達(dá)冠生物質(zhì)燃燒機(jī)技術(shù)探討
摘 要：生物質(zhì)燃燒機(jī)是鍋爐燃燒系統(tǒng)的重要組成部分，分析和研究了目前國(guó)內(nèi)比較典型的多種直流生物質(zhì)燃燒機(jī)，最后提出了一種滿足我國(guó)燃煤要求的新型生物質(zhì)燃燒機(jī)的構(gòu)想，并進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。
  目前國(guó)內(nèi)對(duì)四角切圓燃燒鍋爐直流生物質(zhì)燃燒機(jī)進(jìn)行了較多的研究，開(kāi)發(fā)出了許多種不同類(lèi)型的生物質(zhì)燃燒機(jī)，其中較為成功的有濃淡型生物質(zhì)燃燒機(jī)、預(yù)燃室型生物質(zhì)燃燒機(jī)、鈍體生物質(zhì)燃燒機(jī)等幾種，在解決較高揮發(fā)分煤的穩(wěn)燃、降低NO。排放量等方面取得了較好的效果，但在煤種適應(yīng)性尤其是燃燒低揮發(fā)分無(wú)煙煤方面尚待突破。在電力生產(chǎn)部門(mén)越來(lái)越重視提高經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保要求日益突出的今天，尋求一種能燃用較寬煤種、高效、清潔的生物質(zhì)燃燒機(jī)對(duì)發(fā)展我國(guó)的電力事業(yè)具有重要意義。
1 目前國(guó)內(nèi)較流行的直流生物質(zhì)燃燒機(jī)分析
  大部分直流煤粉生物質(zhì)燃燒機(jī)布置在煤粉爐爐膛的四角或其附近，氣流射向爐膛中的假想切圓，在爐膛中合起來(lái)形成火焰圈，向上匯集成略有旋轉(zhuǎn)的上升火焰。比較典型的有濃淡型生物質(zhì)燃燒機(jī)、預(yù)燃室型生物質(zhì)燃燒機(jī)和鈍體生物質(zhì)燃燒機(jī)等幾種。
1.1 濃淡煤粉分離型生物質(zhì)燃燒機(jī)
1.1.1 濃淡煤粉分離型生物質(zhì)燃燒機(jī)
  濃淡型生物質(zhì)燃燒機(jī)是將煤粉氣流進(jìn)行濃淡分離后，使?jié)狻⒌悍鄹髯栽谄x其燃燒當(dāng)量的空氣氛圍中燃燒，從而降低了燃燒過(guò)程中NO。的生成量。同時(shí)由于適當(dāng)提高了一次風(fēng)煤粉濃度，達(dá)到了強(qiáng)化煤粉著火和穩(wěn)定燃燒的目的，因比濃淡分離技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛的采用。
  早期濃淡型生物質(zhì)燃燒機(jī)主要通過(guò)彎頭或褲衩管等分離裝置利用煤粉氣流通過(guò)彎頭時(shí)煤粉粒子所受的離心力作用實(shí)現(xiàn)煤粉的濃淡分離。目前經(jīng)過(guò)多年發(fā)展后，在采用擋板及百葉窗實(shí)現(xiàn)濃淡分離方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，已運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)。
  濃淡煤粉分離型生物質(zhì)燃燒機(jī)大致可以分為水平濃淡型和垂直濃淡型兩種：
  (1) 水平濃淡型
  較為成熟的水平濃淡型生物質(zhì)燃燒機(jī)有擋塊調(diào)節(jié)型和百葉窗調(diào)節(jié)型生物質(zhì)燃燒機(jī)。
一次風(fēng)管中的煤粉氣流撞擊到擋塊后，煤粉顆粒因反彈而轉(zhuǎn)向，由于受慣性作用，煤粉在濃側(cè)聚集。由此煤粉氣流經(jīng)撞擊式擋塊分離器后分成濃粉側(cè)和淡粉側(cè)。撞擊擋塊高度日是此種燃燒器調(diào)節(jié)煤粉氣流濃淡比的主要手段，煤粉濃淡分離的效果隨擋塊高度的增加而變好。
  濃淡兩股氣流射入爐膛后，濃粉側(cè)位于向火側(cè)，淡粉側(cè)位于背火側(cè)。濃側(cè)粉流在向火側(cè)高溫?zé)煔庵苯記_刷下首先點(diǎn)燃，然后引燃淡側(cè)煤粉，從而形成穩(wěn)定的煤粉火焰。
  (2) 垂直濃淡型
  垂直濃淡型生物質(zhì)燃燒機(jī)主要代表為寬調(diào)節(jié)比(WR)宜流燃燒器和PM生物質(zhì)燃燒機(jī)等。
  寬調(diào)節(jié)比(WR)直流生物質(zhì)燃燒機(jī)是由美國(guó)CE公司生產(chǎn)的一種擺動(dòng)式直流生物質(zhì)燃燒機(jī)。由于這種煤粉生物質(zhì)燃燒機(jī)的一次風(fēng)管和噴口相連的彎頭中，煤粉向外側(cè)分離，造成煤粉濃度不均勻，利用中間隔板使這種濃度差異一直保持到噴口，從而達(dá)到提高煤粉濃度、進(jìn)行垂直方向濃淡燃燒的目的。在可擺動(dòng)的一次風(fēng)噴口內(nèi)裝設(shè)水平放置的三角形擴(kuò)錐，促進(jìn)高溫?zé)釤煔饩砦旌希欣谔岣呙悍蹥饬鞯闹鹦阅埽瑰仩t在低負(fù)荷下也能有較好的燃燒穩(wěn)定性，以達(dá)到較大的負(fù)荷調(diào)節(jié)比，因此又稱(chēng)為寬調(diào)節(jié)比噴口。這種結(jié)構(gòu)與噴口處帶有不大的翻邊擴(kuò)錐出口共同使用，可以在低負(fù)荷（對(duì)于貧煤40%～60%，對(duì)于煙煤30%）不用油助燃保持穩(wěn)定燃燒。
  PM生物質(zhì)燃燒機(jī)主要利用其轉(zhuǎn)彎及一定的管內(nèi)流速進(jìn)行煤粉濃度的重新分配，其結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖2。日本三菱重工PM燃燒器的濃淡比為2:1。哈爾濱鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的用于30042  電站系統(tǒng)工程
1.1.2濃淡煤粉分離型生物質(zhì)燃燒機(jī)分析
  (1) 在穩(wěn)燃方面：水平濃淡型生物質(zhì)燃燒機(jī)的濃粉側(cè)位于爐膛的向火側(cè)，煤粉氣流進(jìn)入爐膛后，濃粉氣流在向火側(cè)高溫?zé)煔鉀_刷下首先點(diǎn)燃，然后引燃淡粉側(cè)煤粉，即使在較低負(fù)荷下也能形成穩(wěn)定的火焰中心。從運(yùn)行情況上來(lái)看，其穩(wěn)燃能力強(qiáng)于垂直濃淡型。
  (2)在排放指標(biāo)方面：由于都采用了濃淡分離的技術(shù)來(lái)降低NO。排放量，理論研究和試驗(yàn)分析均表明二者在同一水平。
  (3) 在噴口燒損及水冷壁高溫腐蝕方面：由于濃淡分離后濃淡側(cè)煤粉氣流的速度降低，往往使噴口內(nèi)鈍體的淡粉一側(cè)燒壞，影響生物質(zhì)燃燒機(jī)壽命。濃淡分離型生物質(zhì)燃燒機(jī)對(duì)煙氣的卷吸較少，水冷壁高溫腐蝕的現(xiàn)象較為少見(jiàn)。
  由于濃淡煤粉分離型生物質(zhì)燃燒機(jī)主要是通過(guò)提高煤粉濃度，煤粉受熱后揮發(fā)分析出，形成高可燃質(zhì)區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)煤粉的著火和穩(wěn)燃，所以在燃燒較高揮發(fā)分的煙煤時(shí)，其應(yīng)用較廣。但當(dāng)燃燒低揮發(fā)分的無(wú)煙煤時(shí)，在滿足煤粉著火穩(wěn)定及低負(fù)荷穩(wěn)燃方面還存在一定的難度。
1.2 預(yù)燃窒型生物質(zhì)燃燒機(jī)
  預(yù)燃室型生物質(zhì)燃燒機(jī)通過(guò)增大著火周界使商溫?zé)釤煔饣亓鱽?lái)加熱煤粉實(shí)現(xiàn)著火和穩(wěn)燃。該技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)歷了多年的發(fā)展，在煤粉燃燒方面的效果良好。
  大速差射流型雙通道生物質(zhì)燃燒機(jī)是在煤粉預(yù)燃室基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的（其結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖3）。在這種生物質(zhì)燃燒機(jī)中，上下側(cè)各開(kāi)一個(gè)一次風(fēng)口，由于兩股一次風(fēng)射流動(dòng)量很大，形成強(qiáng)煙氣回流加熱點(diǎn)燃煤粉。另外設(shè)置了高速射流管，其流速可在零至音速之間調(diào)節(jié)，可以通過(guò)改變高速射流的流量來(lái)調(diào)節(jié)爐膛煙氣的回流量。
  該種生物質(zhì)燃燒機(jī)己應(yīng)用于多個(gè)電廠，普遍反映穩(wěn)燃效果良好，但筆者發(fā)現(xiàn)預(yù)燃室型生物質(zhì)燃燒機(jī)易存在生物質(zhì)燃燒機(jī)噴口燒壞及水冷壁高溫腐蝕問(wèn)題。由于對(duì)高溫?zé)煔饩砦^(guò)于厲害，大量的煙氣回流使煤粉射流的阻力增大，射流衰減較快，火焰沖刷生物質(zhì)燃燒機(jī)噴口及水冷壁，容易引起生物質(zhì)燃燒機(jī)燒壞及水冷壁高溫腐蝕等后果。所以該生物質(zhì)燃燒機(jī)的使用需配合有良好的煤粉著火點(diǎn)位置控制手段，將著火點(diǎn)位置控制在生物質(zhì)燃燒機(jī)出口處。
1.3鈍體生物質(zhì)燃燒機(jī)
  鈍體生物質(zhì)燃燒機(jī)是利用鈍體使氣流方向發(fā)生突變，使高溫?zé)釤煔饣亓骷訜狳c(diǎn)燃煤粉。在濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)上也通常采用鈍體以幫助穩(wěn)燃。
  設(shè)計(jì)良好的鈍體生物質(zhì)燃燒機(jī)可實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷(50%～60%)穩(wěn)燃，但在降低N0。排放方面效果不明顯。值得注意的是該生物質(zhì)燃燒機(jī)采用了小油槍技術(shù)，大大節(jié)約了點(diǎn)火用油及低負(fù)茍助燃用油，具有很大的推廣價(jià)值。小油槍技術(shù)在雙通道生物質(zhì)燃燒機(jī)上得到了應(yīng)用。
2.1 問(wèn)題的提出
  我國(guó)的無(wú)煙煤儲(chǔ)量極為豐富，而許多無(wú)煙煤產(chǎn)地的火力發(fā)電廠由于燃燒方面的原因，不能燃燒本地的無(wú)煙煤，只能從外地運(yùn)來(lái)?yè)]發(fā)分較高的煙煤，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失。能不能開(kāi)發(fā)出一種生物質(zhì)燃燒機(jī)，可以燃燒無(wú)煙煤、不結(jié)焦、低NO。排放并具有較寬的煤種適應(yīng)性呢？為適應(yīng)這些要求，筆者提出一種新型生物質(zhì)燃燒機(jī)的想法。
2.2 新型生物質(zhì)燃燒機(jī)的構(gòu)想
2.2.1 生物質(zhì)燃燒機(jī)結(jié)構(gòu)
  生物質(zhì)燃燒機(jī)大致由： 濃淡分離隔板、 濃淡調(diào)節(jié)裝置、二次風(fēng)、 夾心風(fēng)、 開(kāi)孔弧形板、 側(cè)邊風(fēng)和溫度熱電偶等組成。按需要還可以設(shè)計(jì)小油槍以節(jié)約鍋爐點(diǎn)火用油。
2.2.2新型生物質(zhì)燃燒機(jī)分析
  (1)該生物質(zhì)燃燒機(jī)在燃燒方面有以下特點(diǎn)：①采用水平濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)濃度調(diào)節(jié)擋塊（或百葉窗）調(diào)節(jié)煤粉濃度，使?jié)夥蹥饬魑挥谙蚧饌?cè)，有利于降低著火熱，形成一個(gè)穩(wěn)定
的著火中心；②將煤粉氣流分成上下兩個(gè)
  徑向空氣分級(jí)燃燒改造前，二次風(fēng)噴口內(nèi)沒(méi)有設(shè)置導(dǎo)流板，全部二次風(fēng)射流以接近45。角的方向射向爐膛中心形成理想圓；徑向空氣分級(jí)燃燒改造后，二次風(fēng)噴口內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流板(圖4)，使得部分二次風(fēng)射流（大約15%～20%）偏向爐墻，遠(yuǎn)離燃燒中心，延遲了煤與空氣的混合，減少了火焰中心N0。的生成量。表3說(shuō)明二次風(fēng)遠(yuǎn)離燃燒中心可得到13%—25%的脫硝率。此外，遠(yuǎn)離燃燒中心的二次風(fēng)可以避免水冷壁附近還原氣氛的形成，減弱水冷壁的高溫腐蝕。
  (3)鍋爐負(fù)荷、爐膛氧量和三次風(fēng)的投停（即磨煤機(jī)的投停）對(duì)NO。形成有一定的影響
  在爐膛出口氧量及其他運(yùn)行條件基本相同的情況下，負(fù)荷越大，空氣分級(jí)燃燒的燃盡風(fēng)份額越小，從而燃燒過(guò)程中生成的NOx越多；爐膛氧量越高，燃燒中心區(qū)域氧氣濃度越大，燃燒過(guò)程中有機(jī)氮被氧化的趨勢(shì)越大，火焰中形成的NO。越多，脫硝率越小；在入爐空氣總量不變的前提下，隨著磨煤機(jī)的投運(yùn)，三次風(fēng)量逐漸增大，這實(shí)際上相當(dāng)于增大燃盡風(fēng)的比例，使主燃區(qū)形成缺氧燃燒，抑制了NO。的形成。由于三次風(fēng)含有5%N10%左右的煤粉，它的后期投入也
以使已生成的NO還原分解，從而降低了總的NOx排放量。
3結(jié)束語(yǔ)
  綜上所述，通過(guò)運(yùn)用爐內(nèi)空氣分級(jí)燃燒技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的直流燃燒煤粉爐進(jìn)行改造，可以顯著降低NO。的排放量，脫硝率可達(dá)30%～50%，爐膛內(nèi)二次風(fēng)的分布及燃盡風(fēng)的份額對(duì)空氣分級(jí)燃燒的脫硝率起著重要的作用。所以，爐內(nèi)空氣分級(jí)燃燒技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)有效的運(yùn)行方式，這對(duì)于我國(guó)這樣的發(fā)展中國(guó)家無(wú)疑是一種值得大力推廣的方法。
生物質(zhì)燃燒機(jī)，jiegankeliji
生物質(zhì)氣化站，598jx