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國內(nèi)新型生物質(zhì)燃燒機低碳改造
閱讀：697 發(fā)布時間：2017-7-16 了降低生物質(zhì)體燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物(NO，)含量，設(shè)計了適用于燃生物質(zhì)燃燒過程的新型低氮生物質(zhì)燃燒機。采用燃料與助燃空生物質(zhì)特殊分級及亞音速超混合等技術(shù)，形成內(nèi)外燃料旋流效果，使燃料與助燃空生物質(zhì)在爐內(nèi)混合更均勻，以降低燃燒過程中產(chǎn)生的局部高溫和Nn排放。借助CFD軟件模擬了燃燒過程爐內(nèi)溫度及NO.生成量分布，并在120 t/h燃生物質(zhì)鍋爐上進行了低Nn燃生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機改造。分別通過模擬與試驗對比了改造前、后爐內(nèi)溫度場和Nn排放質(zhì)量濃度，驗證了新型低Nq燃生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機可以降低燃燒產(chǎn)生的局部高溫和NO，排放質(zhì)量濃度，可為燃生物質(zhì)鍋爐低氮改造提供借鑒。
《大生物質(zhì)污染物排放標準》(GB13 223 2011)的頒布，從2014年7月1日起我國所有燃生物質(zhì)鍋爐的NO，排放質(zhì)量濃度控制標準降為100 mglm3以下，并且要求北京201 6年燃生物質(zhì)鍋爐NO，排放質(zhì)量濃度要達到60 mglms以下。目前傳統(tǒng)的燃生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機主要以保證燃燒效率為目標，對于污染物排放控制考慮欠缺，其NO，排放質(zhì)量濃度在250～480 mglmz（按3%O：折算），無法滿足日
趨嚴厲的環(huán)保標準要求。國內(nèi)掌者在生物質(zhì)燃燒機技術(shù)領(lǐng)域的研究主要集中在燃煤生物質(zhì)燃燒機方面，對低NO，燃生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機的研究甚少，其技術(shù)和設(shè)備主要依賴國外引進。由于燃煤工業(yè)鍋爐的高排放，京津冀、長三角和珠三角等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)已經(jīng)逐步出臺相應(yīng)政策，逐步將燃煤鍋爐改為燃生物質(zhì)鍋爐口]。因此，亟需進行超低NO，燃生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機的研究開發(fā)，以期找到性能更高、排放更低的燃生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機來改善燃燒效率和燃燒污染物排放。煤粉燃燒產(chǎn)生的NO，主要以燃料型NO，為主，而天然生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的NO，主要為熱力型NO，與t陜速型NO.從降低熱力型NO，和，陜速型NO，角度出發(fā)，合理優(yōu)化燃料與助燃空生物質(zhì)混合，使得爐膛溫度場更加均勻，避免局部高溫的出現(xiàn)是燃生物質(zhì)低Nn燃燒的關(guān)鍵1舊01。
1 新型低NO。燃生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)燃生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機結(jié)構(gòu)如圖1所示。其穩(wěn)焰盤內(nèi)旋流葉片為平板式，助燃空生物質(zhì)流過時阻力大，流速和能量損失也大；其燃料槍槍頭的布置方式使得燃料流速低，無旋轉(zhuǎn)方向，軸向噴出，不能很好地與助燃空生物質(zhì)交叉穿透混合燃燒，從而造成大范圍局部高溫，生成大量熱力型NO。該生物質(zhì)燃燒機在技術(shù)上僅應(yīng)用了簡單的燃料與空生物質(zhì)分級混合，雖然一定程度上降低了NO，生成，但仍無法滿足環(huán)保標準要求。
本文設(shè)計的新型低NO，燃生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機結(jié)構(gòu)如圖2所示。穩(wěn)焰盤葉片設(shè)計成主體顯傾斜狀、兩側(cè)面顯弧形低阻力流線型，燃料槍出口端面設(shè)計成與穩(wěn)焰盤相酡的傾斜狀，生物質(zhì)體燃料以垂直斜面方向射出。在采用助燃空生物質(zhì)與生物質(zhì)體燃料分級技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合了亞音速超混合、強弱旋非線性旋流動力學(xué)以及濃淡分級燃燒等*的超低氮燃燒技術(shù)。助燃空生物質(zhì)流過生物質(zhì)燃燒機時，被分為4部分：第1部分內(nèi)層中心穩(wěn)定區(qū)配有1個可調(diào)節(jié)的空生物質(zhì)進口，在生物質(zhì)燃燒機工作時，可以從外部對空生物質(zhì)進口進行調(diào)節(jié)；第2部分被導(dǎo)入內(nèi)層中心區(qū)，在此與燃料充分混合；第3部分流過外層的旋流區(qū)，在旋流區(qū)由具有一定傾斜角的葉片施加給這股生物質(zhì)流一個切向速度；第4部分*沿火焰穩(wěn)定器軸向流動。
生物質(zhì)體燃料由3個獨立的噴嘴噴入。第1個噴嘴位于內(nèi)層中心管內(nèi)，確保火焰的穩(wěn)定性不受生物質(zhì)燃燒機負荷的影響；外圍主燃生物質(zhì)噴槍分為內(nèi)強旋燃生物質(zhì)噴槍和外弱旋燃生物質(zhì)噴槍，這2種噴槍間隔布置。一方面，內(nèi)強旋燃生物質(zhì)槍頭端面上開有若干個燃生物質(zhì)小7L組成內(nèi)強旋燃生物質(zhì)噴口，槍頭成大切角設(shè)計，燃生物質(zhì)噴射方向為端面的法向方向，而且多只內(nèi)強旋燃生物質(zhì)噴槍組合沿圓周方向布置，與旋流風(fēng)成相反方向混合；外弱旋燃生物質(zhì)槍頭端面上開有若干個燃生物質(zhì)噴口，槍頭成一定小切角設(shè)計．燃生物質(zhì)噴射方向為端面法向方向，多只外弱旋燃生物質(zhì)噴槍組合沿圓周方向布置，與zui外圍直流風(fēng)混合，成多股多層火焰。另一方面，主燃生物質(zhì)流速接近亞音速流速，和助燃空生物質(zhì)形成相對速度差，高速撞擊混合。
2 數(shù)值模擬
2.1 燃生物質(zhì)鍋爐模型
某動力廠鍋爐為東方鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的中壓型、自然循環(huán)汽包爐，蒸發(fā)量為120 t/h，壓力為3. 82 MPa，鍋爐為Ⅱ型露天布置、全鋼結(jié)構(gòu)。燃燒設(shè)備由大風(fēng)箱、調(diào)風(fēng)器、生物質(zhì)燃燒機等組成。生物質(zhì)燃燒機共6臺，分2層布置于前墻，每層3臺，上層中心標高A為8 500 mm，下層中心標高^為6 500 mm。鍋爐模型網(wǎng)格劃分如圖5所示，網(wǎng)格數(shù)為143萬。鍋爐燃用燃料成分見表1。
根據(jù)低氮燃生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機內(nèi)的流動特性，選擇h雙方程模型作為湍流生物質(zhì)相流動模型r”j1；輻射模型選擇P-l輻射模型口3；由于低Nn燃生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機燃生物質(zhì)和助燃空生物質(zhì)是非預(yù)混燃燒方式，在爐內(nèi)湍流雷諾數(shù)大于2 000，故燃燒模型選擇非預(yù)混燃燒模型‘7]。非預(yù)混燃燒模型是從底層湍流化學(xué)解耦，穩(wěn)走性和效率增強口1；準確跟蹤中間產(chǎn)物組分濃度和分離效果，考慮到詳細化學(xué)反應(yīng)機理等優(yōu)點。
2.2 改造前后數(shù)值模擬結(jié)果對比
選取相同的邊界條件，對鍋爐改造前、后進行數(shù)值模擬，得到溫度場和Nn分布如圖6、圖7所示。由圖6、圖7可見：在生物質(zhì)燃燒機周圍靠近后墻區(qū)域和2層生物質(zhì)燃燒機中心區(qū)域是2個高溫區(qū)，也是可能產(chǎn)生熱力型Nn的主要區(qū)域；與改造前相比，改造后燃生物質(zhì)流速接近亞音速，火焰剛性增強，燃料與助燃空生物質(zhì)混合范圍更大，爐膛利用更充分，減少了火烙局部高溫區(qū)域，充滿度較好；爐膛后墻區(qū)域和上層生物質(zhì)顆粒燃燒機平面局部高溫降低明顯，溫度分布更加均勻。根據(jù)改造前后100%，80%，60%負荷燃燒產(chǎn)生的溫度場，計算得到爐內(nèi)不同高度截面的zui高溫度如圖8所示。
可以看出，隨著鍋爐負荷降低，鍋爐各橫截面中zui高溫度隨之降低。與改造前相比，改造后鍋爐在100%，80%，60%負荷各橫截面zui高溫度均有所降低，說明改造后燃料與助燃空生物質(zhì)在爐內(nèi)混合更均勻，燃燒火焰在爐內(nèi)充滿度更好，表明新型低NO，燃生物質(zhì)生物質(zhì)顆粒燃燒機在燃料與助燃空生物質(zhì)混合燃燒程度上優(yōu)于傳統(tǒng)燃生物質(zhì)生物質(zhì)顆粒燃燒機。
隨著負荷降低，NO，排放質(zhì)量濃度隨之降低，說明熱力型NO，生成量與鍋爐負荷密切相關(guān)。改造后鍋爐在100%，80%，60%負荷的Nn排放質(zhì)量濃度均低于改造前，說明新型低Nq燃生物質(zhì)生物質(zhì)顆粒燃燒機在NO，排放方面優(yōu)于傳統(tǒng)燃生物質(zhì)生物質(zhì)顆粒燃燒機。
3 應(yīng)用效果
采用本文設(shè)計的低NO，燃生物質(zhì)生物質(zhì)顆粒燃燒機對1臺120 t／h燃生物質(zhì)鍋爐進行改造，并對鍋爐負荷分別為50，60，70，80，90，100，110，120 t/h時的NO，排放質(zhì)量濃度、02體積分數(shù)進行了測試，其結(jié)果與模擬結(jié)果對比如圖12所示。從圖12可以看出，Nq排放的模擬結(jié)果總體低于試驗結(jié)果，100%負荷時，Nn排放質(zhì)量濃度模擬結(jié)果為85.5 mglm:a，而試驗結(jié)果為96.4 mglm3，這可能是由于鍋爐在運行時燃料成分的不穩(wěn)定性導(dǎo)致兩者存在一定偏差。
可以看出，改造后，試驗鍋爐100%負荷下的N旺排放質(zhì)量濃度由改造前的278 mglms降至96.4 mglm3左右，說明本文設(shè)計的新型低NO,燃生物質(zhì)生物質(zhì)顆粒燃燒機對降低燃生物質(zhì)鍋爐NO，排放*。此外，加裝本文設(shè)計的新型低NO，燃生物質(zhì)生物質(zhì)顆粒燃燒機點火調(diào)試達到穩(wěn)定運行后，煙生物質(zhì)中未監(jiān)測到未*燃燒產(chǎn)生的CO，說明燃燒充分。而且，由于結(jié)構(gòu)更加合理，生物質(zhì)顆粒燃燒機內(nèi)燃料與空生物質(zhì)混合更好，燃燒區(qū)域局部高溫降低，但平均溫度未降低，故鍋爐效率未受影響。。