可變爐內(nèi)停留時(shí)間的含碳固體燃料混合燃燒試驗(yàn)爐及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于固體燃料燃燒技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可變換爐內(nèi)停留時(shí)間的含碳固 體燃料混合燃燒試驗(yàn)爐及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 混合燃料燃燒技術(shù)是指將不同種類的燃料按一定比例進(jìn)行摻混改變混配燃料的 著火特性、結(jié)渣特性、燃盡特性、排放特性等，以適應(yīng)不同燃燒設(shè)備對燃料的要求。常見的 含碳固體燃料混合燃燒技術(shù)有混煤燃燒、煤與生物質(zhì)混燒、污泥與煤混燒、煤與石油焦混燒 等。在含碳固體燃料混合燃燒技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用中，有"爐前摻混"(〇utfurna Ce)混合燃燒方 式和"爐內(nèi)摻燒"(Infurnace)混合燃燒方式。"爐前摻混"混合燃燒方式是指將經(jīng)過處理后 的不同含碳固體燃料預(yù)先混合后再送入爐膛燃燒，這是傳統(tǒng)的混合燃燒方式。"爐內(nèi)摻燒" 混合燃燒方式是指具有多燃燒器結(jié)構(gòu)的燃燒設(shè)備在不同固體燃料混燒運(yùn)行過程中，存在不 同燃燒器燃用不同燃料的現(xiàn)象，由于此時(shí)不同燃料的混合過程是在爐膛內(nèi)與燃燒過程同時(shí) 進(jìn)行的，故稱之為"爐內(nèi)摻燒"混合燃燒方式。目前有關(guān)含碳固體燃料混合燃燒的研宄多集 中于2種含碳固體燃料混合后再在單燃燒器爐膛中燃燒的工況，因此只能開展"爐前摻混" 方式的研宄。目前，對"爐內(nèi)摻燒"混合燃燒方式的研宄文獻(xiàn)較少。
[0003] 大型燃燒設(shè)備通常都配有多層燃燒器，以電站鍋爐為例，我國的電站鍋爐主要采 用帶直流式燃燒器、四角布置、用切圓燃燒方式的正方形爐膛，以及采用旋流式燃燒器的前 墻（或前后墻）布置的爐膛。這些電站鍋爐均在高度方向布置了多層燃燒器，不同層燃燒 器到鍋爐頂部（或者說爐膛出口）的距離不同。雖然不同鍋爐存在不同情況，但在上述類 型的鍋爐里，最底層燃燒器到最高層燃燒器的距離和最底層燃燒器到鍋爐爐頂?shù)木嚯x之比 的范圍大致都在15%~30%之間。例如某2100t/h亞臨界"Π "型布置四角布置雙切圓燃 煤鍋爐，最底層與最高層燃燒器之間的高度方向距離約為14m，最底層燃燒器到鍋爐頂部高 度方向距離距離約為50m，兩者之間比例約為28%;某3091t/h超超臨界四角布置雙切圓塔 式鍋爐，最底層與最高層燃燒器之間的高度方向距離約為14m，最底層燃燒器到鍋爐頂部高 度方向距離約為92m，兩者之間比例約為15%。因此，在這些鍋爐里，由不同層燃燒器噴入 的固體燃料燃燒顆粒在爐內(nèi)的沿程距離不同，進(jìn)而使得不同層燃燒器噴入的固體燃料燃燒 顆粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間不同，最終導(dǎo)致在不同層燃燒器燃燒的燃料的燃盡率不相同。但在 利用模擬電站鍋爐的試驗(yàn)爐進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，沒有現(xiàn)有技術(shù)考慮了不同通道進(jìn)入爐體內(nèi)停留 時(shí)間不相同的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述存在的問題，本發(fā)明提出的一種可變換爐內(nèi)停留時(shí)間的含碳固體燃料混 合燃燒試驗(yàn)爐及方法，其目的在于，通過在爐體口入端采用階梯結(jié)構(gòu)，形成前、后兩個(gè)燃料 入口，燃料從前、后入口進(jìn)入，再到達(dá)試驗(yàn)爐出口的沿程距離不相同，貼近實(shí)際中的不同層 燃燒器噴入的固體燃料燃燒顆粒在爐內(nèi)沿程距離不相同，真實(shí)再現(xiàn)類似電站鍋爐在運(yùn)行時(shí) 由不同層燃燒器噴入的燃料顆粒在爐內(nèi)具有明顯不同停留時(shí)間的功能。
[0005] -種含碳固體燃料混合燃燒試驗(yàn)爐，包括試驗(yàn)爐體，爐體的入口處設(shè)有階梯板結(jié) 構(gòu)，所述階梯板結(jié)構(gòu)的中間連接板軸向與爐體軸向平行，兩端板分別形成一前一后的上入 口端面和下入口端面，兩入口端面上均開有一個(gè)一次風(fēng)噴口和兩個(gè)分別位于其上、下方的 二次風(fēng)噴口。
[0006] 所述階梯板結(jié)構(gòu)與爐體一體化成型或焊接組裝。
[0007] -種含碳固體燃料混合燃燒試驗(yàn)方法，具體為：
[0008] 計(jì)算真實(shí)工業(yè)電站鍋爐中最底層燃燒器出口到最高層燃燒器出口的距離和最底 層燃燒器出口到鍋爐爐出口的距離之比，將其作為基準(zhǔn)比例；
[0009] 在試驗(yàn)爐體的入口處設(shè)計(jì)階梯板結(jié)構(gòu)，所述階梯板結(jié)構(gòu)的中間連接板擺放與爐體 軸向平行，兩端板分別形成一前一后的上入口端面和下入口端面，上入口端面對應(yīng)于真實(shí) 工業(yè)電站鍋爐中最底層燃燒器出口，下入口端面對應(yīng)于真實(shí)工業(yè)電站鍋爐中最高層燃燒器 出口，試驗(yàn)爐體對應(yīng)于真實(shí)工業(yè)電站鍋爐爐體；
[0010] 通過比例換算確定上入口端面和下入口端面之間的距離即中間連接板長度，使得 上入口端面到試驗(yàn)爐體出口的距離和下入口端面到試驗(yàn)爐體出口的距離之比等于基準(zhǔn)比 例；
[0011] 按照確定的中間連接板長度制備階梯板，并分別在兩入口端面上開設(shè)一個(gè)一次風(fēng) 噴口和兩個(gè)分別位于其上、下方的二次風(fēng)噴口，得到階梯板結(jié)構(gòu)；
[0012] 將階梯板結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)爐體裝配為一體或一體化成型；
[0013] 將兩組含碳固體燃料分別通過上、下入口端面進(jìn)入試驗(yàn)爐體，完成爐前摻混或爐 內(nèi)摻燒試驗(yàn)。
[0014] 本發(fā)明有益技術(shù)效果體現(xiàn)在：
[0015] 在本發(fā)明試驗(yàn)爐中，通過在爐體口入端采用階梯結(jié)構(gòu)，形成前、后兩個(gè)燃料入口， 燃料從前、后入口進(jìn)入，再到達(dá)試驗(yàn)爐出口的沿程距離不相同，貼近實(shí)際中的不同燃燒器噴 入的固體燃料燃燒顆粒在爐內(nèi)停留時(shí)間不相同，真實(shí)再現(xiàn)類似電站鍋爐在運(yùn)行時(shí)由不同層 燃燒器噴入的燃料顆粒在爐內(nèi)具有明顯不同停留時(shí)間的功能。在該試驗(yàn)爐混合燃燒運(yùn)行 下，在同一個(gè)裝置上既能夠?qū)崿F(xiàn)改變含碳固體混合燃料的整體平均爐內(nèi)停留時(shí)間的功能， 又能夠?qū)崿F(xiàn)對換由不同一次風(fēng)噴口噴入的含碳固體燃料在爐內(nèi)停留時(shí)間的功能?？梢酝ㄟ^ 更換組裝預(yù)先備好的不同規(guī)格入口端階梯板結(jié)構(gòu)來改變含碳固體混合燃料在爐內(nèi)的整體 平均停留時(shí)間長短，不同規(guī)格入口端鋼板的區(qū)別是階梯面在沿程方向的長度不同。在同一 入口端規(guī)格下，可以通過交換上下兩組燃料的噴入位置來對換兩組燃料的爐內(nèi)停留時(shí)間。 應(yīng)用本發(fā)明試驗(yàn)爐，可進(jìn)行不同含碳固體燃料的爐前摻混或爐內(nèi)摻燒試驗(yàn)，本發(fā)明的燃燒 條件與實(shí)際工業(yè)燃燒設(shè)備更加貼近，具有可以變換爐內(nèi)停留時(shí)間的功能，故由本發(fā)明試驗(yàn) 爐為試驗(yàn)平臺而得到的研宄結(jié)論可以有效的指導(dǎo)實(shí)際工業(yè)燃燒設(shè)備的運(yùn)行。
[0016] 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)思巧妙，實(shí)現(xiàn)起來方便有效，相比現(xiàn)有燃燒試驗(yàn)爐，可以更加 全面的模仿實(shí)際工業(yè)燃燒設(shè)備的燃燒條件。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖，其中1(a)是顯示入口端鋼板與爐身分離后試驗(yàn) 爐結(jié)構(gòu)示意圖，1(b)是顯示入口端鋼板與爐身通過焊接組裝后試驗(yàn)爐結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2(a)是入口端鋼板階梯外形及其上的噴口布置示意圖，圖2(b)是不同規(guī)格入 口端的區(qū)別示意圖；
[0019] 圖3(a)是實(shí)現(xiàn)改變混合燃料在爐內(nèi)的整體平均停留時(shí)間的作用原理示意圖，圖 3(b)是實(shí)現(xiàn)對換由不同一次風(fēng)噴口噴入的含碳固體燃料在爐內(nèi)停留時(shí)間的作用原理示意 圖；
[0020] 圖4是為本發(fā)明的工作狀態(tài)展示圖，具體為實(shí)施例中四個(gè)工況的數(shù)值模擬溫度場 云圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為了使發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本 發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0022] 圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖，試驗(yàn)爐的爐身由四個(gè)側(cè)墻包圍而成；試驗(yàn)爐一 端是一個(gè)可通過焊接來與爐身分離或者組裝的風(fēng)粉入口端面鋼板；試驗(yàn)爐另一端面為煙氣 出口?？梢愿鶕?jù)需要選擇不同規(guī)格的入口端面鋼板通過焊接來和爐身分離、組裝。一次風(fēng) 攜帶固體燃料在燃燒器（圖中未畫出）內(nèi)混合均勻后經(jīng)一次風(fēng)噴口噴入爐內(nèi)燃燒，二次風(fēng) 經(jīng)二次風(fēng)噴口送入試驗(yàn)爐內(nèi)助燃，為燃料燃燒提供充足氧氣，煙氣由煙氣出口排出。
[0023] 圖2是本發(fā)明入口端鋼板結(jié)構(gòu)示意圖。圖2(a)中表明階梯面將入口端分為上部 入口端面和下部入口端面兩部分。所述的試驗(yàn)爐上部入口端面和下部入口端面之間為水平 前后布置，上部入口端面到試驗(yàn)爐出口的水平距離與下部入口端面到試驗(yàn)爐出口的水平距 離不相等。上部入口端面從上到下依次布置了上二次風(fēng)噴口、上一次風(fēng)噴口、中上二次風(fēng)噴 口，下部入口端面從上到下依次布置了中下二次風(fēng)噴口、下一次風(fēng)噴口、下二次風(fēng)噴口。如 圖2(b)中所示，不同規(guī)格的入口端鋼板之間的區(qū)別主要是階梯面在沿程方向上的長度不 同，存在長度之差ΛΧ。可以通過更換組裝預(yù)先備好的不同規(guī)格入口端鋼板來改變含碳固體 混合燃料在爐內(nèi)的整體平均停留時(shí)間長短。
[0024] 基于上述試驗(yàn)爐進(jìn)行含碳固體燃料