CN101818893B

CN101818893B - 一种带有边界二次风喷口的w火焰锅炉

Info

Publication number: CN101818893B
Application number: CN 201010156745
Authority: CN
Inventors: 李争起; 陈智超; 况敏; 吴远刚; 张佳; 杨连杰; 徐善田; 曾令艳; 申珊平; 杨志强
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: CN101818893A

Abstract

一种带有边界二次风喷口的W火焰锅炉，它涉及一种W火焰锅炉。本发明解决了现有的W火焰锅炉运行中存在飞灰可燃物含量高、翼墙水冷壁结渣严重的问题。本发明在每个燃烧器喷口组（30）的炉拱（3）上个设置有一个边界二次风喷口（15），每个边界二次风喷口（15）的设置位置均靠近每个燃烧器喷口组（30）中的最外侧的浓煤粉气流喷口（10）和淡煤粉气流喷口（12），边界二次风喷口（15）与淡煤粉气流喷口（12）平行设置，边界二次风喷口（15）的上沿和浓煤粉气流喷口（10）的上沿平齐，边界二次风喷口（15）的下沿与淡煤粉气流喷口（12）的下沿平齐。本发明降低了飞灰可燃物含量，减轻了炉膛的翼墙水冷壁结渣。本发明适用于W火焰锅炉燃烧技术领域。

Description

一种带有边界二次风喷口的W火焰锅炉

技术领域

本发明涉及一种W火焰锅炉，具体涉及一种带有边界二次风喷口的W火焰锅炉，属于W火焰锅炉燃烧技术领域。

背景技术

W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，这种W火焰锅炉运行中普遍存在以下问题：飞灰可燃物含量高、下炉膛前墙和后墙的水冷壁结渣严重、煤粉气流着火晚且火焰稳定性较差。

上述W火焰锅炉常见的截面流场和拱上燃烧器喷口布置方式如图5和图6所示。从结构上对以上所述两个方面问题进行分析：飞灰可燃物含量高，其主要原因在于煤粉着火晚且火焰稳定性差；从燃烧器喷口布置结构上分析：①浓煤粉气流喷口10靠近下炉膛前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3布置而远离炉膛中心2-1，而距离炉膛中心2-1越远，烟气温度越低，因而加热浓煤粉气流的烟气温度相对较低，对着火不利；②浓煤粉气流喷口10呈狭长型，这使得高温烟气加热浓煤粉气流时浓煤粉气流的受热面小，从而影响煤粉气流的着火和火焰稳定性；③浓煤粉气流喷口10上沿没有与二次风喷口13上沿平齐，浓煤粉气流喷口10上沿与两侧二次风喷口13的突出部分之间的区域无其它气流，这使得突出的部分二次风极易向此区域扩散，从而在浓煤粉气流与炉膛中心高温烟气之间形成一道风膜，阻断了来自炉膛中心的高温烟气与浓煤粉气流的混合，从而引起着火延迟、燃烧不稳定；④淡煤粉气流7从拱上靠近炉膛中心区域喷入，一方面阻碍炉膛中心高温烟气与浓煤粉气流5混合，另一方面低温的淡煤粉气流7引起炉膛中心烟气温度有所下降，因而对着火和稳燃不利。

下炉膛前墙和后墙水冷壁结渣严重是因为：①浓煤粉气流5靠近下炉膛前墙水冷壁2-3和后墙水冷壁2-2侧喷入，且浓煤粉气流喷口10与前墙水冷壁2-3和后墙水冷壁2-2之间空隙处无其它气流，拱上二次风8携带浓煤粉气流5下冲过程中易向前墙和后墙水冷壁扩散而冲刷水冷壁，从而导致结渣；②浓煤粉气流5在下行过程中随着温度升高而体积膨胀，且同时受炉膛中心区域高温烟气膨胀而施加的横向推力作用，因而浓煤粉气流5易向两侧的前墙和后墙水冷壁扩张，冲刷前墙和后墙水冷壁而引起结渣。

中国发明专利申请《一种稳燃防结渣缝隙式W型火焰锅炉装置》（公开日为2009年2月18日、申请号为200810137213.3、申请日为2008年9月27日，下称“文件一”）和发明专利申请《一种带有增程二次风喷口的W型火焰锅炉》(公开日为2010年3月10日、申请号为200910309100.1、申请日为2009年10月30日，下称“文件二”)。“文件一”和“文件二”对W火焰锅炉运行中普遍存在的问题提出了相应措施，使下炉膛前墙和后墙的水冷壁结渣严重、煤粉气流着火晚且火焰稳定性较差的情况得到了一定程度的缓解，但是飞灰可燃物含量仍然偏高，并且还出现了翼墙结渣的现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有边界二次风喷口的W火焰锅炉，以解决现有的W火焰锅炉运行中存在飞灰可燃物含量高、翼墙水冷壁结渣严重的问题。

本发明的技术方案是：一种带有边界二次风喷口的W火焰锅炉包括由下炉膛、上炉膛和两个炉拱构成的炉体以及多个浓煤粉气流喷口、多个淡煤粉气流喷口、多个拱上二次风喷口和多个增程二次风喷口；在每个炉拱上从靠近炉膛中心线到前墙水冷壁和后墙水冷壁之间依次设置有呈一字形排列的多个浓煤粉气流喷口，呈一字形排列的多个淡煤粉气流喷口和呈一字形排列的多个拱上二次风喷口，多个浓煤粉气流喷口、多个淡煤粉气流喷口和多个拱上二次风喷口平行设置；多个浓煤粉气流喷口等间距设置，每个浓煤粉气流喷口小组由两个浓煤粉气流喷口构成；在每相邻两个浓煤粉气流喷口小组之间的炉拱上设有一个增程二次风喷口；多个淡煤粉气流喷口等间距设置，每个淡煤粉气流喷口小组由两个淡煤粉气流喷口构成；由上述各喷口组成多个燃烧器喷口组，多个燃烧器喷口组呈一字型排布，每个燃烧器喷口组包含多个浓煤粉气流喷口小组、多个淡煤粉气流喷口小组、多个增程二次风喷口和多个二次风喷口；所述W火焰锅炉还包括多个边界二次风喷口，在每个燃烧器喷口组两侧的炉拱上各设置有一个边界二次风喷口，且每个边界二次风喷口的设置位置均靠近每个燃烧器喷口组中的最外侧的浓煤粉气流喷口和淡煤粉气流喷口，边界二次风喷口与淡煤粉气流喷口平行设置，边界二次风喷口的上沿和浓煤粉气流喷口的上沿平齐，边界二次风喷口的下沿与淡煤粉气流喷口的下沿平齐。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：飞灰可燃物含量降低，炉膛的翼墙水冷壁结渣减轻，下面进行逐一介绍：

（1）飞灰可燃物含量降低

现有技术中飞灰可燃物仍较高的原因在于：首先，炉拱3上相邻的两组燃烧器喷口之间所夹炉拱的宽度约有1.5米（对于300MW级机组锅炉，容量等级更大的机组锅炉此宽度更大），由于这段炉拱上没有布置喷口，对应的下炉膛空间没有任何气流吹入，则此空间的压力要明显小于有燃烧器喷口对应的下炉膛空间，故每个燃烧器喷口组两边最外侧的浓煤粉气流喷口小组19和淡煤粉气流喷口小组20出来的浓煤粉气流5和淡煤粉气流7在压差的作用下极容易向外侧低压区偏斜，使这股浓煤粉气流5和淡煤粉气流7下射刚性变小，下射深度也减小，导致煤粉气流行程变短、燃尽率低，飞灰可燃物含量偏高；其次，因为每组燃烧器喷口两边最外侧的浓煤粉气流喷口小组19出来的浓煤粉气流5本身携带的空气量不足，这股浓煤粉气流在离开浓煤粉气流喷口10并向外侧偏斜后，拱上二次风8很难混入其中，因而这股浓煤粉气流一直处于贫氧燃烧，不利于煤粉的燃尽。本发明在“文件二”布置方式的基础上，在每个燃烧器喷口组两边的炉拱3上紧靠最外侧的浓煤粉气流喷口小组19和淡煤粉喷口小组12处各平行设有一个边界二次风喷口15，每组燃烧器两边靠外侧的浓煤粉气流喷口小组19喷出的浓煤粉气流5，由原本靠自身动量和单侧的增程二次风6携带下行，转而变成了由35~45m/s的增程二次风6和40~45m/s的边界二次风16共同携带下行，由于每组燃烧器喷口两边最外侧的浓煤粉气流5外侧有高速的边界二次风16保护，这股浓煤粉气流不再向外侧的低压区偏斜，这股浓煤粉气流5的下射深度得以增加，延长了煤粉颗粒在锅炉内的行程和停留时间，从而提高了燃尽；其次，由于边界二次风16在携带这股浓煤粉气流下射的过程中逐步与浓煤粉气流混合，煤粉颗粒在氧量充足的气氛下燃烧，这利于燃尽。另外，这股边界二次风16也保护了每个燃烧器喷口组两边靠外侧的淡煤粉气流喷口12喷出的淡煤粉气流7，使其也不再向低压区偏斜而增加其下射的深度，延长了淡煤粉气流7在锅炉内的行程和停留时间，提高了燃尽。

(2) 翼墙水冷壁结渣减轻

在炉拱3上，紧靠翼墙17侧的浓煤粉气流喷口小组19与翼墙之间所夹炉拱段仍较宽，且在这段炉拱上没有布置喷口，这段炉拱对应的下炉膛空间没有任何气流吹入，则此空间的压力要明显低于有燃烧器喷口对应的下炉膛空间，紧靠翼墙17的浓煤粉气流喷口小组19出来的浓煤粉气流5在压差的作用下向翼墙17侧偏斜，冲刷翼墙17，导致翼墙17结渣。另外，由于这股浓煤粉气流与翼墙17之间无二次风补入，翼墙17的附近区域处于还原性气氛，而煤粉颗粒的灰熔点在还原性气氛下偏低，易发生结渣现象。本发明在夹于翼墙17和紧靠翼墙17的浓煤粉气流喷口小组19之间在炉拱段上，靠近此浓煤粉气流喷口小组19并与之平行亦布置一个边界二次风喷口15，风速高、刚性强的边界二次风一方面在翼墙17与靠翼墙的浓煤粉气流5和淡煤粉气流7之间形成一层风膜，使这股浓煤粉气流5和淡煤粉气流7中的煤粉颗粒不再冲刷翼墙17；另一方面由于这股边界二次风的喷入，在翼墙表面形成氧化性气氛下，灰熔点升高，因而减轻了翼墙水冷壁结渣。

附图说明

图1是整体结构示意图（图中流场分布以炉膛中心2-1为对称面，图中各股喷入炉内气流的速度方向均采用箭头标出)，图2是图1的A向局部示意图（图中的拱上各喷口以炉膛中心2-1为对称面布置），图3是 “文件二”中布置在炉拱3上的燃烧器喷口示意图，图4是 “文件一”中布置在炉拱3上的燃烧器喷口示意图，图5是背景技术中所提及的W火焰锅炉的截面流场示意图（图中各股喷入炉内气流的速度方向均采用箭头标出），图6是图5的B向局部示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种带有边界二次风喷口的W火焰锅炉包括由下炉膛、上炉膛2和两个炉拱3构成的炉体以及多个浓煤粉气流喷口10、多个淡煤粉气流喷口12、多个拱上二次风喷口13和多个增程二次风喷口11；在每个炉拱3上从靠近炉膛中心线2-1到前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3之间依次设置有呈一字形排列的多个浓煤粉气流喷口10，呈一字形排列的多个淡煤粉气流喷口12和呈一字形排列的多个拱上二次风喷口13，多个浓煤粉气流喷口10、多个淡煤粉气流喷口12和多个拱上二次风喷口13平行设置；多个浓煤粉气流喷口10等间距设置，每个浓煤粉气流喷口小组19由两个浓煤粉气流喷口10构成；在每相邻两个浓煤粉气流喷口小组19之间的炉拱3上设有一个增程二次风喷口11；多个淡煤粉气流喷口12等间距设置，每个淡煤粉气流喷口小组20由两个淡煤粉气流喷口12构成；由上述各喷口组成多个燃烧器喷口组30，多个燃烧器喷口组30呈一字型排布，每个燃烧器喷口组30包含多个浓煤粉气流喷口小组19、多个淡煤粉气流喷口小组20、多个增程二次风喷口11和多个二次风喷口13；所述W火焰锅炉还包括多个边界二次风喷口15，在每个燃烧器喷口组30两侧的炉拱3上各设置有一个边界二次风喷口15，且每个边界二次风喷口15的设置位置均靠近每个燃烧器喷口组30中的最外侧的浓煤粉气流喷口10和淡煤粉气流喷口12，边界二次风喷口15与淡煤粉气流喷口12平行设置，边界二次风喷口15的上沿和浓煤粉气流喷口10的上沿平齐，边界二次风喷口15的下沿与淡煤粉气流喷口12的下沿平齐。

本实施方式中所有喷口均与炉膛连通，以上所述各喷口均以炉膛中心2-1为对称轴进行布置。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的W火焰锅炉还包括多个三次风喷口14，所述多个三次风喷口14分成两组，下炉体1的前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3上各设有一组三次风喷口14。经由三次风喷口14进入炉膛的风是三次风9。设置三次风喷口14是为了进一步提高燃尽率。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1说明本实施方式，本实施方式的三次风喷口14的中心线与水平面之间的夹角α为25°-45°。三次风喷口14向下偏置角度过大时，将造成煤粉气流下射深度过大而冲刷冷灰斗，从而引起冷灰斗结渣，如此设置，既可保证浓煤粉气流5在下炉膛内有足够的下射深度，又能避免冷灰斗结渣。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

实施例：对一台300MW带直流缝隙式燃烧器的W火焰锅炉进行冷态试验，燃烧器采用“文件二”的布置方式时，测得每组燃烧器两边靠外侧的浓煤粉气流喷口10喷出的浓煤粉气流5在增程二次风6的携带下的下射深度是6.3m，每组燃烧器两边靠外侧的淡煤粉气流喷口12喷出淡煤粉气流7的自由下射深度是6.9m；采用本发明中带边界二次风喷口15的布置方式后，在边界二次风16的携带作用下，位于每组燃烧器两边靠外侧的浓煤粉气流5和淡煤粉气流7下射深度增大至h₁= 7.6m，煤粉气流在下炉膛停留时间延长。对该台锅炉进行的热态数值模拟结果表明：燃烧器采用“文件二”的布置方式时飞灰可燃物含量为5.8%，靠近翼墙区域平均O₂浓度为3.0%；在采用本发明中带边界二次风喷口的布置方式后，飞灰可燃物含量为4.8%，靠近翼墙区域平均O₂浓度为4.5%。飞灰可燃物含量降低而使锅炉运行的经济性得以提高，同时靠近翼墙区域氧含量升高，减轻了翼墙结渣。另外，通过观察煤粉颗粒我轨迹，发现紧靠翼墙17的浓煤粉气流喷口小组19出来的浓煤粉气流5向翼墙17侧偏斜的现象也得到很大的缓解，减轻了结渣。

工作原理：经由浓煤粉气流喷口10进入炉膛的浓煤粉气流5的风速约为10m/s，经由增程二次风喷口11进入炉膛的增程二次风6风速为35~45m/s，经由边界二次风喷口15进入炉膛的边界二次风16风速为40~45m/s，利用高速边界二次风16对紧靠浓煤粉气流喷口小组19喷出的浓煤粉气流5的夹携作用来增大此股浓煤粉气流5的刚性，防止这股浓煤粉气流5向外侧低压区偏斜，提高了这股浓煤粉气流5在下炉体1的下炉膛内的下射深度以继续深入下炉膛，从而延长了这股浓煤粉气流5行程，提高了燃尽率并且避免了紧靠翼墙17一侧的浓煤粉气流喷口10喷出的浓煤粉气流5对翼墙17的冲刷；另外，也增大了紧靠边界二次风喷口15的淡煤粉气流7的刚性，防止这股淡煤粉气流7向外侧的偏斜。边界二次风16为从经由二次风喷口13进入炉膛的二次风8中分出的一股二次风。

Claims

1.一种带有边界二次风喷口的W火焰锅炉，所述W火焰锅炉包括由下炉膛、上炉膛（2）和两个炉拱（3）构成的炉体以及多个浓煤粉气流喷口（10）、多个淡煤粉气流喷口（12）、多个拱上二次风喷口（13）和多个增程二次风喷口（11）；在每个炉拱（3）上从靠近炉膛中心线（2-1）到前墙水冷壁（2-2）和后墙水冷壁（2-3）之间依次设置有呈一字形排列的多个浓煤粉气流喷口（10），呈一字形排列的多个淡煤粉气流喷口（12）和呈一字形排列的多个拱上二次风喷口（13），多个浓煤粉气流喷口（10）、多个淡煤粉气流喷口（12）和多个拱上二次风喷口（13）平行设置；多个浓煤粉气流喷口（10）等间距设置，每个浓煤粉气流喷口小组（19）由两个浓煤粉气流喷口（10）构成；在每相邻两个浓煤粉气流喷口小组（19）之间的炉拱（3）上设有一个增程二次风喷口（11）；多个淡煤粉气流喷口（12）等间距设置，每个淡煤粉气流喷口小组（20）由两个淡煤粉气流喷口（12）构成；由上述各喷口组成多个燃烧器喷口组（30），多个燃烧器喷口组（30）呈一字型排布，每个燃烧器喷口组（30）包含多个浓煤粉气流喷口小组（19）、多个淡煤粉气流喷口小组（20）、多个增程二次风喷口（11）和多个二次风喷口（13）；其特征在于：所述W火焰锅炉还包括多个边界二次风喷口（15），在每个燃烧器喷口组（30）两侧的炉拱（3）上各设置有一个边界二次风喷口（15），且每个边界二次风喷口（15）的设置位置均靠近每个燃烧器喷口组（30）中的最外侧的浓煤粉气流喷口（10）和淡煤粉气流喷口（12），边界二次风喷口（15）与淡煤粉气流喷口（12）平行设置，边界二次风喷口（15）的上沿和浓煤粉气流喷口（10）的上沿平齐，边界二次风喷口（15）的下沿与淡煤粉气流喷口（12）的下沿平齐。

2.根据权利要求1所述一种带有边界二次风喷口的W火焰锅炉，其特征在于：所述W火焰锅炉还包括多个三次风喷口（14），所述多个三次风喷口（14）分成两组，下炉体（1）的前墙水冷壁（2-2）和后墙水冷壁（2-3）上各设有一组三次风喷口（14）。

3.根据权利要求2所述一种带有边界二次风喷口的W火焰锅炉，其特征在于：三次风喷口（14）的中心线与水平面之间的夹角（α）为25°-45°。