达冠生物质燃烧机述评

达冠生物质燃烧机述评
    摘要：文章综述了目前国内外电站煤粉锅炉所采用的生物质燃烧机，并提出了未来的发展方向。
1  概述
    近年来电力工业对电站煤粉锅炉的燃烧技术提出了更高的要求，希望煤粉燃烧技术具有以下特点：燃烧效率高，污染物排放量低，煤种适应性强，低负荷稳燃特性好，能有效的防止高温腐蚀和结渣等。为了满足这些要求，必须发展新型的煤粉燃烧技术和相应的煤粉生物质燃烧机。近年来国内外许多科研机构、大学和锅炉制造公司开发了各种新型煤粉燃烧器，其中重要的一类是生物质燃烧机。
    常规煤粉锅炉是通过一、二次风间接控制煤粉的总体浓度，投运后也不考虑从浓度控制角度去组织燃烧。所谓浓淡煤粉燃烧技术是指将一次风粉混合物经过浓缩，从而保证在着火区形成高浓度燃烧。风粉气流中煤粉浓度的提高和空气份额的降低，使得煤粉气流着火热减小，着火温度降低，火焰传播速度提高，煤粉吸收的辐射热量增加，这些都是有利于着火和稳燃的；并且由于浓粉气流中氧量不足，因此在燃娆初期形成还原性气氛，使得NOx的生成量减少。因此这种燃烧技术同时具有低NOx和强化稳燃两大优点。
2  目前使用的生物质燃烧机
2.1  日本三菱重工(Mffl)I:M型直流生物质燃烧机
    所谓FM型生物质颗粒燃烧机是污染较小型(Pollution Mini-mum)生物质颗粒燃烧机的简称。PM型直流生物质颗粒燃烧机的关键部件是煤粉分配器，它由一次风管弯头、浓煤粉喷口和淡煤粉喷口组成，一次风粉气流流经弯头时在离心力的作用下进行惯性分离，浓粉气流进入上喷口，淡粉气流进入下喷口，从而实现浓淡偏差燃烧。该燃烧器还包括了再循环烟气和燃尽风喷口，所以它是集烟气再循环、分级燃烧和浓淡燃烧为一体的燃烧装置。这种生物质颗粒燃烧机具有如下技术特点：浓侧和淡侧的煤粉偏差比可达9：1，燃烧中形成的NOx量比常规生物质颗粒燃烧机的NOx生成量减少了60%,具有明显的低负荷稳燃性能，能在40%负荷不投油稳定燃烧；它常与中速磨煤直吹式制粉系统联用，适于燃用可燃基挥发份V>24%的烟煤。通过采用取消烟气再循环、改进分配器结构等技术措施后，PM型直流燃烧器也可较好的燃用劣质烟煤、贫煤等。
    三菱重工在PM型直流生物质颗粒燃烧机的基础上提出了CUF -水平旋转U型火焰锅炉设计，在实际燃用无烟煤时，取得丁降低NOx的排放和强化稳燃的效果。
2 2波兰NSZ型旋流生物质颗粒燃烧机
    NSZ型旋流生物质颗粒燃烧机将从磨煤机来的气粉混合物经过生物质颗粒燃烧机入口处的旋流分离器后分为浓淡两股，浓粉气流从一次风喷口喷入炉膛，淡粉气流从三次风喷口喷入炉膛，二次风通过内、外二次风道均以旋流的形式喷入炉膛。这种生物质颗粒燃烧机对现场的改进工作量较大。
2 3  PAX型旋流生物质颗粒燃烧机
    PAX型生物质颗粒燃烧机即一次风可以置换的生物质颗粒燃烧机，它
    能源研究与利用2001年*2期    。9。与直吹式制粉系统配套使用，是美国B硎公司研制开发的。采用直吹式制粉系统把一次风粉气流送入生物质颗粒燃烧机时，通过生物质颗粒燃烧机入口的弯头依靠离心力的作用将其分为两股，弯头内侧的一股含50%的一次风和原来煤粉的10%，将其作为三次风由在生物质颗粒燃烧机周围另开的三次风口喷入炉膛；弯头外侧的一股含50%的一次风和原来煤粉的90%，进入生物质颗粒燃烧机与从二次风箱引入的温度为310～371℃的一部分热风相混合后作为一次风喷入炉膛，在一次风喷口处装有多层盘式稳焰器；二次风通过轴向叶片形成旋转气流进入炉内。由于提高了一次风温和煤粉浓度，使得着火和燃烧的稳定性得到了加强，特别是对低挥发份燃料的着火和燃烧十分有利。PAX型生物质颗粒燃烧机在一定程度上使直吹式制粉系统兼具中储仓式制粉系统的优点，它较初用在W型火焰锅炉上，近年来也用于水平燃烧方式上。
2.4美国FW公司旋风分离式旋流生物质颗粒燃烧机
    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。一次风粉气流经过分配器后分为两股进入两个并列的旋风分离器，由于离心力的分离作用而形成高浓度的气粉流和低浓度的气粉流。高浓度气粉流经过旋流叶片后形成旋流低速向下喷入炉膛，低浓度气粉流从旋风分离器上部引出，由芝气喷口喷入炉膛。低浓度气粉流靠高浓度火焰点燃并维持燃烧，而下部火焰又有助于W型火焰的形成，防止高浓度火焰熄灭。该生物质颗粒燃烧机主要用在燃烧无烟煤和低挥发份混煤的锅炉上。运行实践表明，当燃煤的挥发份含量较低时，应使一次风粉气流中的煤粉浓缩并降低风速，以保证煤粉气流稳定着火；当燃煤的挥发份V>12～14%时，则可不必对一次风粉气流中的煤粉进行浓缩，而不从旋风分离器上部引出乏气。
2.5英国BEL公司直流缝隙式生物质颗粒燃烧机
    早期开发的直流缝隙式生物质颗粒燃烧机不是浓淡型燃烧器；为了改善着火和稳燃条件，BEL公司在原有的基上进行了改进，在生物质颗粒燃烧机进口前加装了旋风分离器，使它成为一种浓淡型生物质颗粒燃烧机，其工作原理与FW公司旋风分离式旋流生物质颗粒燃烧机相似，所不同的是高浓度气粉流从分离器出来后经过一段较长的渐扩喷管将残留旋转消除后，以直流的形式从缝隙式喷口进
  。10。能源研究与利用2001年复塑入炉膛。同样它也可以利用乏气调节挡板来调节乏气量以适应煤质的变化。
2 6带浓缩器的褐煤型直流生物质颗粒燃烧机
    德国、前苏联、保加利亚等国储藏有大量的褐煤，它们的特点是水分含量高而发热量低，燃用这类高水分褐煤时，必须抽取大量的高温烟气来进行干燥，而它们的制粉系统又乡为直吹式，因此一次风粉气流中乏气量较大并且含有大量的水蒸汽，这使得一次风粉气流中煤粉浓度降低，并且炉膛的温度也大幅度的下降，这对着火和稳燃是很不利的。因此有必要采用煤粉浓缩法来提高着火区的温度水平，强化着火稳燃，为此开发了一些旋流叶片煤粉浓缩生物质颗粒燃烧机。这种生物质颗粒燃烧机的工作原理是，由磨煤机来的风粉混合物首先流过生物质颗粒燃烧机入口处的旋流叶片浓缩器后，80～85%的煤粉被甩向四周，由20～35%的乏气携带形成浓煤粉气流由下两层喷口喷入炉膛；含煤粉较少的乏气则由着火区上方的乏气喷口喷入。这样既提高了燃烧的稳定性，又符合分级燃烧的原则，有助于减少NOx的生成。
2 7美国CE公司WR型直流生物质颗粒燃烧机
    WR型直流生物质颗粒燃烧机是为改善燃煤锅炉低负荷着火和稳燃性能而研制开发出来的。它主要由一次风管、入口弯管、水平隔板、隔板前端波型扩流锥、可摆动喷口等组成。一次风粉混合物流过弯头时，由于离心力的作用，大部分煤粉被甩到外侧而进入直管段，直管中的水平隔板将一次风粉混合物分隔成浓淡两股粉流，从而在喷口外形成上下浓淡燃烧。隔板前端波型扩流锥可增强煤粉与气流的搅拌，同时可在其下游形成有利着火的高温烟气回流区；摆动喷口可上下摆动200，可方使的调整炉膛火焰中心位置；一次风周围设有周界风，通过调节周界风可适应对煤种的变化，同时对防止结渣和高温腐蚀有利。在生物质颗粒燃烧机上部还设有OFA喷口，从而实现了炉内分级燃烧减少了NOx的排放。WR型直流生物质颗粒燃烧机是一种高效、低污染、能适应煤种和负荷变化的多功能生物质颗粒燃烧机，而且特别适用于贫煤和无烟煤。
2 8日本IHI公司宽调节比旋流生物质颗粒燃烧机
    日本IHI公司研制开发了一种带有卧式旋风分离器的宽调节比旋流生物质颗粒燃烧机。它在入口处装有一台卧式旋风分离器，低负荷运行时调节煤粉管道中的隔离挡板，将一次风粉混合物引入分离器进行分离，分离后的浓煤粉气流送入生物质颗粒燃烧机*的低负荷喷口，淡煤粉气流由基本负荷喷口喷出。部分二次风通过挡板引入低负荷喷口外侧，通过固定切向叶片以旋流的形式喷入炉膛。其二次风通过内外两层切向叶片分层形成旋转气流从生物质颗粒燃烧机的外围喷出。运行实践表明，该生物质颗粒燃烧机可在生物质颗粒燃烧机的出力为10%较低出力下运行。
    在上述生物质颗粒燃烧机的基础上，ⅡI公司联合SEPCO、C RIEPI公司开发了一种新型的宽调节比旋流燃烧器。该生物质颗粒燃烧机是在一次风管入口处加装了一类似于蜗壳结构的偏心分离装置，从而将浓缩装置与燃烧器结合为一体。淡煤粉气流通过一次风内通道喷入炉膛，浓煤粉气流从外侧喷口喷入炉膛；二次风通过两层切向叶片形成内外旋转气流喷入炉膛。初步运行实验表明，该生物质颗粒燃烧机可降低飞灰中可燃物的含量，提高低负荷稳燃性。
2.9    IHI- FW双调风旋流生物质颗粒燃烧机
    该生物质颗粒燃烧机的二次风道分为内外两个风道由调风器和内叶轮控制二次风的进入；热三次风由中心管引入；一次风粉混合物流经内外筒形成的环型通道切向进入炉膛，环型通道末端向内收缩使煤粉向中心集中，从而形成局部浓缩燃烧。
2. 10波兰NSW型旋流生物质颗粒燃烧机
    NSW型旋流生物质颗粒燃烧机是在NSZ犁生物质颗粒燃烧机的基础上发展起来的。在生物质颗粒燃烧机的一次风道中安装了轴向片分离器，一次风粉混合物经过分离器后分为外浓内淡两股气流，在喷口处通过导向装置将浓煤粉气流引向生物质颗粒燃烧机的中心，淡煤粉气流引向浓煤粉气流的外侧喷入炉膛；二次风通过内外二次风道以旋流的形式喷入炉内。运行表明，NSW型旋流生物质颗粒燃烧机可有效的降低NOx的排放量，提高火焰的稳定性。
2. 11  中国西交大水平浓淡直流生物质颗粒燃烧机
    针对四角切圆炉膛直流喷咀的布置，中国西安交通大学首先提出了在炉膛内组织水平浓淡燃烧的构想，并在一系列的实验基础上开发出一种结构简单的浓淡型直流生物质颗粒燃烧机。该生物质颗粒燃烧机是充分利用向火侧着火条件好的优势组织浓煤粉气流的燃』烧，而在背火侧组织淡煤粉气流的燃烧。当一次风粉混合物经过一次风管较后一个弯头时，在离心力的作用下在生物质颗粒燃烧机一次风道形成了浓淡两股气流，在生物质颗粒燃烧机出口处若浓粉流向火，则只在一次风道加装隔板；若淡粉流向火，则在一次风道加装煤粉浓度变异管和隔板，使浓粉流由背火转而向火。这样布置在四角的生物质颗粒燃烧机均为浓粉流向火、淡粉流背火，从而取得了明显的稳燃效果，可在54～60%的额定负荷下稳定运行。
2 12  中国哈工大水平浓淡直流生物质颗粒燃烧机
    哈尔滨工业大学在息结国内外燃烧技术的基础上，提出了水平浓缩生物质颗粒燃烧机的构想。该生物质颗粒燃烧机通过安装在一次风管道上的高效煤粉浓缩器使一次风粉混合物分为浓淡两股，这两股气流在水平方向上以一定的夹角喷入炉膛，浓粉流在向火侧喷入炉膛，形成内假想切圆；淡粉流在背火侧喷入炉膛，形成外假想切圆。向火侧浓粉流中的煤粉浓度高，可以保证煤粉的及时着火和稳燃，背火侧淡粉流在炉膛水冷壁附件区域形成强氧化性气氛，有利于防止结渣。运行考核试验表明，该生物质颗粒燃烧机是一个稳燃、防结渣、低NOx生物质颗粒燃烧机。
2 13  中国哈工大径向浓淡旋流生物质颗粒燃烧机
    近年来哈尔滨工业大学开发的径向浓淡旋流燃烧器是在一次风道中安装了百叶窗煤粉浓缩器，一次风粉混合物经过浓缩器后分为浓淡两股气流，浓煤粉气流靠近中心经过浓一次风道喷入炉膛，淡煤粉气流经过淡一次风道从浓一次风道外侧喷入炉膛。一部分二次风通过内二次风道以旋流的形式喷入炉内，另一部分二次风通过外二次风道以直流的形式喷入炉内。运行表明，该生物质颗粒燃烧机煤种适应性好、稳燃能力强、NOx排放量低。
2 14  中国前水电大浓淡旋流生物质颗粒燃烧机
    前武汉水利电力大学（现武汉大学）开发了一种浓淡型旋流生物质颗粒燃烧机。该生物质颗粒燃烧机的一次风道中安装了旋流叶片式煤粉浓缩器和分离套筒．一次风粉混合物经过浓缩器后分为浓淡两股气流，淡煤粉气流通过一次风内通道喷入炉膛，浓煤粉气流从淡煤粉气流的外侧喷口入炉膛；二次风道也分为两部允-部分二次风通过内二次风道以旋流的形式喷入炉内，另一部分二次风通过外二次风道以直流的形式喷入炉内。初步运行表明，该生物质颗粒燃烧机低负荷稳燃能力强、煤种适应性好、调节灵活方便。
    能源研究与利用2001年*2期  。11。3  生物质燃烧机的发展方向
3.1  应加强基础方面的研究。任何煤种，都有一个使火焰传播速度较大、着火距离较短的较佳煤粉浓度范围。有必要对煤粉浓淡燃烧的着火、火焰传播、稳燃机理进行深入的研究，确定各煤种的较佳煤粉浓度，为生物质燃烧机的设计和运行提供依据。3.2在总结现有生物质燃烧机运行经验的基础上，对其结构参数进行优化。
3.3今后应重点发展集高效、低污染、稳燃、防高温腐蚀和结渣、煤种适应性强等特性为一体的浓淡型煤粉生物质燃烧机。