13、锅炉高效低污染燃烧技术

1西安交通大学科技项目选编目录1、锅炉高效低污染燃烧技术.........................................................................................................................22、拟先进燃烧理论研究.................................................................................................................................83、液幕床湿法烟气脱硫技术.......................................................................................................................104、锅炉水动力学及传热特性研究...............................................................................................................115、锅炉材料及长期服役安全性能保障关键技术.......................................................................................126、饱和蒸汽汽轮机设计的关键技术...........................................................................................................157、蒸汽发生器水力特性及其传热强化.......................................................................................................16联系人：林艺、殷秋萍联系电话：[phone]电子邮箱：[e-mail]、[e-mail]21、锅炉高效低污染燃烧技术成果简介：1、一次风折边型夹心风燃烧器设计技术西安交大负责承担的国家科技攻关项目“夹心风燃烧器的研制”，实现了以下创新：（1）充分发挥向火侧一次风的着火优势，形成稳定着火源的煤粉着火稳定性；（2）提出强湍动、迎向炉内上游高温气流的折边型一次风喷口新结构及空气动力参数；（3）发明了着火稳定性好、适应于不同煤种的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型一次风折边型夹心风燃烧器。该成果在江西、广西、河南、四川、陕西等电厂50MW-100MW机组的锅炉上得到了成功的应用，在燃烧劣质烟煤、贫煤和无烟煤时锅炉燃烧稳定，炉膛温度显著提高，锅炉燃烧效率约提高3%～4%，锅炉负荷率、可调率明显提高，取得了显著经济效益和社会效益。该研究成果获国家“六·五”科技攻关成果奖，1987年获国家发明三等奖，1988年被国家教委列为“六·五”以来经济效益超过1000万元的九个项目之一，并获国家发明专利。2、可调水平浓、淡燃烧技术为解决我国低质煤稳定着火、燃烧和低负荷调峰能力及降低烟气中NOx，1987年西安交大提出变异煤粉浓度燃烧器的构思并开始研究。该技术主要是针对四角布置直流式燃烧器，提出了一种新型燃烧器结构，使得一次风气流在水平方向上向火侧和背火侧分别为浓、淡燃烧；研发出一种简单低阻的煤粉浓缩器，实现了向火侧高煤粉浓度、高温和高湍动度的稳定着火，解决了低质煤稳定燃烧的问题，并具有较好的低负荷稳定燃烧性能和降低NOx的作用。在背火侧实现低煤粉浓度、低温燃烧，这可防止煤粉气流刷墙结焦的问题。在此基础上，又进一步开发了可调水平浓淡煤粉浓度的调峰型燃烧器，实现机组负荷变化情况下，向火侧和背火侧煤粉浓度比例的灵活调节，使锅炉保持在最佳煤粉浓度比例的状态下运行，从而提高锅炉运行的经济性和安全性。3、WR宽调节比燃烧器设计技术WR宽调节比燃烧器是用于大容量电站锅炉实现浓淡燃烧、调节锅炉负荷、降低烟气中NOx的一种新型煤粉燃烧器，适用于四角布置直流式煤粉燃烧器组织上下浓淡燃烧。西安交大和上海锅炉厂有限公司已经在该领域展开合作，针对引进型宽调节比燃烧器的结构，对关键技术进行消化、吸收和提高，使该燃烧器达到国内自主设计和生产的能力。经大量的热态试验研究，已在300MW机组锅炉的设计、生产、运行中得到了应用，并取得以下成果：（1）得到宽调节比燃烧器燃烧晋东南无烟煤和陕西贫煤时一次风平均煤粉浓度和浓、淡侧煤粉浓度比例的最佳值，提出了组织煤粉燃烧时存在最佳煤粉浓度的理论，开发了该燃烧器组织浓淡燃烧的技术关键；（2）得到该燃烧器组织炉内燃烧时沿炉膛高度和宽度的温度分布和热负荷分布的规律，为工程技术提供科煤粉、空气混合物调节风调节器调节器浓缩器向火侧（浓）背火侧（淡）变异煤粉浓度水平浓淡燃烧方式炉膛内流场示踪图3学依据；（3）得出了该燃烧器组织炉内燃烧时碳粒沿炉高的燃烧过程和变化规律，为锅炉整体布置设计提供了依据。4、轴向叶片旋流式煤粉燃烧器多年来，我国电站锅炉的燃烧设备主要以直流式四角切圆燃烧器为主，作为锅炉的另一种燃烧设备——旋流燃烧器在我国发展相对较慢。六、七十年代我国投运的200MW以上机组的旋流燃烧器煤粉炉大多数是从原苏联引进的。这些引进机组中锅炉的燃烧器结构主要为双蜗壳旋流燃烧器和切向叶片旋流燃烧器，它们的主要特点是结构简单，制造、运行方便，炉膛出口气流偏差小，在煤质稳定、锅炉负荷不变的情况下基本能维持运行，但这种燃烧器存在以下几个缺点：（1）旋流强度不能调节或调节范围很小，对锅炉负荷变化适应性差；（2）燃烧器出口煤粉分配极不均匀（一般煤粉浓度分布的不均匀性系数达0.45～0.49），引起锅炉燃烧不稳定；（3）煤种适应性差，阻力大。所以在煤种和锅炉负荷稍有变化时就要投油助燃，运行经济性很差，更不能满足用电峰谷差变化时的低负荷运行。（4）该燃烧器的二次风采用径向进风的大风箱，在二次风箱出口的二次风管与一次风管的夹层通道内加装轴向叶片，轴向叶片的调节机构在二次风管外，避免了二次风叶片调节机构受热膨胀卡死的问题，从根本上解决了旋流燃烧器的调节问题。因此，可根据燃料的特性在0℃～90℃的范围内灵活调节轴向叶片的开度，使之产生不同的旋流强度和中心回流区，扩大煤种适应性和提高锅炉低负荷运行的调节能力。经大量的试验研究和工业性试验得到了设计该燃烧器完整的结构参数和空气动力参数，并在200MW机组锅炉上得到了推广应用。该成果1994年在清河电厂200MW机组的锅炉上得到应用，燃烧铁法劣质烟煤时机组负荷在60％时不需投油助燃，仍能稳定燃烧，年节约助燃油12000多吨，年直接经济效益1080多万元，并大大减少了机组事故，提高了机组运行的经济性和安全性。1994年该燃烧器又先后成功地应用在山西漳泽电厂四台200MW机组锅炉上，燃烧山西漳泽贫煤时，锅炉在50％负荷下运行不需投油助燃能稳定运行。1996年获山西省电力工业局科技成果二等奖.5、煤粉浓淡燃烧和低NOX旋流燃烧技术在用轴向叶片旋流式煤粉燃烧器解决了辽宁清河发电厂和山西漳泽发电厂引进前苏联的200MW机组的燃烧稳定性等问题的同时，西安交大开发的旋流燃烧器技术进行了深入的研究，得到了空气分级周向煤粉浓淡燃烧的低NOX燃烧器的空气动力参数和结构参数等重要设计数据，并在江苏利港电厂、宁夏石嘴山电厂得到了应用。通过试验研究总结提出了一种新型径向浓淡式旋流燃烧器，并获得了发明专利（ZL031343171）。在西安交大1MW的热态试验炉上组织了热态试验研究，得到了组织高效低NOX燃烧的重要科学数据和设计参数。这些新型旋流轴向叶片旋流式煤粉燃烧器结构图和在200MW锅炉炉膛实测流场图4燃烧器技术的开发，对我国大容量高参数机组锅炉技术的进步和发展将起到积极的推动作用。6、W形火焰锅炉的设计技术研究W形火焰锅炉是国内引进美国福斯特惠勒公司的技术，其特点是煤粉空气混合物经旋风分离式燃烧器或惯性分离式燃烧器浓缩后从拱顶喷入炉内，分级二次风从两侧墙送入。由于浓煤粉气流从拱顶喷入炉内后向下运动，所以其浓度可以较常规燃烧器高得多，这对组织无烟煤的着火和燃烧是很有利的。但若组织不好则易出现气流短路，引起超温和结焦。为了能更好地掌握W形火焰锅炉的设计、运行参数，优化设计，西安交大组织了炉内冷态模化试验、旋风分离式煤粉燃烧器的气固两相流试验，得出了一套可供工业设计运行的结构参数和空气动力参数。并率先提出了组织γ形燃烧火焰的构思，经实验得到了实现γ形燃烧火焰工况的空气动力参数和结构参数。目前正在开发拱上分级送风技术，以求降低NOX的排放。7、大容量锅炉炉膛出口气流偏差的原因分析及对策近年来，我国的电力工业以前所未有的发展速度增长，大量的大容量火电机组投入运行。但大容量机组投运以来出现的突出问题是锅炉炉膛结渣，出口水平烟道左右两侧烟温差及流速偏差大，过热器和再热器局部超温爆管等更为突出。本研究对大容量锅炉炉膛出口气流偏差的原因进行了详细的理论分析和实验研究，找到了炉膛出口残余旋转的动力源，提出了削弱该动力源的措施，建立了炉膛出口残余旋转强度的基本关联式及消旋数值计算软件。在研究基础上，在国内首次提出用反切与正切射流的旋转动量流率矩之比XJ这个无量纲准则数来作为炉内燃烧空气动力工况的基本判据，即用反切动量流率来消除炉膛出口的残余旋转，减小炉膛出口烟温和汽温偏差。该成果1999年通过国家机械工业局组织的技术鉴定：专家认为用反正切动量流率矩之比的无量纲准则数控制偏差，在国内外均属首次，达到国际先进水平。5J=2468101214161820222426K=2468101214161820222426283032343638404244464850525456586062646668回流区J=2468101214161820222426K=24681012141618202224262830323436384042444648505254565860626466688、600MW褐煤锅炉炉内空气动力工况及燃烧器的研究为了开发国产大容量锅炉技术，上世纪80年代初，国内引进了有十字风和周界风燃烧褐煤的600MW锅炉技术，并组织对引进技术的消化、吸收和提高的技术研究工作，通过组织炉内冷态实验和燃烧器模化实验，掌握了该锅炉和燃烧器的关键技术，为国产化设计提供了可靠的科学数据。该研究成果1978年获全国科技大会奖。9、循环流化床型高温热风炉系统热风炉广泛用于农产品、食品、医药药品、化工原料、轻重工业产品的加热除湿，还可用于各种设施的加热以及库房除湿等。现有燃煤热风炉大都采用水平往复炉和链条炉，存在诸如热效率低、使用寿命短、体积庞大等缺点；产生的热风温度一般在300℃左右，燃烧效率不到50％；燃用煤种单一，主要以优质煤为热源，煤种适应差；使用寿命短，一般不到3年；维护和运行费用昂贵；污染严重，脱硫效率低，氮氧化物排放高达600～1000mg/Nm3；运行不稳定，负荷调节范围小，负荷不能太低等。而循环流化床锅炉燃料适应性广，可以燃用优质煤，也可以燃用各种劣质燃料，如高灰煤、高硫煤、泥煤等；染排放物低，脱硫效率高达90％以上，氮氧化物排放只有50～150ppm；炉膛单位截面积的热负荷高，可以到达并超过煤粉炉，因此锅炉所耗金属少，造价便宜；运行维修费用低；负荷调节范围大，负荷调节快，一般负荷在50％情况下仍然可以稳定运行；投资和运行费用适中，和配有脱硫设备的煤粉锅炉相比，可以降低15％～20％。因此采用循环流化床设计一种热风洁净、温度高、设备运行稳定和维护费用低、效率高、使用寿命长及无污染的热风炉，是一项适应工业发展要求的具有重要意义的技术成果。为了弥补现有水平往复炉、链条炉等热风炉燃烧效率低、污染严重的缺点，本发明采用循环流化床技术对热风炉