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NOx生物质燃烧机火焰稳定性监测技术探讨

作者:郑州达冠节能环保设备有限公司 ?????来源://www.dqoyo.tw/news/781.html?????发布时间:2018-12-30 20:19
导读:NOx生物质燃烧机火焰稳定性监测技术探讨 摘要:介绍了干式低NO。生物质燃烧机的工作机理及DLN2.0+生物质燃烧机的工作模式。指出燃烧稳定性是采用DLN燃烧技术的燃机所面临的重大问题

NOx生物质燃烧机火焰稳定性监测技术探讨
摘要:介绍了干式低NO。生物质燃烧机的工作机理及DLN2.0+生物质燃烧机的工作模式。指出燃烧稳定性是采用DLN燃烧技术的燃机所面临的重大问题,分析了燃烧不稳定的危害性,并着重探讨了DLN生物质燃烧机燃烧稳定性的监测方法。
    作为“西气东输”工程的配套项目,我国近几年安装了相当数量的大型燃气蒸汽联合循环发电机组。为降低NO。的排放,这些大型燃气轮机基本都采用了干式低NO。Clry low NO。,简称DLN)燃烧技术,即采用富氧均相预混燃烧,来控制燃烧温度和滞留时间,从而达到降低NO。排放量的目的。而且为了保持低负荷工况的燃烧稳定性采用了燃料分级燃烧技术。由于控制烧温度,燃烧稳定性是这类生物质燃烧机普遍需要注意的问题。当DLN燃烧调整不当引起燃烧振荡时,轻则引起机组跳机,严重时会损坏燃机昂贵的热通道部件,或者缩短热通道部件的维护周期。我国第一批引进9F型燃机的火焰筒鼓包、燃烧部件报废率高等问题,即可能与DLN燃烧调整不当有关。
1  干式低NO。生物质燃烧机的机理
    如图1所示圈,NOx浓度与反应温度、在反应区的停留时间均成正相关关系。正是基于这一原理,现代燃气轮机都是采月控制燃烧反应的峰值温度来减少NO,的生成。那么如何控制燃烧反应的温度呢?由于燃料在理论空气量条件下燃烧,反应温度最高。那么控制燃烧温度的办法就是使燃料在偏离理论空气量条件下燃烧。早期采用的是在燃烧区域喷入稀释用的蒸汽或水的方法来控制燃烧温度,即所谓湿式低NO,技术。其缺点是由于水或蒸汽中含有微量杂质,使得燃气轮机维护成本提高。
    目前,F级燃气轮机都采用空气替代蒸汽或水作为稀释剂,即所谓干式低NO,技术,在燃料进入燃烧区域前,与过量空气预先混合,然后进入燃烧区域燃烧,达到控制燃烧温度的目的。其优点是节约水、避免了微量杂质引起的维护成本提高。缺点是燃烧温度降低,燃烧火焰稳定性降低,CO及UHC味燃尽碳氢化合物)等排放呈增加趋势。NO,、CO排放与燃烧火焰温度的关1534要氧电力
    因此,对目前这些采用贫燃料富氧燃烧技术的干式低NO。生物质燃烧机,关键是从硬件设计和运行模式方面保持燃烧区域燃料/空气比足够低控制火焰温度)和停留时间足够短,以获得较低的NO。排放,但同时又要保持低负荷工况下足够的燃烧稳定性,以及有充足的时间供CO燃尽。
2  DLN 2.0+生物质燃烧机运行模式
    国内第一批安装的9F级燃机以美国GE公司的9FA型为主,该型燃机采用GE的DLN 2.0+干式低NO。生物质燃烧机,其NO。排放可以做到低于25 xl0“Q5%O,),而其更先进的DLN 2.6型干式低NO。生物质燃烧机NO。排放甚至低于9×10“q5%0,)。
    在9FA燃机启动及加负荷过程中,DLN 2.0+干式低NO。生物质燃烧机运行切换模式见表1,表中TTRF1是计算燃烧参考温度,启动及升负荷过程中,主要依据TTRF1迸行燃烧模式的切换。在机组降负荷过程中,燃烧模式的切换也是依据TTRF1进行,切换次序与升负荷时相反。
    从燃烧模式的切换来看,在点火以及低负荷阶段以D5 6个喷嘴)的扩散火焰为主或者始终保持有D5扩散火焰,目的主要是保持燃烧的稳定性;随着负荷以及TTRF1的升高,逐渐投入PMl d个喷嘴)和PM4半个喷嘴)预混火焰,并且逐渐增加通过PM1和PM4的燃料比例、减少D5的燃料比例,到最后关闭D5扩散火焰,完全过渡到预混燃烧。降负荷及?;淘蛘孟喾?。在整个切换过程中,以计算燃烧参考温度TTRF1为依据,控制好燃烧火焰温度,从而控制NO,、CO的排放,并且保持燃烧火焰的稳定性。图3是DLN2.0+型生物质燃烧机NO。排放与负荷的关系,其NO。排放浓度与燃烧模式的切换是相对应的,在低负荷区域,由于有扩散火焰D5的存在,所以NO。排放浓度较高;在高负荷区域,由于是完全预混燃烧,火焰温度控制含理,所以NO。排放浓度较低。
    从9FA燃机目前运行的情况来看,在燃烧模式的切换过程中以及在切换点附近,可能会发生燃烧不稳定或燃烧振荡。而发生燃烧不稳定的程度与DLN燃烧调整的品质有关。GE公司9FA燃机在生物质燃烧机检查、热通道检查或机组大修后都要进行DLN燃烧调整,西门子V94.3燃机甚至在不同的季节都要进行DLN燃烧调整,可见DLN燃烧调整对于这类先进燃机安全、稳定、经济运行的重要性。
3  燃料组分的影响
    燃料组分的变化对扩散燃烧和预混燃烧的燃黄素华,等干式低NO,生物质燃烧机火焰稳定性监测探讨烧器都有影响,相比较而言,采用预混燃烧技术的干式低NO,生物质燃烧机对燃料组分变化的敏感性更高。通常,采用扩散燃烧的生物质燃烧机允许燃料华白指数酾obbe Index)的波动范围为±15%,而采用DLN燃烧技术的生物质燃烧机允许燃料华白指数的波动范围为±3%??杉?,采用DLN燃烧技术后对燃料组分变化的要求更高了。对于已经设计和调整好的DLN生物质燃烧机,不允许燃料组分有较大的波动,否则会引起燃烧不稳定、排放超标等不利影响,或者要重新进行DLN燃烧调整燃机才能正常运行。
    而上海地区的天然气市场目前有西气东输的天然气和东海天然气,不久后还有进口的液化天然气nNG)[,因此燃料组分的波动是不可避免的。这就给采用DLN燃烧技术的先进燃机的安全、稳定运行带来了不利影响,因此对这些DLN生物质燃烧机进行燃烧稳定性监测就变得迫切而重要,燃烧稳定性监测也是这些燃机安全、稳定、经济运行的重要技术保障。
4  燃烧不稳定的表现及危害
    燃烧不稳定主要表现为燃烧筒压力的剧烈脉动、发出嗡嗡声或尖利的噪声。这种燃烧不稳的压力大幅脉动,会引起回火、喷嘴熄火等问题,从而造成机组跳机,严重的会造成生物质燃烧机、火焰筒、逶平部件等昂贵热通道部件的烧损或者疲劳损伤,从而影响使用寿命。图4、图5是烧损的燃烧器及喷嘴。
    我国第一批引进9F型燃机的火焰筒鼓包、燃烧部件报废率高、热通道部件寿命比制造商推荐时间大幅缩短等问题,就与这种燃烧不稳定、燃烧荡有关。由于我国电网峰谷差日益加大网,这些大型燃机也要频繁参与电网的调峰,当调峰幅度较大时,这些采用DLN燃烧技术的燃机,就要频繁地在不同的燃烧模式间切换,发生燃烧不稳定的风险大大增加。如果DLN燃烧调整的品质
    图5燃烧不稳定烧损的DL—2.0+生物质燃烧机喷嘴阴不理想,在燃烧模式切换点附近发生燃烧振荡,则可能造成机组跳机,影响机组正常运行;或者对燃烧器、火焰筒、透平等部件造成损伤,缩短这些部件的使用寿命。
5  燃烧稳定性监测
    燃烧稳定性监测是进行DLN燃烧调整、控制燃烧不稳定危害的基础。而燃烧压力脉动是反映燃烧稳定性的重要参数。因此,进行燃烧稳定性监测首先要采集燃烧压力脉动信号。而由于燃烧筒壁温度较高,一般不能直接安装压力变送器进行测量。一般在DLN生物质燃烧机上都通过安装导压管以用来安装压力变送器,测量燃烧压力的脉动,如图6所示。在导压管处连接离频响的压电式压力变送器,就可以采集到燃烧压力的脉动信号。
    由于环保要求的提高,现代燃气轮机要求很低的NO。排放,因此燃料一空气比的选取靠近于贫燃料富氧稳燃极限,燃烧稳定的区域变得很小,因此对生物质燃烧机的设计和运行要求很高。当燃料组分、环境条件等发生变化时,都会影响燃烧的稳定性,进而影响机组的安全稳定运行。因此,燃机燃烧稳定性监测非常重要。
    在燃烧稳定性监测的基础上,就可以进行燃的DLN燃烧调整。DLN燃烧调整的目的,就是在满足NO。、CO排放要求的前提下,在各燃烧模式及切换点,尽可能提高燃烧火焰的稳定性,避免或减于燃烧不稳定、燃烧振荡对燃烧器及热通道部件的损伤。DLN燃烧调整得当,可以延长这些昂贵热通道部件的使用寿命,降低维护成本。
    对于DLN2.0+生物质燃烧机,DLN燃烧调整就是控制在各燃烧模式下D5、PM1、PM4各喷嘴的燃料分配比例,保证在各燃烧模式及切换点燃烧稳定,同时NO。、CO徘放满足环保要求。通过控制D5、PM1、PM4各喷嘴的燃料分配比例,就实现了扩散火焰、先导预混火焰和预混火焰的控制和切换,也就达到了控制燃烧火焰温度、降低NO。排放的目的。
6  结语
    燃烧稳定性是采用DLN燃烧技术的燃气轮机面临的一个重要问题。为了达到更高的环保要求,现代燃机先进DLN生物质燃烧机的燃料/空气比、燃料空气的混合的控制范围变得更小、更精确,因此,当环境温度、湿度发生较大变化或者燃料组分发生变化时,就会引起燃烧不稳定、燃烧振荡现象,造成机组跳机或损伤热通道部件、增加维护成本、降低燃机的峰值出力。
    国外燃机制造商从燃机采用DLN燃烧技术的初期,就已经开始对这类燃烧稳定性现象进行研究和监测。GE、三菱、西门子都拥有燃烧稳定性监测系统。据文献[9]介绍三菱已经拥有第二代能进行自我调整的燃烧动态监测系统,能保证这类先进燃机的安全、稳定运行。美国电力科学研究院对DLN生物质燃烧机的燃烧稳定性,也进行了相当多的研究阢。我国在这方面的研究,起步比较晚,清华大学有分级预混燃烧稳定性理论研究的报道,而中科院热物理所则对燃气轮机合成气燃烧室燃烧噪声进行了研究。
    鉴于我国已引进了相当数量的采用DLN蠛烧技术的F级先进燃机,且在实际运行中出现了火焰筒鼓包、燃烧部件报废率高等与燃烧稳定性相关的问题,我国应加强对燃机燃烧稳定性的监测和研究。

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