低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)

低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)中文名低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)特

點(diǎn)煤種適應(yīng)性廣、穩(wěn)燃性能好簡(jiǎn)

介我國(guó)電站鍋爐中得到了廣泛應(yīng)用采

用直流煤粉燃燒器1低負(fù)荷穩(wěn)燃原理切向燃燒鍋爐由于其煤種適應(yīng)性廣、穩(wěn)燃性能好等特點(diǎn),在我國(guó)電站鍋爐中得到了廣泛應(yīng)用。這種燃燒方式基本上采用了直流煤粉燃燒器,所以本文將以直流煤粉燃燒為例討論切向燃燒鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃問題。對(duì)于普通的直流燃燒器,一次風(fēng)粉射流從一次風(fēng)噴口射入爐膛后,只能靠從射流外側(cè)卷吸爐內(nèi)的高溫?zé)煔鈦硖峁┲鸸?一次風(fēng)粉混合物的火焰?zhèn)鞑ニ俣纫话銥?.5~6.0m/s,而一次風(fēng)粉輸送速度卻是20~30m/s,因此在燃燒器噴嘴出口處穩(wěn)定的著火只可能發(fā)生在一次風(fēng)粉射流的邊緣處,所以從理論上說,自由射流的外邊界處速度梯度趨于零,幾乎沒有湍流擾動(dòng),傳熱傳質(zhì)的作用很差。此外射流離開噴口后向外擴(kuò)張,煤粉顆粒因慣性作用集中在射流內(nèi)側(cè),射流獲得的熱量必須首先加熱外側(cè)的空氣,然后才能對(duì)煤粉加熱,所以,普通單股直流燃燒器所形成射流的著火條件很差,它必須依靠上游鄰角的火焰穩(wěn)燃。當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時(shí),爐溫下降,為了維持必要的煤粉混合物輸送速度,一次風(fēng)中的煤粉濃度將大為降低;對(duì)于切向燃燒鍋爐來說,二次風(fēng)速度也要降低,爐膛中火球的轉(zhuǎn)動(dòng)強(qiáng)度也逐漸減弱,以至于不投油最低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),火球不能自行穩(wěn)定燃燒,因此每個(gè)煤粉噴嘴必須具有自穩(wěn)燃能力,而不是單單依靠鄰角燃燒器燃油火焰的助燃。以Qz表示煤粉氣流達(dá)到著火溫度所必須的著火熱;以Qg表示外界提供給煤粉射流的著火供熱,要使一次風(fēng)煤粉氣流著火,應(yīng)保證穩(wěn)燃指數(shù)e=Qg/Qz≥1,e值越大,則著火越穩(wěn)定。由上式可見,煤粉氣流若要穩(wěn)燃,應(yīng)從兩個(gè)方面著手:一方面盡可能降低著火熱;另一方面應(yīng)加強(qiáng)著火供熱。[1]1.1降低著火熱著火熱包括用于加熱煤粉和一次風(fēng)所需的熱量,以及使煤粉中水分蒸發(fā)與過熱所需的熱量。下面討論單噴口一次風(fēng)煤粉氣流著火熱的影響因素。1.1.1著火溫度tz的影響著火溫度越低,所需的著火熱越小,影響著火溫度tz的因素主要包括以下3點(diǎn)。a.

燃料性質(zhì)燃料中的可燃基揮發(fā)分越高,著火溫度越低。當(dāng)燃料中灰分和水分增大時(shí),發(fā)熱量降低,在爐內(nèi)還要消耗部分熱量用來水分蒸發(fā)、過熱及灰分的加熱,致使燃料消耗量增大,著火溫度升高,會(huì)使著火熱顯著增大。由于燃燒器內(nèi)可以采取措施卷吸爐內(nèi)高溫?zé)煔饣蝾A(yù)熱一次風(fēng)粉,因此穩(wěn)燃結(jié)構(gòu)一般在降低著火需熱的同時(shí),也要提高著火供熱的供應(yīng),一般將這種燃燒器稱為預(yù)燃室。從原理上講,煤粉預(yù)燃室是在燃燒器內(nèi)形成高溫回流煙氣加熱一次風(fēng)粉來流,其穩(wěn)燃作用是顯而易見的,但是在預(yù)燃室內(nèi)煤粉就開始燃燒,其燃燒的高溫熔融粒子總會(huì)有沖刷壁面的機(jī)會(huì),因此對(duì)于易結(jié)渣煤種,根據(jù)國(guó)內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),預(yù)燃室非常容易產(chǎn)生結(jié)渣,所結(jié)的渣塊有時(shí)將預(yù)燃室堵死,甚至把預(yù)燃室燒壞,局部燒熔,這種現(xiàn)象在各種預(yù)燃室中屢有發(fā)生。為解決預(yù)燃室容易結(jié)焦的問題,有些學(xué)者拋棄了“煤粉預(yù)燃”的概念,強(qiáng)調(diào)了“煤粉預(yù)熱”的作用,利用回流使煤粉在較短的距離內(nèi)預(yù)熱,從而保持火焰的穩(wěn)定性,以便解決火焰穩(wěn)定和筒內(nèi)結(jié)渣的矛盾,并開發(fā)了穩(wěn)燃腔。穩(wěn)燃腔在設(shè)計(jì)思想上強(qiáng)調(diào)預(yù)熱而不是預(yù)燃,這就要求在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要合理,同時(shí)在空氣動(dòng)力參數(shù)的選擇上也要給予充分的注意,以保證腔內(nèi)溫度不大于煤粉著火溫度,因此該穩(wěn)燃腔在應(yīng)用中從燃燒器到爐膛設(shè)計(jì),其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都要精心優(yōu)化,以便既保證煤粉火焰穩(wěn)定,又保證運(yùn)行中不結(jié)焦。大速差射流燃燒器本質(zhì)上也是一種預(yù)燃室。c.燃燒器出口處燃燒器出口處的煤粉氣流,由于直接接觸爐內(nèi)高溫回流煙氣,因此這里的燃燒器噴口穩(wěn)燃結(jié)構(gòu)應(yīng)一方面提高與高溫?zé)煔饨佑|區(qū)域的煤粉質(zhì)量濃度,降低著火溫度;另一方面提高氣流與高溫?zé)煔獾慕佑|面積和熱質(zhì)交換強(qiáng)度,以強(qiáng)化著火供熱。鈍體、火焰穩(wěn)定船燃燒器就是這一類燃燒器。一次風(fēng)粉氣流繞過鈍體后,形成高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū),同時(shí)由于顆粒的慣性作用,鈍體尾跡有2條煤粉質(zhì)量濃度很高的“黑龍”,使回流區(qū)邊界速度梯度、質(zhì)量濃度梯度和溫度梯度很大,一次風(fēng)粉氣流和高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū)的動(dòng)量、質(zhì)量和熱量交換很強(qiáng),強(qiáng)化了煤粉的著火和燃燒,由于受高溫?zé)煔獾摹皟?nèi)外夾攻”,內(nèi)外著火,擴(kuò)大了火焰燃燒的區(qū)域?；鹧娣€(wěn)定船燃燒器的研制者提出了“三高區(qū)”理論,即設(shè)法在一次風(fēng)噴口附近,建立一個(gè)具有高煤粉質(zhì)量濃度、高溫和氧含量較高的“三高區(qū)”。高溫、高煤粉質(zhì)量濃度和氧含量不算太低在射流束腰部的外緣處同時(shí)出現(xiàn),為燃料著火創(chuàng)造了有利條件。另外,在燃燒器安裝位置和角度方面較成功的是一次風(fēng)反切技術(shù)。一次風(fēng)反切就是一次風(fēng)沿反切圓方向送入爐膛,二次風(fēng)射流方向與切圓轉(zhuǎn)向一致的切圓燃燒方式。一次風(fēng)反切同時(shí)具有穩(wěn)燃、防結(jié)渣和降低NOx的作用。在四角切圓燃燒中,將燃燒器出口一次風(fēng)與二次風(fēng)偏α轉(zhuǎn)角布置。一次風(fēng)逆頂上游吹來氣流,使一次風(fēng)射流在開始段形成減速過程,煤粉顆粒不斷減速直至停滯不動(dòng)。在該段煤粉顆粒停留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),不斷升溫、著火、燃燒,使該段煤粉著火后自身燃燒的放熱量增加,增大了該段的高溫環(huán)境,從而使煤粉顆粒升溫速度加快和更容易著火。當(dāng)煤粉著火穩(wěn)定后,在主氣流的沖擊和推動(dòng)下,轉(zhuǎn)向進(jìn)入主旋氣流與二次風(fēng)混合及時(shí)造成補(bǔ)氧條件,同時(shí)由于慣性作用造成煤粉與空氣分離,改善煤粉氣流的著火條件,使其進(jìn)行充分著火與燃燼,從而達(dá)到穩(wěn)燃的目的。由于一次風(fēng)粉氣流遠(yuǎn)離下方水冷壁,減少了燃燒的煤粉火炬刷墻的可能性,同時(shí),反切后一次風(fēng)將在爐膛中心形成濃煤粉區(qū)域,二次風(fēng)的切圓較大,形成“風(fēng)包粉”,并在爐壁附近形成氧化性氣氛,從而減輕了爐內(nèi)結(jié)渣與積灰的可能性。一次風(fēng)反切雖然具有以上一些優(yōu)點(diǎn),但它