生物質(zhì)燃燒機(jī)在電站鍋爐中的應(yīng)用
摘要：分析燃燒器穩(wěn)定著火機(jī)理，介紹生物質(zhì)燃燒機(jī)的設(shè)計思想，首次提出這種燃燒裝置小油槍容量的設(shè)計方法，計算生物質(zhì)燃燒機(jī)的節(jié)油率與現(xiàn)場實測值吻合良好。推薦該方法用于生物質(zhì)燃燒機(jī)小油槍容量的設(shè)計計算。理論分析和現(xiàn)場應(yīng)用表明，運行的生物質(zhì)燃燒機(jī)撇油時就是安全可靠的常規(guī)煤粉燃燒器。
    大中型電站鍋爐的冷爐啟動及低負(fù)荷穩(wěn)燃總是要消耗大量燃油，燃油的價格比煤粉高得多，用量大或者頻繁使用就大大提高了發(fā)電成本，因此，電站鍋爐減少用油是提高電廠經(jīng)濟(jì)效益的一個亙要手段。生物質(zhì)燃燒機(jī)是一種高效的穩(wěn)燃裝置，實際應(yīng)節(jié)油效果顯著，但到目前為止，對小油槍煤粉燃燒器的設(shè)計還沒有一種公認(rèn)的方法，特別是對于該燃燒裝置中的關(guān)鍵設(shè)備小油槍容量基本上是通過試驗來確定的。因此，提出一種實用可靠的小油槍容量計算方法，對進(jìn)一步推動該技術(shù)在電站鍋爐上的應(yīng)用
是非常重要的。
1  燃燒器的著火穩(wěn)定性
    煤粉達(dá)到著火溫度，煤粉氣流就會發(fā)生著火。對應(yīng)1kg空氣的煤粉氣流所需的著火熱Qi為：
    QF( Ck十肛Cm)(Z—L)    kj/kg    (1)式中Ck空氣比熱，kj/(kg．℃)；
    C，廠一煤粉比熱，kj/(kg．℃)；
    臚一煤粉濃度，kg/kg(C/A)；
    砰——煤粉的著火溫度，℃；
    %一風(fēng)粉混合溫度，℃。
    在四角燃燒的煤粉爐內(nèi)，煤粉氣流的著火熱主要由對流換熱提供，約占著火熱的80010以上，輻射熱約占百分之十幾，因此，爐膛提供給一次風(fēng)煤粉氣流的著火熱又可以表示為Q',:
    Q'i∞nmj    (2)
式中野一高溫?zé)煔獾臏囟?，℃?br />     mj一一次煤粉射流對高溫?zé)煔獾木砦?br />     量，kg/kg
    從式(1)可以看出，當(dāng)煤種、煤粉濃度及一次風(fēng)速（一次風(fēng)量）不變時，煤粉氣流所需的著火熱不變。當(dāng)鍋爐的燃料供應(yīng)變差或鍋爐在低負(fù)荷運行時，爐塍的溫度水平會隨之降低，這種情況下要保證一次風(fēng)射流著火，即爐膛提供給一次風(fēng)煤粉氣流的著火熱不變，從式(2)來看只有通過增大煤粉氣流對高溫?zé)煔獾木砦縼韺崿F(xiàn)，即煤粉氣流的著火點向下游移動。煤粉氣流的著火點在一定的范圍內(nèi)移動對煤粉的燃燼影響不大，鍋爐仍能穩(wěn)定燃燒。因此，一般的煤粉爐都有70% MCR以上的負(fù)荷自穩(wěn)定范圍，但當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低到70% MCR以下運行時，煤粉氣流著火點的推遲影響到煤粉的燃燼，進(jìn)而引起爐膛火焰溫度繼續(xù)下降，爐膛火焰溫度降低與著火點的不斷推后形成惡性循環(huán)，這時就會造成燃燒不穩(wěn)甚至發(fā)生滅火。
2生物質(zhì)燃燒機(jī)的設(shè)計思想
    電站鍋爐的點火及穩(wěn)燃油槍常常是布置在．二次風(fēng)噴嘴中，這樣布置有許多優(yōu)點，但它的熱功率一般比較大。冷爐啟動1次，410 t/h鍋爐需耗油20—30 t，670 t/h鍋爐需耗油50—70 t，煤質(zhì)變差或其它原因引起啟動時間延長，耗油每次常達(dá)200—300 t。如果鍋爐參與調(diào)峰，每臺鍋爐的年耗油量有數(shù)千噸。因此，節(jié)約燃油，以煤代油可以提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益。
    將油槍布置在二次風(fēng)噴嘴中的這種燃燒裝置（大油槍），在鍋爐點火或穩(wěn)燃階段，首先由大油槍提高爐膛高溫?zé)煔鉁囟龋邷責(zé)煔庠偻ㄟ^對流將熱量傳遞給一次風(fēng)射流，對于單一的煤粉噴嘴來說，大油槍燃油中大約1/4的發(fā)熱量參與其～次風(fēng)煤粉射流的對流換熱，所以大油槍點火穩(wěn)燃的效率不高。
    將油槍布置在一次風(fēng)的噴嘴中，該油槍的發(fā)熱量全部用于煤粉氣流的升溫，因此，這樣的油槍穩(wěn)燃效果最好，油槍的容量可以比放置在二次風(fēng)噴嘴中的油槍小得多，稱之為小油槍，這種燃燒裝置在鍋爐的啟動階段或穩(wěn)燃階段用小油槍火炬點燃一次煤粉射流燃燒。由于油火焰燃燒穩(wěn)定，小油槍熱負(fù)荷的設(shè)計滿足煤粉氣流的著火熱，煤粉氣流就可以穩(wěn)定充分著火，這樣形成了煤粉火焰與油火焰的相互支持，從而產(chǎn)生了以煤代油的燃燒效果，這種燃燒裝置稱之為生物質(zhì)燃燒機(jī)。
3小油槍容量的計算方法【1—2]
    以貧煤為例，燃燒1 kg煤粉的理論空氣量用下式表示：對應(yīng)的一次風(fēng)射流的空氣質(zhì)量用下式計算：
    ma=0.2x1.15x1.293 Vo-0.297 4 Vo  kg/kg  (4)
    設(shè)煤粉濃度為0,5 kg/kg(Coal/Ajr)，煤粉的著火溫度取750℃，一次風(fēng)粉混合溫度冷爐點火時取50℃，穩(wěn)定燃燒時取260℃，空氣的比熱取1.028kj/( kg．℃)，煤粉的比熱取1.09 kj/(kg．oC)，則lkg煤粉對應(yīng)的一次風(fēng)粉？昆合物所需的著火熱：冷爐點火時為Q．，穩(wěn)定燃燒時為Q2:
    Qi=maQ/=327.4 Vo  kj/kg    (5)
    Q2=maQF229.2 V9,  kj/kg    (6)
    然燒器的熱功率為形，(kW)，燃煤的發(fā)熱量為Q幽(kj/kg)，燃油的發(fā)熱量為Q:w (kj/kg)，設(shè)小油槍的容量滿足一次風(fēng)射流的著火熱時，則小油槍的容量冷爐點火時為4，，穩(wěn)定燃燒時為A，：
    A，：QIWr一    kg/s    (7)
    Qdw Q≥，
    A：：j塑墜一    kg／s    一  (8)
    Q幽甌
4生物質(zhì)燃燒機(jī)的應(yīng)用【刪
    運用上述設(shè)計方法，對50 MW、125 MW、200W及300' MW等4種電站鍋爐分別對照小油槍煤粉燃燒器的典型應(yīng)用實績進(jìn)行了小油槍容量設(shè)計計算，計算結(jié)果如表1。
    小油槍容量在設(shè)計選取時應(yīng)留有一定的安全系數(shù)(1.5~2．O)，尤其在鍋爐點火初期，爐膛的水冷效應(yīng)比較大，小油槍要在計算容量的2倍左右運行，小油槍投入運行以后，油火焰的溫度超過1 000℃，完全滿足煤粉的著火，煤粉著火燃燒以后又增強(qiáng)了油火焰的穩(wěn)定。生物質(zhì)燃燒機(jī)點火階段的計算節(jié)油率為7，。d，穩(wěn)燃階段的節(jié)油率為叩2。cd：
    叩kd=1一魯    (9)
    Tl2.cal=1一魯  ‘    (10)
式中B-大油槍的容量，kg/h。
    從表中可以看出，該設(shè)計方法對小油槍煤粉燃燒器的計算節(jié)油率與應(yīng)用實測值吻合良妤，說明該方法計算正確可靠，生物質(zhì)燃燒機(jī)的計算點火節(jié)油率大于72U/o，計算穩(wěn)燃節(jié)油率大于81%。
Vo-0.238Q+2 500
    —  900  一    m3／蠔    (3)  5生物質(zhì)燃燒機(jī)的安全運行
式中Qdrn一煤粉的低位發(fā)熱量，kj/kg。
    一次風(fēng)率取20%，燃燒器的過量空氣系數(shù)為1.15，空氣的密度取為1.293 kg/m3，則1 kg煤粉所
    小油槍是在冷爐啟動或者鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃時才投用的，生物質(zhì)燃燒機(jī)帶油運行時的燃油熱負(fù)荷僅占煤粉噴嘴熱負(fù)荷的6%~13%，不會引起燃燒
    注：該小油槍容量選擇偏大，此列值僅供參考。器燒壞或結(jié)渣。從表1第4列可以看出，即使小油槍容量熱值達(dá)到噴燃器總熱值的37%，小油槍煤粉燒器仍能安全運行。
    為了保證小油槍火焰的穩(wěn)定著火和燃燒，這種燃燒裝置一般都帶有穩(wěn)焰體。穩(wěn)焰體根據(jù)實際情況可選擇鈍體或旋流體，生物質(zhì)燃燒機(jī)的穩(wěn)焰體比較小，燃燒煙煤時穩(wěn)焰體~130 mm左右，一般穩(wěn)焰體在~170 mm—240 mm之間，具體數(shù)值棍據(jù)煤質(zhì)參數(shù)、燃燒工況及鍋爐的截面熱負(fù)荷大小等因素確定。采用一次風(fēng)射流出口速度不變的設(shè)計方法，對原有燃燒器的改造其附加阻力不會超過250 Pa，這相對于送引風(fēng)機(jī)的壓力儲備是安全的。
    小油槍煤粉燃燒裝置采用了內(nèi)置式穩(wěn)燃體，使整個燃燒器的火焰穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)。以貧煤為例，使用該燃燒器鍋爐的不投油穩(wěn)燃負(fù)荷可以提高到60% MCR，在鍋爐的40%～60% MCR負(fù)荷階段投用小油槍可以隨意調(diào)峰，機(jī)組運行安全穩(wěn)定。
    小油槍停用以后，用蒸汽或空氣吹掃，使用推進(jìn)裝置自動推出小油槍，從而避免了小油槍中的油炭化及堵塞，這時生物質(zhì)燃燒機(jī)就是常規(guī)煤粉燃燒器。迄今為止，生物質(zhì)燃燒機(jī)已成功應(yīng)用于全國100多臺電站鍋爐(150—1 050 t/h)的直流煤粉燃燒器技術(shù)改造。理論分析和應(yīng)用表明，小油槍煤粉燃燒器具有低負(fù)荷穩(wěn)燃、節(jié)油效果顯著、附加阻力不大、改造工作量小和安全可靠等特點，是目前穩(wěn)燃負(fù)荷在750/0左右又需要調(diào)峰的電站鍋爐煤粉燃燒器技術(shù)改造的理想選擇，值得大力推廣。
6結(jié)論、
6.1  首次提出了生物質(zhì)燃燒機(jī)的小油槍容量設(shè)計方法，生物質(zhì)燃燒機(jī)的計算節(jié)油率與現(xiàn)場實測值吻合良好。
6.2生物質(zhì)燃燒機(jī)的冷爐點火訃算節(jié)油率大于720/0，穩(wěn)燃階段的計算節(jié)油率大于81u/o。
6.3運行時無燃油燃燒的生物質(zhì)燃燒機(jī)就是安全穩(wěn)定的常規(guī)煤粉燃燒器。