范围内。•随着锅炉容量的增加，qA值相应增加。这是因为当容量增加时,炉膛断面积相对于单位蒸发量有减小的趋势。对国内锅炉的统计结果表明，qA值随锅炉容量的变化关系如图6-12。曲线1适用于燃用一般烟煤和敷设围燃带燃用无烟煤的锅炉。曲线2适用于燃用不结渣的烟煤、贫煤的锅炉。曲线3适用于燃用褐煤的锅炉。控制qA值，主要是为了取得适当的燃烧器区域的热强度。而影响燃烧器区域热强度的因素还有燃烧器区域的壁面热强度。•燃烧器区域的壁面热强度qR，qR也是影响燃烧器区域温度水平的主要特性参数。有时也用来考虑燃烧器区域水冷壁内产生膜态沸腾的可能性。qR的数值，可用炉内总输入热量除以炉膛周界与燃烧器区域域高度的乘积来表示。当燃烧器区域布置有围燃带时,上述数值还应考虑围燃带的影响。•qA与qR对调整燃烧器区域的热强度是共同起作用的。由于炉膛周界受燃烧稳定性和蒸发受热面布置的限制无法调整时，如需燃用结渣性强的煤，可适当降低qR值，便能起到一定的调和矛盾的作用。具体办法是将燃烧器沿炉膛高度方向拉长，或增大燃烧器喷口的间距，即可降低燃烧器区域的壁面热强度。因此，对于一定煤种，应保持qA＋qR＝定值。•我国科研单位把这一关系定义为：炉膛结构着火稳定性指数。•JW=qA+qR•对100MW～300MW的锅炉机组，Jw值处于4.5～9MJ/(m2h)。Jw越大，保证着火稳定性的程度越大。•2．炉膛结构燃尽性参数•影响煤粉在炉内燃尽的因素很多，燃烧器配风条件、燃烧器区域的结构、火焰在炉内的充满度、煤粉的充满度等，但主要因素是煤质的燃烧特性与煤粉在炉内的停留时间。体现在炉膛结构上，则是炉膛容积和炉膛形状。可用两个参数来表示。•随着锅炉容量增大，qv呈下降趋势。这是因为燃煤量增大后，要求保证燃料在炉内有足够的停留时间，因而必须增大炉膛容积。与此同时，又要布置足够的水冷壁来冷却烟气，并防止水冷壁管内出现传热恶化。•但是容积与几何尺寸的三次方成正比，而壁面积与几何尺寸的二次方成正比，因而容积的增长速度比壁面积要快，为了布置足够的水冷壁，炉膛容积相对地增长得多。因此，当容量增大时，qv呈下降趋势。根据统计数据，qv随锅炉容量的变化关系如图6-13。图中曲容积热负荷与锅炉容量的关系1001101201301401501601700500100015002000锅炉容量容积热负荷kw/m^3褐煤烟煤和无烟煤不结焦烟煤和贫煤图容积热负荷与锅炉容量关系•线１适用于燃用烟煤和无烟煤（有围燃带）的锅炉。曲线２适用于燃用不结渣的烟煤、贫煤。曲线３适用于燃用褐煤的锅炉。•(2)燃料在炉内的停留时间•单纯用qv表示停留时间有不足之处。因为大型锅炉的燃烧器高度达10米以上，燃烧器区域所占容积很大，要保证最上层一次风中煤粉完全燃烧，起决定作用的是上排一次风喷口中心至炉膛出口（大屏下端）的距离，如图6-32。其次是炉膛形状。即与炉膛断面积、燃料量、烟气量有关。燃料在炉内的停留时间可用下述关系表示：•θLL——理论燃烧温度，℃；•对于100MW～300MW的锅炉机组，燃尽时间一般处于1.5～2.8秒之间。煤粉燃尽时间应等于煤粉在炉内的停留时间，因此，燃料在炉内的停留时间越长，燃尽程度越高。对于不同的炉膛形状，当燃用的煤质相近时，在容量相近的条件下，L值可以不同，炉膛断面较大的炉膛，L值较小。•3．炉膛结构结渣性参数•影响结渣的因素也很多，从炉膛结构来考虑，主要是燃烧器区域的温度水平。因此，主要结构因素是qA和qR。这与着火稳定因素相同，用Jz表示：JZ=qA+qR•Jz值对100MW～300MW锅炉机组处于4.5～9的范围内，Jz值越大，由炉膛结构造成的结渣可能性越大。•由此知道，Jz与Jw正好相违背，着火稳定性强的炉膛结构，结渣的可能性也越大。结渣还取决于煤的灰熔点和气流是否直接冲刷炉墙以及是否处于还原性气氛等多种因素。