超低nox大量程煤粉燃烧器的开发.doc

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1、超低NOx大量程煤粉燃烧器的开发近年来,由于环保要求,对燃煤发电厂期望能将NOx、SOx、粉尘等环境污染物质的排出量降低到同燃油火电相同的水平,特别是期望进一步降低NOX的生成量。同时,还期望确立适应电力需要的、同燃油火电一样的低负荷运行性能。日本电力中央研究所与石川岛播磨重工业公司共同开发了可使灰中未燃分增加而将煤粉燃烧时发生的NOx降低30%以上的超低NOx煤粉燃烧器(CI-α燃烧器)。为了提高该燃烧器的低负荷运行性能,同通常的低NOx燃烧器改进低负荷燃烧稳定性一样,局部浓缩低负荷时稀薄了的一次风中的煤粉浓度,是适于稳定燃烧的浓度调整的有效

2、方法。1超低NOx煤粉燃烧器概念与低负荷稳定性已开发的超低NOx煤粉燃烧器的概念如图1所示。为在不增加灰中未燃分的情况下大幅度地降低NOx,在燃烧器附近的初期燃烧中采用低空气比和高温来促进煤的热分解。由此可放出煤中的氮成分和降低残留炭,并且,生成的NOx通过后流部分中形成的还原火焰还原、分解而得到有效降低。因此,可比以往更高地促进燃烧器附近的煤的热分解,形成高温的氛围气,在该高温还原场中能充分确保煤粉粒的滞留时间。作为燃烧器部分的特点是,一次风管道为直管形状,二次风管道为收缩形状,三次风管道为扩大形状。并且,一次风旋转较弱,二、三次风旋转都很强

3、。该燃烧器的负荷变化时的NOx、灰中未燃分的排出特性和稳定燃烧界限,如图2所示。该燃烧器不仅在额定负荷低的NOx、灰中未燃分的发生量比已有的低NOx燃烧器低,而且促进了燃烧器附近的燃烧。由于具有增长煤粉滞留时间的构造,改善了低负荷时的燃烧稳定性,相对于已有燃烧器最低负荷40%,又降低了10%,可在30%的低负荷下稳定燃烧。但是,为了达到同燃油火电一样的最低负荷,期望能在20%负荷下稳定燃烧,着手进行了通过浓缩该燃烧器的一次风中的煤粉进一步改善低负荷燃烧稳定性技术的开发。2超低NOx煤粉燃烧器应用的煤粉浓缩概念为了局部浓缩诸如煤粉燃烧器一次风管道

4、这样的直管中的粒状物质，使其在输送空气中旋转，可以利用离心率将煤粉粒集中于外周部这一有效方法。将这一概念应用于原低NOx燃烧器中，开发了大量程燃烧器，实践证明具有同燃油火电一样的低负荷燃烧稳定性。但是，由于超低NOx煤粉燃烧器的一次风旋转较弱，因此强化其旋转时，燃烧器喷出的煤粉易于扩散，不能形成有效的NOx还原火焰。作为应用于超低NOx煤粉燃烧器的煤粉浓缩方法，提出了如图3所示的2种方法。图3（a）同前述的大量程燃烧器一样，采用切线流入方式加强煤粉在一次风中的旋转,并用台形状的可移动环将煤粉浓缩于燃烧器外周部分的方式。外周侧的浓缩器和内周侧的稀

5、薄流采用中间筒分离后,为了抑制其旋转,将整流板设置为与流向平行。低负荷时,环接近燃烧器出口,强化浓缩效果；额定负荷时,环远离燃烧器出口,减弱浓缩效果。另外,图3(b)注重于在同原来一样的弱旋转下可浓缩的环的形状,因此,可通过流线形环将气流中的煤粉顺利地移动到外周部。与图3(a)的方法一样,低负荷时通过将浓缩环移近燃烧器出口来增强浓缩效果,额定负荷时将浓缩环远离燃烧出口来减弱浓缩效果。以下以图3(b)所示的弱旋转流下可浓缩方式的研究结果为主,阐述评价本燃烧器的性能。3利用冷流试验探讨煤粉浓缩特性采用图3(b)的燃烧器,设置流线形环的煤粉浓缩效果见

6、图4。纵轴为将各测定位置的煤粉浓度除以一次风管道内平均煤粉浓度的煤粉浓度比。在本研究中,检测了距燃烧器出口25mm的位置设置环的情况下的燃烧器出口部分半径方向的煤粉浓度分布。为了比较,图中一并绘出了将图3(a)所示的台形环应用于旋转弱的流场时的结果。采用任一种环的情况下,燃烧器外周部分的煤粉浓度都很高,管道内的煤粉集中于元环的外周部分。但是,在采用流线形环的情况下,具有越是外用部分浓度越高的单一倾向；而采用台形环时,内周部分浓度也有一定增大,且有外周部分浓缩特性减弱的倾向。流场数值计算表明,在采用台形环的情况下,惯性力很大的粉粒在环中发生冲撞后

7、,又在一次风管道外周部分发生冲撞,其结果,产生了反弹内周侧的现象,从而使内周侧的浓度增大。另一方面,流线形环将气流平稳地移至外周部分,粉粒也就能顺利地集中于外周侧,从而抑制了采用台形环时发生的粉粒反弹图4燃烧器出口部分半径方向的煤粉浓度分布注：*1环位置：流线型环为从燃烧器顶端到环顶部的距离；台形环为从燃烧器顶端到环上弦的靠近燃烧器出口端部的距离现象。根据这些结果,在旋转弱的流场中仅靠浓缩环的作用来浓缩粉粒时,采用流线形环应当是最佳方案。设置流线形环时,燃烧器出口到环设置位置的距离(从燃烧器顶端到环顶部的距离)与燃烧器外周及内周部分的煤粉浓度之

8、间的关系,如图5所示,环越接近燃烧器出口,外周部分的浓度越高,由环造成的浓缩效果越强。当环位置距燃烧器出口25mm时,外周部分的浓度约为管道内平均浓度