颗粒燃烧器具有更好的燃烧效果

张贴于: 29 / 03 / 2016 | 0 Comentarios | 的标签: , , , , , , , , , ,

Aitor Jausoro | E&M Combustion

 

根据最近签署的巴黎条约,为了促进可再生能源的使用,减少氮氧货物的排放,各国重新做出承诺。新能源将成为又一新的里程碑,因此有必要研发新设备替代传统的设备。E & M公司拥有一条新的生物质燃烧器生产线。

生物质燃料包括:颗粒物、碎片、葡萄皮渣、橄榄油渣…..所有的生物质燃料中,颗粒物是最容易被用作生物质燃烧器的燃料,因为它的热量最均匀,L.H.V.最高。

由于这种燃料的热量更均匀,因此颗粒燃烧器的燃烧效果是最好的.

生物质燃料的优点:

•大量的取之不尽的燃料
•价格最有竞争力并且相当稳定
•利于当地就业
•在消费领域产生收入
•二氧化碳零排放

其中使用生物质为燃料的不便利之处是灰化。使用颗粒物为燃料,灰分含量为0.5~1.5%之间,这取决于颗粒物的原材料。尽管有自动的灰烬清理系统,但需要人工定期清洁燃烧器和锅炉。清洁的频率可以是每天或者每周一次,主要取决于锅炉的类型,操作时间,功率水平……

E & M公司开发的颗粒燃烧器可以用于之前是使用石油为燃料的燃烧器上,并且大多数情况下都不需要修改锅炉炉门。

从这个项目伊始,E & M公司认为新研发的颗粒燃烧器可以很容易的替代传统的燃烧器,并且不需要降低锅炉的输出功率。

目前市场上大部分的颗粒燃烧器都安装在锅炉炉膛内,由于炉膛内释放的部分热量丢失,从而减少了锅炉约20-30%的有效功率。另外,现有的燃烧器操作会有一个非常重要的过剩空气,O2达到10-12%,这将进一步降低锅炉的效率。

E & M公司在研发过程中选择把颗粒燃烧器安装在锅炉炉膛外以避免降低锅炉功率。

为了充分利用设备的性能,我们还精心的设计了燃烧室与操作O2水平类似的传统的燃油燃烧器。为了减少排放,燃烧过程分三个阶段进行,并在炉膛内三个不同的区域提供空气。

 

sistema de regulación en quemador de pellet, biomasa

 

 

 

 

 

 

 

 

分为三种不同的气流:

  • 次风:通过网格下面引入颗粒,使颗粒第一次发生反应
  • 次风:直接把颗粒注入到燃烧室的入口内
  • 次风:通过燃烧室的双重炉壁并把颗粒引入到燃烧室的中部进行燃烧

750 KW颗粒燃烧器测试

通过LIFTEC的工业燃烧实验室(流体动力学和燃烧技术研究实验室)联合萨拉戈萨大学CSIC中心实验取得了一系列的实验结果。经过测试,由 E & M公司生产的750KW的颗粒燃烧器可以用于600KW的常规热水锅炉。

图2.1. 安装全景


测量排放的仪器

 

 

 

 

 

 

 

 

如下图所示,一个750KW颗粒燃烧器的排放测量,随着空气与空气中的液体燃料发生反应将油加热,通过过剩空气得到最好的CO排放量。

 

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气体组成的典型演变

 

 

 

 

 

 

从上图来看,燃烧器可以在O2值很低的情况下运行,类似于使用液体或者气体为燃料的工作状态。O2值不能低于1.5%,为了安全起见,运行区域的O2值应在2%~4%之间。

关于NOx排放,如下图所示,基于过剩空气的排放。垂直轴范围窄(80-115ppm)。调整线长与过量空气,同时减少它的斜率,氧气的最大值大约在9%。从这点上,趋势是相反的,从而减少排放。

 

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通过给西班牙和葡萄牙产地的颗粒物以不同负荷和不同类型的形式反复测试。一般来说,两者排放量的趋势和价值是相同的,但相对来讲西班牙产地的颗粒物NOx的排放明显比加利西亚和葡萄牙产地的更高。

图4.5烟囱真实排放的曲线图(步骤3)

颗粒物的排放

已经有几个测量颗粒物排放的试验,参照UNE-EN 13284-1:静止的排放源。低浓度颗粒物测定。第一部分:手工称重法。

操作参数将影响排放数据的收集,我们发现锅炉有结垢,并且空燃比控制燃烧器。污染越大,积累的可拖动灰烬越多,这一事实是通过锅炉和烟囱更高的排烟流速和烟雾的速度来获得的。

从总共11次的测试中,很难得出关于对每一个的影响或者通过其他可能变化的颗粒物排放的比率中得出结论。下图所示,基于烟雾中的氧,通过使用来自不同地区的颗粒物所获得的燃烧结果。

 

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一般情况下,40~60mg / Nm3 之间的排放量包含10%的氧气。参考标准EN 303-5: 2012供暖锅炉。第5部分:特殊的锅炉以固体,手动和自动输入和额定输出高达500KW的燃料标记,以40,60和150mg / Nm3 的排放量包含10%氧气用于区分不同类型的锅炉。

固体废物的产生

固体废物形成的过程是颗粒物燃烧器最重要的。未燃烧颗粒的存在将降低燃料效率和热性能,粒状排放对环保非常不利(事实上,必须满足法律限制),污垢通常会使设备所有的功能受到不利的影响,并且需要增加维护和清洁的次数。

E & M 公司特别注重颗粒燃烧器的研发,基于安装的燃烧器功率高于300KW的原因,特意安装了一个定期清理灰烬的网格装置,当颗粒物燃烧时这个装置开始工作。以这种方式消除堆积在锅炉内和燃烧网格上的灰烬。这些灰烬被运送到一个封闭的槽累积直到被排空。

但是,在燃烧器正常的操作期间,锅炉里观察到了少量的颗粒,它们是由于气化挥发而减轻了其重量和易于运送的半燃烧颗粒物。通常情况下,它们被冲击到锅炉的后壁上,然后沉淀在炉膛的底部。

在清洁网格装置时发现网格上有少量的各种废弃物。这是在操作开关关闭的状态下存在的,但并不代表这是固态废物的积累。锅炉炉膛内最大量的未燃烧的碳和煤灰才是真正的固态废物的代表。我们无法看到烟雾管内大量的废物,但是当它被二次堆积在输出气体收集器时可以看到,相比之下,废物的体积比炉膛内的少很多。只有通过观察才能发现每一个区域的废物类型都有着明显的差异。

网格上发现烧结颗粒物的沉淀非常常见,但通常我们不认为这是废物过量的表现。如果燃烧器调整不当也会出现大量的固体块,这一过程主要是由于过度加热(如:木屑颗粒高于1100 ° C)导致灰烬软化并可能合并有关。

相反,堆积在锅炉炉内的废物是灰烬(灰色)和未燃烧的(黑色)颗粒的混合物。呈纵向的形式。从下图中可以欣赏到奇特的层状结构。最接近锅炉的部分所呈现的未燃烧的颗粒更占优势。当锅炉渐渐趋于冷却,颗粒在完全烧尽之前被熄灭,因此堆积了半燃烧颗粒。它们被轮为废物层也作为热绝缘阻碍传输热源给新沉淀的颗粒物。

 

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过度的废物堆积将影响燃烧效果,特别是位于第一层大量的未燃烧的颗粒物。这一过程发生在燃烧运行中烟雾中的氧过量的变化,启动清洁装置之后达到最高值。减少未燃烧颗粒的堆积(与灰烬的化学计量平衡的目的类似)使更多的氧气被消耗,同时减少烟雾。

燃烧器内的温度

最后一点,关于燃烧器的设计,需要对燃烧器和锅炉内部温度的演变进行一个全面的研究。这项研究已经确定了如何在锅炉预热期间,必须承受燃料在不同的操作条件下获得热量的要求。

燃烧室内颗粒物和火焰管的区域必须具有耐高温和耐磨损侵蚀的特性。燃烧室内的温度是不均匀的,从较低的区哉(燃烧网格)到圆顶的窥镜或四周和前壁的温度都是完全不同的。一般在800°C和1200°C的范围之间,取决于燃烧器不同的区域,功率和过剩空气。这就是为什么这些领域的材料能够正确地快速反应温度的变化以及燃烧产生氧化火焰的原因。

事实上,在某些尺寸的燃烧器中,燃烧室内的温度几乎可以达到1200°C,如上面提到的,这就需要使用能够承受得住这个温度的特殊材料。

 

4.15 燃烧室中测量的平均温度

总结

通过利用粒燃烧器用于小锅炉上(锅炉由300KW 至1500KW)所做的研究和试验得出以下结论。

  • 从这种类型的锅炉中你可以得到类似于传统燃料的性能,但要求燃烧器的火焰与气体或柴油为燃料的火焰相似,从而使它的传热比与传统的燃料相似。对于这个,通过使用锅炉所有的表面传热是非常有必要的,因此燃烧室内的生物质燃料不能接触锅炉的表面。过剩燃烧空气应保留在20%左右(O2值约为3%),当过剩空气达到70-80%时(O2值约为10%),同时锅炉效率降低8-10%。
  • 效率总是被设备的清洗制约。虽然可以安装自动清洗系统延长清洗周期,但是经常手动清洗锅炉或发电机是非常有必要的。
  • 300-400KW锅炉通过使用特殊材料输出热量,它必须能够承受住生物质燃烧所产生的高温。传统的耐火钢不能保证设备的寿命。
  • Los rendimientos de los equipos van a estar siempre condicionados por la limpieza de los equipos. A pesar de que se pueden instalar sistemas de limpieza automática que alarguen los periodos de limpieza, siempre va a ser necesario antes o después la limpieza manual de la caldera o generador.
  • A partir de potencias térmicas de unos 300-400 kW es necesaria la utilización de materiales especiales para soportar las altas temperaturas que se generan en la combustión de la biomasa. Los aceros refractarios tradicionales no garantizan una vida media apropiada de los equipos.

Aitor Jausoro, Technical Director of E&M Combustión
ajausoro@emcombustion.es

 

 

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