環(huán)保在線
公司動態(tài)
國內新型生物質燃燒機低碳改造
閱讀：686 發(fā)布時間：2017-7-16 了降低生物質體燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物(NO，)含量，設計了適用于燃生物質燃燒過程的新型低氮生物質燃燒機。采用燃料與助燃空生物質特殊分級及亞音速超混合等技術，形成內外燃料旋流效果，使燃料與助燃空生物質在爐內混合更均勻，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溫度及NO.生成量分布，并在120 t/h燃生物質鍋爐上進行了低Nn燃生物質生物質燃燒機改造。分別通過模擬與試驗對比了改造前、后爐內溫度場和Nn排放質量濃度，驗證了新型低Nq燃生物質生物質燃燒機可以降低燃燒產(chǎn)生的局部高溫和NO，排放質量濃度，可為燃生物質鍋爐低氮改造提供借鑒。
《大生物質污染物排放標準》(GB13 223 2011)的頒布，從2014年7月1日起我國所有燃生物質鍋爐的NO，排放質量濃度控制標準降為100 mglm3以下，并且要求北京201 6年燃生物質鍋爐NO，排放質量濃度要達到60 mglms以下。目前傳統(tǒng)的燃生物質生物質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。國內掌者在生物質燃燒機技術領域的研究主要集中在燃煤生物質燃燒機方面，對低NO，燃生物質生物質燃燒機的研究甚少，其技術和設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)逐步出臺相應政策，逐步將燃煤鍋爐改為燃生物質鍋爐口]。因此，亟需進行超低NO，燃生物質生物質燃燒機的研究開發(fā)，以期找到性能更高、排放更低的燃生物質生物質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)是燃生物質低Nn燃燒的關鍵1舊01。
1 新型低NO。燃生物質生物質燃燒機結構
傳統(tǒng)燃生物質生物質燃燒機結構如圖1所示。其穩(wěn)焰盤內旋流葉片為平板式，助燃空生物質流過時阻力大，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，無旋轉方向，軸向噴出，不能很好地與助燃空生物質交叉穿透混合燃燒，從而造成大范圍局部高溫，生成大量熱力型NO。該生物質燃燒機在技術上僅應用了簡單的燃料與空生物質分級混合，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。
本文設計的新型低NO，燃生物質生物質燃燒機結構如圖2所示。穩(wěn)焰盤葉片設計成主體顯傾斜狀、兩側面顯弧形低阻力流線型，燃料槍出口端面設計成與穩(wěn)焰盤相酡的傾斜狀，生物質體燃料以垂直斜面方向射出。在采用助燃空生物質與生物質體燃料分級技術的基礎上，融合了亞音速超混合、強弱旋非線性旋流動力學以及濃淡分級燃燒等*的超低氮燃燒技術。助燃空生物質流過生物質燃燒機時，被分為4部分：第1部分內層中心穩(wěn)定區(qū)配有1個可調節(jié)的空生物質進口，在生物質燃燒機工作時，可以從外部對空生物質進口進行調節(jié)；第2部分被導入內層中心區(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。
生物質體燃料由3個獨立的噴嘴噴入。第1個噴嘴位于內層中心管內，確?；鹧娴姆€(wěn)定性不受生物質燃燒機負荷的影響；外圍主燃生物質噴槍分為內強旋燃生物質噴槍和外弱旋燃生物質噴槍，這2種噴槍間隔布置。一方面，內強旋燃生物質槍頭端面上開有若干個燃生物質小7L組成內強旋燃生物質噴口，槍頭成大切角設計，燃生物質噴射方向為端面的法向方向，而且多只內強旋燃生物質噴槍組合沿圓周方向布置，與旋流風成相反方向混合；外弱旋燃生物質槍頭端面上開有若干個燃生物質噴口，槍頭成一定小切角設計．燃生物質噴射方向為端面法向方向，多只外弱旋燃生物質噴槍組合沿圓周方向布置，與zui外圍直流風混合，成多股多層火焰。另一方面，主燃生物質流速接近亞音速流速，和助燃空生物質形成相對速度差，高速撞擊混合。
2 數(shù)值模擬
2.1 燃生物質鍋爐模型
某動力廠鍋爐為東方鍋爐廠有限責任公司生產(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、全鋼結構。燃燒設備由大風箱、調風器、生物質燃燒機等組成。生物質燃燒機共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)低氮燃生物質生物質燃燒機內的流動特性，選擇h雙方程模型作為湍流生物質相流動模型r”j1；輻射模型選擇P-l輻射模型口3；由于低Nn燃生物質生物質燃燒機燃生物質和助燃空生物質是非預混燃燒方式，在爐內湍流雷諾數(shù)大于2 000，故燃燒模型選擇非預混燃燒模型‘7]。非預混燃燒模型是從底層湍流化學解耦，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，考慮到詳細化學反應機理等優(yōu)點。
2.2 改造前后數(shù)值模擬結果對比
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：在生物質燃燒機周圍靠近后墻區(qū)域和2層生物質燃燒機中心區(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，改造后燃生物質流速接近亞音速，火焰剛性增強，燃料與助燃空生物質混合范圍更大，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在爐內混合更均勻，燃燒火焰在爐內充滿度更好，表明新型低NO，燃生物質生物質顆粒燃燒機在燃料與助燃空生物質混合燃燒程度上優(yōu)于傳統(tǒng)燃生物質生物質顆粒燃燒機。
隨著負荷降低，NO，排放質量濃度隨之降低，說明熱力型NO，生成量與鍋爐負荷密切相關。改造后鍋爐在100%，80%，60%負荷的Nn排放質量濃度均低于改造前，說明新型低Nq燃生物質生物質顆粒燃燒機在NO，排放方面優(yōu)于傳統(tǒng)燃生物質生物質顆粒燃燒機。
3 應用效果
采用本文設計的低NO，燃生物質生物質顆粒燃燒機對1臺120 t／h燃生物質鍋爐進行改造，并對鍋爐負荷分別為50，60，70，80，90，100，110，120 t/h時的NO，排放質量濃度、02體積分數(shù)進行了測試，其結果與模擬結果對比如圖12所示。從圖12可以看出，Nq排放的模擬結果總體低于試驗結果，100%負荷時，Nn排放質量濃度模擬結果為85.5 mglm:a，而試驗結果為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旺排放質量濃度由改造前的278 mglms降至96.4 mglm3左右，說明本文設計的新型低NO,燃生物質生物質顆粒燃燒機對降低燃生物質鍋爐NO，排放*。此外，加裝本文設計的新型低NO，燃生物質生物質顆粒燃燒機點火調試達到穩(wěn)定運行后，煙生物質中未監(jiān)測到未*燃燒產(chǎn)生的CO，說明燃燒充分。而且，由于結構更加合理，生物質顆粒燃燒機內燃料與空生物質混合更好，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。。