我国大型锅炉和工业窑炉大多采用煤粉燃烧。煤粉燃烧技术发展至今已经历半个多世纪,为了适应煤种多变、锅炉调峰及稳燃和强化燃烧的需要,煤粉燃烧技术得到了迅速的发展。随着环保要求的日益严格,低污染煤粉燃烧技术也越来越受重视。近几年为了将稳燃和低污染燃烧结合起来,高浓度煤粉燃烧技术发展也非常迅速。这些先进的煤粉燃烧技术有些是中国独创的,不但提高了燃烧效率,节约了煤炭,减少了污染,还为锅炉的调峰和安全运行创造了条件。
煤粉燃烧稳定技术是通过各种新型燃烧器来实现煤粉的稳定着火和燃烧强化。采用新型燃烧器不但能使锅炉适应不同的煤种,特别是燃用劣质煤和低挥发分煤,而且能提高燃烧效率,实现低负荷稳燃,防止结渣,并节约点火用油。
1.煤粉钝体燃烧器
煤粉钝体燃烧器是20世纪80年代由华中理工大学(现为华中科技大学)开发的(见图1-1)。它利用煤粉气流绕流钝体时的脱体分离现象产生的内、外回流而使煤粉着火提前、燃烧稳定。钝体的采用不但提高了气流的湍流强度,形成一个高温烟气的回流区(温度可达900℃),而且在回流区边缘形成一个局部的高浓度煤粉区。这些条件非常有利于煤粉的稳定着火和燃烧强化。煤粉钝体燃烧器特别适合于燃用劣质煤和低挥发煤的锅炉和窑炉,并已得到广泛的应用。
2.稳燃腔燃烧器
稳燃腔燃烧器是在钝体燃烧器基础上发展起来的另一种新型燃烧器。它是在钝体燃烧器的外面罩上一个稳燃腔,利用腔壁来消除钝体上下端部效应带来的端部卷吸,从而使来自钝体后方的高温烟气的回流强度得到大大提高。由于钝体被罩在稳燃器中,钝体不易烧坏,延长了使用寿命。这种燃烧器对低负荷稳燃,节约点火用油,提高燃烧效率起到了明显的效果。
图1-1 煤粉钝体燃烧器示意图
3.开缝钝体燃烧器(www.daowen.com)
开缝钝体燃烧器也是在钝体燃烧器基础上开发的新型燃烧器。它是在三角形钝体中间开一条中缝,它除了具有钝体的基本功能外,由于中缝的存在,又具有大速差的功能,即在回流区中形成一定的煤粉浓度,这是钝体所没有的;而且中缝射流充分利用了回流区中高温、低速、高湍流度的特点,可以首先着火,从而进一步提高回流区和尾流恢复区的温度,更有利于主流的点燃。此外,中缝射流可以屏蔽从正面来的部分辐射热,有利于保护喷口和开缝钝体使其不被烧坏,这种燃烧器也得到了广泛的应用。
4.夹心风燃烧器
夹心风燃烧器是西安交通大学和武汉锅炉厂合作研制的一种直流式煤粉燃烧器,它的特点是在二次风口中间加装一个狭长的喷口,从中喷射出一股速度较高但不带煤粉的空气流。该股射流能增强一次风的抗偏转能力,使两侧的一次风气流向喷口中心牵引,减少了煤粉的散射,有利于煤粉气流的着火和火焰稳定。
5.火焰稳定船式燃烧器
火焰稳定船式燃烧器是将船型火焰稳定器装设在一次风口内,由于船形作用,在出风口处将形成一种束腰形的气固两相流结构,在腰束外缘会形成局部的高温区,并由于气流作用,煤粉浓淡分离。高浓度的煤粉也集中在腰束外缘,这种高温和高浓度煤粉对着火和稳燃是非常有利的,以致在低负荷运行时不投油也能稳定燃烧。
6.双通道自稳燃式燃烧器
双通道自稳燃式燃烧器是清华大学开发的一种新燃烧器。它的特点是在同一喷口上开上、下两个一次风喷口,在两个喷口之间设计一个回流空间。这样一次风射流自身将产生一个强烈的回流区,利用高温烟气回流加热一次风粉,使煤粉稳定燃烧。
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