生物质燃烧机的稳燃及其结构优化分析

生物质燃烧机的稳燃及其结构优化分析
摘要：简要论述了国内常见几种生物质燃烧机的稳燃措施；介绍了ABT公司新近推出的’弓形’低NOx燃烧器；最后，提出了生物质燃烧机结构优化的建议。
 O引  言
    在我国燃煤火电机组中，对于着火和可燃性差的低挥发分煤，习惯上采用四角切圆的燃烧方式。这种燃烧方式容易实现分级燃烧，分级燃烧不仅有利于低挥发分煤的着火和燃烧稳定，而且对降低锅炉的NOx排放也是一个重要措施。但四角切圆燃烧容易造成炉内结渣和炉膛水冷壁管的高温腐蚀；对兀型锅炉来说，炉膛出口的气流残余旋转会造成水平烟道左右两侧严重的烟温和流量偏差，成为过热器和再热器可靠运行的障碍。一般来说锅炉容量越大，烟气侧偏差也越严重。
    相比之下，当锅炉采用墙式（对冲）布置的旋流燃烧器时，在炉内结渣和烟温偏差方面比四角切圆燃烧锅炉具有明显的优趑性，600MW机组炉膛出口烟温偏差一般不会超过50～800C,经过调试还可降低到20℃以内。当炉膛出口烟温偏差较小时过热器和再热器系统的设计可以大大简化。所以，欧美等国的大型机组，除塔式锅炉不存在高温水平烟道外，绝大多数采用墙式布置的旋流燃烧器。我国进口的30QVIW和600MWII型锅炉，许多也都采用墙式旋流燃烧方式。
    生物质燃烧机一般认为适合于挥发分Vad《25%，发热量Q ar net< 17～19 M J敝g的中等以上质量烟煤的燃烧，当燃用低挥发分煤时需特别注意其稳燃问题。近一二十年来，国内对旋流燃烧器的稳燃和降低NOX排放等问题进行大量研究工作，但稳燃作为低挥发分煤墙式生物质燃烧机可靠运行的首要问题，至今仍未很好解决。本文在论述现有典型生物质燃烧机稳燃措施及流场的基础上，对生物质燃烧机的结构优化作了近一步的分析。
1典型生物质燃烧机及其稳燃措施
    生物质燃烧机经过漫长的发展，有很多种结构形式，其共性和个性归纳如下：
    ( 1)-次风分为多流道以实现分级燃烧。分级燃烧不仅有利于降低NOx的排放，对品质较差和低挥发分燃料也是着火和稳燃不可缺少的措施。一般为双流道（也称双调风燃烧器），若锅炉单独设有燃尽风(OFA)喷嘴，二次风可以认为是三流道，此外，还有四流道（主燃烧器二次风为三流道）的设计。
    多数双调风燃烧器的内外二次风均为旋流，通道内装有可调轴向旋流叶片，以适当调节旋流强度和配风比；棂据煤种和不同要求，也有内二次风为旋流、外二次风为直流的结构，国外还有内二次风直流、外二次风旋流的设计。
    (2)输送煤粉的一次风有直流和旋流两种形式。风粉气流在进入燃烧器本体前一般都要经过一个90 0弯头，因而在燃烧器一次风通道内会产生周向的煤粉不均。为消除这种周向不均，有采取一次风旋流的；有采取挡板或均流柱或收缩一扩散等不同措施，但一次风为直流。此外，还有一次风通道中加装煤粉浓缩装置的。
    (3)在燃烧器气流最内层有设中心风管或不设中心风管两种结构。对于带中心风管的结构，中心风管内设置点火油枪。中心风可作为燃油风（锅炉点火时）、燃烧器冷却风或辅助调节风。中心风管的设置有利于中心回流区的生成，并增加风粉气流与高温烟气的接触加热周界，有利于煤粉的着火和燃烧稳定。
    几种典型生物质燃烧机的稳燃措施：
    DS燃烧器既可用于优质烟煤，也可用于劣质烟煤和贫煤，其结构特点和稳燃措施为：
    (1)采用直径较大的中心风管以增加一次风与回流烟气的接触周界。    
(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，外扩形二次风喷口可推迟与一次风的过早混舍。
    ( 3)-次风通道内加装旋流叶片，采用旋流方式消除煤粉气流经过弯头后产生的煤粉周向不均。
    (4)在一次风管内壁加装齿环形稳燃器。
1 2 B&W公司的DRB型燃烧器
    B&W公司70年代推出的二次风双流道均为旋流的燃烧器，常称双调节（或双调风）燃烧器（D ualRegis ter Bu mer简称DRB），经过几十年的发展有多种变形产品，在我国进口锅炉和北京巴威公司生产的锅炉中运用较多。
    B&W燃烧器在一次风管内不设中心风管，一次风为直流。在燃烧器前一次风管弯头处安装一块偏流板，以改善风粉混合物过大的上下偏差，在一次风管内部设有扩流锥，以消除周向的煤粉不均，但这种结构又在一次风管内形成外浓内淡的风粉分布。故在一次风管出口内壁加装类似于DS稳燃器的方齿稳燃环，以改善一次风出口的煤粉分布，并适当阻挡煤粉过快的向外扩散。
1 3径向浓淡生物质燃烧机
    近年来我国对以煤粉气流的浓淡分离作为煤粉稳燃和降低NOx排放的措施进行了广泛的研究工作。对生物质燃烧机采用径向煤粉浓淡分离已有广泛报道。径向煤粉浓淡分离原理和旋流燃烧器的基本结构大体类同，有以下几个特点：
    (1)燃烧器设有中心风管，中心风管端部（出口）带有扩锥。
    ( 2)-次风管和申心风管之间的环状通道为一次风粉流道。其中设有煤粉的浓淡分离器，将煤粉气流分离成浓淡两股，靠近中心风管一股为浓煤粉气流（煤粉颗粒也较粗）；另一股淡煤粉气流（煤粉颗粒较细），包裹在浓煤粉气流之外进入炉内。其设计意图是使浓和粗的煤粉迅速进入或接近中心回流区，尽快接受高温烟气的加热，以利于煤粉稳燃和完全燃烧。
    ( 3)-次风分内外两个流道，内二次风为旋转气流，外二次风为直流。第1期顾玮伦，等：生物质燃烧机的稳燃及其结构优化分析
2新型生物质燃烧机稳燃技术
2 1 ABT公司低NOx燃烧器
    美国ABT (A dvanced Bumer Technologies)公司在2004中国国际脱硫脱硝技术及设备展览研讨会（北京，2004年1 1月9日- 11日）上展示了一种新型低NOx生物质燃烧机。该燃烧器的剖面图如图10据ABT公司介绍，这种燃烧器火焰可调且稳定性高，而且还具有同时降低NOx排放和飞灰残碳损失(UBC)以及减轻炉内结渣和水冷壁高温腐蚀等优点。其结构特点如下：
    ( 1)-次风通道中除弯头内设一块均流板外，没有任何阻挡煤粉气流的其他部件，也不设中心风管，是一种开放式的一次风粉气流通道。
    ( 2)-次风管出口采用一个核心部件，ABT公司称之为弓形喷嘴(Segn en tedrlOZZb)o这个喷嘴可在一次风出口对煤粉浓度进行重新分配，使出口截面煤粉浓度均匀，有利于同时降低NOx和UBC;每个拱门上设置相应的稳燃叶片以便在其背面形成回流区。这个喷嘴还可产生湍流强烈的火焰，ABT公司认为低负荷稳燃性能良好。
    (3)内外二次风均为旋流，旋流叶片采用轴向可移动的挡板用人I调节。
    这种燃烧器可与燃尽风(OFA)喷嘴联合使用，也可单独使用，取决于对NOx排放的要求。
    ABT公司的燃烧器不设中心风管，稳燃叶片背流面形成的回流区是处于一次风粉气流与二次风之间的空间与DS型燃烧器齿环稳燃器所产生的回流区相似，对于低挥发分煤的适应性如何，有待考验。
3生物质燃烧机结构优化
    根据我国电厂目前燃料供应现状，燃烧器应有较广的燃料适应性，既能烧质量较好的烟煤，也能烧质量较差的煤，如劣质烟煤和低挥发分煤（贫煤，甚至无烟煤）。燃烧器还能满足低负荷时燃烧的稳定性。
    燃烧器的设计在注意降低NOx排放和UBC损失的同时，不会造成炉膛和燃烧器的结渣以及水冷壁的高温腐蚀。
    锅炉燃烧问题是一个系统工程与很多因素有关，就燃烧器本身而言，应有多种适应和可调手段，为此提出如下优化的生物质燃烧机结构：
    (1)带有中心风管，中心风管不仅有利于高温烟气回流的产生和增加其与一次风粉气流的接触面积，在正常运行时，还可作为一种调节配风和清除开放式燃烧器上结渣的手段。
    ( 2)-二次风比率按低挥发分煤设计，此时中心风率取最低值或取为零；当锅炉燃烧质量较好或易着火的烟煤时，为避免燃烧中心太靠近喷口，造成燃烧器结渣或烧损，用中心风耐燃烧中心进行调节。并调节一二次风的比例。
    ( 3)-次风采用双流道，内二次风为中等强度的旋流，外二次风采用旋流强度中等或中等偏低的旋流，风管出口呈扩锥结构，锥角不宜过大，以避免水冷壁结渣和高温腐蚀。此外，内外二次风的比率应可方便调节，可考虑采用ABT燃烧器的调节方式。
    (4)中心风、一次风和内二次风的风量总和，不超过总风量的60～700A，以最大限度地抑制NOx的排放。
4结束语
    目前生物质燃烧机燃烧低挥发分煤的稳燃问题，还没有彻底解冼针对我国电站锅炉煤种多变等状况，燃烧器应有多种调节手段，并根据对燃烧器的全面要求进行优化设计，从而设计出适合我国国情的、切实可行的新型低NOx燃烧器，以解决日益紧迫的氮氧化物排放问题。