一种既能保证生物质燃烧机稳燃又能缓解炉膛结渣的方法
搞要:为使电站燃煤锅炉同时达到稳燃和防结渣的目的,开发了一种新型生物质燃烧机该燃烧器的特点是在喷口前利用撞击块进行煤粉浓淡分离,使其浓侧在向火侧,淡侧在背火侧,同时在喷口两侧加有与中间一次风具有一定夹角的侧边风。该文运用数值计算的方法,模拟了该燃烧器在不同负荷下调节侧边风时气固两相流动的变化,结果表明:在高负荷状态下,投入侧边风可起到较好的防结渣作用;在低负荷状态下,关小或不投侧边风浓淡生物质燃烧机可起到较好的稳燃作用。因此该燃烧器具有很好的稳燃与缓解炉膛结渣的效舄对开发应用新型稳燃器具有一定的指导意义。
1 引言
随着我国国民经济的迅速发展,用电峰谷差越来越大,迫切需要大容量的发电机组参与调峰使得燃煤锅炉稳燃问题变得十分突出。同时,由于我国电厂锅炉燃用煤质多变,且大多数动力用煤属于结渣煤种,因此要求电厂锅炉具有良好的煤种适应性和防结渣能力。但是,能够同时满足上述要求的燃烧技术尚不多见。本文月数值模拟方法对一种新型生物质燃烧机在不同负荷下调节侧边风时,其气固两相流动特性的变化进行了分析,并阐述其在不同负荷下稳燃和缓解炉膛结渣的机理。
2 新型生物质燃烧机简介
根据煤粉燃烧的理论和试验表明,对于每一种煤来说其着火温度与煤粉浓度的关系如图1所示。从图1可见,不同煤种的最佳的煤粉浓度是不同的,在此浓度下,其着火温度为最低;同时,在满负荷运行和低负荷运行时对煤粉的浓度要求也是不同的。例如,在满负荷运行时,炉温较高,许多煤无须浓缩就可稳定燃烧;但低负荷就要求煤粉浓缩。图2为新型生物质燃烧机示意图,该燃烧器采用煤粉水平浓淡分离技术,它在靠近燃烧器喷口背火侧的煤粉管道的某一位置安装了可旋转撞击块,一次风粉气流流过撞击块时,由于惯性作用进行浓淡分离浓煤粉气流进入向火侧,淡煤粉气流进入背火侧,调整撞击块角度a可有效地调整浓淡分离效果,并通过隔板将浓淡分离气流输送到燃烧器喷口。燃烧器喷口内有一小型钝体,该钝体将这两股气流进一步分开,并产生中心回流区。燃烧器喷口水平两侧有侧边风,该侧边风风速呈向中间夹击状,在不同工况可通过调整侧边风风速进行燃烧调整。在低负荷下,该燃烧器通过以下措施确保稳燃:①通过调整撞击块角度可进一步进行煤粉浓淡分离,提高浓侧煤粉浓度;②采用水平煤粉浓淡分离技术,利用浓煤粉着火温度低,而向火侧炉内来流烟气温度高的特点进行稳燃;③在燃烧器喷口装一小型V型钝体,在钝体后产生高温烟气回流利用回流烟气加热一次风粉;④一次风粉在通过钝体后由于惯性作用,在靠近回流区边缘产生煤粉聚集,可进一步提高煤粉浓度,降低着火热。⑤减小或关闭侧边风,以减小侧边风对一次风粉与炉内高温烟气的隔离和一次风粉稀释作用。当负荷升高日寸,若不相应地进行燃烧调整,由于燃烧器单喷口喷入的煤粉量增加,煤粉浓度自然提高;同时由于高负荷下炉温升氙燃烧器喷口钝体回流区回流烟气的温度也相应提高,很可能出现喷口燃烧“过好”而将喷口烧毁或喷口结渣现象。因此,负荷升商时,在保证稳燃的前提下,新型煤粉燃烧器将通过以下措施进行燃烧调整:①首先投入或加大侧边风风速,由于该侧边风对一次风呈‘‘夹击”状,可通过其对炉内高温烟气的隔离和一次风粉稀释作用,减小上游烟气的引燃作用和提高着火热。②若调整侧边风后喷口温度仍然很高,可减小撞击块角度,甚至可以将撞击块角度调整为零以减弱或消除浓淡分离效果,以提高着火温度。为了解这种燃烧器的气固两相流动状况,我们对这种燃烧器进行了冷模试验和数值模拟试验研究。冷模试验表明对这种燃烧器空气动力特性影响较大的因素为:①撞击块角度的影响;②侧边风的影响。
本文将主要阐述通过调整侧边风变化时该燃烧器稳燃和缓解炉膛结渣的机理。本文选择试验室内的运行工况,即一次风为22 m/s,撞击块角度为30。。数值模拟侧边风风速为35 m/s和0 m/s时气固两相流动状态的变化。
3 物理和数学模型
4计算结果和讨论
由于50 lj-m的颗粒在煤粉燃烧中占的比例较大,所以本文中对颗粒运动的模拟均采用该粒径。图3和图4为模拟低负荷稳燃状态下,关闭侧边风时的气体流动状态和颗粒流动情况。图4中黑色圆点为50 t/m的煤粉颗粒,曲线为流线,所标数值为流线数值的大小。由图可见,一次风粉在通过撞击块时,由于撞击块的浓淡分离作用,浓煤粉将进入向火侧,淡煤粉进入背火侧,并通过分离隔板输送到燃烧器喷口,由于喷口出口处钝体的作用,使喷口处存在一高温回流区。浓侧煤粉进入炉膛后,由于惯性较大,向火侧煤粉进一步集中,形成煤粉在外、空气在内的稳燃结构(见图4),着火温度将再次低,在上游邻角高温烟气的冲击下,较易着火燃烧,加上中间回流烟气的加热,可进一步确保稳燃。
当负荷升高时,为防止燃烧器喷口特别是燃烧器背火侧发生结渣,可投入侧边风(如图5、图6),通过侧边风的稀释作用提高着火热,特别是背火侧的侧边风还有利于提高壁面处的氧浓度,使壁面处于氧化性气氛提高防结渣能力。另外,投入侧边风后,还有利于燃烧器出口气流刚性的增强。图6为高负荷防结渣原理图,由图可见,在投入侧边风后,煤粉颗粒在燃烧器出口处于两侧侧边风的夹击之下,与炉内高温烟气隔离,侧边风的稀释作用提高了一次风粉的着火温度,有利于防止结渣。若投入侧边风后喷口温度仍然很高,可减小撞击块角度,为浓淡侧煤粉浓度比随撞击块角度变化曲线图,由图可见,减小撞击块角度可迅速减小浓淡分离效果,降低浓侧煤粉浓度,提高着火温度,防止喷口烧坏。从数值模拟结果和试验对比可见,二者吻合的很好。
4结束语
新型生物质燃烧机是在水平浓淡撞击式可调煤粉燃烧器的基础上加以改进的,本文对该燃烧器低负荷稳燃、高负荷缓解炉膛结渣的原理进行了分析,对电厂锅炉的安全经济运行具有一定的指导意义。
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