CN102297420A - 一种乏气下置的引射分级燃烧w火焰锅炉 - Google Patents

Abstract

一种乏气下置的引射分级燃烧W火焰锅炉，它涉及一种W火焰燃烧锅炉。本发明为解决拱上单级引射分级燃烧技术的W火焰锅炉在运行中NO_x排放仍较高的问题。前墙水冷壁上的多个淡煤粉气流喷口与后墙水冷壁上的多个淡煤粉气流喷口对称设置，每组淡煤粉气流喷口在其对应的前墙水冷壁和后墙水冷壁上沿炉膛的宽度方向呈一字形等间距设置，前炉拱上的多个浓煤粉气流喷口组与前墙水冷壁上的多个淡煤粉气流喷口上下一一对应，后炉拱上的多个浓煤粉气流喷口组与后墙水冷壁上的多个淡煤粉气流喷口上下一一对应，每个淡煤粉气流喷口的中心线与水平面之间的夹角为25°～45°。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

一种乏气下置的引射分级燃烧W火焰锅炉

技术领域

本发明涉及一种W火焰燃烧锅炉，属于W火焰锅炉燃烧技术领域。

背景技术

对于无烟煤和贫煤等低挥发分、低反应活性的劣质煤，在燃用过程中往往呈现出着火难、稳燃难和燃尽难的问题。欧美工业发达国家于20世纪50、60年代开发了拱型燃烧技术，即W火焰燃烧技术。由于W火焰燃烧锅炉将燃烧器布置在炉拱上，煤粉气流从拱部下射进入炉内，火焰在炉内下射一定深度后折转上行，煤粉颗粒在炉内停留时间长于常规的切圆和墙式燃烧方式，有利于获得较高燃尽；着火区的四周炉壁上敷设了大量卫燃带以保证炉内高温水平，在炉拱下部靠近煤粉喷嘴附近能形成高温烟气回流以加热煤粉气流，有利于煤粉气流着火和稳定燃烧，因而从设计理念上来看，W火焰燃烧锅炉被认为是最适合燃用这一类煤种的锅炉。然而，在实际运行中W火焰燃烧锅炉普遍存在以下问题：煤粉气流着火晚且火焰稳定性较差、飞灰可燃物含量高、下炉膛前墙和后墙水冷壁结渣严重、NO_x排放量高达1600～1800mg/m³。

中国发明专利申请《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》(公开日为2010年9月15日、申请号为201010149622.2、申请日为2010年4月19日，下称“文件一”)在对引起上述问题的原因进行了详尽分析，并提出了引射分级燃烧技术，以期全面解决这些问题，如图4和图5所示，分别为采用拱上单级引射分级燃烧技术的W火焰锅炉置的截面流场和拱上燃烧器喷口布置方式，“文件一”的引射分级燃烧方法是这样实现的：参见图4和图5，在前炉拱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13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和多个二次风喷口10，每个浓煤粉气流喷口9与其相对应的二次风喷口10相邻设置，在每个二次风喷口10中央区域相应设置一个淡煤粉气流喷口11，前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3下部对称设置下倾的三次风喷口12；浓煤粉气流5(也称“一次风”)由二次风6和三次风8逐级引射携带深入冷灰斗4的中部区域，在保证煤粉颗粒在炉内足够停留时间的同时组织多次分级燃烧，淡煤粉气流7(也称“乏气”)由包裹于其四周的二次风6携带深入下炉膛而组织浓淡燃烧。实践表明，“文件一”中拱上单级引射分级燃烧技术的应用能有效解决着火晚、稳定性较差、燃尽低和炉内结渣严重的问题，NO_x排放量虽降幅较大，但仍仍处于一个排放值约达1200mg/m³(折6％O₂)的较高水平。

为进一步减低NO_x排放，须在采用“文件一”中引射分级燃烧技术的基础上，再进一步深化分级燃烧，而分级燃烧可分为空气分级和燃料分级两种，“文件一”中的引射分级燃烧技术属于空气分级燃烧。对于W火焰锅炉，其乏气中包含的空气量往往能占到入炉总风量的7％～10％，而所含煤粉量占入炉总煤粉量的10％～15％，同时这些煤粉颗粒较细、反应活性强，如能将乏气在浓煤粉气流着火后沿火焰行程进行合理设置，乏气对炉内NO_x的生成将起到双重抑制作用：一方面乏气中的煤粉颗粒能将燃烧前期释放出的燃料氮还原成N₂，减少了其被氧化成NO_x的可能，起到燃料分级的作用，另一方面乏气中的这股风也起到空气分级燃烧作用。鉴于“文件一”中的引射分级燃烧技术能较好克服着火晚、燃烧稳定性差、燃尽低和炉内结渣的问题、而在NO_x减排上还需进一步加强，因而有必要在应用“文件一”中的拱上单级引射分级燃烧技术的基础上做进一步的改进，实现进一步降低NO_x排放。

发明内容

本发明的目的是为了解决拱上单级引射分级燃烧技术的W火焰锅炉在运行中NO_x排放仍较高的问题，提供一种乏气下置的引射分级燃烧W火焰锅炉。

本发明包括由下炉体、上炉体、前炉拱和后炉拱所构成的炉膛、对称布置在前炉拱和后炉拱上的多个浓煤粉气流喷口及多个二次风喷口，在前炉拱上从炉膛中心到炉膛的前墙水冷壁之间以及在后炉拱上从炉膛中心到炉膛的后墙水冷壁之间各依次设置多个浓煤粉气流喷口和多个二次风喷口，多个浓煤粉气流喷口中的每两个浓煤粉气流喷口紧靠在一起，每两个紧靠在一起的浓煤粉气流喷口构成一个浓煤粉气流喷口组，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，多个二次风喷口与多个浓煤粉气流喷口组一一对应设置，多个二次风喷口亦呈一字形等间距设置，每个二次风喷口与其相对应的浓煤粉气流喷口组紧靠设置，所述W火焰锅炉还包括多个淡煤粉气流喷口，所述多个淡煤粉气流喷口分成两组，两组淡煤粉气流喷口的布置方式是：在下炉体的前墙水冷壁和后墙水冷壁中部沿其宽度方向各设有一组淡煤粉气流喷口，前墙水冷壁上的多个淡煤粉气流喷口与后墙水冷壁上的多个淡煤粉气流喷口对称设置，每组淡煤粉气流喷口在其对应的前墙水冷壁和后墙水冷壁上沿炉膛的宽度方向呈一字形等间距设置，前炉拱上的多个浓煤粉气流喷口组与前墙水冷壁上的多个淡煤粉气流喷口上下一一对应，后炉拱上的多个浓煤粉气流喷口组与后墙水冷壁上的多个淡煤粉气流喷口上下一一对应，每个淡煤粉气流喷口的中心线与水平面之间的夹角为25°～45°。

本发明与现有技术(即“文件一”)相比具有以下有益效果：本发明能进一步降低锅炉的NO_x排放，这是因为乏气下移至从前、后墙水冷壁下倾通入，乏气中的空气和细微煤粉颗粒在浓煤粉气流着火后才混入火焰中，一方面乏气中的细微煤粉颗粒具备较好的还原性，可将浓煤粉气流燃烧前期大量释放出来的燃料氮还原成无害的N₂，起到燃料分级燃烧的作用而抑制NO_x的生成，另一方面乏气推迟至浓煤粉气流着火后才混入火焰中，可有效降低浓煤粉气流燃烧前期的过量空气系数，起到空气分级燃烧的作用。

附图说明

图1是本发明一种乏气下置的引射分级燃烧W火焰锅炉的截面流场示意图，图2是图1的B向局部示意图，图3是图1的C向局部示意图，图4是“文件一”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5是图4的D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)，

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式包括由下炉体1、上炉体2、前炉拱3和后炉拱13所构成的炉膛、对称布置在前炉拱3和后炉拱13上的多个浓煤粉气流喷口9及多个二次风喷口10，在前炉拱3上从炉膛中心2-1到炉膛的前墙水冷壁2-2之间以及在后炉拱13上从炉膛中心2-1到炉膛的后墙水冷壁2-3之间各依次设置多个浓煤粉气流喷口9和多个二次风喷口10，多个浓煤粉气流喷口9中的每两个浓煤粉气流喷口9紧靠在一起，每两个紧靠在一起的浓煤粉气流喷口9构成一个浓煤粉气流喷口组14，多个浓煤粉气流喷口组14沿炉膛宽度方向呈一字形等间距设置，多个二次风喷口10与多个浓煤粉气流喷口组14一一对应设置，多个二次风喷口10亦呈一字形等间距设置，每个二次风喷口10与其相对应的浓煤粉气流喷口组14紧靠设置，多个浓煤粉气流喷口9和多个二次风喷口10均与下炉体1内的炉膛内腔连通，前炉拱3上的多个浓煤粉气流喷口9与后炉拱13上的多个浓煤粉气流喷口9对称设置，所述W火焰锅炉还包括多个淡煤粉气流喷口11，多个淡煤粉气流喷口11分成两组，两组淡煤粉气流喷口11的布置方式是：在下炉体1的前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3中部沿其宽度方向各设有一组淡煤粉气流喷口11，前墙水冷壁2-2上的多个淡煤粉气流喷口11与后墙水冷壁2-3上的多个淡煤粉气流喷口11对称设置，每组淡煤粉气流喷口11在其对应的前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3上沿炉膛的宽度方向呈一字形等间距设置，前炉拱3上的多个浓煤粉气流喷口组14与前墙水冷壁2-2上的多个淡煤粉气流喷口11上下一一对应，后炉拱13上的多个浓煤粉气流喷口组14与后墙水冷壁2-3上的多个淡煤粉气流喷口11上下一一对应，每个淡煤粉气流喷口11的中心线与水平面之间的夹角为25°～45°。每个淡煤粉气流喷口11的中心线与水平面之间的夹角设计为25°～45°，使得淡煤粉气流7从淡煤粉气流喷口11下倾喷入炉内，能减弱其对下行的一次风5和二次风6的拦截作用，又有利于下行煤粉气流获得较大的下射深度而获得较高燃尽。经浓煤粉气流喷口9(一次风喷口)进入炉膛的一次风5的风速约为10m/s；经淡煤粉气流喷口11进入炉膛的淡煤粉气流7的风速约为20m/s；经由二次风喷口10进入炉膛的二次风6的风速为40m/s～60m/s；高速的二次风6引射携带低速的一次风5下行，在浓煤粉气流5着火后，下行的火焰才与下倾喷入的淡煤粉气流7混合，燃烧前期释放出来的燃料氮大量被淡煤粉气流7中的细微煤粉颗粒还原成N₂，而淡煤粉气流7中的空气则补给煤粉燃烧所需的氧气。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同的是它还增加有多个三次风喷口12，多个三次风喷口12分成两组，两组三次风喷口12的布置方式是：在下炉体1的前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3下部沿其宽度方向各设有一组三次风喷口12，前墙水冷壁2-2上的多个淡煤粉气流喷口11与多个三次风喷口12上下一一对应，后墙水冷壁2-3上的多个淡煤粉气流喷口11与多个三次风喷口12上下一一对应。经三次风喷口12进入炉膛的风是三次风8，其风速与二次风6相同，达40m/s～60m/s；引入三次风8一方面是组织分级燃烧降低NO_x排放，另一方面是利用高速的三次风进一步引射携带未燃尽的煤粉气流，使之深入冷灰斗4内后再折转上行，延长了煤粉气流在下炉体1内的停留时间，从而提高燃尽率。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

本发明的工作原理：在炉拱上由高速二次风6引射并携带低速的浓煤粉气流下射，着火后的浓煤粉气流在下行一定深度后才与从前、后墙水冷壁上下倾喷入的淡煤粉气流混合，淡煤粉气流的推迟送入一方面符合分级送风抑制NO_x生成，另一方面淡煤粉气流中的细微煤粉颗粒将燃烧释放出了燃料氮大部分还原成N₂，起到燃料分级燃烧的作用，因而本发明能在现有W火焰锅炉燃烧技术的基础上进一步显著降低NO_x排放。

本发明的应用实例：

本实例是对一台350MW的W火焰锅炉进行现场测量和热态数值模拟，借用测量值于数值模拟值的对比来证明模拟结果的可靠性，锅炉采用“文件一”中的拱上单级引射分级燃烧布置方式时，NO_x排放量的现场测量值和数值模拟值分别为1165mg/m³和1278mg/m³，NO_x排放量的数值模拟误差为9.7％，飞灰可燃物含量现场测量值和数值模拟值分别为4.7％和5.6％，这表明数值模拟结果可信度较高，改用本发明中提供的一种乏气下置的引射分级燃烧布置方式后，数值模拟得出锅炉NO_x排放量降为923mg/m³、飞灰可燃物含量为6.0％，这充分说明应用本发明提供的一种乏气下置的引射分级燃烧布置方式能显著降低NO_x排放，同时不显著影响未燃尽损失。

Claims (2)

1.一种乏气下置的引射分级燃烧W火焰锅炉，所述W火焰锅炉包括由下炉体(1)、上炉体(2)、前炉拱(3)和后炉拱(13)所构成的炉膛、对称布置在前炉拱(3)和后炉拱(13)上的多个浓煤粉气流喷口(9)及多个二次风喷口(10)，在前炉拱(3)上从炉膛中心(2-1)到炉膛的前墙水冷壁(2-2)之间以及在后炉拱(13)上从炉膛中心(2-1)到炉膛的后墙水冷壁(2-3)之间各依次设置多个浓煤粉气流喷口(9)和多个二次风喷口(10)，多个浓煤粉气流喷口(9)中的每两个浓煤粉气流喷口(9)紧靠在一起，每两个紧靠在一起的浓煤粉气流喷口(9)构成一个浓煤粉气流喷口组(14)，多个浓煤粉气流喷口组(14)沿炉膛宽度方向呈一字形等间距设置，多个二次风喷口(10)与多个浓煤粉气流喷口组(14)一一对应设置，多个二次风喷口(10)亦呈一字形等间距设置，每个二次风喷口(10)与其相对应的浓煤粉气流喷口组(14)紧靠设置，其特征在于：所述W火焰锅炉还包括多个淡煤粉气流喷口(11)，所述多个淡煤粉气流喷口(11)分成两组，两组淡煤粉气流喷口(11)的布置方式是：在下炉体(1)的前墙水冷壁(2-2)和后墙水冷壁(2-3)中部沿其宽度方向各设有一组淡煤粉气流喷口(11)，前墙水冷壁(2-2)上的多个淡煤粉气流喷口(11)与后墙水冷壁(2-3)上的多个淡煤粉气流喷口(11)对称设置，每组淡煤粉气流喷口(11)在其对应的前墙水冷壁(2-2)和后墙水冷壁(2-3)上沿炉膛的宽度方向呈一字形等间距设置，前炉拱(3)上的多个浓煤粉气流喷口组(14)与前墙水冷壁(2-2)上的多个淡煤粉气流喷口(11)上下一一对应，后炉拱(13)上的多个浓煤粉气流喷口组(14)与后墙水冷壁(2-3)上的多个淡煤粉气流喷口(11)上下一一对应，每个淡煤粉气流喷口(11)的中心线与水平面之间的夹角为25°～45°。

2.根据权利要求1所述一种乏气下置的引射分级燃烧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(12)，多个三次风喷口(12)分成两组，两组三次风喷口(12)的布置方式是：在下炉体(1)的前墙水冷壁(2-2)和后墙水冷壁(2-3)下部沿其宽度方向各设有一组三次风喷口(12)，前墙水冷壁(2-2)上的多个淡煤粉气流喷口(11)与多个三次风喷口(12)上下一一对应，后墙水冷壁(2-3)上的多个淡煤粉气流喷口(11)与多个三次风喷口(12)上下一一对应。

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