CN101158472A - 一种w火焰锅炉一次风乏气置换的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种W火焰锅炉一次风乏气置换的方法，将现有的W火焰锅炉前后炉拱上的煤粉燃烧器的一次风乏气管断开，取消通往燃烧室的乏气风管；利用原有的一次风乏气的喷口和位置，将二次风总量的5％～30％以与竖直方向成0°～60°的角度和10～50m/s的速度向下射入燃烧室。一种W火焰锅炉一次风乏气置换装置，是在煤粉燃烧器的原一次风乏气喷口位置，插入二次风风管。本发明与现有技术相比具有以下优点：1)可以消除现有W火焰锅炉送风方式的不合理性；2)可以提高煤粉气流火焰的稳定性，增加火焰行程，强化燃烧后期氧量的补充与混合，降低飞灰含碳量等；3)充分利用原有的燃烧系统结构，十分适用于对现有W火焰锅炉的技术改造。

Description

一种W火焰锅炉一次风乏气置换的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种W火焰锅炉一次风乏气置换的方法和装置，属于W型火焰锅炉燃烧技术领域。

背景技术

我国是世界上为数较少的无烟煤储量丰富的国家之一，其探明储量近1200亿吨。但由于无烟煤的挥发份含量较低，挥发份析出温度高，致使煤粉气流着火困难，燃烧不稳定，不易燃尽，造成锅炉运行中机械不完全燃烧增加，锅炉效率较低。为提高燃烧无烟煤等低反应能力煤种锅炉的运行安全性和经济性，我国于20世纪80年代后期引进了美国FW公司FW-W型火焰锅炉燃烧技术。同时国内东方锅炉厂通过引进和消化美国FW公司技术，设计出多台FW-W型火焰锅炉并开始投入市场，如上安电厂3、4号机组、山西阳泉电厂1、2号机组。

FW-W型火焰锅炉的结构与常规燃煤锅炉不同，它包括锅炉体下部的燃烧室、锅炉体上部的燃尽室和煤粉燃烧器；所述燃烧室的深度比燃尽室大，且燃烧室前面突出部分的顶部构成炉拱，所述煤粉燃烧器装设在炉拱上，下喷的煤粉气流着火后向下伸展，在燃烧室的中下部折转向上，沿燃烧室中轴线上升，从而形成W型火焰，未完全燃烧产物随烟气流上升进入燃尽室继续燃烧。

东方锅炉厂和美国FW公司的FW-W型火焰锅炉都采用旋风分离式煤粉浓淡燃烧器，该燃烧器错列布置在前后墙的两个拱上。一次风煤粉气流同时切向进入两个并列的旋风分离式燃烧器，在离心力的作用下，大量煤粉颗粒被甩到分离器外壁，从而提高了燃烧器喷口下射主煤粉气流的煤粉浓度，有利于着火。含粉较少的乏气在旋风分离器中心部分被引出，旋风分离器中心管引出的乏气在拱上靠近炉膛中心部位送入炉膛。炉拱部送入少量的二次风，用以冷却喷口和提供燃烧初期的需氧量，大量的二次风从前后墙分三级水平均匀送入，以实现无烟煤的分级供氧和燃烧。

附图1为FW-W型火焰锅炉的燃烧系统结构示意图。沿炉膛宽度方向上排列有多个燃烧器，在图1中只画了前墙的其中一支燃烧器，前后墙为对称布置。在附图1中，1’为燃尽室，2’为乏气引出管，3’为乏气调节挡板，4’为FW旋风分离器，5’为一次风风粉管，6’为油点火器，7’为二次风挡板，8’为环形二次风箱，  9’为前墙F层二次风，10’为前墙E层二次风，11’为前墙D层二次风，12’为拱上C层环形二次风喷口，13’为拱上B层环形二次风喷口，14’为主煤粉气流喷口，15’为拱上A层环形二次风喷口，16’为一次风乏气喷口，17’为炉拱，18’为水冷壁，19’为燃烧室。

但在实际运行中，尤其是在高负荷的运行条件下，东方锅炉厂和美国FW公司的FW-W型火焰锅炉燃烧技术暴露出煤粉气流火焰稳定性差，炉膛出口氧量偏低，飞灰含碳量高，燃烧经济性差等的问题。

FW-W型火焰锅炉在高负荷下的燃烧经济性较差，究其原因与送风方式不合理具有十分密切的关系。按照FW的设计思想和运行原则，拱上只有一定比例的少量二次风，燃烧系统所需的绝大部分二次风从炉拱下部前后墙水平分层送入燃烧室，其中约65％左右的二次风从F层喷口送入。可是，前后墙水平分层送入的二次风全部在煤粉气流的背火侧，同时相应的炉拱上部的送风很少，造成煤粉气流的向火侧补氧条件较差，导致空气和煤粉气流在着火后期的混合较差，最终影响燃烧的稳定性和煤粉的燃尽，因此，该送风方式存在着明显的不合理性。

在实际运行中，由于煤粉颗粒较粗，为了保持燃烧的稳定性，炉拱上的二次风基本上不投，处于关闭状态，使得煤粉气流向火侧的补氧条件变得更差，这表明FW所设计的拱上二次风加入位置是不合适的，送风不合理的矛盾十分突出。

从大量的运行实践表明，在高负荷下，开启乏气风并不能改善燃烧状况，相反燃烧状况往往恶化，因此目前基本上所有的FW-W型火焰锅炉在运行中都将乏气风关闭，乏气喷口处于无用状态。这种现象与FW公司提供的设计思想和运行指导原则相矛盾，究其原因，主要是由以下几点造成的：

1、风幕效应。乏气风含有一定量的煤粉浓度，能够强烈的阻挡高温烟气对一次风煤粉气流的辐射传热，大大降低了主煤粉气流的吸热量。

2、煤粉旋风分离器分离效果不理想。根据FW的设计思路，乏气风的大小应对应着一次风主气流的煤粉浓度的高低和风速的大小。由于煤粉旋风分离器分离效果不理想，细的煤粉颗粒分离不下来，随着乏气进入炉膛；煤粉颗粒的细度和浓度是煤粉气流着火的重要因素，而随着乏气风量的加大，主气流的煤粉颗粒的平均细度变得更粗、浓度降低，这更加恶化了主气流的着火和稳燃条件。

3、一次风射流行程不够。乏气风加大，一次风主气流速降低，气流刚性降低，主气流的穿透深度和行程不够长，造成主气流吸收炉膛辐射热和卷吸高温热烟气的量不够，从而造成煤粉气流着火性能不佳。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种W火焰锅炉一次风乏气置换的方法。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种W火焰锅炉一次风乏气置换装置。

为解决上述第一个技术问题，本发明一种W火焰锅炉一次风乏气置换的方法：将现有的W火焰锅炉前后炉拱上的煤粉燃烧器的一次风乏气管断开，取消通往燃烧室的乏气风；利用原有的一次风乏气的喷口和位置，将二次风总量的5％～30％以与竖直方向成0°～60°的角度和10～50m/s的速度向下射入燃烧室。

本发明一种W火焰锅炉一次风乏气置换的方法，该方法通过将现有W火焰锅炉的一次风乏气置换为二次风，可以消除原有送风方式的不合理性。主要原因如下：

1)增加煤粉气流的向火侧的二次风量的补充，可以改善向火侧补氧条件，强化向火侧的氧量的混合与燃烧强度。

2)减少煤粉气流的背火侧的二次风的量，可以降低煤粉气流在着火早期混入的空气量，提高着火区域的温度水平，增强煤粉气流对高温烟气的卷吸混合，达到着火提前而且稳定煤粉气流火焰的作用。

3)取消乏气风，虽然增加了主燃烧器煤粉喷口的气流速度，降低了煤粉浓度，但也相应地增加了主煤粉气流中细粉的含量，这对降低着火所需能量，提早着火十分有利。

4)取消乏气风，相应地增加了主燃烧器煤粉喷口的煤粉气流火焰的刚度，增加了气流的穿透深度，延长了煤粉火焰的行程，提高了煤粉颗粒在炉内的停留时间，提高了煤粉颗粒的燃尽程度，对降低飞灰含碳量十分有利。

为解决上述第二个技术问题，本发明一种W火焰锅炉一次风乏气置换装置，它包括锅炉体下部的燃烧室、锅炉体上部的燃尽室和煤粉燃烧器，所述燃烧室的深度比燃尽室大，燃烧室前面突出部分的顶部构成炉拱，所述煤粉燃烧器设置在炉拱上；在所述煤粉燃烧器的原一次风乏气喷口位置，插入二次风风管，该风管内引入的是W型火焰锅炉的一部分二次风。

作为上述技术方案的改进，所述煤粉燃烧器是旋风分离式煤粉浓淡燃烧器。

作为上述技术方案的改进，所述二次风风管上设有阀门，用以调节二次风的进风量。

作为上述技术方案的改进，所述二次风风管的前端向炉膛中心线方向倾斜，与竖直方向成0°～60°的角度。

作为上述技术方案的改进，所述二次风风管与炉拱之间设有密封法兰。

目前，基本上所有的W火焰锅炉在运行中都将乏气风关闭，乏气喷口处于无用状态。因此，利用现有的一次风乏气的喷口和位置送入二次风，可以避免由于重新开孔造成的对水冷壁结构的破坏。在一次风乏气喷口内新插入一根二次风管，并且风管的前端向炉膛中心方向倾斜，可以起到控制和调节加入的二次风风量、二次风风速和二次风的角度的作用。由于每台W火焰锅炉的设计参数、燃烧煤种、运行参数的不同，相应的从前后拱部一次风乏气喷口加入的二次风风量、二次风风速以及二次风的入射角度都应有所不同，其具体数值应根据锅炉的实际情况加以确定，以确保锅炉达到最佳的运行状态。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1)可以消除原有W火焰锅炉送风方式的不合理性；

2)可以提高煤粉气流火焰的稳定性，增加火焰行程，强化燃烧后期氧量的补充与混合，降低飞灰含碳量等；

3)充分利用原有的燃烧系统结构，十分适用于对现有FW-W型火焰锅炉的技术改造。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明

图1为现有的W型火焰锅炉的燃烧系统结构示意图；

图2为本发明W型火焰锅炉的一次风乏气置换装置结构示意图；

图3为图2中的A部局部放大图。

具体实施方式

参见图2、3所示，

本发明一种W火焰锅炉一次风乏气置换的方法：将现有的W火焰锅炉前后炉拱10上的旋风分离式煤粉浓淡燃烧器3的一次风乏气管31断开，取消通往燃烧室的乏气风管；利用原有的一次风乏气的喷口32和位置，将二次风总量的5％～30％从该位置以与竖直方向成0°～60°的角度和10～50m/s的速度向下射入燃烧室。

本发明一种W火焰锅炉一次风乏气置换装置，它包括锅炉体下部的燃烧室1、锅炉体上部的燃尽室2和旋风分离式煤粉浓淡燃烧器3，所述燃烧室1的深度比燃尽室2大，燃烧室1前面突出部分的顶部构成炉拱10，所述旋风分离式煤粉浓淡燃烧器3设置在炉拱10上，且与一次风风粉管4连接相通；所述的在旋风分离式煤粉浓淡燃烧器3的中心管引出的乏气管31设有堵板311，阻止了乏气的回流；在炉拱10上设有环形二次风箱5，在环形二次风箱5和炉拱10之间的二次风管道50内设有二次风挡板51；在燃尽室2外侧固设二次风母管6，二次风母管6在炉膛的左右两侧与环形二次风箱5联通，该二次风母管6通过吊杆61和支架62固定；在所述旋风分离式煤粉浓淡燃烧器3的原一次风乏气喷口32位置，插入二次风风管33，该风管33内引入来自二次风母管6的W火焰锅炉的一部分二次风。

参见图2所示，进一步改进的实施例，所述的二次风风管33上设有阀门331，用以调节二次风的进风量。

参见图2、3所示，进一步改进的实施例，所述二次风风管33的前端向炉膛中心线方向倾斜，与竖直方向可成0°～60°的角度，本实施例中为10°。

参见图2所示，进一步改进的实施例，所述二次风风管33与炉拱10之间设有密封法兰332。

在试验运行中，某电厂一台350MW的W型火焰锅炉，其前后炉拱10上共有48个旋风分离式煤粉浓淡燃烧器3。对每个旋风分离式煤粉浓淡燃烧器3都断开其一次风乏气管道31，取消通往燃烧室的乏气风，并在原乏气喷口32内插入一根新的二次风风管33，二次风风管33的前端向炉膛中心线方向倾斜，与竖直方向成10°的角度；把二次风量的10％从新增加的二次风管33送入燃烧室2，其风速为10m/s。根据锅炉的设计和运行参数，模拟计算一次风乏气置换后的运行工况，得出：锅炉的飞灰含碳量下降了15％，不投油稳定燃烧负荷从300MW提高到315MW；当二次风量从5％增加到30％，二次风风管的前端竖直方向成60°的角度，二次风风速为50m/s时，锅炉的飞灰含碳量下降了75％，不投油稳定燃烧负荷从320MW提高到350MW。

在实际运行中，应根据煤种、负荷、燃烧状况以及其他的辅助条件对所应置换的二次风的风量、二次风喷入燃烧室的速度和角度进行调整和最终确定，从而达到最佳稳定燃烧状况和降低飞灰含碳量的效果。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种W火焰锅炉一次风乏气置换的方法，其特征在于：将现有的W火焰锅炉前后炉拱上的煤粉燃烧器的一次风乏气管断开，取消通往燃烧室的乏气风管；利用原有的一次风乏气的喷口和位置，将二次风总量的5％～30％以与竖直方向成0°～60°的角度和10～50m/s的速度向下射入燃烧室。

2.一种W火焰锅炉一次风乏气置换装置，它包括锅炉体下部的燃烧室、锅炉体上部的燃尽室和煤粉燃烧器，所述燃烧室的深度比燃尽室大，燃烧室前面突出部分的顶部构成炉拱，所述煤粉燃烧器设置在炉拱上；其特征在于：在所述煤粉燃烧器的原一次风乏气喷口位置，插入二次风风管。

3.根据权利要求2所述的一种W火焰锅炉一次风乏气置换装置，其特征在于：所述煤粉燃烧器是旋风分离式煤粉浓淡燃烧器。

4.根据权利要求2或3所述的一种W火焰锅炉一次风乏气置换装置，其特征在于：所述二次风风管上设有阀门。

5.根据权利要求4所述的一种W火焰锅炉一次风乏气置换装置，其特征在于：所述二次风风管的前端向炉膛中心线方向倾斜，与竖直方向成0°～60°的角度。

6.根据权利要求5所述的一种W火焰锅炉一次风乏气置换装置，其特征在于：所述二次风风管与炉拱之间设有密封法兰。

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