CN102913898A - 一种在前后墙对冲燃烧锅炉中的燃尽风布置方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在前后墙对冲燃烧锅炉中的燃尽风布置方式，锅炉燃烧方式为前后墙对冲燃烧型式，燃尽风采用切圆方式送入。所述前后墙对冲燃烧型式的锅炉包括前后墙对冲燃烧锅炉，以锅炉长边对称中心线为界将所述燃尽风分为两组，每组设有4-5只燃尽风喷嘴；每组燃尽风喷嘴射出燃尽风中心线与同一个假想椭圆相切，且两组椭圆的旋转方向相反，一个为逆时针旋转，另一个为顺时针旋转。所述燃尽风为高速直流式燃尽风，燃尽风喷嘴采用上下、左右摆动的全摆动型式。这种在前后墙对冲燃烧锅炉中的燃尽风布置方式有利于加强燃尽风与上升烟气的混合、增加烟气行程和燃料在炉内的停留时间，显著降低锅炉NOx排放量，有效抑制锅炉飞灰含碳量和减温水量的增加。

Description

一种在前后墙对冲燃烧锅炉中的燃尽风布置方式

技术领域

本发明涉及一种燃尽风布置方式，尤其涉及一种在前后墙对冲燃烧锅炉中采用双切圆送入方式的燃尽风布置方式，属于电站锅炉低氮燃烧技术领域。

 

背景技术

目前，大型煤粉燃烧锅炉中主要采用的燃烧方式有四角切圆燃烧方式和前后墙对冲燃烧方式。

在四角切圆燃烧方式中，从布置于炉膛四角的直流式燃烧器喷出的气流（燃料和配风）轴线与炉膛中心的一个或多个假想圆相切，燃烧形成的火焰和产生的烟气在炉膛中旋转上升，在炉膛断面上四角火焰相互作用形成一个大的“火球”。这种燃烧方式具有炉内整体组织配风、火焰相互支持的特点，并且还具备气体混合强烈、烟气行程较长的优点，这种燃烧型式的炉膛断面近似正方形。

在前后墙对冲燃烧方式中，圆形旋流燃烧器布置在炉膛前墙和后墙水冷壁上，前后墙上数量对等的燃烧器中各有一只燃烧器位于同一轴线上，每个燃烧器单独组织配风、火焰相对独立；同一面墙上的各股火焰之间互不干扰，前后墙上同一轴线上的两个燃烧器的火焰尾部在炉膛中部对冲后折向向上流动。这种燃烧方式具有炉膛断面上热负荷分布较为均匀的优点，但是，在同样的炉膛燃尽高度下与四角切圆燃烧方式相比较，该前后墙对冲燃烧方式的炉内烟气后期混合较差、烟气行程相对较短，若燃烧用空气不能及时给入并与燃料充分混合，则会延迟燃料的燃烧过程并影响炉膛吸热，这种燃烧型式的炉膛断面为长方形，且长宽比较大。

燃烧型式与燃料、锅炉型式和其他很多因素相关，在设计初期确定，锅炉建成运行后难以再对其燃烧型式进行根本上的改变。

煤炭的燃烧会产生大量的氮氧化物气体，氮氧化物的排放会造成大气环境的严重污染；目前，已有的控制常规燃煤电站锅炉NO_X排放的措施主要分为低NO_X燃烧技术和烟气净化技术；其中，低NO_X燃烧技术投资、运行费用少，可降低NOx排放浓度40％～60％；而烟气净化技术脱硝效率高，但初投资和运行费用高。锅炉NO_X生成量的减少会显著降低尾部脱销装置的投资和运行成本，因此控制燃煤锅炉NOx排放量都要首先采用NO_X燃烧技术或进行低NOx燃烧改造。

为满足日益严格的环保要求，许多早期投运的锅炉均有低氮燃烧的改造要求，这些锅炉主要为亚临界四角切圆燃烧锅炉、亚临界前后墙对冲燃烧锅炉和亚临界“W”型火焰燃烧锅炉；为降低早期锅炉的NOx排放量，在原燃烧器上方增设燃尽风已成为普遍采用的有效手段和重要手段。目前，四角切圆燃烧方式的锅炉新增燃尽风仍然采用切圆送入的方式，前后墙对冲燃烧方式锅炉新增燃尽风仍采用前后墙对冲送入的方式。

在原燃烧器上方增设燃尽风后，下部主燃区供风量减少，即燃烧所需的空气延迟供给，造成煤粉着火和燃尽延迟。对于改造工程，由于炉膛高度和原燃烧器布置位置不变，而燃料的燃尽空间，即对应新增燃尽风到炉膛出口的距离还会减少，在上述两个因素的共同作用下，低氮燃烧改造会造成炉膛出口烟温、锅炉减温水量及飞灰含碳量的增加和屏式受热面管壁超温，当这些变化较大时将对改造后锅炉运行的安全性和经济性产生影响。四角切圆燃烧锅炉由于烟气后期混合强烈、烟气行程相对较长，因此这些变化在低氮燃烧改造后并不明显；但对于前后墙对冲燃烧锅炉，由于烟气后期混合较差、烟气行程相对较短，这些变化在新增燃尽风采用前后墙对冲送入方式的低氮燃烧改造后显得特别突出，并已成为这种类型锅炉低氮燃烧改造较大的技术障碍。

虽然业界对亚临界前后墙对冲燃烧锅炉通过增设燃尽风来降低锅炉NOx排放量的同时能减少锅炉减温水量和飞灰含碳量的增加已经做过大量的研究和许多尝试，但所采取的手段均局限于原燃烧器的局部结构和局部配风上，但这些尝试收效甚微，即便能降低飞灰含碳量和锅炉减温水量也是以牺牲NOx排放为代价。

因此，目前还没有一种有效的方式出现，能够有效解决目前存在的技术难题。

 

发明内容

本发明的目的在于：提出一种在前后墙对冲燃烧锅炉中采用双切椭圆送入方式的燃尽风布置型式，专门针对前后墙对冲燃烧锅炉长方形炉膛的低氮燃烧改造而设，解决早期亚临界前后墙对冲燃烧锅炉的低氮燃烧改造过程中，采用前后墙对冲送入燃尽风的方式，由于其烟气后期混合较差、烟气行程相对较短，造成低氮燃烧改造后炉膛出口烟温、锅炉减温水量及飞灰含碳量增加以及屏式受热面管壁超温，对改造后锅炉运行安全性和经济性产生不利影响的技术问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种在前后墙对冲燃烧锅炉中的燃尽风布置方式，锅炉燃烧方式为前后墙对冲燃烧型式，燃尽风采用切圆方式送入。

作为一种优选方式，所述前后墙对冲燃烧型式的锅炉包括前后墙对冲燃烧锅炉，所述锅炉炉膛为长方形，以锅炉长边对称中心线为界将所述燃尽风分为两组，每组设有4-5只燃尽风喷嘴；燃尽风采用切圆方式送入是指：每组燃尽风喷嘴射出燃尽风中心线与同一个假想椭圆相切，且两组椭圆的旋转方向相反，一个为逆时针旋转，另一个为顺时针旋转。

作为进一步优选，所述燃尽风为高速直流式燃尽风，燃尽风喷嘴采用上下、左右摆动的全摆动型式。

作为进一步优选，锅炉炉膛内设有数层煤粉燃烧器，燃尽风设于位于顶层的煤粉燃烧器中心线之上。

作为进一步优选，燃尽风设于顶层煤粉燃烧器中心线之上6m-7m处，其风率为25％～30％，喷口出口处风速为60m/s～70m/s。

作为进一步优选，在锅炉后墙燃尽风标高区域、锅炉中心线处布置有贴壁风。

作为进一步优选，在每个燃尽风的入口处设置有风门调节挡板和执行器。

作为进一步优选，在每个燃尽风风道上设置用于测试入口风速的测风装置。

本发明的形成原理为：在原前后墙对冲燃烧锅炉煤粉燃烧器之上的长方形炉膛四面墙上采用双切椭圆送入方式布置燃尽风，燃尽风为直流式，以锅炉对称中心线为界分为两组，每组的燃尽风气流轴线与炉膛中的一个假想椭圆相切，高速的直流燃尽风带动炉内上升烟气旋转，燃尽风与上升烟气的混合更加强烈，混合均匀性与传统的燃尽风布置方式相比显著改善，同时由于烟气旋转上升增加了烟气在炉内的行程，因而还增加了燃料在炉内的停留时间，有利于煤粉的燃尽和炉膛吸热，可抑制炉膛出口烟温及过热器减温水量的上升。

与现有技术相比，本发明的有益效果：在前后墙对冲燃烧锅炉中采用切圆送入方式的燃尽风布置，可以取得以下有益效果：

1.显著减少锅炉NOx排放量以及排污产生的费用，具有良好的社会效益和经济效益。

2.明显改善燃尽风与上升烟气的混合均匀性，有利于提高未燃尽煤粉的燃烧反应速度；

3.在炉膛高度不变的情况下，可增加烟气行程和未燃尽煤粉在炉内的停留时间，有利于煤粉的燃尽和增加炉膛吸热，抑制锅炉减温水量的增加，防止屏式受热面结焦和管壁超温，从而保证低氮燃烧改造后锅炉运行的安全性和经济性；

4.可方便的调节燃尽风风量、燃尽风与上升烟气的混合位置和燃尽风切圆的大小和位置，使锅炉在运行中能够在降低锅炉NO_X排放量、飞灰含碳量和锅炉减温水量之间获得最佳综合效果，并能防止高温烟气冲刷水冷壁，减少由于烟气残余旋转引起的炉膛出口两侧烟温偏差。

5.炉内火焰充满度更好，炉膛断面上热负荷分布更加均匀，有利于锅炉水循环和水冷壁管子的安全运行。

 

附图说明

图1是本发明燃尽风布置方式的示意图；

图2是本发明燃尽风结构示意图；

图3是图2的俯面结构示意图；

图4是炉膛出口标高位置炉膛断面上的烟气流场图。

其中1-锅炉炉膛、   2-燃尽风喷嘴、   3-从燃尽风喷嘴射出燃尽风的中心线、   4-假想椭圆、   5-风门调节挡板和执行器、   6-测风装置。

 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

如图1-3所示，一种在前后墙对冲燃烧锅炉中的燃尽风布置方式，锅炉燃烧方式为前后墙对冲燃烧型式，燃尽风采用切圆方式送入。所述前后墙对冲燃烧型式的锅炉包括前后墙对冲燃烧锅炉，所述锅炉炉膛1为长方形，以锅炉长边对称中心线为界将所述燃尽风分为两组，每组设有4-5只燃尽风喷嘴2；燃尽风采用切圆方式送入是指：每组燃尽风喷嘴2射出燃尽风中心线3与同一个假想椭圆4相切，且两组椭圆的旋转方向相反，一个为逆时针旋转，另一个为顺时针旋转；所述燃尽风为高速直流式燃尽风，燃尽风喷嘴2采用上下、左右摆动的全摆动型式；该全摆动形式主要是通过在喷嘴的喷口设置水平摆动结构21和垂直摆动机构22来实现，通常来说，普通锅炉中采用燃尽风喷嘴的喷口都是仅单水平或者单垂直摆动，在本发明中，采用上下、左右全摆动的形式可以增加进风后混合的均匀度。该燃尽风设置的位置及要求为：锅炉炉膛内设有数层煤粉燃烧器，燃尽风设于位于顶层的煤粉燃烧器中心线之上；燃尽风设于顶层煤粉燃烧器中心线之上6m-7m处，其风率为25％～30％，喷口出口处风速为60m/s～70m/s。在锅炉后墙燃尽风标高区域、锅炉中心线处布置有贴壁风；在每个燃尽风的入口处设置有风门调节挡板和执行器5；在每个燃尽风风道上设置用于测试入口风速的测风装置6。

本发明的具体实现过程如下：

在原燃烧器之上合适距离处的炉膛四面墙上布置燃尽风，燃尽风为直流式，各燃尽风气流轴线方向与炉膛中的一个或两个假想圆相切，由于前后墙对冲燃烧锅炉的炉膛长宽比较大，为实现燃尽风的合理布置，假想切圆采用椭圆。当炉膛断面尺寸较大时，为尽可能保证燃尽风与上升烟气的均匀混合、提高炉膛中火焰的充满程度以及使炉膛断面上的热负荷分布更加均匀，整个炉膛可分为两个切椭圆区域；这样还有利于减少由于烟气残余旋转引起的炉膛出口两侧烟温偏差。

实施例1：

以某600MW亚临界前后墙对冲燃烧锅炉的低氮燃烧改造为例。

首先，在最上层煤粉燃烧器中心线之上6m的位置新增一层燃尽风，该燃尽风的风率控制为25％。

该层燃尽风由10个燃尽风喷嘴喷口喷射形成的10个燃尽风组成，该10个喷嘴喷口的设置位置为：10个喷嘴分为两组，每组5个，每组燃尽风的喷口间隔一定距离设置，且喷口的中心线方向能够相切于某个假想的切椭圆。具体实施时，该10个喷嘴喷口的具体布置位置和角度是根据锅炉的具体结构结合数值模拟计算结果最终确定的，其设置的位置保证了合适的切圆大小和位置，保证烟气具有足够的旋转强度，炉膛出口烟温满足要求，同时炉膛断面上烟温分布均匀，高温烟气不刷墙。10个喷嘴喷口所形成的燃尽风在炉膛断面上的布置方式采用双切椭圆的布置方式，并且，两个椭圆旋转方向相反，一个为逆时针旋转，一个为顺时针旋转，以保证两个旋转气流在炉膛中心区域不会相互干扰，其形成后的气流如图4所示。

燃尽风采用高速直流风型式，喷口出口处设计风速为65m/s，保证了燃尽风具有足够的动量能带动上升烟气旋转。

为调节燃尽风与上升烟气的混合位置，所有燃尽风喷口均可上下垂直摆动；为调节燃尽风切椭圆大小和位置，所有燃尽风喷口均可水平摆动；保证了燃尽风在运行中具有足够的调节手段，使锅炉运行处于最佳综合状态。

每个燃尽风入口处设置风门调节挡板和挡板执行器，风量通过风门挡板开度调节，每个燃尽风风道上设置用于测试入口风速的测风装置，保证每个燃尽风的风量单独可调。这些调节手段有利于锅炉运行时在降低锅炉NOx排放量、飞灰含碳量、锅炉减温水量和防止高温烟气冲刷水冷壁以及减少由于烟气残余旋转引起的炉膛出口两侧烟温偏差等之间取得最佳的综合效果。

因此，这种新型燃尽风布置方式不但可用于早期前后墙对冲燃烧方式锅炉的低氮燃烧改造，也可用在采用前后墙对冲燃烧方式的新锅炉的设计上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种在前后墙对冲燃烧锅炉中的燃尽风布置方式，其特征在于：锅炉燃烧方式为前后墙对冲燃烧型式，燃尽风采用切圆方式送入。

2.如权利要求1所述的在前后墙对冲燃烧锅炉中的燃尽风布置方式，其特征在于：所述前后墙对冲燃烧型式的锅炉包括前后墙对冲燃烧锅炉，所述锅炉炉膛为长方形，以锅炉长边对称中心线为界将所述燃尽风分为两组，每组设有4-5只燃尽风喷嘴；燃尽风采用切圆方式送入是指：每组燃尽风喷嘴射出燃尽风中心线与同一个假想椭圆相切，且两组椭圆的旋转方向相反，一个为逆时针旋转，另一个为顺时针旋转。

3.如权利要求2所述的在前后墙对冲燃烧锅炉中的燃尽风布置方式，其特征在于：所述燃尽风为高速直流式燃尽风，燃尽风喷嘴采用上下、左右摆动的全摆动型式。

4.如权利要求3所述的在前后墙对冲燃烧锅炉中的燃尽风布置方式，其特征在于：锅炉炉膛内设有数层煤粉燃烧器，燃尽风设于位于顶层的煤粉燃烧器中心线之上。

5.如权利要求4所述的在前后墙对冲燃烧锅炉中的燃尽风布置方式，其特征在于：燃尽风设于顶层煤粉燃烧器中心线之上6m-7m处，其风率为25％～30％，喷口出口处风速为60m/s～70m/s。

6.如权利要求1-5中任一权利要求所述的在前后墙对冲燃烧锅炉中的燃尽风布置方式，其特征在于：在锅炉后墙燃尽风标高区域、锅炉中心线处布置有贴壁风。

7.如权利要求1-5中任一权利要求所述的在前后墙对冲燃烧锅炉中的燃尽风布置方式，其特征在于：在每个燃尽风的入口处设置有风门调节挡板和执行器。

8.如权利要求1-5中任一权利要求所述的在前后墙对冲燃烧锅炉中的燃尽风布置方式，其特征在于：在每个燃尽风风道上设置用于测试入口风速的测风装置。

Images