CN110160039A - 燃烧器顶置煤粉锅炉及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧器顶置煤粉锅炉及其控制方法。燃烧器顶置煤粉锅炉包括前墙、中间墙、后墙、两个侧墙以及顶棚，顶棚上设有煤粉燃烧器，所述锅炉具有炉膛与尾部烟道，且炉膛与尾部烟道之间在前后方向上通过设置在中间墙下部的通道连通，其中：炉膛底部和/或尾部烟道底部设置有布风装置。通过布风装置提供的炉底三次风，可起到担当减少NOx排放的燃尽风和/或防止飞灰堆积的输送风的作用。

Description

燃烧器顶置煤粉锅炉及其控制方法

技术领域

本发明的实施例涉及锅炉领域，尤其涉及燃烧器顶置煤粉锅炉及其控制方法。

背景技术

我国在用燃煤工业锅炉达46.7万台，70％以上为炉排炉，总容量达178万蒸吨，年消耗原煤约7亿吨，占全国煤炭消耗总量的18％以上。燃煤工业锅炉污染物排放强度较大，是重要污染源，年排放烟尘、二氧化硫、氮氧化物分别约占全国排放总量的33％、27％和9％。

现有的煤粉工业锅炉包括卧式锅炉和立式锅炉，卧式锅炉主要用于20t/h等级以下锅炉，立式锅炉可用于35t/h及以上的锅炉。在立式锅炉中，煤粉燃烧器可布置在炉膛顶部，煤粉在炉膛内下行燃烧，煤粉燃烧的热量传递给炉膛四周的水冷壁，炉膛底部设置排渣口和水封槽，高温灰进入水封槽急冷后由刮板机排出。这种结构的优点是煤粉燃烧的飞灰易于从炉膛排出，炉内不积灰。但缺点是：1)炉底排灰量大，进入水封槽的湿灰难以处理利用；2)炉底温度一般在800℃以上，炉底排出的高温灰物理显热难以利用，锅炉热效率低；3)炉底结构复杂，炉膛底部需要水封槽和涝渣机等设备，炉膛高度增加，投资成本增大；4)锅炉烟气NOx原始排放浓度一般为300-450mg/m³，NOx原始排放高。

发明内容

为缓解或解决燃烧器顶置煤粉锅炉热效率低的问题、投资成本高的问题和NOx排放高的问题中的至少一个方面，提出本发明。

根据本发明的实施例的一个方面，本发明提出一种燃烧器顶置煤粉锅炉，包括前墙、中间墙、后墙、两个侧墙以及顶棚，顶棚上设有煤粉燃烧器，所述锅炉具有炉膛与尾部烟道，且炉膛与尾部烟道在前后方向上通过设置在中间墙下部的通道连通，尾部烟道上部设有烟气出口，其中：

炉膛底部和/或尾部烟道底部设置有布风装置。

可选的，所述布风装置为带有风帽和风室的布风板；所述布风装置用于通入三次风。

可选的，炉膛底部和尾部烟道底部均设置布风装置；所述炉膛由前墙、中间墙、两个侧墙、顶棚及布风板围合而成，所述尾部烟道由中间墙、后墙、两个侧墙、顶棚及布风板围合而成。

可选的，前墙下部和后墙下部均朝向中间墙向下倾斜设置。

可选的，所述前墙下部与布风板的夹角以及所述后墙下部与布风板的夹角小于150度，优选为小于135度。

可选的，所述前墙下部和/或后墙下部设置有布风装置。

可选的，所述尾部烟道底部设置有布风装置，所述布风装置为带有风室和风帽的布风板；所述炉膛由前墙、中间墙、两个侧墙、顶棚围成向下开口的空间；所述尾部烟道由中间墙、后墙、两个侧墙、顶棚及布风板围合而成。

可选的，后墙下部向中间墙向下倾斜设置。可选的，所述后墙下部与布风板的夹角小于150度，优选为小于135度。

可选的，所述后墙下部设置有布风装置。

根据本实施例的另一方面，提出一种燃烧器顶置煤粉锅炉的控制方法，包括步骤：

向炉膛内加入煤粉；

向炉膛内通入一次风、二次风和三次风；

其中，至少一部分三次风通过设置于炉膛底部和/或尾部烟道底部的布风装置通入。

可选的，还有一部分三次风通过设置在炉膛前墙下部和/或后墙下部的布风装置通入。

可选的，通过控制通入炉膛的一次风、二次风和三次风的风量，使炉膛内保持还原性气氛；通过控制通入尾部烟道的三次风的风量，使煤粉在尾部烟道充分燃尽。

可选的，一次风量占总燃烧用风量的比例在10-30％之间，二次风量占总燃烧用风量的比例可在30-50％之间，通过炉膛前墙下部和后墙下部布风装置通入的三次风量占总燃烧用风量的比例在10-30％之间，通过炉膛底部和尾部烟道底部的布风装置通入的三次风量占总燃烧用风量的比例在10-30％之间。

根据本发明的实施例的再一方面，提出了一种燃烧器顶置煤粉锅炉，包括前墙、中间墙、后墙、两个侧墙以及顶棚，所述锅炉具有炉膛与尾部烟道，且炉膛与尾部烟道之间在前后方向上通过设置在中间墙下部的通道连通，其中：前墙下部和后墙下部设置有布风装置，所述前墙下部和所述后墙下部均朝向中间墙向下倾斜设置。可选的，所述布风装置用于通入三次风。

附图说明

图1为根据本发明的一个示例性实施例的燃烧器顶置煤粉锅炉的示意图；

图2为图1中的燃烧器顶置煤粉锅炉的炉膛下部俯视图；

图3为根据本发明的另一个示例性实施例的燃烧器顶置煤粉锅炉的示意图；

图4为根据本发明的还一个示例性实施例的燃烧器顶置煤粉锅炉的示意图；

图5为根据本发明的再一个示例性实施例的燃烧器顶置煤粉锅炉的示意图；

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

下面参照图1-2描述根据本发明的一个示例性实施例。

从图1-2可以看出一种示例性实施例的燃烧器顶置煤粉锅炉的主体部分，包括：炉膛前墙51、中间墙52、后墙53、侧墙54和侧墙55、顶棚56。

如图1所示，锅炉还包括位于底部的布风板7，中间墙52的投影落在布风板7内。

炉膛前墙51、中间墙52、侧墙54、侧墙55，以及顶棚56、布风板7围合成炉膛4。顶棚56上设有煤粉燃烧器41。

中间墙52、后墙53、侧墙54、侧墙55，以及顶棚56、布风板7围合成尾部烟道6。后墙53上部设有烟气出口。

炉膛4与尾部烟道6通过中间墙52下部的通道相连通，本实施例中该通道由中间墙的水冷壁管局部拉稀构成。

前墙51与布风板7的夹角小于135℃，后墙53与布风板7的夹角小于135℃。

布风板7上设有风帽71，布风板7下方设有风室72和风室73，分别对应炉膛底部和尾部烟道底部；可选的，布风板下也可以只设一个整体的风室。

尾部烟道6中可安装旗式受热面61或其它烟气热量回收部件。

燃烧器包括一次风管1和二次风管2。风室72与三次风管3相连，适于使三次风通过风室72、风帽71进入炉膛4和尾部烟道6。可选的，炉膛侧墙54和侧墙55上也设有三次风管3，可以为对冲布置，也可以切圆布置，图1示出了对冲布置的情况；侧墙三次风也可以分多层设置。

该煤粉锅炉运行时：

通过燃烧器41向炉膛内喷入煤粉和一次风，通过燃烧器或直接向炉膛内通入二次风，三次风可以通过设置于侧墙、炉底、前后墙下部的布风装置通入炉膛及尾部烟道，三次风可以为空气，或空气与再循环烟气的混合气体。其中，从侧墙通入的为常规三次风，从炉膛和尾部烟道底部以及前后墙下部通入的三次风为本发明专利的创新之处。

煤粉在炉膛内下行燃烧，产生的飞灰向下运动，在炉膛底部三次风的流化作用下，飞灰可顺利通过炉膛中间墙下部通道，跟随烟气进入尾部烟道向上流动，并与布置在尾部烟道中的换热面进行热量交换，减少飞灰在炉底的沉积或飞灰从炉底排出的热量损失，提高了锅炉热效率；同时，由于炉膛前墙51和后墙53与布风板的夹角小于135℃，避免了飞灰沉积在炉膛前后墙下部倾斜部；通过设置于炉膛前后墙下部的布风装置通入少量三次风，还可进一步的避免飞灰在前后墙下部倾斜部的沉积。

由于上述设置，本发明适用的煤粉粒径范围可较常规煤粉锅炉大大放宽，可从常规的70～120μm放宽至70-300μm，因为较大的煤粉颗粒可在炉膛底部形成呈鼓泡流态化的床层，延长了其在炉内的停留时间，待其随着进一步的燃烧、粒径变小后，可随烟气进入尾部烟道，不会形成飞灰沉积。

炉底三次风的另一大作用是降低烟气中的NOx浓度：通过将炉膛内控制为还原性气氛，即一次风、二次风及通过炉膛侧壁及炉膛前后墙下部通入的三次风的总量少于理论燃烧空气量；然后通过经炉膛底部和尾部烟道底部的布风装置通入的三次风(简称炉底三次风)来使锅炉总燃烧空气量超过理论燃烧空气量、保证煤粉的充分燃尽，尾部烟道也恰好可以起到燃尽室的作用，从而使煤粉燃烧的NOx排放大幅度降低，可比常规煤粉燃烧工业锅炉降低80～90％以上。在可选的实施例中，一次风量占总风量比例在10-30％之间，二次风比例可在30-50％之间，炉膛侧壁及炉膛前后墙下部通入的三次风比率可在10-30％之间，炉底三次风比率可在10-30％之间。一次风、二次风、三次风的比率与燃烧器形式和煤种有关。例如，一次风比例10％，二次风比例50％，炉膛侧壁及炉膛前后墙下部通入三次风比例10％之间，炉底三次风比例30％。再如，一次风比例30％，二次风比例30％，炉膛侧壁及炉膛前后墙下部通入三次风比例30％之间，炉底三次风比例10％。又如，一次风比例20％，二次风比例40％，炉膛侧壁及炉膛前后墙下部通入三次风比例20％，炉底三次风比例20％。

煤粉燃烧的飞灰经过换热后进入系统尾部的布袋除尘器收集，收集的飞灰为干灰，便于运输和利用，炉底取消了水封槽和刮板机，彻底不外排湿灰，简化了设备结构，保障了系统稳定安全。煤粉在炉膛内燃烧过程中，通过分级配风形式控制炉膛燃烧温度，避免煤粉燃烧中飞灰的粘结。

在本示例性实施例中：

1)煤粉燃烧的飞灰不需要从炉底排出，而是全部进入尾部烟道、参与热量交换后再以干灰形式排出系统，提高了锅炉热效率；

2)炉膛底部无需设置排灰水封槽和刮板机等设备，系统结构简化，炉膛高度降低，减少锅炉制造和安装成本，系统运行稳定性和可靠性提高；

3)煤粉燃烧采用分级配风形式，炉底配风既担当了燃尽风又担当了防止飞灰堆积的输送风双重作用，炉膛内全空间实现了还原性气氛，可大幅度降低煤粉燃烧的NOx排放水平，可直接一步实现煤粉燃烧的NOx超低排放；

4)煤粉粒径范围可以放宽至70-300μm，减少了磨煤电耗。

下面参照图3描述根据本发明的另一个示例性实施例。该实施例与图1中的实施例的区别在于：在图3中，前墙下部、炉膛底部和后墙下部均设置带风帽和风室的布风板，三个风室内单独供风，风帽与布风板垂直布置。

下面参照图4描述根据本发明的还一个示例性实施例。图4中，前墙下部设置风帽，炉膛底部和后墙下部设置风帽，前墙底部、炉膛底部和后墙下部分别设置3个风室，每个风室内单独供风。图4中，前墙底部的风帽水平安装，后墙底部的风帽竖直安装。

基于以上布置，在图3-4的实施例中：

1)炉膛底部采用多个风室供风，炉底供风量易于控制和调节，不同区域的风量分配根据炉膛温度进行调整；

2)炉底全截面供风，彻底消除炉底沉粉问题。

下面参照图5描述根据本发明的再一个示例性实施例。该实施例中：炉膛底部设大灰斗和水封槽，尾部烟道底部没有灰斗与水封槽而是设置三次风布风装置。此外，二次风不通过燃烧器通入炉膛，而是通过设置于顶棚55的布风装置通入，布风装置为带风帽和风室的布风板，也可以为布风管。

虽然没有示出，也可以在前墙下部和后墙下部设置三次风布风装置，以实现NOx排放降低，所述前墙下部和所述后墙下部均朝向中间墙向下倾斜设置。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化、要素组合，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (16)

1.一种燃烧器顶置煤粉锅炉，包括前墙、中间墙、后墙、两个侧墙以及顶棚，顶棚上设有煤粉燃烧器，所述锅炉具有炉膛与尾部烟道，且炉膛与尾部烟道在前后方向上通过设置在中间墙下部的通道连通，尾部烟道上部设有烟气出口，其中：

炉膛底部和/或尾部烟道底部设置有布风装置。

2.根据权利要求1所述的锅炉，其中：

所述布风装置为带有风帽和风室的布风板；所述布风装置用于通入三次风。

3.根据权利要求2所述的锅炉，其中：

炉膛底部和尾部烟道底部均设置布风装置；

所述炉膛由前墙、中间墙、两个侧墙、顶棚及布风板围合而成，所述尾部烟道由中间墙、后墙、两个侧墙、顶棚及布风板围合而成。

4.根据权利要求3所述的锅炉，其中：

前墙下部和后墙下部均朝向中间墙向下倾斜设置。

5.根据权利要求4所述的锅炉，其中：

所述前墙下部与布风板的夹角以及所述后墙下部与布风板的夹角小于150度，优选为小于135度。

6.根据权利要求4所述的锅炉，其中：

所述前墙下部和/或后墙下部设置有布风装置。

7.根据权利要求2所述的锅炉，其中：

所述尾部烟道底部设置有布风装置，所述布风装置为带有风室和风帽的布风板；

所述炉膛由前墙、中间墙、两个侧墙、顶棚围成向下开口的空间；

所述尾部烟道由中间墙、后墙、两个侧墙、顶棚及布风板围合而成。

8.根据权利要求7所述的锅炉，其中：

后墙下部向中间墙向下倾斜设置。

9.根据权利要求8所述的锅炉，其中：

所述后墙下部与布风板的夹角小于150度，优选为小于135度。

10.根据权利要求9所述的锅炉，其中：

所述后墙下部设置有布风装置。

11.一种燃烧器顶置煤粉锅炉的控制方法，包括步骤：

向炉膛内加入煤粉；

向炉膛内通入一次风、二次风和三次风；

其中，至少一部分三次风通过设置于炉膛底部和/或尾部烟道底部的布风装置通入。

12.根据权利要求11所述的方法，其中：

还有一部分三次风通过设置在炉膛前墙下部和/或后墙下部的布风装置通入。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中：

通过控制通入炉膛的一次风、二次风和三次风的风量，使炉膛内保持还原性气氛；

通过控制通入尾部烟道的三次风的风量，使煤粉在尾部烟道充分燃尽。

14.根据权利要求13所述的方法，其中：

一次风量占总燃烧用风量的比例在10-30％之间，二次风量占总燃烧用风量的比例可在30-50％之间，通过炉膛前墙下部和后墙下部布风装置通入的三次风量占总燃烧用风量的比例在10-30％之间，通过炉膛底部和尾部烟道底部的布风装置通入的三次风量占总燃烧用风量的比例在10-30％之间。

15.一种燃烧器顶置煤粉锅炉，包括前墙、中间墙、后墙、两个侧墙以及顶棚，所述锅炉具有炉膛与尾部烟道，且炉膛与尾部烟道之间在前后方向上通过设置在中间墙下部的通道连通，其中：

前墙下部和后墙下部设置有布风装置，所述前墙下部和所述后墙下部均朝向中间墙向下倾斜设置。

16.根据权利要求15所述的燃烧器顶置煤粉锅炉，其中：

所述布风装置用于通入三次风。