產(chǎn)品詳情
一、引言
能源是發(fā)展生產(chǎn)和提高人民生活水平的物質(zhì)基礎(chǔ),是制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一。20世紀(jì)70年代由于兩次石油供應(yīng)短缺和大幅度提價(jià)造成的世界性能源危機(jī),給西方各國(guó)經(jīng)濟(jì)以沉重打擊,進(jìn)一步加深r世界各國(guó)對(duì)能源在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重要地位的}人識(shí)。許多國(guó)家除采取節(jié)能措施以外,還加強(qiáng)了對(duì)能源技術(shù)的科學(xué)研究。人類生產(chǎn)力水平的發(fā)展已到了要充分考慮自身賴以生存的生態(tài)環(huán)境的承受能力的時(shí)代。溫室效應(yīng)、臭氧空洞以及更多方面的環(huán)境污染的影響也越來越為人們所重視。
煤的合理利用已成為世界各國(guó)能源開發(fā)和合理利用的重大課題。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)以煤為主的特點(diǎn)尤為明顯。石油和天然氣資源有限。新能源在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面尚未過關(guān)。雖大力發(fā)展水電、核電等,但遠(yuǎn)水難解近渴,所有這些都不足以取代以煤為主的化石燃料的地位。煤炭一直是我國(guó)的主要工業(yè)能源。煤的直接燃燒仍然是煤利用的主要方式。我國(guó)的能源政策決定了火電廠用煤種類多變,煤質(zhì)比國(guó)外要差得多。經(jīng)我國(guó)廣大科技工作者的努力,近幾年在煤的燃燒研究方面取得了不少成就,在沸騰爐、水煤漿及燥粉等的燃燒方面,有的已處于世界先進(jìn)水平。隨著發(fā)展,燃燒污染與環(huán)境保護(hù)的研究也提到了日程上.
一、煤粉燃燒技術(shù)近期發(fā)展
我國(guó)工程技術(shù)界在劣質(zhì)煤種的燃燒技術(shù)上是富有成就的。在四角布置直流式煤粉燃燒方面尤為明顯,已有成功燃用無(wú)煙煤煤粉的爐子,有特色的還有一次風(fēng)集中布置、夾心風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)、等。進(jìn)入70年代,為了節(jié)約鍋爐點(diǎn)火穩(wěn)燃用油,為了安全運(yùn)行及近年的調(diào)峰運(yùn)行等幾方面的需求,掀起了一個(gè)煤粉預(yù)燃室的開發(fā)研究熱潮,并取得了不少成就。
在旋流式生物質(zhì)燃燒機(jī)的基礎(chǔ)上,首先研制了一次風(fēng)、二次風(fēng)均為旋流的煤粉預(yù)燃室,在燃用煙煤鍋爐上獲得較成功的應(yīng)用。但由于一次風(fēng)為旋流型,存在著煤粉粒子經(jīng)旋流器后因旋轉(zhuǎn),在離心力作用下被甩向壁面,僅少量粒子沿高溫回流區(qū)的邊界穿過;依靠湍流交換加熱為主方式;煤粉加熱有限,對(duì)難以著火的劣質(zhì)煤就不很適應(yīng)。除難著火外,煤種較好時(shí),著火后近壁面處煤粉濃度較高,呈還原性氣氛。在還原氣氛下煤的灰渣特性變得極易結(jié)渣結(jié)焦。另外,旋流型預(yù)燃室的旋流器存在磨損、阻力較大和回流區(qū)大小調(diào)整不方便等缺點(diǎn)。與此類似的還有變二次風(fēng)為根部環(huán)形風(fēng)進(jìn)入生物質(zhì)燃燒機(jī)或直流平進(jìn)進(jìn)入方式等。
另一種則是一次風(fēng)直流型,并有銚體(為一機(jī)械阻擋物,包括穩(wěn)燃船、可控渦、犁式穩(wěn)定器等等),如圖2示意,鈍體后存在一個(gè)回流區(qū),但與旋流型類似,只有少部分煤粉進(jìn)入回流區(qū)。根據(jù)近似的分析計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果可知,對(duì)于通常煤粉爐來說,其煤粉尺寸一般在81)—120/tm以下,主要著火熱源的r0-90%為對(duì)流換熱。因此其效果也與旋流型類似。
大速差同向射流穩(wěn)燃技術(shù)示意如圖3,由于高速射流強(qiáng)烈的抽吸作用,使一次風(fēng)中的空氣偏離軸線被抽吸到高速射流中去,這樣在一次風(fēng)射流的后方造成負(fù)壓,而產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的回流區(qū);同時(shí)煤粉粒子運(yùn)動(dòng)情況是,對(duì)于直徑很小者,隨空氣一起被抽吸到高速射流中,大部分煤粉粒子由于其慣性較大,將直奔高溫回流區(qū),受到高溫氣流的包圍和加熱,即煤粉粒子的加熱大大強(qiáng)化,有利于著火。大速差穩(wěn)燃技術(shù)中設(shè)有磨損件,其阻力較小。
風(fēng)鏟生物質(zhì)燃燒機(jī)是繼大速差之后的又一新技術(shù)。其原理則是在有限空間的生物質(zhì)燃燒機(jī)端部布置一扁平射流。由示意圖4看到,在有限空間中扁平射流從噴口噴出后立即偏轉(zhuǎn)折向壁面,即存在附壁效應(yīng),由此產(chǎn)生的結(jié)果是:射流與下上壁之間有一大一小兩個(gè)回流區(qū),且產(chǎn)生此效果是其本身固有的特性(這與大速差中靠?jī)晒缮淞骱袭a(chǎn)生回流區(qū)不同)。煤粉粒子的運(yùn)動(dòng)方式與大速差甲相似,能進(jìn)入回流區(qū)的比例較大。上游入口處形成了有利于點(diǎn)煉的高濃度區(qū),顆粒進(jìn)入回流區(qū)強(qiáng)化著火燃燒,隨后顆粒在氣體湍動(dòng)下充分?jǐn)U散與空氣混合和燃燒。氣流附于下壁,在燃煤粉的扁平射流生物質(zhì)燃燒機(jī)中,為了初始使射流向下附壁及防止底部積粉結(jié)焦,除了扁平射流稍偏心設(shè)置外,底部還加有一股底部二次風(fēng)。在生物質(zhì)燃燒機(jī)的底部存在一非反應(yīng)底層區(qū),且溫度是較低的,底壁處顆粒濃度也較低,因此生物質(zhì)燃燒機(jī)內(nèi)部不會(huì)積粉結(jié)焦。與大速差相同的是扁平射流生物質(zhì)燃燒機(jī)中也沒有磨損件,其阻力小,穩(wěn)燃能力強(qiáng),滅火貧限低。
三、扁平射流燃燒的低NOx論證
NO。有兩個(gè)來源:一個(gè)是燃料中含有的有機(jī)氮的氧化,而這是不可避免的:另一個(gè)是空氣中氮和氧在高溫反應(yīng)時(shí)所形成的。后一種來源所產(chǎn)生的NO、數(shù)量占主要地位,并與溫度具有指數(shù)的正比關(guān)系。為了降低NO。的發(fā)生量,采取的方法有從抑制火焰溫度出發(fā)的多種形式,許多在燃?xì)?、燃油裝置上已獲成功應(yīng)用。
控制從礦物燃料和廢物燃料燃燒后放出的灰塵、S02和NO。,無(wú)論從技術(shù)復(fù)雜程度上或是在成本上都繼續(xù)在上升。例如,用布袋除塵或靜電除塵,煙氣除硫裝置( FGD),低NO。生物質(zhì)燃燒機(jī)或選擇性催化還原裝置( SCR),以及灰渣輸送和處理系統(tǒng)等來裝備一座燃煤發(fā)電廠,所需投資可能會(huì)高達(dá)電廠總投資的50%。越來越多的燃?xì)廨啓C(jī)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠也必須采用將蒸汽或水往入燃燒裝置的方法來減少NO;,歐、美、日已采用選擇性催化還原裝置。聯(lián)邦德國(guó)研制出一種用于燃?xì)廨啓C(jī)的低污染生物質(zhì)燃燒機(jī),具有擴(kuò)散式、預(yù)混式兩種功能,其NO。極低。在預(yù)混式生物質(zhì)燃燒機(jī)中,燃燒前在預(yù)混區(qū)內(nèi)進(jìn)行的燃料空氣混合是最均勻的,因而大大提高了火焰溫度分布的均勻度,同時(shí)平均溫度顯著下降,排放很少。但純預(yù)混式生物質(zhì)燃燒機(jī)的缺點(diǎn)是火焰穩(wěn)定范圍小。為此,增加了輔助火焰穩(wěn)定預(yù)混火焰。由此構(gòu)成所謂的雙功能式生物質(zhì)燃燒機(jī)。
國(guó)外在流化床燃燒技術(shù)上花了很大的精力?,F(xiàn)在循環(huán)流化床( CFB)燃燒技術(shù)以其脫硫(在燃燒過程中進(jìn)行,故省費(fèi)用)、低溫反應(yīng)降低NO。生成與排放量(≤l00-200mg/m。3),可以滿足環(huán)保要求而被稱為清潔燃燒技術(shù)。國(guó)外CFB電站鍋爐單機(jī)容量達(dá)十萬(wàn)千瓦數(shù)量級(jí)規(guī)模,已獲得成功運(yùn)行應(yīng)用。
對(duì)采用扁平射流生物質(zhì)燃燒機(jī)前后對(duì)比進(jìn)行分析。在扁平射流生物質(zhì)燃燒機(jī)內(nèi)是處于低空氣比狀態(tài),燃燒處于還原性氣氛中,并抑制了火焰溫度;扁平射流生物質(zhì)燃燒機(jī)本身的二次風(fēng)屬分級(jí)配風(fēng)方式,其與爐膛則構(gòu)成了多級(jí)燃燒,即煤粉整個(gè)燃燒程分別處于燃料空氣比∥>1及萬(wàn)<l的區(qū)域內(nèi);使用扁平射流生物質(zhì)燃燒機(jī)改善了爐膛火焰充滿程度及爐內(nèi)溫度分布均勻程度;降低爐內(nèi)局部高濕,降低局部區(qū)域熱負(fù)荷等。這諸多因素都使鍋爐的燃燒過程中氮氧化合物NOx生成量及排放量降低,且是極為積極的手段。
四、展望
我國(guó)動(dòng)力煤煤質(zhì)比國(guó)外差得多,生物質(zhì)燃燒機(jī)較多地為一次風(fēng)集中布置的直流生物質(zhì)燃燒機(jī)。運(yùn)行煤粉濃度較高C由于煤質(zhì)差濃度更高)。對(duì)于劣質(zhì)煤,還含有一定數(shù)量的揮發(fā)份。在著火燃燒區(qū)內(nèi)氣體燃料多(揮發(fā)份析出),而氧氣缺乏。從各臺(tái)鍋爐測(cè)量分析表明生物質(zhì)燃燒機(jī)出口普遍缺氧。測(cè)得該區(qū)煙氣中的C02值高達(dá)14- 15%,CO值在3%左右,另外還有H2、C2H2、C2H6、CH4等。這說明煤粉在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行著強(qiáng)烈的還原氣化反應(yīng)。雖然這種反應(yīng)有利于煤粉的迅速氣化,而其固體燃料的燃燒卻因還原、氣化吸熱反應(yīng)使溫度下降而遲緩進(jìn)行。若此時(shí)不能及時(shí)補(bǔ)充02,將影響燃燒速度和最終的燃燼程度。此外在一次風(fēng)集中布置時(shí),局部區(qū)域還原性氣氛會(huì)使煤粉顆粒的灰熔點(diǎn)溫度降低而易結(jié)焦。解決這一矛盾仍可以用扁平射流燃燒技術(shù)。此時(shí)生物質(zhì)燃燒機(jī)是開式立置穩(wěn)燃型扁平射流生物質(zhì)燃燒機(jī)(示意圖略)。上游熱煙氣流進(jìn)入立置扁平射流生物質(zhì)燃燒機(jī)加熱一次風(fēng)粉氣流,提高著火燃燒穩(wěn)定性,因?yàn)椴糠置悍哿W又苯舆M(jìn)入高溫氣流等,扁平射流附壁后背火側(cè)相對(duì)空氣多煤粉的濃度低,呈氧化性氣氛,便生物質(zhì)燃燒機(jī)區(qū)域不易結(jié)焦。
五、小 結(jié)
一按照以上經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),調(diào)整階段的能源產(chǎn)業(yè)政策,既要解決當(dāng)前的主要矛盾,又要全面深化改革,和加強(qiáng)宏觀調(diào)控,以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的根本改善,使之符合有計(jì)劃按比例發(fā)展的經(jīng)濟(jì)規(guī)律,并保持健康發(fā)展。具體應(yīng)注意以下各點(diǎn):
(1)從國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)及我國(guó)實(shí)際出發(fā),相對(duì)于工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值平均增長(zhǎng)速度的彈性系數(shù),一次能源應(yīng)為0. 5-0,6.電力應(yīng)為I左右,原材料工業(yè)應(yīng)為0. 7-0.8。
(2)為緩解能源緊張,能源工業(yè)和原材料工業(yè)都必須加強(qiáng)技術(shù)進(jìn)步、改辮內(nèi)部結(jié)枸,以提高能源利用率和減少污染。
( 3)在能源開發(fā)和市能工作中,要充分重視價(jià)值規(guī)律的作用。應(yīng)逐步通過價(jià)格、稅收等政策,使能源工業(yè)的資金利用率高于;:業(yè)’F均水平。以從根本上解決加工工業(yè)發(fā)展失控的頑癥,
(4)地質(zhì)勘探和礦產(chǎn)資源管理,應(yīng)加速深化改革,促進(jìn)能源的勘探,開發(fā)和資源合理利用。的生物質(zhì)燃燒機(jī)既有穩(wěn)燃性,又有防焦特性,而且其煤粉著火燃燒過程為多級(jí)配風(fēng)方式,還具有低nO、生成特性。此生物質(zhì)燃燒機(jī)也可望有寬的煤種適應(yīng)能力、
煤、油為有限的不可再生資源,是承要的原料,作為燃料獲取能源是可惜的,即其燃燒使用不僅效益低而且副作用不小,產(chǎn)生大氣污染(粉塵,C02. SO、、NO。,CO與多種氮?dú)浠衔锏龋茐纳鷳B(tài)環(huán)境 長(zhǎng)遠(yuǎn)應(yīng)該是發(fā)展核能、可再生能和開辟新能源當(dāng)今仍是以煤、油為主的時(shí)期,然而生態(tài)環(huán)境的承受/]有限是客觀的。
翩平射流生物質(zhì)燃燒機(jī)原理科學(xué)、性能良好,符合并滿足煤粉燃燒過程的組織特點(diǎn)要求、多用途的長(zhǎng)處足具有白穩(wěn)定特性,優(yōu)于荇火燃燒L大J素較多部分取決于爐膛(外界)』:沉的其他燃燒技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火,低負(fù)荷穩(wěn)燃、如負(fù)茼主燃等多種功能。
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