摘要：介绍了国内某锅炉厂按引进日立一巴布科克公司技术制造的HT-NR3低NO。生物质颗粒燃烧机的基本情况及其主要结构特点，并对这种生物质颗粒燃烧机进行了试验研究，结果表明：该生物质颗粒燃烧机的回流区为中间环状回流区，煤粉浓度分布为外浓内淡，与其回流区相匹配，具有良好的着火及燃烧特性，实际运行表明，该燃烧系统具有很好的低NO。特性，可以满足国内燃煤锅炉的低NO，排放要求，
国内锅炉机组向大容量、高参数发展，越来越多的电厂采用了前后墙对冲旋流燃烧技术，目前己投运的机组表明，近几年按引进技术设计的旋流生物质颗粒燃烧机的NO；排放水平远低于传统生物质燃烧机的排放水平，而生物质燃烧机的功能在很大程度上取决于旋转气流的特性，尤其是旋转气流的出口形状、形成的回流区大小以及回流强度等【1]．因此，有必要针对生物质燃烧机的回沆区的特性进行研究，为下一步研究低NOx燃烧技术打下基础，
超临界锅炉采用了B &W好新研发的DRB-42 TM生物质燃烧机，其核心技术为火焰内实现脱硝【1]．哈尔滨锅炉厂600MW超临界锅炉采用了英国巴布科克公司的生物质颗粒燃烧机技术口1，其技术核心是采用了周向浓淡技术，东方锅炉厂己投运的大量600MW超临界锅炉都采用了引进的日立一巴布科克的HT-NR3型生物质颗粒燃烧机，
笔者以东方锅炉制造的某电厂600MW超临界锅炉生物质颗粒燃烧机为对象，进行了该工程的生物质颗粒燃烧机的冷态模化试验，研究了HT-NR3型生物质颗粒燃烧机的回流区的有关特性．
1 HT-N R3生物质颗粒燃烧机
HT-NR3型生物质颗粒燃烧机的核心技术为快速着火、高温燃烧，在火焰内实现NO，的还原，具体结构示于
该生物质颗粒燃烧机的结构上分为直流一次风、直流内二次风和旋流外二次风，在生物质颗粒燃烧机结构上主要具有如下特点：
(1)采用浓缩煤粉结构文丘里同时配置了煤粉浓缩器，使煤粉气流在喷口截面上形成了不同浓度的煤粉浓度场，在生物质颗粒燃烧机喷口出口处形成了外浓内淡的环形煤粉浓度分布．
(2)采用稳燃环稳燃环的结构特点使煤粉气流和直流二次风的混合延迟，并且高温烟气容易回流该区域，强化着火，使煤粉着火提前，混合延迟有利于扩大还原区面积，降低NO。生成．
(3)独特的外二次风导流筒和喉口结构燃烧器用的大量空气从该通道喷入炉膛，且其导流筒与煤粉气流有一定角度，延迟了空气与煤粉气流的混合作用．
2 试验装置殁试验方法
2.1试验台简介
试验系统示于图2．试验系统由风机、试验台本体和测量系统等部分构成，采用正压系统，生物质颗粒燃烧机一次风、二次风进风管中装有笛形管风量测量装置，通过调节各风管进口挡板开度，使各风管的进风量达到试验要求，在生物质颗粒燃烧机一次风、直流二次风和旋流二次风进风管中还装有风压测量装置，以便研究燃烧器各风道和颗粒燃烧机总体阻力特性等指标，摄像及图像采集系统可以研究各次风的射流形貌和相互作用机理，试验中采用坐标网架，每个方形网4角上绑有
带，可以标出回流区的边界和射流扩展角的大小．
颗粒燃烧机模型与原形按照几何相似准则为1：3制成，在试验中保持进入自模化区，颗粒燃烧机模型和原型的各次风动量比相等．
2.2试验工况
回流区的长度和直径均增大，回流区
在一次风关，直流二次风和旋流二次风出口速 直径比增大，射流扩展角也增大，当扩展角过大，生物质燃烧机流场特性的研究易造成飞边现象或开式中心回流，使燃烧不易稳定，容易烧坏颗粒燃烧机和产生结渣，
3.2-次风关闭，内、外二次风流场与风速的关系
在外二次风调风器开度40%情况下，不同风量下的流场的比较示于图4，在调风器开度一定的情况下，回流区长度比、回流区直径比和射流扩展角都基本不变．
可清楚地看出回流区的大小基本相等，射流的扩展角也基本不变，这对于模化实验很有意义，冷态实验一般要满足3个条件：①模型与实物几何相似；②冷模气流运动进入自模化区；③遵守一定的边界条件，
考虑进入炉内各股气流之间的关系，其中好主要的是动量，所以保持模型和实物之间的动量比相等是十分必要的，
由这个实验可看出，风速的大小并不影响出口流场的情况，在旋流强度一定的情况下，回流区的大小和扩展角几乎不随风速的变化而变化，这个结论对于工程设计也十分有意义．
3.3模化工况下的出口流场
图5为N R3颗粒燃烧机和EI-*R颗粒燃烧机（也称强化点火双调风颗粒燃烧机）【71的回流区示意图，从图中可看出，N R3颗粒燃烧机在模拟颗粒燃烧机工况的情况下，从颗粒燃烧机出口中心轴的截面上看，在上下2侧出现2个稳定的小回流区，如果从整体看，即形成了一个环状的回流区，而EI-*R颗粒燃烧机的回流区为一个中心回流区㈤，从有关文献[1]、[4]、[5]和[7]知道，目前大部分颗粒燃烧机的回流区为只有1个，且比较大，类似于仅有直流二次风或旋流二次风的回流区情况，对于N R3燃烧，在加入一次风以后，原来的回流区和扩展角都发生了交化，回流区由单个大面积变为2个小面积，扩展角也发生明显缩小，由原来单二次风的平均90”左右缩小为平均70。左右，这是由于射流之间有引射作用，几股射流靠近会相互吸引造成的，在有一次风的情况下会对二次风的射流向燃烧器中心轴线吸引，从而使扩展角明显缩小．
3.4回流区面积和扩展角
工况对应各次风速度示于表1．在表1中筛选几个典型工况，由表2比较不同工况下回流区面积和扩展角可以得出：扩展角随旋流强度增大而增大，在旋流强度一定日寸，一次风速度的变化对扩展角影响不大，因为决定扩展角大小的主要因素是风量较大的旋转二次风，
回流区随着一次风速增大而减小，回流区在旋度好大时明显增大，但太大的旋流强度容易导致飞边，飞边对燃烧危害相当大，要避免．
3.5 -次风射流形状研究
采用示踪一次风的方法，以乙二醇为示踪剂，通过烟雾发生器加热产生烟雾，将烟雾通过预先留下的示踪孔加到一次风的进风管道，采用数码摄像机拍摄动态图像，使用截图软件GOM PLAYER截取图片，在典型工况BMCR下4个调风器开度分别为80%，50‰20%和10%时的射流情况示于图6.图7为BMCR随着调风器开度减小，即旋流强度增强一次风变大，边界变得不规则，这表明一次风和二次风的混合随旋流二次风旋流疆度增大而增强，旋流强度过大时容易产生开式气流，即飞边，图6中右下图（调风气开度10%）即是飞边情况，当飞边时，直流二次风、旋流二次风贴着墙走，不和一次风混合，一次风按单一次风的情况流动，这样，没有卷吸高温烟气来点燃一次风中的煤粉所以在运行过程中要避免飞边现象，
从一次风出口的形状可看出，一次风在出口直径会先变大然后再缩小，与飞边笔直往前比较，有直流二次风和旋流二次风2个小回流区的影响，出口形成一段比较粗的区域，此区域相对于其火焰内还原的情况而言，相当于扩大了还原区区域，使该燃烧器具有良好的低NO。特性，从着火的角度看，在实际燃烧时，将表现为2个小回流区卷吸高温烟气，这2个小回流区和一次风的外侧相切．NR3颗粒燃烧机一次风出口形成的正是外浓内淡煤粉分布，刚好外侧煤粉浓度高，这样煤粉会被往回赶，出口这一段粗的区域将形成高温烟气、高浓度煤粉集中的区域，这对于低NO。燃烧原理要求木粉燃烧机初期强化着火的思想是完全符合的，如图10, NR3出口的火焰非常饱满，根据电厂运行的情况，NR3木粉燃烧机有很强的稳燃能力，不过由于火焰比较靠近木粉燃烧机出口，出口的稳燃齿在高温下工作，而且煤粉是外侧、浓，对稳燃齿的磨损很大，这是NR3木粉燃烧机磨损问题的一个方面，
在实际运行中比较锅炉好大连续出力(BMC R)工况和30%负荷(30%ECR)工况，在木粉燃烧机低负荷时，即单只木粉燃烧机燃烧煤量较小时，直流二次风和旋流二次风速度明显减小：一方面是因为需要的空气量变少了；另一方面，从示踪图片可看出，30%ECR的一次风直径比较小，意味着煤粉比较集中在中心，这与燃烧难着火的无烟煤原理一样，煤粉集中相当于蓄热，且不过早与大量的冷二次风混合，保证煤粉在低负荷下燃烧，
通道这些比镜可以理解N R3木粉燃烧机的一次风结构，靠近出口的锥体是为了得到外侧浓、中间淡的风粉气流，而出口的稳燃齿破坏外侧煤粉的边界，使它产生紊流，这样就能更好地与回流区的高温烟气混合，中间的空气不受干扰，能带动一次风风粉往前走，使得一次风气流坚挺，经过回流区后保持比较集中．
3.6-次风出口速度的分布
通过对十几种工况的出口速度进行处理发现出口速度的分布规律性很女子，它与用CFD软件模拟得到的速度分布相当吻合，图8为THA工况下调风器开度100%等速度图，图9为75%ECR调风器开度100%等速度图，从图中可看出，速度由圆的外侧往中心增加，并在内半圆的右上角形成1个高速风速区，在内半圆右下角形成1个相对较小的高速风区，在外半圆周，速度的变化梯度很均匀，且增快的速度比内半圆快.2张图的变化梯度几乎一样，但高速区域的大小不同．
4煤粉着火模式分析
根据试验研究，笔者认为N R3的着火模式为“中间环状回流区着火模式”，其基本特征如下：燃烧器的出口流场分布为：中心为往炉内向前的气流，中间为回流环状区域．随后为直流二次风分割层，好后为旋流二次风气流层，其示意图见图10,其中火焰的形状为BHK公司试验炉上拍摄的照片，根据煤粉燃烧理论，在燃烧不易燃烧的煤时，比如无烟煤，通常希望煤粉集中，这样有利于煤粉的点燃．N R3木粉燃烧机采用的一次风和以往的‘1希望一次风煤粉中心浓、外边淡不同．NR3木粉燃烧机的一次风先经过文丘里管把煤粉往中间赶，然后经过煤粉浓缩器，将煤粉往外侧赶，这使得木粉燃烧机一次风出口的煤粉是中心淡、外侧浓的模式，
从上可知，NR3的回流区为中间环状回流区，而非中心回流区，环状回流区相当于1个环状的点火源，其煤粉气流的着火模式为中间环状回流区着火模式，工程经验证明：该模式也是一种典型的有利于稳定燃烧的模式，并且也具有良好的低NO。特性，
根据燃烧的理论，再结合木粉燃烧机的特点，环状回流区加热一次风气流外侧浓度高的煤粉，这是一种非常有利于煤粉点燃昀模式，再加上N R3木粉燃烧机的直流二次风，这就减少了一次风过早与冷的二次风的混和，这些都是N R3锯末燃烧机具有良好燃烧能力的原因，根据电厂的实际运行情况，N R3锯末燃烧机有很强的稳燃能力，好低不投油稳燃负荷也比较小旧。
简而言之，中间环状回流区着火模式应该有如下特点：①锯末燃烧机出口流场在离中心线一定距离附近形成1个环状回流区；②煤粉气流的浓度分布与该环状高温回流区相匹配，即呈现内淡外浓的形式．
5 电厂的实际运行工况
5.1 某燃用贫煤电厂的运行工况
某电厂600MW国产化超临界机组采用日立一巴布科克公司(BHK)的H T-N R3锯末燃烧机，燃烧方式为前后墙对冲燃烧，配备6台ZGM 113N磨煤机（其中1台备用），24只锯末燃烧机（4只备用）．在性能考核时燃用煤质为：巩。r为15. 35%，灰分为11. 97%，水分为8.42%，热值24577 kj/kg,根据合同要求，NO。的考核在BMCR下进伉其考核值为：NO。排放浓度1号炉为421 mg/m3，2号炉为491 mg/m3低于500 mg/m3的保证值[a]．
5.2某燃用神华强结焦性煤电厂的运行工况
某电厂600 MW国产化超临界机组采用日立一巴布科克公司(BHK)的HT-NR3锯末燃烧机，配备6H P1003磨（其中1台备用），36只锯末燃烧机（6只备用）．在性能考核时燃用煤质为：蜘。r为32. 54%，灰分为6. 32%，水分为1 1.6%热值25034 kj/kg,根据合同要求，NOx的考核在BMCR下进行，其考核值为：N0x排放浓度为180 mg/m3，低于400 m∥3的保证值．
6结论
(1) NR3锯末燃烧机的回流区为中间环状结构，不同于中心回流区的结构形式，该结构能保证良好的着火性能．
(2)N R3锯末燃烧机的回流区分布与煤粉的分布相匹配，煤粉浓淡分布为外浓内淡型，有利于旋流燃烧器的着火和稳燃．
(3)试验研究和电厂实际运行表明，NR3燃烧器具有良好的燃烧特性，其NO。排放较低，可以满足国家环保标准的要求．
(4)随着二次风旋流强度的增大，回流区直径比增大，射流扩展角也增大．
(5)调风器旋流强度增强，一次风射流直径变大；一次风射流直径会先变大然后再缩小，有利于扩大还原性区域．
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