CN101694295B

CN101694295B - 在炉拱上布置有缝隙式燃尽风喷口的w型火焰锅炉

Info

Publication number: CN101694295B
Application number: CN2009103091139A
Authority: CN
Inventors: 李争起; 陈智超; 况敏; 朱群益; 张佳; 申珊平; 孔维光
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: CN101694295A

Abstract

在炉拱上布置有缝隙式燃尽风喷口的W型火焰锅炉，它涉及一种W型火焰锅炉。本发明的目的是为解决现有W型火焰锅炉在增加燃尽风降低NO_x排放的同时却引起煤粉燃尽度低、锅炉效率降低的问题。多个缝隙式燃尽风喷口分别成两组，两组缝隙式燃尽风喷口沿炉体的中心线对称设置，在每个靠近炉膛喉口的炉拱上对应设有一组缝隙式燃尽风喷口，所述一组缝隙式燃尽风喷口沿炉拱的长度方向平行设置并均与下炉体的下炉膛连通，所述缝隙式燃尽风喷口的横截面是长宽比为(5～7)∶1的矩形，每个缝隙式燃尽风喷口的中心线与水平线之间的夹角为20~35°，相邻缝隙式燃尽风喷口之间的距离为100mm。缝隙式燃尽风喷口的设置使未燃尽煤粉颗粒与燃尽风反应时间延长，燃烧更充分。

Description

在炉拱上布置有缝隙式燃尽风喷口的W型火焰锅炉

技术领域

本发明涉及一种W型火焰锅炉，具体涉及一种在炉拱上布置有缝隙式燃尽风装置的W型火焰锅炉，属于W型火焰锅炉燃烧技术领域。

背景技术

W型火焰锅炉是一种专门为燃用无烟煤、贫煤而设计的锅炉，为满足难燃煤及时着火和稳燃的需要，炉内必须保持较高的温度水平，从而导致NO_x排放水平明显偏高。国内现役W型火焰锅炉NO_x排放水平大都在1100mg/m³以上，部分锅炉甚至高达1800～2000mg/m³。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。

从W型火焰锅炉前后拱上二次风箱中抽取一部分二次风作为燃尽风从上炉膛喷入是一种强化分级燃烧、有效降低W型火焰锅炉NO_x排放的方法，国内已有部分研究。实用新型专利《一种低NO_x煤粉燃烧的W型火焰炉》(中国专利号为ZL200620020919.8、授权公告日为2007年5月30日、授权公告号为CN2906360Y，下称“文件一”)和发明专利《W型火焰锅炉燃尽风装置及方法》(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，从而降低NO_x。从现有研究成果看来，“文件一”和“文件二”提出的燃尽风布置方式在一定程度上降低了W型火焰锅炉NO_x排放，但同时却引起了飞灰碳含量高、燃尽度低、锅炉效率低下的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有W型火焰锅炉在增加燃尽风降低NO_x排放的同时却引起煤粉燃尽度低、锅炉效率降低的问题，进而提供了一种在炉拱上布置有缝隙式燃尽风装置的W型火焰锅炉。

本发明的技术方案是：本发明所述的在炉拱上布置有缝隙式燃尽风喷口的W型火焰锅炉包括由下炉体、上炉体和两个炉拱构成的炉体以及多个一次风喷口、多个乏气喷口和多个二次风喷口；所述W型火焰锅炉还包括多个缝隙式燃尽风喷口；多个二次风喷口分成两组，两组二次风喷口沿炉体的中心线对称设置，在每个炉拱上沿其长度方向平行设有一组二次风喷口，多个二次风喷口均与下炉体的下炉膛连通，每组二次风喷口中相邻两个二次风喷口为一小组，每小组中的两个二次风喷口之间设有呈一字形布置的一次风喷口和乏气喷口，呈一字形布置的一次风喷口和乏气喷口与二次风喷口平行设置，且乏气喷口设置在远离炉膛中心的炉拱上，一次风喷口和乏气喷口均与下炉体的下炉膛连通；多个缝隙式燃尽风喷口分成两组，两组缝隙式燃尽风喷口沿炉体的中心线对称设置，在每个靠近炉膛喉口的炉拱上对应设有一组缝隙式燃尽风喷口，所述一组缝隙式燃尽风喷口沿炉拱的长度方向平行设置并均与下炉体的下炉膛连通，所述缝隙式燃尽风喷口的横截面是长宽比为(5～7)∶1的矩形，每个缝隙式燃尽风喷口的中心线与水平线之间的夹角为20~35°，相邻缝隙式燃尽风喷口之间的距离为100mm。

与现有燃尽风技术相比本发明具有以下有效效果：

1、“文件一”中燃尽风以水平射流的方式从上炉膛喷入，燃尽风射流与下炉膛上升的煤粉颗粒混合点(以下简称“混合点”)距离炉膛出口偏近，未燃尽煤粉颗粒与燃尽风反应时间偏短，导致燃尽度差，且易引起尾部受热面超温和结渣；“文件二”燃尽风喷口布置在上炉膛前后墙根部。W型火焰锅炉加装该燃尽风后截面流场如附图2所示(图2中各股喷入炉内气流的速度方向均采用箭头标出)，燃尽风从位于上炉膛前、后墙根部的燃尽风喷口12，与水平方向成10~45°角向下喷入下炉膛上部区域，相比于“文件一”，其混合点13离炉膛出口14较远(即h1+h较大；H1为混合点10距炉膛出口11的垂直距离，h为混合点距炉膛出口的水平距离)，未燃尽煤粉颗粒与燃尽风反应时间有所延长，但由于燃尽风喷口仍位于上炉膛前、后墙上，混合点13距离炉膛出口14还不够远，未燃尽煤粉颗粒与燃尽风反应时间仍不够充分，燃尽度依然不高。而本发明中的燃尽风布置在炉拱上靠近炉膛中心处并与水平方向成20~35°角向下送入下炉膛上部中心区域，混合点10沿炉膛高度方向进一步降低，到炉膛出口11的距离(H1+h)增加(H1为混合点10距炉膛出口11的垂直距离，h为混合点距炉膛出口的水平距离)，未燃尽煤粉颗粒与燃尽风反应时间延长，燃尽度增加，提高了燃烧效率。本发明的燃尽风射流在拱上靠近炉膛中心处与水平方向成20～35°角下倾射入下炉膛上部中心区域，与上行气流中未燃尽煤粉颗粒在下炉膛上部的混合点沿炉膛高度方向进一步降低，未燃尽煤粉颗粒与燃尽风反应时间延长，燃烧更充分。

2、“文件二”采用圆形燃尽风喷口，单个喷口面积大而数量少，喷口间距大，如对于一台300MW机组中的W型火焰锅炉的燃尽风喷口间距D为1500mm。如附图4b所示，相邻喷口的燃尽风射流在离开喷口很长距离后才能相交，燃尽风射流很难扩散至与相邻燃尽风喷口所夹区域(图中阴影部分)，造成这部分烟气中的煤粉由于缺少燃尽风补充的氧气而燃尽度差，炉膛出口飞灰可燃物含量偏高。而本发明中缝隙式燃尽风喷口成排密集布置，喷口间距小，如对于一台300MW机组的W型火焰锅炉的相邻燃尽风喷口间距d仅为100mm。如附图4a所示，相邻喷口的燃尽风射流在离开喷口很短距离便相交，燃尽风射流很快扩散至与相邻燃尽风喷口所夹区域，未燃尽煤粉与燃尽风混合充分而提高了燃尽效果，飞灰可燃物含量降低。另外，本发明的密集布置的缝隙式燃尽风喷口，增强了烟气中未燃尽的煤粉颗粒和燃尽风射流的混合程度，也使得煤粉燃尽度增加，提高了锅炉效率。

3、对于一台300MW机组的W型火焰锅炉上布置一个燃尽风喷口需改动12根水冷壁管(参见“文件二”)，如附图5b所示，水冷壁管15拉弯幅度大，工艺复杂、制造成本高且布置不方便；采用本发明中的缝隙式燃尽风喷口，如附图5a所示，布置一个喷口只需移开1根水冷壁管16即可，制造成本低且布置方便。

附图说明

图1为本发明所述W型火焰锅炉结构及加装燃尽风后截面流场示意图(图1中箭头表示各股入炉气流的速度方向)，图2是现有的W型火焰锅炉结构及加装燃尽风后截面流场示意图(文件二)，图3是图1的A-A剖视图(本发明的燃烧器布置示意图)；图4a是本发明所述的缝隙式燃尽风喷口射流的混合特性图(箭头表示燃尽风射流)，图4b是文件二中燃尽风喷口射流的混合特性图(箭头表示燃尽风射流)；图5a是采用本发明所述的缝隙式燃尽风喷口布置一个燃尽风喷口水冷壁管拉弯改动示意图(图5a是图1的B向视图)，图5b是文件二中布置一个燃尽风喷口水冷壁管拉弯改动示意图(图5b是图1的C向视图)。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述的在炉拱上布置有缝隙式燃尽风喷口的W型火焰锅炉包括由下炉体1、上炉体2和两个炉拱3构成的炉体以及多个一次风喷口5、多个乏气喷口6和多个二次风喷口7；所述W型火焰锅炉还包括多个缝隙式燃尽风喷口9；多个二次风喷口7分成两组，两组二次风喷口7沿炉体的中心线对称设置，在每个炉拱3上沿其长度方向平行设有一组二次风喷口7，多个二次风喷口7均与下炉体1的下炉膛连通，每组二次风喷口7中相邻两个二次风喷口7为一小组，每小组中的两个二次风喷口7之间设有呈一字形布置的一次风喷口5和乏气喷口6，呈一字形布置的一次风喷口5和乏气喷口6与二次风喷口7平行设置，且乏气喷口6设置在远离炉膛中心的炉拱3上，一次风喷口5和乏气喷口6均与下炉体1的下炉膛连通；多个缝隙式燃尽风喷口9分成两组，两组缝隙式燃尽风喷口9沿炉体的中心线2-1对称设置，在每个靠近炉膛喉口的炉拱3上对应设有一组缝隙式燃尽风喷口9，所述一组缝隙式燃尽风喷口9沿炉拱3的长度方向平行设置并均与下炉体1的下炉膛连通，所述缝隙式燃尽风喷口9的横截面是长宽比为(5～7)∶1的矩形，每个缝隙式燃尽风喷口的中心线与水平线之间的夹角α为20~35°，相邻缝隙式燃尽风喷口之间的距离d为100mm。以上所述各喷口均以炉膛中心线2-1对称布置。燃尽风射流在拱上靠近炉膛中心处与水平方向成20~35°角下倾射入下炉膛上部中心区域，与未燃尽煤粉颗粒混合后再折转向上进入上炉膛继续燃烧。燃尽风从缝隙式燃尽风喷口9中喷出送入下炉膛上部区域，燃尽风以25~40m/s风速斜向下喷入下炉膛1-1的上部区域，燃尽风占总风量15％~40％。

具体实施方式二：本实施方式中每个缝隙式燃尽风喷口的中心线与水平线之间的夹角α为25°。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：结合图3说明本实施方式，本实施方式所述缝隙式燃尽风喷口9的横截面是长宽比为(5～7)∶1的矩形。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述W型火焰锅炉还包括多个三次风喷口8，所述多个三次风喷口8分成两组，下炉体1的前墙水冷壁4、后墙水冷壁4-1上沿其长度方向各平行设有一组三次风喷口8。如此设置，可进一步提高锅炉的燃烧效率。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

本发明中燃尽风射流与未燃尽煤粉颗粒的混合点10(图1中燃尽风开始转弯上行处)明显低于图2中混合点13，混合点10与炉膛出口11的距离(H1+h)也明显大于图2中混合点13与炉膛出口14的距离(h1+h)，未燃尽煤粉颗粒与燃尽风反应时间进一步延长，燃尽更加充分，在有效降低NO_x排放量的同时保持较高燃尽度和锅炉效率。燃尽风射流从燃尽风喷口9以25~40m/s风速斜向下喷入下炉膛1的上部区域，燃尽风占总风量15％~40％。从W型火焰锅炉试验结果表明，采用背景技术中“文件二”的燃尽风喷口布置方式，喷入燃尽风的风率为20％，NO_x排放量下降45.2％，飞灰含碳量为9.2％；采用本发明的燃尽风喷口布置方式，喷入燃尽风的风率为20％，NO_x排放下降48.4％，飞灰含碳量为5.6％。上述试验结果表明，两种燃尽风布置方式下NO_x排放降低幅度差别不大，而飞灰可燃物含量明显降低，有效降低了NO_x排放的同时还可以保持较高燃尽度。

Claims

1.一种在炉拱上布置有缝隙式燃尽风喷口的W型火焰锅炉，所述W型火焰锅炉包括由下炉体（1）、上炉体（2）和两个炉拱（3）构成的炉体以及多个一次风喷口（5）、多个乏气喷口（6）和多个二次风喷口（7）；其特征在于：所述W型火焰锅炉还包括多个缝隙式燃尽风喷口（9）；多个二次风喷口（7）分成两组，两组二次风喷口（7）沿炉体的中心线对称设置，在每个炉拱（3）上沿其长度方向平行设有一组二次风喷口（7），多个二次风喷口（7）均与下炉体（1）的下炉膛连通，每组二次风喷口（7）中相邻两个二次风喷口（7）为一小组，每小组中的两个二次风喷口（7）之间设有呈一字形布置的一次风喷口（5）和乏气喷口（6），呈一字形布置的一次风喷口（5）和乏气喷口（6）与二次风喷口（7）平行设置，且乏气喷口（6）设置在远离炉膛中心的炉拱（3）上，一次风喷口（5）和乏气喷口（6）均与下炉体（1）的下炉膛连通；多个缝隙式燃尽风喷口（9）分成两组，两组缝隙式燃尽风喷口（9）沿炉体的中心线对称设置，在每个靠近炉膛喉口的炉拱（3）上对应设有一组缝隙式燃尽风喷口（9），所述一组缝隙式燃尽风喷口（9）沿炉拱（3）的长度方向平行设置并均与下炉体（1）的下炉膛连通，所述缝隙式燃尽风喷口（9）的横截面是长宽比为（5～7）：1的矩形，每个缝隙式燃尽风喷口的中心线与水平线之间的夹角（α）为20～35°，相邻缝隙式燃尽风喷口之间的距离（d）为100㎜。

2.根据权利要求1所述的在炉拱上布置有缝隙式燃尽风喷口的W型火焰锅炉，其特征在于：每个缝隙式燃尽风喷口的中心线与水平线之间的夹角（α）为25°。

3、根据权利要求1或2所述的在炉拱上布置有缝隙式燃尽风喷口的W型火焰锅炉，其特征在于：所述W型火焰锅炉还包括多个三次风喷口（8），所述多个三次风喷口（8）分成两组，下炉体（1）的前墙水冷壁（4）、后墙水冷壁（4-1）上沿其长度方向各平行设有一组三次风喷口（8）。