CN102692013A - 空气分级燃烧技术下的切向燃烧系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气分级燃烧技术下的切向燃烧系统，包括主燃烧器，所述主燃烧器沿炉膛横截面对角设置，对角设置的一次风和煤粉的混合气流对冲喷出，在炉膛内形成第一切圆，每个主燃烧器由多个一次风喷口和多个二次风喷口组成，所述一次风喷口和二次风喷口间隔布置，所述二次风喷口包括偏置起旋风喷口、折边风喷口、直吹风喷口三部分。本发明通过合理布置分配各路气流，可提高锅炉的贴壁氧量，防止火炬贴墙，从而可降低锅炉水冷壁结渣和高温腐蚀的风险。

Description

空气分级燃烧技术下的切向燃烧系统
技术领域
本发明涉及一种燃烧器系统，特别是一种用于空气分级技术下防止结渣及高温腐蚀的切向燃烧系统。
背景技术
随着人类工业的发展，能源的需求问题日益突出，作为热力能源的主要设备，人们对锅炉的性能要求日益增高。
随着国家环保标准的越来越严格，低NOx燃烧技术已被广泛应用于煤粉锅炉。炉膛整体空气分级技术是目前世界上煤粉锅炉采用最广泛、技术最为成熟的主流低NOx燃烧技术。炉膛整体空气分级技术是将燃烧所需的空气量分成两级或两级以上分次送入。目前有一部分专利对整体空气分级技术进行过描述。其中专利号为“CN1110880A”，名称为“低NOx的联合切向燃烧系统”的专利提供了一种整体空气分级方法。它将燃烧所用空气作为CCOFA、低位SOFA、高位SOFA分级送入炉膛，将炉膛分为四个区域，控制各个区域的过量空气系数，从而控制锅炉出口NOx的排放。
炉膛整体空气分级技术将一部分空气从炉膛上部送入，使得主燃烧器区域处于还原性气氛，从而抑制了NOx的生成，降低了NOx的排放。但是炉膛整体空气分级技术也带来了很多负面效应。但这也带来了很多其它的问题，这其中包括水冷壁的结渣和高温腐蚀问题。
当煤灰处在还原性气氛中时，灰中的Fe2O3还原为FeO，灰熔点降低，结渣性增强；当煤灰处于氧化性气氛中时，灰中的FeO氧化为Fe2O3，灰熔点升高，燃烧时不易结渣。高温腐蚀主要分硫酸盐型、硫化物型、氯化物型。其中硫化物型、氯化物型多发生于水冷壁。其机理是：炉内供风不足时，煤种的S、Cl由于缺氧生成H2S，HCl，破坏Fe2O3保护膜，造成水冷壁的高温腐蚀。
采用炉膛整体空气分级技术，尤其是采用深度空气分级技术后，主燃区处于强烈的还原性气氛。如配风不当，很容易造成水冷壁的结渣和高温腐蚀。
影响水冷壁结渣和高温腐蚀的因素很多，包括壁温、壁面热负荷、煤质、炉内燃烧配风情况等。大量研究表明，对四角切圆锅炉来说，结渣和高温腐蚀主要发生在上层燃烧器的向火侧水冷壁上，火炬的下游，如图1所示，区域100属于高温腐蚀区域。这是因为随着燃烧的发展，火炬下游的氧气被大量消耗，火炬下游的还原性气氛也不断增强。如配风不合理，发生火炬贴墙现象，则发生结渣及高温腐蚀的可能性大大增加。
本领域的技术人员致力于开发一种可用于煤粉锅炉空气分级低NOx燃烧技术下的新型燃烧器系统，可有效地避免燃烧器区域水冷壁的结渣和高温腐蚀情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中，锅炉分级燃烧技术下燃烧器区域水冷壁容易结渣和高温腐蚀的不足，提供一种空气分级燃烧切向燃烧系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种空气分级燃烧技术下的切向燃烧系统，包括主燃烧器，其特点在于，所述主燃烧器沿炉膛横截面对角设置，对角设置的一次风和煤粉的混合气流对冲喷出，在炉膛内形成第一切圆，每个主燃烧器由多个一次风喷口和多个二次风喷口组成，所述一次风喷口和二次风喷口间隔布置，所述二次风喷口包括偏置起旋风喷口、折边风喷口、直吹风喷口三部分。
较佳地，所述偏置起旋风喷口将偏置起旋风以与一次风喷口喷出的气流呈一定角度吹入炉膛，所述角度为10°至25°，所述偏置起旋风风量占进入炉膛总风量的10%~70%，
较佳地，所述偏置起旋风形成一第二切圆，所述第二切圆的直径大于所述第一切圆的直径。一方面可使整个锅炉的流场呈切圆燃烧状态，另一方面又可形成风包粉的结构，将煤粉气流包在炉膛中央，防止煤粉气流冲刷水冷壁。
较佳地，所述折边风喷口将折边风以逆火炬方向吹入炉膛，所述折边风风量占进入炉膛总风量的2%～10%。这样既不会破坏炉膛的流场结构，又可以在火炬下游形成2~4m的贴壁富氧区域，防止火炬下游水冷壁的结渣及高温腐蚀。
较佳地，所述直吹风喷口喷出的直吹风风量可调节。通过一定结构调整直吹风与偏置起旋风、折变风之间的比例分配，从而可调整炉内切圆大小，优化燃烧进程。
较佳地，所述对角设置的一次风和煤粉的混合气流在一条直线上。
较佳地，所述对角设置的一次风和煤粉的混合气流为相互之间偏移一设定角度。
本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各较佳实施例。
本发明的积极进步效果在于：通过合理布置分配各路气流，可提高锅炉的贴壁氧量，防止火炬贴墙，从而可降低锅炉水冷壁结渣和高温腐蚀的风险。
附图说明
图1为现有技术中易发生结渣及高温腐蚀的区域。
图2为本发明的一个实施例下燃烧系统喷入炉膛的气流及其方向。
图3为本发明的一个实施例下的燃烧系统其中一角的主燃烧器的一种实现方式。
图4为本发明的一个实施例下的燃烧系统其中一角的主燃烧器的另一种实现方式。
图5为图3、图4中偏置起旋风喷口的平面结构图。
图6为图3、图4中直吹风及折边风喷口的平面结构图。
具体实施方式
本发明的实施例将参照附图进行说明。在说明书附图中，具有类似结构或功能的元件或装置将用相同的元件符号表示。附图只是为了便于说明本发明的各个实施例，并不是要对本发明进行穷尽性的说明，也不是对本发明的范围进行限制。
实施例1
下面以图2、图3、图5、图6来说明本实施例。图2示出了该燃烧系统喷入炉膛的气流及其方向。一次风和煤粉混合气流1沿炉膛截面对角线方向或与对角线呈一小角度方向喷入炉膛，对角的一次风和煤粉混合气流对冲，形成较小的切圆；偏置起旋风2与一次风和煤粉混合气流1呈一定角度，在一个实施例中，这个角度在10°到25°之间，偏置起旋风风量为进入炉膛总风量的10%~70%左右。四角的偏置起旋风2形成较大的切圆，一方面可使整个锅炉的流场呈切圆燃烧状态，另一方面又可形成风包粉的结构，将煤粉气流包在炉膛中央，防止煤粉气流冲刷水冷壁；折边风3以逆火炬旋转方向吹入炉膛，折边风风量为总风量的2%～10%。由于折边风风量较小，一方面不会对炉膛的整个流场造成破坏，另一方面又可形成2~4m的贴壁富氧区域，保护易被火炬下游冲刷的水冷壁。直吹风与一次风方向相同，可通过设计调整偏置起旋风的风量，防止切圆直径过大。
图3示出用于该燃烧器的一角的主燃烧器的实现方式。主燃烧器包括燃烧器箱壳26，一次风/煤粉喷口21，起转偏置风喷口22，折边风喷口23，直吹风喷口24。在该实施例中，起转偏置风、折边风、直吹风均属二次风。一次风与二次风间隔布置。通过燃烧器箱体的隔板及喷口将二次风分为一组喷口。分别为起转偏置风喷口、折边风喷口、直吹风喷口。其中起转偏置风有两个喷口，位于一次风/煤粉喷口的上下两端；折边风和直吹风喷口由一个喷口整体分割而成。
图5为起转偏置风喷口的平面图。包括提供二次风的大风箱壳体27，喷口内导流板28。通过导流板的设置使得起转偏置风偏斜一定角度。图6为折边风及直吹风喷口的平面图。其喷口内的导流板只起均匀分配气流的作用。
实施例2
下面以图2、图4、图5、图6来说明本实施例。图2为该燃烧系统喷入炉膛的气流及其方向。一次风和煤粉混合气流1沿炉膛截面对角线方向或与对角线呈一小角度方向喷入炉膛，对角的一次风和煤粉混合气流对冲，或形成较小的切圆；偏置起旋风2与一次风和煤粉混合气流1呈一定角度，这个角度在10°到25°之间，风量为进入炉膛总风量的10%~70%左右。四角的偏置起旋风形成较大的切圆，一方面可使整个锅炉的流场呈切圆燃烧状态，另一方面又可形成风包粉的结构，将煤粉气流包在炉膛中央，防止煤粉气流冲刷水冷壁；折边风3以逆火炬旋转方向吹入炉膛，风量为总风量的2%～10%。由于折边风风量较小，一方面不会对炉膛的整个流场造成破坏，另一方面又可形成2~4m的贴壁富氧区域，保护易被火炬下游冲刷的水冷壁。直吹风与一次风方向相同，可通过设计调整偏置起旋风的风量，防止切圆直径过大
图4为用于该燃烧器的一角的主燃烧器的另一种实现形式。一次风喷口与二次风喷口间隔布置，主燃烧器包括燃烧器箱壳26、一次风/煤粉喷口21，起转偏置风喷口22，折边风喷口23，直吹风喷口24。起转偏置风、折边风、直吹风均属二次风。一次风与二次风间隔布置，通过燃烧器箱体的隔板将二次风喷口分成三个部分，分别喷入起转偏置风、折边风及直吹风。
图5为起转偏置风喷口的平面图。包括为提供二次风的大风箱壳体27和喷口内导流板28。通过导流板的设置使得起转偏置风偏斜一定角度。图6为折边风及直吹风喷口的平面图。其喷口内的导流板只起均匀分配气流的作用。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种空气分级燃烧技术下的切向燃烧系统，包括主燃烧器，其特征在于，所述主燃烧器沿炉膛横截面对角设置，对角设置的一次风和煤粉的混合气流对冲喷出，在炉膛内形成第一切圆，每个主燃烧器由多个一次风喷口和多个二次风喷口组成，所述一次风喷口和二次风喷口间隔布置，所述二次风喷口包括偏置起旋风喷口、折边风喷口、直吹风喷口三部分。
2.如权利要求1所述的空气分级燃烧技术下的切向燃烧系统，其特征在于，所述偏置起旋风喷口将偏置起旋风以与一次风喷口喷出的气流呈一定角度吹入炉膛，所述角度为10°至25°，所述偏置起旋风风量占进入炉膛总风量的10%～70%。
3.如权利要求2所述的空气分级燃烧技术下的切向燃烧系统，其特征在于，所述偏置起旋风形成一第二切圆，所述第二切圆的直径大于所述第一切圆的直径。
4.如权利要求1所述的空气分级燃烧技术下的切向燃烧系统，其特征在于，所述折边风喷口将折边风以逆火炬方向吹入炉膛，所述折边风风量占进入炉膛总风量的2%～10%。
5.如权利要求1所述的空气分级燃烧技术下的切向燃烧系统，其特征在于，所述直吹风喷口喷出的直吹风风量可调节。
6.如权利要求1至5任一项所述的空气分级燃烧技术下的切向燃烧系统，其特征在于，所述对角设置的一次风和煤粉的混合气流在一条直线上。
7.如权利要求1至5任一项所述的空气分级燃烧技术下的切向燃烧系统，其特征在于，所述对角设置的一次风和煤粉的混合气流为相互之间偏移一设定角度。 
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