CN101324339B

CN101324339B - 一种全混合w型火焰锅炉燃尽风装置

Info

Publication number: CN101324339B
Application number: CN2008100649346A
Authority: CN
Inventors: 李争起; 任枫; 陈智超; 陈曌; 刘辉; 秦明; 陈力哲; 邱朋华; 高继慧; 孙绍增; 吴少华
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2028-07-16
Also published as: CN101324339A

Abstract

一种全混合W型火焰锅炉燃尽风装置，它涉及一种锅炉的燃尽风装置。本发明的目的是为解决现有W型火焰锅炉燃尽风喷口采用的都是直流的结构形式，其射流的横向扩散能力较弱，无法与相邻射流之间的烟气和煤粉混合，造成飞灰含碳量偏高。灰含碳量偏高将降低锅炉的热效率、增加电厂的煤耗的问题。本发明所述外层风道的一端固定在燃尽风喷口处的上炉膛的外侧壁上，燃尽风量占入炉总风量的25％～30％。本发明燃尽风进入燃尽风道后被分为两股，一股进入内层风道后喷入炉膛，具有较大的动量，另一股风进入外层风道，具有较大的旋转强度，因而在进入上炉膛后横向扩散能力较强，能与相邻两股燃尽风射流之间的烟气混合。

Description

一种全混合W型火焰锅炉燃尽风装置

技术领域

本发明涉及一种锅炉的燃尽风装置。

背景技术

W型火焰燃烧锅炉是一种专门为燃用无烟煤、贫煤而设计的锅炉。它主要通过延长煤粉在炉内的停留时间来促进煤粉的燃尽。但为了燃烧低挥发分煤种的需要，炉内必须保持较高的温度水平，从而导致了较大的NO_X生成量。根据2004年1月1日开始实施的《火电厂大气污染排放标准》(GB13223-2003)规定，对于燃用V_daf＜10％煤种的火力发电锅炉，氮氧化物最高允许排放浓度为1100mg/m³。在W型火焰锅炉炉膛上部加装燃尽风装置是其中一种降低锅炉NOx排放水平的方法，国内已有部分研究。发明专利《一种W型火焰锅炉燃尽风装置》(中国专利号为ZL 200410060622.X、授权公告日为2007年1月17日、授权公告号为CN1295460C，下称“文件一”)和实用新型专利《一种低NOx煤粉燃烧的W型火焰炉》(中国专利号为ZL 200620020919.8、授权公告日为2007年5月30日、授权公告号为CN2906360Y，下称“文件二”)均提出，在W型火焰锅炉上增加燃尽风装置，能减少下炉膛的氧量，使之处于还原性气氛，并降低下炉膛主燃烧区的温度水平，从而降低NO_x。但上述两个专利的燃尽风喷口采用的都是直流的结构形式，这种结构形式虽能使燃尽风射流具有较强的动量，沿炉膛深度方向入射较深，但射流的横向扩散能力较弱，无法与相邻射流之间的烟气和煤粉混合，造成这部分煤粉的燃尽度变差，飞灰含碳量偏高。灰含碳量偏高将降低锅炉的热效率、增加电厂的煤耗、减少电厂的经济收益。另外，后者提出的燃尽风射流为水平进入炉膛，射流与下炉膛上升的煤粉颗粒混合点偏高，靠近炉膛出口，会导致煤粉颗粒与燃尽风反应时间偏短，不利于飞灰燃尽。而前者虽然将二次风下倾一定角度，但角度范围过于宽泛，并未给出最佳角度，不利于实际操作。此外，前者提出的燃尽风风率仅为10％，试验表明，在10％的风率下，无论喷口采用何种结构形式，燃尽风射流都无法射入到炉膛中部，与炉膛中部的烟气和煤粉颗粒混合。这些也都会提高飞灰含碳量。并且，10％的OFA风率对NO_x排放的降低程度相当有限，仅为12％左右。

发明内容

本发明的目的是为解决现有W型火焰锅炉燃尽风喷口采用的都是直流的结构形式，其射流的横向扩散能力较弱，无法与相邻射流之间的烟气和煤粉混合，造成这部分煤粉的燃尽度变差，飞灰含碳量偏高。灰含碳量偏高将降低锅炉的热效率、增加电厂的煤耗、减少电厂的经济收益。另外，燃尽风射流为水平进入炉膛，射流与下炉膛上升的煤粉颗粒混合点偏高，靠近炉膛出口，会导致煤粉颗粒与燃尽风反应时间偏短，不利于飞灰燃尽的问题，提供一种全混合W型火焰锅炉燃尽风装置。本发明包含旋流叶片、内层风道和外层风道，上炉膛的两侧壁上设置有燃尽风喷口，外层风道的一端固定在燃尽风喷口处的上炉膛的外侧壁上，内层风道固定在外层风道内(内层风道和外层风道的横截面为同心圆)，所述内层风道朝向上炉膛内的一侧为内层喷口，所述外层风道朝向上炉膛内的一侧为外层环形喷口，所述旋流叶片设置在上炉膛一侧的内层风道和外层风道之间，燃尽风量占入炉总风量的25％～30％。

本发明内层风道为中空管，内部没有安装其他装置，其燃尽风量占入炉总风量的10％～30％。

本发明的优点在于：W型火焰锅炉的燃尽风进入燃尽风道后被分为两股，其中一股进入内层风道，然后经由内层喷口喷入炉膛。这股风的射流刚性较强，具有较大的动量，能保证射流入射到上炉膛内的中部；另一股风进入外层风道，射流在通过外层环形喷口时，经由旋流叶片的导向作用，具有较大的旋转强度，因而在进入上炉膛后横向扩散能力较强，能与相邻两股燃尽风射流之间的烟气混合。如此，在这种外旋流内直流燃尽风喷口作用下，燃尽风能与从下炉膛中上行的烟气充分混合。

本发明通过将现有的直流燃尽风装置改为了全混合燃尽风装置，使得气流扩散角度增大，炉膛内的射流充满度增加(此处将燃尽风射流所扩散到的面积和炉膛横截面的比值定义为射流充满度)，有利于气流和煤粉的混合，增加了煤粉的燃尽度，降低了飞灰含碳量，有广泛的应用价值。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是图1的A-A剖视图，图3为燃尽风率为10％时的装置结构示意图，图4为燃尽风喷口为直流结构时的装置结构示意图，图5为全混合燃尽风喷口4的结构示意图。图中的附图标记7为100％射入深度，13为30％射入深度。

具体实施方式

具体实施方式一：(参见图1～图5)本实施方式包含下炉膛1、上炉膛2和炉拱3，炉拱3设置在下炉膛1和上炉膛2之间，它还包含旋流叶片8、内层风道9和外层风道12，所述上炉膛2的两侧壁上设置有燃尽风喷口4，外层风道12的一端固定在燃尽风喷口4处的上炉膛2的外侧壁上，内层风道9固定在外层风道12内(内层风道9和外层风道12的横截面为同心圆)，所述内层风道9朝向上炉膛2内的一侧为内层喷口5，所述外层风道12朝向上炉膛2内的一侧为外层环形喷口6，所述旋流叶片8设置在上炉膛2一侧的内层风道9和外层风道12之间，燃尽风量占入炉总风量的25％～30％。

具体实施方式二：(参见图1、图3)本实施方式外层风道12与上炉膛2的外壁之间的角度α为29°。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：(参见图1、图3)本实施方式外层风道12与上炉膛2的外壁之间的角度α为30°。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：(参见图2、图4)本实施方式所述上炉膛2两侧壁上的外层风道12相互对称设置。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：(参见图1、图3)本实施方式与具体实施方式一、二、三或四的不同点在于，它增加了内风门挡板10，内风门挡板10设置在内层风道9的入口处。其它与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：(参见图1、图3)本实施方式与具体实施方式五的不同点在于，它增加了外风门挡板11，外风门挡板11设置在外层风道12的入口处。其它与具体实施方式五相同。内外两股燃尽风射流的比例可通过调整内风门挡板10和外风门挡板11的开度来调节。

对于一台300MW燃用无烟煤的W型火焰锅炉进行了模化实验，得出的不同燃尽风喷口结构下炉膛的射流充满度和燃尽风射流射入炉膛深度，列于表一。

表一

从表一可以看出，10％的燃尽风率下，燃尽风射流无论在什么情况下炉膛射入深度都非常小，无法到达炉膛中部。在全混合喷口结构下，当风率处于20％和30％时，射流下倾角度达到30°，气流混合的指标最佳，能有效降低飞灰含碳量。

对同一台300MW燃用无烟煤的W型火焰锅炉又进行了数值计算。全混合结构燃尽风摆角下倾30°的情况下，不同燃尽风率NO_x排放量列于表二，其中无燃尽风时NOx排放量为实际锅炉测得值，其余有燃尽风时的情况为数值计算结果。

表二

燃尽风率	无燃尽风	10％	20％	25％	30％
燃尽风率	无燃尽风	10％	20％	25％	30％	NO<sub>x</sub>排放量(mg/m<sup>3</sup>，折算氧量6％)	2101	1850	1150	970	820
NO<sub>x</sub>排放量下降幅度(％)	-----	11.9	45.3	53.8	61.0	NO<sub>x</sub>排放量(mg/m<sup>3</sup>，折算氧量6％)	2101	1850	1150	970	820
NO<sub>x</sub>排放量下降幅度(％)	-----	11.9	45.3	53.8	61.0	是否达到国家标准	否	否	否	是	是

从以上的实验和模拟结果看，相对于“文件一”的直流结构喷口，本发明提出的全混合结构的燃尽风喷口，射流的炉膛充满度有大幅提高，从原来的30％提高到70％，有利于煤粉气流的混合，提高煤粉燃尽率。此外，“文件二”提出的燃尽风喷口向下倾斜角度在10°～45°，煤粉气流混合情况变动范围较大，飞灰含碳量也变化很大。而表一表明，当下倾角度到40°时，燃尽风射入炉膛深度明显变小。本发明根据以上试验和模拟结果，将角度定为30°，此时气流混合效果能达到最佳，飞灰含碳量最低，煤粉燃尽度最高。另外，“文件一”提出的燃尽风率仅在5％-10％左右，由表一可知，此时燃尽风射流穿透深度远远达不到炉膛中部，无法与炉膛中心煤粉混合，不利于燃尽。根据表二可知，10％燃尽风率下，NO_x的脱除效果不好，脱除量仅由2101mg/m³降低到1850mg/m³。而国家标准规定，燃用V_daf＜10％煤种的火力发电锅炉，氮氧化物最高允许排放浓度为1100mg/m³。因而10％的燃尽风率还远远达不到NO_x的脱除要求。本发明提出的燃尽风率在25％～30％之间，NO_x排放量已能基本达到国家标准。

相对于“文件二”提出的直流燃尽风装置，本发明提出的全混合结构燃尽风喷口拥有更好的射流炉膛充满度较好，能达到70％左右，因而炉膛出口的飞灰含碳量要低。另外，“文件二”提出的燃尽风喷口无任何摆角，射流水平进入炉膛，而本发明提出的燃尽风喷口向下倾斜30°，射流和炉内煤粉颗粒的混合点降低，能延长煤粉颗粒和燃尽风的反应时间。

Claims

1.一种全混合W型火焰锅炉燃尽风装置，其特征在于：一种全混合W型火焰锅炉燃尽风装置还包含旋流叶片(8)、内层风道(9)和外层风道(12)，上炉膛(2)的两侧壁上设置有燃尽风喷口(4)，外层风道(12)的一端固定在燃尽风喷口(4)处的上炉膛(2)的外侧壁上，内层风道(9)固定在外层风道(12)内，所述内层风道(9)朝向上炉膛(2)内的一侧为内层喷口(5)，所述外层风道(12)朝向上炉膛(2)内的一侧为外层环形喷口(6)，所述旋流叶片(8)设置在上炉膛(2)一侧的内层风道(9)和外层风道(12)之间，燃尽风量占入炉总风量的25％～30％。

2.根据权利要求1所述的一种全混合W型火焰锅炉燃尽风装置，其特征在于：外层风道(12)与上炉膛(2)的外壁之间的角度(α)为29°。

3.根据权利要求1所述的一种全混合W型火焰锅炉燃尽风装置，其特征在于：外层风道(12)与上炉膛(2)的外壁之间的角度(α)为30°。

4.根据权利要求1所述的一种全混合W型火焰锅炉燃尽风装置，其特征在于：所述上炉膛(2)两侧壁上的外层风道(12)相互对称设置。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种全混合W型火焰锅炉燃尽风装置，其特征在于：一种全混合W型火焰锅炉燃尽风装置还包含内风门挡板(10)，内风门挡板(10)设置在内层风道(9)的入口处。

6.根据权利要求5所述的一种全混合W型火焰锅炉燃尽风装置，其特征在于：一种全混合W型火焰锅炉燃尽风装置还包含外风门挡板(11)，外风门挡板(11)设置在外层风道(12)的入口处。