CN1005589B - 低过量空气切向燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明炉子１０公开了一种燃烧煤粉的方法。一次空气和二次空气沿着一个假想圆４２的切向一起导入炉内。辅助空气是沿着一个在一次空气和二次空气正上面的假想圆４４并与一次和二次空气旋转方向相反的方向导入炉内。辅助空气沿其切向导入的圆的直径大于一次空气导入圆的直径。炉内有多个用于导入一次空气、二次空气和辅助空气的喷嘴３８、３６和４０的交替排列层。

Description

低过量空气切向燃烧方法

本发明涉及一种煤粉锅炉中低过量空气切向燃烧方法。在本发明之前，在先有技术中公开了另一种煤粉锅炉中切向燃烧方法。这种煤粉锅炉切向燃烧方法公开于美国专利4，501，204中。正如其中公开的，煤粉锅炉切向燃烧的实验方法包括在燃烧器层内沿某一假想圆把燃料和低压空气切向引入炉中的几个步骤，因此，产生的火球在炉子中以螺旋旋转的方式向上移动，并且沿着假想圆的切向逆着火球转动方向将上部引入的燃烧空气导入炉子的上部，这样，从炉子流到后部烟道的排气很少或根本不带螺旋转动流入一直通道内，所述从上部引入燃烧空气由低压空气和足够容积与压力的高压空气的混合物组成，高压空气使火球的螺旋转动失效。

悬浮状的煤粉采用切向燃烧方法成功地在炉内进行燃烧已用了很久了。该项技术包括把煤和空气从四个角上导入炉内，使其方向与一个位于炉中央的假想圆相切。这种燃烧方法具有很多优点，煤和空气的混合良好，火焰状态稳定并且烟气在炉内停留时间长。近来，尽量减少空气污染已成为重要的事情。因此，人们提出了改变一般切向燃烧方法的一些建议。其中一种这类的装置在此之前已经提出申请，其申请号为786，432号，申请日为1985年10月11日，名称是“用于操纵切向燃烧煤粉炉的控制系统和方法”，现已放弃。在该专利申请中建议，将煤粉和空气从多个下部燃烧器层以相同的切线方向导入炉内，并将煤和空气从多个上部燃烧器层处以相反的切线方向导入炉内。借助这种装置能够实现煤和空气较好的混合，这样就能允许使用的过量空气比一般的切向燃烧炉少，而一般的切向点火燃烧炉要求20～30%的过量空气。过量空气的减少有助于降低NOx的形成量，这种化合物则是燃煤锅炉的空气污染的主要成分。新的装置还可以提高系统的效率。虽然上述燃烧技术可以降低NOx，但它存在一些缺点。由于炉内的烟气的反向旋转造成抵消，烟气流在某种程度上呈直线通过炉的上部，由于减少了炉内上部的旋流和混合，就会增加未经燃烧的煤粒离开炉子的可能性。此外，熔渣和未燃烧的碳就会沉积在炉壁上。这些炉壁沉积物就会降低衬装在炉壁上的水冷管道的传热效率，增加吹灰的要求，并降低管道的使用寿命。

根据本发明，煤粉炉中燃烧的煤粉与上述专利申请中所述情况一样是经过煤粉-空气良好混合的悬浮状态。此外通过在炉内具有一个旋流的，转动的火球，所有上述与切向燃烧方法相关的优点都可以得到。靠空气的覆盖层降低壁上的熔渣，使炉壁得到保护。本发明的实现是通过将一次空气和第二次空气在第一层沿切向导入炉内，并将一定数量的辅助空气，至少要等于一次空气和二次空气总和的两倍，沿切向在第一层正上面的第二层导入炉内，但与一次空气和二次空气的方向相反，并且有多个这种第一和第二层，一个高于一个。由于辅助空气具有较大的量和速度，因此在炉内的最终旋转将按照那些辅助空气所引导的方向。由于这个原因，导入方向与炉内旋流方向相反的一次空气在进入炉内之后，被强迫改变方向至炉内的整个混合气体的流动方向上。一次空气巨大的旋流混合就在这一过程中产生。这种加强了的混合降低了对炉内高过量空气的需求。这种加强了的混合也增强了碳的转换从而改善了系统的热释放率，同时降低了炉内上部的积渣和结圬。辅助空气是在一个比一次空气的导入圆的直径更大的圆上导入，这样在炉壁附近形成一个空气层。此外，上部引入的燃烧空气，基本上包括所有进入炉内的过量空气，在比所有的一次、二次和辅助空气导入高度要高出很多的高度上导入炉内，并且这种上部引入的燃烧空气沿着一个假想圆的切向并与辅助空气相反的方向上导入炉内。

图1是按照本发明的切向燃烧煤粉锅炉的剖面透视图;

图2是燃烧器一个角的局部放大图;

图3是一个沿图1的3-3线截取的剖视图;

图4是一个沿图1的4-4线截取的剖视图。

参看图1，一个燃煤锅炉10如图所示，炉内带有多个层次的燃烧器12，每层四个角上都设有一个燃烧器。空气由鼓风机16通过管道18和20供给燃烧器。空气还通过管道24供给磨煤机22。煤粉在一个空气流中通过管道26和28送给燃烧器。空气和燃料是由单独的管道。送入每个燃烧器的，而且带有单独的阀和控制装置（图中未表示出），所以，每个燃烧器可以独立进行控制。烟气在炉内旋流向上，在通过一个水平的通道32排出炉外并导入后烟道34之前，加热流过衬装在炉膛壁四周的管道30的流体。炉子和后烟道都装有其它换热面（图中未表示出）用于产生和过热蒸汽，这在现有技术中早已为人们所熟知。

现对一次空气导入炉内的具体方法进行详细说明。通常被磨成一定浓度粉状的煤粉从磨煤机22处出来的空气流带至每个燃烧器处。这种携带煤粉的空气一般称为一次空气。从图2中可更清楚地看出，更多的空气，一般称为二次空气在燃料喷咀38的正上下方导入。这些喷嘴可以和二次空气喷嘴36一道上下摆动，一次和二次空气经上述喷咀引入。这些一次和二次空气是保持初始点火和稳定燃烧状态所需的。一次和二次空气构成煤完全或理想燃烧所需要的空气总量的20～30%。

再参看图2，设置在每个二次空气喷嘴36上下方的都是辅助的或称三次空气喷嘴40。完全或理想燃烧状态所必需的其余空气通过这些喷嘴40被导入。一般来说理想燃烧所需空气的大约70～80%是通过辅助喷嘴40导入的。

现参看图3和图4，图中示出一次空气，二次空气和辅助空气切向导入炉内的方式。由图3可以看出，一次空气与二次空气都是沿炉中央的一个假想圆42的切向导入炉内的。现参看图4，由图中可以看出辅助空气是沿一个正位于火球42的正上下方的假想圆44的切向导入炉内的。导入炉内的辅助空气在炉内的旋转方向与一次空气和燃料的旋转方向相反。这样造成的结果是其混合和燃烧效率比一般的切向气流燃烧炉要好得多。这样燃烧炉所需要的过量空气就可以比以前的要少。在炉内上升的最终火球其转动方向与辅助空气相同，这是由于在这一方向上导入的量要比反向大几倍。辅助空气的速度与一次和二次空气的速度差不多。上述特点，结合辅助空气切向导入的圆44比圆42要大一些的实际情况，在炉壁的邻近就形成一个空气覆盖层，这样减少了在这些炉壁上的积渣。

再参看图1，所有过量空气都是在炉子的上部导入炉内的。这些过量的或者上部引入的燃烧的空气都是通过喷嘴并沿着一个假想圆切向导入的（图中未示出），其旋转方向与上升的火球的方向相反，也就是与辅助空气44导入的方向相反。由于过量空气的量相对是较小的（5～20%），这些气流在离开炉子时多少仍按辅助空气导入时的旋转方向旋转。这就会使烟气离开炉子时引起某种程度的温度不平衡。下面提供建议改进的炉子的某些统计数据。一次空气和二次空气沿和炉子的垂直中心轴线成6°夹角的径向线导入炉内。辅助空气沿与炉子的同一个垂直中心轴线成5°-15°夹角的径向线在相反方向上导入炉内。在这种情况下，一次和二次空气在炉内的相反方向上产生旋流。但是，如前所述，由于辅助空气较大的量和速度，最终在炉内的总旋流将是根据辅助空气导入炉内所产生的旋流方向。炉内燃烧器可以有六个层;也就是说总共有24个，每个角上设置六个。这些燃烧器可以分布在炉内从炉底开口之上50英尺处开始向上的30英尺范围内。炉子的顶壁大约高出顶燃烧器100英尺，而过量空气大约在高于顶燃烧器60英尺处导入炉内。

Claims (5)

1、一种煤粉炉的切向燃烧方法，包括把带有煤粉的一次空气以及二次空气在第一层沿着炉膛中心的一个假想圆从四个角上切向引入炉内，把过量空气沿一个假想圆切向逆着火球旋转方向从炉子上部引入炉内，其特征在于：把多于一次和二次空气总和二倍量的辅助空气刚好在第一层之上的第二层导入炉内，该辅助空气的导入方向是沿着一个假想圆的切向并与一次和二次空气的导入方向相反，有多个导入一次和二次空气的第一层，各第一层都被导入辅助空气的第二层分隔开，这样就会产生一些按相反方向旋转的火球在炉内向上运动，最终整个火团按辅助空气导入的方向旋转，这是因为按这种方式引入的空气量较多，空气速度较大，从而使一二次空气和辅助空气有良好的混合，这样煤的完全燃烧所需要的过量空气保持在最低值，在这种燃烧状态下，向炉子的顶壁撞击的燃烧过的和未燃烧的燃料量就减少了，从而减少了炉中的结渣和积灰，并且由于提高了混合和单位放热率，那些碰击炉壁的灰粒现在将更完全地燃烧了，也就更加松散并便于通过吹灰予以清除。

2、如权利要求1所述的方法，其特征是液体通过在炉膛壁四周安装的管道以吸收燃料在炉内燃烧放出的热量。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于上述辅助空气是沿一个直径大于一次和二次空气导入的假想圆直径的假想圆切向地导入炉内的。

4、如权利要求1所述的方法，其特征是沿一个假想圆的切向导入并与辅助空气的方向相反的上部燃烧空气被导入炉内的高度要比所有的二次和辅助空气导入的高度高得多。

5、如权利要求4所述的方法，其特征是上部引入的燃烧空气基本上是所有的过量空气，其过量空气为5～20%。

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