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鍋爐未來的發展將進一步提高鍋爐和電站熱效率;降低鍋爐和電站的單位功率的設備造價;提高鍋爐機組的運行靈活性和自動化水平;發展更多鍋爐品種以適應不同的燃料;提高鍋爐機組及其輔助設備的運行可靠性;減少對環境的污染。
鍋爐的燃燒方式有三種形式:層燃(火床燃燒)、室燃(懸浮燃燒)、沸騰燃燒。各種燃燒方式有其相應的燃燒設備。固定爐排、鏈條爐排、往復爐排、振動爐排等屬于層燃式,適用于燃燒固體燃料。煤粉鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐等屬于室燃式,適用于粉狀固體燃料,液體燃料和氣體燃料。鼓泡流化床、循環流化床屬于沸騰燃燒方式,適用于燃燒顆粒狀固體燃料。拋煤機鏈條爐排,兼有層燃和室燃的燃燒方式,屬于混合燃燒方式。
固定爐排:一種古老、結構簡單的層燃燃燒的設備,分兩種單層爐排和雙層爐排A單層爐排用鑄鐵制造,有板狀和條狀B雙層爐排,內有上下兩層爐排,上爐排由水冷卻管組成的固定爐排,下爐排為普通鑄鐵的固定爐排。上爐排以上空間為風室,下爐排以下為灰坑,兩層爐排之間為燃燒室。
鏈條爐排:一種結構比較完善的燃燒設備。由于機械化程度高(加煤、清渣、除灰等均有機械完成),制造工藝成熟,運行穩定可靠,人工撥火能使燃料燃燒的更充分,燃燒率也較高,適用于大、中、小型工業鍋爐。國產鏈條爐排按結構可分鏈帶式、橫梁式和鱗片式鏈條爐排。A鏈帶式鏈條爐排屬于輕型結構適用于額定蒸發量小于10t/Hd的蒸汽鍋爐或相應容量的燃燒鍋爐。B橫梁式鏈條爐排是用剛性很強的橫梁作支架,爐排片嵌于支架橫梁的槽內,當主動軸上的鏈輪帶動鏈條轉動時橫梁及其上的整付爐排隨之移動。C鱗式鏈條爐排適用于額定蒸發量大于10t/Hd的蒸汽鍋爐或相應容量的燃燒鍋爐。
往復爐排:一種利用爐排往復運動來實現給煤、除渣、撥火機械化的燃燒設備。往復爐排爐排按布置方式可分傾斜往復爐排和水平往復爐排A傾斜往復爐排為傾斜階梯型,爐排有相間布置的活動爐排片和固定爐排片組成。B水平往復爐排是有固定爐排片和活動爐排片交錯組成,爐排片相互搭接。
振動爐排:一種由偏心塊激振器、橫梁、爐排片、拉桿、彈簧板、后密封裝置、激振器電機、地腳螺釘、減震橡皮墊、下框架、前密封裝置。測梁、固定支點等部件組成。具有結構簡單,制造容易,重量輕、金屬耗量少、設備投資省、燃燒條件好、爐排面積負荷高、煤種適應能力強優點在工業鍋爐應用過。
拋煤機: 按拋煤方式,拋煤機可分為風力拋煤機,機械拋煤機和機械-風力拋煤機三種。機械拋煤機兼有機械拋煤機和風力拋煤機的功能,它有兩個主要部件構成:給煤部件和拋煤部件。
目前,燃燒系統有三種:全手操、全自動位式、全自動比例調節。
全手操:這種燃燒方式就是燃油或燃氣以固定的流量和空氣以固定的流量混合進行燃燒,主要分布在大慶、勝利、遼河、西部等各大油田,燃料主要以原油為主,部分為重油;這是一種只重燃燒效果不重運行費用和的燃燒方式,造成大量的能源浪費和事故;在市場經濟效益為主導的新形勢下,這樣的燃燒系統逐漸被精明的用戶所放棄,例如:石油大學(東營)勝華煉油廠40T蒸汽鍋爐,經過嚴密的論證,決定采用先進的燃燒系統-進口油氣混合燃燒器。
全自動位式:這種燃燒系統具備所有全自動、保護功能,只是燃料和空氣的調節是一段、兩段或三段式調節,適合于小型鍋爐或工業爐。
全自動比例調節:采用比例調節儀、PLC、DCS、BLM等實現燃料、空氣混合燃燒邏輯運算配比,真正到完全燃燒,限度地節約了能源,保護了環境。國內典型范例:北京雙榆樹熱力廠114MW鍋爐6臺、上海金山石化35T鍋爐、天津焦化三廠35T鍋爐、勝華煉油廠油氣混燒40T蒸汽鍋爐等。
善用能源、保護環境是二十一世紀可持續發展國策的重要議題,隨著科學發展意識與理念的進步,先進的燃燒系統正在被大力推廣應用。
鍋爐節能運行方式:在滿足技術要求的情況下,盡量低負荷連續運行。即節約了運行費用,又延長了鍋爐壽命。這種運行方式和優點,早已被北京眾多用戶和專家證實并推廣,僅此一項可節能8-15%,而只有比例調節燃燒系統才能實現這種運行模式。
新研制的高速氣體燃燒器,為了達到完全燃燒,使燃氣和空氣通過眾多的噴孔分別進入燃燒室,燃氣射流與空氣射流一一撞擊,均勻混合,合成射流矢量方向應與燃燒室主軸線平行,避免一射流穿透另一射流,造成混合不均。為了減少NOx的生成,采取分區燃燒,前區燃燒溫度低于后區燃燒溫度,在燃燒室出口燃燒溫度。前區是貧氧燃燒,后區增加供氧,在燃燒室出口達到過剩空氣系數α=1。
如此設計,既能夠合理配風,保證完全燃燒,防止CO生成,又能夠維持較低的燃燒溫度,減少有害氣體NOx的生成。
燃燒室內充滿高溫的燃燒產物,其金屬室壁必須有足夠的冷卻,才能工作。效仿液體火箭發動機的再生冷卻,在高速氣體燃燒器的設計中,利用空氣在燃燒室外腔流動,吸收室壁傳導的熱量,保證室壁在的溫度范圍內工作。同時將空氣預熱能夠促進完全燃燒和提高理論燃燒溫度。
在燃燒室噴口局部高溫區,專門設計有空氣膜保護金屬壁。
由于采取了以上的設計,高速氣體燃燒器的使用壽命可達3年,而其他單位設計生產的高速氣體燃燒器的燃燒室由耐火材料作內襯,使用壽命為幾個月,甚至有的產品,其耐火材料內襯工作不足3個月就開裂。
在高速氣體燃燒器設計中,為了使燃燒產物具有足夠的動量,燃燒室應該有一定的壓力。根據用戶提供的燃氣物理化學參數和速度要求,進行燃燒計算確定燃燒產物的各個熱力參數后,燃燒室內燃燒產物的壓力可以求出,即pc=pa/[1-(k-1)w2/2kRT]k/(k-1)。
式中pc為燃燒室壓力;pa為環境壓力;k為燃燒產物絕熱指數;R為燃燒產物氣體常數;T為燃燒溫度;w為燃燒產物在噴口處的流速。
空氣和燃氣進入燃燒器,流經各自的通道,經過噴孔進入燃燒室,沿途存在一定的流阻。
燃燒器的空氣入口壓力pk是燃燒室壓力pc和空氣壓降Δpk之和,燃燒器的燃氣入口壓力pr是燃燒室壓力pc和燃氣壓降Δpr之和。即:pk=pc+Δpk 。pr=pc+Δpr。
pk和pr不能過高,應該滿足用戶提供的使用條件。高速氣體燃燒器在使用天然氣作燃氣時,燃燒產物速度為100 m/s,其天然氣入口壓力為2 500 Pa,空氣入口壓力為2 100 Pa。
高速氣體燃燒器是利用液體火箭發動機的燃燒技術為工業加熱爐開發的一種、節能、低污染燃燒器。經天然氣燃燒試驗,證明其工作可靠、操作簡單、熱負荷調節范圍大、空氣過剩系數及燃氣溫度調節范圍大。該燃燒器目前已成功地應用在油田、陶瓷、鋼鐵等行業的加熱爐上。
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