分层燃烧技术范文

分层燃烧技术范文（精选5篇）

分层燃烧技术 第1篇

分层燃烧技术自1993年开始应用于正转链条锅炉, 迄今已有16年的发展历程。其技术状态已由当初最简单的“分层燃烧”, 进步到现在的“分层分行分段燃烧”;其结构形式也由第一代最原始的“单辊式”, 发展到今天第七代最先进的“三辊式”。这里就该项技术的最新发展态势, 进行系统阐述。

1 安全可靠性方面的最新态势

对皮带机联合输煤的封闭式供煤方式而言, 当所用燃煤干燥且煤粉较多时, 原始的单辊式给煤机经常出现燃煤自流, 炉排上的煤层厚度此厚彼薄;当所用燃煤潮湿严重或有冻块时, 又经常发生煤仓棚煤现象, 锤砸钎捅也无济于事, 给操作人员的操作及锅炉的正常运行都增添了许多麻烦。

后期发展而来的双辊式给煤机, 虽将干煤粉自流现象有效消除, 但湿煤、冻煤粘棚煤仓的毛病仍然没有解决。经无数对比案例证明, 目前用户喜欢、功能先进、设计科学的为“三辊式给煤装置”。

三辊式给煤装置 (见图1) 在双辊式的基础上增设了第三根转辊, 即湿煤搅动辊 (Ⅲ辊) , 它布置在煤斗内最易粘结的前倾斜箱体内侧, 其结构类似于马丁除渣机的破碎辊。它上面设置的破碎齿牙, 可以对湿煤实施强制搅动, 使燃煤不再单单靠自重, 而是靠不断施予的机械外力强迫下落而不允许其滞留, 它可有效地避免湿煤的粘结。另外, 北方冬季的燃煤因为雪后湿滑及室内外较大的温差, 冻煤块会悬浮在拨煤辊上打滑, 也造成棚煤现象, 而湿煤搅动辊还可将这些冻煤块予以有效破碎。

三辊式给煤装置使湿煤、冻煤粘棚煤仓的麻烦迎刃而解, 无论煤质状况多么恶劣, 下煤均连续流畅。

1-下煤仓;2-湿煤搅动辊 (III辊) ;3-防漏煤板;4-移煤转辊 (II辊) ;5-炉排;6-倾斜式煤闸板;7-拨煤转辊 (I辊) ;8-可变形组合式筛分器。

2 节能经济性方面的最新态势

原始单一状态下的分层燃烧, 仅适用使用颗粒度差异明显 (大至80mm以上、小至5mm以下) 原煤的用户, 布煤特征是大煤块在下、中煤块在中、煤层上表面被最细小的煤颗粒覆盖成为一个平面 (见图2) 。其节能机理使通风条件改善、风煤混合均匀。

对于使用洗粒、洗末及煤粉较多 (5mm, 颗粒≥60%) 燃煤的用户, 由于颗粒度相近, 无法将其有效分层, 分层燃烧模式明显与其不相适应, 节能效果不明显, 这就是使用过分层燃烧设备的许多单位反映其效果不理想的原因。还有许多用户, 刚应用分层燃烧技术时所用的煤种为原煤, 并收到过不错的节能效益, 后期所用煤种、粒度发生了改变, 原本有效的分层燃烧失去了作用, 特别是2004年以后, 全国煤炭资源紧张, 煤价飞涨, 过去已弃之不用的煤矸石粉碎后又被掺回原煤之中, 使得该类现象层出不穷。

随着用户所用煤质及粒度的改变, 分层燃烧技术也在不断地演变, 针对使用粉煤用户的日益增多, 分层分行燃烧技术应运而生。

“分层”就是将燃煤中为数不多稍大些的颗粒仍排布在煤层的最底部, 用以防止细煤在炉排片缝隙间的泄漏;分行是将燃煤中大部分的粉煤布置成一个垄形结构 (见图3) 。从炉前向炉内望去, 煤层外表峰谷相间, 其上表面的展开长度较炉排的实际宽度增加30%～40%。这样的布煤结构在单位时间内使更多的燃煤接受炉拱的辐射热 (符合链条锅炉自上而下层状燃烧的特点) , 相当于炉排工作面积加大, 燃煤燃烧时间加长。由于波谷处的通风阻力小, 率先引燃起火, 并将高温的火焰和热流直接传导及对流给波峰处的粉煤;随着波谷处燃烧的逐步加剧, 波峰处的粉煤随之开始燃烧, 波峰底部较大颗粒燃煤的挥发分也逐渐析出、引燃;随气流的累计膨胀及炉排的不断运动, 波峰顶部的粉煤逐渐坍塌, 形成一个全炉排上都有人工在拨火的自扰动氛围, 激烈燃烧之后, 火床又趋于平整 (一般到炉排中部即可变成平面) 。

3 可变形组合式筛分器

以上两种燃烧方式可以满足使用各种煤质及粒度的用户, 但要实现两种状态布煤, 却要依靠完全不同形式的筛分器来完成。有一种专利设备, 可将它们的结构和功能合二为一, 即 “可变形组合式筛分器” (专利号:2006200904651) 。

所谓“组合”, 是将实现分层布煤的“梳齿式筛分器”及实现分层分行布煤的“波峰波谷式筛分器”的结构与功能集合于一体 (相当于两套筛分器) 。所谓“可变”, 有两种含义, 其一指的是当用户煤种特别是粒度发生变化时, 在不停炉的前提下, 将其在分层布煤 (见图2) 与分层分行布煤 (见图3) 间迅捷方便地互相切换;其二指的是当按波峰波谷式运行时, 通过调整筛分器挂板的左右位置, 改变煤层峰峰 (谷谷) 之间的距离 (改变周波) , 块多处增大峰峰之间距离 (见图4) , 增加燃煤的自然堆积密度, 粉煤多处增大峰谷间高差 (见图5) , 减小通风阻力。

此调整可在筛分器的相邻、局部或全部之间任意进行, 对炉排宽度方向块面不均、风阻不一具有良好的修正作用, 为细化调整燃烧提供手段。

4 分段燃烧技术

无论采用分层方式布煤还是分层分行方式布煤, 其表面的平整度或均匀度都是影响分层燃烧效果的重要因素。随着链条锅炉吨位的不断增大, 炉排宽度日益加大, 要使煤层表面像小吨位设备一样平整或有序, 若不采取特殊手段很难实现。分段燃烧技术就是针对该难题而专门研发的。

所谓“分段”, 是指将控制煤层厚度的闸板根据炉排的宽度分8区段布置, 当某一区段的煤层出现厚薄不均或燃烧不充分时, 将该区段对应的煤闸板做针对性调节。

分段控制煤层厚度的煤闸板, 与可变形组合式筛分器配合起来使用, 在锅炉其他设备正常好用的前提下, 可以使各种煤质情况下的燃烧调整至最佳状态, 这也代表着目前分层燃烧技术的水平。

5 单炉排大吨位分层设备的结构

目前60～130t/h大吨位链条锅炉, 其炉排结构有单排、双排形式两种。双炉排结构每个单一炉排相当于一台独立的35～45t/h锅炉, 制作分层装置难度不是很大;而单炉排结构 (多为横梁式炉排) 有超宽的跨度, 如何布置给煤装置的转辊事关整台锅炉的安全运行。

从预防转辊因自重及承重后发生挠度变形角度考虑, 该转辊应当设计成中部带支撑的三轴承结构。但中部轴承润滑及密封系统埋置在煤炭中工作, 非常容易受到水分和细煤粉的侵害, 一旦损坏后果不堪想象。

沈阳市建功能源技术研究所研制的该类产品, 依然采用两点支撑的通轴整体式结构, 三根转辊的轴承及润滑系统全部布置在两侧墙板之外, 不与燃煤相接触。该产品采用独家掌握的特殊技术, 有效防止和控制转辊的挠度变形, 使用安全可靠, 消除后顾之忧。

6 使用效果

当用户使用了适宜各种工况的三辊式分层分行分段给煤装置以后, 能收到如下的使用效果:

(1) 消除运行操作人员因燃烧状况不佳而去钩火、拨火的劳动。

(2) 消除因湿煤、冻煤而产生的煤斗棚煤、断煤现象, 同时也减去操作者捅煤、敲砸煤斗的繁重劳动。

(3) 由于煤层疏松、通风条件改善, 使用该装置以后, 鼓风、引风量明显减少, 排烟量及排烟温度大幅度降低, 使得锅炉全部热损失当中最大的一项热损失排烟热损失 (q2) 下降, 这也是使用分层燃烧技术可以节煤的主要机理, 机械未完全燃烧热损失 (q4) 降低 (即炉渣含碳量降低) 的节能份额也远在其下。

(4) 在其他设备正常好用的情况下, 与普通煤斗相比, 平均节煤5%～10%, 具体分析如表1所示 (按满负荷、连续运行及最保守的5%节煤率统计) 。

摘要：从安全可靠和经济合理两个方面, 叙述了分层燃烧技术的最新发展状态;通过对节能机理的分析, 展示采用分层燃烧技术后可达到的节能效果。

低氮燃烧技术方案 第2篇

技术方案

一、公司简介

二、工程概况

目前，国家对锅炉烟气粉尘的排放治理高度重视和并执行从严政策，各级环保部门对锅炉烟气治理也提出了更高的要求。市办字【2013】26号文件——《中共西安市委办公厅西安市人民政府办公厅关于印发《西安市“治污减霾”工作实施方案（2013年）》》和市环发【2013】48号文件——《西安市环境保护局关于加快实施燃煤锅炉烟气污染综合治理的通知》，要求燃煤锅炉氮氧化合物排放浓度同比下降超过15%。

目前国内生产的燃煤链条炉排式蒸汽锅炉，均没有低氮排放的配置措施。为响应环保部门关于加快实施燃煤锅炉烟气污染综合治理的要求，新建20吨以上的燃煤锅炉锅炉低氮排放的提标提上日程。

按照市环保局文件的要求，并结合链条炉排燃煤锅炉的实际情况，我公司采用“在线式低氮复合燃烧技术”的方案。

三、客户资料及设备工况分析

1.客户提供资料

1）此方案之设备用于单台35t/h链条燃煤锅炉的低氮燃烧，每台锅炉配置两套在线式低氮燃烧系统。

2）锅炉负荷类型：带生产的基本负荷。3）锅炉技术参数

锅炉型号：SHL35-1.6/-AⅡ 额定出力：35蒸吨/小时 额定蒸汽压力： 1.6Mpa 用煤量： 6.475吨/小时 煤质：5000大卡/公斤 额定蒸汽温度：240℃

制造厂商：*******锅炉股份有限公司 4）引风机技术参数 型号：Y5-185No.12.4D 流量：60940~105330m³/h 全压：3851~2636Pa 电机功率： 185 KW 制造厂商：*********通风机有限公司

5）烟气成分：SO2、NOx、CO2、CO等。其中：NOx约为300毫克/立方 6）燃用煤质：烟煤 7）烟气温度：130℃左右 2.工况分析

根据一般链条燃煤锅炉数据及客户提供的数据，低氮复合燃烧设备工况分析如下：

1）复合燃烧率：20%的用煤量

2）处理氮氧化物浓度 ：300毫克/立方米左右

3）烟气的组成：此烟气为燃煤锅炉尾气，有一定水分、SO2、NOx等，经检测分析计算，认定NOx气体排放是形成雾霾的主要因素之一。

随着工业规模和采暖规模的加大，雾霾的形成对环境和人民生活的损害越来越大，需加大力度，做好降低和减少NOx的工作。

四、设计所遵循的标准

在线式低氮复合燃烧系统是我司的自主知识产权技术，获国家发明专利。我公司对系统功能设计、性能、制造、供货、安装、调试、运行培训等，均采用合同能源管理的一条龙服务方式。

所遵循的规范和标准如下，但不限于此：

·市环发【2012】278号文件《西安市环境保护局关于加快落实2012燃煤锅炉综合整治项目的通知》

·西安市燃煤锅炉烟尘和二氧化硫排放标准

DB61/534-2011 ·环境空气质量标准

GB3095-1996 ·火电厂大气污染物排放标准

GB13223-2011 ·工业企业噪声控制设计规范

GBJ87-1985 ·工业金属管道工程施工及验收规范

GB50235-1997 ·钢结构制造和安装施工规程

BZQ（TJ）0048-94 ·钢结构、非标设备、管道涂装工程技术规程

BZQ（TJ）0011-94 ·普通碳素结构钢和低合金结构钢冷轧薄钢板及钢带 GB1125389 ·普通碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板技术条件 GB3274-83 ·优质碳素结构钢钢号和一般技术条件

GB699-88 ·碳素结构钢

GB700-88 ·焊接接头的基本型式与尺寸

GB985-986-88 ·火力发电厂保温材料技术条件

DL/T776-2001 ·火力发电厂保温油漆设计技术规定

DL/T5072-1997 ·固定式钢梯及平台安全要求

GB4053-2009 ·电气装置安装工程及验收规程

GBJ232-82 ·低压分配和电路设计规范

GBJ54-83 ·电器安装工程的接地设备的施工和验收规范

GB50169-92 ·低压配电设计规范

GB50054-95

五、低氮燃烧技术方案

1.方案制定原则

（1）坚持“先进性、实用性、经济性”的优化组合。

（2）低氮燃烧系统设备、管道布局因地制宜，设备布置紧凑、占地面积小、操作简单、维护方便、便于集中管理。

（3）低氮燃烧系统设备可靠稳定的运行，减少设备运行及维护费用，减轻操作工人、维修工人的劳动强度。

（4）参数选择合理，降低工程成本、设备投资费用，减轻业主负担。

（5）管道布置简单、流畅，尽量缩短管道长度，低氮燃烧系统满足稳定高效运行的要求。

（6）设备性能指标：锅炉运行后烟尘的排放浓度与传统锅炉相比降低≥15%。

2.在线式低氮燃烧系统概述 低氮燃烧的基本原理：氮氧化合物的生成与炉膛内的氧浓度成正比。低氮燃烧的实质即为低氧燃烧。

链条炉排燃煤锅炉的复合燃烧，在国内已得到广泛的应用。已有30多年的发展应用历史。取得了较好的节能效果。在线式低氮燃烧技术是在复合燃烧的基础上发展起来的。在多年的示范应用中，该系统已形成全封闭配置，达到了节能和环保的统一。目前，在线式低氮复合燃烧系统技术已趋成熟，我司具有良好的设计、加工、制造、安装、调试能力，采用合同能源管的模式，应用于冶金、化工、兵工、食品、电力等行业，都获得了良好的效果和可观的效益。根据目前环保发展趋势的要求，在线式低氮燃烧系统以其脱氮成本低（用户仅投资50%），适应范围广，尤其对中小型燃煤锅炉难以承受传统脱氮设备系统的投资和运行费用的情况下，普遍采用在线式低氮燃烧，有良好的降氮作用效果，将成为燃煤锅炉烟气污染控制的一种主要的减排设备。

在线式低氮燃烧系统是一种煤粉燃烧装置，由煤斗、动筛、输煤、磨粉、燃烧器、烟气循环系统、煤层辅助分行器等部分组成，其工作机理是从煤斗上动态筛选粒径为0--20毫米的末煤，将末煤在线烘干后输送至磨粉机，磨粉机将末煤研磨成煤粉，送入燃烧器高效燃烧，实现降低烟气氧浓度的环保节能减排效果。烟气循环余热利用系统，实现了原料烘干、降低鼓风氧含量和流量、实现降低氮氧化合物的综合功能。煤层辅助分行实现煤层的热态疏松。

在线式低氮燃烧系统的优点是：

（1）节能效率高：由于煤粉的燃烧速度快，可以大大改善锅炉的瞬时出力、由于煤粉的燃尽率高，可以大大降低炉渣含碳量、由于煤粉的雾化好，可以大大降低炉膛内空气过剩系数、煤层热态疏松结合煤粉燃烧器，可以大大降低烟气中的氧含量，综合节能效果可以达到20%以上。

（2）结构比较简单，操作维护方便，没有添加剂附加成本；

（3）在保证相同脱氮效率的前提下，其造价和运行费用大大低于NCR和SNCR系统。

（4）对煤质不敏感，不受煤质变化对锅炉燃烧状态的影响；

（5）适应煤质的范围大，可以燃烧4000大卡左右的劣质煤。因此它可广泛用于各个行业的燃煤工业锅炉。其锅炉容量从4吨---200吨范围内均可配置。3.设备技术说明

3.1 低氮复合燃烧系统的组成：

低氮复合燃烧系统由煤斗、动筛、输煤、除铁、磨粉、燃烧器、烟气循环系统、煤层辅助分行器、支架、热管换热器、排输灰装置、检测装置及控制系统等组成。

3.2在线式低氮复合燃烧系统的功能

在线式低氮复合燃烧系统，能满足锅炉大负荷、各工况下的生产要求。该系统燃烧器选用耐高温、耐磨损的不锈钢材料。系统设备设置了独立的燃料系统和操作系统，可以在线的投入和退出。在出现故障、更换易损件等情况时能及时退出，而不影响锅炉的正常运行。

3.3 在线式低氮复合燃烧系统的工作原理

投入过程：工作时，先启动磨粉机，保证磨粉机内不存留杂物、然后启动输煤螺杆和燃烧器风机及烟气循环风机，预热系统管道、最后启动动筛螺杆，开始从锅炉煤斗中分选输出末煤。系统运行正常后，根据锅炉运行状态，可以适当调整输煤量（即复合率）的大小。

退出过程：随着连续工况的运行，易损件部分主要为磨粉机的锤头和内部衬板。根据运行经验，360小时为一保养维护周期。需要退出系统。退出时，与投入过程程序相反。先关停动筛螺杆，停止向磨粉机供煤，延时2分钟后，关停输煤螺杆，再延时 2分钟后，关停磨粉机和各个风机系统。

维护过程：将磨机的端盖卸开，调出磨芯。然后对内部衬板、磨芯上的锤头用耐磨焊条进行全面的补焊，恢复到初始程度。再检查轴承良好程度，补加高温黄油。然后将磨芯调入机座内，进行动平衡校验。最后做好密封，将端盖吊回固定。3.4 在线式低氮复合燃烧系统技术描述 3.4.1 磨粉机

对于复合燃烧来讲，磨机是其核心部件，磨机的性能和质量直接影响复合燃烧系统的运行效率，磨机的寿命又直接影响复合燃烧系统的运行费用。因此，选择合适的磨机是极为重要的一步。

在线式复合燃烧磨机的选择一般为多级式的风扇磨，应考虑磨机的衬板厚度和材质、锤头的厚度和材质、轴承的好坏、轴承润滑油品质等因素，同时还要考虑价格因素。多级风扇磨选择一般应满足以下条件：结构合理，产量高，磨粉细度好，易维护；密封性好，机械平衡；具有足够的强度，尺寸稳定性好；具有良好的耐温、耐磨、煤质适应性宽等性能；原料来源广泛，性能稳定可靠；价格低，寿命长。

相比之下，采用耐磨钢和耐磨焊条的组合，是确保在线式复合燃烧系统稳定运行的保障。用耐磨钢做基板，保证磨机主体常年使用不会损坏。用耐磨焊条做日常定期维护，每当耐磨层磨薄，就必须用耐磨焊条进行维护，将耐磨层补焊到要求厚度。

经过多年的运行经验总结，采用耐磨焊条定期维护，是最有效，成本最低保证系统长时间稳定运行的方法。因为没有一种耐磨材料可以保证数千小时不更换的稳定运行，往往更坚硬的材料，却比较脆，频繁破碎煤矸石时容易脱落小碎片而损坏高速运转的磨机。所以，硬而脆的耐磨材料不适宜在高速磨机中使用。3.4.2 动筛螺杆

该项技术设备是我司的专利技术。它可以在任何恶劣的条件下连续不断的从混合煤中分选出0--20毫米的末煤，用于在线制粉，直接燃烧。动筛由螺杆式筛网、可调节料门、同轴桨式输煤螺杆、支撑外套管、轴承、及减速机、电动机及变频控制组成。它可由调节料门和变频控制系统来控制出料量，使用方便。动筛的质量直接影响在线式低氮复合燃烧系统的运行效果。

我公司特别注重该设备的制作。选用良好的钢材，保证足够的刚度和强度，防止损坏和变形。筛齿的规格、数量和桨齿的间距符合行业设计规范，所有焊点均匀牢固，不出现脱焊、虚焊和漏焊现象。在筛齿和桨齿的表面细致做耐磨处理，以保证其使用寿命。

3.4.3 燃烧器 复合燃烧系统中的燃烧器是我司的自主知识产权技术产品。该燃烧器外形像一个蜗壳，故称蜗壳式燃烧器。燃烧器整体组装成易于运输的组合件，现场组装安装。燃烧器用法兰安装，易于拆卸维修。燃烧器上观察孔、起吊设施，外涂高温漆，符合相关的安全规范和技术规程。

壳体由不低于4mm厚的钢管、钢板和不锈钢管分段制作而成，不锈钢段部分镶套于锅炉炉膛外壁上，以承受高温。钢管和钢板部件在锅炉外部，不与高温接触。

燃烧器设计有风控系统，可以随机调节风量风压，以控制燃烧火焰的长度和燃烧的强度。燃烧器各部件采用法兰连接，以便于检修和更换部件。3.4.4 热管换热器

热管换热器是余热利用的主要设备。由我公司根据不同的锅炉规格和现场安装位置非标设计制作。热管换热器由不低于5mm厚的钢板制作而成，表面设加强筋，加强筋厚度不低于6mm，保证强度和刚度。热管换热器的容量设计以满足在线式复合燃烧系统满负荷运行时的所需风量为准。其预热风量为磨粉机和燃烧器所需风量的总和。热管换热器的进风口，设计安装在锅炉鼓风机的出风总管上，以保证复合燃烧系统运行时，不会产生附加风量，从而保证低氮燃烧的环保减排效果。

热管换热器的热源是锅炉排放的高温废烟气。当高温余热被高效利用后的低温废烟气，进入烟气循环系统，实现环保减排的使命。3.4.5 烟气循环系统

烟气循环系统是实现低氮排放的主要配置之一。该烟气取自锅炉的省煤器末端，温度约为200℃--300℃之间，属于锅炉的废烟气。由于该部位烟气在除尘器之前，所以设计有积灰箱，位于烟气循环风机之前。烟气飞灰过滤到沉降室，将箱体分隔成上箱体和下箱体两部分。下箱体的积灰排入灰斗。当棑灰不畅时，可用振动电机辅助。

粗略净化化后的烟气进入热管换热器换热后，经管路送入锅炉炉排鼓风管道，以降低鼓风氧浓度，达到减少氮氧化合物生成的目的。

由于设计选用烟气循环风机的风压高于锅炉鼓风机风压的两倍，所以循环烟气另外辅助具有疏松煤层的作用，有益于煤层的良好燃烧。3.4.6 煤层热态分行系统 采用的原因：

1）由于工业锅炉的用煤多属于中等偏下的原煤，由供煤商负责供应。末多含水率较高，2）常规的锅炉原煤分层给煤装置属于冷态预处理装置。

3）由于潮湿和末煤较多，原煤落入炉排后，煤层分布改变，冷态分布措施失效率较高，煤层透气性不好。4）锅炉高负荷运行时，因煤层透气性不好，鼓风较大，空气过剩系数过高，使得烟气中氧浓度过高，不利于氮氧化合物的降低。

采用热态分行措施后，煤层在分行后快速起燃，疏松状态不会再改变，从而保证了煤层的良好燃烧，同时可以调节降低空气过剩系数和烟气中的含氧量，达到降低氮氧化物折算值的目的。3.4.7 送风管路系统

复合燃烧系统是一个独立的风送系统。传统的复合燃烧均没有考虑附加风的因数。我司通过多年的运行分析总结，确认附加风对氮氧化合物的降低影响最大。

为此，我司创新研制了一套独特的在线式复合燃烧送风管路系统，从而保证全新的复合燃烧系统完全的消除了附加风，使得系统的低氮性能大大提高，上升到一个稳定可靠地台阶。

3.5 低氮燃烧系统的特点

3.5.1排放浓度低。低氮燃烧系统能实现高效降氮，排放浓度小于

80mg/Nm3，即使国家排放标准日益提高，也可在5年内免受排放超标困扰，为将来的深化排放达标获得缓冲机会。

3.5.2 效率稳定。当锅炉燃烧工况或烟尘参数发生波动和变化时或者锅炉调峰和煤种变化时，低氮效果都不受影响。

3.5.3 双燃料系统运行。侧装燃烧器的方式，不影响炉排进煤，流程简洁、工艺顺畅。3.5.4 节能效果显著。保证业主减低20%的能源采购费用。

3.5.5 维修简易。可在线投入推出，平均间断维护保养不大于2小时。因此复合燃烧能够保持长期可靠运行，以保证锅炉持续满负荷运行。

3.5.6 技术先进。获发明专利技术，达到国际先进水平。

3.5.7 安装工作量小。由于采用模块化生产和现场组装，安装工作量较少，为缩短施工工期创造了条件。

3.5.8 独立的控制系统。采用PLC控制系统和故障自诊断系统，实现设备运行无人值守。

3.6 复合燃烧设备结构特点

3.6.1设备外壳采用梁柱式结构，由底梁、窄立柱和壁板等组成框架式结构，使得复合燃烧系统的安装变得非常方便，大大缩短了安装周期。

3.6.2 复合燃烧系统多为室内安装。室外型采用防雨、排水的设备棚。

3.6.3复合燃烧系统管路设有保温层，用于防止在环境条件下温度的散失。保温材料采用保温岩棉，外部用蓝色压型彩钢板作为保护板。

3.6.4热管换热器箱体采用气密性设计，密封性好，检查门用优良的密封材料，制作过程中以煤油检漏，保证漏风率最低。

3.6.5 进、出口风道布置紧凑，减小气流阻力。3.6.6烟气进气方式采用格栅式除灰，保证了除尘效果。

3.6.7复合燃烧系统设有足够的、安全的检修通道、检修门、照明、观察孔。3.6.8复合燃烧系统钢结构设计能承受下列荷载：

（1）除尘器荷载(自重、保温、下部封闭、附属设备、最大存灰重)；（2）地震荷载；（3）风载；（4）雪载；（5）检修；（6）正压、负压；（7）部分烟道的荷重。

3.7 低氮复合燃烧设备可靠运行保护措施 3.7.1 对管路堵塞的防范措施 尽量在管路系统中设计选用分段法兰连接，以保证在出现故障时，可以在不停炉的状态下，及时处理修复。3.7.2 对磨机密封的防范措施

准备好备用的密封胶，当磨机密封出现异常，又不可退出系统的情况下，用密封胶做应急性处理。

3.7.3 对燃烧器异常的防范措施

当燃烧器燃烧异常时，往往是操作失误或煤粉过于潮湿形成堵塞所致。为此，在燃烧器底部设计有疏通封板。此时，退出复合燃烧系统，打开底部封板，将堵塞的煤粉掏出，然后重新装上底部封板，按正常方式启动复合燃烧系统即可。3.7.4 对锅炉发生“四管”破裂时的防范措施

当锅炉出现水冷壁、过热器、再热器、省煤器等 “四管”破裂时，烟气温度明显降低，烟气中水蒸气含量会增加。此时，需停止系统烟气循环的运行，以防止烟气中灰尘堵塞烟气循环管路系统。3.7.5 确保动筛稳定运行的技术措施

为了防止潮湿原煤或异物堵塞动筛螺杆，设计动筛小煤仓的仓门可以在线打开，在故障发生时，可以不停炉处理。同时在动筛出口底部，设计有疏通封板，以方便在线不停炉处理动筛底部的异物。3.7.6 控制复合燃烧系统漏风的措施

复合燃烧系统和管路漏风会影响锅炉燃烧效果，形成对环境的污染，必须采取以下措施减少系统漏风。低氮复合燃烧系统制造时，重点防止漏焊、砂眼、脱焊等现象，确保焊接质量；对法兰连结部位，要填满石棉绳并把紧螺栓、压实，最后再用“ 水玻璃”勾缝；对除尘器壳体和灰斗进行仔细检查，除尘器箱体除满足必要的检修门孔外，其余全部封焊。通过以上综合措施，控制漏风率<2%。4.设备规格

4.1型号规格

设备型号：XLDn----35/20 型式：炉侧安装在线式低氮复合燃烧系统 用途：35t/h燃煤锅炉的低氮燃烧脱硝工程 4.2 技术参数

5.工程设计方案

35吨锅炉的主机系统安装通常分为两种形式，一种安装在锅炉房的二层平台上，一种安装在锅炉房的底层。以第一种方式居多。本工程设计以第一种安装方式为准：（1）动筛螺杆和煤粉燃烧器：设计安装在二层平台上。每台动筛有个机架，安装减速器和电动机。楼板穿孔，作为末煤原料输入和煤粉燃料输出通道。

（2）磨粉机和热管换热器：设计安装在底层。每台热管换热器有个机架，以保证热管换热器与主烟道对接。每台磨粉机有一个减震基座和煤粉加压提升风机。煤粉的输送气源采用三叶型低噪音罗茨鼓风机，型号为FSR150型，风压49.0kPa，风量12.4m3/min。（3）煤粉燃烧器预留孔径 在新建锅炉的左右侧，距离炉排前端2.5米---3米，距炉排表面0.5米处，预留 Ф400 的通孔。这是在线式低氮复合燃烧系统对新建锅炉提出的唯一预设要求。其他的工作均可以在锅炉安装完后实施。6.电气及控制系统

本工程电气及控制系统包括低压供配电系统、基础自动化系统(包括电气传动、自动化仪表检测和控制)等。系统设计遵循先进、可靠、实用的原则，整体自动化水平达到当前国内先进水平。

控制模式主要有三种方式有三种：自动控制、控制室手动控制、就地手动控制。三种控制方式有不同级别的授权，以避免设备在运行中的误操作。6.1低压供配电系统 6.1.1 电源

在线式低氮复合燃烧系统使用的电源为380V/220V-50Hz。因为开机和关机均有程序要求，所以在可能的情况下，电源采用两路独立电源，并且能够相互自动切换（包括控制电源）。控制电源任何一路的故障均不会导致系统的任一部分失电。任一路电源故障都报警，并自动切换到另一路工作，电源切换时不影响系统的正常工作。6.1.2 接地系统

为有效地抑制干扰（电源干扰、电磁干扰、线路干扰等），系统设计有系统安全地（N）、保护屏蔽地（PE）和计算机地（TE）三类接地系统，确保自动化设备安全可靠运行。

6.1.3 低压开关柜 低压开关柜全部采用模数化镀锌型材表面喷塑组装而成，各回路采用功能单元化，供电可靠，操作灵活方便，便于维修，各回路主开关选用高分断能力的塑壳断路器。控制柜具有能防尘、防水、防小动物进入、有足够的强度和刚度、不易变形等特点。具有机柜防电磁干扰和保证静态元件不会误动功能，机柜内带有机械通风及照明装置。机柜中连接电缆用的端子排留有5~10％备用量，端子单元可以适应2.5mm2芯线的连接，端子排、电缆接头、电缆走线槽为阻燃型材料，端子排的安装便于接线，并采用底部进出电缆方式。机柜采用自动通风措施，以降低温度，保证该部件的正常运行，其控制开关具有“启动－停止－自动”的选择功能。6.2 控制系统

低氮燃烧系统采用集中控制和机旁控制两种控制方式，其中集中控制分为程序控制、PLC自动控制和操作站画面控制。控制系统采用先进、成熟、符合有关工业标准、有良好业绩的控制系统产品。

六.设备供货范围及性能指标

1.设备供货范围

成套低氮燃烧设备的设计、制造、包装运输、安装、调试服务。2.设备供货分交点

2.1需方供货并负责以下工作：

 将低压电缆（380V）接到低压柜进线开关端子；  土建基础的设计施工；

 接地装置的设计、制造、安装，接地装置的接地电阻不大于4欧姆，符合国家TT接地系统标准。需方只负责把接地线接到控制室地面以上，设备连接由乙方负责。

将PLC系统作单独的接地，其接地电阻为4欧姆。将除尘设备有效接地及防雷保护。 预埋铁与地脚螺栓的设计施工； 2.2供方供货并负责以下工作：

 低压柜进线开关端子以内的设备供货与安装；  预埋铁及地脚螺帽以上的设备供货与安装： 3.在线式低氮燃烧系统的性能指标： 3.1 同比降低氮氧化合物：≥15% 3.2采用自动、手动两种操作模式。正常运行过程中，采用以自动为主，以手动操作方式为辅。

3.3除尘器漏风率：≤2%

3.4材质与寿命：正常使用情况下寿命8年。

3.5 设备主体的使用寿命≥10年，保证强度和腐蚀裕度。

七、设备的制造、安装、调试、培训

1.设备制造 1.1 总体要求

1）由于设备系统部件较多，整体系统设备将尽可能制造成适合于运输的组合件。2）磨机部件充分考虑到振动的影响，并做必要的动平衡调试。

3）燃烧系统设备的所有连续焊缝平直，无虚焊、假焊，焊缝高度满足设计要求，并进行煤油渗漏试验。箱体和灰斗间采用手工连续焊接，保证焊接的强度和密封性符合相应行业标准。焊接后的焊缝应进行清理焊渣和飞溅物，不允许有明显的焊渣、飞溅物和锈蚀末清除就涂刷底漆。关键部位用手提砂轮机修磨焊缝和飞溅物。

4）机组的整理满足以下要求:所有锐边及构件加工圆滑以防止造成人员伤害；金属表面的清理和整理符合标准工艺。1.2 过程控制

我公司制定了严密的质量控制程序，在工程实施期间对所提供的设备(包括外购设备)进行监造、检查和性能验收试验，除专业质量检查员检查外，还采取后段工序对前面工序的半成品验收制度，人人树立起质量意识，互相监督，共同提高，确保所提供的设备符合约定的要求。所有设备的制造都经过工厂检验。

1）工厂检验是质量控制的一个重要组成部分。我公司严格进行厂内各生产环节的检验和试验，并提供合同设备的签发质量证明、检验记录和测试报告，作为交货时质量证明文件的组成部分。

工厂主要检验项目如下：

2）检验范围包括原材料和元器件的进厂，部件的加工、组装、试验、出厂验收。3）检查的结果要满足技术规范的要求，如有不符之处或达不到标准要求应采取措施处理，直至满足要求。2.包装和运输

2.1 设备尽量在工厂完成组装，以减少现场的拼装工作量，提高安装质量与效率。工厂组装尺寸以运输工具所能承担的最大尺寸为限。对于易受潮或现场组装容易的设备，应整体交付至交货点。

2.2 我公司交付的所有货物符合国家标准中关于包装、储运指示标志的规定及货物承运部门的规定，根据合同设备不同的形状及特性进行包装，并应按设备特点，按需要分别加上防潮、防雨、防霉、防腐蚀和防震等保护措施，具有适合长途运输、多次搬运和装卸的坚固包装，以确保合同设备安全、无损地运抵现场。

2.3 我公司对合同设备进行妥善的油漆防护和包装，以适应远途陆上运输条件和大量的吊装、卸货、长期露天以及实际运行时的需要，且能保证设备在现场的保管，对于可以露天堆放的设备，保证在合理时间内防止雨雪、受潮、生锈、腐蚀、受振以及机构和化学引起的损坏。2.4 产品包装前，我方负责按部套进行检查清理，不留异物，并保证零部件齐全。2.5 对包装箱内和捆内的各散装部件在装配图中的部件号、零件号标记清楚。2.6 所有管道、管件、阀门及其它设备的端口必须用保护盖或其它方式妥善防护。2.7 设备的运输：采取汽车运输方式。

2.8 严格按合同交货期交货。在合同设备发运前与买方联系，按工程进度要求，在保证安装进度的前提下分批发货。3.安装和调试

3.1 我公司派遣有能力、合格、有资质的安装、调试人员及时进厂安装、调试。3.2 根据项目的总体进度要求，安装、调试人员将按照安装、调试工序表安排分步安装、调试。

3.3 设备安装前，首先对基础进行检查校对，设备基础必须与设计图纸一致，平面标高偏差＜

±2mm，合格后才能安装。安装工作严格按照设备图纸、安装工序和国家、行业有关的安装规范要求进行。

3.4 安装设备由下而上，安装前时需检查设备有无变形、损坏并进行修整。3.6 调试

调试过程是低氮燃烧设备建设过程中的最后一道关键工序，也是直接影响到装置的投产时间、决定低氮燃烧设备设备长期安全稳定高效运行的重要环节。因此在调试过程中，必须严格执行相关大纲的规定，科学、合理地组织本装置的调试工作，使装置达到国家、地方相关规范的规定和设计要求。

3.6.1 单机调试

调试前应对传动机构、装置进行检查，对转动、滑动部分加油润滑，保证运转灵活。

在安装全部结束后进行单机调试。先手动，后电动，各机械部件应无松动、卡死现象，轻松灵活，密封性好。再进行8小时空载试运转。

3.6.2 联动调试

在整个系统启动，系统风机运行条件下进行负载联动，重复单机调试的各项步骤进行运行。

3.6.2 实载运行 工艺设备正式运行，随时对各运动部件、阀门进行检查，记录好运行参数。3.7验收测试

3.7.1测试要求及方法：按国家标准（《燃烧器性能测试方法》，《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》GB/T16157、《烟气采样器技术条件》HJ/T47-1999）进行。

3.7.2 测试测点的部位按所设计的管道布置图、测点位置、数量由双方达成协议，随安装进度安装相应的试验测点，所安装的测点满足试验的要求。

3.7.3 性能验收测试在对低氮燃烧系统调试结束、具备测试条件后进行，如果性能达不到设计要求，经卖方继续调试和消缺后，再重做一次性能测试，此间发生的一切费用由我方负责。3.8 培训

我公司安排专业的技术人员为用户单位的锅炉房司炉人员设备管理人员、技术人员及操作人员进行免费的专业培训，为用户单位提供一流的培训服务。运行人员参加培训，并经考核合格后方可上岗操作。

八、运行、维护和检修

1.低氮燃烧系统的启动 1.1 初次启动前的检查

低氮燃烧系统在安装过程中和安装完毕后应进行仔细检查，以保证质量。1）安装时要注意检查壳体所有连接处是否紧固，需要密封处密封的如何，焊接是否不漏气，磨机是否水平。

2）进行结构检查后再检查电气连接的各个接点，消除接触不良的隐患。3）对各个电机减速机分别确认正反转。对控制系统要验证逻辑控制是否正确的运行情况。1.2 启动操作方法

在低氮燃烧系统系统经过检查，认为安装良好可供使用，并将所有应开的阀门打开，即可启动。操作方法如下： 1）锅炉点火时，炉温较低。低氮复合燃烧系统没有配置点火系统，因此待锅炉运行稳定，炉膛温度达到600℃时，可以投入复合燃烧系统。2）将启动方式选择在自动时，只需按下启动按钮即可。3）将启动方式选择在手动式时，需按下列顺序进行操作： 启动磨粉机 →启动风机、输煤螺杆、→启动动筛螺杆

2.低氮燃烧系统的停机

整个低氮燃烧系统停机按以下方法操作：

1）当选择在自动方式时，只需按下停止按钮即可。2）当选择在手动方式时，需按下列顺序进行操作： 关停动筛→延时关停风机、输煤螺杆、→延时关停磨粉机 3.日常维护和检修

低氮燃烧系统要设专人操作和检修，全面掌握复合燃烧系统的性能和构造，发现问题及时处理，确保复合燃烧系统正常运转。值班人员要记录当班运行情况及有关数据。

九、质量保证和服务承诺

1.质量保证

我公司为保证工程质量，从项目设计、制造、安装、调试到验收，所有工作均严格按照国家标准、布袋除尘器行业标准及设计图纸、技术要求和设备检验大纲执行，电气要求按国标GB50058-92标准执行。

我公司在设备加工质量上提出了严格要求。设备制作均严格按照国家标准执行进行检验，重要部件不平整度和误差均控制在正负3mm以内，一般部件不平整度和误差不允许超过正负5mm。所有产品在工厂内部都有预组装和成熟的制造工艺。由我方供应的所有除尘器设备部件出厂时，均附有我公司质检部签发的产品质量合格证书作为交货的质量证明文件。对某些主要设备还应有全套买方代表签字的监造与检验记录和试验报告。外购件附有相关的产品合格证、质量保证书、试验文件等。

对于外购的设备、部件及备品备件，保证其性能符合国家或国际有关标准的要求。对于由此而产生的任何质量问题，不以任何理由拒绝承担维修、更换或赔偿的责任。为保证工程质量，我公司承诺严格按照用户要求、设计要求及国家、行业相关标准进行施工，制定科学的施工方案，确保工程项目质量，使燃烧系统长期、稳定、可靠运行。所有施工单位均具有相关资质，并经用户认可。2.质量保证期

所有设备自验收移交之日起，质保期一年。质保期内因制造、安装引起的设备本身质量问题所发生的故障和零部件损坏，由我公司及时进行分析处理和更换，一切费用由我 公司承担。由于用户操作维护不当造成的设备故障及零部件损坏，则由用户负责承担，我公司可提供技术服务，并积极协助配合用户解决问题。质保期过后，终身为用户提供全面的技术支持及优惠的备件供应。3.服务承诺

1）终身为用户提供技术咨询。

2）设备安装完毕后进行系统调试，调试合格后方能进行工程验收。

3）设备验收合格后，为使用方提供完整的竣工资料，并对运行维修人员进行免费的培训。经过培训的人员应能达到熟练操作、检修的程度。

4）产品使用过程中，如发现质量问题，在接到用户通知后及时做出答复，并派出技术人员跟踪解决。省内24小时内到达现场，省外48小时内到达现场。

5）产品投入运行后跟踪产品质量，不定期回访用户，做好用户反馈信息的分析处理工作，最大限度的满足用户。

十、35t/h锅炉低氮燃烧设备系统供货清单

十一、合同能源管理方案（业主选择）

1、业主按设备投标价的50%出资。

2、合同能源管理期5年。

3、我司按锅炉出厂能耗指标降低5%承包供应原煤（我司有年产30万吨高效原煤分选厂，可以确保原煤的质量）。原煤价格由业主根据市场行情双方商定，随行就市。

4、按锅炉出厂氮氧化合物排放指标降低15%承包运行管理低氮燃烧系统。合同能源管理期内，设备的维护维修和提升改造由我司负责。

5、合同能源管理期内，达不到承保环保指标和节能指标的责任，由我司承担。

链条炉的分层燃烧技术应用分析 第3篇

1 链条炉使用中出现的问题及根本原因

对于链条炉燃烧效率的高低, 主要取决于以下几点:一是有充足的燃烧时间, 二是足够的炉膛温度, 三是优质的空气质量, 四是燃料与空气充分的混合。在实际使用中, 由于燃煤进货渠道的限制, 燃煤的质量参差不齐, 有时质量很好, 有时质量又很差, 加之燃煤的颗粒度大小不一等因数, 使得燃煤燃烧时之间的缝隙很小, 风透不上来, 减少了燃煤与空气的接触面积, 导致燃煤与空气中的氧混合不够充分, 极大的影响了燃煤的燃烧质量。为了让解决这些问题, 有在煤的着火区稍后地方加装松煤器, 让煤在着火之后, 进行一定的疏松, 好使燃煤和空气中的氧充分的混合, 达到助燃的作用。也有对前后拱进行了改造, 通过安装卫燃带, 达到提高炉膛温度的目的, 改善燃煤燃烧质量。通过这些措施, 仍然没有明显改善燃煤的燃烧效率, 不能很好的解决链条炉的缺点, 没有达到预想的效果。因此, 还需要进一步探讨, 寻求更加科学合理的促进燃煤燃烧质量的技术方法。

2 链条炉的分层燃烧技术应用原理

通过在链条炉上安装分层燃烧装置, 利用装置对煤筛分, 将燃煤进行分层。分层给煤燃烧装置能将大小煤块均匀地筛分在炉排上, 构筑大小煤块均匀分层排列的煤层, 实现了分层燃烧, 使燃煤能够与空气充分混合, 达到提高燃煤效率的作用。在分层燃烧装置中的二级栅子阶段, 使较大的煤块通过第一级栅子, 首先滑到炉排上, 然后较小的煤块通过第二级栅子, 滑到了较大煤块上面。最后, 细小的煤下到较小的煤块上, 在进入炉膛之前, 就使燃煤分成了三个层次, 呈最下面煤块的最大、中间的煤块小、最上面的是煤粉的分层状态。

3 链条炉分层燃烧技术对燃煤燃烧质量的促进的作用

通过对燃煤的分层, 形成的从下到上、从大到小的分层态势, 充分保留了颗粒之间的间隙, 减小了各个煤层之间的通风阻力, 对单位面积的通风量起到了增加的作用, 在燃烧中, 使风更容易透上来, 燃煤与空气中的氧得到了更加充分的混合。同时, 通过分层燃烧装置对燃煤的分层, 使得各个煤层的通风更加均匀, 避免了炉床火口的出现, 从而使得床面的燃烧更加均匀, 让煤层的燃尽速度更快、火床热强度更高, 提高了链条炉的燃烧质量, 明显降低了灰渣中的含碳量, 有效提高了链条炉的热效率。分层燃烧装置通过彻底改善燃煤的燃烧质量, 使得链条炉出力不足的问题得到了根本的解决。

4 链条炉分层燃烧技术的实际应用分析

通过分层燃烧装置的安装, 链条炉的额定出力完全没有问题, 甚至还可以超额出力。同时, 在实际应用中, 使灰渣的含碳量也降到了15%以下。分层燃烧技术的应用, 改善了通风情况, 使得同等负荷下的送、引风机的风门开度相应减小。通过电流表的反映, 鼓风机电流减少15A左右, 引风机电流减小25A左右。降低了风机的耗电量, 节约了工厂的用电量。通过分层燃烧技术在链条炉中的应用, 降低了链条炉排的转速, 大大的降低了产汽煤耗。

5 讨论

分层燃烧技术在链条炉中的应用, 通过改善燃烧质量, 增加通风、加大燃煤与空气中的氧充分混合度, 使燃煤迅速燃尽, 降低了灰渣中的含碳量, 提高了链条炉的热效率, 从而极大的提高了链条炉的生产效率。通过分层燃烧技术在实际链条炉中的应用, 对企业的节省燃煤、节约电力、降低能耗、增加生产效率、生产的安全打下了坚实的基础, 为今后的链条炉的应用提供了可靠的依据。通过分层燃烧技术的原理分析, 不难看出链条炉生产提高效率的关键是增加燃煤的燃烧质量, 而燃煤的燃烧质量又关键取决于燃煤与空气中氧的混合程度。因此, 要从根本上改善链条炉的实际状况, 就要想尽一切办法增加通风, 使燃煤尽量与空气中的氧混合。当然, 在实际使用过程中, 还需要司炉工和技术人员进一步的思索, 积极学习, 努力专研, 从链条炉的工作原理出发, 不断强化自己的业务素质, 提高专业技能水平, 探讨提高链条炉工作效率的方法及措施。或者进一步完善分层燃烧技术, 发扬小改小革, 使分成燃烧技术广泛应用于链条炉中, 以更加显著地提高链条炉的实际生产效率, 改善链条炉使用中存在的实际问题, 为今后链条炉的使用及企业的长远发展提供科学合理的依据。

摘要：链条炉的燃烧效率主要取决于煤块的燃烧质量, 煤块燃烧得越好, 燃烧得越充分, 其产生的效果越好。探讨分层燃烧技术在链条炉中的应用, 对煤块充分燃烧起到的促进作用, 分析分层燃烧技术应用对链条炉生产效率提高的作用, 链条炉燃烧效率提高的方法, 通风情况对于链条炉燃烧效率的重要性。讨论实际应用中, 分层燃烧技术的要点, 分层燃烧技术应用的原理, 以及实际生产中达到的效果, 为今后的链条炉中分层燃烧技术应用提供参考。

关键词：链条炉,分层燃烧技术,应用

参考文献

[1]李鸿寿, 蒋守国, 潘为民, 贾玉琴.采用优化控制的35t/h正转链条炉微机控制系统[J].电子与自动化, 2006.

[2]张宪光, 张泽, 张恒.一种工业链条炉计算机控制模型[J].内蒙古大学学报, 2006.

[3]孙晋, 王民权.模糊控制在链条炉燃烧系统中的应用[J].淮海工学院学报, 2007.

[4]冯琰磊, 罗永浩, 陆方, 季俊杰.层燃烧炉低NO_x再燃烧技术的实验研究[J].动力工程, 2007.

分层燃烧技术 第4篇

汽油均质混合气压缩着火(homogeneous charge compression ignition,HCCI)燃烧能够显著改善发动机的燃油经济性,大幅降低NOx排放,被认为是最有潜力的发动机燃烧方式。然而,HCCI技术在产业化过程中仍面临着着火控制困难,运行工况范围窄等问题[1]。研究发现[2,3,4,5,6],在可接受的最大压升率和NOx排放限制内,自然吸气式HCCI汽油机最大指示平均有效压力只有汽油机全负荷的一半。目前,普遍认为在中高负荷时需要将HCCI燃烧方式切换到传统的SI或CI模式。如果能够将HCCI燃烧的范围扩大到中等负荷甚至高负荷,HCCI燃烧在经济性和NOx排放方面的优势就能够在更广的范围内推广,而且扩展HCCI燃烧的范围可以有效降低SI/HCCI切换频率。所以,针对HCCI燃烧高负荷拓展成为研究热点。

文献[7,8]在光学发动机上研究了分层对HCCI着火的影响。研究发现,混合气浓度较稀不能发生大块气体燃烧时,分层能够有效地改善排放和提高燃烧效率。文献[9]通过在进气道和缸内安装2套喷嘴的方法,研究了分层拓展HCCI燃烧负荷的潜力。结果表明:分层可以拓展HCCI燃烧的低负荷,但是并未拓展高负荷。作者前期研究中利用多段喷射的方法在缸内形成分层混合气来拓展汽油HCCI燃烧高负荷时,发现汽油这种燃料的分层燃烧特性与分层程度有关,向高负荷拓展时受到燃烧效率大幅降低的限制[10]。

甲醇是一种优质的汽油替代燃料,辛烷值比汽油高且气化潜热是汽油的3倍,具有显著的缸内降温效果。因此利用缸内喷射甲醇的方法不仅可以形成辛烷值分层,而且可以形成温度分层,能够有效地降低HCCI燃烧速度,拓展其高负荷。

为了研究利用汽油和甲醇燃料燃油分层拓展高负荷的潜力,本文在一台具有进气道和缸内直喷能力的发动机上进行了变参数研究。通过进气道喷射汽油缸内直接喷射甲醇的方式来形成周围区域为汽油、中心区域为甲醇的分层混合气,研究了汽油甲醇燃油分层对HCCI燃烧和排放的影响,探索燃油分层拓展HCCI燃烧高负荷的潜力。

1试验设备与试验方法

试验在一台单缸汽油机上进行,发动机参数如表1所示。为了能够实现稳定的HCCI燃烧,该发动机采用了较高的几何压缩比(13)和气门负阀重叠技术(negative valve overlap,NVO)以截留缸内的热EGR。负重叠角为160 °CA,1 200 r/min时内部EGR率约为42%。试验用燃料的物理化学性质如表2所示。

为了在缸内形成汽油和甲醇分层,采用如图1所示的发动机燃烧系统。试验发动机装配有进气道喷射系统和缸内直喷系统,可以分别定量喷射汽油和甲醇。其中,进气道喷射系统压力为0.3 MPa,缸内直喷系统喷射压力为5.0 MPa。活塞室中心有一凹坑,可以将缸内直喷的甲醇燃料控制在凹坑内,以形成较为均匀的甲醇混合气。为了使缸内喷射的甲醇有充分的混合时间,甲醇喷射时刻为90 °CA BTDC。

缸内压力采用Kistler 6125B压电晶体传感器输出信号,通过Kistler 5010B双模式电荷放大器转换成电压信号,经过AVL-indicom燃烧分析仪进行计算和分析。CO、CO2、O2、THC和NOx等常规排放采用AVL-CEBII排放仪测量,非常规排放采用AVL-FTIR(Fourier transform infrared spectrometer)测量。

为了保证试验的可重复性,进气温度控制在(30±1)℃,冷却水温控制在(85±2)℃,发动机速度稳定在(1 200±2)r/min。

2试验结果与讨论

2.1汽油和甲醇燃油分层对HCCI燃烧的影响

为了分析汽油和甲醇分层对HCCI燃烧过程的影响,首先对HCCI分层燃烧过程中的缸压和放热率曲线进行了分析。

图2和图3分别为保持平均指示压力(IMEP)为0.50 MPa和0.40 MPa时,改变汽油甲醇比例对缸内压力及燃烧瞬时放热率(heat release rate,HRR)曲线的影响。为了便于分析,本文定义所喷射汽油的热值占所有燃料热值的比例为RG。由图2可以看出,随着汽油比例的减少,甲醇喷射量增加,HCCI着火燃烧时刻明显推迟,燃烧放热率峰值明显下降,燃烧持续期显著延长。随着甲醇在压缩行程中的喷入,缸内温度随甲醇的气化而逐渐降低,主燃烧时刻推迟。另外,由于甲醇量的增加,汽油部分混合气空燃比变稀,燃烧速度会有所降低,造成整体燃烧持续期延长。图3中虽然工况有所不同,但呈现出与图2相同的规律。可见,应用缸内喷射甲醇后,可以有效降低缸内的燃烧速度,有利于高负荷的拓展。

图4为不同负荷下RG对HCCI燃烧的燃烧中点(CA50,即50%累积放热率对应的时刻)和燃烧持续期(DOC)的影响。从图4可更清晰地看出相同负荷下随汽油比例的增加,燃烧时刻提前,燃烧持续期缩短的规律。另一方面,随着负荷的增加,主燃烧持续期逐渐缩短,主燃烧相位逐渐提前。这是因为随着负荷的增加,缸内混合气的浓度逐渐增加,燃烧速度有所增加。而内部EGR截留的废气温度也有所提高,造成整体燃烧相位提前。如果燃烧相位过于靠前就可能造成爆震,因此一定负荷下需要调整汽油比例来调整燃烧相位。

图5为不同负荷下RG对分层HCCI燃烧的最高燃烧压力(pmax)和最大压力升高率(maximum rate of pressure rise,MRPR)的影响。可以看出,相同负荷下随着汽油比例的增加,最高燃烧压力和最大压力升高率不断增加。一般而言,为了防止发动机爆震,HCCI燃烧的最大压力升高率不得高于0.50 MPa/ °CA。因此,一定负荷下汽油比例存在一定的上限,超过这个上限,HCCI燃烧将变得非常粗暴不可控制。由图5还可以看出,汽油比例的上限随着负荷的增加而不断减小。因此,为了拓展HCCI燃烧的高负荷,必须减小汽油的比例。

2.2汽油和甲醇燃油分层对HCCI排放的影响

HCCI分层燃烧的一个主要问题是排放恶化。采用汽油分层燃烧时随着分层比例的增加,CO排放与NOx排放会呈现出此消彼长的关系,不利于负荷的拓展[10]。

图6给出了CO和NOx排放随HCCI负荷及RG的变化规律(图中排放的浓度为体积分数)。可以看出,CO排放随着负荷的增加而不断增加,而负荷相同时CO排放随着汽油比例的增加而不断减少。采用这种分层的HCCI燃烧方式时,CO排放主要来源于外围的汽油未完全燃烧部分和中心区域形成的甲醇浓混合气区域。在相同负荷时,随着汽油比例的增加,混合气外围的汽油浓度增加,燃烧温度提高,CO氧化效率提高,因此CO排放有所降低。而随着负荷的增加,为了抑制爆震,中心区域喷射的甲醇量不断增加,形成局部过浓区域,部分甲醇不能完全氧化,CO生成增加。

从图6可以看出,随着负荷的增加,NOx排放增加;而相同负荷下,随着汽油比例的增加,NOx排放也会增加。NOx排放生成的主要影响因素是燃烧温度。前面分析中已经指出,相同负荷时随着汽油比例的增加,燃烧时刻会提前,而温度会有所增加,因此NOx排放均会有所增加。而随着负荷的增加,燃烧温度也会增加,因此NOx排放呈现出如图6所示的规律。从图6还可以看出,即使HCCI燃烧负荷增加到0.55 MPa,其NOx排放也只有20010-6左右,远远低于其他方式的HCCI燃烧[10]。可见,采用这种分层燃烧的方式有利于NOx排放的降低。

图7中给出了未燃碳氢(UHC)和未燃甲醇排放随负荷和RG的变化规律。可以看出,UHC排放随负荷的变化规律并不明显,而随汽油比例的增加不断增加。一般认为,HCCI燃烧中UHC的排放主要来源于壁面淬熄和缝隙效应。因此,UHC排放是随着汽油喷射量的增加而增加的。但在汽油甲醇分层HCCI燃烧中,汽油喷射量并不是随着负荷的增加而增加的,因此UHC排放随负荷变化规律并不明显。

未燃甲醇的排放主要来源于中心区域的甲醇混合气,中心区域的甲醇混合气越浓,温度越低,甲醇排放越高。因此,相同负荷下,随着汽油比例的增加,燃烧温度提高,甲醇喷射量减少,甲醇排放减少。而随着负荷的增加,甲醇的排放规律并不明显。原因可能是随着负荷的增加,甲醇的喷射量有所增加,但受燃烧温度升高甲醇氧化速度加快的影响,甲醇排放并不一定高。整体而言,即使采用较浓的甲醇分层混合气时,甲醇排放峰值也在40010-6以内。

由以上分析可知,采用汽油甲醇分层这种HCCI燃烧组织方式有利于常规排放的控制,而且非常规甲醇排放浓度水平也比较低。

2.3汽油和甲醇分层拓展HCCI高负荷的潜力

以上对汽油甲醇分层HCCI燃烧的燃烧和排放特性的分析可以看出,在汽油HCCI燃烧中增加甲醇分层有利于抑制爆震和降低NOx排放,有利于拓展HCCI燃烧高负荷。

图8中给出了分层HCCI燃烧的指示效率随负荷的变化规律。可以看出,一定的汽油甲醇分层比例只能在一定工况范围内稳定运转。纯汽油HCCI燃烧只能在0.40 MPa负荷下正常工作,超过这个负荷将进入爆震状态。为了向高负荷拓展,必须增加甲醇的喷射比例以抑制爆震。但一定负荷的HCCI燃烧指示效率随着汽油比例的增加呈现出先增加后减小的趋势。这是因为喷射甲醇过多时会造成燃烧相位的推迟,不利于整个循环热效率。而汽油比例过高时,燃烧相位过于提前,也不利于热效率。因此,一定的负荷工况存在一个最佳的汽油甲醇比例,以获得最佳的循环热效率。

图8中的虚线为随着负荷的增加优化的汽油甲醇分层比例。从中可以看出,整体而言,随着负荷的增加必须增加甲醇的比例。在保证循环热效率的前提下,采用汽油甲醇分层的HCCI燃烧方式的最大负荷可以拓展到0.62 MPa,比汽油HCCI燃烧时的最高负荷拓展了50%以上。

3结论

(1) 缸内压缩行程喷射甲醇在缸内形成低温的高辛烷值区域,能够有效降低缸内混合气的温度,推迟着火时刻,延长燃烧持续期,从而降低压力升高率和缸内最高燃烧压力,有利于拓展HCCI燃烧高负荷。

(2) 汽油甲醇分层HCCI燃烧体现出比汽油HCCI燃烧更优的排放特性。其中,CO排放随甲醇比例及负荷的增加而增加;UHC随汽油喷射量的增加而增加,但始终保持较低水平;NOx排放随甲醇的增加而减小,并始终保持在20010-6以下;未燃甲醇排放随甲醇喷射量的增加及燃烧温度的降低而增加,并始终保持在40010-6以内。

(3) 一定的负荷工况存在一个最佳的汽油甲醇比例以获得最优的指示效率和排放特性,而随着负荷的增加,需要增加甲醇比例以抑制爆震。

(4) 在最大压力升高率0.5 MPa/°CA和较高的指示效率的限制下,采用汽油和甲醇燃油分层的HCCI燃烧最高负荷可以拓展到0.62 MPa,比汽油HCCI燃烧高负荷高50%。

参考文献

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分层燃烧技术 第5篇

近年来, 随着缸内直喷式发动机 (GDI) 相比传统的进气道喷射式发动机 (PFI) 具有提高燃油经济性和降低排放等方面的优势, 已经引起国内外研究者的广泛关注。燃烧系统设计是缸内直喷式发动机开发中的关键技术之一。根据混合气形成方式的不同, GDI发动机主要分为壁面引导、喷雾引导和气流引导3种燃烧系统[1,2,3]。分层燃烧的实现通常是3种策略的结合。壁面引导中喷油器和火花塞的布置比较灵活, 可避免沾湿火花塞, 喷雾变形对循环变动影响较小, 且具有较宽广的分层范围, 因此, 目前应用较多, 如三菱[4]、日产[5]等公司开发的缸内直喷式发动机均采用此类燃烧系统;但壁面引导中活塞顶和气缸壁上的喷雾湿壁会导致HC和PM排放明显增加。喷雾引导比壁面引导具有更显著的经济性优势[6], 但油束和火花塞距离太近, 喷油定时和点火定时间隔太短, 可能会导致火花塞被液态燃油沾湿而造成积炭和点火困难;此外, 点火对火花塞的位置和喷雾锥角的循环变动都非常敏感, 很容易影响着火的稳定性。气流引导主要靠缸内有组织的气流运动与油束的相互作用在火花塞周围形成可燃混合气, 相比壁面引导和喷雾引导可以实现更高的燃烧效率, 但如何很好地组织气流运动是此类燃烧系统设计的难点。

文献[7,8]采用火花塞助燃法, 在1台单缸柴油机上开发了周向分层 (DICSC) 燃烧系统的灵活燃料发动机, 通过进气涡流和喷雾射流的共同作用形成分层混合气, 但燃烧系统对喷嘴型式、火花塞与油束相对位置等较为敏感。本文综合缸内直喷式发动机燃烧系统的开发[9,10,11,12,13,14], 借鉴DICSC系统, 利用甲醇燃料辛烷值高、火焰传播速度快的特点, 在4缸柴油机上研究开发了1种甲醇缸内直喷复合导流分层充量燃烧系统。

1 试验用发动机

试验用发动机的主要参数见表1。发动机增加点火系统和可变进气涡流系统。甲醇缸内直喷燃烧系统匹配的核心是甲醇喷雾及其与燃烧室导流的匹配, 使可燃混合气在恰当的时刻输运到火花塞附近被点燃, 从而形成稳定的火焰传播, 实现分层燃烧的目的。研究过程首先设计了几种形式的燃烧室, 通过数值模拟, 获得较佳的燃烧系统参数匹配。如图1所示:燃烧室柱状凹坑直径为70 mm, 深度为15 mm, 导流面高度h为13 mm, 导流面位置角度A为50°, 导流面与燃烧室垂直活塞销中心的夹角B为32°;甲醇喷雾的空间安排:θ为喷雾锥角;φ为油束中心向火花塞偏斜的角度;ψ为油束1与缸盖底面的夹角。试验设计使用了不同孔径、孔数和喷油夹角的多孔油嘴, 在压缩冲程后期将甲醇直接喷入气缸, 借助燃烧室导流面和进气涡流的引导以及喷雾射流的共同作用, 将可燃混合气引向火花塞, 使火花塞附近的混合气较浓, 燃烧室其他部分的混合气较稀, 从而形成易于点燃和火焰传播的分层混合气。

2 缸内混合气分层与流动

对气流运动、喷雾和混合气分层进行数值模拟, 对影响燃烧系统性能的主要参数进行初步优化。图2为20 °CA BTDC时, 碗形燃烧室底面上部12 cm截面处的气流运动图 (n=1 500 r/min, θfj=35 °CA, φ=30°, 每循环供油量为0.07 g) 。在导流面和喷雾引导的作用下, 计算得到可燃混合气此时以21.73 m/s到达火花塞间隙处, 处于可燃范围内。

图3为20 °CA BTDC时, 火花塞附近的甲醇浓度等值线分布图 (n=1 500 r/min, θfj=35 °CA, 每循环供油量为0.07 g) 。油束有偏斜时 (图3a) , 化学计量空燃比附近的可燃混合气在10～25 °CA BTDC时, 分布在火花塞间隙附近;而油束没有偏斜时 (图3b) , 由于没有油束引导, 所以火花塞间隙附近的可燃混合气很稀, 不能形成连续分布的由浓到稀的可燃混合气, 这将导致火焰的不稳定传播或失火。试验结果表明:此时发动机的有效热效率仅为10 %～13 %。

甲醇缸内直喷发动机采用火花点火的方式组织燃烧, 过高的涡流比会使火核的形成难度加大, 所以一般需要较低的涡流比。图4为不同曲轴转角时刻缸内甲醇气相浓度和温度分布随涡流比的变化图 (θfj=35 °CA, θig=20 °CA, n=1 500 r/min, 每循环供油量为0.07 g) 。由图4a可见:随着涡流比Ω的增加, 浓混合气区域越来越接近于燃烧室的中心区域, 而且过高的涡流比也使混合气的浓度降低, 这就很难保证火核的形成和火焰的传播。由图4b可见:在3种不同的涡流比下, 火焰都能够沿着涡流传播;当涡流比为3时, 高温区仅能够分布在靠近燃烧室壁面的外围部分, 而不能沿着径向扩展, 这与图4a中的浓度场分布是不一致的;而当涡流比为1时, 温度场的分布与浓度场的分布吻合得较好。

3 发动机分层充量燃烧特性

通过发动机试验进一步优化燃烧系统参数, 并反馈数值模拟计算。发动机测试结果表明:喷孔直径为0.31 mm、θ=90°、φ=30°的6孔喷嘴现阶段比其他喷嘴性能更好。因此, 如无特别说明, 试验中均采用这种喷嘴。由优化试验得出该甲醇发动机在不同工况下折衷的最优参数为:Ω=1.1, θfj=36 °CA, VOP=14 MPa, MBT=13～18 °CA。具体优化方法和试验结果, 参见文献[15]。

3.1 分层充量燃烧放热规律

燃烧始点定义为燃烧10 %燃油量对应的曲轴转角。图5的燃烧分析结果表明:1 500 r/min时的不同负荷下, 分层充量的燃烧始点基本相同, 说明分层混合气在进气涡流、喷雾射流、导流面的共同作用下可稳定燃烧, 燃烧系统显示了良好的性能。同时还可以看出:1 500 r/min、高负荷时, 放热速率变快, 燃烧持续时间缩短。这是因为混合气随着负荷的增大而变浓, 火焰传播速度随之加快, 使得燃烧持续期变小。

3.2 分层充量燃烧稀燃特性

分层充量燃烧对汽油机热效率的影响主要是通过增加缸内平均过量空气系数 (ϕa) 来实现的。过量空气系数的增加可以减少汽油机在部分负荷工况的泵气损失, 同时也增加了混合气的比热, 提高热效率。

图6为不同转速负荷特性下过量空气系数的变化情况。由图6可见:发动机在ϕa=1.58～2.23的范围内稳定运行。这说明本文设计的燃烧系统经过参数优化后, 较好地解决了着火可靠性问题, 在宽广的转速和负荷范围内, 能保证可燃混合气正常点燃和火焰稳定传播, 通过分层燃烧的方式实现了发动机在部分负荷时燃用稀薄混合气, 提高了发动机的经济性。

3.3 分层充量燃烧热效率

图7为甲醇发动机与原机有效热效率 (ηet) 对比曲线。由图7可见:在1 500 r/min时, 甲醇发动机的有效热效率比原柴油机大约低7 %, 这与文献[7,8]的试验结果一致。由于甲醇的热值低, 以及原机高压油泵循环供油量的限制, 甲醇发动机未能恢复原机动力性能, 但热效率仍保持较高水平, 在1 500 r/min、平均有效压力为0.45 MPa时扭矩为135 Nm (同工况下原柴油机的65.5 %) , 此时发动机热效率达到29.7 %, 高于一般汽油机水平。

低负荷时, 应该用节气门来控制进气涡流, 否则甲醇缸内直喷式发动机在非常低的负荷条件下, 工作会变得不稳定。这是因为高的涡流速度不利于火核的稳定形成, 从而使热效率降低, 因此, 下一步的研究应该更好地匹配涡流运动。

3.4 燃烧循环变动

平均指示压力循环变动系数 (COVimep) 是评价燃烧稳定性和车辆驱动性的主要参数, 一般认为该值不应超过10 %[16]。图8为发动机各工况下平均指示压力的循环变动情况。

COVimep在各转速下均低于10 %。在转速相同的情况下, COVimep随负荷的减小而增加;这主要是因为低负荷时燃烧室内的混合气浓度和温度均较低, 燃料的滞燃期延长, 使COVimep变大。COVimep随发动机转速的增加而升高;这是因为随着转速的升高, 燃烧室内的气流运动增强, 虽然较强的气流运动有助于混合气的形成和火焰的传播, 但是较大的气流运动也会使混合气的浓度变稀, 火花塞间隙附近的气流速度升高, 这必然会导致发动机循环变动的增加。

图9为1 500 r/min时, 发动机平均指示压力 (pi) 随循环次数N的分布图。当pme为0.45 MPa和0.32 MPa时, COVimep分别为4.62 % 和7.62 %。图中横线代表pi的平均值, 分别为0.71 MPa 和0.42 MPa。 由图9可见:pi均匀地分布在平均值的两侧, 说明所开发的甲醇缸内直喷发动机燃烧稳定, 循环变动小。从pi的大小也可以明显看到, 发动机在连续的100个工作循环中, 没有失火现象发生。

4 结论

(1) 对导流面位置、油束的空间分布、涡流比、喷油和点火定时、喷油器启喷压力等影响充量分层燃烧系统性能的主要参数进行数值模拟和试验优化后, 发动机可以在宽广的工况范围内稳定运行, 平均指示压力的循环变动均小于10 %, 符合设计要求。发动机可以在过量空气系数为1.58～2.23的范围内稳定工作。

(2) 该燃烧系统对涡流比很敏感, 过高或过低的涡流比均不利于可燃混合气的形成和火焰的稳定传播, 从而降低发动机的热效率。

(3) 该甲醇缸内直喷发动机在1 500 r/min、不同负荷下, 分层充量的燃烧始点基本相同;高负荷时放热速率变快, 燃烧持续时间缩短。