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几种有发展前途的生物质燃烧机评述



几种有发展前途的生物质燃烧机评述
生物质燃烧机(或烧嘴)是工业窑炉用燃料供必不可少的设备之一。生物质燃烧机种类很多,性能虽然不一,但都是担负着组织火焰和向炉子里供热的任务。由于工业不断地发展,对生物质燃烧机的要求也不断地在提高。因此,各工业发达都很重视生物质燃烧机的研究和生产。象英国壳牌石油公司早在数十年前就设有燃烧试验室,从事生物质燃烧机的研究,现在的热工厂国际组织公司,则专门研制各种类型烧嘴。美国匹兹。
堡斯维登中央研究所是较早设有火焰和炉子研究室的,米德兰一罗斯公司表面燃烧分部是现代研制烧嘴和炉子的机构。荷兰依姆登国际火焰研究中心,是西欧六国(英,法,德,意,比,荷)研制烧嘴和炉子的国际组织。其它如日本中外炉子公司,苏联全苏热工研究院等,不胜枚举。他们不断研究发展了很多新的烧嘴,以适应工业生产发展要求。现就下列六种烧嘴,概述其要,并略加评议。
。管见所及,错误难免,请予以指正。二,六种有发展前途的烧嘴(一)平火焰烧嘴平火焰烧嘴是近十多年来很快发展起来的一种新型烧嘴,它是利用旋转空气在烧嘴出口处形成速度较大的中心反向气流区,将燃料流股卷卧在烧嘴出口处,局部预混合,点燃后,形戍较短(轴线方。
向)较稳定的火焰,并借助于烧嘴砖的特定几何形状一流线形喇叭口,将火焰沿炉墙四周铺展开来,其状如盘,故名之日平火焰。平火焰的直径和厚度随烧嘴能力而变化。0. 015×10 6千卡/小时的平火焰烧嘴火焰直径为200毫米左右,厚度为20毫米左右。0.50×1 0 6千卡/小时的平火焰烧嘴,火焰直径可达2000毫米左右,厚度为lOO^150毫米(1)。平火焰烧嘴所产生的火焰特点是:(1)火焰幅射面积。
大,温度场较均匀,(2)火焰较稳定,调节性能好,(3)空气过剩系数较小,在1. 05左右,热效率较高,(4) NOx和噪音较低,公害较少[1]。平火焰烧嘴类型很多,应用范围也较广,各种热处理炉和加热炉用的较多,锻造炉和遂道窑也有采用的,都获得很好的经济效果C2]。如美国六十年代后期在很多热处理上采用平火焰烧嘴,北美钢铁。
公司的罩式退火炉1,采用煤气平火焰烧嘴后,节约燃料2'Oi~35%,提高产量20~30q0 (3)。美国,日本,西德等国七十年代初期,在加热炉均热段采用平火焰烧嘴也都取得较好效果[4.5]。苏联在锻造炉。
遂道窑和锌锅加热炉上采用重油或天然气平火焰烧嘴,节约燃料25~30070,提高产量10%友右(7,8]。我国沈阳薄板厂的罩式退火炉,常州,浦镇的锻造炉,上钢八厂的加热炉等,先后也采用了重油或煤气的平火焰烧嘴,也取得节约燃料15~25%,提高产量20%左右的效果。鞍钢已初步研制成两种煤气平火焰烧嘴,即将用于生产。
(二)火焰可调烧嘴六十年代初期,诞生了单烧嘴U型焰均热炉,炉长为8 -1'O米,宽4米左右,深4~5米。这种新型均热炉产量较高,占地面积较少,投资少,比旧式均热炉具有很多优点。但是在长度方向出现了严重。
的温度不均匀,两端钢锭在加热期结束时,温差可达200℃以上(8)。英国阿普尔一费罗汀汉钢铁公司,为了解决这个问题,从1962 --1968年,进行了长期大量的试验研究工作,研制成功一种旋转空气火焰可调烧嘴,把加热期结束时的两端温差降低到60~70℃(8),加热期结束时,降到±20℃,基本上解决了这个问题。
七十年代初期,美国阿·勒德隆钢铁公司布拉肯里奇厂,在U型焰均热炉上,试验了一种机械式火焰可调烧嘴,把两端温差由150℃降到<20℃(9)。六十年代末期,大型步进梁式加热炉由美国米德兰一罗斯公司表面燃烧分部研制成功,在格拉尼特城钢铁公司建成投产。这种炉子长30米左右,宽10米左右,比推钢式加热炉具有很多优点,但是在。
宽度方面出现了严重的温度不均匀问题。  “表面燃烧分部”为了解决达个问题,研制成功一种复合式火焰可调烧嘴,其示意图见图2,结构保密,列为(幻。七十年代中期,日本石川岛播磨公司研究成功类似美国米德兰一罗斯公司表面燃烧分部的一种复合式火焰可调烧嘴,亦作为保密,其示意图见图3 (10)。
图5  日本石川岛播磨公司可调烧嘴法国,苏联也研制成功一些旋转气流火焰可调烧嘴,用于金属加热炉上。总之,火焰可调烧嘴种类很多,结构形式也都保密。现只能从理论上加以分析评述,有待通过实践来检验。机械式可调烧嘴,结构较复杂,加工制作和调节维护都较麻烦,不能算是理想的火焰可调烧嘴。
旋转气流的火焰可调烧嘴的结构不算复杂,操作维护都较方便,调节范围也较广,是比较理想的一种火焰可调烧嘴。美国和日本的复合式火焰可调烧嘴,实质上也是属于旋转气流式火焰可调烧嘴的一种结构形式。根据旋转气流烧嘴的理论(10.12.13),利用气流旋转数S值的大小,可以控制火焰在轴线方向的长短。而火焰可调烧嘴就是火焰长短可以在大限度内随意调节的一种烧嘴。不旋转气流的烧嘴,气体。
的流股只有一个轴线速度,而且衰减较慢,空气和燃料混合较差,因此把火菇拉得较长。旋转气流的烧嘴,除了轴向分速度之外,还有一个径向分速度,二者的衰减快慢,取决于旋转数S值的大小,空气和燃料混合较好,因此火焰较短较稳定。气流的旒转数愈大,径向分速速度就愈大,轴向分速度就愈小,因此火焰就愈短。所以利用旋转气旋来控制火焰长短,是达到火焰可调烧嘴佳境界的一种理想。
手段。我们鞍钢和攀钢研究院一起,从1 975年开始对英国阿普尔比——费罗汀汉式旋转空气火焰可调烧嘴进行了分析和研究,于1 978年初步研制成一种空气,煤气都旋转的火焰可烧调嘴,一次空气旋转角为20。,二次空气旋转角为35。,煤气旋转角为15。其结构如图4所示,用在鞍钢一初轧厂的U型焰均热炉上已一年多了,两端温差由原来的加热期结束时的60~0℃降低到10~20℃,取得了降低热耗。
15%左右和缩短加热时间30分钟左右的生产效果。从1 978年第四季度起,我们对美国米德羔一~罗斯公司表面燃烧分部的复合式火焰可调烧嘴,又进行了分析和研究,现在正在进行三种结构形式的空气,煤气旋转火焰可调烧嘴的热态模型试验,对。
美国的保密处已有所突破,1980年将在生产上试用,以检验其经济效果。(三)高速烧嘴高速烧嘴也是近十多年来逐步发展起来的一种新的烧嘴,它和上述两种烧嘴在利用传热方式上有所不同,它是以利用对流传热方式为主的一种烧嘴,以增加燃烧产物的速度来提高烧嘴的热效率,所。
以火焰温度可以较低些,空气过剩系数可以较大些。这样虽然减少了一些辐射传热量和增加了一些燃烧生成物(废气)量,从而也增加了废气带走的热量,但是由于对流传热量成倍增长,和废气温度较低,也减少废气带走的热量,得失相比,还是得大于失的。但是在改善炉子温度均匀性方面,它是具有较大的优越性的,因此很有发展前途。只是在火焰稳定性和安全上不如上述两种烧嘴。所以这种烧。
嘴的保焰技术和监视火焰及点火技术非常关键,国外都列为保密。较早的高速烧嘴,气体出口流速为50米/秒,是美国比克来公司1962年研制的一种高速等温烧嘴。后来西欧生产为考柏雅斯特型高速烧嘴,气流出口速度可达160米/秒。近几年来,日本,英国,美国,苏联,西欧等国大量研制生产各类型的高速烧嘴,气流出口速度可达250300米/秒(15)。
高速烧嘴的应用范围已从热处理炉扩大到加热炉,均热炉和金属熔化炉等十多种炉子上。高速烧嘴和通常炉子用的烧嘴比,具有七个优点[16):(1)以比较均匀的加热对炉料传热,(2)热效率较大,(3)通过炉气的快速循环改善温度分布。
(4)燃料和空气更有效的混合,(5)借炉子正压快烧或只控制燃料来冷却造成的钢材表面班点,(6)所需烧嘴数目较少,(7)燃料消耗较少。自然对流不容易穿透包围着炉料表面的静止空气葚,高速烧嘴在炉子里引起热气流非常快的再循环,从而打破了包围着炉料表面的静止空气层,加快了热的传送。据国外资料介。
出口速度达140一一150米/秒,取得了一定效果(17J,(四)自身预热烧嘴自身预热烧嘴就是自己回收利用本身燃烧产物的余热来预热燃烧空气的一种烧嘴。它是六十年代中期英国米德兰研究站煤气委员会研成功的(18],分为两种类型,分别用于直接加热烧城市煤气的小容量热处理炉子上和幅射管上。用在较低温度的炉子上,大约节约燃料12%,用在较高温度的炉子上,可节约燃料25q0。七十年代中期,这种烧嘴又有所发展。我国第一机械工业部的第一和第八设计院于1974~1975年曾共同研制过两种容量为0.2×l06千卡/小时石油气高速烧嘴英国热工厂国际组织公司把它系列化,制成四种简单型式的产品,即0.125×10 6千卡/小时,0.250×10 6千卡/小时,0.375×l06千卡/小时,和0.625×10 6千卡/小时,作为商品出售。应用范围也扩大了,在玻璃熔炼炉,锻。
造炉和坩锅炉上都可以用,节约燃料幅度为16~50%(19.24],自身预热烧嘴的结构如图6所示。它是由高速烧嘴和热交换器二者组合而成。利用高压风机(500~700毫米水柱)的一部分高压空气作为抽引燃烧产物出炉的动力,通过特别设。
一28一计的喷射器,把燃烧产物从炉子里抽引出来,经过烧嘴的同心圆套管,和燃烧空气逆向而行,遂把空气预热,其预热温度高低主要取决于炉子工作温度和燃烧产物的抽引量,一般为炉子工作温度的一半,如炉子工作温度为12000C。
时,空气可预热到1200℃×号-600℃。图6    自身预热烧嘴人们熟知,不管用什么燃料的炉子,相当大一部分的热量是从废气烟囱里排出,炉子工作温度为6 0'0 0C时,大约30%燃料的热量从烟囱由废气带走,10500C时,大约带走50qo,15500C。
时,大约带走75%。回收利用这种热量的传统方法是在炉子和烟囱之间安装换热器和(或)余热锅炉。但是在小炉上这样做是不经济的,因为设备较大,占地较多,投资昂贵。而自身预热烧嘴就是为了比较经济地回收利用小炉子烟气。
带走的热量的一种装备。它的原理和结构虽不复杂,但材质选择和绝热密封,以及抽引装置设计等都有保密值得研究的地方,我们计划于1 980年以后研制这种烧嘴,为小容量的妒子回收余热提供新技术。(五)多喷孔两种流体内混合。
雾化油用喷嘴液体燃料如重油等的燃烧,如不采用气化法都必须首先将它雾化成很小油滴(绝大部分直径小于5 0l-t,),然后才能很有效地燃烧,否则就会黑烟滚滚,即污染空气,又浪费燃料,所以燃烧液体燃料的雾化好坏,是非常关键的问题。高压机械雾化喷嘴和多数气体动量雾化喷。
嘴,是常用的两种喷嘴,它们的雾化质量,虽能达到很好的程度,但是前者需要油压很高(20公斤/厘米2以上),后者所需油压和雾化剂压力虽可低得很多,但喷嘴结构较复杂,因此两种流体雾化喷嘴的研究就很必要。近几年来,为。
了使用蒸汽提高温度,多喷孔两种流体内混合雾化喷嘴在}由烧嘴设计上,获得与日俱增的广泛应用。这种油烧嘴在使用上是特别具有吸引力的,它被经常用来替换双重雾化油烧嘴或桁形油烧嘴。多喷孔两种流体内混合油烧嘴的雾。
化角不髓负荷而变化,不同于圆椎形和双重雾化油烧嘴所显示的雾化角在一定负荷下有相应的变化。雾化角的变化使圃椎形和双重雾化油烧嘴用小的过剩空气,经过一个广阔的衰减比例时,很难达到高的燃烧效率。这种油烧嘴的设计参数和作用还没有完全。
搞清楚,特别是为了每一种用途而发展的每一种烧嘴,这是需要做大量工作和进行深入研究的。英国设菲尔德大学化学工程和燃料工艺教授P.J.英莫林格尔和N-A。邱吉尔对此作了大量试验研究工作,获得许多有益的数据和结。
果,并为设计这种油烧嘴提出了一个比较完整的设计程序,推荐一套比较完整的设计参数,作为设计这种油烧嘴的准则(20J。这是户-尸,-班秘‘鞋砖蛆中的取压赢圈7  磐喷孑L陶混合舞化烧嘴值得我们参考的.多喷孔两种流体内混合雾化油烧嘴的结构。
示意图如图7所示。(六)流态化生物质燃烧机流态化生物质燃烧机又叫沸腾床生物质燃烧机,近十年来发展很快,它主要用在发电锅炉上来烧劣质煤和净化空气,以减少大气因硫的氧化物(SOx)和氮的氧化物(NOx)的污染C21.22J。
它也可以用来烧液体或气体燃料。也可以用于热处理炉,即所谓粒子炉。流态化生物质燃烧机的原理结构如图8所示。气喜气图8流态化生物质燃烧机的原理结构流态化生物质燃烧机的主要部分是流化床和混合室,如上图(1),(2)部位所示。燃料和空。
气通过混合室(1)预混合后进入流化床(2),通过流化床(2)生成有悬浮固体粒子的乳状相和无固体粒子的气泡相。借此两相来提高燃料的燃烧效率和传热效率,其机理是相当复杂的。早在六十年代初期,英国剑桥大学的。
J.F.达非生和D.啥尔逊曾作过研究(21J,后来相继又有许多学者对流态化燃烧从机理到实践做了大量的研究试验工作。现在流态化燃烧已成为一门较为完整的专门学科,应用范围日广,经济价值很大,特别是在石油危机和能。
源日趋紧迫的当今之世。英国伍德尔一达克汉姆公司(2 3]和美国三家锅炉制造厂周两家工程公司联合,分别已研制成功能力为5万磅/小时和500兆瓦的流态化燃煤蒸汽锅炉(23J作为- 29 -b1-懈形踟打商品出售。美国能源部还为他们干|J登了广。
告,招揽生意。据英国的资料介绍,流化床锅炉可以燃烧含灰份高达60%的劣质煤。所以它是充分利用天然资源大量劣质煤的一种设备,很有前途。混合室内装有铜丝,非常细,如羊毛,以增进燃料和空气的预混合。流化床是由陶瓷筛板和石灰石或白云石。
(或轻烧石灰石,白云石)组成。陶瓷筛板的筛孔尺寸及分布,和石灰石或白云石的粒度,都有一定的规格。床的厚度(或叫深度)也有一定的要求。它们和流态化的速度都有内在的联系,对流化床的燃烧和传热效率好坏都起决定。
性的作用。流化床燃烧锅炉,床的温度控制在8 0'0一900℃。这是石灰百和白云石分解的温度,也是煤炭不能熔化结块昕要求的温度。在此温度范围内,NOx生成量很低,硫的保持效果好。我国煤的资源很丰富,劣质煤也不少,有。关单位应该加速这项研究工作,急起直追。流态化生物质燃烧机烧的煤,其粒度比粉煤生物质燃烧机烧的煤粒度稍大。一,  结  束  语生物质燃烧机种类繁多,个人技术水平有限,见识不广,介绍和评议的如有错误之处,请同志们指正。