小油槍煤粉燃燒技術(shù)及其流量計算

小油槍煤粉燃燒技術(shù)及其流量計算吳道洪柴漢超沈大平北京神霧熱能技術(shù)有限公司北京100083摘要根據(jù)熱力著火理論，分析計算小油槍煤粉燃燒技術(shù)的流量數(shù)據(jù)。工程實踐驗證表明，本研究推薦的流量計算方法可行。關(guān)鍵詞小油槍、燃燒煤粉燃燒技術(shù)，流量、計算FiredCoal-powderCombustionTechniqueofSmallOil-gunBurnerandItsFlowCalculationCHAIHanchao,SHENDaping,WUDaohongBeijingSHENWUThermalEnergyTechnologyCo.Ltd.Beijing100083Abstract:ThispaperisdealtwithFiredcoal-powdercombustiontechniqueofsmalloil-gunburner,atthesametimeoneisanalysedandcalculatedforitsflowdatadependonthermalcombustiontheory.EngineeringpracticeisrepresentedthatrecommendflowcalculationformulamethodbymeansofSHENWUresearchedworkisfeasible.Keyword:SmalloilGunburner,firedcoalpowdercombustiontechnique,flow,calculation.1概述我國的大、中型電站鍋爐，絕大部分使用的燃料為煤粉。啟動鍋爐時，由電火花裝置引燃液（氣）體燃料，然后，再引燃煤粉。因此，每年用于鍋爐點火的油（氣）數(shù)量很大。當(dāng)前，國內(nèi)外都在進(jìn)行研究探索，以期節(jié)約點火用油。經(jīng)過多年的試驗和現(xiàn)場實際使用，煤粉點燃技術(shù)已取得了較大的進(jìn)展。其中，小油槍點燃煤粉技術(shù)就是一例。小油槍點燃煤粉技術(shù)是一種有效的節(jié)能點火和穩(wěn)燃技術(shù)。實踐證明，使用小油槍點燃煤粉技術(shù)的鍋爐，其點燃用油節(jié)約效果明顯。統(tǒng)計分析采用SHENWU油槍點燃煤粉技術(shù)改造過的部分電站鍋爐，改造前后，采用兩種點火油槍的流量（kg/h）和冷態(tài)啟動鍋爐的一次耗油量進(jìn)行比較，如表1所示：表1兩種油槍流量和冷態(tài)啟動耗油量的比較電廠鍋爐容量油槍流量t/h冷態(tài)啟動耗油量t/次節(jié)油率％原用槍小油槍用原油槍時用小油槍時桂林電廠420100030036.006.0083.3%鎮(zhèn)江電廠420100030035.8912.1666.1%新海電廠670120035035.0015.0057.1%石橫電廠1025200060084.0022.4073.3%2小油槍點燃煤粉運行措施2．1配套系統(tǒng)的改造介質(zhì)氣源采用儀用壓縮空氣，壓力為0.45?0.60MP。a(2)更換油泵。以夏港電廠蒸發(fā)量420t/h的鍋爐為例，原油泵為DY-25-50x8,配用電動機(jī)功率75kW,后更換為配用電動機(jī)功率15kW的，50Y-60x2型的流程泵，揚程120m，流量12.5m3/h，增加1臺8m3的計量箱。通過改造，在回油門全開的情況下，槍前油的壓力為0.70MPa，滿足了設(shè)計要求。2．2油槍安裝目前大部分電站鍋爐是將點火油槍安置在二次風(fēng)噴嘴處，在鍋爐冷態(tài)啟動點火穩(wěn)燃階段，首先點燃油槍以提高爐膛煙氣溫度，高溫?zé)煔馔ㄟ^對流將熱量傳給一次風(fēng)射流，這種高溫?zé)煔馀c一次風(fēng)的對流交換熱量，約為油槍燃燒產(chǎn)生熱量的1/5左右。所以，此種方式油槍點火穩(wěn)燃的效率較低。而小油槍技術(shù)則是將油槍安置在一次風(fēng)的噴嘴處，油槍燃燒產(chǎn)生的熱量全部用于煤粉流的升溫，所以，點火穩(wěn)燃效果好，油槍的流量比布置在二次風(fēng)噴嘴中要小的多。此外，部分電廠根據(jù)自身鍋爐情況，對油槍的安放位置又進(jìn)行了一些技術(shù)改進(jìn)，進(jìn)一步提高了節(jié)油效率。如，夏港電廠，將油槍經(jīng)二次風(fēng)箱斜插與一次風(fēng)管中心線的夾角為13。?15。。避開穩(wěn)燃器鈍體，使一次風(fēng)管中心線與霧化傘形區(qū)中心線基本平行。如圖1所示。hihi圖1氣泡霧化油槍安裝示意圖油槍噴出的火焰夾角呈110。角，用來罩住一次風(fēng)管噴嘴出口，使一次風(fēng)粉在穿過1400oC?1500T的油槍火焰高溫區(qū)時，實現(xiàn)完全燃燒。此種油槍安裝方式已在江蘇省的電廠中得到廣泛的應(yīng)用，如鎮(zhèn)江、射陽港、南京熱電廠、天生港電廠等。2．3油槍的性能要求由于油槍是經(jīng)二次風(fēng)箱斜插，與一次風(fēng)管中心線的夾角約為13。?15。。因此，要求油槍噴嘴的霧化效果好，霧滴顆粒直徑小于60pm，燃燒穩(wěn)定、充分。噴嘴的熱效率高，燃燒溫度不低于1400OC?1500°C,以保證油槍穩(wěn)定燃燒后，即可直接投入煤粉。夏港電廠投粉時間約為油槍點燃后25分鐘左右，鎮(zhèn)江高資電廠則為15?20分鐘。此外，要求火焰的剛性強(qiáng)，抗風(fēng)能力大，在有穩(wěn)燃器時，風(fēng)速為60m/s,無穩(wěn)燃器時，風(fēng)速為30?40m/s，不滅火。因此，普通的機(jī)械霧化，氣動霧化油槍應(yīng)用起來是很困難的。3小油槍流量的計算方法目前小油槍點燃煤粉燃燒技術(shù)已在電力系統(tǒng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。但是，使用方法各不相同，因此，還沒有一種理論上十分完善的小油槍油量的計算方法。多年來本公司一直從事小油槍點燃煤粉燃燒技術(shù)的試驗研究和實踐工作，已經(jīng)在廣東瑞明，湖南耒陽，江蘇夏港，鎮(zhèn)江、射陽港、山東臨沂、福建鄒武、廣西桂林等十九家電廠的38臺電站鍋爐上成功實施了這一技術(shù)。在大量試驗研究和實踐經(jīng)驗積累的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)出一個比較成功的小油槍流量工程計算方法。3．1計算前的準(zhǔn)備工作由于油槍火焰燃燒的最終目的是為了點燃煤粉，因而，首先必須對煤粉燃燒器的特性有充分的了解。（1）了解鍋爐燃燒系統(tǒng)的配風(fēng)均勻程度，如，四角布置的煤粉燃燒器一、二、三次風(fēng)的配風(fēng)均勻性，各風(fēng)口擋板的風(fēng)量特性；旋流布置的煤粉燃燒器的大風(fēng)箱配風(fēng)均勻性等。（2）了解燃燒系統(tǒng)及燃燒器的阻力特性。（3）了解燃燒器的流體動力特性，一、二次風(fēng)的混合情況，旋流片燃燒器回流區(qū)的大小及流量變化情況，四角噴燃器的切園大小等。3．2計算方法推薦小油槍為了點燃煤粉，就必須提供給煤粉足夠的著火熱量，使其達(dá)到煤粉的著火溫度。而要達(dá)到煤粉的著火溫度，又必須洞悉煤粉燃燒器的形式和著火方案的選擇。本文以四角布置的直流燃燒器為例，闡述如下：著火方案有三角形著火方案和射流著火方案，根據(jù)著火方案的不同合理分配一、二次風(fēng)的比例。煤粉的著火溫度主要取決于煤種（揮發(fā)成分含量等）及爐內(nèi)的加熱和散熱條件。由于煤粉噴出后既受到冷的一、二次風(fēng)包圍，又受到了卷吸的高溫回流煙氣加熱，因此，既有強(qiáng)迫著火的特點，又有部分熱力著火的屬性。根據(jù)熱力著火理論計算的煤粉著火溫度，如表2所示。表2不同煤粉的著火溫度值煤種無煙煤褐煤煙煤煤粉顆粒直徑um751002550751006590125165195230煤粉著火溫度°C10271027852739686652915880840827815800通常工程推薦的不同煤種的煤粉的著火溫度如表3所示。表3不同種類煤粉推薦的著火溫度值煤種煙煤貧煤無煙煤劣質(zhì)煙煤褐煤著火溫度OC650?750800?900900?1000700?750500?600由以上二表可以看出理論計算的著火溫度比推薦的數(shù)值高。這是因為熱力著火理論未充分考慮爐中高溫?zé)煔饣亓鞯臒崃俊Ｍ扑]值為煤粉的著火溫度，不是煤粉氣流的。所以，實際上我們選取煤粉氣流的著火溫度是介于兩者之間，即略高于推薦值的溫度。知道了煤粉的著火溫度后，即可計算出每公斤煤粉氣流所需的著火熱量QzhQ=(C+VC(T-T)zhmfikik)zhikQ——煤粉氣流著火熱量kJ/kgzhC——煤粉的比熱容kJ/kg?OCmf無煙煤、貧煙取0.921,煙煤取0.963，褐煤取1.089C——空氣的比熱容kJ/kg?oc。常溫下，干空氣的比熱容為ik1.29kJ/M3?oc——一次風(fēng)量m3/kgik=a?VOikikoa一次風(fēng)過量空氣系數(shù)，V。理論空氣量。ikoT——一次風(fēng)初始溫度°CikT——煤粉氣流著火溫度°Czh著火熱量的大小，說明了煤粉著火所需加熱熱源的能量大小。冷態(tài)啟動鍋爐時，煤粉著火的加熱源，除油槍火焰的輻射熱源外，還有高溫?zé)煔饣亓鞯膶α骷訜釤嵩?。不同的燃燒器及燃燒器布置方式，以上二種熱源所供給的熱能是不相同的。從工程角度看，以上二種熱能的比例大致為5：1。即80%的著火熱能是油槍火炬提供的。以張家港電廠為例，該廠鍋爐為SG-420/13.7-M417D，燃料為煙煤，可燃基揮發(fā)為18%?20%，煤粉氣流著火溫度為650OC，一次風(fēng)量為1.977m3/kg，氣粉混合物起始溫度50°C，穩(wěn)定燃燒時溫度250OC，空氣比熱容1.294kJ/m3?°C，煤粉比熱容0.963kJ/kg?°C冷態(tài)啟動鍋爐時，每公斤氣粉混合物所需的著火熱量Q=(0.963+1.977x1.294)(650—50)zh=2112.7kJ/kg由此可以根據(jù)投粉量，計算出所需油槍的流量數(shù)值。這些數(shù)據(jù)是經(jīng)過實踐驗證的結(jié)果，因此對現(xiàn)場工作有一定指導(dǎo)和借薦作用。為了保證計算數(shù)值在工程實踐中使用的正確性和適用性，在計算時，應(yīng)有一定的安全系數(shù)(1.2?1.4)；此外，油槍的流量應(yīng)有足夠大的調(diào)節(jié)比。例如，我公司的油槍其調(diào)節(jié)比約為1：4。4小結(jié)經(jīng)多年實驗研究和工程實踐表明，本公司研制開發(fā)的小油槍煤粉燃燒