CN113154364A - 一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法，具体方法如下：将生物质和煤炭在磨机中共磨粉碎，利用密闭罐车输送至锅炉燃料仓；开启一次风机、二次风机、三次风机和给料器，给料器将燃料仓中的混合料输出，输出的混合料通过一次风鼓入燃烧器喷管，然后从燃烧器喷管进入预燃室，与鼓入预燃室内的二次风相遇后被点燃，形成的高温气流从燃烧器出口处喷入炉膛内继续燃烧，并且三次风机向炉膛内鼓入三次风，保证混合料燃尽；检测混合料燃烧情况，确定最佳掺混比和燃烧条件，通过提高秸秆在煤炭中的掺混比，以及锅炉负荷，并且向燃烧器内通入二次风，向炉膛内通入三次风，实现混合料与空气延迟接触，充分燃烧，提高了深度空气分级时的燃烧效果和低氮效果。
Description
技术领域
本申请涉及煤粉燃烧器掺混燃烧技术领域，尤其涉及一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法。
背景技术
目前有关生物质和煤粉掺烧的燃烧特性研究较多，主要利用热重分析仪表、管式炉等设备做一些实验室的混燃机理和污染物排放特性研究。工业掺烧试验集中在电站锅炉，工业煤粉炉广泛应用于市政供暖和工业园区，容量一般不超过100t/h(70MW)，围绕工业煤粉炉掺烧生物质粉的研究不多，并且生物质粉和煤粉在高速煤粉燃烧器中的掺烧时，会释放大量的氮氧化合物和热量，造成污染和浪费。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法，通过提高秸秆在煤炭中的掺混比，以及锅炉负荷，并且向燃烧器内通入二次风，向炉膛内通入三次风，实现混合料与空气延迟接触，充分燃烧，提高了深度空气分级时的燃烧效果和低氮效果，使得NOx排放量降低，并且产生的灰飞热值降低。
为达到上述目的，本申请提出的一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法，具体方法如下：
将生物质和煤炭共磨粉碎，利用密闭罐车输送至锅炉燃料仓；
开启一次风机、二次风机、三次风机和给料器，给料器将燃料仓中的混合料输出，输出的混合料通过一次风鼓入燃烧器喷管，然后从燃烧器喷管进入预燃室，与鼓入预燃室内的二次风相遇后被点燃，形成的高温气流从燃烧器出口处喷入炉膛内继续燃烧，并且三次风机向炉膛内鼓入三次风，直至混合料燃尽；
通过调节生物质和煤炭比例、二次风量和三次风量、给料频率以及锅炉负荷，检测混合料燃烧情况，确定最佳燃烧条件。
进一步地，生物质的粒度范围为0.2mm-2.00mm。
进一步地，所述混合料在炉膛内燃烧后排出的烟尘直接通过烟道通入半干法脱硫脱硝除尘装置中，进行脱硫脱硝除尘处理，同时向烟道中通入臭氧，用于将烟气中的NO氧化为NO2。
进一步地，所述二次风机和三次风机分别通过二次风管和三次风管将二次风和三次风分别送入燃烧器预热室和炉膛内，同时通过分别控制二次风管和三次风管上的二次风阀和三次风阀的开度控制二次风量和三次风量。
进一步地，生物质为秸秆，并且秸秆在秸秆和煤炭混合料中的掺混比例为50％-70％，使得混合料在炉膛中燃烧后产生的NOx的排放量控制在110-120mg/m3，飞灰热值控制在600-700kcal/kg，指的是没有经过烟道通入半干法脱硫脱硝除尘装置中进行处理，即进入烟道前的NOx的排放量以及飞灰热值。
进一步地，最佳燃烧条件为：锅炉负荷为6t/h,给料频率为18-21Hz，二风阀开度为20％-27％，三次风阀开度为70％-100％。
进一步地，秸秆在秸秆和煤炭混合料中的掺混比例为50％，给料频率为21Hz时，锅炉二风阀和三风阀开度分别为27％和100％，NOx排放为182mg/m3。
进一步地，秸秆在秸秆和煤炭混合料中的掺混比例为50％，给料频率为18Hz时，锅炉二风阀和三风阀开度分别为20％和70％，NOx排放为205mg/m3。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施例1-4中不同掺混比例对NOx排放量和飞灰值的影响结果；
图2是本申请实施例1-3中不同比例掺混的混合料在不同锅炉负荷下对NOx排放量影响结果；
图3是本申请实施例1-3中不同比例掺混的混合料在不同锅炉负荷下对排放的飞灰热值的影响结果。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
为了研究煤粉和生物质在高度煤粉燃烧器上的燃烧特性和NOx排放行为，本申请采用神府烟煤和秸秆颗粒进行共混实验，通过设定不同的煤生物质掺混比确定混合物的燃烧性能，不同掺混比的混合料的燃烧实验方法分析如下：
实施例1：
参见图1，一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法，具体燃烧过程如下：
将秸秆和煤炭按照质量比为1：0的比例共磨粉碎，生物质秸秆粉的粒度范围为0.2mm-2.00mm，中位粒径1.0mm左右，煤粉粒径较生物质细，表现为煤粉颗粒附着在生物质粉表面，并将粉碎后的混合料通过罐车输送至燃料仓进行储存，便于后续燃烧过程中给料；
然后依次开启一次风机和给料器，给料器不断将燃料仓中的混合料输出，一次风机将输出的混合料通过一次风管鼓入燃烧器喷管，在第一次风作用下混合料从燃烧器喷管进入预燃室，与二次风机直接鼓入预燃室内的二次风相遇后利用常规的柴油点火模式进行点火，使得预燃室快速升温到700℃以上，时间小于2分钟，700℃能够保证预燃室内形成高温气流对混合燃料加热燃烧，然后形成的高温气流从燃烧器出口处喷入炉膛内燃烧，直至混合料燃尽，在炉膛处设置三次风喷口，从三次风喷口处对炉膛内不断鼓入三次风，使得炉膛内火焰长度增加，炉尾压力升高，燃料和空气在炉膛内充分混合燃烧，通过二次风阀和三次风阀调节二次风量和三次风量，确保炉炉膛内空气的供应；
燃烧后排出的烟尘直接通过烟道通入半干法脱硫脱硝除尘装置中，进行脱硫脱硝除尘处理，同时向烟道中通入臭氧，用于将烟气中的NO氧化为NO2，使得生成的二氧化氮在半干法脱硫脱硝除尘装置中进行中和去除；
处理后的烟尘通过引风机引至烟囱中。
实施例2：
一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法与实施例1相同，将实施例1中秸秆和煤炭按照质量比替换为7：3。
实施例3：
一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法与实施例1相同，将实施例1中秸秆和煤炭按照质量比替换为5：5。
实施例4：
一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法与实施例1相同，将实施例1中秸秆和煤炭按照质量比替换为0：1。
对实施例1-4中混合料燃烧过程中各因素影响情况进行分析，具体分析如下：
(1)对上述燃烧过程中实施例1-4中秸秆和粉煤掺混的混合料进行工业分析，具体分析结果如表1所示：
表1实施例1-4中6t/h煤粉炉掺烧秸秆粉工业分析结果
从表1可以看出，当生物质秸秆掺混比例增加，混合燃料的热值逐渐降低，同时混合燃料中所含的挥发分含量逐渐升高，从30.97％升高到64.58％，与此同时混合燃料的固定碳含量逐渐降低，含S量也逐渐降低。燃料采用罐车配送，每个实施例使用的燃料为1罐车，由于混合燃料密度不同，4种混合燃料的质量在30吨-15吨之间，其中纯煤粉约为30吨，纯秸秆约为15吨，每个实施例燃料的使用时间15小时-24小时，所测得数据具有普遍性。
(2)分析实施例1中点火燃烧分为四个阶段，每阶段的各个参数如表2所示：
表2实施例1中点火和燃烧过程中各参数变化情况
| 升负荷阶段 | 点火 | 阶段1 | 阶段2 | 阶段3 |
| 是否伴油 | 是 | 是 | 否 | 否 |
| 耗时/min | 2 | 4 | 10 | 10 |
| 供料器频率/Hz | 5 | 5→15 | 15 | 15→28 |
| 二次风阀开度/％ | 5 | 5→15 | 15 | 15→37 |
| 三次风阀开度/％ | 10 | 10→20 | 20 | 20→50 |
| 炉尾压力/Pa | 0 | 0→500 | 500 | 1500 |
| 炉尾温度/℃ | 0→200 | 200→400 | 400 | 400→700 |
| 烟道氧含量/％ | 15 | 15→10 | 10→12 | 12→2.5 |
| 炉尾观火孔 | 黑色 | 暗红 | 暗红 | 橘红 |
| 炉头观火孔 | 亮红 | 亮红 | 亮红 | 亮红 |
由表2可知，炉尾温度逐渐升高至200℃，持续调整配风和供料器频率，当供料器频率到15Hz左右时，炉膛温度达到400℃，此时炉头火焰亮红色，炉尾火焰暗红色，停油。观察炉头火焰稳定，呈现橘红色，炉尾火焰依然为暗红色，这是因为二次风量较小，火焰集中在燃烧器内，从高速燃烧器喷射出的火焰速度低，火焰短。继续提高负荷，加大二次风，炉尾火焰逐渐变为亮红色，说明随着给料量和二、三次风量增加，炉膛内火焰长度增加，炉尾压力升高到1500Pa，燃料和空气在炉膛内充分混合。并且锅炉运行一段时间后，炉头观火孔镜片内表面结露，表明纯生物质燃烧产生的水蒸气含量较多。同时按照上述点火燃烧过程对实施例2-4中的混合料进行燃烧，通过观察可知，锅炉运行一段时间后，炉头观火孔镜片内表面没有结露。
(3)在6t/h负荷，三次风达到总风量的50％的分度空气分级条件下，实施例1-4中不同掺混比例对产生的NOx的影响结果如图1所示，从图1可知，使用神府煤粉时，锅炉氮氧化物最低只能达到410mg/m3左右并且飞灰热值达到了1300kacl/kg，大比例掺混秸秆，如实施例2-3，氮氧化物初始排放可以降低到110-120mg/m3，此时飞灰热值在600-700kcal/kg。实施例1中锅炉氮氧化物初始排放为200mg/m3，此时飞灰几乎无热值，由此可知，生物质大比例掺混对NOx降低作用明显，秸秆在混合料中的最佳比例在50％-70％。
(4)锅炉负荷变化对燃烧的影响十分明显，直接表现在炉膛温度变化和配风量调整，工业锅炉面临多变的负荷情况，有必要研究负荷对掺烧的NOx影响，研究了6t/h负荷和4t/h负荷两种负荷情况下掺烧的NOx排放影响，具体测试结果如图2和图3所示，采用50％的混合燃料，氮氧化物排放从低负荷时330mg/m3降低到高负荷时124mg/m3，降幅达到62％，飞灰热值从403kcal/kg升高到597kcal/kg，升幅则为48％；当采用70％的混合燃料时，氮氧化物排放从低负荷时的190mg/m3降低到高负荷下的115mg/m3，飞灰热值也从低负荷时候1020kcal/kg降低到高负荷时的749kcal/kg；当使用纯秸秆时，飞灰热值均为0，氮氧化物则从135mg/m3升高到218mg/m3。因此说明，当生物质掺混比例在50％和70％时，高负荷下燃烧和NOx排放情况总体上由优于低负荷，但是对于纯秸秆粉，高负荷NOx排放增加，这是由于炉膛温度升高，热力型氮氧化物生成量增大，但是负荷对飞灰热值影响不大，主要是由于生物质中含有的固定碳含量较少，热损失q4可以忽略，因此在生物质掺混比例在50％和70％时，使用6t/h的高负荷锅炉进行燃烧，能够降低NOx排放量并且减少热量损失。
(5)对实施例3中50％比例的秸秆含量时空气分级以及给料频率对NOx和CO排放情况的影响分析，其中空气分级和给料频率的具体参数以及测定结果然后表3所示：
表3空气分级以及给料频率对NOx和CO影响
由表3可知，试验1和2给料为21Hz时，通过不断调整二三风阀门开度，降低二次风量，增加三次风量，在维持氧含量(测点在引风机前)小范围变化的前提下，NOx排放从417mg/m3降低到182mg/m3，CO仅从20mg/m3增加到29mg/m3。同时根据试验3和试验4中数据结果可知，二次风量对NOx的影响是关键性的，当阀门开度从31％降低到27％时，NOx排放降低幅度可到了36％。同样的规律在试验5和试验6的试验中也体现出来。说明当煤粉掺烧秸秆时，主燃区配风量在CO和飞灰残碳可接受的范围内时必须尽量降低。当二次风过量空气系数大于0.5时，即便过量出口总氧量为低氧，NOx排放依然达到了711mg/m3。实施空气分级之后，NOx降低到了205mg/m3，降幅达到了71％，但同时也必须考虑到三次风量加大导致炉尾温度降低，综上可知，当掺烧50％比例的秸秆粉，给料频率分别为21Hz和18Hz时，采取空气分级的措施可以将锅炉氮氧化物从417mg/m3降低到182mg/m3；从711mg/m3降低到205mg/m3，二次风是影响NOx排放的决定性因素二次风是影响NOx排放的决定性因素。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法，其特征在于，具体方法如下：
将生物质和煤炭共磨粉碎，输送至锅炉燃料仓；
开启一次风机、二次风机、三次风机和给料器，给料器将燃料仓中的混合料输出，输出的混合料通过一次风鼓入燃烧器喷管，接着从燃烧器喷管进入预燃室，与鼓入预燃室内的二次风相遇后被点燃，然后喷入炉膛内继续燃烧，并且向炉膛内鼓入三次风，保证混合料燃尽；
通过调节生物质和煤炭的比例、二次风量和三次风量、给料频率以及锅炉负荷，检测混合料燃烧情况，确定最佳燃烧条件。
2.如权利要求1所述的一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法，其特征在于，生物质的粒度范围为0.2mm-2.00mm。
3.如权利要求2所述的一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法，其特征在于，所述混合料在炉膛内燃烧后排出的烟尘直接通过烟道通入半干法脱硫脱硝除尘装置中，进行脱硫脱硝除尘处理，同时向烟道中通入臭氧，用于将烟气中的NO氧化为NO2。
4.如权利要求1所述的一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法，其特征在于，所述二次风机和三次风机分别通过二次风管和三次风管将二次风和三次风分别送入燃烧器预热室和炉膛内，同时通过分别控制二次风管和三次风管上的二次风阀和三次风阀的开度控制二次风量和三次风量。
5.如权利要求4所述的一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法，其特征在于，生物质为秸秆，并且秸秆在秸秆和煤炭混合料中的掺混比例为50％-70％，使得混合料在炉膛中燃烧后产生的NOx的排放量控制在110-120mg/m3，飞灰热值控制在600-700kcal/kg。
6.如权利要求5所述的一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法，其特征在于，最佳燃烧条件为：锅炉负荷为6t/h,给料频率为18-21Hz，二风阀开度为20％-27％，三次风阀开度为70％-100％。
7.如权利要求5所述的一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法，其特征在于，秸秆在秸秆和煤炭混合料中的掺混比例为50％，给料频率为21Hz时，锅炉二风阀和三风阀开度分别为27％和100％，NOx排放为182mg/m3。
8.如权利要求5所述的一种高速煤粉燃烧器大比例掺混秸秆燃烧实验方法，其特征在于，秸秆在秸秆和煤炭混合料中的掺混比例为50％，给料频率为18Hz时，锅炉二风阀和三风阀开度分别为20％和70％，NOx排放为205mg/m3。
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