燃燒重油和氣體的多風道平流式生物質燃燒機在國內外火電站中已廣泛使用。同旋流式生物質燃燒機相比,平流武生物質燃燒機的流動阻力系數較低,即在相同的壓頭下有較高的空氣出口速度。目前對鍋爐調節范圍的要求不斷提高,故上述情況具有特殊的意義。
生物質燃燒機出口空氣速度高(60~70米/秒),鍋爐低負荷時不必切除生物質燃燒機,這對于重油的低過量空氣燃燒特別重要,因為切除燃燒器,進入爐膛的空氣就組織不好。作者的測量證明,組織不好的空氣可能占通過生物質燃燒機總空氣量的15~20%,而且切除生物質燃燒機的可靠性會降低。此外,大多數情況下切除燃燒器要手動,因此,燃燒過程要實現全自動就會有困難。
全蘇熱工研究所同塔干羅格鍋爐廠合作,研制了用于30萬豇機組的平流式生物質燃燒機,試驗在TFMn-14鍋爐上進行[文獻3]。燃燒器有三個風道:二股平流(中心和周界),一股旋流。為了在等溫條件下對此生物質燃燒機進行詳細的空氣動力特性研究,制造了一只試驗用模型(圖1,a)。
從周界算起,生物質燃燒機各風道中空氣量的計算百分比為34、43和23%。為了擴大調節范圍,生物質燃燒機的周界風道是可關閉的,這一風道關閉時上述空氣流量比為65%和35%。在中心風道中有18片無型線的軸向葉片,使空氣作旋流,其安裝傾角為45。。軸向葉片的阻力系數為3.6,而平流風道中則為1.5[文獻4],試驗研究表明,風道入口處的氣流狀況對平流式生物質燃燒機的特性有重大影響。它既對各風道的流量分配又對所形成的火焰結構有影響。
舉一個常見情況,進口風道的形狀會引起生物質燃燒機進口風道寬度上的速度場產生急劇的變形,(圖1 6,曲線1)。當平流燃燒器進口風道中沿寬度的速度是這樣分布時
務析等溫火焰體積中的速度場表明其速度場接近于旋流生物質燃燒機的速度場[文獻5]。在旋流式生物質燃燒機的氣流軸線上具有典型的軸向速度場曲線的凹陷,這種情況在從擴口截面開始的整個試驗的距離上都依舊保持著(見圖3)。火焰擴散角叩= 46。,明顯地不符合于空氣的旋轉度,以及旋流器葉片的安裝角度[文獻4J。
沿氣流中心的負壓特性參數告舍爭在擴口截面上具有最大值(- 3.2),逐漸減小到x]d =3處等于-0 .17。同時根據文獻4和下面將研究的數值,當平流風道中沒有扭轉時,距擴口xld= i.5~2處,負壓等于零。應當指出,當生物質燃燒機進口風管中速度場與圖1 6(曲線1)所示的曲線呈反方向變形時,在平流風道中產生穩定的扭轉,它的方向與中心氣流的旋轉方向一致。原則上講,在試驗臺條件下是可以在生物質燃燒機模型的入口創造理想的、均勻的速度場。然而實際上在燃燒器之前有接頭和彎頭,為了使速度場均勻,在彎頭上裝有專門的導向葉片[文獻6]。為了接近實際的條件,本文作者采用了同樣的方法。
用導向葉片使生物質燃燒機進口速度場均勻并不簡單。在作者的試驗中,生物質燃燒機進口風道中裝了導向葉片,如圖1 6曲線2所示,在平流風道中周期地繼續發生扭轉。只有沿著風道長度裝隔板后扭轉才消除。顯然,裝了隔板后,氣流就不能繞著形成周界和中心風道的圓柱面旋轉了。如果進口喉部氣流組織得不均勻,而只簡單地在喉部安裝縱向隔板,則在擴口截面上速度不均勻度可達65~70%。
圖2(曲線8和4)示出采取措施之后在擴口截面上相對軸向速度場和相對切向速度場的試驗資料。比較曲線1和8可知,在平流風道中切向相對速度實際上已消失。如果以前在平流風道中切向相對速度為1.1,現在則減少到0 .12。
生物質燃燒機阻力減小,擴口截面上速度場的不均勻性幾乎減少了一半。窒氣回流減少到1/10。最大的軸向速度到生物質燃燒機中心的距離亦發生變化,見表1。
當生物質燃燒機模型處于最大的平流工況時,等溫氣流軸向速度場的凹陷在xld=2處實際上已消失(圖3)。在x/d=3處最大的相對軸向速度從0.25增加到0.68,而火焰擴散角叩減小到26。。擴口截面上有一2Ap}的最大值。但這個參數的絕對值減少213,而xld =1.75處則等于零。
上面已經指出,生物質燃燒機進出口處的氣流結構影響各風道中空氣流量的分配。在燃燒器進風管中,由于某種原因,例如進口空氣急轉彎,會造成沿寬度方向速度場很大的不均勻性。
作者試驗時用雙瓣擋板造成氣流不均勻(圖4),擋板裝在距生物質燃燒機進風管的B=0.8A距離上。擋板的全回轉度為180。。
試驗中沒有確定沿生物質燃燒機進口接管寬度上速度場的不均勻性。然而很明顯,當日角處于各種不同的大小開度,空氣流沖到燃燒器進口管的前壁或后壁上。
擋板呈不同的旋轉角時,用試驗方法測定的周界和中心風道中相對空氣流量的分配情況,它表明日從15~165。的范圍內,因而也是在進風管中最大速度場偏向一側的條件下,通過周界風道的相對空氣量占總空氣量的15~70%。這一情況對燃燒設備的工作有明顯的影響。
特擋板移置到B =4A處,不管J3為何種旋轉角度,經過周界和中心風道的空氣量之比都接近于計算值。距離B=4彳未必是最佳值,然而這一距離對于消除總擋板對燃燒器各風道空氣量的不良影響則完全是足夠的。
原則上可以取消生物質燃燒機前的總擋板3(見圖4),而在生物質燃燒機的進風管中裝二塊擋板,如圖中虛線所示,但在這種情況下,在細調鍋爐各生物質燃燒機之間的空氣流量時,關閉擋板會使生物質燃燒機各風道的空氣量的計算比例遭到破壞。
結 論
要切實注意平流式生物質燃燒機進口處空氣的組織。應當力求做到進風管寬度和深度上空氣分配的均勻性,以防止生物質燃燒機平流風道中的先期扭轉。用于低NOx鍋爐的火焰檢測器
火力發電站中鍋爐主生物質燃燒機的火焰檢測器,一般廣泛采用紫外線檢測方式。三菱公司的火焰檢測器也采用這種方式。所謂紫外線檢測方式就是由探頭中的“紫外線光敏管”對生物質燃燒機火焰發出的紫外線進行放電反應,然后,對該放電脈沖進行適當處理,就得到“火焰有”、“火焰無”的接點輸出。
可是,在目前火力發電站的鍋爐上,由于采取措施來減少烘燒產生的氮化物(NO:),使爐內燃燒工況起了顯著的變化,其后果引起生物質燃燒機火焰放出的紫外線減少或衰減,為此,紫外線方式的檢測器其檢測信號的可靠性和穩定性就受到了影響。三菱公司已制造了可靠性高的適用于低NO:生物質燃燒機用的火焰檢測器。至今已約有500臺投入運行,性能良好。