CN102563624A - 切圆锅炉燃烧装置及超低氮燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了切圆锅炉燃烧装置及超低氮燃烧方法，炉膛从上到下分设高位燃烧器、低位燃烧器和主燃烧器，所述低位燃烧器与主燃烧器间距为H2，主燃烧器包括浓淡一次风煤粉燃烧器和设于一次风煤粉燃烧器上下的二次风煤粉燃烧器，二次风煤粉燃烧器对应二次风喷口，所述一次风煤粉燃烧器为分叉管，分叉管前端分为淡相一次风喷口和浓相一次风喷口，在所述淡相一次风喷口和浓相一次风喷口之间设有中间二次风喷口；所述主燃烧器分为上组燃烧器和下组燃烧器，所述上组燃烧器和下组燃烧器之间间距为H1。本发明体现水平方向上多层次送风的特点，延缓二次风的混入，在同层上实现二次风的分级送入，延迟O₂的混入，进一步抑制NO_X的生成，保证锅炉效率不降低。

Description

切圆锅炉燃烧装置及超低氮燃烧方法

技术领域

本发明涉及切圆锅炉燃烧装置及超低氮燃烧方法，属于切圆锅炉技术领域。

背景技术

我国是一个以煤为主要能源的发展中国家，煤炭资源占我国能源生产和消费总量的75%左右。煤在燃烧过程中，会产生大量的污染物，其中氮氧化物（NO_X）对环境危害极大，氮氧化物除了形成酸雨破坏生态环境，还能形成光化学烟雾危害人类健康。煤炭高温燃烧是NO_X的主要来源之一，而我国电站锅炉主要以燃煤为主，因此降低燃煤电站锅炉NO_X的排放具有重要的意义。

目前，控制电站煤粉锅炉NO_X排放的技术措施可分为低NO_X燃烧技术和烟气净化技术两类。随着中国环保新标准的公布，对于新建火力发电锅炉NO_X排放要低于100mg/Nm³，为了达到国家标准要求，必须综合采用低NO_X燃烧技术和烟气净化技术，这其中最常见的组合是“低NO_X燃烧系统结合SCR（选择性催化还原尾部烟气脱硝）”。SCR的初投资与运行维护费用昂贵，在进入SCR前进一步明显降低烟气中的NO_X浓度，将会大幅度降低尾部烟气脱硝装置的初投资和运行成本，提升发电企业经济效益，实现更低的污染物排放。

近年来国内外大型火电设备制造商都开发有炉内整体深度空气分级燃烧技术，它是在沿炉膛高度方向进行空气深度分级燃烧，将燃烧所需的空气量分成两级送入炉膛，第一级将空气送入到主燃区中，控制该区域过量空气系数在0.6～0.9之间，燃料在缺氧的富燃料气氛下燃烧，抑制NO_X的生成；第二级将空气送入到燃尽区中，控制该区域过量空气系数在1.15～1.25之间，形成富氧燃烧区，以利于煤粉的燃尽；在主燃烧区与燃尽区之间的炉膛区域称为NO_X还原区，在该区域实现已生成的NO_X和未燃尽煤焦等还原性介质发生还原反应，降低最终的NO_X排放，该技术取得了较好的低NO_X排放效果，某些四角切圆锅炉在燃用高挥发分烟煤时能实现250～350 mg/Nm³的低NO_X排放。但现有的炉内整体深度空气分级技术在降低主燃区整体空气量后，容易出现燃烧不稳、水冷壁结焦和高温腐蚀等副作用，同时在现有技术条件下，加深空气分级的深度则会影响煤粉的燃尽程度，飞灰含碳量大幅升高。另外，目前的分离燃尽风补充燃烧空气过于滞后，无法有效弥补主燃区低过量空气系数对燃烧效率的影响，无法同时兼顾脱硝效果和燃烧效率，限制了深度空气分级燃烧技术的发展。

最新的空气分级和燃料分级研究发现：煤粉燃烧过程中NO有自我抑制、自我还原功能。低的过量空气系数形成缺氧燃烧气氛，能有效抑制NO_X的生成；在缺氧气氛条件下较高的还原温度，能强化NO还原过程，降低最终的NO_X排放量，但过高的燃烧温度，热力型NO_X的生成量将大幅增加，因此需要精细控制炉膛各区域燃烧温度和氧量分布，以利于煤粉的燃尽和强化NO的还原，并减少局部高温区、减少温度梯度，抑制热力型NO_X的生成。而现有炉内整体深度空气分级技术采用整体降低主燃区过量空气系数的办法来抑制NO_X的生成，在减少主燃区空气量后，煤粉燃烧不完全，NO还原温度偏低，无法强化NO还原过程，同时过低的燃烧温度也不利于煤粉的燃尽。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种带中间二次风的上下浓淡多维深度分级低NO_X燃烧锅炉及其燃烧方法，使煤粉在主燃区、还原区强化NO还原过程，实现超低NO_X排放，同时防止炉膛各区域结焦和水冷壁高温腐蚀，保证高的锅炉燃烧效率等特点，该技术能解决炉内整体深度空气分级技术带来的炉内负面影响，进一步强化煤粉燃烧过程中NO的还原反应，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种切圆锅炉的燃烧装置，包括炉膛，炉膛从上到下分设高位燃烧器、低位燃烧器和主燃烧器，高位燃烧器对应燃尽区，低位燃烧器对应还原区，主燃烧器对应主燃区，所述低位燃烧器与主燃烧器间距为H2，主燃烧器包括浓淡一次风煤粉燃烧器和设于一次风煤粉燃烧器上下的二次风煤粉燃烧器，二次风煤粉燃烧器对应二次风喷口，所述一次风煤粉燃烧器为分叉管，分叉管前端分为淡相一次风喷口和浓相一次风喷口，在所述淡相一次风喷口和浓相一次风喷口之间设有中间二次风喷口；所述主燃烧器分为上组燃烧器和下组燃烧器，所述上组燃烧器和下组燃烧器之间间距为H1。

作为一种优选方式，所述低位燃烧器与主燃烧器间距H2为1m - 5m。

作为进一步优选，上组燃烧器中设有1-4层一次风煤粉燃烧器，下组燃烧器中设有2-6层一次风煤粉燃烧器，所述上组燃烧器和下组燃烧器之间间距H1为1m -6 m。

作为更进一步优选，淡相一次风喷口、浓相一次风喷口、中间二次风喷口和二次风喷口为固定式或者上下摆动式。

作为更进一步优选，淡相一次风喷口、浓相一次风喷口、中间二次风喷口和二次风喷口为能整组上下30°摆动的上下摆动式。

作为一种优选方式，一次风煤粉燃烧器用梯形百页窗浓缩器或梯形百页窗结合弯头式浓缩器进行上下浓淡煤粉分离。

作为一种优选方式，高位燃烧器设于炉膛的四角或四面水冷壁上，且与高位喷口对应，高位喷口为固定或垂直或水平摆动形式；低位燃烧器设于炉膛的四角，且与低位喷口对应，低位喷口为固定或垂直或水平摆动形式。

一种利用该切圆锅炉燃烧装置的超低氮燃烧方法，炉膛内切圆的径向方向，淡相一次风喷口喷射出淡一次风射流，浓相一次风喷口喷射出浓一次风射流，二次风通过导向装置形成主二次风射流和偏转二次风射流；炉膛四角射出的淡一次风射流方向与同一平面的炉膛中心偏离形成以炉膛中心为圆点的大切圆；浓一次风射流与淡一次风射流形成5°～25°的夹角α，且炉膛四角射出的浓一次风射流形成以炉膛中心为圆点的小切圆；主二次风射流与淡一次风射流同向，在炉膛内形成正旋空气动力场；偏转二次风射流同主二次风射流形成  5°～30°的夹角β。

作为一种优选方式，所述浓一次风射流反向射入炉膛或一部分正向一部分反向射入炉膛，在正旋空气动力场的主旋流推动下，反向射入炉膛的浓相一次风逆转为正旋流。

作为一种优选方式，所述淡一次风射流和所述二次风正向射入炉膛。

作为一种优选方式，在燃尽区的高位燃烧器为多层分离型，朝炉膛内反向射出高位燃尽风。

作为一种优选方式，在还原区的低位燃烧器为多层分离型，朝炉膛内正向或反向射出低位燃尽风。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明在切圆锅炉的结构布置上体现锅炉在水平方向上多层次送风的特点，延缓二次风的混入，在同层上实现二次风的分级送入，二次风为两股有一定夹角的射流，实现大小切圆直径的二次风双切圆形态，延迟O₂的混入，进一步抑制NO_X的生成，并且在水冷壁近壁面区形成氧化性气氛，能有效防止水冷壁结焦和高温腐蚀；本发明采用带中间二次风的一次风浓淡分离、浓相一次风反切、多维送风等技术实现全炉膛的轴向、径向和周向空气和燃料分级，形成炉内多维深度分级燃烧，实现低NO_X排放，使煤粉燃烧NO_X的排放总量再降低20～40％，明显降低进入SCR前尾部烟气中的NO_X浓度，实现更低的污染物排放，大幅度降低尾部烟气脱硝装置的初投资成本和运行成本，避免现阶段炉内整体深度空气分级燃烧技术带来的炉内负面问题，同时保证锅炉效率不降低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中切圆布置的示意图；

图3是本发明实施例1中燃烧器喷口的布置示意图；

图4是本发明实施例2中燃烧器喷口的布置示意图；

图5是本发明实施例3中燃烧器喷口的布置示意图；

图6是本发明实施例4中燃烧器喷口的布置示意图。

其中：1 -炉膛，8-高位喷口，9-低位喷口， 10-二次风喷口，11-中间二次风喷口，12-浓相一次风喷口， 13-淡相一次风喷口，15-主燃烧器， 16-低位燃烧器， 17-高位燃烧器，  18-上组燃烧器，  19-下组燃烧器， 121-浓一次风射流， 131-淡一次风射流， 141-主二次风射流， 151-偏转二次风射流，161-大切圆， 171-小切圆， 181-一次风煤粉燃烧器，  182-二次风煤粉燃烧器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

实施例1 

结合图1、图2、图3说明本实施方式，本实施例采用带中间二次风的上浓下淡一次风燃烧器，该切圆锅炉的燃烧装置的主体为炉膛1，炉膛1从上到下分设高位燃烧器17、低位燃烧器16和主燃烧器15，高位燃烧器17对应燃尽区，低位燃烧器16对应还原区，主燃烧器15对应主燃区，将炉膛沿高度方向划分，进而实现沿炉膛高度方向的深度空气分级，优化设计各区域过量空气系数。

主燃烧器15包括浓淡一次风煤粉燃烧器181和设于一次风煤粉燃烧器181上下的二次风煤粉燃烧器182，二次风煤粉燃烧器182对应二次风喷口10，所述一次风煤粉燃烧器181为分叉管，分叉管前端分为淡相一次风喷口13和浓相一次风喷口12，在所述淡相一次风喷口13和浓相一次风喷口12之间设有中间二次风喷口11；淡相一次风喷口13和浓相一次风喷口12可为上浓下淡或下浓上淡的结构，在一次风浓相和淡相之间设计中间二次风，合理控制主燃区中每段区域的氧量分布，在主燃区整体缺氧燃烧气氛下通过调整中间二次风量，控制淡相煤粉燃烧区域的供氧，强化该区域的燃烧，为浓相煤粉燃烧和已生成NO的还原反应提供足够的初始温度，浓相煤粉燃烧区域采用深度空气分级燃烧，过量空气系数控制在0.6～0.8，强化已生成NO的还原反应，同时抑制浓相煤粉的NO_X生成，浓相和淡相一次风拉开了距离还可以降低单只煤粉喷口的局部热负荷，有助于抑制热力型NO_X的生成，通过对淡相燃烧区域的控制，有利于在浓相燃烧区域形成高温低氧的气氛，强化NO的还原燃烧和煤粉的燃尽。

所述低位燃烧器16与主燃烧器15间距为H2，所述低位燃烧器16与主燃烧器15间距H2为1m - 5m；通过风门挡板控制该区域过量空气系数在0.90～0.95之间。

所述主燃烧器15分为上组燃烧器18和下组燃烧器19，上组燃烧器18中设有1-4层一次风煤粉燃烧器181，下组燃烧器19中设有2-6层一次风煤粉燃烧器181，所述上组燃烧器18和下组燃烧器19之间间距H1为1m -6 m。锅炉设计时，通过控制上组燃烧器18和下组燃烧器19之间的距离H1来改变燃烧器区域热负荷，满足锅炉适应不同特性燃煤的需要，上下两组燃烧器可以燃烧相同的入炉煤或不同的入炉煤，当燃用不同入炉煤时，可实现大跨度燃煤的炉内掺烧，提高锅炉对燃煤的适用范围。

所述淡相一次风喷口13、浓相一次风喷口12、中间二次风喷口11和二次风喷口10为固定式或者上下摆动式；淡相一次风喷口13、浓相一次风喷口12、中间二次风喷口11和二次风喷口10为能整组上下30°摆动的上下摆动式，以调节炉内火焰中心高度。一次风煤粉燃烧器181用梯形百页窗浓缩器或梯形百页窗结合弯头式浓缩器进行上下浓淡煤粉分离。

高位燃烧器17设于炉膛1的四角或四面水冷壁上，且与高位喷口8对应，高位喷口8为固定或垂直或水平摆动形式。低位燃烧器16设于炉膛1的四角，且与低位喷口9对应，低位喷口9为固定或垂直或水平摆动形式。

各层主燃烧器区域的过量空气系数有三种布置方案：一是上、下均匀；二是上高下低；三是下高上低，通过采用上浓下淡燃烧器、上淡下浓燃烧器或其组合形式以及配用水平浓淡燃烧器得以实现。

一种利用该切圆锅炉燃烧装置的超低氮燃烧方法，炉膛1内同一平面上，淡相一次风喷口13喷射出淡一次风射流131，浓相一次风喷口12喷射出浓一次风射流121，二次风通过导向装置形成主二次风射流141和偏转二次风射流151；炉膛1四角射出的淡一次风射流131方向与同一平面的炉膛中心偏离形成以炉膛中心为圆点的大切圆161；浓一次风射流121与淡一次风射流131形成5°～25°的夹角α，且炉膛1四角射出的浓一次风射流121形成以炉膛中心为圆点的小切圆171；夹角α的设置是为了在提高燃烧稳定性的同时防止水冷壁结焦和高温腐蚀。主二次风射流141与淡一次风射流131同向，在炉膛1内形成正旋空气动力场；偏转二次风射流151同主二次风射流141形成5°～30°的夹角β。实现大小切圆的二次风双切圆形态，在切圆布置上体现锅炉在水平方向上多层次送风的特点，延迟O₂的混入抑制NO_X的生成，同时在水冷壁近壁面区形成氧化性气氛，防止水冷壁结焦和高温腐蚀。在同层上实现二次风的分级送入，二次风单个喷口内加装导向装置形成两股有一定夹角的射流，实现大小切圆直径的二次风双切圆形态，小切圆直径二次风为主二次风气流，切圆大小同淡相一次风切圆一致，在炉内形成稳定的正旋主气流，通过在同一层面的分级供风，延迟O₂的混入，进一步抑制NO_X的生成，大切圆直径二次风为偏转二次风促使形成风包粉的局面，在水冷壁近壁面区形成氧化性气氛，同时由于浓相一次风反切，水冷壁近壁面区温度水平保持在较低水平，能有效防止水冷壁结焦和高温腐蚀。

所述浓一次风射流121反向射入炉膛1或一部分正向一部分反向射入炉膛1，在正旋空气动力场的主旋流推动下，反向射入炉膛的浓相一次风逆转为正旋流，强化浓相煤粉的燃烧，提高燃烧的稳定性，同时浓相煤粉在远离水冷壁的区域燃烧，能有效防止水冷壁结焦和高温腐蚀。

所述淡一次风射流131和所述二次风正向射入炉膛；

在燃尽区的高位燃烧器17为多层分离型，朝炉膛1内反向射出高位燃尽风。本发明在燃尽区布置有多层分离型高位燃尽风（HOFA），通过风门挡板调整高位燃尽风量可将该区域过量空气系数控制在1.10～1.30之间，高位燃尽风喷口采用固定结构形式或采用垂直、水平摆动结构形式，高位燃尽风反向射入炉膛，减少残余旋流，减少炉膛出口烟温偏差，不同层高位燃尽风设计不同的反切角度，提高燃尽区空气的充满程度，降低飞灰可燃物。通过调整垂直摆动机构可调整火焰中心高度，通过调整水平摆动机构可改变燃尽区空气的充满程度，易于控制煤粉的燃尽。高位燃尽风设计有单独的高位燃尽风箱。

在还原区的低位燃烧器16为多层分离型，朝炉膛1内正向或反向射出低位燃尽风。本发明在还原区布置有一层或多层分离型低位燃尽风（LOFA），低位燃尽风与主燃烧器拉开一些距离（H2），形成“小分离型OFA”，通过风门挡板调整低位燃尽风量可将该区域过量空气系数控制在0.90～0.95之间，在缺氧气氛下适当提高还原区的氧量，强化还原燃烧，提高煤粉的燃尽程度。低位燃尽风喷口采用固定结构形式或采用垂直、水平摆动结构形式，低位燃尽风可正向或反向射入炉膛，不同层低位燃尽风设计不同的射入角度，低位燃尽风采用同上组主燃烧器共用风箱或者单独设计低位燃尽风箱。

实施例2

结合图1、图2、图4说明本实施方式，本实施例采用带中间二次风的上淡下浓一次风燃烧器，其他的布置方法同实施例1相同。

实施例3

结合图1、图2、图5说明本实施方式，本实施例采用带中间二次风的上浓下淡一次风燃烧器和上淡下浓一次风燃烧器进行组合布置，其组合布置的方法不限于图示，其他的布置方法同实施例1相同。

实施例4

结合图1、图2、图6说明本实施方式，本实施例将上下两组主燃烧器合并为一组主燃烧器，一次风燃烧器采用带中间二次风的上浓下淡燃烧器或上淡下浓燃烧器或组合布置，其他的布置方法同实施例1相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种切圆锅炉的燃烧装置，包括炉膛（1），炉膛（1）从上到下分设高位燃烧器（17）、低位燃烧器（16）和主燃烧器（15），高位燃烧器（17）对应燃尽区，低位燃烧器（16）对应还原区，主燃烧器（15）对应主燃区，其特征在于：所述低位燃烧器（16）与主燃烧器（15）间距为H2，主燃烧器（15）包括浓淡一次风煤粉燃烧器（181）和设于一次风煤粉燃烧器（181）上下的二次风煤粉燃烧器（182），二次风煤粉燃烧器（182）对应二次风喷口（10），所述一次风煤粉燃烧器（181）为分叉管，分叉管前端分为淡相一次风喷口（13）和浓相一次风喷口（12），在所述淡相一次风喷口（13）和浓相一次风喷口（12）之间设有中间二次风喷口（11）；所述主燃烧器（15）分为上组燃烧器（18）和下组燃烧器（19），所述上组燃烧器（18）和下组燃烧器（19）之间间距为H1。

2.如权利要求1所述的一种切圆锅炉的燃烧装置，其特征在于：所述低位燃烧器（16）与主燃烧器（15）间距H2为1m - 5m。

3.如权利要求2所述的一种切圆锅炉的燃烧装置，其特征在于：上组燃烧器（18）中设有1-4层一次风煤粉燃烧器（181），下组燃烧器（19）中设有2-6层一次风煤粉燃烧器（181），所述上组燃烧器（18）和下组燃烧器（19）之间间距H1为1m -6 m。

4.如权利要求3所述的一种切圆锅炉的燃烧装置，其特征在于：淡相一次风喷口（13）、浓相一次风喷口（12）、中间二次风喷口（11）和二次风喷口（10）为固定式或者上下摆动式。

5.如权利要求4所述的一种切圆锅炉，其特征在于：淡相一次风喷口（13）、浓相一次风喷口（12）、中间二次风喷口（11）和二次风喷口（10）为能整组上下30°摆动的上下摆动式。

6.如权利要求1所述的一种切圆锅炉的燃烧装置，其特征在于：一次风煤粉燃烧器（181）用梯形百页窗浓缩器或梯形百页窗结合弯头式浓缩器进行上下浓淡煤粉分离。

7.如权利要求1所述的一种切圆锅炉的燃烧装置，其特征在于：高位燃烧器（17）设于炉膛（1）的四角或四面水冷壁上，且与高位喷口（8）对应，高位喷口（8）为固定或垂直或水平摆动形式；低位燃烧器（16）设于炉膛（1）的四角，且与低位喷口（9）对应，低位喷口（9）为固定或垂直或水平摆动形式。

8.一种利用该切圆锅炉燃烧装置的超低氮燃烧方法，其特征在于：炉膛（1）内切圆的径向方向，淡相一次风喷口（13）喷射出淡一次风射流（131），浓相一次风喷口（12）喷射出浓一次风射流（121）；二次风通过导向装置形成主二次风射流（141）和偏转二次风射流（151）；炉膛（1）四角射出的淡一次风射流（131）方向与同一平面的炉膛中心偏离形成以炉膛中心为圆点的大切圆（161）；浓一次风射流（121）与淡一次风射流（131）形成5°～25°的夹角α，且炉膛（1）四角射出的浓一次风射流（121）形成以炉膛中心为圆点的小切圆（171）；主二次风射流（141）与淡一次风射流（131）同向，在炉膛（1）内形成正旋空气动力场；偏转二次风射流（151）同主二次风射流（141）形成5°～30°的夹角β。

9.如权利要求8所述的超低氮燃烧方法，其特征在于：所述浓一次风射流（121）反向射入炉膛（1）或一部分正向一部分反向射入炉膛（1），在正旋空气动力场的主旋流推动下，反向射入炉膛的浓相一次风逆转为正旋流。

10.如权利要求8或9中任一权利要求所述的超低氮燃烧方法，其特征在于：所述淡一次风射流（131）和所述二次风正向射入炉膛。

11.如权利要求10所述的超低氮燃烧方法，其特征在于：在燃尽区的高位燃烧器（17）为多层分离型，朝炉膛（1）内反向射出高位燃尽风。

12.如权利要求11所述的超低氮燃烧方法，其特征在于：在还原区的低位燃烧器（16）为多层分离型，朝炉膛（1）内正向或反向射出低位燃尽风。

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