煤粉直接點(diǎn)火燃燒的機(jī)理淺析

煤粉直接點(diǎn)火燃燒的機(jī)理淺析

1無油或少油煤粉直接點(diǎn)火技術(shù)傳統(tǒng)的電壓爐應(yīng)消耗大量燃料。這些燃油的消耗主要有兩種途徑:一是在鍋爐啟動點(diǎn)火過程中,要達(dá)到煤粉的燃燒工況,所投入的燃油數(shù)量往往是很可觀的,如某臺670th鍋爐在冷態(tài)啟動過程中,要耗費(fèi)50t輕質(zhì)柴油;另一個途徑是鍋爐運(yùn)行中,為了調(diào)峰的需要,在低負(fù)荷時拌油燃燒,以防發(fā)生熄火事故。大量的燃油消耗,以及因此而帶來的在燃油采購、運(yùn)輸、儲存、硬件設(shè)備等方面的費(fèi)用,無疑加大了發(fā)電成本。為了降低這一成本,開發(fā)無油或少油煤粉直接點(diǎn)火燃燒器便成了大家一直公認(rèn)的一條途徑。二十多年來,世界各國科技人員在這方面做了大量的工作,開發(fā)了一些新式煤粉直接點(diǎn)火燃燒器,取得了一些成果。但是,可以看到,這些成果有以下特點(diǎn):零散化,沒有成為系統(tǒng);當(dāng)有一項(xiàng)新技術(shù)問世后,大家只是緊隨其后,沒有創(chuàng)新,拘泥于某一種形式。2助力燃料創(chuàng)造電導(dǎo)率的c煤粉點(diǎn)火需要有一個激發(fā)熱源,按照這一激發(fā)熱源的形式,煤粉直接點(diǎn)火燃燒器可以分為兩大類:一是以某種物質(zhì)的燃燒熱為激發(fā)熱源的形式,我們稱之為CES;二是以電能作為激發(fā)熱源的形式,我們稱之為EES。對CES系列,這些化學(xué)物質(zhì)具有以下特點(diǎn):(1)著火溫度較低;(2)化學(xué)動力反應(yīng)速度快;(3)釋熱量大;(4)擴(kuò)散系數(shù)大。比如天然氣、甲烷、乙炔、輕質(zhì)柴油……。根據(jù)這些燃料的不同,可將CES劃分為不同的子系列。對同一種燃料,可以采用不同的燃燒器結(jié)構(gòu),以不同的方式利用它的燃燒熱來點(diǎn)燃煤粉氣流3煤粉燃燒技術(shù)的現(xiàn)狀及機(jī)理3.1低溫等離子體無油直接點(diǎn)火技術(shù)煤粉燃燒器無油直接點(diǎn)火技術(shù)主要分為以下三種:(1)低溫等離子體無油直接點(diǎn)火技術(shù);(2)感應(yīng)式無油直接點(diǎn)火技術(shù);(3)以易燃?xì)怏w燃燒熱作為煤粉氣流的著火熱,這些易燃?xì)怏w包括乙炔、甲烷等。3.1.1低溫等離子體無油直接點(diǎn)火技術(shù)低溫等離子炬發(fā)生裝置用于電站煤粉鍋爐無油直接點(diǎn)火,陰極與陽極之間的高壓電場,將流過其間的工作氣體電離,形成溫度達(dá)4000K以上的低溫等離子體流簡單地講,低溫等離子體無油直接點(diǎn)火技術(shù),以具極高能量密度的等離子體炬為核心激發(fā)能量,來點(diǎn)燃大量的煤粉氣流。因此,其技術(shù)關(guān)鍵在于如何恰好地運(yùn)用這部分能量,在引燃煤粉氣流的同時,又使火炬的能量得到最大的增值。3.1.2煤粉火炬的燃燒方式煤粉火炬與等離子炬相比,前者能量密度遠(yuǎn)不如后者;但是,在相對小的功率輸入下,感應(yīng)式加熱無油直接點(diǎn)火燃燒器可以形成一個初始直徑較大的火炬。進(jìn)入爐膛后,引燃周界煤粉氣流的方式也大不相同。煤粉火炬溫度相對較低,主要靠常規(guī)的化學(xué)反應(yīng)方式進(jìn)行;等離子炬則靠極高的能量密度,特別是在初始階段,與煤粉氣流發(fā)生非常規(guī)的物理化學(xué)反應(yīng)。感應(yīng)式加熱無油直接點(diǎn)火燃燒器比較適合于點(diǎn)燃揮發(fā)分較高的煙煤、貧煤。如果采取諸如增大回流等強(qiáng)化著火措施,無煙煤也可以引燃。3.1.3以燃料再燃增加火炬的擴(kuò)散能力以易燃?xì)怏w燃燒熱作為煤粉氣流著火熱的點(diǎn)火技術(shù)以易燃?xì)怏w燃燒熱作為煤粉氣流著火熱的直接點(diǎn)火燃燒器,其點(diǎn)火機(jī)制比較簡單:甲烷、乙炔或其它易燃?xì)怏w,從燃燒器的中心引入,被點(diǎn)火槍引燃,燃燒氣體噴入爐膛,火焰迅速擴(kuò)散至周界煤粉氣流,煤粉氣流在燃燒氣體的火炬中進(jìn)行熱解,揮發(fā)分乃至碳的燃燒。由于氣體燃料的強(qiáng)擴(kuò)散能力,使火炬的擴(kuò)張能力也很強(qiáng)。這種機(jī)制,同電站鍋爐中應(yīng)用極廣的小油槍點(diǎn)火基本一致,但問題的關(guān)鍵是如何供給易燃?xì)怏w。電站一般設(shè)在城市的遠(yuǎn)郊,對于一些沒有城市煤氣系統(tǒng)的地方,還要在電站附近設(shè)立易燃?xì)怏w供給系統(tǒng)。這一點(diǎn)無疑削弱了該點(diǎn)火技術(shù)同其它技術(shù)競爭的優(yōu)勢。但是,利用烴基燃料再燃技術(shù),可以將氧化性氣氛中生成的NOx降解。如果將該直接點(diǎn)火技術(shù)同燃?xì)庠偃济撓跫夹g(shù)結(jié)合起來,將有很好的發(fā)展前景。3.2小油槍煤粉直接點(diǎn)火技術(shù)煤粉燃燒器少油直接點(diǎn)火技術(shù)分為以下三種:(1)小油槍煤粉直接點(diǎn)火技術(shù);(2)拋物線內(nèi)筒式少油直接點(diǎn)火技術(shù);(3)微油量氣化燃燒直接點(diǎn)燃煤粉技術(shù)。3.2.1燃燒管與材質(zhì)之間的環(huán)型通道進(jìn)入燃燒器的一次風(fēng)粉混合物的一部分通過燃燒管,其余部分通過燃燒管與外殼之間的環(huán)型通道,當(dāng)鍋爐點(diǎn)火或穩(wěn)燃時,可用點(diǎn)火槍將流經(jīng)燃燒管的一次風(fēng)點(diǎn)燃,而流經(jīng)管外的一次風(fēng)起冷卻作用,并在燃燒器出口與從燃燒管噴出的火焰混合而燃燒,形成以煤粉為主的火炬3.2.2旋轉(zhuǎn)小油槍及加熱煤粉煤粉直接點(diǎn)火燃燒器,是一種發(fā)展較成熟的結(jié)構(gòu)形式錐形管與拋物線形燃燒筒相連通為一個整體,錐形管主要設(shè)置有一次風(fēng)管、小油槍套管。錐形管可使一次風(fēng)煤粉進(jìn)入拋物線型燃燒筒發(fā)生旋轉(zhuǎn),在錐形管軸線位置設(shè)置小油槍套管,小油槍套管內(nèi)置小油槍提供點(diǎn)火熱源。旋轉(zhuǎn)的氣流一是可延長煤粉在燃燒筒內(nèi)的停留時間,二是在錐形管出口處造成回流區(qū),可吸引一部分高溫?zé)釤煔鈱︼L(fēng)粉根部加熱,有利煤粉提前著火。這兩股熱量同時對風(fēng)粉根部加熱,足以滿足煤粉著火時所需的著火熱量及對環(huán)境溫度的要求。煤粉點(diǎn)燃后通過調(diào)整均勻分布在風(fēng)套上的二次風(fēng)噴嘴的風(fēng)量,使燃燒達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。3.2.3增設(shè)高溫燃燒節(jié)氧微油量氣化燃燒直接點(diǎn)火燃燒器由高強(qiáng)度、小功率油(氣)燃燒室,一級煤粉濃縮燃燒室,二級和三級燃燒室組成。二次風(fēng)從二級和三級燃燒室的周向引入,通過多級環(huán)縫進(jìn)入燃燒室內(nèi),并在壁面附近形成高速氣流,起到防止壁面結(jié)渣和燒壞作用,同時補(bǔ)充燃燒所需要的氧量。高強(qiáng)度油燃燒室的作用是使燃油在很短的時間內(nèi)發(fā)生劇烈燃燒,產(chǎn)生高溫火焰,為點(diǎn)燃第一級燃燒室中的煤粉提供初始熱源。由于采用了氣化燃燒原理,火焰剛性強(qiáng),長度短,火焰根部呈白熾狀態(tài),燃燒強(qiáng)度很高,火焰平均溫度可達(dá)15004無油點(diǎn)火技術(shù)煤粉點(diǎn)火技術(shù)的在電站鍋爐中的應(yīng)用及發(fā)展方向主要以無油直接點(diǎn)火和少油直接點(diǎn)火兩種技術(shù)為主,其中無油直接點(diǎn)火技術(shù)有其節(jié)能效果明顯,高效等特點(diǎn),但無油點(diǎn)火技術(shù)在技術(shù)上有相當(dāng)大的難度,不易掌握,且初期投資巨大;少油直接點(diǎn)火技術(shù)經(jīng)過不斷的研究發(fā)展及應(yīng)用,