CN100451447C - 无烟煤燃烧方法 - Google Patents

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Abstract

一种无烟煤燃烧方法，用于能源技术领域。本发明由一次风喷口组成的四列燃烧器设置在锅炉下炉膛靠近四墙中心线的炉墙上，由二次风喷口组成另四列燃烧器设置在炉膛四角上，二次风喷口与一次风喷口在同一水平高度，一、二次风射流在炉内形成内外两个同心切圆旋转运动，二次风包裹一次风，一次风中大量气流流向炉膛中心区域，二次风在水冷壁附近形成氧化性气氛的气幕，三次风和燃尽风喷口布置在主燃区上部的角部，形成四角切向射流。本发明可从根本上解决了无烟煤及贫煤着火稳燃问题，同时又能兼顾防结渣、低污染、高燃烧效率等特点，是解决无烟煤及贫煤燃烧问题的综合技术。

Description

无烟煤燃烧方法
技术领域
本发明涉及的是一种用于能源技术领域的方法，具体是一种无烟煤燃烧方法。
背景技术
我国能源生产和消费历来以煤为主，低挥发份的劣质贫煤和无烟煤在动力用煤中所占的比例日渐增多，燃烧这类煤必须要解决着火、稳燃、防止结渣、提高燃尽度等方面问题。我国燃烧低挥发份煤的锅炉大多采用传统的四角切向燃烧方式，在上述问题上很难得到综合解决。目前，国内已开发出一些主要针对解决着火稳燃等问题的燃烧技术，特别是浓淡燃烧技术，用于高挥发份煤的效果比较明显，而用于低挥发份的贫煤、无烟煤效果较差。想用浓淡燃烧技术解决贫煤、无烟煤的燃烧问题是很困难的，往往还必须依靠卫燃带敷设、合理的制粉配风来解决，但这又不利于防结渣。国际上对贫煤、无烟煤倾向于采用“U”、“W”型火焰燃烧方式，但从采用这种类型燃烧方式锅炉运行情况来看，其存在设计、制造复杂、投资大、不同运行条件维持火焰形状困难、下炉膛易结渣、仓储式制粉系统安全问题、设备维护工作量大、NOX排放高等问题。
经对现有技术的文献检索发现，申请人：三菱重工业株式会社，中国专利公开号：CN1051970A，该专利的技术特点是把燃烧器从四角移到了靠近各墙中心线的炉墙上，并且燃烧器进行了适当下倾。其技术思路是：燃烧器布置在炉墙热负荷分布最高区域(炉墙中部区域)，燃烧器出口一次风的着火条件得到了很大提高(环境温度高)；各列燃烧器喷出的各股射流相互作用强烈，并且射流下射可望增加行程，利于煤粉颗粒的后期燃尽。但是，这些技术设想并不能完全实现。原因是当燃烧器布置在四面墙上，燃烧器与炉膛角之间有一段较长距离，在其背火侧形成了较大的角部自由空间，射流离开喷口后，射流背火侧很大的自由空间里形成大量卷吸气体的流动，由于卷吸量较一般角置燃烧器的情况大得多，于是同层四角射流易发生严重偏转，形成明显的角涡运动。从各次风的偏转程度来看，往往一次风由于动量小而偏转程度最大。从炉内整体流动来看，气流进入主漩涡的较少，即旋转较弱，炉膛中部未能形成较强的旋转流动。角涡的形成会带来一系列燃烧问题：一、二次风易发生分离，一次风进入角部，在角部燃烧会带来严重的火焰贴壁，由于缺氧，在角部水冷壁面可能产生严重结渣和高温腐蚀问题；角涡中的一次风煤粉颗粒会呈现两种运动趋势，较小颗粒随上升气流从角部通道迅速进入炉膛上部，在炉内停留时间缩短，难以燃尽，而较大颗粒会掉入冷灰斗，增加灰渣不完全燃烧损失，在炉膛中部可能形成冷炉状态。这样一次风在自己下游独自燃烧，互不影响，失去了四角燃烧方式各角射流相互冲击、点燃、相互支持燃烧的最大优势。另外炉内充满度的降低也不利于燃烧和传热的均匀。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提出了一种无烟煤燃烧方法，使其在完全继承了传统的四角切向燃烧技术优点的基础上，把燃烧器布置方式做了重大改进形成的，能实现无烟煤进入炉内稳定燃烧、不易结渣、燃烧效率高、氮氧化物排放较低等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的，方法如下：
四列燃烧器完全由一次风喷口组成，设置在锅炉下炉膛靠近四墙中心线的炉墙上，喷口中心轴线垂直于炉墙或成某一夹角，且四列喷口轴线以炉膛中心为圆心形成一假想切圆，为防止下层喷口掉粉，可在最下层一次风喷口下加一层二次风喷口；另四列燃烧器由二次风喷口组成，设置在炉膛四角上，四角喷口中心轴线以炉膛中心为圆心形成一假想切圆，并使二次风喷口与一次风喷口在同一水平高度。为防止下层喷口掉粉，在最下层一次风喷口下加一层二次风喷口。布置在炉墙上的四列一次风喷口和角上的四列二次风喷口构成燃料的主燃区，一、二次风射流在炉内形成内外两个同心切圆旋转运动，二次风将包裹一次风。依靠角部二次风的补气和支撑，一次风不会形成角涡，且一次风中大量气流流向炉膛中心区域，从而保证一次风携带的大量煤粉也进入炉膛中心区域燃烧，形成集中的高温区，二次风在水冷壁附近形成氧化性气氛的气幕，极利于稳燃，又避免了煤粉贴壁结渣。三次风和燃尽风喷口布置在主燃区上部的角部，形成四角切向射流，加强炉膛上部区域的扰动和后期混合，保证煤粉颗粒的燃尽。
本发明方法中燃烧器具体布置位置和喷口结构特征与锅炉容量、煤种及煤质特性、制粉系统、喷口气流参数等因素有关，可根据具体的使用要求来具体确定。由一次风喷口组成的四列燃烧器设置在靠近四墙中心线的炉墙上，其喷口中心轴线离炉墙中心线的距离r即为一次风假想切圆半径，该半径与炉墙半宽R的比值r/R可在0～0.35之间。r/R取较小值将得到较小的假想切圆直径，使射流更易射向炉膛中心；射流处于热负荷最高的炉墙中部射出，也得到较好的着火条件。另外，同层相邻喷口之间的作用距离会较短，上、下游射流点火作用较强。
当然，r/R取较小值会对喷口的保护提出更高要求，且对小容量锅炉也不适用，否则同层射流冲撞点太近反而会削弱煤粉气流相互点燃作用。布置在炉膛四角上的由二次风喷口组成的燃烧器喷口中心轴线在炉膛中心形成的假想切圆直径按煤粉炉四角切圆燃烧方式选取，可比一次风的假想切圆直径大，当然比它小也能保证在炉内二次风整体包裹一次风旋转。一、二、三次风喷口具体结构形式可按通常设计规范和上述提到的因素确定，特别是对一次风也可辅助采用其它的稳燃技术，如浓淡燃烧技术，一次风喷口还可采用稳燃钝体和稳燃齿等结构，为防止喷口烧损，可采用周界风以及适当提高风速等措施。
本发明从根本上解决了无烟煤及贫煤着火稳燃问题，同时又能兼顾防结渣、低污染、高燃烧效率等技术特点。与其它技术相比，该技术不是从某一方面去解决问题而又带来其它负面问题，它是解决无烟煤及贫煤燃烧问题的综合技术，其燃烧器布置方式和炉内射流作用过程都是传统煤粉燃烧技术的重大改进，使无烟煤锅炉运行更加安全、可靠、高效、经济、环保。
附图说明
图1为本发明中各次风作用示意图
图2为燃烧器的切圆布置示意图
图3为燃烧器喷口的布置示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，为各次风作用示意图，图中一次风射流用内含剖面线轮廓线表示，二次风射流用空白轮廓线表示。
如图2所示，为燃烧器的切圆布置示意图。图中：一次风燃烧器组1；二次风燃烧器组2；水冷壁3；一次风喷口射流轴线4；二次风喷口射流轴线5；一次风假想切圆6；二次风假想切圆7；一次风喷口中心轴线离炉墙中心线的距离(一次风假想切圆半径)r；炉墙半宽R。
如图3所示，为燃烧器喷口的布置示意图，图中左侧列燃烧器组即为图2所示的标记为1的一次风燃烧器组，右侧列燃烧器组即为图2所示的标记为2的二次风燃烧器组。
由一次风喷口组成的四列燃烧器1设置在锅炉下炉膛靠近四墙中心线的炉墙上，喷口中心轴线垂直于炉墙，炉墙中心线的距离r与炉墙半宽R的比值-r/R通常可在0～0.35之间，且四列喷口轴线以炉膛中心为圆心形成一假想切圆6。由二次风喷口组成的四列燃烧器2设置在炉膛四角上，四角喷口中心轴线以炉膛中心为圆心形成一假想切圆7，并使二次风喷口与一次风喷口在同一水平高度(如图3)。一、二次风射流在炉内形成内外两个同心切圆旋转运动，二次风包裹一次风。依靠角部二次风的补气和支撑，一次风中大量气流流向炉膛中心区域，使一次风携带的大量煤粉进入炉膛中心区域燃烧，形成集中的高温稳燃区。二次风在水冷壁3附近形成了氧化性气氛的气幕，避免煤粉贴壁结渣和壁面高温腐蚀。三次风和燃尽风喷口布置在主燃区上部的角部，形成四角切向射流，加强炉膛上部区域的扰动和后期混合，保证煤粉颗粒的燃尽。
本实施例与现有无烟煤燃烧技术，特别是传统的四角切向燃烧技术相比，具有如下优点：1)一次风喷口布置在热负荷分布最高的炉墙中部区域，且一次风出口射流离高温的炉膛中心火焰最近，极有利于煤粉着火稳燃；2)一次风同层相邻喷口之间的作用距离会较短，上、下游射流点火作用很强；3)一、二次风相对分离，推迟了一、二次风初期混合，保证在一次风喷口出口一定范围煤粉浓度相对较高，减少了着火热，有利于煤粉着火稳燃；4)由于一、二次风相对分离，由传统的四列燃烧器变成了八列，燃烧器组的高宽比将大大降低，亦即燃烧器区域的高度大幅度降低使燃料燃烧释热更集中，该区域截面和容积热负荷将提高，很利于煤粉着火稳燃，而不必像其它燃烧方式在该区域的水冷壁上敷设卫燃带；5)一、二次风喷口的布置方式使炉内形成内外两个同心切圆，二次风包裹一次风，依靠角部二次风的补气和支撑，以及燃烧器组的高宽比降低使一次风射流刚性提高的作用，一次风中大量气流流向炉膛中心区域，保证了一次风携带的大量煤粉进入炉膛中心区域燃烧，避免了煤粉贴壁结渣；同时，二次风在水冷壁附近形成了一层较厚的氧化性气氛的气幕，这不仅提高了此处煤灰熔点，同样也阻止了颗粒的贴壁运动，共同起到了防结渣的作用；同样对防止燃烧器区域水冷壁高温腐蚀起作用；6)一、二次风相对分离，以及一、二次风混合的推迟，使一次风中煤粉初期偏离化学当量比燃烧，并结合燃烧器上部的燃尽风技术能有效抑制NOX形成，大大降低NOX排放，减少燃煤大气污染；7)燃烧器组的高宽比大大降低，使燃烧器区域的截面和容积热负荷提高，很利于无烟或劣质煤粉高效率燃烧；燃烧器组的高宽比的降低也使燃烧器组离炉膛出口距离增加，这使煤粉在炉内停留时间相应延长，再加上三次风和燃尽风在主燃区上部区域的扰动，加强后期混合，能保证煤粉颗粒的后期燃尽率高，飞灰含炭量低；8)燃烧器组高度的降低使燃烧器组离炉膛出口距离增加，炉膛出口残余旋转将减小，利于降低炉膛出口的烟温偏差；9)燃烧器组高度的降低使下炉膛区域热负荷提高，增加了下炉膛区域水冷壁吸热量，另外，燃烧器区域无需布置卫燃带稳燃，也使该区域水冷壁能充分吸热，这可降低炉膛受热面的布置成本。

Claims (3)

1、一种无烟煤燃烧方法，其特征在于，四列燃烧器完全由一次风喷口组成，设置在锅炉下炉膛靠近四墙中心线的炉墙上，喷口中心轴线垂直于炉墙或成某一夹角，且四列喷口中心轴线以炉膛中心为圆心形成一假想切圆，另四列燃烧器由二次风喷口组成，设置在炉膛四角上，二次风喷口中心轴线以炉膛中心为圆心形成一假想切圆，并使二次风喷口与一次风喷口在同一水平高度，布置在炉墙上的四列一次风喷口和角上的四列二次风喷口构成燃料的主燃区，一、二次风射流在炉内形成内外两个同心切圆旋转运动，二次风包裹一次风，一次风中大量气流流向炉膛中心区域，保证一次风携带的大量煤粉也进入炉膛中心区域燃烧，二次风在水冷壁附近形成氧化性气氛的气幕，避免煤粉贴壁结渣，三次风和燃尽风喷口布置在主燃区上部的角部，形成四角切向射流，加强炉膛上部区域的扰动和后期混合，保证煤粉颗粒的燃尽。
2、根据权利要求1所述的无烟煤燃烧方法，其特征是，由一次风喷口组成的四列燃烧器设置在靠近四墙中心线的炉墙上，其喷口中心轴线离炉墙中心线的距离r与炉墙半宽R的比值r/R在0～0.35之间。
3、根据权利要求1或2所述的无烟煤燃烧方法，其特征是，布置在炉膛四角上的由二次风喷口组成的燃烧器喷口中心轴线在炉膛中心形成的假想切圆直径按锅炉四角切圆燃烧方式选取，比一次风的假想切圆直径大或小。
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