中心給粉旋流燃燒器熱態(tài)試驗臺試驗研究.pdf

1、NOx是一種危害人體健康和大氣環(huán)境的有毒污染物。電站鍋爐的NOx排放量占各種燃燒裝置NOx排放量總和的50％以上,而且80%左右是由煤粉鍋爐排放的。根據(jù)我國火電廠未來增容的預(yù)測和燃煤增量的預(yù)計,“十二五”期間火電廠NOx排放量將由2010年的1050萬噸增加到1200萬噸左右,這將給我國大氣環(huán)境帶來巨大的危害。為了減輕環(huán)境壓力,我國對燃煤電站鍋爐NOx的允許排放量制定了嚴格的排放限制,但是,目前我國絕大多數(shù)電站鍋爐的NOx排放量遠遠超過

2、國家規(guī)定的排放限制,因此,開發(fā)低NOx燃燒技術(shù)降低火電廠NOx的排放是當(dāng)前電力行業(yè)的重要課題。
　　中心給粉旋流煤粉燃燒器是一種新型的高效、低NOx排放的燃燒技術(shù),本文采用實驗室單相試驗、兩相試驗、熱態(tài)試驗和數(shù)值模擬的方法對中心給粉旋流燃燒器的冷態(tài)流場、煤粉火焰形態(tài)特征、煤粉燃燒特性以及NOx排放特性進行了較為深入的研究。
　　在單相實驗中,采用IFA300恒溫式熱線風(fēng)速儀對中心給粉旋流燃燒器出口區(qū)域冷態(tài)流場進行了測量,研究

3、了燃燒器在不同運行參數(shù)和結(jié)構(gòu)下的單相冷態(tài)射流流動特性及湍流特性。在氣固兩相試驗中,利用三維相位多普勒測速儀(PDA)對中心給粉旋流燃燒器的氣固兩相流場進行了測量,研究了燃燒器在不同一次風(fēng)風(fēng)率、內(nèi)二次風(fēng)風(fēng)率、內(nèi)二次風(fēng)葉片角度、外二次風(fēng)葉片角度下的氣固兩相冷態(tài)射流流場中的平均速度、顆粒的體積流量和顆粒粒徑分布特性。通過對燃燒器單相流場和氣固兩相流場的研究,得到了較佳的一次風(fēng)風(fēng)率、內(nèi)二次風(fēng)風(fēng)率、內(nèi)二次風(fēng)葉片角度和外二次風(fēng)葉片角度,對熱態(tài)實驗用

4、的中心給粉旋流燃燒器的結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)進行了優(yōu)化。
　　中心給粉旋流燃燒器在電廠的熱態(tài)實驗過程中受到電站鍋爐運行的限制,可變的參數(shù)很少,參數(shù)的變化范圍也很窄,很多有價值的熱態(tài)試驗都無法進行,并且測點布置也受到現(xiàn)場環(huán)境條件的極大限制,只能通過燃燒器看火孔或者側(cè)墻看火孔對燃燒器某一點的軸向方向或者徑向方向的燃燒情況進行測量,不能全面細致的測量煤粉火焰的內(nèi)部的燃燒情況,因此,為了對中心給粉旋流燃燒器在不同熱態(tài)試驗條件下的燃燒情況和NOx排

5、放特性進行全面而細致的研究,本文建立了中式規(guī)模的中心給粉旋流燃燒器熱態(tài)試驗臺,并在試驗臺上研究了煤粉濃縮率、供風(fēng)溫度、過量空氣系數(shù)以及軸向空氣分級燃燒對中心給粉旋流燃燒器煤粉氣流的著火、煤粉火焰形態(tài)特征、火焰溫度、煙氣成分、顆粒燃盡以及NOx排放特性的影響規(guī)律。在試驗中,為了對中心給粉旋流燃燒器火焰區(qū)域的燃燒情況進行詳細而全面的測量,在燃燒器噴口附近的火焰區(qū)域布置了測點網(wǎng)格,并且對燃燒器中心線區(qū)域的測點網(wǎng)格進行了加密。為了對中心給粉旋流

6、燃燒器的爐膛內(nèi)部整體燃燒情況進行全面研究,沿爐膛中心線還布置測點。
　　熱態(tài)試驗結(jié)果表明,提高中心給粉旋流燃燒器煤粉濃縮率對于降低NOx的生成有明顯的作用,隨著煤粉濃縮率從1增加到5,煤粉火焰亮度減弱,火焰擴散范圍減小,火焰長度增加,火焰的溫度峰值降低,火焰區(qū)域的NOx濃度降低,C的燃盡率下降,在尾部爐膛出口煙氣中的NOx的濃度從1182mg/m3@6%O2,降低到861mg/m3@6%O2,下降了27.15%;提高供風(fēng)溫度有利于

7、提高中心給粉旋流燃燒器的煤粉顆粒的燃盡率,但是,會增加NOx的排放量;提高過量空氣系數(shù),有利于中心給粉旋流燃燒器煤粉的前期著火,但是,也會增加NOx的排放量。
　　在軸向空氣分級燃燒情況下,降低主燃區(qū)過量空氣系數(shù)有利于降低中心給粉旋流煤粉燃燒器的NOx的排放量,但是,燃燒器煤粉火焰的穩(wěn)定性會減弱,也不利于煤粉的最后燃盡,隨著主燃區(qū)過量空氣系數(shù)從0.95降低到0.75,爐膛出口煙氣中的NOx濃度從346mg/m3@6%O2降低到18

8、9mg/m3@6%O2,C的燃盡率從99%降低到97%;增加供風(fēng)溫度有利于降低NOx排放,也有利于煤粉的前期穩(wěn)定著火燃燒和煤粉的最后燃盡,隨著供風(fēng)溫度從197℃增加到395℃,煤粉火焰的亮度增加,火焰穩(wěn)定性增強,爐膛出口煙氣中的NOx濃度從291mg/m3@6%O2降低到233mg/m3@6%O2,C的燃盡率增加了3.2個百分點;增加煙氣在主燃區(qū)的停留時間有利于降低NOx排放,但是,不利于煤粉的最后燃盡。
　　最后,對中心給粉旋流

9、燃燒器爐內(nèi)燃燒特性及NOx排放特性進行了數(shù)值模擬。數(shù)值模擬結(jié)果表明,隨著煤粉濃縮率的提高,燃燒器噴口區(qū)域的溫度降低,煙氣中的NO濃度降低;隨著供風(fēng)溫度的提高,燃燒器噴口區(qū)域的溫度升高速度加快,煙氣中的NO濃度增加;隨著過量空氣系數(shù)的增大,燃燒器噴口中心區(qū)域的溫度升高速度加快,煙氣中的NO濃度增加。
　　本文為中心給粉燃燒器在高煤粉濃縮率和軸向空氣分級燃燒情況下遇到的問題提出了解決的方案,為電站鍋爐使用的中心給粉燃燒器的設(shè)計、運行和