煤粉直接點火燃燒的機理淺析

1無油或少油煤粉直接點火技術傳統的電壓爐應消耗大量燃料。這些燃油的消耗主要有兩種途徑:一是在鍋爐啟動點火過程中,要達到煤粉的燃燒工況,所投入的燃油數量往往是很可觀的,如某臺670th鍋爐在冷態啟動過程中,要耗費50t輕質柴油;另一個途徑是鍋爐運行中,為了調峰的需要,在低負荷時拌油燃燒,以防發生熄火事故。大量的燃油消耗,以及因此而帶來的在燃油采購、運輸、儲存、硬件設備等方面的費用,無疑加大了發電成本。為了降低這一成本,開發無油或少油煤粉直接點火燃燒器便成了大家一直公認的一條途徑。二十多年來,世界各國科技人員在這方面做了大量的工作,開發了一些新式煤粉直接點火燃燒器,取得了一些成果。但是,可以看到,這些成果有以下特點:零散化,沒有成為系統;當有一項新技術問世后,大家只是緊隨其后,沒有創新,拘泥于某一種形式。2助力燃料創造電導率的c煤粉點火需要有一個激發熱源,按照這一激發熱源的形式,煤粉直接點火燃燒器可以分為兩大類:一是以某種物質的燃燒熱為激發熱源的形式,我們稱之為CES;二是以電能作為激發熱源的形式,我們稱之為EES。對CES系列,這些化學物質具有以下特點:(1)著火溫度較低;(2)化學動力反應速度快;(3)釋熱量大;(4)擴散系數大。比如天然氣、甲烷、乙炔、輕質柴油……。根據這些燃料的不同,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構,以不同的方式利用它的燃燒熱來點燃煤粉氣流3煤粉燃燒技術的現狀及機理3.1低溫等離子體無油直接點火技術煤粉燃燒器無油直接點火技術主要分為以下三種:(1)低溫等離子體無油直接點火技術;(2)感應式無油直接點火技術;(3)以易燃氣體燃燒熱作為煤粉氣流的著火熱,這些易燃氣體包括乙炔、甲烷等。3.1.1低溫等離子體無油直接點火技術低溫等離子炬發生裝置用于電站煤粉鍋爐無油直接點火,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火技術,以具極高能量密度的等離子體炬為核心激發能量,來點燃大量的煤粉氣流。因此,其技術關鍵在于如何恰好地運用這部分能量,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,前者能量密度遠不如后者;但是,在相對小的功率輸入下,感應式加熱無油直接點火燃燒器可以形成一個初始直徑較大的火炬。進入爐膛后,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,主要靠常規的化學反應方式進行;等離子炬則靠極高的能量密度,特別是在初始階段,與煤粉氣流發生非常規的物理化學反應。感應式加熱無油直接點火燃燒器比較適合于點燃揮發分較高的煙煤、貧煤。如果采取諸如增大回流等強化著火措施,無煙煤也可以引燃。3.1.3以燃料再燃增加火炬的擴散能力以易燃氣體燃燒熱作為煤粉氣流著火熱的點火技術以易燃氣體燃燒熱作為煤粉氣流著火熱的直接點火燃燒器,其點火機制比較簡單:甲烷、乙炔或其它易燃氣體,從燃燒器的中心引入,被點火槍引燃,燃燒氣體噴入爐膛,火焰迅速擴散至周界煤粉氣流,煤粉氣流在燃燒氣體的火炬中進行熱解,揮發分乃至碳的燃燒。由于氣體燃料的強擴散能力,使火炬的擴張能力也很強。這種機制,同電站鍋爐中應用極廣的小油槍點火基本一致,但問題的關鍵是如何供給易燃氣體。電站一般設在城市的遠郊,對于一些沒有城市煤氣系統的地方,還要在電站附近設立易燃氣體供給系統。這一點無疑削弱了該點火技術同其它技術競爭的優勢。但是,利用烴基燃料再燃技術,可以將氧化性氣氛中生成的NOx降解。如果將該直接點火技術同燃氣再燃脫硝技術結合起來,將有很好的發展前景。3.2小油槍煤粉直接點火技術煤粉燃燒器少油直接點火技術分為以下三種:(1)小油槍煤粉直接點火技術;(2)拋物線內筒式少油直接點火技術;(3)微油量氣化燃燒直接點燃煤粉技術。3.2.1燃燒管與材質之間的環型通道進入燃燒器的一次風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型通道,當鍋爐點火或穩燃時,可用點火槍將流經燃燒管的一次風點燃,而流經管外的一次風起冷卻作用,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旋轉小油槍及加熱煤粉煤粉直接點火燃燒器,是一種發展較成熟的結構形式錐形管與拋物線形燃燒筒相連通為一個整體,錐形管主要設置有一次風管、小油槍套管。錐形管可使一次風煤粉進入拋物線型燃燒筒發生旋轉,在錐形管軸線位置設置小油槍套管,小油槍套管內置小油槍提供點火熱源。旋轉的氣流一是可延長煤粉在燃燒筒內的停留時間,二是在錐形管出口處造成回流區,可吸引一部分高溫熱煙氣對風粉根部加熱,有利煤粉提前著火。這兩股熱量同時對風粉根部加熱,足以滿足煤粉著火時所需的著火熱量及對環境溫度的要求。煤粉點燃后通過調整均勻分布在風套上的二次風噴嘴的風量,使燃燒達到穩定狀態。3.2.3增設高溫燃燒節氧微油量氣化燃燒直接點火燃燒器由高強度、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。二次風從二級和三級燃燒室的周向引入,通過多級環縫進入燃燒室內,并在壁面附近形成高速氣流,起到防止壁面結渣和燒壞作用,同時補充燃燒所需要的氧量。高強度油燃燒室的作用是使燃油在很短的時間內發生劇烈燃燒,產生高溫火焰,為點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,長度短,火焰根部呈白熾狀態,燃燒強度很高,火焰平均溫度可達15004無油點火技術煤粉點火技術的在電站鍋爐中的應用及發展方向主要以無油直接點火和少油直接點火兩種技術為主,其中無油直接點火技術有其節能效果明顯,高效等特點,但無油點火技術在技術上有相當大的難度,不易掌握,且初期投資巨大;少油直接點火技術經過不斷的研究發展及應用,