CN102818258B - 一种锅炉大切角四角切圆燃烧技术及炉膛布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锅炉大切角四角切圆燃烧技术及炉膛布置方法，其特征在于：将整个炉膛由下向上依次分为冷灰斗区、下炉膛区和上炉膛区，其中，下炉膛区由下向上又分为下燃烧器区及上燃烧器区，下燃烧器区与冷灰斗区设置第一过渡区，下炉膛区与上炉膛区设置第二过渡区，四个燃烧器以四角切圆方式布置在下炉膛区四个较宽的炉墙角切角面上。本发明通过在炉墙角区域采取大切角方式，大幅增加放置燃烧器的墙面面积，较大程度地减少炉墙角区域水冷壁至旋转燃烧火焰外边面的距离，减少燃烧器的喷射距离，节约部分燃烧器能耗，同时使得炉墙角区域水冷壁所受热负荷更加接近平均热负荷，较大程度地改善在炉膛宽度或深度方向上水冷壁受热不均匀的问题。

Description

一种锅炉大切角四角切圆燃烧技术及炉膛布置方法

技术领域

本发明涉及一种采用锅炉大切角四角切圆燃烧技术及炉膛布置方法。

背景技术

我国是以煤炭为主要能源的国家。电站燃煤锅炉每年耗煤近5.3亿吨，占全国煤耗量的80％左右。同时，我国的火电工业占电源结构中装机总容量的70％以上。如何进一步提高煤炭发电效率，对于建设节能型社会和兑现我国温室气体减排承诺有着非常积极的意义。为了节约能源和减轻环境污染，国内外正在开发循环流化床(CFBC)、增压流化床联合循环(PFBC)、整体煤气化联合循环(IGCC)、超临界(SC)以及超超临界(USC)技术。就目前的发展情况而言，超临界机组已经十分成熟，超超临界机组已经大量投运，且积累了较好的运行经验。大容量超超临界机组能够提高可用能的品位，使热能转换效率进一步提高。从我国电厂运行的普遍情况来看，与同容量亚临界火电机组比较，超临界机组可提高效率2～2.5％，超超临界机组可提高效率约5％。因此，在技术成熟的大容量超临界机组的基础上发展更大容量的超超临界机组是我国发展高效煤炭发电技术的主要方向，同时也是解决当前电力短缺、能源利用率低和环境污染严重等问题最现实、最有效的途径。

传统的采用四角切圆燃烧技术的锅炉炉膛截面大多为矩形，且炉膛的宽度和深度差别通常不大。四个燃烧器分别布置在炉膛矩形截面的四个拐角处。为了方便燃烧器的放置，一般将炉膛矩形截面的拐角处设计为很小的切角或平面。这种燃烧方式由于四角射流着火后相交，相互引燃，有利于着火的稳定。四股射流相切于假想圆后，气流在炉膛内强烈旋转，非常有利于空气和燃料的相互混合，而且火焰在炉内的充满度也较好。但根据众多学者的理论分析、数值分析的研究结论以及采用四角切圆燃烧方式的锅炉的实际运行情况的结论来看，这种燃烧方式在炉膛宽度或深度方向上仍然具有较大的热负荷不均匀程度。根据《电站锅炉水动力计算方法》(JB/Z 201-83)，对于固态排渣的四角切圆锅炉，在沿炉膛宽度或深度方向上，处于炉墙中线附近的水冷壁能够获得最大的热负荷，最大热负荷约为平均热负荷(燃烧器区在某一高度某一宽度或深度炉墙处的热负荷的平均值)的1.2倍，而最小热负荷则处于炉墙角附近的区域，且只有平均热负荷的约50％。对于液态排渣炉这一差别更加明显。造成这一现象的主要原因则是炉墙沿宽度或深度方向某一位置距离燃烧火焰的位置差别较大造成的。从实际运行情况来看，炉膛中间燃烧的火焰可以看作是具有较大直径的发热火焰圆柱体，距离这一圆柱体很近的炉墙中部区域接受了很高的热负荷，而对于炉墙角区域，由于距离火焰表面较远，辐射能量在到达炉墙角之前已经被具有辐射特性的CO₂、H₂O和灰粒等介质吸收，到达炉墙角时在很大程度上已经减弱了。这一特点将使得水冷壁管屏的布置难度加大。而对于600MW及其以上容量的锅炉，由于炉膛本身具有更大的宽度和深度，这一困难将尤为突出。因此，如何通过改变、调整燃烧方式或水冷壁布置方式来减轻炉膛受热不均匀带来的影响是发展更大容量锅炉必须面对的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种采用锅炉大切角四角切圆燃烧技术的炉膛布置方法来减轻炉膛受热不均匀带来的影响。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种锅炉大切角四角切圆燃烧技术及炉膛布置方法，其特征在于：将整个炉膛由下向上依次分为冷灰斗区、下炉膛区和上炉膛区，其中，下炉膛区由下向上又分为下燃烧器区及上燃烧器区，下燃烧器区与冷灰斗区设置第一过渡区，下炉膛区与上炉膛区设置第二过渡区，四个燃烧器以四角切圆方式布置在下炉膛区四个较宽的炉墙角切角面上。

优选地，所述炉墙角切角面与相邻两个炉墙面相交的交线至两个炉墙面相交的交线的距离分别处于各自炉墙长度0.1～0.35倍的范围内。

优选地，所述四个燃烧器分别置于各自所述炉墙角切角面的中间区域。

优选地，燃烧系统布置在所述下炉膛区内，燃烧器系统包括可垂直摆动的一次风喷口及二次风喷口，一次风喷口和二次风喷口在垂直方向上分为至少两组，一次风喷口和二次风喷口的轴线与炉膛对角线之间分别采取适当的夹角或者正、反切圆方向来通过传统的四角切圆方法组织燃烧。

优选地，所述燃烧系统还包括可垂直摆动的燃尽风喷口，所述一次风喷口、所述二次风喷口及燃尽风喷口的轴线与炉膛对角线之间分别采取适当的夹角或者正、反切圆方向来通过传统的四角切圆方法组织燃烧。

优选地，所述燃烧器与周围的水冷壁连在一起，形成燃烧器水冷套。

优选地，所述第一过渡区为渐进式过渡区。

优选地，所述第二过渡区为直角突扩式过渡区。

优选地，所述直角突扩式过渡区与炉膛折焰角下端保持至少1m的距离。

本发明提供了一种大切角四角切圆燃烧技术及其相应的炉膛布置方案，通过在炉墙角区域采取大切角方式，大幅增加放置燃烧器的墙面面积，较大程度地减少炉墙角区域水冷壁至旋转燃烧火焰外边面的距离，减少燃烧器的喷射距离，节约部分燃烧器能耗，同时使得炉墙角区域水冷壁所受热负荷更加接近平均热负荷，较大程度地改善在炉膛宽度或深度方向上水冷壁受热不均匀的问题，方便水动力设计。具体来说，本发明具有如下技术效果：

1)本发明在炉墙角采用大切角水冷壁的形式，炉膛横截面形状更接近圆形，同样的炉膛横截面积所对应的炉膛周界长度更小，水冷壁制造所需钢耗有所减少。在管子内外径和节距不变的情况下，水冷壁管的质量流速有所增加。这有助于水冷壁的安全运行。同时，使得炉墙角区域水冷壁所受热负荷更加接近平均热负荷，很好地改善了炉墙在宽度或深度方向上的热负荷分布情况，使其更加均匀，大幅度降低了水动力设计的难度，这一点对于800MW及其以上的大容量超临界锅炉尤为关键。

2)本发明在下炉膛区将燃烧器布置在大切角水冷壁墙上，较大程度地减少了炉墙角区域水冷壁至旋转燃烧火焰外边面的距离以及四个燃烧器的相互引燃距离，改善了燃料的着火、燃尽条件，减少了燃烧器的功耗，提高了电厂的发电效率。对于600MW及其以上的大容量锅炉，由于炉膛宽度和深度尺寸已经很大，并已经接近燃烧器向炉膛中心区域喷射煤粉-空气混合物的极限距离，这已经成为发展大容量锅炉的主要障碍之一。而在大容量锅炉上采用大切角四角切圆燃烧技术，则不仅能够满足当前1000MW等级大容量锅炉的设计要求，而且能够提升大容量锅炉的设计容量。

3)本发明在下炉膛区和上炉膛区采用直角突扩方式进行过渡并且直角突扩过渡部分与折焰角下端保持至少1m的距离，一方面能够保持折焰角处水冷壁的常规布置方式，以及保持锅炉后墙原有的支吊方式，另一方面也方便上炉膛区大屏过热器、炉顶的设计和布置，最大程度地减少采用新燃烧技术和炉膛布置方案的设计代价。

4)本发明在下燃烧器区与冷灰斗区采用渐进方式过渡，能够减轻下燃烧器区和冷灰斗区上部之间的空气流动阻力，且空间几何结构简单，便于设计和安装。

附图说明

图1为本发明的大切角四角切圆燃烧技术和炉膛布置方案的示意图(∏型)；

图2为本发明的大切角四角切圆燃烧技术和炉膛布置方案的示意图(塔式)；

图3为图1或图2的A-A截面图；

图4为图1或图2的B-B截面图；

图5为图1或图2的C-C向视图；

图6为下炉膛区和上炉膛区之间采用直角突扩方式示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。本实例在以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施实例。

如图1和图2所示，整个炉膛由下向上分为冷灰斗区1、下炉膛区2和上炉膛区3，其中下炉膛区2又分为下燃烧器区4和上燃烧器区5。

如图3所示，炉膛在下炉膛区2的炉墙角区域采用较宽的炉墙角切角面，如图3中第I部分所示，炉墙角切角面与相邻两个炉墙面相交的交线至两个炉墙面相交的交线的距离分别为各自墙面长度的0.25倍，在大切角的范围内。

四只燃烧器以四角切圆方式分别布置在四个炉墙角切角面的中间区域，燃烧器的具体布置考虑了目前流行的低NOx燃烧技术。下炉膛区3包括下燃烧器区4和上燃烧器区5。下燃烧器区4由一次风喷口和二次风喷口组成，上燃烧器区5由燃尽风喷口组成。其中，一次风喷口和二次风喷口在竖直方向上间隔布置，并可分为两组或多组，以实现分级配风。下燃烧器区4有顶二次风喷口、中间层二次风喷口和底二次风喷口。顶二次风和底二次风的风速、风量均大于中间层二次风。下燃烧器区4的氧量控制在0.75～0.9，这一区域为缺氧燃烧，限制了这一区域的燃烧温度和放热量，同时燃料中氮元素的氧化，达到抑制高温型NOx生成的目的。

在上燃烧器区5的合适位置布置燃尽风喷口，将其余的空气喷入炉膛。燃尽风的假象切圆的旋向与下燃烧器区内一次风和二次风的旋向相反，有效地减弱炉膛出口处烟气的旋转强度，使炉膛出口出的烟温更加均匀。

燃尽风喷口在垂直方向上可摆动±30°，用以调节炉膛出口烟温和烟气燃尽的高度。

如图4所示，下燃烧器区4与冷灰斗区1以渐进方式过渡以减轻燃烧器区附近的空气流动阻力。

如图5和图6所示，下炉膛区2和上炉膛区3采用直角突扩方式进行过渡，对于如图1所示的∏型炉膛而言，下炉膛区2和上炉膛区3的直角突扩过渡部分与折焰角下端保持至少1m的距离，炉墙角墙面中靠近一侧炉墙的一半管子引到该侧炉墙的延伸位置，形成与未采用大切角四角切圆燃烧技术时相似的炉墙形状，对于另一侧炉墙采取相同的处理方法。

Claims (4)

1.一种锅炉大切角四角切圆燃烧技术及炉膛布置方法，其特征在于：将整个炉膛由下向上依次分为冷灰斗区（1）、下炉膛区（2）和上炉膛区（3），其中，下炉膛区（2）由下向上又分为下燃烧器区（4）及上燃烧器区（5），下燃烧器区（4）与冷灰斗区（1）设置第一过渡区，下炉膛区（2）与上炉膛区（3）设置第二过渡区，四个燃烧器以四角切圆方式布置在下炉膛区（2）四个较宽的炉墙角切角面上；炉墙角切角面与相邻两个炉墙面相交的交线至两个炉墙面相交的交线的距离分别处于各自炉墙长度0.1～0.35倍的范围内；

所述四个燃烧器分别置于各自所述炉墙角切角面的中间区域；

所述第一过渡区为渐进式过渡区；

所述第二过渡区为直角突扩式过渡区；

所述直角突扩式过渡区与炉膛折焰角下端保持至少1 m的距离。

2.如权利要求1所述的一种锅炉大切角四角切圆燃烧技术及炉膛布置方法，其特征在于：燃烧系统布置在所述下炉膛区（2）内，燃烧器系统包括可垂直摆动的一次风喷口及二次风喷口，一次风喷口和二次风喷口在垂直方向上分为至少两组，一次风喷口和二次风喷口的轴线与炉膛对角线之间分别采取适当的夹角或者正、反切圆方向来通过传统的四角切圆方法组织燃烧。

3.如权利要求2所述的一种锅炉大切角四角切圆燃烧技术及炉膛布置方法，其特征在于：所述燃烧系统还包括可垂直摆动的燃尽风喷口，所述一次风喷口、所述二次风喷口及燃尽风喷口的轴线与炉膛对角线之间分别采取适当的夹角或者正、反切圆方向来通过传统的四角切圆方法组织燃烧。

4.如权利要求1所述的一种锅炉大切角四角切圆燃烧技术及炉膛布置方法，其特征在于：所述燃烧器与周围的水冷壁连在一起，形成燃烧器水冷套。