CN102012020B - 一种水平摆动墙式切圆燃烧法及燃烧装置 - Google Patents

Abstract

一种水平摆动墙式切圆燃烧法及燃烧装置，属加热设备技术领域，用于解决现有墙式切圆燃烧法煤种的适应性低、煤锅炉低负荷运行时燃烧欠稳定问题。其技术方案是：在锅炉主燃烧区燃烧器喷口以炉膛四壁法线为基准线，向炉膛中心方向做水平偏转摆动，对于负荷100%的燃煤锅炉其摆动角度α按下述方法确定：当燃用19%＜Vdaf＜40%的煤粉时，α为5°-10°；当燃用Vdaf≤19%的煤粉时，α为10°-13°；当燃用Vdaf≥40%的煤粉时，α为0°-5°。本发明还给出了实现所述方法的专用燃烧装置，具有构思新颖、设备结构简单、改造方、燃烧稳定、充分，燃烧效率高的优点。

Description

一种水平摆动墙式切圆燃烧法及燃烧装置

技术领域

本发明涉及一种锅炉燃烧技术，特别是火力发电厂中燃煤锅炉水平摆动墙式切圆燃烧法及燃烧装置结构，属加热技术领域。

背景技术

在火力发电厂中，墙式切圆燃烧法是近几年来推广应用的一种燃烧方法，该方法能够有效地改变传统四角切圆燃烧方式中的四角切圆燃烧器区域温度水平低，壁面负荷分布不均匀的现象，具有较好的应用前景，但是在应用过程中也显示出该方法的不足之处。目前墙式切圆燃烧法中，各燃烧器进行同步上下摆动，此方法虽然能够调节火焰的中心位置，从而调节再热蒸汽温度，控制锅炉的出口烟温，但四墙燃烧器无法完全按照摆动角度运行，使得炉内流场无法形成假象切圆，导致燃烧状态的不佳；而且上下摆动燃烧器在运行过程中会出现喷口因为受热而造成摆动机构卡死、或者摆动不灵活、摆动机构上的传动销磨损或者受热太大时容易被剪断等问题；此外上下摆动燃烧方法适合燃用烟煤或者比较容易着火的贫煤，煤种的适应性低；再者在燃烧无烟煤，贫煤，劣质烟煤时，上下摆动燃烧法会减弱火焰对临角煤粉气流的引燃作用，使燃烧不稳定，降低燃烧效率。因此，改进现有墙式切圆燃烧方法，使煤种的适应性加强，燃烧更加稳定，并且低负荷运行时，火焰中心能够集中从而时出口烟温得到合适的控制是十分有必要的。

发明内容

本发明用于克服已有技术的缺陷而提供一种能够加强煤种的适应性以及燃煤锅炉运行时燃烧能够更加稳定和完全的水平摆动墙式切圆燃烧法及燃烧装置。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：

一种水平摆动墙式切圆燃烧法，它用于墙式切圆燃煤锅炉中，其特别之处是：在锅炉主燃烧区，燃烧器喷口以垂直于炉膛四壁的法线为摆动基准线，向炉膛中心方向做水平偏转摆动，对于负荷100%的燃煤锅炉其摆动角度α按下述方法确定：当燃用19%＜Vdaf＜40%的煤粉时，α为5°-10°；当燃用Vdaf≤19%的煤粉时，α为10°-13°；当燃用Vdaf≥40%的煤粉时，α为0°-5°。

上述水平摆动墙式切圆燃烧法，当燃煤锅炉燃用Vdaf 为40-42 %的煤粉时，燃烧器喷口摆动角度α的范围为：75%＜燃煤锅炉负荷≤100时α为0°-5°，50%＜燃煤锅炉负荷≤75%时α为5°-10°，燃煤锅炉负荷≤50%时α为10°-15°。

上述水平摆动墙式切圆燃烧装置，构成中包括燃烧器喷口、传动机构和气缸，所述气缸驱动传动机构，传动机构驱动燃烧区喷口水平摆动，所述燃烧器喷口设置在燃煤锅炉炉膛的四壁处，垂直于墙布置；各燃烧器喷口中心按照同一旋转方向相对炉膛中心偏移，偏移距离L为1/4燃煤锅炉炉膛的壁长。

上述水平摆动墙式切圆燃烧装置，所述传动机构由曲拐、曲臂、连杆，连接架、驱动杆组成，曲拐一端铰接气缸杆、另一端与曲臂构成球面转动副，连杆两端分别铰接曲臂和连接架，连接架铰接驱动杆，驱动杆铰接燃烧器喷口。

本发明针对现有墙式切圆燃烧法煤种的适应性低、煤锅炉低负荷运行时燃烧欠稳定问题进行了改进，突破常规设计理念，提出了一种采用水平摆动墙式切圆燃烧技术，该技术在采用墙式切圆燃烧方式的基础上，摒弃了传统燃烧器上下摆动方式，将燃烧器喷口水平摆动，使火焰向炉膛中心集中，它流动性良好，燃烧充分，壁面区域热负荷分布均匀。本发明根据不同负荷、不同煤种，给出了合理的水平摆动角度，从而提高了燃烧效率，增强了煤种的适应性。除此之外，本发明还具有构思新颖、设备结构简单、燃烧稳定、充分，燃烧效率高等优点。

附图说明

图1是本发明在主燃烧区燃烧器分布示意图；

图2是燃烧锅炉示意图；

图3是本发明装置示意图；

图4是八种水平摆动角度下炉膛出口的氧气浓度曲线。

附图中标号表示如下：1.锅炉；2. 主燃烧区； 3. 炉膛四壁； 4.燃烧器喷口；5. 驱动杆；6.连接架；7.连杆；8. 曲臂；9.曲拐；10.气缸； 11.气缸杆；12.摆动基准线；L.偏移距离。

具体实施方式

参看图1、图2，本发明提出了一种改进的墙式切圆燃烧法，该方法在锅炉1的主燃烧区2将燃烧器喷口4以垂直于炉膛四壁3的法线为摆动基准线12，向炉膛中心方向做水平偏转摆动，摆动角度为α。该方法对于燃用不同煤种（Vdaf的含量范围为9%-55%，本发明模拟实验是根据煤质中主要特性干燥无灰基挥发分Vdaf的大小来进行分析的）的模拟实验结论如下：从横截面的温度场，速度场以及炉膛横截面平均温度值的对比分析中得出以下三点结论：（1）从横截面温度场的分布图中可以看出本发明方法在燃用煤质差别较大的煤种时，其横截面的温度分布趋势大致相同，形成了较为完整的温度切圆，但由于煤粉性质差别较大，其温度水平有所差异。（2）从横截面流场的分布图中可以看出，本发明方法在燃用煤质差别较大的煤种时，炉膛内均形成了完整的速度切圆，且切圆直径大小合适，流场状态良好。（3）从横截面的平均温度值的分布图中可以看出，本发明方法在燃用煤质差别较大的煤种时，其温度分布的趋势是大致相同的，但是在炉膛出口区域，其出口烟温存在着较大的差距，这主要是因为煤种的发热量以及Vdaf含量存在这较大的差距所造成的。从上述流场以及温度场的分布情况得出结论：尽管所燃用的煤种其煤质存在这较大的差异，但是从速度以及温度的对比分析中可以看出，其分布趋势是大致相同的，由此也可以看出，本发明方法对于燃烧差别较大的煤种时，其适用范围还是很大的。

另外，在本发明中将煤的Vdaf含量分为三个范围Vdaf≥40%、19%＜Vdaf＜40%、Vdaf≤19%，并在各范围内选取适当的煤种进行中间浓一次风速度场、中间浓一次风横截面温度场、炉膛横截面平均温度值等数值模拟分析，得出负荷100%的燃煤锅炉对于不同煤种时摆动角度α值的合理范围如下：当燃用Vdaf≥40%的煤粉时，风粉气流垂直进入炉膛或者进行微小角度的偏转是最佳的燃烧组织方式，α为0°-5°是合理的摆动范围；当燃用19%＜Vdaf＜40%的煤粉时，α为5°-10°具有良好的流动性和燃烧特性；当燃用Vdaf≤19%的煤粉时，α的适宜范围为10°-13°。

更进一步，本发明方法对于采用工程用烟煤（Vdaf含量为40%-42%）时，锅炉不同负荷下，中间浓一次风速度场、中间浓一次风横截面温度场、炉膛横截面平均温度值、炉膛横截面NOx平均浓度等进行数值模拟分析，得出不同负荷下采用Vdaf含量为40%-42%的工程用烟煤摆动角度α值的合理范围如下：75%＜燃煤锅炉负荷≤100时α为0°-5°，50%＜燃煤锅炉负荷≤75%时α为5°-10°，燃煤锅炉负荷≤50%时α为10°-15°，按照上述摆角摆动，具有良好的流动特性，燃烧特性以及低NOx特性。

本发明具有较高的燃烧效率，燃烧效率的高低可以从炉膛出口氧气浓度的大小上进行说明。在燃煤量与风量相同的情况下，炉膛出口的氧气浓度代表着煤粉的燃烧状况，氧气浓度高，说明煤粉燃烧不够完全，效率低；而氧气浓度低，说明燃烧完全，效率高。本发明以‘铁法次’烟煤工程用煤为例，来说明在八种水平摆动角度下的炉膛出口氧气浓度的变化。

图4为八种水平摆动角度下炉膛出口的氧气浓度。

在此测试中，过量空气系数为1.15，根据完全燃烧方程式可以知道炉膛出口的过量空气系数和氧量是一一对应的，由氧气浓度的分布图可以看出：八种偏转角度下炉膛出口的过量空气系数均小于本文给定工况下的过量空气系数，这说明八种水平偏转角度下，其燃烧均不够完全，应该相对地增大给风量；同时可以看出随着偏转角度的增加，炉膛出口的氧气浓度在逐渐减低，这说明偏转角度会使燃烧更加完全，即，可提高燃烧效率。

0°角度下的氧气浓度为2.35%，20°角度下的氧气浓度为1.46%，其氧气浓度降低了约37.87%，这说明效率提高了约1.74%。

参看图1、图2，为实现本发明方法，本发明所述水平摆动墙式切圆燃烧装置分层安装在锅炉1 的主燃烧区2，各层设置相同。所述装置构成中包括燃烧器喷口4和传动机构和气缸10，由气缸驱动传动机构动作，传动机构再驱动燃烧区喷进行口水平摆动。所述燃烧器喷口设置在燃煤锅炉炉膛的四壁3处，垂直于墙布置，在不同燃烧条件下，各燃烧器喷口中心按照同一旋转方向相对炉膛中心偏移。摆动角度可根据煤质特性和锅炉负荷确定，摆动角度范围为0°－20°。

参看图3，所述传动机构采用铰链连杆结构，它由曲拐9、曲臂8、连杆7，连接架6、驱动杆5组成，曲拐一端铰接气缸杆11、另一端与曲臂构成球面转动副，连杆7的两端分别铰接曲臂和连接架，连接架铰接驱动杆，驱动杆铰接燃烧器喷口。上述传动机构的工作过程如下：气缸杆11向下运动时，曲拐9顺时针转动，曲臂8逆时针转动，连杆7向下运动，连接架6逆时针转动，驱动杆5向左运动，推动燃烧器喷口4逆时针摆动，使燃烧器喷口相对摆动基准线12转动摆角α。气缸杆11向上运动，经传动机构，燃烧器喷口逆时针摆动回位，即燃烧器喷口中心线与摆动基准线12重合。

以下给出几个具体实施例：

实施例1：某电厂600MW超超临界墙式切圆燃煤锅炉，采用Vdaf40.51%的工程用烟煤，燃煤锅炉负荷时100%时α为3°，燃煤锅炉负荷75%时α为10°，燃煤锅炉负荷50%时α为13°。

实施例2：某电厂600MW超超临界墙式切圆燃煤锅炉，锅炉100%负荷，采用Vdaf4为55%的煤粉，摆动角度α为0°，采用Vdaf4为40%的煤粉，摆动角度α为5°。

实施例3：某电厂600MW超超临界墙式切圆燃煤锅炉，锅炉100%负荷，采用Vdaf含量为24.7%的煤种，摆动角度α为8°。

实施例4：某电厂600MW超超临界墙式切圆燃煤锅炉，锅炉100%负荷，采用Vdaf含量为9%的煤种，摆动角度α为13°。

Claims (2)

1.一种水平摆动墙式切圆燃烧法，用于墙式切圆燃煤锅炉中，其特征在于：它设有一个水平摆动墙式切圆燃烧装置，所述燃烧装置中包括燃烧器喷口（4）、传动机构和气缸（10），所述气缸驱动传动机构，传动机构驱动燃烧器喷口水平摆动，所述燃烧器喷口设置在燃煤锅炉炉膛的四壁（3）处，垂直于墙布置；各燃烧器喷口中心按照同一旋转方向相对炉膛中心偏移，偏移距离L为1/4燃煤锅炉炉膛的壁长；所述燃烧器喷口以垂直于炉膛四壁的法线为摆动基准线，向炉膛中心方向做水平偏转摆动，对于负荷100%的燃煤锅炉其摆动角度α按下述方法确定：当燃用19%＜Vdaf＜40%的煤粉时，α为5°-10°；当燃用Vdaf≤19%的煤粉时，α为10°-13°；当燃用Vdaf≥40%的煤粉时，α为0°-5°；其中，Vdaf表示煤粉的干燥无灰基挥发分。

2. 根据权利要求1所述的水平摆动墙式切圆燃烧法，其特征在于：当燃煤锅炉燃用Vdaf 为40-42 %的煤粉时，燃烧器喷口摆动角度α的范围为：75%＜燃煤锅炉负荷≤100时α为0°-5°，50%＜燃煤锅炉负荷≤75%时α为5°-10°，燃煤锅炉负荷≤50%时α为10°-15°。

Images