產(chǎn)品詳情
生物質(zhì)燃燒機在電站鍋爐中的應用
摘要：分析燃燒器穩(wěn)定著火機理，介紹生物質(zhì)燃燒機的設計思想，首次提出這種燃燒裝置小油槍容量的設計方法，計算生物質(zhì)燃燒機的節(jié)油率與現(xiàn)場實測值吻合良好。推薦該方法用于生物質(zhì)燃燒機小油槍容量的設計計算。理論分析和現(xiàn)場應用表明，運行的生物質(zhì)燃燒機撇油時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及低負荷穩(wěn)燃總是要消耗大量燃油，燃油的價格比煤粉高得多，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)濟效益的一個亙要手段。生物質(zhì)燃燒機是一種高效的穩(wěn)燃裝置，實際應節(jié)油效果顯著，但到目前為止，對小油槍煤粉燃燒器的設計還沒有一種公認的方法，特別是對于該燃燒裝置中的關鍵設備小油槍容量基本上是通過試驗來確定的。因此，提出一種實用可靠的小油槍容量計算方法，對進一步推動該技術在電站鍋爐上的應用
是非常重要的。
1 燃燒器的著火穩(wěn)定性
煤粉達到著火溫度，煤粉氣流就會發(fā)生著火。對應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)
式中野一高溫煙氣的溫度，℃；
mj一一次煤粉射流對高溫煙氣的卷吸
量，kg/kg
從式(1)可以看出，當煤種、煤粉濃度及一次風速（一次風量）不變時，煤粉氣流所需的著火熱不變。當鍋爐的燃料供應變差或鍋爐在低負荷運行時，爐塍的溫度水平會隨之降低，這種情況下要保證一次風射流著火，即爐膛提供給一次風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高溫煙氣的卷吸量來實現(xiàn)，即煤粉氣流的著火點向下游移動。煤粉氣流的著火點在一定的范圍內(nèi)移動對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以上的負荷自穩(wěn)定范圍，但當鍋爐負荷降低到70% MCR以下運行時，煤粉氣流著火點的推遲影響到煤粉的燃燼，進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的不斷推后形成惡性循環(huán)，這時就會造成燃燒不穩(wěn)甚至發(fā)生滅火。
2生物質(zhì)燃燒機的設計思想
電站鍋爐的點火及穩(wěn)燃油槍常常是布置在．二次風噴嘴中，這樣布置有許多優(yōu)點，但它的熱功率一般比較大。冷爐啟動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時間延長，耗油每次常達200—300 t。如果鍋爐參與調(diào)峰，每臺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)濟效益。
將油槍布置在二次風噴嘴中的這種燃燒裝置（大油槍），在鍋爐點火或穩(wěn)燃階段，首先由大油槍提高爐膛高溫煙氣溫度，高溫煙氣再通過對流將熱量傳遞給一次風射流，對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～次風煤粉射流的對流換熱，所以大油槍點火穩(wěn)燃的效率不高。
將油槍布置在一次風的噴嘴中，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階段或穩(wěn)燃階段用小油槍火炬點燃一次煤粉射流燃燒。由于油火焰燃燒穩(wěn)定，小油槍熱負荷的設計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。
3小油槍容量的計算方法【1—2]
以貧煤為例，燃燒1 kg煤粉的理論空氣量用下式表示：對應的一次風射流的空氣質(zhì)量用下式計算：
ma=0.2x1.15x1.293 Vo-0.297 4 Vo kg/kg (4)
設煤粉濃度為0,5 kg/kg(Coal/Ajr)，煤粉的著火溫度取750℃，一次風粉混合溫度冷爐點火時取50℃，穩(wěn)定燃燒時取260℃，空氣的比熱取1.028kj/( kg．℃)，煤粉的比熱取1.09 kj/(kg．oC)，則lkg煤粉對應的一次風粉？昆合物所需的著火熱：冷爐點火時為Q．，穩(wěn)定燃燒時為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)，設小油槍的容量滿足一次風射流的著火熱時，則小油槍的容量冷爐點火時為4，，穩(wěn)定燃燒時為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)燃燒機的應用【刪
運用上述設計方法，對50 MW、125 MW、200W及300' MW等4種電站鍋爐分別對照小油槍煤粉燃燒器的典型應用實績進行了小油槍容量設計計算，計算結果如表1。
小油槍容量在設計選取時應留有一定的安全系數(shù)(1.5~2．O)，尤其在鍋爐點火初期，爐膛的水冷效應比較大，小油槍要在計算容量的2倍左右運行，小油槍投入運行以后，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了油火焰的穩(wěn)定。生物質(zhì)燃燒機點火階段的計算節(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，該設計方法對小油槍煤粉燃燒器的計算節(jié)油率與應用實測值吻合良妤，說明該方法計算正確可靠，生物質(zhì)燃燒機的計算點火節(jié)油率大于72U/o，計算穩(wěn)燃節(jié)油率大于81%。
Vo-0.238Q+2 500
— 900 一 m3／蠔 (3) 5生物質(zhì)燃燒機的安全運行
式中Qdrn一煤粉的低位發(fā)熱量，kj/kg。
一次風率取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或者鍋爐低負荷穩(wěn)燃時才投用的，生物質(zhì)燃燒機帶油運行時的燃油熱負荷僅占煤粉噴嘴熱負荷的6%~13%，不會引起燃燒
注：該小油槍容量選擇偏大，此列值僅供參考。器燒壞或結渣。從表1第4列可以看出，即使小油槍容量熱值達到噴燃器總熱值的37%，小油槍煤粉燒器仍能安全運行。
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)實際情況可選擇鈍體或旋流體，生物質(zhì)燃燒機的穩(wěn)焰體比較小，燃燒煙煤時穩(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荷大小等因素確定。采用一次風射流出口速度不變的設計方法，對原有燃燒器的改造其附加阻力不會超過250 Pa，這相對于送引風機的壓力儲備是安全的。
小油槍煤粉燃燒裝置采用了內(nèi)置式穩(wěn)燃體，使整個燃燒器的火焰穩(wěn)定性明顯增強。以貧煤為例，使用該燃燒器鍋爐的不投油穩(wěn)燃負荷可以提高到60% MCR，在鍋爐的40%～60% MCR負荷階段投用小油槍可以隨意調(diào)峰，機組運行安全穩(wěn)定。
小油槍停用以后，用蒸汽或空氣吹掃，使用推進裝置自動推出小油槍，從而避免了小油槍中的油炭化及堵塞，這時生物質(zhì)燃燒機就是常規(guī)煤粉燃燒器。迄今為止，生物質(zhì)燃燒機已成功應用于全國100多臺電站鍋爐(150—1 050 t/h)的直流煤粉燃燒器技術改造。理論分析和應用表明，小油槍煤粉燃燒器具有低負荷穩(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，是目前穩(wěn)燃負荷在750/0左右又需要調(diào)峰的電站鍋爐煤粉燃燒器技術改造的理想選擇，值得大力推廣。
6結論、
6.1 首次提出了生物質(zhì)燃燒機的小油槍容量設計方法，生物質(zhì)燃燒機的計算節(jié)油率與現(xiàn)場實測值吻合良好。
6.2生物質(zhì)燃燒機的冷爐點火訃算節(jié)油率大于720/0，穩(wěn)燃階段的計算節(jié)油率大于81u/o。
6.3運行時無燃油燃燒的生物質(zhì)燃燒機就是安全穩(wěn)定的常規(guī)煤粉燃燒器。
摘要：分析燃燒器穩(wěn)定著火機理，介紹生物質(zhì)燃燒機的設計思想，首次提出這種燃燒裝置小油槍容量的設計方法，計算生物質(zhì)燃燒機的節(jié)油率與現(xiàn)場實測值吻合良好。推薦該方法用于生物質(zhì)燃燒機小油槍容量的設計計算。理論分析和現(xiàn)場應用表明，運行的生物質(zhì)燃燒機撇油時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及低負荷穩(wěn)燃總是要消耗大量燃油，燃油的價格比煤粉高得多，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)濟效益的一個亙要手段。生物質(zhì)燃燒機是一種高效的穩(wěn)燃裝置，實際應節(jié)油效果顯著，但到目前為止，對小油槍煤粉燃燒器的設計還沒有一種公認的方法，特別是對于該燃燒裝置中的關鍵設備小油槍容量基本上是通過試驗來確定的。因此，提出一種實用可靠的小油槍容量計算方法，對進一步推動該技術在電站鍋爐上的應用
是非常重要的。
1 燃燒器的著火穩(wěn)定性
煤粉達到著火溫度，煤粉氣流就會發(fā)生著火。對應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)
式中野一高溫煙氣的溫度，℃；
mj一一次煤粉射流對高溫煙氣的卷吸
量，kg/kg
從式(1)可以看出，當煤種、煤粉濃度及一次風速（一次風量）不變時，煤粉氣流所需的著火熱不變。當鍋爐的燃料供應變差或鍋爐在低負荷運行時，爐塍的溫度水平會隨之降低，這種情況下要保證一次風射流著火，即爐膛提供給一次風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高溫煙氣的卷吸量來實現(xiàn)，即煤粉氣流的著火點向下游移動。煤粉氣流的著火點在一定的范圍內(nèi)移動對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以上的負荷自穩(wěn)定范圍，但當鍋爐負荷降低到70% MCR以下運行時，煤粉氣流著火點的推遲影響到煤粉的燃燼，進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的不斷推后形成惡性循環(huán)，這時就會造成燃燒不穩(wěn)甚至發(fā)生滅火。
2生物質(zhì)燃燒機的設計思想
電站鍋爐的點火及穩(wěn)燃油槍常常是布置在．二次風噴嘴中，這樣布置有許多優(yōu)點，但它的熱功率一般比較大。冷爐啟動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時間延長，耗油每次常達200—300 t。如果鍋爐參與調(diào)峰，每臺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)濟效益。
將油槍布置在二次風噴嘴中的這種燃燒裝置（大油槍），在鍋爐點火或穩(wěn)燃階段，首先由大油槍提高爐膛高溫煙氣溫度，高溫煙氣再通過對流將熱量傳遞給一次風射流，對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～次風煤粉射流的對流換熱，所以大油槍點火穩(wěn)燃的效率不高。
將油槍布置在一次風的噴嘴中，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階段或穩(wěn)燃階段用小油槍火炬點燃一次煤粉射流燃燒。由于油火焰燃燒穩(wěn)定，小油槍熱負荷的設計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。
3小油槍容量的計算方法【1—2]
以貧煤為例，燃燒1 kg煤粉的理論空氣量用下式表示：對應的一次風射流的空氣質(zhì)量用下式計算：
ma=0.2x1.15x1.293 Vo-0.297 4 Vo kg/kg (4)
設煤粉濃度為0,5 kg/kg(Coal/Ajr)，煤粉的著火溫度取750℃，一次風粉混合溫度冷爐點火時取50℃，穩(wěn)定燃燒時取260℃，空氣的比熱取1.028kj/( kg．℃)，煤粉的比熱取1.09 kj/(kg．oC)，則lkg煤粉對應的一次風粉？昆合物所需的著火熱：冷爐點火時為Q．，穩(wěn)定燃燒時為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)，設小油槍的容量滿足一次風射流的著火熱時，則小油槍的容量冷爐點火時為4，，穩(wěn)定燃燒時為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)燃燒機的應用【刪
運用上述設計方法，對50 MW、125 MW、200W及300' MW等4種電站鍋爐分別對照小油槍煤粉燃燒器的典型應用實績進行了小油槍容量設計計算，計算結果如表1。
小油槍容量在設計選取時應留有一定的安全系數(shù)(1.5~2．O)，尤其在鍋爐點火初期，爐膛的水冷效應比較大，小油槍要在計算容量的2倍左右運行，小油槍投入運行以后，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了油火焰的穩(wěn)定。生物質(zhì)燃燒機點火階段的計算節(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，該設計方法對小油槍煤粉燃燒器的計算節(jié)油率與應用實測值吻合良妤，說明該方法計算正確可靠，生物質(zhì)燃燒機的計算點火節(jié)油率大于72U/o，計算穩(wěn)燃節(jié)油率大于81%。
Vo-0.238Q+2 500
— 900 一 m3／蠔 (3) 5生物質(zhì)燃燒機的安全運行
式中Qdrn一煤粉的低位發(fā)熱量，kj/kg。
一次風率取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或者鍋爐低負荷穩(wěn)燃時才投用的，生物質(zhì)燃燒機帶油運行時的燃油熱負荷僅占煤粉噴嘴熱負荷的6%~13%，不會引起燃燒
注：該小油槍容量選擇偏大，此列值僅供參考。器燒壞或結渣。從表1第4列可以看出，即使小油槍容量熱值達到噴燃器總熱值的37%，小油槍煤粉燒器仍能安全運行。
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)實際情況可選擇鈍體或旋流體，生物質(zhì)燃燒機的穩(wěn)焰體比較小，燃燒煙煤時穩(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荷大小等因素確定。采用一次風射流出口速度不變的設計方法，對原有燃燒器的改造其附加阻力不會超過250 Pa，這相對于送引風機的壓力儲備是安全的。
小油槍煤粉燃燒裝置采用了內(nèi)置式穩(wěn)燃體，使整個燃燒器的火焰穩(wěn)定性明顯增強。以貧煤為例，使用該燃燒器鍋爐的不投油穩(wěn)燃負荷可以提高到60% MCR，在鍋爐的40%～60% MCR負荷階段投用小油槍可以隨意調(diào)峰，機組運行安全穩(wěn)定。
小油槍停用以后，用蒸汽或空氣吹掃，使用推進裝置自動推出小油槍，從而避免了小油槍中的油炭化及堵塞，這時生物質(zhì)燃燒機就是常規(guī)煤粉燃燒器。迄今為止，生物質(zhì)燃燒機已成功應用于全國100多臺電站鍋爐(150—1 050 t/h)的直流煤粉燃燒器技術改造。理論分析和應用表明，小油槍煤粉燃燒器具有低負荷穩(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，是目前穩(wěn)燃負荷在750/0左右又需要調(diào)峰的電站鍋爐煤粉燃燒器技術改造的理想選擇，值得大力推廣。
6結論、
6.1 首次提出了生物質(zhì)燃燒機的小油槍容量設計方法，生物質(zhì)燃燒機的計算節(jié)油率與現(xiàn)場實測值吻合良好。
6.2生物質(zhì)燃燒機的冷爐點火訃算節(jié)油率大于720/0，穩(wěn)燃階段的計算節(jié)油率大于81u/o。
6.3運行時無燃油燃燒的生物質(zhì)燃燒機就是安全穩(wěn)定的常規(guī)煤粉燃燒器。
