高效燃用生物质成型燃料新型炉膛的设计与研究

针对我国生物质锅炉燃烧效率低、积灰结渣严重的问题,设计了一种高效燃用生物质成型燃料的新型炉膛结构。为判断新型炉膛的运行水平,将该炉膛应用在额定蒸发量为1 t/h、额定蒸汽压力为1.25 MPa的蒸汽链条锅炉上,在8个不同过量空气系数(αpy)下,与传统炉膛进行燃烧效率、炉膛出口烟温、炉膛出口含氧量的对比试验研究。结果表明,在αpy=1.5时,新型炉膛的燃烧效率为97.04%,炉膛出口烟气温度为799℃,炉膛出口含氧量为5.2%,性能明显优于对比锅炉,证实设计的新型炉膛能实现生物质燃料稳定、持续、高效的燃烧。     

生物质微米燃料旋风燃烧的数值模拟

针对生物质微米燃料的燃烧特点,在煤粉以及煤粉燃烧与生物质混燃的模拟基础上,建立了适合生物质微米燃料的燃烧模型,并通过CFD软件Fluent进行模拟,模拟结果与实验较为吻合。模拟结果显示,微米燃料在旋风炉内旋风燃烧,增加了停留时间,燃烧更加充分,增大了炉膛温度。炉膛温度随着过量空气系数的增大呈现先升高后降低的趋势,当过量空气系数为1.2时温度达到最大;并且燃料粒径越小,炉膛温度越高,燃烧情况越好。     

生物质固体成型燃料抗结渣研究进展

生物质固体成型燃料具有易储存、运输及使用方便、清洁环保、燃烧效率高等优点,是开发利用生物质能的主要方向之一.但秸秆类生物质原料中无机元素(包括K,Na,Cl,S,Ca.Si,P等)含量较高,导致了生物质固体成型燃料在热化学转化利用过程中出现结渣现象,不仅对燃烧设备的热性能造成影响,而且危及燃烧设备安全,成为阻碍生物质同体成型燃料推广应用的主要因素.文章分析了秸秆类生物质燃料的结渣机理,介绍了国内外生物质燃料抗结渣特性的研究现状,探讨了原料预处理、添加剂和颗粒密度对燃料抗结渣特性的影响,最后分析了目前生物质抗结渣研究中存在的问题,并提出了未来的研究方向.     

燃烧方式对生物质理论燃烧温度的影响

采用与生物质燃料特性相近的褐煤为过量空气系数的定性指标,确定了生物质采用固定床、流化床、悬浮燃烧和气化燃烧4种燃烧方式的过量空气系数,依据锅炉机组热力计算标准方法,研究了热值、过量空气系数和燃烧方式对理论燃烧温度的影响。研究结果表明:理论燃烧温度与燃料的低位发热量正相关;理论燃烧温度随过量空气系数的增大而降低;采用流化床、悬浮燃烧和气化燃烧3种燃烧方式,生物质燃料均能够获得较高的理论燃烧温度,其中,采用气化燃烧方式的理论燃烧温度最高。文章的分析结果为生物质燃烧方式的选取及生物质锅炉的设计提供了理论依据。     

生物质微米燃料旋风燃烧实验研究

针对生物质微米燃料的特点,进行了生物质微米燃料旋风燃烧实验。在实验工况下,随着空气过剩系数(0.9~1.3)逐渐增大,炉膛内各断面的温度变化呈相同的趋势,先增加后减小,且各断面之间的温度有明显梯度变化,当空气过剩系数等于1.2时,各断面的温度同时达到最大,最高温度可达1200℃;较小的燃料粒径能获得较好的燃烧效果;微米燃料充分燃烧后,烟气中SO2、CO、CO2的浓度很低,燃烧造成环境污染轻微;利用碱酸比对由松木制成的微米燃料的结渣性能进行评价,该生物质微米燃料具有中等结渣性。     

生物质与煤混烧对降低NO_x排放的影响因素分析

NOx是通常公认的主要的大气污染物之一,控制NOx受到人们的高度关注。生物质和煤混烧是降低NOx排放、提高生物质能利用率、节约能源的有效方式。阐述了燃煤电站锅炉燃烧过程中NOx的产生、消解机理,分析了生物质与煤混烧的燃料特性、炉膛温度、过量空气系数和生物质的矿物质碱金属成分等诸多因素对NOx排放的影响规律,为控制燃煤锅炉NOx排放及利用生物质能源提供理论参考。     

440t_h CFB锅炉掺烧石油焦二氧化硫排放特性研究

在440 t/h大型循环流化床锅炉上进行了燃烧不同比例煤和石油焦混合燃料时二氧化硫排放特性的试验研究。研究了燃烧不同比例的混合燃料、炉膛温度、过量空气系数和钙硫摩尔比对二氧化硫排放特性的影响。研究结果表明,过量空气系数和钙硫摩尔比的增加可以降低二氧化硫排放浓度。存在一个最佳脱硫温度,二氧化硫排放浓度最低,对于各种混合燃料最佳脱硫温度应在830～850℃之间。     

生物质与城市生活垃圾混烧特性的实验研究

针对城市生活垃圾与煤混烧发电方法经济效益较差的缺点,建立了生物质与城市生活垃圾混烧实验系统,测试了系统设计和运行中主要可控参数对炉膛温度和燃料燃烧效率的影响。结果表明:炉膛温度随一次风率和掺混质量百分含量的增大而增大,随过量空气系数的增大而降低;燃料燃烧效率随一次风率和掺混质量百分含量的增大而增大,随过量空气系数的增大,先增大后减小;当过量空气系数为1.7、掺混质量百分含量为15%、一次风率为75%时,炉膛温度为880℃,燃料燃烧效率为97.4%。     

1000MW机组燃烧调整对NO_x排放影响

在1 000MW机组锅炉上进行了燃烧调整试验,通过改变过量空气系数、机组负荷、燃尽风率和配风方式,对烟气NO_x的排放规律进行了研究。结果表明:随着过量空气系数的增大,NO_x排放浓度显著增大,锅炉排烟热损失呈上升趋势,飞灰含碳量呈下降趋势。锅炉负荷对NO_x排放的影响主要来自燃料量、炉膛温度、氧浓度等多方面因素的综合影响,随着锅炉负荷下降,过量空气系数增大,烟气NO_x排放浓度呈缓慢下降趋势,单位质量燃料的NO_x转化率有所升高。增大炉膛的燃尽风率可显著降低烟气NO_x排放浓度。在燃尽风率较低的燃烧工况下,NO_x排放浓度对燃尽风率的变化尤为敏感。与均等配风方式相比,束腰配风方式可降低炉膛主燃料区的氧浓度,使烟气NO_x排放浓度下降。     

秸秆成型燃料双胆反烧炉的设计

根据秸秆成型燃料的单颗粒燃烧试验,分析了秸秆成型燃料的燃烧速度、燃烧机理和燃烧动力学特性,总结了秸秆成型燃料的燃烧规律,并根据秸秆成型燃料燃烧特性,研制出适合于生物质秸秆成型燃料燃烧的双胆反烧锅炉。该锅炉采用双层炉排反烧结构,可使成型燃料连续稳定燃烧,同时基本上解决了秸秆燃烧的结渣、飘尘问题。试验结果表明:该锅炉燃烧效率高达99.23%~91.75%,而且烟气中的烟尘含量,氮氧化物及二氧化硫含量远低于国家锅炉的污染物排放标准要求。图1表6参10     

富磷添加剂对生物质燃烧中积灰结渣和腐蚀作用的探析

文章探讨了富磷添加剂对生物质燃烧过程中锅炉受热面积灰、结渣和腐蚀的作用机理,分析了其作用效果,考察了燃烧温度、燃烧气氛、生物质种类、Ca/K摩尔比、P/K摩尔比等主要因素对作用效果的影响规律。结果表明,富磷添加剂可以将烟气中的碱金属(主要是钾)和氯元素固定于底灰中,生成高熔点化合物,减轻碱金属熔融结渣和氯腐蚀。同时,添加剂改变了灰的物理和化学性质,使灰松软不易烧结,从而有效减轻了生物质燃烧过程中锅炉受热面的积灰、结渣和腐蚀。     

常风温无焰燃烧燃气锅炉特性的数值模拟研究

介绍了常温无焰燃烧技术在燃气锅炉上的应用,建立了炉膛内流动与传热的数学模型并进行了数值计算,给出了温度场和NOx浓度场分布。发现增大过量空气系数可以降低炉膛最高温度及平均温度,减小生成的NOx浓度。当过量空气系数为1.05时,锅炉热效率达到最高值,超过98%。当锅炉热负荷低于20%时,炉膛内燃烧方式接近传统有焰燃烧;当锅炉热负荷高于20%时,炉膛内燃烧方式为无焰燃烧,炉膛内温度分布均匀,NOx生成量极低,排放稳定。     

深度调峰工况下锅炉过量空气系数对炉内温度影响的分析

  [目的]  为了分析火电机组超低负荷运行工况下过量空气系数对于炉膛燃烧稳定性的影响,更好地指导机组参与调峰。  [方法]  通过深入分析锅炉运行和炉内传热机理,以炉膛出口烟温表征炉内燃烧温度,并作为燃烧稳定性的指标,在MATLAB/SIMULINK中搭建炉膛出口烟温模型。以某300 MW火力发电机组为例,首先选择几个典型工况点采用相似性求解方法计算炉膛出口烟温与锅炉厂家给出的设计数据进行比对,检验计算方法基本正确之后代入超低负荷运行参数,计算深调峰工况下不同过量空气系数对应的炉膛出口烟温。  [结果]  仿真结果表明:模型算得炉温与锅炉厂家给出的设计数据对比,计算误差小于±15 ℃,计算方法基本正确,可以将其应用于超低负荷工况计算。  [结论]  随着负荷的降低,使炉膛出口烟温达到最大值的最优过量空气系数逐渐增大。因此在超低负荷运行工况下,可在一定范围内适当增大过量空气系数以提高炉膛出口烟温,进而提高锅炉燃烧的稳定性,并且过量空气系数小于2.0时,数值越大炉膛出口烟温越高。     

成型生物质流化床气化及结渣影响因素研究

为提高生物质气化产物的品质,采用成型桉树皮和成型玉米秸秆2种典型农林废弃物,并选取稻壳和木屑作为对比,在中试规模的流化床实验台上进行气化实验,得到成型桉树皮、成型玉米秸秆、稻壳和木屑的最佳空气当量系数,分析了成型生物质在气化中出现结渣现象的原因。结果表明：在实验条件下,成型桉树皮、稻壳和木屑的最佳空气当量系数为0.20,其燃气热值分别为5.5 MJ/m³、5.5 MJ/m³、6 MJ/m³,气化效率分别为60%、45%、52%;成型玉米秸秆由于其高灰分、低热值,所需空气量更大,最佳空气当量系数为0.24,燃气热值为4 MJ/m³,气化效率为35%;气化温度提高可促进不同生物质的气化反应,碱金属、碱土金属含量较多的成型生物质在气化过程中更易结渣。     

生物柴油在WNS型工业锅炉中的燃烧和氮氧化物浓度特性的数值模拟研究

采用数值模拟方法得到不同燃料量、过量空气系数等对炉膛内烟气温度和燃烧产物的组分浓度分布影响。研究结果表明:燃料量和过量空气系数是影响炉膛内温度分布的主要因素;二次风速的大小明显影响炉膛内火焰形状和最高温度点位置;氮氧化物主要来源于热力型,过量空气系数为1.10时,炉膛内氮氧化物的浓度达到最大值。     

210MW煤粉炉燃烧系统改进的数值模拟

运用CFD软件对某210 MW煤粉锅炉的燃烧过程进行三维数值模拟,针对锅炉实际存在温度分布不好、燃烧效率不高、结渣问题严重,对炉膛进行偏二次风、反切燃尽风及两者联用改进。结果表明:与设计工况相比,单独的小角度偏二次风改进下的炉膛燃烧区温度降低约300 K,水冷壁附近氧气浓度提高,减少了水冷壁的结渣和高温腐蚀;单独小风率反切燃尽风改造后的配风方式更合理,烟气的停留时间增加0.6 s,燃烧区温度提高约373 K,高温区域扩大,炉膛出口烟气热偏差系数减小约0.7%,提高了锅炉的燃烧效率和运行的安全性,但可能加重炉内结渣;二者联用改进既能够很好地改善炉膛的温度分布,扩大炉膛高温区域,提高燃烧区温度约353 K,同时能够减少燃烧器区域的结渣和高温腐蚀,减小炉膛出口烟气热偏差,采用二者联用改造对锅炉运行最为合适。     

基于FES的火焰温度与气相碱金属浓度在线监测

煤燃烧过程中释放的气相碱金属对炉膛沾污结渣问题有重要影响,开展炉内温度与气相碱金属浓度的在线监测对结渣预测与燃烧调整有重要意义。基于FES技术开发火焰温度与气相碱金属在线监测系统,并应用与600MW超临界W火焰无烟煤机组,连续进行了温度与气相碱金属浓度测量。结果表明,温度与气相碱金属浓度随着机组运行数据的变化有着明显的相关性。右墙前测点受到锅炉运行过程中的干扰较小,温度与气相碱金属浓度波动范围较小,但气相碱金属浓度始终维持在较高的水平。最后,对该锅炉的结渣倾向预测结果是：随着负荷与给煤量的增大,气相碱金属浓度增大,结渣的倾向升高。     

燃用准东煤电站锅炉炉膛温度场分布及结渣特性试验研究

在掺烧准东煤电站锅炉试验中,通过改变SOFA风率和准东煤掺烧比,研究了SOFA风率和掺烧比对膛内火焰温度场分布及炉膛内结渣情况的影响。结果表明,一次燃烧区域火焰平均峰值温度随SOFA风率的增加而降低,而二次燃烧区域火焰平均峰值温度炉膛和烟气出口温度随SOFA风率的增加而升高。随着准东煤掺烧比增大,主燃烧区域温度升高,而在燃尽风区域火焰平均峰值温度则降低。SOFA风率最大时燃烧器中部区域结渣情况最为严重,而随着SOFA风率的减小,燃尽风上方区域的结渣情况越来越严重。随着掺烧比的增大,燃烧器中部区域和燃尽风上方区域的结渣情况均变得严重。里层渣样出现钠钙长石和赤铁矿的富集,随着结渣的发展,渣样中碱金属含量逐渐降低。     

生物质燃烧过程中K元素的迁移特性

在生物质热转化过程中,一部分K元素会进入到气相,造成锅炉高温对流受热面上的积灰结渣和高温腐蚀问题,严重威胁锅炉的安全运行.以自行设计的固定床实验系统研究了典型生物质燃料燃烧过程中K元素的迁移特性,考察了温度、时间和掺混燃烧的影响.结果表明,随着温度的升高,燃料中水溶性K会减少,难溶性K和气相析出K会增加.当温度为700～900,℃时,随着反应时间的增加,小麦秸秆中K元素的析出率逐渐升高,且有一部分醋酸铵溶K和盐酸溶K转化为难溶K,另一部分水溶性K转化为气相K析出.掺混了稻壳后玉米秸秆的灰产率会增大,且在燃烧温度较高时掺混高硅燃料对玉米秸秆中K元素的释放会产生一定影响.     

玉米芯燃烧过程中碱金属析出迁移的影响因素分析

在一台小型常压流化床上进行了玉米芯的燃烧试验,采用电感耦合等离子发射光谱仪测定了气相和床料中碱金属元素的含量,分析了床温和过量空气系数对碱金属析出迁移的影响.结果表明,床温是影响碱金属析出迁移的最主要的因素.随着床温升高,气相碱金属含量有较大幅度的升高,床料中碱金属含量会降低,钾元素比钠元素更容易在燃烧时析出进入气相;随着温度升高,床料中水溶性钾在全钾中占的份额也降低.过量空气系数对碱金属析出迁移的影响没有温度显著,当过量空气系数从1.12增加到1.35时,气相中碱金属含量增加,床料中碱金属含量降低.