国内外高浓度煤粉燃烧技术综述

国内外高浓度煤粉燃烧技术综述
刘大易 , 刘尔博
(松花江林业管理局锅炉压力容器检验所 ,黑龙江 哈尔滨 150001)
摘 要 : 分析我国浓淡燃烧器的类型和现状 ,借鉴国外几种清洁稳燃的高浓度煤粉燃烧技术的特 点和应用范围 ,对我国浓淡燃烧器的开发和利用提供有益的参考和指导 。 关键词 : 浓淡燃烧器 ; 清洁稳燃 ; 浓缩 中图分类号 : T K 288 文献标识码 : A
第 17 卷 第 1 期 林 业 劳 动 安 全
2 0 0 4 年 2 月
FORESTR Y LABOU R SAFET Y
文章编号 : 1006 - 5091 (2004) 01 - 0034 - 03
Vol117 ,No11 Feb , 2 0 0 4
锅炉安全
2. 3 石川岛播磨 IHI - FW 双流旋流燃烧器
沙角电厂 350 MW 煤粉锅炉采用这种低硝化物
燃烧器 ,燃烧器对冲布置 ,前墙 3 排 ,后墙 2 排 ,每排
4 只 ,4 只/ 磨 ,额定负荷时投 4 台 16 只 。该锅炉在
不投油时可以 20 %MCR 下连续运行 。设计煤种 :
Q
y DW
前苏联 、德国带浓缩器褐煤 燃烧器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
分配器弯管分离
喷口收缩集中
弯管分离 钝体回流
调风集中
调风集中
PAX 装置分离 调风集中 (弯管)
浓缩器浓缩
旋风分离器 卧式分离器 惯性浓缩器 离心浓缩器
环形通道末端内向收缩 ;滑动喷口也能使一次风出
口截面缩小 ,使粉煤向中心浓缩 ,在离燃烧器很近距
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离内形成回流区 ,外表面浓度低于内表面 ,从而实现 局部浓缩 ,达到降低硝化物和低负荷稳燃 。 2. 4 石川岛播磨 IHI2WR2PC 燃烧器 煤粉燃烧器的有限调节比影响锅炉的启停和变 负荷运行 ,在运行中往往需要油助燃并伴随着磨煤 机的启停操作 。IHI 公司开发的 WR2PC 燃烧器可 使常规燃烧器的调节比变得很宽 ,而不必对原有磨 煤机和燃烧器系统作大的改动 。 IHI 公司研究认为 ,对常规燃烧器系统 ,一次风 煤比 A/ C 必须低于 3 或 3. 5 才能保证燃烧的稳定 , 即这时磨煤机和燃烧器的实际运行负荷约为 30 % 或 40 %。对直吹式系统 ,磨煤机负荷下降时 ,A/ C 将上升 。IHI2WR2PC 燃烧器的思想是当负荷下降 时仍能保证燃烧器出口一定的煤粉浓度 。其特点是 在通向燃烧器的一次风管上加了一个带离心式分离 器的旁路 。通过实验及运行得出 ,当分离器入口 C/ A 为 0. 2 kg/ kg 、抽汽率为 15 %时 ,低 、高浓度出口 C/ A 分别为 0. 02 kg/ kg 和 1. 2 kg/ kg 。实际运行分 离效率为 75 %～ 85 %。试验表明 , 燃用典型烟煤 时 ,负荷可降至 20 % ,改造实例表明 :启动时可使油 —煤粉的切换从 30 %负荷降至 5 %。锅炉最低负荷 可降至满负荷时的 35 %而不必启停磨煤机 ,而且负 荷变化速率可望达到燃油炉的水平 。其缺点是运行 调节复杂 ,不适合我国国情 ,阻力约为 100 mm H2O。 2. 5 PAX 燃烧器 PAX 燃烧器 ( Primary Air Exchange Burner) 与 直吹式制粉系统配套使用 ,它是 B &W 公司在旋流 燃烧器的基础上开发出来的新型旋流煤粉燃烧器 , 最早应用在 W 型火焰锅炉上 ,近年来已用在水平燃 烧方式上 。 B &W2670/ 13. 72M 型锅炉上的燃烧器为前后 墙对冲布置 ,设计煤种为贫煤 。配有双层调风系统 , 内层二次风量少 ,内外二层旋流强度均可调节 ,一次 风不旋转 。 经置换 ,它能使磨煤机出口风粉混合物由 85 ℃ 提高到燃烧器出口的 200 ℃左右 ,达到中储式热风 送粉的温度水平 。同时替换前一次风粉流的 10 % 的煤粉和 50 %的空气经乏气喷口送入炉膛 。能使 一次风粉浓度浓缩约 1. 8 倍 。乏气喷口呈极扁平的 形状 。 该型燃烧器一次风交换装置阻力约为 52 mm H2O ,燃烧器的调风器降压 50～87 mm H2O 。 2. 6 B &W 和日立(HITACHI) 低硝化物双调风燃烧器
收稿日期 :2003 - 10 - 15 第一作者简介 :刘大易(1971 - ) ,男 ,毕业黑龙江省佳木斯工学院 ,现任黑龙江省松花江林业管理局锅炉压力容器检验所工程师。
2004 年 2 月 国内外高浓度煤粉燃烧技术综述
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表 1 燃烧器类型
高浓度给粉
国外高浓度燃烧技术分析
燃烧器浓缩 局部浓缩 浓淡分离
前苏联一种燃烧器
正 、负压系统
三菱 PM 燃烧器 IHI2FW 双流旋流燃烧器
CE2WR 燃烧器 B &W 公司双调风燃烧器 日立 B &W 和日立公司双 调风燃烧器 B &W 公司 PAX 一 次 风 交 换燃烧器 FW 公司旋风分离式燃烧器 IHI. W. R2PC 分离式燃烧器
1 我国浓淡燃烧器的类型和现状
自从日本的 PM ( Pollution Minimum) 和美国的 WR ( Wide Range Coal Mode) 两种浓淡燃烧器传入 我国后 ,国内相继出现了原理类似的浓淡燃烧器 。 实现煤粉浓淡分离的主要方法有 : (1) 撞击可调式浓 淡分离器 ; (2) 百叶窗式浓缩器 ; (3) 弯管的惯性分离 作用 ; (4) 旋流叶片煤粉浓缩器 ; (5) 旋风分离器等 。 其中撞击可调式浓淡燃烧器是比较成熟的一种[1 ] 。 撞击可调式浓淡燃烧器技术在使用中取得了很 好的效果 。在实际应用中出现的一些问题 ,如分离 后浓相与稀相气流速度的不均 、高负荷时燃烧器喷
通过双调风措施可以使燃烧器中心区保持还原 形气氛 ,呈现富燃料燃烧状态 ,而在周围形成氧化气 氛 ,这也是其能降低硝化物的原理 ,实际上也是在着 火区局部形成浓缩型高浓度燃烧 。 双调风燃烧器采用相对狭长的火焰 。燃料的着 火是在火焰中心含粉浓度较高的风粉混合物中发生 的 ,气流的扰动仅达到维持风粉的混合达到燃烧所 需要的程度 。当配风合适时能使煤粉在喷口端部外 侧几十毫米处着火燃烧 。 华能南通电厂 250 MW 机组 Babock 双调风燃 烧器特征值如表 2 所示 。可以看出 ,内二次风速值 比常规燃烧器要低 。该炉能在 35 %负荷下无须投 油助燃 ,存在的问题是硝化物排放量偏高和内外二 次风门机构 、旋转叶片调节机构往往因卡涩而无法 调节 。
=
21.
658
MJ /
kg
,挥发分
Vy
=
38.
07
%
, Wy
=
8 % ,Ay = 22. 39 %。
这种燃烧器是使一次风粉流往内外筒形的环形
通道切向旋转进入炉膛 ;调风器和内叶轮控制二次
风分二批进入炉膛 ,第一批二次风风量较少 ;热三次
风由燃烧器中心进入 ,风量极小 。
除了一 、二次风率调节可以间接调节粉煤浓度 ,
Abstract : Types and stat us quo of bias burners in China are analyzed and t he characteristics and appli2 cation range of several foreign clean , steady and high concent ration pulverized coal combustion tech2 niques are discussed in t he article ,which can provide usef ul inst ruction and reference for t he develop2 ment and exploitation of Chinese bias burners. Key words : bias burner ; clean steady combustion ; condense
表 2 华能南通电厂 Babock 双调风燃烧器特征值
嘴浓侧容易烧坏等 ,技术人员采取一 、二次风的调平 及在喷嘴处加装冷却风喷口等措施 ,已获得了较好 的解决 。可以预言 ,撞击可调式浓淡燃烧器的应用 前景将极为乐观 ,对节约能源将做出极大的贡献 。
2 国外清洁稳燃的高浓度燃烧技术
煤粉高浓度燃烧是采取一定的技术措施 ,在燃 烧器着火区域形成的煤粉浓度远远高于此区域常规 燃烧时所需要的煤粉浓度 。常规的煤粉锅炉只是通 过一次风量来间接控制总体的煤粉浓度 ,并不精确 计算着火区的煤粉浓度 ,投运后一般也不从浓度角 度去组织燃烧[2 ,3 ] 。
淡股各半 ,平均粉风 C/ A = 0. 52 kg/ kg ,浓股 C/ A =
0. 83 - 0. 732 kg/ kg ,淡股 C/ A = 0. 313 - 0. 21 kg/
kg ,压力损失高达 130 mm H2 O 。运行煤种发热量
Q GW = 25 589 ( kJ / kg) ,Vy = 11. 6 %。
应用备注
从改善给粉系统到稳燃 、 降硝化物 从低硝化物到低挥发分煤 到无烟煤 低负荷稳燃 (沙角 B 电厂 350 MW) 低硝化物到贫煤到无烟煤 低硝化物 低硝化物 从低硝化物到贫煤到无 烟煤 低硝化物到无烟煤 从低负荷稳燃到低硝化物
低负荷稳燃
表 1 将煤粉高浓度燃烧技术分为三种四类 ,即 高浓度输粉技术 、燃烧器浓缩技术 (分为局部浓缩和 浓淡分离) 和浓缩器浓缩技术 。所谓“燃烧器浓缩技 术”是在常规一次风煤粉浓度条件下 ,通过燃烧器的 浓缩结构形成高浓度火焰燃烧 。其中浓淡分离是把 一次风分离成浓淡两股 ,获得不同浓度的粉流 ;局部 浓缩是指在一次风出口后的着火区形成局部高浓度 区。 下面对其中的一些燃烧技术进行评述 : 2. 1 高浓度输粉技术 前苏联开发应用的高浓度给粉技术已有 10 多 年 ,至今已有燃用无烟煤 、褐煤 、烟煤的 200 MW 、 300 MW 、500 MW 和 800 MW 机组锅炉 。采用这种 技术可以大大简化制粉系统 ,减少金属及保温材料 保养等消耗 ,提高可靠性和经济性 。 2. 2 三菱 PM ( Pollution Minimum) 燃烧器 日本三菱重工在 1981 年开发的 PM 直流煤粉 燃烧器用于煤粉切圆燃烧方式 。PM 燃烧器融浓淡 喷嘴和浓淡分离器于一体 ,实际上是集分级燃烧和 浓淡燃烧于一体的低硝化物燃烧系统 。 三菱公司由研究着火距离与一次风 A/ C 关系 , 进而研究一次风着火与传播速度的关系 。一般制粉 系统出来的风粉流中 A/ C 正常值为 2～4 的范围 , 对于高挥发分煤来说正处于高火焰传播速度区 ,着 火距离短且易着火稳燃 。而高挥发分煤要达到 A/
C = 1 (高浓度) 左右才处于较高的火焰传播速度区 。
因此 ,对于低挥发分煤的燃烧分隔成浓淡两股 ,使高
浓度内粉流 A/ C 约为 1 。
PM 燃烧器可控制硝化物生成量在 250 ～ 65
pp m 。
山东黄台电厂已成功应用了三菱 300 MW 锅炉
PM 燃烧器煤粉分配器 。其设计参数如下 : 风量浓
A Summary of Foreign and Domestic High Concentration Pulverized Coal Combustion Technology
L IU Da2yi , L IU Er2bo
(Boiler and Pressure Container Inspection Instit ute of Songhuajiang Forest ry Administ ration , Harbin 150001 , China)