CN101832548B - 拱上单级引射分级燃烧的方法及实现该方法的w火焰锅炉 - Google Patents

Abstract

拱上单级引射分级燃烧的方法及实现该方法的W火焰锅炉，它涉及一种分级燃烧的方法及W火焰锅炉。针对W火焰锅炉NO_x排放量高、飞灰可燃物含量高、下炉膛前、后墙水冷壁结渣严重、火焰稳定性差问题。本发明的方法是：由风速为35～65m/s的拱上二次风逐级引射并携带风速为10～20m/s的浓煤粉气流下射，风速为35～65m/s的拱下二次风由拱下二次风喷口喷入下炉膛内；本发明的锅炉是：在炉拱上从炉膛中心侧到炉膛前、后墙水冷壁布置有浓煤粉气流喷口、拱上二次风喷口、淡煤粉气流喷口，浓煤粉气流喷口与其相对应的拱上二次风喷口紧靠设置，在下炉膛的前、后墙水冷壁上沿炉膛宽度方向设有拱下二次风喷口。本发明用于W火焰锅炉中，可使NO_x排放大幅度降低、飞灰可燃物含量降低。

Description

拱上单级引射分级燃烧的方法及实现该方法的W火焰锅炉

技术领域

本发明涉及一种分级燃烧的方法及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，为满足这种难燃煤着火和稳燃的需要，炉内必须保持较高的温度水平，导致NO_x排放水平明显偏高。W火焰锅炉通常具有如下技术特点：拱上布置浓煤粉气流、淡煤粉气流和二次风，拱下前墙和后墙水冷壁上布置拱下二次风；采用浓淡燃烧，浓煤粉气流中煤粉浓度较高，其煤粉含量约占总煤粉量的85％，淡煤粉气流煤粉浓度较低，其煤粉含量约占总煤粉量的15％；浓煤粉气流在拱上靠近前墙和后墙水冷壁布置，在其两侧相间布置的高速二次风的携带下能深入下炉膛而具有长火焰行程，淡煤粉气流在靠炉膛中心侧依靠自身动量下倾喷入炉膛中心区域，拱下二次风从下炉膛前墙和后墙水冷壁下部水平喷入炉内而实现分级燃烧。然而，这种W火焰锅炉运行中普遍存在以下问题：NO_x排放量高达1600～1800mg/m³、飞灰可燃物含量高、下炉膛前墙和后墙水冷壁结渣严重、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4、图5所示。(图4中各股喷入炉内气流的速度方向均采用箭头标出)，从结构上对以上所述三方面问题进行分析，NO_x排放量高的原因在于：①浓煤粉气流喷口9和二次风喷口10呈相间密集布置，风速远高于浓煤粉气流的二次风离开喷口后即混入浓煤粉气流中，使浓煤粉气流速度迅速升高并最终达到与二次风风速相等而整体下行，这就使得锅炉运行时浓煤粉气流长期处于富氧燃烧状态，从而生成了大量NO_x；②淡煤粉气流靠近炉膛中心喷入，由于淡煤粉气流动量小，在受到拱下回流区13内的高温回流烟气的挤压而偏转向浓煤粉气流侧并与浓煤粉气流混合，在根本上失去了原设想采用浓淡燃烧以降低NO_x生成的效果(说明：组织浓淡燃烧时将浓煤粉气流粉浓缩成煤粉含量高、空气量低的一股气流，使浓煤粉气流早期在贫氧条件下燃烧，从而在一定程度上限制NO_x生成)。

飞灰可燃物含量高，其主要原因在于拱下二次风水平吹入，对下炉膛内下行的浓煤粉气流有拦截作用，使浓煤粉气流在下炉膛内下射深度(即从浓煤粉气流喷口的出口中心处到下行气流开始上行的拐点A处的垂直距离L₁，以下均简称“下射深度”)较小，因而煤粉颗粒在下炉膛内行程短而缩短了停留时间。此外，煤粉着火晚且火焰稳定性差也是引起飞灰可燃物含量高的一个因素，从燃烧器布置结构上分析：①浓煤粉气流喷口9靠近下炉膛前墙和后墙水冷壁布置而远离炉膛中心，而距离炉膛中心越远，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9呈狭长型，这使得炉膛中心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9上沿没有与二次风喷口10上沿平齐，浓煤粉气流喷口9上沿与两侧突出的部分二次喷口之间区域无其它气流，这使得浓煤粉气流喷口9两侧突出的部分二次风极易向此区域扩散，从而在浓煤粉气流5与靠近炉膛中心侧的高温烟气之间形成一道风膜，阻断了靠近炉膛中心侧的高温烟气与浓煤粉气流5混合，从而引起着火延迟、燃烧不稳定；④淡煤粉气流7靠近炉膛中心喷入靠近炉膛中心区域，一方面阻碍靠近炉膛中心侧的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降低了靠近炉膛中心侧的高温烟气的温度，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靠近下炉膛前墙和后墙水冷壁侧喷入，且浓煤粉气流喷口9与前墙或后墙水冷壁之间空隙处无其它气流，二次风携带浓煤粉气流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而冲刷前墙和后墙水冷壁而引起结渣。

中国发明专利《一种拱下二次风向下偏置的W型火焰炉》(中国专利号为ZL 200610010089.5、授权公告日为2009年6月24日、专利申请日为2006年5月26日，下称“文件一”)、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“文件二”)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“文件三”)。在上述“文件一”、“文件二”和“文件三”中均对W火焰锅炉运行中普遍存在的问题提出了相应措施，使这些存在的问题得到了一定程度的缓解，但是尚未能够全面解决存在的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决W火焰锅炉运行中存在NO_x排放量高、飞灰可燃物含量高、下炉膛前墙和后墙水冷壁结渣严重、煤粉气流着火晚且火焰稳定性较差的问题，进而提供一种拱上单级引射分级燃烧的方法及实现该方法的W火焰锅炉。

为便于理解，先就“引射”的定义进行阐述：对于两股风速不同的气流，风速高的气流其静压小，而风速低的气流其静压大，当这两股气流相隔一定间距平行喷入炉内时，在这两股气流之间存在静压差，在静压差的作用下，风速低的那股气流偏向风速高的那股气流流动并与风速高的那股气流逐渐混合。由于风速低的气流在风速高的气流带动下流动，风速较低的气流在炉内的行程得以延长。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的拱上单级引射分级燃烧的方法是这样实现的：在炉膛的前炉拱上从炉膛中心到炉膛的前墙水冷壁之间以及在炉膛的后炉拱上从炉膛中心到炉膛的后墙水冷壁之间各依次布置有多个浓煤粉气流喷口和多个拱上二次风喷口，每个浓煤粉气流喷口与其相对应的拱上二次风喷口相邻设置，在炉膛的前炉拱上从炉膛中心到炉膛的前墙水冷壁之间以及在炉膛的后炉拱上从炉膛中心到炉膛的后墙水冷壁之间还设置有多个淡煤粉气流喷口，在下炉膛的前墙水冷壁和后墙水冷壁上设置了多个拱下二次风喷口，拱下二次风喷口的中心线与水平面之间的夹角为25°～45°；浓煤粉气流由多个浓煤粉气流喷口喷入下炉膛内，拱上二次风由多个拱上二次风喷口喷入下炉膛内，淡煤粉气流由多个淡煤粉气流喷口喷入下炉膛内，拱下二次风由多个拱下二次风喷口喷入下炉膛内；在下炉膛内，由风速为35～65m/s的拱上二次风引射并携带风速为10～20m/s的浓煤粉气流下射，拱上二次风包裹于风速为20m/s的淡煤粉气流四周并同时携带淡煤粉气流下射，在拱上二次风、浓煤粉气流和淡煤粉气流组成的煤粉气流到达拱下二次风喷口区域时，由风速为35～65m/s并向下偏置25°～45°角的拱下二次风进一步引射煤粉气流下行，实现了分级燃烧，浓煤粉气流喷口、拱上二次风喷口和淡煤粉气流喷口的形状均为矩形或圆形。

本发明的拱上单级引射分级燃烧的W火焰锅炉包括由下炉膛、上炉膛和两个炉拱所构成的炉膛以及多个浓煤粉气流喷口、多个淡煤粉气流喷口和多个拱下二次风喷口，两个炉拱分别是前炉拱和后炉拱；所述W火焰锅炉还包括多个拱上二次风喷口，在炉膛的前炉拱上从炉膛中心到炉膛的前墙水冷壁之间以及在炉膛的后炉拱上从炉膛中心到炉膛的后墙水冷壁之间各依次布置有多个浓煤粉气流喷口和多个拱上二次风喷口，浓煤粉气流喷口与其相对应的拱上二次风喷口紧靠设置，在炉膛的前炉拱上从炉膛中心到炉膛的前墙水冷壁之间以及在炉膛的后炉拱上从炉膛中心到炉膛的后墙水冷壁之间还设置有多个淡煤粉气流喷口，多个拱下二次风喷口沿炉膛的宽度方向设置在炉膛的前墙水冷壁和炉膛的后墙水冷壁上，每个拱下二次风喷口的中心线与水平面之间的夹角为25°～45°；多个浓煤粉气流喷口由多个浓煤粉气流喷口组构成，每组浓煤粉气流喷口由两个紧靠在一起的浓煤粉气流喷口构成，多个浓煤粉气流喷口组沿炉膛宽度方向呈一字形等间距设置；多个淡煤粉气流喷口呈一字形等间距设置；多个拱上二次风喷口呈一字形等间距设置；每个二次风喷口的宽度与相对应的浓煤粉气流喷口组的宽度一致，浓煤粉气流喷口、拱上二次风喷口、淡煤粉气流喷口和拱下二次风喷口的形状均为矩形或圆形，形状为矩形的浓煤粉气流喷口的长宽比为4～5∶1。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：NO_x排放大幅度降低、飞灰可燃物含量降低、前墙和后墙水冷壁结渣减轻、着火提前且燃烧稳定性增强，下面进行逐一介绍：

(1)NO_x排放大幅度降低

①在炉膛的前炉拱3上从炉膛中心2-1到炉膛的前墙水冷壁2-2之间以及在炉膛的后炉拱15上从炉膛中心2-1到炉膛的后墙水冷壁2-3之间各依次布置有多个浓煤粉气流喷口和多个拱上二次风喷口10，每个浓煤粉气流喷口与其相对应的拱上二次风喷口10相邻设置，在炉膛的前炉拱3上从炉膛中心2-1到炉膛的前墙水冷壁2-2之间以及在炉膛的后炉拱15上从炉膛中心2-1到炉膛的后墙水冷壁2-3之间还设置有多个淡煤粉气流喷口11，由风速为35～65m/s的拱上二次风6引射并携带风速为10～20m/s的浓煤粉气流5下射，拱上二次风6与浓煤粉气流5离开喷口后两股射流之间的接触面积小，两股气流之间的混合是一个逐步混合过程，至浓煤粉气流5在下炉膛1内下射入较远深度后拱上二次风6才与浓煤粉气流5完全混合，这就避免了二次风过早混入浓煤粉气流中，使浓煤粉气流5长时间处于贫氧气氛下燃烧，抑制了NO_x的生成。②风速为20m/s的淡煤粉气流7四周由风速为35～65m/s的拱上二次风6包裹，由于有拱上二次风6阻隔，浓煤粉气流5和淡煤粉气流7的混合得以明显延迟，实现了浓淡燃烧，从而减少了NO_x生成。③在拱上二次风6和浓煤粉气流5的混合气流到达拱下二次风喷口12附近区域时，风速高达35～65m/s的拱下二次风8向下偏置25～45°角喷入，进一步引射煤粉气流下行，实现了分级燃烧；此外，向下偏置的拱下二次风8还推迟了煤粉气流与拱下二次风8的混合，延长了煤粉气流在贫氧气氛下的燃烧时间，减少了NO_x生成。由于在炉拱上形成浓煤粉气流5与二次风分离，浓煤粉气流5先后受拱上二次风6和拱下二次风8引射下行，从而在炉内形成拱上单级引射、拱下再次引射的两级引射分级燃烧，浓煤粉气流5长时间处于贫氧燃烧状态，抑制了NO_x的生成；浓、淡两股煤粉气流实现了浓淡燃烧，因而NO_x排放大幅度减少。

(2)飞灰可燃物含量降低

①浓煤粉气流5靠近炉膛中心2-1侧布置，因靠近炉膛中心区域温度高，煤粉气流喷入炉膛后能与拱下高温回流烟气混合，可及时着火和稳定燃烧而提高燃尽。②浓煤粉气流喷口由现有技术中长宽比为10～12∶1的狭长缝隙形变换成长宽比为4～5∶1的矩形，这种结构变化一方面使得浓煤粉气流5受高温回流烟气加热时受热面大，有利于及时着火和稳定燃烧而提高燃尽，另一方面使浓煤粉气流5在宽度方向更集中而延缓了射流衰减，使得浓煤粉气流5在下炉膛1内的行程得以延长而提高燃尽。③在炉拱上，风速10～20m/s的浓煤粉气流5先由风速高达35～65m/s的拱上二次风6引射并携带下射，在煤粉气流到达拱下二次风喷口12的附近区域时，再由风速达35～65m/s、向下偏置25～45°角喷入的拱下二次风8进一步引射下行，浓煤粉气流5在下炉膛1的下射深度大，煤粉颗粒在炉内停留时间长，燃烧充分，飞灰可燃物含量低，锅炉效率高。

(3)前墙水冷壁和后墙水冷壁结渣减轻

浓煤粉气流5靠近炉膛中心，淡煤粉气流7靠近前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3侧且为拱上二次风6所包裹，包裹于淡煤粉气流7四周的拱上二次风6一方面阻隔了淡煤粉气流7和浓煤粉气流5中的煤粉颗粒冲刷水冷壁，另一方面降低了水冷壁附近区域温度，因而减轻了前墙水冷壁和后墙水冷壁结渣。

(4)浓煤粉气流着火提前且燃烧稳定性增强

①浓煤粉气流喷口靠近炉膛中心2-1侧布置，在浓煤粉气流5与炉膛中心2-1之间再无二次风或淡煤粉气流布置，一方面浓煤粉气流5下方区域烟气温度高，另一方面浓煤粉气流5在着火前无二次风或淡煤粉气流的稀释，从而在浓煤粉气流5下方区域形成了高温、高煤粉浓度区域，而煤粉浓度高，着火热减小，着火温度低，因而煤粉气流着火提前且火焰稳定性提高；②浓煤粉气流喷口由现有技术中长宽比10～12∶1的狭长缝隙形变换成长宽比为4～5∶1的矩形，这种结构变化使得浓煤粉气流5受高温回流烟气加热的受热面大，因而煤粉气流着火提前且火焰稳定性提高。

此外，本发明与背景技术(“文件一”、“文件二”和“文件三”)相比，在技术方案上有以下不同之处：

A、与“文件一”对比

①结构上

“文件一”与本发明的不同之处在于：“文件一”在拱上燃烧器喷口布置上未作改动，而本发明依据引射分级燃烧的原理对燃烧器喷口进行了排列，在炉膛中心到前墙或后墙水冷壁的前炉拱和后炉拱上布置浓煤粉气流喷口、二次风喷口和淡煤粉气流喷口。

②性能上

“文件一”与本发明的不同之处在于：“文件一”拱上燃烧器布置上未作改动，浓煤粉气流与二次风相间布置，二次风离开喷口后即混入浓煤粉气流中，使浓煤粉气流长期处于富氧燃烧状态，同时靠近炉膛中心喷入的淡煤粉气流在受到拱下高温回流烟气的挤压而偏转向浓煤粉气流侧并与浓煤粉气流混合，浓淡燃烧效果差，因而NO_x排放量很高。“文件一”中浓煤粉气流靠近前墙或后墙水冷壁侧，同时浓煤粉气流喷口与前墙或后墙水冷壁之间空隙处无其它气流，二次风携带浓煤粉气流下冲过程中易向前墙和后墙水冷壁扩散而冲刷水冷壁，从而导致前墙和后墙水冷壁结渣。“文件一”浓煤粉气流靠近温度低的前墙或后墙水冷壁布置，浓煤粉气流下方烟气温度低，且二次风离开喷口后即混入浓煤粉气流中稀释了煤粉浓度，因而不能形成高温、高煤粉浓度区域，煤粉气流着火晚且火焰稳定性差，此外，采用狭长型喷口的浓煤粉气流在炉内的受热面小，这也影响煤粉气流的着火和燃烧稳定性。本发明中浓煤粉气流与二次风分离，在炉内形成了拱上高速的二次风先行引射、拱下二次风再进一步引射浓煤粉气流下行的两次引射分级燃烧方式，使浓煤粉气流长时间处于贫氧燃烧状态，同时由于包裹于淡煤粉气流四周的二次风的阻隔，浓煤粉气流和淡煤粉气流混合延迟而实现浓淡燃烧，因而NO_x排放量大幅度减少。本发明中包裹于淡煤粉气流四周的二次风最靠近前墙或后墙水冷壁侧布置，它一方面阻隔了煤粉颗粒冲刷前墙和后墙水冷壁，另一方面降低了前墙和后墙水冷壁附近区域温度，因而减轻前墙和后墙水冷壁结渣。本发明中浓煤粉气流靠近高温的炉膛中心并无二次风或淡煤粉气流的阻隔，煤粉浓度高，着火热减小，着火温度低，形成了高温、高煤粉浓度区域，煤粉气流着火提前且火焰稳定性提高；此外，浓煤粉气流采用长宽比较小的矩形喷口并以每两个喷口在炉宽方向紧靠而组成一个喷口小组，这一方面增加了浓煤粉气流的受热面，另一方面是煤粉气流的火焰集中，有利于着火和稳定燃烧。

B、与“文件二”对比

①结构上

“文件二”中浓煤粉气流靠近炉膛中心而淡煤粉气流靠近前墙和后墙水冷壁侧布置，在淡煤粉气流与前墙或后墙水冷壁之间布置有防结渣二次风，二次风喷口与一次风喷口相间布置，一次风喷口上沿与两侧的二次风喷口上沿平齐，拱上燃烧器布置方式如附图6所示：9--浓煤粉气流喷口、11--淡煤粉气流喷口、10-1--二次风喷口、10-2--防结渣二次风喷口。“文件二”与本发明的不同之处在于：a.“文件二”的浓、淡两股煤粉气流紧邻布置，而本发明中浓、淡两股煤粉气流之间拉开一定间距且在该间距内有部分二次风通入；b.“文件二”中浓、浓两股煤粉气流和二次风仍为相间布置，而本发明中二次风与浓煤粉气流分离，二次风布置于浓煤粉气流与前墙或后墙水冷壁之间，将二次风喷口由狭长缝隙形变换成矩形；c.“文件二”的浓煤粉气流的喷口仍呈狭长型，而本发明采用了长宽比较小的矩形喷口并以每两个喷口在炉宽方向紧靠而组成一个喷口小组。

②性能上

“文件二”与本发明的不同之处在于：a.“文件二”中浓煤粉气流和二次风相间布置方式，二次风离开喷口后即混入浓煤粉气流中，使煤粉气流长期处于富氧气氛下燃烧，同时淡煤粉气流喷口紧靠浓煤粉气流喷口布置而使浓、淡两股煤粉气流进入炉内后不久即混合，浓淡燃烧效果有限，因而NO_x排放量高的问题未得到解决。本发明中浓煤粉气流与二次风分离，在炉内形成了二次风在拱单级引射、拱下二次风再进一步引射浓煤粉气流下行的两次引射分级燃烧方式，使浓煤粉气流长时间处于贫氧燃烧状态，同时由于包裹于淡煤粉气流四周的二次风的阻隔，使浓煤粉气流和淡煤粉气流混合延迟而实现浓淡燃烧，因而NO_x排放量大幅度减少。b.“文件二”仅依靠浓煤粉气流喷口上沿与两侧二次风喷口上沿平齐，使浓煤粉气流直面来自炉膛中心的高温烟气而提前着火和改善火焰稳定性，但由于高速的二次风仍与浓煤粉气流相间布置，二次风离开喷口即混入浓煤粉气流中，在稀释浓煤粉气流的煤粉浓度的同时还降低了浓煤粉气流下部的高温烟气的温度，不能形成高温、高浓度区而影响着火和燃烧稳定性，此外，浓煤粉气流喷口仍呈狭长形，受炉膛中心高温烟气加热时浓煤粉气流的受热面小，这也影响到煤粉气流着火和火焰稳定性。本发明中浓煤粉气流靠近高温的炉膛中心且其两侧再无二次风或淡煤粉气流的阻隔，煤粉浓度高，着火热减小，着火温度低，形成了高温、高浓度区域，煤粉气流着火提前且火焰稳定性提高；此外，浓煤粉气流采用长宽比较小的矩形喷口并以每两个喷口在炉宽方向紧靠而组成一个喷口小组，这一方面增加了浓煤粉气流的受热面，另一方面使煤粉气流的火焰集中，有利于着火和稳定燃烧。

C、与“文件三”对比

①结构上

“文件三”中拱上燃烧器布置方式如附图7所示：9--浓煤粉气流喷口、10-3--增程二次风喷口、11--淡煤粉气流喷口、10-1--二次风喷口。“文件三”中采用长宽比较小的浓煤粉气流喷口且以每两个喷口组成喷口小组，在拱上从靠近炉膛中心到前墙或后墙水冷壁依次布置浓煤粉气流、淡煤粉气流和二次风，在每两个浓煤粉气流喷口小组之间布置有增程二次风喷口。“文件三”与本发明的不同之处在于：a.本发明中采用了长宽比较小的二次风喷口，而“文件三”中二次风喷口仍为长宽比较大的狭长形；b.本发明中在浓、淡两股煤粉气流之间隔有包裹于淡煤粉气流四周的二次风，而“文件三”在此区域内无任何气流布置；c.本发明在每两个浓煤粉气流喷口小组之间区域不设置气流，而“文件三”在此区域内布置了增程二次风。

②性能上

“文件三”与本发明的不同之处在于：a.“文件三”中增程二次风喷口与浓煤粉气流喷口小组相间布置，增程二次风离开喷口后即混入浓煤粉气流中，为NO_x的生成提供了有利条件，此外浓、淡两股煤粉气流间无气流布置，两股煤粉气流进入炉内后不久即混合，从而影响浓淡燃烧效果，因而NOx排放量仍较高。本发明中浓煤粉气流喷口小组间不布置二次风或其他气流，浓、淡两股煤粉气流之间所夹二次风延迟了两股煤粉气流的混合，因而NOx排放下降幅度大。b.“文件三”中喷口数量少、风量有限，增程二次风对浓煤粉气流的携带作用有限，又因整体布置于靠近前墙或后墙水冷壁侧的二次风离浓煤粉气流较远，布置在二次风与浓煤粉气流之间的淡煤粉气流阻碍二次风引射携带浓煤粉气流下行，且狭长形二次风射流进入炉内后衰减较快，则二次风引射携带浓煤粉气流的下行作用不强，造成浓煤粉气流在下炉膛的下射深度较小，煤粉颗粒在下炉膛停留时间缩短，飞灰可燃物含量高。本发明中紧邻浓煤粉气流喷口下沿布置一排长宽比较小的二次风喷口，二次风刚性强且进入炉内后不易衰减，二次风引射携带浓煤粉气流下行过程中能保持较大的动量，同时被包裹在二次风射流中心区域的淡煤粉气流也不会阻碍二次风引射携带浓煤粉气流，因而浓煤粉气流下射深度大，飞灰可燃物含量低。c.“文件三”中布置于浓煤粉气流喷口小组之间的增程二次风离开喷口后即混入浓煤粉气流中，一方面稀释浓煤粉气流的煤粉浓度，另一方面降低了浓煤粉气流喷口下方区域的高温烟气的温度，不利形成高温、高煤粉浓度区域，因而影响浓煤粉气流着火和稳定燃烧。本发明在浓煤粉气流喷口小组之间无其它气流，浓煤粉气流喷口的下方形成了高温、高煤粉浓度区域，煤粉气流着火提前且火焰稳定性提高。

附图说明

图1是本发明的拱上单级引射分级燃烧的W火焰锅炉的截面流场示意图

(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3是多个拱上二次风喷口10与多个淡煤粉气流喷口11相间布置示意图，图4是背景技术中所提及的W型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5是图4的B向局部示意图，图6是“文件二”中布置在前炉拱3上的燃烧器喷口示意图，图7是“文件三”中布置在前炉拱3上的燃烧器喷口示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的拱上单级引射分级燃烧的方法是这样实现的：在炉膛的前炉拱3上从炉膛中心2-1到炉膛的前墙水冷壁2-2之间以及在炉膛的后炉拱15上从炉膛中心2-1到炉膛的后墙水冷壁2-3之间各依次布置有多个浓煤粉气流喷口和多个拱上二次风喷口10，每个浓煤粉气流喷口与其相对应的拱上二次风喷口10相邻设置，在炉膛的前炉拱3上从炉膛中心2-1到炉膛的前墙水冷壁2-2之间以及在炉膛的后炉拱15上从炉膛中心2-1到炉膛的后墙水冷壁2-3之间还设置有多个淡煤粉气流喷口11，在下炉膛1的前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3上设置了多个拱下二次风喷口12，拱下二次风喷口12的中心线与水平面之间的夹角α为25°～45°；浓煤粉气流5由多个浓煤粉气流喷口喷入下炉膛1内，拱上二次风6由多个拱上二次风喷口10喷入下炉膛1内，淡煤粉气流7由多个淡煤粉气流喷口11喷入下炉膛1内，拱下二次风8由多个拱下二次风喷口12喷入下炉膛1内；在下炉膛1内，由风速为35～65m/s的拱上二次风6引射并携带风速为10～20m/s的浓煤粉气流5下射，拱上二次风6包裹于风速为20m/s的淡煤粉气流7四周并同时携带淡煤粉气流7下射，在拱上二次风6、浓煤粉气流5和淡煤粉气流7组成的煤粉气流到达拱下二次风喷口12区域时，由风速为35～65m/s并向下偏置25°～45°角的拱下二次风8进一步引射煤粉气流下行，实现了分级燃烧，浓煤粉气流喷口、拱上二次风喷口10和淡煤粉气流喷口11的形状均为矩形或圆形。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的拱下二次风喷口12的中心线与水平面之间的夹角α为45°。拱下二次风8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4，从而引起冷灰斗4结渣，拱下二次风8向下偏置45°既可保证浓煤粉气流5在下炉膛1内有足够的下射深度，又能避免冷灰斗4结渣。其它与实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的拱上单级引射分级燃烧的W火焰锅炉包括由下炉膛1、上炉膛2和两个炉拱所构成的炉膛以及多个浓煤粉气流喷口、多个淡煤粉气流喷口11和多个拱下二次风喷口12，两个炉拱分别是前炉拱3和后炉拱15；所述W火焰锅炉还包括多个拱上二次风喷口10，在炉膛的前炉拱3上从炉膛中心2-1到炉膛的前墙水冷壁2-2之间以及在炉膛的后炉拱15上从炉膛中心2-1到炉膛的后墙水冷壁2-3之间各依次布置有多个浓煤粉气流喷口和多个拱上二次风喷口10，浓煤粉气流喷口与其相对应的拱上二次风喷口10紧靠设置，在炉膛的前炉拱3上从炉膛中心2-1到炉膛的前墙水冷壁2-2之间以及在炉膛的后炉拱15上从炉膛中心2-1到炉膛的后墙水冷壁2-3之间还设置有多个淡煤粉气流喷口11，多个拱下二次风喷口12沿炉膛的宽度方向设置在炉膛的前墙水冷壁2-2和炉膛的后墙水冷壁2-3上，每个拱下二次风喷口12的中心线与水平面之间的夹角α为25°～45°；多个浓煤粉气流喷口由多个浓煤粉气流喷口组16构成，每组浓煤粉气流喷口由两个紧靠在一起的浓煤粉气流喷口构成，多个浓煤粉气流喷口组16沿炉膛宽度方向呈一字形等间距设置；多个淡煤粉气流喷口11呈一字形等间距设置；多个拱上二次风喷口10呈一字形等间距设置；每个二次风喷口10的宽度与相对应的浓煤粉气流喷口组16的宽度一致，浓煤粉气流喷口、拱上二次风喷口10、淡煤粉气流喷口11和拱下二次风喷口12的形状均为矩形或圆形，形状为矩形的浓煤粉气流喷口9的长宽比为4～5∶1。

具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式的形状为圆形的多个浓煤粉气流喷口的总面积与形状为矩形的多个浓煤粉气流喷口的总面积相等；形状为圆形的多个淡煤粉气流喷口11的总面积与形状为矩形的多个淡煤粉气流喷口11的总面积相等；形状为圆形的多个拱下二次风喷口12的总面积与形状为矩形的多个拱下二次风喷口12的总面积相等；形状为圆形的多个拱上二次风喷口10的总面积与形状为矩形的多个拱上二次风喷口10的总面积相等。附图2中只画出了形状为矩形的多个浓煤粉气流喷口、多个二次风喷口10及多个淡煤粉气流喷口11。由圆形的多个浓煤粉气流喷口喷入炉内的圆形浓煤粉气流、圆形的多个淡煤粉气流喷口11喷入炉内的圆形淡煤粉气流、形状为圆形的多个拱上二次风喷口10喷入炉内的圆形二次风和由形状为圆形的多个拱下二次风喷口12喷入炉内的圆形拱下二次风的流射刚性强而不易衰减，可确保圆形浓煤粉气流在下炉膛有足够的下射深度。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的前炉拱3上的多个浓煤粉气流喷口与后炉拱15上的多个浓煤粉气流喷口相对于炉膛中心2-1对称设置；前炉拱3上的多个拱上二次风喷口10与后炉拱15上的多个拱上二次风喷口10相对于炉膛中心2-1对称设置；前炉拱3上的多个淡煤粉气流喷口11与后炉拱15上的多个淡煤粉气流喷口11相对于炉膛中心2-1对称设置。浓煤粉气流5、淡煤粉气流7、拱上二次风6和拱下二次风8按炉膛中心2-1对称喷入炉内，使下炉膛1内前炉拱3和后炉拱15下的下行气流能按炉膛中心2-1形成对称W型流场，保证了前炉拱3和后炉拱15下的煤粉气流按炉膛中心2-1进行对称燃烧。其它与具体实施方式三或四相同。

具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式的每个淡煤粉气流喷口11布置在相应的拱上二次风喷口10的中心区域内。如此设置，由于包裹于淡煤粉气流四周的二次风的阻隔，使浓煤粉气流和淡煤粉气流混合延迟而实现浓淡燃烧，因而NO_x排放量大幅度减少。其它与具体实施方式三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图3说明本实施方式，本实施方式的多个淡煤粉气流喷口11与多个拱上二次风喷口10沿炉膛的宽度方向相间布置。如此设置，由于包裹于淡煤粉气流四周的二次风的阻隔，使浓煤粉气流和淡煤粉气流混合延迟而实现浓淡燃烧，因而NO_x排放量大幅度减少。其它与具体实施方式三、四或五相同。

实施例：本实例是对一台300MW的W火焰锅炉建立冷态模化试验台，对原锅炉结构下和燃烧器喷口分别采用现有技术中的三种布置方式(即“文件一”、“文件二”和“文件三”)以及本发明中的拱上单级引射分级燃烧布置方式，进行冷态模化试验测量浓煤粉气流的下射深度，测得原锅炉结构下(即背景技术中提及的W火焰燃烧锅炉)和“文件三”的浓煤粉气流下射深度分别为7.5m和8.8m，在采用本发明中的拱上单级引射分级燃烧布置方式后，浓煤粉气流5与拱上二次风6的混合点距浓煤粉气流喷口出口的距离h₁＝2.7m，浓煤粉气流5与拱上二次风6形成的混合气流和拱下二次风8的混合点距浓煤粉气流喷口出口的距离h₂＝8.3m，实现了拱上和拱下两股二次风射流与浓煤粉气流的逐级混合；浓煤粉气流下射深度L2有所增加。对该台锅炉进行的热态数值模拟结果表明：原锅炉结构下和燃烧器采用现有技术中的三种布置方式时，锅炉NO_x排放量分别为1882mg/m³、1817mg/m³、1723mg/m³和1321mg/m³，飞灰可燃物含量为分别11.2％、8.3％、5.4％和5.8％，在采用本发明中的拱上单级引射分级燃烧布置方式后，锅炉NO_x排放量降为710mg/m³，飞灰可燃物含量4.0％，在大幅度降低NO_x排放的同时锅炉运行经济性也得到了保持。热态数值模拟结果还得出了燃烧器采用现有技术中的三种布置方式时，锅炉在靠近前墙或后墙水冷壁区域内烟气的平均温度分别为807℃、703℃和628℃，平均O₂浓度分别为3.2％、6.4％和7.8％，在采用本发明中引射分级燃烧布置方式后，该区域内烟气平均温度降至625℃，平均O₂浓度升至8.0％，由于在靠近前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3处形成了低温、高氧浓度区，故而前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3结渣减轻。

本发明的工作原理：在炉拱上由高风速二次风逐级引射并携带低风速的浓煤粉气流下射，再在炉拱下由风速高且向下偏置一定角度的拱下二次风进一步引射携带煤粉气流下行，从而实现引射分级燃烧，降低了NO_x生成；浓煤粉气流靠近炉膛中心而淡煤粉气流靠近前墙水冷壁和后墙水冷壁的布置方式一方面有效组织了浓淡燃烧而降低NO_x生成，另一方面有利于浓煤粉气流的着火和稳定燃烧；由于在靠近前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3处形成了低温、高氧浓度区，故而减轻了前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3的结渣。

Claims (7)

1.一种拱上单级引射分级燃烧的方法，其特征在于：所述方法是这样实现的：在炉膛的前炉拱(3)上从炉膛中心(2-1)到炉膛的前墙水冷壁(2-2)之间以及在炉膛的后炉拱(15)上从炉膛中心(2-1)到炉膛的后墙水冷壁(2-3)之间各依次布置有多个浓煤粉气流喷口(9)和多个拱上二次风喷口(10)，每个浓煤粉气流喷口(9)与其相对应的拱上二次风喷口(10)相邻设置，在炉膛的前炉拱(3)上从炉膛中心(2-1)到炉膛的前墙水冷壁(2-2)之间以及在炉膛的后炉拱(15)上从炉膛中心(2-1)到炉膛的后墙水冷壁(2-3)之间还设置有多个淡煤粉气流喷口(11)，在下炉膛(1)的前墙水冷壁(2-2)和后墙水冷壁(2-3)上设置了多个拱下二次风喷口(12)，拱下二次风喷口(12)的中心线与水平面之间的夹角(α)为25°～45°；浓煤粉气流(5)由多个浓煤粉气流喷口(9)喷入下炉膛(1)内，拱上二次风(6)由多个拱上二次风喷口(10)喷入下炉膛(1)内，淡煤粉气流(7)由多个淡煤粉气流喷口(11)喷入下炉膛(1)内，拱下二次风(8)由多个拱下二次风喷口(12)喷入下炉膛(1)内；在下炉膛(1)内，由风速为35～65m/s的拱上二次风(6)引射并携带风速为10～20m/s的浓煤粉气流(5)下射，拱上二次风(6)包裹于风速为20m/s的淡煤粉气流(7)四周并同时携带淡煤粉气流(7)下射，在拱上二次风(6)、浓煤粉气流(5)和淡煤粉气流(7)组成的煤粉气流到达拱下二次风喷口(12)区域时，由风速为35～65m/s并向下偏置25°～45°角的拱下二次风(8)进一步引射煤粉气流下行，实现了分级燃烧，浓煤粉气流喷口(9)、拱上二次风喷口(10)和淡煤粉气流喷口(11)的形状均为矩形或圆形。

2.根据权利要求1所述拱上单级引射分级燃烧的方法，其特征在于：拱下二次风喷口(12)的中心线与水平面之间的夹角(α)为45°。

3.一种实现权利要求1所述方法的W火焰锅炉，所述锅炉包括由下炉膛(1)、上炉膛(2)和两个炉拱所构成的炉膛以及多个浓煤粉气流喷口(9)、多个淡煤粉气流喷口(11)和多个拱下二次风喷口(12)，两个炉拱分别是前炉拱(3)和后炉拱(15)；其特征在于：所述W火焰锅炉还包括多个拱上二次风喷口(10)，在炉膛的前炉拱(3)上从炉膛中心(2-1)到炉膛的前墙水冷壁(2-2)之间以及在炉膛的后炉拱(15)上从炉膛中心(2-1)到炉膛的后墙水冷壁(2-3)之间各依次布置有多个浓煤粉气流喷口(9)和多个拱上二次风喷口(10)，浓煤粉气流喷口(9)与其相对应的拱上二次风喷口(10)紧靠设置，在炉膛的前炉拱(3)上从炉膛中心(2-1)到炉膛的前墙水冷壁(2-2)之间以及在炉膛的后炉拱(15)上从炉膛中心(2-1)到炉膛的后墙水冷壁(2-3)之间还设置有多个淡煤粉气流喷口(11)，多个拱下二次风喷口(12)沿炉膛的宽度方向设置在炉膛的前墙水冷壁(2-2)和炉膛的后墙水冷壁(2-3)上，每个拱下二次风喷口(12)的中心线与水平面之间的夹角(α)为25°～45°；多个浓煤粉气流喷口(9)由多个浓煤粉气流喷口组(16)构成，每组浓煤粉气流喷口由两个紧靠在一起的浓煤粉气流喷口(9)构成，多个浓煤粉气流喷口组(16)沿炉膛宽度方向呈一字形等间距设置；多个淡煤粉气流喷口(11)呈一字形等间距设置；多个拱上二次风喷口(10)呈一字形等间距设置；每个二次风喷口(10)的宽度与相对应的浓煤粉气流喷口组(16)的宽度一致，浓煤粉气流喷口(9)、拱上二次风喷口(10)、淡煤粉气流喷口(11)和拱下二次风喷口(12)的形状均为矩形或圆形，形状为矩形的浓煤粉气流喷口(9)的长宽比为4～5∶1。

4.根据权利要求3所述拱上单级引射分级燃烧的W火焰锅炉，其特征在于：形状为圆形的多个浓煤粉气流喷口(9)的总面积与形状为矩形的多个浓煤粉气流喷口(9)的总面积相等；形状为圆形的多个淡煤粉气流喷口(11)的总面积与形状为矩形的多个淡煤粉气流喷口(11)的总面积相等；形状为圆形的多个拱下二次风喷口(12)的总面积与形状为矩形的多个拱下二次风喷口(12)的总面积相等；形状为圆形的多个拱上二次风喷口(10)的总面积与形状为矩形的多个拱上二次风喷口(10)的总面积相等。

5.根据权利要求3或4所述拱上单级引射分级燃烧的W火焰锅炉，其特征在于：前炉拱(3)上的多个浓煤粉气流喷口(9)与后炉拱(15)上的多个浓煤粉气流喷口(9)相对于炉膛中心(2-1)对称设置；前炉拱(3)上的多个拱上二次风喷口(10)与后炉拱(15)上的多个拱上二次风喷口(10)相对于炉膛中心(2-1)对称设置；前炉拱(3)上的多个淡煤粉气流喷口(11)与后炉拱(15)上的多个淡煤粉气流喷口(11)相对于炉膛中心(2-1)对称设置。

6.根据权利要求5所述拱上单级引射分级燃烧的W火焰锅炉，其特征在于：每个淡煤粉气流喷口(11)布置在相应的拱上二次风喷口(10)的中心区域内。

7.根据权利要求5所述拱上单级引射分级燃烧的W火焰锅炉，其特征在于：多个淡煤粉气流喷口(11)与多个拱上二次风喷口(10)沿炉膛的宽度方向相间布置。

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