CN101476739B - 带有两级燃尽风的w型火焰锅炉 - Google Patents

Abstract

带有两级燃尽风的W型火焰锅炉，它涉及一种W型火焰锅炉。针对现有的单级燃尽风装置W型火焰锅炉存在的飞灰可燃物含量高、煤粉的燃尽率低的问题。所述W型火焰锅炉包括上级OFA喷口(2)，所述W型火焰锅炉还包括下级OFA喷口(4)，在靠近炉膛喉口的炉拱(5)上设置有下级OFA喷口(4)，所述下级OFA喷口(4)与下炉膛(6)连通，下级OFA喷口(4)设置在燃烧器(8)的外侧，下级OFA喷口(4)与二次风箱(11)连通。本发明既能及时补充未燃尽煤粉所需的空气，利于煤粉的燃尽，使飞灰可燃物含量大大减少，又能更好地实现煤粉的分级燃烧，大幅度降低NO_x的排放量。

Description

带有两级燃尽风的W型火焰锅炉

技术领域

本发明涉及一种W型火焰锅炉。

背景技术

W型火焰燃烧技术是一种专门为燃用无烟煤等低挥发分煤种而设计的燃烧技术。以美国FW公司为代表的W型火焰锅炉，在许多国家已取得令人满意的效果。该炉型在着火、稳燃、燃尽三方面都采取了有效措施，无烟煤锅炉效率可达90％以上，无油助燃最低负荷可达40％左右，可燃用挥发份含量V_daf＝4％的无烟煤。W型火焰燃烧技术通过延长火焰行程，即延长煤粉颗粒在炉内的停留时间，提高燃烧区温度来促进煤粉的燃尽。这种技术目前已为国内部分电厂的锅炉所采用。

燃尽风(OFA)技术最早由美国在50年代发展起来的。其原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成。在第一阶段，将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少25～30％，使燃料先在缺氧的富燃料条件下燃烧。此时第一级燃烧区内过量空气系数α＜1，降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平，因此延迟了燃烧过程，而且其还原性气氛降低了生成NO_x的反应率，抑制燃料型NO_x的生成量。在第二阶段，燃料燃烧所需的其余空气通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口-燃尽风喷口(OFA)送入炉膛，与第一级燃烧区在“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合，在α＞1的条件下完成全部燃烧过程。上炉膛整体温度不高，整个炉膛在加装燃尽风后温度降低，抑制热力型NO_x的生成量。

为了降低W型火焰炉的NO_x排放量，燃尽风装置(OFA)被引入了W型火焰炉中(华中科技大学周怀春、方庆艳、姚斌的专利《W型火焰锅炉燃尽风装置及方法》，专利号：200410060622.X)。由于该技术采用分级配风分段燃烧的方式，使煤粉在燃烧初期处于贫氧富燃料燃烧状态，燃烧所需空气不能得到及时补充，不利于煤粉的燃尽，降低了煤粉的燃尽率，从而导致锅炉飞灰可燃物的含量增加。

发明内容

针对现有的单级燃尽风装置W型火焰锅炉存在的飞灰可燃物含量高、煤粉的燃尽率低的问题，本发明提供一种带有两级燃尽风的W型火焰锅炉。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明所述带有两级燃尽风的W型火焰锅炉包括上部炉体、下部炉体、炉拱、旋风分离器、燃烧器、油二次风管、二次风箱和上级OFA喷口；上部炉体通过炉拱与下部炉体连通，所述燃烧器和油二次风管均垂直安装在炉拱上且燃烧器靠近下炉膛的中心一侧，燃烧器与旋风分离器的一端连通，旋风分离器的另一端与油二次风管连通，在旋风分离器的上部侧壁上开有原乏气风管安装口，在上部炉体的侧壁上设有上级OFA喷口并与上炉膛连通，二次风箱与所述上级OFA喷口连通；所述W型火焰锅炉还包括下级OFA喷口，在靠近炉膛喉口的炉拱上设置有下级OFA喷口，所述下级OFA喷口与下炉膛连通，下级OFA喷口设置在燃烧器的外侧，下级OFA喷口与二次风箱连通。

本发明的有益效果是：

本发明采用两级OFA装置(上级OFA喷口2和下级OFA喷口4)，保证煤粉的燃尽率，减少飞灰可燃物含量。从下级OFA喷口4喷入的下级燃尽风在保证一次风和乏气风在区域I中的还原性气氛中足够停留时间的前提下，与上行的一次风和乏气风在喉口的位置汇合，既能及时补充未燃尽煤粉所需的空气，利于煤粉的燃尽，使飞灰可燃物含量大大减少，又能更好地实现煤粉的分级燃烧，大幅度降低NO_x的排放量。实例证明，某350MW机组的实际改造项目中通过单级燃尽风的加入使NO_x排放量由1387mg/Nm³减少到600mg/Nm³(折算到氧量6％)，NO_x排放量减少55％，但是飞灰可燃物含量由4％增至10％。而加入两级燃尽风装置的W型火焰锅炉与未加燃尽风装置的W型火焰锅炉相比，数值模拟计算结果显示：NO_x排放量由1387mg/Nm³减少到638mg/Nm³(折算到氧量6％)，NO_x排放量减少54％，飞灰可燃物含量由4％增至5％，相对于单级燃尽风装置技术飞灰可燃物含量减少一半，而NO_x排放量仅增加1％。从而证明单级燃尽风装置的加入虽对减少NO_x排放效果很好，但飞灰可燃物含量大大增加。

本发明相对于单级OFA装置W型火焰锅炉的优点表现在以下两个方面：

一、对于单级OFA装置W型火焰锅炉，由二次风箱提供的占总风量25～30％的二次风集中从上级OFA喷口喷入上炉膛1中，则区域I和区域II的空气过量系数都为0.75～0.85，区域III的空气过量系数为1.0～1.1；本发明设置下级OFA喷口4后，从上级OFA喷口2喷入总风量15％的二次风，从下级OFA喷口4喷入总风量10～15％的二次风，从而区域I的空气过量系数为0.75～0.85，区域II的空气过量系数由于下级燃尽风的喷入比单级燃尽风装置时稍高，为0.85～1.0，区域III的空气过量系数和单级燃尽风装置W型火焰锅炉的相同，都为1.0～1.1；由于本发明两级燃尽风装置比单级燃尽风装置W型火焰锅炉的区域II的空气过量系数稍高，因而空气量相对于单级燃尽风装置时较多，即由下级OFA喷口4喷入的空气及时补充了未燃尽煤粉燃烧所需的空气，利于煤粉的燃尽，保证了煤粉的燃尽率，从而大大降低飞灰可燃物含量。

二、两级燃尽风装置和单级燃尽风装置W型火焰锅炉区域I的过量空气系数都为0.75～0.85，因而具有相同的还原性，由于煤粉在区域I中的“U”型行程，使煤粉在区域I中的行程足够长，从而保证了煤粉在区域I的还原性气氛中足够的停留时间，在这个停留时间段内区域I的还原性气氛对于燃料型NO_X的降低作用已基本接近极限；对于单级燃尽风装置W型火焰锅炉的区域II，过量空气系数仍为0.75～0.85，依然保持和区域I相同的还原性气氛，对于两级燃尽风装置的区域II，过量空气系数为0.85～1.0，还原性相对区域I较低，但是经过区域I后的烟气在燃料型NO_X的降低作用上已经达到极限，区域II还原性气氛的强弱对于氮氧化物的排放影响很小；单级燃尽风装置W型火焰锅炉区域III的空气过量系数和两级燃尽风装置的区域III相同，都为1.0～1.1，因而气氛相同，从而对于NO_X的影响也相同。综合而言，区域I的还原性气氛对于燃料型NO_X的降低作用已基本接近极限，再延长煤粉在还原性气氛中的停留时间燃料型NO_X已基本不变，从而此时烟气进入两级燃尽风装置还原性较低的区域II中继续燃烧对于燃料型NO_x的生成量影响很小，本发明在保证煤粉的燃尽率和降低飞灰可燃物含量的情况下，本发明与单级OFA装置W型火焰锅炉一样能很好地抑制燃料型NO_x的生成量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，图2是图1的A向视图，图3是图1的B部放大图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～3所示，本实施方式所述的带有两级燃尽风的W型火焰锅炉包括上部炉体12、下部炉体13、炉拱5、旋风分离器7、燃烧器8、油二次风管9、二次风箱11和上级OFA喷口2；上部炉体12通过炉拱5与下部炉体13连通，所述燃烧器8和油二次风管9均垂直安装在炉拱5上且燃烧器8靠近下炉膛6的中心一侧，燃烧器8与旋风分离器7的一端连通，旋风分离器7的另一端与油二次风管9连通，在旋风分离器7的上部侧壁上开有原乏气风管安装口10，在上部炉体12的侧壁上设有上级OFA喷口2并与上炉膛1连通，二次风箱11与所述上级OFA喷口2连通；所述W型火焰锅炉还包括下级OFA喷口4，在靠近炉膛喉口的炉拱5上设置有下级OFA喷口4，所述下级OFA喷口4与下炉膛6连通，下级OFA喷口4设置在燃烧器8的外侧，下级OFA喷口4与二次风箱11连通。所述下级OFA喷口4和燃烧器8对应分布在炉拱5上，所述下级OFA喷口4对称分布于炉拱5上，下级OFA喷口4的安装数量与燃烧器8的安装数量相同。定义下级OFA喷口4出口处的虚线以下的炉膛为区域I、两条虚线之间的炉膛为区域II、上级OFA喷口2出口处虚线以上的炉膛为区域III。

具体实施方式二：如图1～3所示，本实施方式所述下级OFA喷口4的中心线与水平线之间的夹角β为0°～5°。若β角过大，则下级燃尽风与上行的一次风和乏气风的汇合点下降，区域I的范围缩小，区域II范围对应扩大，一次风和乏气风在区域I的还原性气氛中停留时间减少，燃料型NO_x生成量增加。β为0°～5°可减少燃料型NO_x生成量的增加。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1～3所示，本实施方式所述W型火焰锅炉还包括下级OFA喷口挡板3，所述下级OFA喷口挡板3设置在下级OFA喷口4上。下级OFA喷口挡板3用来控制进入炉膛的下级燃尽风的风量。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

工作原理：

本发明采用两级OFA装置(上级OFA喷口2和下级OFA喷口4)，由二次风箱11提供的部分二次风(占总风量的25～30％)分别从上级OFA喷口2和下级OFA喷口4喷入炉膛内，其中上级OFA喷口2喷入空气量为总风量的15％，下级OFA喷口4喷入空气量为总风量的10～15％，由燃烧器8进入下炉膛6的空气量减少25～30％，区域I的过量空气系数为0.75～0.85，燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧，降低了区域I内的燃烧速度和温度水平，延迟了燃料的燃烧过程，从而燃料在还原性气氛下燃烧，降低了NO_x的生成率，抑制了燃料型NO_x的生成量；从下级OFA喷口4与水平方向呈β角(β＝0°～5°)喷入占总风量10～15％的燃尽风与上行的一次风和乏气风在喉口的位置汇合，由于一次风和乏气风在区域I中的“U”型行程，保证了煤粉在区域I还原性气氛中足够的停留时间，很好地抑制了燃料型N0_x的生成量；若β角过大，则下级燃尽风与上行的一次风和乏气风的汇合点下降，区域I的范围缩小，区域II范围对应扩大，一次风和乏气风在区域I的还原性气氛中停留时间减少，燃料型NO_x生成量增加。此时从下级OFA喷口4喷入燃尽风后，区域II的过量空气系数为0.85～1.0，刚喷入的下级燃尽风既能及时补充未燃尽煤粉燃烧所需的空气，利于煤粉的燃尽，保证了煤粉的燃尽率，大大降低飞灰可燃物含量，又能更好的组织整个炉膛内的空气动力场，利于煤粉的稳定燃烧。经过下级OFA装置后的烟气上行与上级OFA喷口2喷入的燃尽风混合后，区域III的过量空气系数为1.0～1.1，燃烧过程处于富氧气氛，但此时大部分燃料已燃尽，加上刚喷入的空气，炉膛整体温度降低，很好地抑制了热力型NO_x的生成。

Claims (3)

1.一种带有两级燃尽风的W型火焰锅炉，所述W型火焰锅炉包括上部炉体(12)、下部炉体(13)、炉拱(5)、旋风分离器(7)、燃烧器(8)、油二次风管(9)、二次风箱(11)和上级OFA喷口(2)；上部炉体(12)通过炉拱(5)与下部炉体(13)连通，所述燃烧器(8)和油二次风管(9)均垂直安装在炉拱(5)上且燃烧器(8)靠近下炉膛(6)的中心一侧，燃烧器(8)与旋风分离器(7)的一端连通，旋风分离器(7)的另一端与油二次风管(9)连通，在旋风分离器(7)的上部侧壁上开有原乏气风管安装口(10)，在上部炉体(12)的侧壁上设有上级OFA喷口(2)并与上炉膛(1)连通，二次风箱(11)与所述上级OFA喷口(2)连通；其特征在于：所述W型火焰锅炉还包括下级OFA喷口(4)，在靠近炉膛喉口的炉拱(5)上设置有下级OFA喷口(4)，所述下级OFA喷口(4)与下炉膛(6)连通，下级OFA喷口(4)设置在燃烧器(8)的外侧，下级OFA喷口(4)与二次风箱(11)连通。

2.根据权利要求1所述的带有两级燃尽风的W型火焰锅炉，其特征在于：所述下级OFA喷口(4)的中心线与水平线之间的夹角β为0°～5°。

3.根据权利要求1或2所述的带有两级燃尽风的W型火焰锅炉，其特征在于：所述W型火焰锅炉还包括下级OFA喷口挡板(3)，所述下级OFA喷口挡板(3)设置在下级OFA喷口(4)上。

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