產品詳情
達冠多功能生物質燃燒機低NOx污染論證
一、引言
能源是發展生產和提高人民生活水平的物質基礎，是制約社會經濟發展的重要因素之一。20世紀70年代由于兩次石油供應短缺和大幅度提價造成的世界性能源危機，給西方各國經濟以沉重打擊，進一步加深r世界各國對能源在社會經濟發展中重要地位的}人識。許多國家除采取節能措施以外，還加強了對能源技術的科學研究。人類生產力水平的發展已到了要充分考慮自身賴以生存的生態環境的承受能力的時代。溫室效應、臭氧空洞以及更多方面的環境污染的影響也越來越為人們所重視。
煤的合理利用已成為世界各國能源開發和合理利用的重大課題。我國的能源結構以煤為主的特點尤為明顯。石油和天然氣資源有限。新能源在技術經濟方面尚未過關。雖大力發展水電、核電等，但遠水難解近渴，所有這些都不足以取代以煤為主的化石燃料的地位。煤炭一直是我國的主要工業能源。煤的直接燃燒仍然是煤利用的主要方式。我國的能源政策決定了火電廠用煤種類多變，煤質比國外要差得多。經我國廣大科技工作者的努力，近幾年在煤的燃燒研究方面取得了不少成就，在沸騰爐、水煤漿及燥粉等的燃燒方面，有的已處于世界先進水平。隨著發展，燃燒污染與環境保護的研究也提到了日程上．
一、煤粉燃燒技術近期發展
我國工程技術界在劣質煤種的燃燒技術上是富有成就的。在四角布置直流式煤粉燃燒方面尤為明顯，已有成功燃用無煙煤煤粉的爐子，有特色的還有一次風集中布置、夾心風生物質燃燒機、等。進入70年代，為了節約鍋爐點火穩燃用油，為了安全運行及近年的調峰運行等幾方面的需求，掀起了一個煤粉預燃室的開發研究熱潮，并取得了不少成就。
在旋流式生物質燃燒機的基礎上，首先研制了一次風、二次風均為旋流的煤粉預燃室，在燃用煙煤鍋爐上獲得較成功的應用。但由于一次風為旋流型，存在著煤粉粒子經旋流器后因旋轉，在離心力作用下被甩向壁面，僅少量粒子沿高溫回流區的邊界穿過；依靠湍流交換加熱為主方式；煤粉加熱有限，對難以著火的劣質煤就不很適應。除難著火外，煤種較好時，著火后近壁面處煤粉濃度較高，呈還原性氣氛。在還原氣氛下煤的灰渣特性變得極易結渣結焦。另外，旋流型預燃室的旋流器存在磨損、阻力較大和回流區大小調整不方便等缺點。與此類似的還有變二次風為根部環形風進入生物質燃燒機或直流平進進入方式等。
另一種則是一次風直流型，并有銚體（為一機械阻擋物，包括穩燃船、可控渦、犁式穩定器等等），如圖2示意，鈍體后存在一個回流區，但與旋流型類似，只有少部分煤粉進入回流區。根據近似的分析計算及試驗結果可知，對于通常煤粉爐來說，其煤粉尺寸一般在81)—120/tm以下，主要著火熱源的r0-90%為對流換熱。因此其效果也與旋流型類似。
大速差同向射流穩燃技術示意如圖3，由于高速射流強烈的抽吸作用，使一次風中的空氣偏離軸線被抽吸到高速射流中去，這樣在一次風射流的后方造成負壓，而產生一個很強的回流區；同時煤粉粒子運動情況是，對于直徑很小者，隨空氣一起被抽吸到高速射流中，大部分煤粉粒子由于其慣性較大，將直奔高溫回流區，受到高溫氣流的包圍和加熱，即煤粉粒子的加熱大大強化，有利于著火。大速差穩燃技術中設有磨損件，其阻力較小。
風鏟生物質燃燒機是繼大速差之后的又一新技術。其原理則是在有限空間的生物質燃燒機端部布置一扁平射流。由示意圖4看到，在有限空間中扁平射流從噴口噴出后立即偏轉折向壁面，即存在附壁效應，由此產生的結果是：射流與下上壁之間有一大一小兩個回流區，且產生此效果是其本身固有的特性（這與大速差中靠兩股射流合產生回流區不同）。煤粉粒子的運動方式與大速差甲相似，能進入回流區的比例較大。上游入口處形成了有利于點煉的高濃度區，顆粒進入回流區強化著火燃燒，隨后顆粒在氣體湍動下充分擴散與空氣混合和燃燒。氣流附于下壁，在燃煤粉的扁平射流生物質燃燒機中，為了初始使射流向下附壁及防止底部積粉結焦，除了扁平射流稍偏心設置外，底部還加有一股底部二次風。在生物質燃燒機的底部存在一非反應底層區，且溫度是較低的，底壁處顆粒濃度也較低，因此生物質燃燒機內部不會積粉結焦。與大速差相同的是扁平射流生物質燃燒機中也沒有磨損件，其阻力小，穩燃能力強，滅火貧限低。
三、扁平射流燃燒的低NOx論證
NO。有兩個來源：一個是燃料中含有的有機氮的氧化，而這是不可避免的：另一個是空氣中氮和氧在高溫反應時所形成的。后一種來源所產生的NO、數量占主要地位，并與溫度具有指數的正比關系。為了降低NO。的發生量，采取的方法有從抑制火焰溫度出發的多種形式，許多在燃氣、燃油裝置上已獲成功應用。
控制從礦物燃料和廢物燃料燃燒后放出的灰塵、S02和NO。，無論從技術復雜程度上或是在成本上都繼續在上升。例如，用布袋除塵或靜電除塵，煙氣除硫裝置( FGD)，低NO。生物質燃燒機或選擇性催化還原裝置( SCR)，以及灰渣輸送和處理系統等來裝備一座燃煤發電廠，所需投資可能會高達電廠總投資的50%。越來越多的燃氣輪機和聯合循環發電廠也必須采用將蒸汽或水往入燃燒裝置的方法來減少NO；，歐、美、日已采用選擇性催化還原裝置。聯邦德國研制出一種用于燃氣輪機的低污染生物質燃燒機，具有擴散式、預混式兩種功能，其NO。極低。在預混式生物質燃燒機中，燃燒前在預混區內進行的燃料空氣混合是最均勻的，因而大大提高了火焰溫度分布的均勻度，同時平均溫度顯著下降，排放很少。但純預混式生物質燃燒機的缺點是火焰穩定范圍小。為此，增加了輔助火焰穩定預混火焰。由此構成所謂的雙功能式生物質燃燒機。
國外在流化床燃燒技術上花了很大的精力。現在循環流化床( CFB)燃燒技術以其脫硫（在燃燒過程中進行，故省費用）、低溫反應降低NO。生成與排放量（≤l00-200mg／m。3），可以滿足環保要求而被稱為清潔燃燒技術。國外CFB電站鍋爐單機容量達十萬千瓦數量級規模，已獲得成功運行應用。
對采用扁平射流生物質燃燒機前后對比進行分析。在扁平射流生物質燃燒機內是處于低空氣比狀態，燃燒處于還原性氣氛中，并抑制了火焰溫度；扁平射流生物質燃燒機本身的二次風屬分級配風方式，其與爐膛則構成了多級燃燒，即煤粉整個燃燒程分別處于燃料空氣比∥>1及萬<l的區域內；使用扁平射流生物質燃燒機改善了爐膛火焰充滿程度及爐內溫度分布均勻程度；降低爐內局部高濕，降低局部區域熱負荷等。這諸多因素都使鍋爐的燃燒過程中氮氧化合物NOx生成量及排放量降低，且是極為積極的手段。
四、展望
我國動力煤煤質比國外差得多，生物質燃燒機較多地為一次風集中布置的直流生物質燃燒機。運行煤粉濃度較高C由于煤質差濃度更高）。對于劣質煤，還含有一定數量的揮發份。在著火燃燒區內氣體燃料多（揮發份析出），而氧氣缺乏。從各臺鍋爐測量分析表明生物質燃燒機出口普遍缺氧。測得該區煙氣中的C02值高達14- 15%，CO值在3%左右，另外還有H2、C2H2、C2H6、CH4等。這說明煤粉在該區域內進行著強烈的還原氣化反應。雖然這種反應有利于煤粉的迅速氣化，而其固體燃料的燃燒卻因還原、氣化吸熱反應使溫度下降而遲緩進行。若此時不能及時補充02，將影響燃燒速度和最終的燃燼程度。此外在一次風集中布置時，局部區域還原性氣氛會使煤粉顆粒的灰熔點溫度降低而易結焦。解決這一矛盾仍可以用扁平射流燃燒技術。此時生物質燃燒機是開式立置穩燃型扁平射流生物質燃燒機（示意圖略）。上游熱煙氣流進入立置扁平射流生物質燃燒機加熱一次風粉氣流，提高著火燃燒穩定性，因為部分煤粉粒子直接進入高溫氣流等，扁平射流附壁后背火側相對空氣多煤粉的濃度低，呈氧化性氣氛，便生物質燃燒機區域不易結焦。
五、小 結
一按照以上經驗教訓，調整階段的能源產業政策，既要解決當前的主要矛盾，又要全面深化改革，和加強宏觀調控，以促進經濟結構的根本改善，使之符合有計劃按比例發展的經濟規律，并保持健康發展。具體應注意以下各點：
(1)從國內外經驗及我國實際出發，相對于工農業總產值平均增長速度的彈性系數，一次能源應為0. 5-0,6．電力應為I左右，原材料工業應為0. 7-0.8。
(2)為緩解能源緊張，能源工業和原材料工業都必須加強技術進步、改辮內部結枸，以提高能源利用率和減少污染。
( 3)在能源開發和市能工作中，要充分重視價值規律的作用。應逐步通過價格、稅收等政策，使能源工業的資金利用率高于;：業’F均水平。以從根本上解決加工工業發展失控的頑癥，
(4)地質勘探和礦產資源管理，應加速深化改革，促進能源的勘探，開發和資源合理利用。的生物質燃燒機既有穩燃性，又有防焦特性，而且其煤粉著火燃燒過程為多級配風方式，還具有低nO、生成特性。此生物質燃燒機也可望有寬的煤種適應能力、
煤、油為有限的不可再生資源，是承要的原料，作為燃料獲取能源是可惜的，即其燃燒使用不僅效益低而且副作用不小，產生大氣污染（粉塵，C02. SO、、NO。，CO與多種氮氫化合物等），破壞生態環境 長遠應該是發展核能、可再生能和開辟新能源當今仍是以煤、油為主的時期，然而生態環境的承受／]有限是客觀的。
一、引言
能源是發展生產和提高人民生活水平的物質基礎，是制約社會經濟發展的重要因素之一。20世紀70年代由于兩次石油供應短缺和大幅度提價造成的世界性能源危機，給西方各國經濟以沉重打擊，進一步加深r世界各國對能源在社會經濟發展中重要地位的}人識。許多國家除采取節能措施以外，還加強了對能源技術的科學研究。人類生產力水平的發展已到了要充分考慮自身賴以生存的生態環境的承受能力的時代。溫室效應、臭氧空洞以及更多方面的環境污染的影響也越來越為人們所重視。
煤的合理利用已成為世界各國能源開發和合理利用的重大課題。我國的能源結構以煤為主的特點尤為明顯。石油和天然氣資源有限。新能源在技術經濟方面尚未過關。雖大力發展水電、核電等，但遠水難解近渴，所有這些都不足以取代以煤為主的化石燃料的地位。煤炭一直是我國的主要工業能源。煤的直接燃燒仍然是煤利用的主要方式。我國的能源政策決定了火電廠用煤種類多變，煤質比國外要差得多。經我國廣大科技工作者的努力，近幾年在煤的燃燒研究方面取得了不少成就，在沸騰爐、水煤漿及燥粉等的燃燒方面，有的已處于世界先進水平。隨著發展，燃燒污染與環境保護的研究也提到了日程上．
一、煤粉燃燒技術近期發展
我國工程技術界在劣質煤種的燃燒技術上是富有成就的。在四角布置直流式煤粉燃燒方面尤為明顯，已有成功燃用無煙煤煤粉的爐子，有特色的還有一次風集中布置、夾心風生物質燃燒機、等。進入70年代，為了節約鍋爐點火穩燃用油，為了安全運行及近年的調峰運行等幾方面的需求，掀起了一個煤粉預燃室的開發研究熱潮，并取得了不少成就。
在旋流式生物質燃燒機的基礎上，首先研制了一次風、二次風均為旋流的煤粉預燃室，在燃用煙煤鍋爐上獲得較成功的應用。但由于一次風為旋流型，存在著煤粉粒子經旋流器后因旋轉，在離心力作用下被甩向壁面，僅少量粒子沿高溫回流區的邊界穿過；依靠湍流交換加熱為主方式；煤粉加熱有限，對難以著火的劣質煤就不很適應。除難著火外，煤種較好時，著火后近壁面處煤粉濃度較高，呈還原性氣氛。在還原氣氛下煤的灰渣特性變得極易結渣結焦。另外，旋流型預燃室的旋流器存在磨損、阻力較大和回流區大小調整不方便等缺點。與此類似的還有變二次風為根部環形風進入生物質燃燒機或直流平進進入方式等。
另一種則是一次風直流型，并有銚體（為一機械阻擋物，包括穩燃船、可控渦、犁式穩定器等等），如圖2示意，鈍體后存在一個回流區，但與旋流型類似，只有少部分煤粉進入回流區。根據近似的分析計算及試驗結果可知，對于通常煤粉爐來說，其煤粉尺寸一般在81)—120/tm以下，主要著火熱源的r0-90%為對流換熱。因此其效果也與旋流型類似。
大速差同向射流穩燃技術示意如圖3，由于高速射流強烈的抽吸作用，使一次風中的空氣偏離軸線被抽吸到高速射流中去，這樣在一次風射流的后方造成負壓，而產生一個很強的回流區；同時煤粉粒子運動情況是，對于直徑很小者，隨空氣一起被抽吸到高速射流中，大部分煤粉粒子由于其慣性較大，將直奔高溫回流區，受到高溫氣流的包圍和加熱，即煤粉粒子的加熱大大強化，有利于著火。大速差穩燃技術中設有磨損件，其阻力較小。
風鏟生物質燃燒機是繼大速差之后的又一新技術。其原理則是在有限空間的生物質燃燒機端部布置一扁平射流。由示意圖4看到，在有限空間中扁平射流從噴口噴出后立即偏轉折向壁面，即存在附壁效應，由此產生的結果是：射流與下上壁之間有一大一小兩個回流區，且產生此效果是其本身固有的特性（這與大速差中靠兩股射流合產生回流區不同）。煤粉粒子的運動方式與大速差甲相似，能進入回流區的比例較大。上游入口處形成了有利于點煉的高濃度區，顆粒進入回流區強化著火燃燒，隨后顆粒在氣體湍動下充分擴散與空氣混合和燃燒。氣流附于下壁，在燃煤粉的扁平射流生物質燃燒機中，為了初始使射流向下附壁及防止底部積粉結焦，除了扁平射流稍偏心設置外，底部還加有一股底部二次風。在生物質燃燒機的底部存在一非反應底層區，且溫度是較低的，底壁處顆粒濃度也較低，因此生物質燃燒機內部不會積粉結焦。與大速差相同的是扁平射流生物質燃燒機中也沒有磨損件，其阻力小，穩燃能力強，滅火貧限低。
三、扁平射流燃燒的低NOx論證
NO。有兩個來源：一個是燃料中含有的有機氮的氧化，而這是不可避免的：另一個是空氣中氮和氧在高溫反應時所形成的。后一種來源所產生的NO、數量占主要地位，并與溫度具有指數的正比關系。為了降低NO。的發生量，采取的方法有從抑制火焰溫度出發的多種形式，許多在燃氣、燃油裝置上已獲成功應用。
控制從礦物燃料和廢物燃料燃燒后放出的灰塵、S02和NO。，無論從技術復雜程度上或是在成本上都繼續在上升。例如，用布袋除塵或靜電除塵，煙氣除硫裝置( FGD)，低NO。生物質燃燒機或選擇性催化還原裝置( SCR)，以及灰渣輸送和處理系統等來裝備一座燃煤發電廠，所需投資可能會高達電廠總投資的50%。越來越多的燃氣輪機和聯合循環發電廠也必須采用將蒸汽或水往入燃燒裝置的方法來減少NO；，歐、美、日已采用選擇性催化還原裝置。聯邦德國研制出一種用于燃氣輪機的低污染生物質燃燒機，具有擴散式、預混式兩種功能，其NO。極低。在預混式生物質燃燒機中，燃燒前在預混區內進行的燃料空氣混合是最均勻的，因而大大提高了火焰溫度分布的均勻度，同時平均溫度顯著下降，排放很少。但純預混式生物質燃燒機的缺點是火焰穩定范圍小。為此，增加了輔助火焰穩定預混火焰。由此構成所謂的雙功能式生物質燃燒機。
國外在流化床燃燒技術上花了很大的精力。現在循環流化床( CFB)燃燒技術以其脫硫（在燃燒過程中進行，故省費用）、低溫反應降低NO。生成與排放量（≤l00-200mg／m。3），可以滿足環保要求而被稱為清潔燃燒技術。國外CFB電站鍋爐單機容量達十萬千瓦數量級規模，已獲得成功運行應用。
對采用扁平射流生物質燃燒機前后對比進行分析。在扁平射流生物質燃燒機內是處于低空氣比狀態，燃燒處于還原性氣氛中，并抑制了火焰溫度；扁平射流生物質燃燒機本身的二次風屬分級配風方式，其與爐膛則構成了多級燃燒，即煤粉整個燃燒程分別處于燃料空氣比∥>1及萬<l的區域內；使用扁平射流生物質燃燒機改善了爐膛火焰充滿程度及爐內溫度分布均勻程度；降低爐內局部高濕，降低局部區域熱負荷等。這諸多因素都使鍋爐的燃燒過程中氮氧化合物NOx生成量及排放量降低，且是極為積極的手段。
四、展望
我國動力煤煤質比國外差得多，生物質燃燒機較多地為一次風集中布置的直流生物質燃燒機。運行煤粉濃度較高C由于煤質差濃度更高）。對于劣質煤，還含有一定數量的揮發份。在著火燃燒區內氣體燃料多（揮發份析出），而氧氣缺乏。從各臺鍋爐測量分析表明生物質燃燒機出口普遍缺氧。測得該區煙氣中的C02值高達14- 15%，CO值在3%左右，另外還有H2、C2H2、C2H6、CH4等。這說明煤粉在該區域內進行著強烈的還原氣化反應。雖然這種反應有利于煤粉的迅速氣化，而其固體燃料的燃燒卻因還原、氣化吸熱反應使溫度下降而遲緩進行。若此時不能及時補充02，將影響燃燒速度和最終的燃燼程度。此外在一次風集中布置時，局部區域還原性氣氛會使煤粉顆粒的灰熔點溫度降低而易結焦。解決這一矛盾仍可以用扁平射流燃燒技術。此時生物質燃燒機是開式立置穩燃型扁平射流生物質燃燒機（示意圖略）。上游熱煙氣流進入立置扁平射流生物質燃燒機加熱一次風粉氣流，提高著火燃燒穩定性，因為部分煤粉粒子直接進入高溫氣流等，扁平射流附壁后背火側相對空氣多煤粉的濃度低，呈氧化性氣氛，便生物質燃燒機區域不易結焦。
五、小 結
一按照以上經驗教訓，調整階段的能源產業政策，既要解決當前的主要矛盾，又要全面深化改革，和加強宏觀調控，以促進經濟結構的根本改善，使之符合有計劃按比例發展的經濟規律，并保持健康發展。具體應注意以下各點：
(1)從國內外經驗及我國實際出發，相對于工農業總產值平均增長速度的彈性系數，一次能源應為0. 5-0,6．電力應為I左右，原材料工業應為0. 7-0.8。
(2)為緩解能源緊張，能源工業和原材料工業都必須加強技術進步、改辮內部結枸，以提高能源利用率和減少污染。
( 3)在能源開發和市能工作中，要充分重視價值規律的作用。應逐步通過價格、稅收等政策，使能源工業的資金利用率高于;：業’F均水平。以從根本上解決加工工業發展失控的頑癥，
(4)地質勘探和礦產資源管理，應加速深化改革，促進能源的勘探，開發和資源合理利用。的生物質燃燒機既有穩燃性，又有防焦特性，而且其煤粉著火燃燒過程為多級配風方式，還具有低nO、生成特性。此生物質燃燒機也可望有寬的煤種適應能力、
煤、油為有限的不可再生資源，是承要的原料，作為燃料獲取能源是可惜的，即其燃燒使用不僅效益低而且副作用不小，產生大氣污染（粉塵，C02. SO、、NO。，CO與多種氮氫化合物等），破壞生態環境 長遠應該是發展核能、可再生能和開辟新能源當今仍是以煤、油為主的時期，然而生態環境的承受／]有限是客觀的。
翩平射流生物質燃燒機原理科學、性能良好，符合并滿足煤粉燃燒過程的組織特點要求、多用途的長處足具有白穩定特性，優于荇火燃燒L大J素較多部分取決于爐膛（外界）』：沉的其他燃燒技術，可以實現點火，低負荷穩燃、如負茼主燃等多種功能。
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