达冠生物质颗粒燃烧机研究进展

达冠生物质颗粒燃烧机研究进展
    摘要：生物质颗粒燃烧机作为煤粉燃烧技术核心关键设备，主要作用是将燃料与空气合理混合，使燃料稳定着火并形成某种流场以利于后续完全燃烧。实现安全节能环保燃烧，必须根据燃料的特性，选择合理的生物质颗粒燃烧机类型及布置形式。因此，本文介绍了国内外几种典型的旋流生物质颗粒燃烧机的分类及其特点，并总结了旋流生物质颗粒燃烧机的发展趋势。
    1引言
    煤作为我国主要能源，在一次生产中所占比例为75%，其使用效率的提升与对环境污染的降低显得尤为重要。中小型燃煤工业锅炉是我国除电站锅炉外的主要燃煤装备，总量近60万台，占目前在役工业锅炉总数的85010[1-2]，年煤炭消耗量达6.4亿吨‘副。目前我国中小型燃煤工业锅炉普遍存在效率低，污染严重的问题，其治理改造已经迫在眉睫。调查表明，中小型燃煤工业锅炉的实际平均运行效率仅为60%-比国际先进水平低20%-30%。其氮氧化物与烟尘等污染物排放量大，对环境的破坏相当严峻，已成为中国城市大气的主要污染源，目前有两种降低NOx排放的方法：催化剂选择法和在生物质颗粒燃烧机内降低NOx的方法。催化剂选择法设备改造费用极其昂贵，而通过优化生物质颗粒燃烧机结构的方法使燃料分层充分燃烧，不仅费用低，而且还能提高资源利用率。
    生物质颗粒燃烧机作为煤粉燃烧技术核心关键设备，主要作用是将燃料与空气合理混合，使燃料稳定着火并形成某种流场以利于后续完全燃烧。煤粉生物质颗粒燃烧机具有特殊设计的多级多嘴送风导向结构，能在短时间内使煤粉产生高温涡流，具有燃烧充分，热利用率高，消烟除尘、高效节能等优点，可改善工作条件，减轻劳动强度。煤粉生物质颗粒燃烧机的设计参数和结构对燃烧效率、流场特性以及排放特性都有很大影响。
    煤粉生物质颗粒燃烧机按出口气流的特征，可把煤粉生物质颗粒燃烧机分为直流生物质颗粒燃烧机和旋流生物质颗粒燃烧机两大类。要做到组织煤粉气流连续稳定地着火，强烈燃烧和充分燃烬，降低NOx排放，实现安全节能环保燃烧，必须根据燃料的特性，选择合理的生物质颗粒燃烧机类型及布置形式。因此，根据锅炉设计煤种及实际煤质变化情况，选择、调整及改进生物质颗粒燃烧机显得非常重要H1。同时，深入地研究煤粉生物质颗粒燃烧机燃烧原理，开发高效低污染气体排放的新型生物质颗粒燃烧机技术，对节能与环境保护具有重要意义。
    2典型旋流生物质颗粒燃烧机的类型及特点
    旋流式生物质颗粒燃烧机一般殉圆形喷口，可在出口处形成局部煤粉高浓度区，以获得良好燃烧效果，并实现低负荷稳燃和低NOx排放。在旋流发生装置的作用下，煤粉气流或二次风发生旋转，进入炉膛后形成旋转射流。旋转射流的中心区是负压区，在压力的作用下高温烟气回流，形成高温回流区，有利于煤粉的着火陋1。由于旋流燃烧技术在强化燃烧、稳定燃烧以及降低NOx等污染物排放方面具有显著优势，因此，旋流燃烧技术在国外得到了广泛的应用，并已经在我国引进的锅炉上被广泛采用，但由可丑化工装备技术应用与发展于国内外煤种的不同仍然存在燃烧火焰不稳定、煤粉利用率低、炉内结渣、高温腐蚀、有害气体排放等问题有待改进。以下介绍几种国内外典型的旋流煤粉生物质颗粒燃烧机结构。
    2.1双调风旋流煤粉生物质颗粒燃烧机
    双调风旋流生物质颗粒燃烧机的种类较多，但是双调风旋流生物质颗粒燃烧机的基本结构是相同的，双调风旋流生物质颗粒燃烧机的二次风划分为内二次风和外二次风，并且一次风与外二次风均采用直流风，内二次风在旋流叶片作用下产生旋转。图1所示为Babcock双调风旋流生物质颗粒燃烧机，一次风管内的文丘里管可使煤粉气流分布均匀陋1。这种生物质燃烧机燃烧效率高、低负荷运行性能良好，NOx排放少。
    公司设计的DRB型旋流煤粉生物质颗粒燃烧机如图2所示，有的DRB的一次风管为文丘利管，有的一次风管则装有锥形扩散器。目的都是为了使一次风风粉混合物得到良好的分散，以形成一个核心富燃料、四周为富氧的稳定火焰，且在核心下游实现完全混合。双调风生物质颗粒燃烧机主要通过控制煤粉与空气的混合，延迟燃烧过程，降低燃烧强度和火焰最高温度来降低NOx的生成。由于生物质燃烧机的外二次风有一定的厚度和动量，火焰核心的还原性气氛要穿过二次风是不可能的。因此在满足稳定、高效相清洁燃烧的同时，还能有效的防止炉膛的结渣和高温腐蚀口1。
    为了适于燃烧贫煤，北京B&W公司在DRB生物质颗粒燃烧机的基础上开发了增强型双调风生物质颗粒燃烧（EI-DRB，如图3所示），该生物质颗粒燃烧机是为低反应能力的煤或因含水、含灰多而着火困难的煤设计的。其增强着火的原理是减小一次风射流的动量，延长煤粉在着火区的停留时间，在短距离内煤粉加热到着火温度；同时，通过加大二次风动量和提高旋流强度来增加高温烟气的回以改善煤粉的着火性能。
    2.2 DS型旋流生物质颗粒燃烧机
    DS型旋流生物质颗粒燃烧机是德国Babcock公司90年代开发的一种新型低NOx双调风生物质颗粒燃烧机，DS生物质燃烧机剖面图如图4所示。它既可用于优质烟煤，也可用于劣质烟煤和贫煤，其结构特点如下啤1。
    2.2.1中心风管直径较大增加了一次风与回流烟气的接触周界；
    2.2.2中心风管端部（出口）采取平直结构，一次风管端部加装扩锥，内、外二次风端部也为外扩形，可推迟与一次风的过早混合；
    2.2.3一次风通道内加装旋流叶片，消除煤粉气流经过弯头后产生的煤粉周向不均；
    2.2.4在一次风管内壁加装齿环形稳燃器。
    2.3旋风分离式旋流生物质颗粒燃烧机
    美国FW公司在W型火焰锅炉上采用旋风分离式旋流生物质颗粒燃烧机实现浓淡燃烧。煤粉空气混合物经过分配器后分为两路，各进入一个旋风子。来自磨煤机的一次风粉流进入旋风分离器后形成高浓度的风粉流和低浓度的风粉流，高浓度风粉流喷嘴呈旋涡状低速向下喷进炉膛着火燃烧，从旋风子上部引出的低浓度流由空气喷嘴喷入炉膛燃烧。低浓度风粉流靠高浓度火焰点燃并维持燃烧，而下部火焰又有助于形成W型火焰，防止高浓度火焰熄灭。对燃用无烟煤的W型炉膛，须采用高浓度煤粉以加强燃烧。
    运行经验表明，当煤中的挥发比例小于11%N14%时，应使一次风中的煤粉浓缩，使进入主生物质颗粒燃烧机的一次风中的煤粉浓度增加，并降低一次风速，以保证煤粉气流稳定着火；当挥发比例大于12 %—14%时，就不需要使一次风浓缩，可不从旋风子上部抽出风量。挥发比例越低，从旋风子上部抽出的风量越大。当燃用挥发比例低于4%的燃料时，只需投入少量的助燃油(占锅炉总热量的7%)可保证稳定燃烧。
    2.4釉向叶片式旋流燃烧技术
    西安交通大学徐通模等人提出了一种轴向叶片式旋流煤粉生物质颗粒燃烧机p1（见图5），采用轴向叶片使二次风旋转，一次风可不旋转，有的在出口处装有扩锥；有些改进型设计还具有燃烧劣质煤和低负荷稳燃的能力。其特点是：①在蜗壳式生物质颗粒燃烧机的一次风管内壁加装多头螺旋均流条，对一次风进行整流，优化生物质颗粒燃烧机出口的气流速度和煤粉浓度分布；②二次风采用径向进风的大风箱，在二次风的环行通道中加装轴向叶片，调节旋流强度，其调节机构设在管外，以防止因受热膨胀而难以调节的问题。工业试验及应用表明，这种生物质颗粒燃烧机解决了低负荷或煤质较差工况下燃烧不稳的问题，使锅炉具备了在50%ECR下断油调峰的能力。
    2.5径向浓淡旋流生物质颗粒燃烧机
    近几年来，我国对径向浓淡旋流生物质颗粒燃烧机进行了很多研究报道[10-12]，径向浓淡旋流煤粉燃烧的结构简图如图6所示。新型生物质颗粒燃烧机在一次风道中加入百叶窗煤粉浓缩器，从而一次风分为浓淡两股，靠近中心的一股为含粉较多的浓煤分气流，它经过浓一次风道喷入炉膛，同时二次风分为两部分，一部分二次风通过旋流器以旋流的形式进入炉内，另一部分以直流的形
式喷入炉内[13]。墓于以上创新结构，径向浓旋流煤粉生物质颗粒燃烧机具有以下鲜明的特剧141。化工装备技术应用与发展直流二次风道
    图6径向浓淡旋流煤粉生物质颗粒燃烧机结构示意图
    2.5.1在稳燃性方面，径向浓淡旋流煤粉生物质燃烧机基于煤粉火焰稳定燃烧的原则，采用的方法是：采用直流形式将浓煤粉气流喷人中心回流区四周，从而形成高温、有足够的氧、高煤粉浓度区域，以便于煤粉的温度与浓度分布相匹配，最终保证火焰稳定；
    2.5.2在燃烧效率方面，基于随燃烧过程及时供风的原则，径向浓淡煤粉燃烧的浓煤粉着火后，紧接着，淡一次风及时混入，从而保证了径向浓淡煤粉燃烧具有较高的燃烧效率；
    2.5.3在NOx排放方面，在径向旋流煤粉生物质燃烧机的燃烧过程中，含较多煤粉的浓煤粉气流先于淡煤粉气流着火燃烧，尔后依次是旋流二次风、直流二次风混入燃烧，从而构成分层次多级燃烧过程，最终达到降低NOx排放的目的。
  3发展趋势
  总结以上各国研发的典型旋流生物质颗粒燃烧机的状况，可得出它们大都具有以下几个相似的发展趋势。
    3.1高效燃烧、低氮燃烧、低尘燃烧是改进目标；
    3.2双调风是新型旋流生物质颗粒燃烧机的发展趋势；
    3.3叶片轴向可调式旋流生物质颗粒燃烧机的结构紧凑，风量均匀，应用更为广眨；
    3.4基本上都使用中心管、扩口、稳燃环共的机理和规律上有待进一步研究。
    4总结
    煤粉生物质颗粒燃烧机按出口气流的特征，可把煤粉生物质颗粒燃烧机分为直流生物质颗粒燃烧机和旋流生物质颗粒燃烧机两大类。要做到组织煤粉气流连续稳定地着火，强烈燃烧和充分燃烬，降低NOx排放，实现安全节能环保燃烧，必须根据燃料的特性，选择合理的生物质颗粒燃烧机类型及布置形式，因此，本文对简要介绍了国内外应用较为广泛的旋流生物质颗粒燃烧机的类型及特点，并根据这些旋流生物质颗粒燃烧机的特点，总结了典型旋流生物质颗粒燃烧机的发展趋势。