螺旋盘管式高效低NO_x煤粉燃烧器的应用研究

发布时间：2020-09-27 09:26

　　煤粉清洁燃烧技术是满足我国能源消费结构,缓解污染物排放问题中较为合理的方式。课题组与合作企业经多年研制的高效低NOx煤粉燃烧器,搭载在改造后的YLW-7000MA型有机热载体链条炉上运行多年。此燃烧器以液排渣方式运行,燃烧室内工作环境恶劣,长时间运行炉衬极易被侵蚀。企业结合生产需求,利用水冷夹套式结构对燃烧器炉衬冷却以实现“以渣抗渣”,该冷却方式下燃烧器运行稳定。经测试表明:燃烧器正常工作时,炉膛尾部烟气排放指标低于国家标准限定值,锅炉热效率达到90%以上,此项技术目前已满足市场推广的条件。燃烧器冷却过程,冷却水吸收燃烧器炉衬内热量后产生大量热水。对于蒸汽及热水锅炉,冷却水可被系统利用;有机热载体炉利用导热油作为传热载体,系统本身无热水需求,若企业生产无热水需求,此方式会造成热能的极大浪费。为扩大此煤粉燃烧器在有机热载体锅炉上的适用面,本文在项目组前期研发工作的基础上,拟对燃烧器采用导热油进行冷却,主要研究内容包括螺旋盘管式燃烧器的研制与安装、燃烧器水冷实验情况、炉衬结构数值分析以及燃烧器油冷方案分析等部分。首先,本文对用于导热油冷却的螺旋盘管式煤粉燃烧器进行了设计及制造,并将加工制得的燃烧器成功搭载在炉膛上。燃烧器冷却结构管径参数选取较为关键,从导热油流速、抗负荷波动能力及盘管加工难度等方面综合确定管径为Ф108x6。给定结构下经理论计算得到燃烧器炉衬的理论参数,通过数值分析结论指导销钉的布置。设计参数下经制造加工及安全检测后,所得燃烧器满足设计要求。新制燃烧器的结构特性导致其安装尺寸大于炉膛安装通孔,对炉膛安装孔进行扩大改造,燃烧器与炉膛完成安装匹配。其次,基于安全考虑,对水在螺旋盘管式燃烧器内的流动进行实验研究,分析了炉衬结构覆渣及传热的影响因素,并对燃烧器能效及环保指标进行测试。结果表明:水冷方式下燃烧器炉衬表面能稳定覆渣,渣膜的稳定性受煤质影响,选用煤质的热值与灰熔点应匹配,灰分适中,且灰渣黏温曲线在流动阶段应较为平缓。此外,合理确定给煤量及冷却水流量均能利于燃烧器覆渣过程。燃烧器炉衬传热量随水流量及燃烧负荷增加而增加;过量空气系数对传热量的影响来自于燃烧温度与火焰动力的综合作用。燃烧器正常运行时,锅炉不完全燃烧热损失及排烟热损失均优于常规燃煤锅炉,无脱硝设备下,NOx排放值低于150mg/m3。再次,利用有限元法建立燃烧器炉衬结构的简化模型,分析了渣钉情况、油侧对流换热系数及渣层状况等因素对炉衬温度分布的影响。结果表明:管壁温度受渣钉数影响很小,销钉温度及固液渣层交界面温度随销钉数增加明显降低。销钉布置比率越大,销钉温度分布越均匀,管壁温度变化很小。固渣层厚度主要对炉衬起保护作用,渣钉长度对维持固渣层厚度影响很大。对流换热系数较低时,可通过调节流速实现炉衬温度的控制,满足冷却需求的前提下,导热油流速不宜盲目过高。液渣层导热系数增加,炉衬温度升高明显,起炉时液渣层为固渣状态,各温度点均超过许用温度,但热压作用下固渣层很快熔融,炉衬结构稳定,导热油运行安全。最后,从冷却度、渣钉温度及管壁温度验证燃烧器采用导热油能满足冷却要求。单泵作用下,导热油流量满足炉膛受热面及盘管燃烧器冷却的流量需求。新制燃烧器管壁温度分布较不均匀,可从管间填充物、渣钉参数及多管程结构等角度优化,以达到适当减小传热量及弱化热集中的目的,提高螺旋盘管式煤粉燃烧器的负荷适应能力。
【学位单位】：广东海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TQ534
【部分图文】：

链条炉,蛇形管

广东海洋大学硕士学位论文因受热不均结焦而产生重大安全隐患[16]。效低 NOX煤粉燃烧器在有机热载体炉上的应用改造前有机热载体链条炉海某企业锅炉房原有一型号为 YLW-7000MA 的有机热载体链条锅炉图 1-1。锅炉侧墙及前墙由多根炉管并联盘制，构成烟气辐射受热面低温蛇形管串联构成系统对流受热面。炉正常运行时，炉排上燃煤经燃烧过程产生高温烟气，烟气依次在炉放热，后进入锅炉本体尾端冲刷高温蛇形管及低温蛇形管受热面，最体进入尾部换热设备。循环导热油以下进上出的方式，与烟气流向逆入炉膛尾部的低温蛇形管和高温蛇形管对流受热面吸热升温，最后进热面。

液排渣,煤粉燃烧器,低NOX,有机热载体炉

图 1-1 改造前有机热载体链条炉2 高效低 NOx 煤粉燃烧器在有机热载体炉上的运用题组与上海某合作企业在煤粉工业锅炉领域进行了长达十年左右的研机热载体链条锅炉结构改造，成功将研究成果运用于企业生产。该项备是高效低 NOx煤粉燃烧器，结构简图如图 1-2。有机热载体链条炉的见文献[17]，经改造后的高效低 NOX粉煤燃烧器有机热载体炉系统如图

低NOX,锅炉系统

图 1-3 高效低 NOX粉煤燃烧器锅炉系统图燃烧装置的工作原理是：正常运行时，一次风满足输送煤粉的需要，中心进入，二次风沿燃烧器切向进入参与燃烧，煤粉气流经离心力作炉衬表面附壁燃烧，煤中灰分在热压作用下变成熔融状态，液态熔渣烧器的落渣出口排出，进入炉膛内的是较为干净的高温烟气流。可能抑制 NOx生成量，燃烧器采用了低过量空气系数、空气分级燃烧同时实现了强化燃烧与污染控制的双重功效，具体表现为：煤粉气流着火后，煤粉中的挥发分受热析出首先开始燃烧，燃烧室内高，为燃烧过程的持续提供热环境。由于燃烧空间较小，煤粉中固定以 1600℃以上温度在燃烧室内高效旋风燃烧。此阶段总供风量略小于的空气量，由于燃烧供氧不足，此时，热力型 NOx生成被抑制，燃料型气氛中部分被还原成 N2，从而生成的总 NOx量得到有效抑制。燃烧器出口烟气进入炉膛后，烟气中含有大量还原性气体，通过配给未燃尽成分燃烧充分，此阶段炉膛温度在 650℃～900℃之间，热力型

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