CN103090368B - 双火球八角直流燃烧器煤粉浓淡分离布置方式 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃用无烟煤的双火球八角直流燃烧器煤粉浓淡分离布置，其特征在于，每台锅炉布置八组燃烧器，八组燃烧器位于同一标高，其中四组燃烧器在炉膛内形成一个假想切圆，另外四组燃烧器在炉膛内形成另外一个假想切圆。每组燃烧器在垂直方向上分为两个小组，第一小组燃烧器称为“一次风/浓煤粉”燃烧器，第二小组燃烧器称为“一次风/淡煤粉”燃烧器。本发明能够在满足整个锅炉热功率的前提下，使得燃烧器区域壁面热负荷qHr较高，保证无烟煤粉气流的及时着火及锅炉不投油低负荷稳燃。

Description

双火球八角直流燃烧器煤粉浓淡分离布置方式
技术领域
本发明涉及一种燃用无烟煤的双火球八角直流燃烧器煤粉浓淡分离布置方式，属于煤粉燃烧装置技术领域。
背景技术
我国已探明的煤炭储量约为6400亿吨，其中低挥发份无烟煤约占煤炭总储量的14.6％。我国火电厂燃用无烟煤约占发电用煤总量的3％，这一数字还在增加。无烟煤的挥发份含量低，含氢量低，着火温度高，火焰传播速度较慢，如燃烧组织得不好，易发生低负荷燃烧不稳定，煤质变差时锅炉高负荷容易熄火的情况，燃烧效率一般也较低。
目前国内外燃用无烟煤采用W火焰锅炉，四角切向燃烧锅炉，以及前后墙对冲旋流燃烧锅炉。W火焰锅炉最大容量为600MW等级，四角切向燃烧锅炉以及前后墙对冲旋流燃烧锅炉最大容量为300MW等级，还未有600MW及以上等级四角切向燃烧无烟煤锅炉的设计和运行业绩。
我国电站锅炉制造厂家从70年代初开始设计、制造专烧无烟煤的锅炉。随着机组容量发展到600MW～1300MW等级，锅炉的炉膛热力参数较125MW、300MW无烟煤锅炉有较大变化，首先是炉膛容积热负荷qv降低，煤粉在炉膛内停留时间延长，有利于无烟煤的燃尽。但同时燃烧器区域壁面热负荷qHr降低，虽然断面热负荷qF有所升高，但是总的燃烧器区域水冷壁的吸热量是增加的，导致燃烧器区域的温度水平下降，对无烟煤的及时、稳定着火不利。特别是容量增加到800MW～1300MW等级后，由于受到单个煤粉喷嘴热功率的限制，单台磨煤机对应的煤粉喷嘴的数量相对于300MW～600MW锅炉需要增加50％到100％，由4个增加到6个或8个。比如1000MW超超临界锅炉，在配备6台中速磨或双进双出磨煤机情况下，单台磨煤机对应的煤粉喷嘴的数量为8个，总的煤粉喷嘴的数量达到48个。在采用直流燃烧器四角切圆布置的情况下，单角一次风煤粉喷嘴的数量为12个，再加上燃烧器在垂直方向上分为2到3组，这样导致燃烧器最上和最下2个一次风煤粉喷嘴的间距较大，燃烧器区域壁面热负荷qHr较低，该区域燃烧温度较低，不利于无烟煤粉气流的及时、稳定着火及锅炉不投油低负荷稳燃。
图1和图2以1000MW超超临界塔式锅炉为例，说明了现有的燃烧器切圆布置方式。图2为图1的II-II剖视图，图1为图2的I-I剖视图。该种布置方式包括锅炉本体1，炉膛2，磨煤机3，煤粉管道4，一次风煤粉喷嘴5及二次风喷嘴6。每台锅炉1配置六台磨煤机3，编号分别为A、B、C、D、E、F。炉膛2由四面水冷壁7组成，在炉膛2的每个角上布置有一组燃烧器8，四角燃烧器8的喷嘴中心线在炉膛2内形成假想切圆9。每组燃烧器8沿垂直方向又分为三组小的燃烧器，中间隔开一定的距离，每组小的燃烧器由四个一次风煤粉喷嘴5及六个二次风喷嘴6组成，即垂直方向间隔布置12个一次风煤粉喷嘴5及18个二次风喷嘴6，如1号角12个一次风煤粉喷嘴5的编号为A1-1，A1-2，B1-1，B1-2，C1-1，C1-2，D1-1，D1-2，E1-1，E1-2，F1-1，F1-2，4号角12个一次风煤粉喷嘴5的编号为A4-1，A4-2，B4-1，B4-2，C4-1，C4-2，D4-1，D4-2，E4-1，E4-2，F4-1，F4-2。磨煤机3通过煤粉管道4与一次风煤粉喷嘴5相连接，每台磨煤机3出口有四根煤粉管道4，每根煤粉管道4通过一个煤粉分配器10与同一个角相邻标高的2个一次风煤粉喷嘴5连接，比如编号为A的磨煤机3与编号为A1-1，A1-2，A2-1，A2-2，A3-1，A3-2，A4-1，A4-2共八个一次风煤粉喷嘴5连接。可见，由于每组燃烧器8沿垂直方向间隔布置有12个一次风煤粉喷嘴5，该布置方式燃烧器区域壁面热负荷qHr较低，不能适应无烟煤燃烧的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃烧器区域壁面热负荷qHr较高的双火球八角直流燃烧器煤粉浓淡分离布置方式。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种燃用无烟煤的双火球八角直流燃烧器煤粉浓淡分离布置方式，包括锅炉本体，炉膛，磨煤机，浓淡分离器，煤粉管道，一次风/浓煤粉喷嘴，一次风/淡煤粉喷嘴，每台锅炉本体配置至少一台磨煤机，炉膛由四面水冷壁组成，其特征在于，每台锅炉布置八组燃烧器，八组燃烧器位于同一标高，其中四组燃烧器在炉膛内形成一个第一假想切圆，另外四组燃烧器在炉膛内形成另外一个第二假想切圆；每组燃烧器在垂直方向上分为两个小组，第一小组燃烧器称为“一次风/浓煤粉”燃烧器，位于炉膛下部，沿垂直方向布置至少一个一次风/浓煤粉喷嘴及两个二次风喷嘴，第二小组燃烧器称为“一次风/淡煤粉”燃烧器，位于“一次风/浓煤粉”燃烧器上部，沿垂直方向布置至少一个一次风/淡煤粉喷嘴和两个二次风喷嘴；每台磨煤机出口有四根粗的煤粉管道，每根煤粉管道通过一个煤粉分配器后分为两根细的煤粉管道，每台磨煤机出口有八根细的煤粉管道，分别与八组燃烧器相连接；每根细的煤粉管道通过一个浓淡煤粉分离装置后分为一根浓煤粉管道和一根淡煤粉管道；浓煤粉管道与上述一个一次风/浓煤粉喷嘴相连接；淡煤粉管道与上述一个一次风/淡煤粉喷嘴相连接。
优选地，磨煤机出口的煤粉管道通过浓淡分离器将一次风/煤粉进行浓淡分离，分成一路80％的煤粉和50％的一次风“浓”煤粉气流，和一路剩余的20％的煤粉和50％的一次风“淡”煤粉气流，分别通过一次风/浓煤粉喷嘴和一次风/淡煤粉喷嘴送入炉膛组织燃烧。
优选地，布置在前后墙上的靠近两侧墙的燃烧器的一次风浓煤粉喷嘴或一次风淡煤粉喷嘴的中心线与水冷壁的中心线的交点，距离最近的炉膛的棱角处的距离L1为炉膛的宽度Lw的8％～16％，即：L1＝8％～16％Lw；布置在前后墙上的靠近炉膛中心线的燃烧器的一次风浓煤粉喷嘴或一次风淡煤粉喷嘴的中心线与水冷壁的中心线的交点，距离最近的炉膛的棱角处的距离L2为炉膛的宽度Lw的32％～44％，即：L2＝32％～44％Lw。
优选地，布置在前后墙上的燃烧器的一次风浓煤粉喷嘴或一次风淡煤粉喷嘴的中心线与水冷壁的中心线有一个交点，连接该交点与第一假想切圆或第二假想切圆的圆心形成一直线，该直线与一次风浓煤粉喷嘴或一次风淡煤粉喷嘴的中心线的夹角a为2度～10度，即：a＝2°～10°。
国内已经成功投运的大量50MW、125MW和300MW无烟煤锅炉，几乎全部采用中间仓储制热风送粉系统，该系统一次风粉混合温度可高达220～250°C，一次风比率14～15％，并能够将含有水份的乏气从一次风中分离出来，从燃烧器上部送入炉膛，从而减少煤粉着火热，采用中间仓储制热风送粉系统，是在50～300MW锅炉上成功燃用无烟煤的关键。但是对于中间仓储制热风送粉系统，由于国产钢球磨出力最大约为50t/h，对600MW及以上机组，每台炉要布置6～8台磨，该系统本身较为复杂，再加上庞大的煤粉仓，使得设计院设计布置较为困难，占地也较大。因此在机组容量增大到600MW后，一般不再推荐采用该系统。本发明采用“带煤粉浓淡分离装置的中速磨或双进双出直吹式制粉系统”，其主要原理是在磨煤机出口的每根煤粉管道上，增加一个煤粉浓淡分离装置，将一次风/煤粉进行浓淡分离，分成一路80％的煤粉和50％的一次风“浓”煤粉气流，和一路剩余的20％的煤粉和50％的一次风“淡”煤粉气流，分别通过燃烧器的“浓一次风/煤粉”喷嘴和“淡一次风/煤粉”，送入炉膛组织燃烧。
通过采用“带煤粉浓淡分离装置的中速磨或双进双出直吹式制粉系统”，使得浓一次风/煤粉的风粉比和一次风比率，均要优于中间仓储制热风送粉系统的相应参数，同时将含有一半水份的50％一次风分离出来，从燃烧器上部的淡一次风/煤粉喷嘴送入炉膛，虽然一次风粉的混合温度，要比采用中间仓储制热风送粉系统的一次风粉的混合温度低，但是这样的设计，通过理论计算可知，与采用中间仓储制热风送粉系统相比，(浓)煤粉气流的着火热是基本一样的，从而保证了浓煤粉气流的稳定着火。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过每台磨出口的煤粉气流与同一层共8只浓一次风/煤粉喷嘴，以及同一层共8只淡一次风/煤粉喷嘴相连接的布置方式，在满足整台锅炉热功率的前提下，增加了浓煤粉区域的煤粉浓度，使下部燃烧器区域壁面热负荷qHr较高，该区域燃烧温度能达到无烟煤着火稳燃的要求，保证无烟煤粉气流的及时着火及锅炉不投油低负荷稳燃。
2、燃烧器最上淡一次风煤粉喷嘴和最下浓一次风煤粉喷嘴的间距控制在理想的范围内，在同样满足最上一次风煤粉喷嘴到炉膛出口屏底间距和无烟煤燃烧效率的前提下，使得锅炉的总高度减少，大大降低了锅炉的制造成本，同时降低了锅炉氮氧化物的排放量。
3、八组燃烧器布置在锅炉前后墙的水冷壁上，与四组燃烧器布置在四角相比，射流两侧的补气条件较好，不容易发生一次风煤粉贴墙的现象，有利于防止炉膛结渣和高温腐蚀，煤种变化的适应性较好。
4、八组燃烧器布置在锅炉前后墙的水冷壁上，与四组燃烧器布置在四角相比，射流从喷嘴出口到达下游邻角气流的距离较短，这样可以采用较低的一次风煤粉气流速度，有利于无烟煤粉气流的及时着火及锅炉不投油低负荷稳燃。二次风速度也可降低，有利于降低火球的残余旋流强度和炉膛出口的烟温偏差。
5、八组燃烧器布置在锅炉前后墙的水冷壁上，与四组燃烧器布置在四角相比，喷嘴出口处的热流强度较高，通过对流和辐射换热量大大提高，有利于无烟煤粉气流的及时着火及锅炉不投油低负荷稳燃。
附图说明
图1为已有的燃烧器布置方式的平面图，为图2的I-I剖视图；
图2为图1的II-II剖视图；
图3为带煤粉浓淡分离装置的中速磨或双进双出磨直吹式制粉系统；
图4为本发明提供的一种燃用无烟煤的双火球八角直流燃烧器煤粉浓淡分离布置方式的平面图，配六台磨煤机，每台磨煤机通过煤粉分配器和浓淡分离器与同一标高的浓煤粉喷嘴(或淡煤粉喷嘴)连接，为图5的I-I剖视图；
图5为本发明提供的一种燃用无烟煤的双火球八角直流燃烧器煤粉浓淡分离布置方式的立面图，为图4的II-II剖视图。
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。
结合图4和图5说明本实施方式，图4为图5的I-I剖视图，图5为图4的II-II剖视图。
本发明提供的一种燃用无烟煤的双火球八角直流燃烧器煤粉浓淡分离布置，包括锅炉本体1，炉膛2，磨煤机3，煤粉分离器4，煤粉管道5，一次风/浓煤粉喷嘴6、一次风/淡煤粉喷嘴7，二次风喷嘴8，煤粉浓淡分离器13。每台锅炉本体1配置六台磨煤机3，分别为第一磨煤机A、第二磨煤机B、第三磨煤机C、第四磨煤机D、第五磨煤机E及第六磨煤机F。炉膛2由四面水冷壁9组成，在炉膛2的前墙水冷壁9面上布置四组燃烧器10，在炉膛2的后墙水冷壁9面上同样布置四组燃烧器10，每台锅炉共八组燃烧器10，分别称为1号角燃烧器、2号角燃烧器、3号角燃烧器、4号角燃烧器、5号角燃烧器、6号角燃烧器、7号角燃烧器、8号角燃烧器。其中1号角、2号角、3号角、8号角四组燃烧器10在炉膛内形成一个第一假想切圆11，另外4号角、5号角、6号角、7号角四组燃烧器10在炉膛内形成一个第二假想切圆12，第一假想切圆11和第二假想切圆12的直径相同。
每组燃烧器10在垂直方向上分为两个小组，第一小组燃烧器称为“一次风/浓煤粉”燃烧器，由六个一次风/浓煤粉喷嘴6和七个二次风喷嘴8组成，第二小组燃烧器称为“一次风/淡煤粉”燃烧器，由六个一次风/淡煤粉喷嘴7和七个二次风喷嘴8组成。如布置在前墙1号角的一个“一次风/浓煤粉”燃烧器小组中的六个一次风/浓煤粉喷嘴6的编号为A1-1，B1-1，C1-1，D1-1，E1-1，F1-1。布置在前墙1号角的一个“一次风/淡煤粉”燃烧器小组中的六个一次风/淡煤粉喷嘴7的编号为A1-2，B1-2，C1-2，D1-2，E1-2，F1-2。
每台磨煤机3出口有四根粗的煤粉管道5，每根粗的煤粉管道5，通过一个煤粉分配器4，均匀分为两根细的煤粉管道，这样每台磨煤机3出口有八根细的煤粉管道，分别与八组燃烧器10相连接。每根细的煤粉管道，通过一个浓淡煤粉分离装置13，分为一根浓煤粉管道，和一根淡煤粉管道。该根浓煤粉管道与一次风/浓煤粉喷嘴6相连接。该根淡煤粉管道与一次风/淡煤粉喷嘴7相连接。比如编号为A的磨煤机3与编号为A1-1，B1-1，C1-1，D1-1，E1-1，F1-1的六个一次风/浓煤粉喷嘴6和编号为A1-2，B1-2，C1-2，D1-2，E1-2，F1-2的六个一次风/淡煤粉喷嘴7连接。
布置在前后墙上的靠近两侧墙的燃烧器10的一次风/浓煤粉喷嘴6或一次风/淡煤粉喷嘴7的中心线与水冷壁9的中心线的交点，距离最近的炉膛2的棱角处的距离L1为炉膛2的宽度Lw的八分之一，即：L1＝1/8Lw。同样，布置在前后墙上的靠近炉膛中心线的燃烧器10的一次风/浓煤粉喷嘴6或一次风/淡煤粉喷嘴7的中心线与水冷壁9的中心线的交点，距离最近的炉膛2的棱角处的距离L2为炉膛2的宽度Lw的八分之三，即：L2＝3/8Lw。
布置在前后墙上的燃烧器10的一次风/浓煤粉喷嘴6或一次风/淡煤粉喷嘴7的中心线与水冷壁9的中心线有一个交点，连接该交点与第一假想切圆11或第二假想切圆12的圆心形成一直线，该直线与一次风/浓煤粉喷嘴6或一次风/淡煤粉喷嘴7的中心线的夹角a为四度，即：a＝4°。

Claims (4)

1.一种燃用无烟煤的双火球八角直流燃烧器煤粉浓淡分离布置方式，包括锅炉本体（1），炉膛（2），磨煤机（3），浓淡煤粉分离装置（13），煤粉管道（5），一次风/浓煤粉喷嘴（6），一次风/淡煤粉喷嘴（7），每台锅炉本体（1）配置至少一台磨煤机（3），炉膛（2）由四面水冷壁（9）组成，其特征在于，每台锅炉布置八组燃烧器（10），八组燃烧器（10）位于同一标高，其中四组燃烧器（10）在炉膛（2）内形成一个第一假想切圆（11），另外四组燃烧器（10）在炉膛（2）内形成另外一个第二假想切圆（12）；每组燃烧器（10）在垂直方向上分为两个小组，第一小组燃烧器（10）称为“一次风/浓煤粉”燃烧器，位于炉膛下部，沿垂直方向布置至少一个一次风/浓煤粉喷嘴（6）及两个二次风喷嘴（8），第二小组燃烧器称为“一次风/淡煤粉”燃烧器，位于“一次风/浓煤粉”燃烧器上部，沿垂直方向布置至少一个一次风/淡煤粉喷嘴（7）和两个二次风喷嘴（8）；每台磨煤机（3）出口有四根粗的煤粉管道（5），每根煤粉管道（5）通过一个煤粉分配器（4）后分为两根细的煤粉管道，每台磨煤机（3）出口有八根细的煤粉管道，分别与八组燃烧器（10）相连接；每根细的煤粉管道通过一个浓淡煤粉分离装置（13）后分为一根浓煤粉管道和一根淡煤粉管道；浓煤粉管道与上述一个一次风/浓煤粉喷嘴（6）相连接；淡煤粉管道与上述一个一次风/淡煤粉喷嘴（7）相连接。
2.如权利要求1所述的一种燃用无烟煤的双火球八角直流燃烧器煤粉浓淡分离布置方式，其特征在于，磨煤机（3）出口的煤粉管道（5）通过浓淡煤粉分离装置（13）将一次风/煤粉进行浓淡分离，分成一路80%的煤粉和50%的一次风“浓”煤粉气流，和一路剩余的20%的煤粉和50%的一次风“淡”煤粉气流，分别通过一次风/浓煤粉喷嘴（6）和一次风/淡煤粉喷嘴（7）送入炉膛（2）组织燃烧。
3.如权利要求1所述的一种燃用无烟煤的双火球八角直流燃烧器煤粉浓淡分离布置方式，其特征在于，布置在前后墙上的靠近两侧墙的燃烧器（10）的一次风浓煤粉喷嘴（6）或一次风淡煤粉喷嘴（7）的中心线与水冷壁（9）的中心线的交点，距离最近的炉膛（2）的棱角处的距离L1为炉膛（2）的宽度Lw的8%～16%，即：L1=8%～16%Lw；布置在前后墙上的靠近炉膛中心线的燃烧器（10）的一次风浓煤粉喷嘴（6）或一次风淡煤粉喷嘴（7）的中心线与水冷壁（9）的中心线的交点，距离最近的炉膛（2）的棱角处的距离L2为炉膛（2）的宽度Lw的32%～44%，即：L2=32%～44%Lw。
4.如权利要求1所述的一种燃用无烟煤的双火球八角直流燃烧器煤粉浓淡分离布置方式，其特征在于，布置在前后墙上的燃烧器（10）的一次风浓煤粉喷嘴（6）或一次风淡煤粉喷嘴（7）的中心线与水冷壁（9）的中心线有一个交点，连接该交点与第一假想切圆（11）或第二假想切圆（12）的圆心形成一直线，该直线与一次风浓煤粉喷嘴（6）或一次风淡煤粉喷嘴（7）的中心线的夹角a为2度～10度，即：a=2°～10°。
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