多功能生物質燃燒機的工業性試驗研究

摘要  秦皇島熱電廠2#鍋爐燃燒不穩定、燃燒效率低等問題豐要是由于燃燒器的一次風管道結構不合理造成的，本文采用多功能生物質燃燒機的設計思想對生物質燃燒機進行了技術改造和工業性試驗研究。結果表明，改造后的生物質燃燒機其著火點提前，并且僅改造6只主力燃燒器就可以使鍋爐在50Vo負荷時達到不投油而穩定燃燒，排煙溫度、飛灰含碳量和NO。排放量明顯下降。

    采用生物質燃燒機的鍋爐由于具有能避免過熱器區熱偏差、單獨組織燃燒、對爐膛形狀沒有嚴格要求等特點而得到廣泛的應用【1]。隨著發電機組容量的增加，旋流煤粉燃燒技術的完善，生物質燃燒機必將會顯示出其優越性并得到更大的發展[2]。由于我國的旋流煤粉燃燒技術還基本上處于引進、消化吸收國外技術的水平上，而國外的生物質燃燒機依據本困國情各有特點，要適應中國的國情必須進行恰當的改進。作者在總結國內外技術基礎上提出了能滿足穩燃、高效、低污染、防止結渣和高溫腐蝕等要求的多功能生物質燃燒機[3]。本文基于對多功能旋流燃燒器進行的單相、氣固兩相冷態模化試驗研究，將多功能生物質燃燒機應用到生產實踐中并進行了較為深入的工業性試驗，以進一步驗證其性能。

2鍋爐燃燒裝置存在的問題及改造方案

    秦皇島熱屯廠2#鍋爐為北京B&W公刊的B&W B- 670／13.7-M型煤粉鍋爐，采用EI-DRB型雙調風生物質燃燒機，前后墻對沖各布置4層，每層6只共計24只燃燒器。該爐自1992年11月JF式投以來，主要存在以下問題：  (1)低負荷穩燃能力差，助燃用油量大，多次出現因鍋爐燃燒不穩定引起滅火保護動作進而影響鍋爐及整個機組安全可靠運行的問題，通常在70Vo負荷時就必須投油助燃。

(2)鍋爐燃燒效率低，飛灰可燃物含量大，約7(70左右。

    對鍋爐運行現場進行實地考察發現，2#鍋爐采用的EI -DRB生物質燃燒機燃燒不穩定，嚴重脫火，在燃燒器出口形成一條黑龍，這是鍋爐燃燒不穩定和燃燒效率低的主要原因。圖1為這種生物質燃燒機結構的示意圖，其原設計意圖是用一次風管道中的均流器實現濃淡分離燃燒。但是技術資料表明，均流器距一次風出口約3.2 m，對煤粉氣流的濃縮效果在一次風出口已經消失，導致燃燒器燃燒不穩定。對燃燒器技術資料的分析表明，這種燃燒器燃燒不穩定的關鍵是一次風管道結構不合理。受秦皇島熱電廠的委托，  1998年10月利用2#鍋爐大修期間對其2#磨煤機的6只主力生物質燃燒機即前墻第二層Bi、B2、B3和后墻第二層Fi、F2和F3進行了技術改造。

    針塒EI-DRB生物質燃燒機的特點和目前運行情況，在分析大量冷態模化試驗結果的基礎上，經過反復論證，提出了如圖2所示的改造萬案。從圖中可以看出，改造方案的核心是在一次風管道內安裝帶有旋流葉片的中心管，在一次風出口處沿圓劇安裝齒形煤粉增濃器，同時在一次風出口處增加一次風擴錐，以構成多功能生物質燃燒機，達到高效率和穩定燃燒的目的[4]

3改造前后生物質燃燒機的工業性試驗

    為了詳細了解多功能生物質燃燒機的性能，對改造前后的生物質燃燒機分別進行了工業性試驗。受秦皇島熱電廠生產情況的限制，2#鍋爐改造前沒有對其進行熱態試驗，只能以1#鍋爐燃燒器（與2#鍋爐完全相同，但未經改造）的試驗結果作為改造前的結果進行比較。在秦皇島熱電廠的大力協助下，試驗期間保持改造后的2#鍋爐與未經改造的1#鍋爐在基本相同的負荷（50Vo額定負荷）和相同的運行方式（2#和3#磨煤機運行）下運行，以便進行比較，并檢驗2#鍋爐的穩燃能力。

    圖3所示為1#鍋爐104 MWe負荷下Fi燃燒器在軸向不同截面燃燒器中心線上的爐膛溫度分布。圖中，  z為測量截面距燃燒器出口的距離(mm)，d為燃燒器的直徑(1012 mm)。從圖中可以看出，由于煤粉濃度與高濕回流區的不匹配，在燃燒器出口根部煙氣溫度較低，直到x/d=0.8時，才達到llOOoC左右，導致著火推遲，這也是在燃燒器出口看到一條黑龍的原因之所在。在現場觀察時還會發現，火焰閃動較大。

燃燒器在距燃燒器出口不同截面處沿其徑向的煙氣溫度分布，r為燃燒器徑向到中心線的距離(mm)。將】．社鍋爐的測試結果（圖3）與圖4進行比較可以發現，1#鍋爐采用的是EI-DRB生物質燃燒機，呈中心回流，燃燒器各截面中心線E的煙氣溫度表明了該截面的***高溫度。2孝鍋爐改造為多功能旋流燃燒528工程熱物理學報器的測試結果圖4則不然，此時形成的是環形回流區，各截面的***高溫度并不是在燃燒器中心線上。在離燃燒器中心線一定距離處，由于有很多來自內二次風和外二次風的空氣，使外二次風環繞火焰形成一個氧殼，使該區域的煙氣溫度也較低。因此，從圖中各截面明顯的溫升可以很容易地辨別出著火點的位置，即煤粉氣流在燃燒器中心線和外部氧殼之間的中部區域著火（這里溫度達到***高值），并且著火點恰好位于齒形煤粉增濃器的后面、在距燃燒器出口200 mn1左右的地方(x/d=0.2)，截面溫度峰值即達llOOoC左右。由此可見，改造后回流區位置適當，著火點的位置明顯提前，且煤粉氣流著火及時。可以從以下幾方面來分析其機理：(1)在齒形煤粉增濃器后面有一個高濃度的煤粉區（冷態試驗結果已經證實），可以降低煤粉氣流的著火溫度；(2)齒形煤粉增濃器與一次風擴錐的配合，使得齒形煤粉增濃器背后還存在一個高溫的環形回流區，實現r煤粉濃度與高溫回流區的良好配合，為保證煤粉氣流的及時、穩定著火提供了條件。

    (2)低負荷深庋調峰試驗表明，即使僅改造2#鍋爐全部燃燒器的四分之一，也可以使鍋爐在50Vo負荷時達到不投油而依然穩定燃燒；

    (3)排煙溫度和飛灰含碳量由127。C和7%分別下降為1130C和4Vo，進而提高了鍋爐效率和燃燒效率；

    (4)排煙中NOx排放量明顯減少，從396mg/Nm3降低300 mg/Nm3，下降近25Vo；

    (5)到目前為止，尚未發現爐墻結渣和高溫腐蝕現象。

    上述結果表明，僅僅改造2#鍋爐2#磨煤機的6只主力生物質燃燒機就可以解決該爐急待解決的問題，達到預期的目的。可以設想，如果把所有的燃燒器全部改造為多功能生物質燃燒機，鍋爐的性能將會得到進一步的改善。

5結  論

    (1)針對秦皇島熱電廠2#鍋爐燃燒不穩定、燃燒效率低等問題，采用多功能生物質燃燒機的設計思想對生物質燃燒機進行了技術改造和工業性試驗研究。

    (2)將原來的生物質燃燒機改為多功能生物質燃燒機后，著火點提前，鍋爐的低負荷穩燃能力提高，排煙溫度、飛灰含碳量和N0。排放量明顯下降。