CN103438438A - 膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦方法及其装置，该方法在锅炉水冷壁侧墙上与炉膛主燃烧区相对应的区域内均匀布置多个风帽式喷嘴，在锅炉水冷壁侧墙外壁上设置为所有风帽式喷嘴提供风源的侧墙风箱，从锅炉主风道中引出一部分二次风进入到侧墙风箱中，并通过若干个风帽式喷嘴紧贴锅炉水冷壁侧墙内壁平行喷出，在锅炉水冷壁侧墙内壁形成贴壁风保护膜，从而避免锅炉高温腐蚀和结焦。其装置主要包括设置在锅炉水冷壁侧墙上的风帽式喷嘴，其伸入炉内一端沿周向均匀设计若干个喷射口。本设计结构简单、工艺经济，并且效果显著的减少了因煤粉贴壁燃烧，导致水冷壁大面积高温腐蚀和结焦的现象发生，有效的保证了锅炉水冷壁侧墙的安全，降低了检修成本。

Description

膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦方法及其装置

技术领域

本发明涉及锅炉燃烧技术领域，具体地指一种膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦方法及其装置。

背景技术

在燃煤锅炉的运行过程中，避免水冷壁的高温腐蚀是电厂锅炉安全经济稳定运行的前提。在前后墙对冲燃烧的锅炉中，由于大量煤粉颗粒对冲进入炉膛燃烧，容易在炉膛的两侧墙附近出现大量的煤粉贴壁燃烧，致使锅炉两侧墙水冷壁壁面附近形成严重的还原性气氛，从而导致锅炉水冷壁大面积高温腐蚀和结焦。特别是随着火电厂环保要求的日益严格，煤粉低氮欠氧燃烧逐渐成为了电厂锅炉燃烧的主要手段，这种现象更是日趋严重，此种情况的发生对锅炉的安全稳定运行带来了极大的隐患，同时也造成每年维修费用的大幅增加。

目前，针对上述情况，减小锅炉两侧墙水冷壁高温腐蚀的技术方式主要有以下三种：

其一，设置边界风。方式是从二次风中抽取5%左右的风量作为边界风，从炉膛的底部两侧墙逐渐向上爬升。但这种形式的边界风在底部爬升的过程中已逐渐耗散殆尽，爬升到需要保护的主燃烧区域及以上时已寥寥无几，这样无法在水冷壁壁面上实现氧化性保护气氛。

其二，在锅炉前后墙燃烧区域布置多个侧下燃尽风喷嘴。这种方式为达到喷嘴射流的穿透性，通常占用的总风量在10%以上，极大地影响了燃烧用风量，容易导致锅炉飞灰含碳量升高，锅炉燃烧效率下降。同时该种方式不能实现水冷壁壁面的均匀保护，影响了低氮效果。

其三，水冷壁开孔漏风。在水冷壁两侧墙上直接开孔，利用炉膛负压将炉外冷空气从水冷壁开孔中直接吸入炉膛。但该方式经过多年的实际应用，发现这种漏风均是直接垂直水冷壁进入炉膛，根本无法在水冷壁壁面形成风膜。同时，漏风的风量也无法控制，导致锅炉燃烧效率下降，影响锅炉运行的经济性。

近20年来，在前后墙对冲的炉型中，各种防止侧墙水冷壁高温腐蚀措施都无一成功。特别是近年来含有大量的钠钾碱金属的准东煤被大量利用，锅炉燃烧更容易导致严重的水冷壁高温腐蚀和结焦的发生。因此，需要一种在不影响锅炉燃烧效率的情况下，避免侧墙水冷壁的高温腐蚀和结焦的解决办法。

发明内容

本发明的目的就是要根除现有燃煤锅炉在运行过程中煤粉贴壁燃烧导致的缺陷，提供一种膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦方法及其装置。

为实现上述目的，本发明所设计的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦方法，其特殊之处在于，它包括以下步骤：

1）在锅炉水冷壁侧墙上与炉膛主燃烧区相对应的区域内均匀布置若干个风帽式喷嘴，每个风帽式喷嘴伸入到锅炉水冷壁侧墙内壁的一端沿周向均匀设计若干个射流方向与锅炉水冷壁侧墙内壁平行的喷射口；

2）在锅炉水冷壁侧墙外壁上设置能罩住所有风帽式喷嘴并为其提供风源的侧墙风箱，侧墙风箱的进气口通过连接风道与锅炉主风道相连；

3）开启连接风道上的调节风门，从锅炉主风道中引出一部分二次风进入到侧墙风箱中，并通过若干个风帽式喷嘴紧贴锅炉水冷壁侧墙内壁平行喷出，使其在锅炉水冷壁侧墙内壁形成向四周均匀流动扩散的贴壁风保护膜，从而保证主燃烧区附近的锅炉水冷壁侧墙内壁表面处于氧化性气氛中，避免锅炉高温腐蚀和结焦。

优选地，所述步骤1）中，锅炉水冷壁侧墙上的风帽式喷嘴呈矩阵分布状态，相邻风帽式喷嘴之间的距离为200～600mm，最佳水平方向相邻风帽式喷嘴之间的距离为380～420mm，竖直方向相邻风帽式喷嘴之间的距离为330～370mm。这样，可以使贴壁风均匀地分布在水冷壁侧墙表面。

优选地，所述步骤3）中，侧墙风箱内的风速控制在0.5～2.0m/s之间，最佳为0.5～1.0m/s，以保证侧墙风箱内的所有风帽式喷嘴射流流速均匀；风帽式喷嘴出口处的射流控制在5～20m/s之间，最佳为6～10m/s，以保证每个风帽式喷嘴出口处的射流紧靠水冷壁表面稳定流动。

优选地，所述步骤3）中，风帽式喷嘴喷出的贴壁风总量占进入锅炉炉膛总风量的0.5～4%，最佳为0.5～1%。这样，可以在不影响锅炉燃烧的情况下，使贴壁风在水冷壁侧墙表面形成保护风膜，实现水冷壁表面附近的氧化性气氛。

为实现上述方法而设计的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦装置，包括由交错布置的水冷壁管和管间鳍片连接而成的锅炉水冷壁侧墙，其特殊之处在于：所述锅炉水冷壁侧墙上与炉膛主燃烧区相对应的区域内均匀分布有安装通孔，所述安装通孔开设在该区域内的管间鳍片上；所述安装通孔上一一对应设置有风帽式喷嘴，所述风帽式喷嘴伸入到锅炉水冷壁侧墙内壁的一端顶部呈封盖结构，且该端沿周向均匀分布有若干个射流方向与锅炉水冷壁侧墙内壁平行的喷射口；所述锅炉水冷壁侧墙外壁上设置有罩住所有风帽式喷嘴并为其提供风源的侧墙风箱，所述侧墙风箱的进气口通过连接风道与锅炉主风道相连，所述连接风道上设置有调节风门。

优选地，所述风帽式喷嘴的喷射口呈轴向条缝结构，其射流方向与喷口外圆切线之间的夹角为30～45°，其轴向长度为风帽式喷嘴总长度的2/5～3/5，其喷口面积占风帽式喷嘴在对应轴向长度段外圆柱面积的50～70%。这样，可以使所喷出的空气紧贴锅炉水冷壁侧墙流动，形成稳定的旋流。

优选地，所述风帽式喷嘴的喷射口沿周向均匀分布有6～8个。这样，可以使贴壁风从各个方向均匀分布，形成稳定可靠的保护性风膜。

优选地，所述安装通孔及设置在其上的风帽式喷嘴呈矩阵分布状态，相邻风帽式喷嘴之间的距离为200～600mm，最佳为水平方向相邻风帽式喷嘴之间的距离380～420mm，竖直方向相邻风帽式喷嘴之间的距离330～370mm。这样，可以使贴壁风更加均匀地分布在水冷壁侧墙表面。

优选地，所述连接风道上设置有膨胀节。这样，可以补偿或修正侧墙风箱的进气口与锅炉主风道的位移偏差。

优选地，所述侧墙风箱上设置有检修人孔。这样，可以便于维修人员进入侧墙风箱检修。

本发明的优点在于：所设计的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦方法直接从锅炉主风道引出一小部分二次风作为贴壁风风源，由风帽式喷嘴沿周向均布的喷射口喷出，均匀地紧靠锅炉水冷壁侧墙流动，从而在锅炉水冷壁侧墙表面形成保护性风膜，避免了煤粉在锅炉水冷壁侧墙附近缺氧燃烧形成的高温和还原性气氛，杜绝了锅炉侧墙水冷壁的高温腐蚀和结焦隐患，有效地延长了锅炉水冷壁侧墙的使用寿命，降低了维护和检修成本。

附图说明

图1为一种膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦装置的结构示意图。

图2为图1中风帽式喷嘴在锅炉水冷壁侧墙上的安装示意图。

图3为图2中的局部放大结构示意图。

图4为图3的A-A剖面结构示意图。

图中各部分标号如下：锅炉水冷壁侧墙1（其中：水冷壁管1a，管间鳍片1b，安装通孔1c）；风帽式喷嘴2（其中：封盖结构2a，喷射口2b）；侧墙风箱3（其中：检修人孔3a）；连接风道4；锅炉主风道5；调节风门6；膨胀节7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～4所示的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦装置，包括由交错布置的水冷壁管1a和管间鳍片1b连接而成的锅炉水冷壁侧墙1，锅炉水冷壁侧墙1上与炉膛主燃烧区相对应的区域内均匀分布有安装通孔1c，安装通孔1c开设在该区域内的管间鳍片1b上。安装通孔1c上一一对应焊接有风帽式喷嘴2，其采用耐热钢材料，抗氧化温度约为1200℃。风帽式喷嘴2外形上呈圆筒状，其伸入到锅炉水冷壁侧墙1内壁的一端顶部呈封盖结构2a，且该端沿周向均匀分布有8个射流方向与锅炉水冷壁侧墙1内壁平行的喷射口2b。喷射口2b呈轴向条缝结构，其射流方向与喷口外圆切线之间的夹角为30～45°，其轴向长度设计为风帽式喷嘴2总长度的2/5～3/5，其喷口面积占风帽式喷嘴2在对应轴向长度段外圆柱面积的50～70%，本实施例中，喷射口2b轴向长度为风帽式喷嘴2总长度的3/5，喷口面积占外圆柱面积的60%。在锅炉水冷壁侧墙1外壁上设置有罩住所有风帽式喷嘴2并为其提供风源的侧墙风箱3，侧墙风箱3的进气口通过连接风道4与锅炉主风道5相连，侧墙风箱3下部设置有便于日常维护及检修的检修人孔3a。连接风道4上设置有调节风门6，可根据锅炉内的燃烧情况调整进风量。为了修正侧墙风箱的进气口与锅炉主风道的位移偏差，连接风道4上设有膨胀节7。

优化设计时，风帽式喷嘴2呈矩阵分布状态，相邻风帽式喷嘴2之间的距离为200～600mm，作为最佳方案，水平方向相邻风帽式喷嘴2之间的距离为380～420mm，竖直方向相邻风帽式喷嘴2之间的距离为330～370mm，本实施例中，锅炉水冷壁侧墙1对应于主燃烧区以水平方向400mm、竖直方向350mm为间隔设置有924个风帽式喷嘴2。

在膜式水冷壁锅炉的运行过程中，开启连接风道4上的调节风门6，从锅炉主风道5中引出一部分二次风进入到侧墙风箱3中，这些二次风会通过每个风帽式喷嘴2紧贴锅炉水冷壁侧墙1内壁平行喷出。一方面控制侧墙风箱3内的风速在0.5～2.0m/s之间，最好是在1.0m/s以下；另一方面控制风帽式喷嘴2出口处的射流在5～20m/s之间，最好是在6～10m/s之间，本实施例中测得风帽式喷嘴2出口处射流速度为9.86m/s。同时，控制风帽式喷嘴2喷出的贴壁风总量占进入锅炉炉膛总风量的0.5～4%，最好是在1%以下。即可在锅炉水冷壁侧墙1内壁形成向四周均匀流动扩散的贴壁风保护膜，从而保证主燃烧区附近的锅炉水冷壁侧墙1内壁表面处于氧化性气氛中，避免锅炉高温腐蚀和结焦。

对本发明进行现场锅炉改装试验，运行结果表明：在660MW机组煤粉燃烧锅炉中，采用此种方法和装置，很好地解决了过去在运行期间锅炉两侧墙区域的水冷壁壁面发生高温腐蚀和受煤粉气流冲刷等问题，有效的保障了锅炉水冷壁侧墙的安全。

Claims (14)

1.一种膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）在锅炉水冷壁侧墙（1）上与炉膛主燃烧区相对应的区域内均匀布置若干个风帽式喷嘴（2），每个风帽式喷嘴（2）伸入到锅炉水冷壁侧墙（1）内壁的一端沿周向均匀设计若干个射流方向与锅炉水冷壁侧墙（1）内壁平行的喷射口（2b）；

2）在锅炉水冷壁侧墙（1）外壁上设置能罩住所有风帽式喷嘴（2）并为其提供风源的侧墙风箱（3），侧墙风箱（3）的进气口通过连接风道（4）与锅炉主风道（5）相连；

3）开启连接风道（4）上的调节风门（6），从锅炉主风道（5）中引出一部分二次风进入到侧墙风箱（3）中，并通过若干个风帽式喷嘴（2）紧贴锅炉水冷壁侧墙（1）内壁平行喷出，使其在锅炉水冷壁侧墙（1）内壁形成向四周均匀流动扩散的贴壁风保护膜，从而保证主燃烧区附近的锅炉水冷壁侧墙（1）内壁表面处于氧化性气氛中，避免锅炉高温腐蚀和结焦。

2.根据权利要求1所述的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦方法，其特征在于：所述锅炉水冷壁侧墙（1）上的风帽式喷嘴（2）呈矩阵分布状态，相邻风帽式喷嘴（2）之间的距离为200～600mm。

3.根据权利要求1所述的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦方法，其特征在于：所述锅炉水冷壁侧墙（1）上的风帽式喷嘴（2）呈矩阵分布状态，水平方向相邻风帽式喷嘴（2）之间的距离为380～420mm，竖直方向相邻风帽式喷嘴（2）之间的距离为330～370mm。

4.根据权利要求1或2或3所述的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦方法，其特征在于：所述侧墙风箱（3）内的风速控制在0.5～2.0m/s之间，所述风帽式喷嘴（2）出口处的射流控制在5～20m/s之间。

5.根据权利要求4所述的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦方法，其特征在于：所述侧墙风箱（3）内的风速控制在0.5～1.0m/s之间，所述风帽式喷嘴（2）出口处的射流控制在6～10m/s之间。

6.根据权利要求1或2或3所述的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦方法，其特征在于：所述风帽式喷嘴（2）喷出的贴壁风总量占进入锅炉炉膛总风量的0.5～4%。

7.根据权利要求6所述的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦方法，其特征在于：所述风帽式喷嘴（2）喷出的贴壁风总量占进入锅炉炉膛总风量的0.5～1%。

8.一种为实现权利要求1所述方法而设计的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦装置，包括由交错布置的水冷壁管（1a）和管间鳍片（1b）连接而成的锅炉水冷壁侧墙（1），其特征在于：所述锅炉水冷壁侧墙（1）上与炉膛主燃烧区相对应的区域内均匀分布有安装通孔（1c），所述安装通孔（1c）开设在该区域内的管间鳍片（1b）上；所述安装通孔（1c）上一一对应设置有风帽式喷嘴（2），所述风帽式喷嘴（2）伸入到锅炉水冷壁侧墙（1）内壁的一端顶部呈封盖结构（2a），且该端沿周向均匀分布有若干个射流方向与锅炉水冷壁侧墙（1）内壁平行的喷射口（2b）；所述锅炉水冷壁侧墙（1）外壁上设置有罩住所有风帽式喷嘴（2）并为其提供风源的侧墙风箱（3），所述侧墙风箱（3）的进气口通过连接风道（4）与锅炉主风道（5）相连，所述连接风道（4）上设置有调节风门（6）。

9.根据权利要求8所述的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦装置，其特征在于：所述风帽式喷嘴（2）的喷射口（2b）呈轴向条缝结构，其射流方向与喷口外圆切线之间的夹角为30～45°，其轴向长度为风帽式喷嘴（2）总长度的2/5～3/5，其喷口面积占风帽式喷嘴（2）在对应轴向长度段外圆柱面积的50～70%。

10.根据权利要求8或9所述的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦装置，其特征在于：所述风帽式喷嘴（2）的喷射口（2b）沿周向均匀分布有6～8个。

11.根据权利要求8或9所述的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦装置，其特征在于：所述安装通孔（1c）及设置在其上的风帽式喷嘴（2）呈矩阵分布状态，相邻风帽式喷嘴（2）之间的距离为200～600mm。

12.根据权利要求8或9所述的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦装置，其特征在于：所述安装通孔（1c）及设置在其上的风帽式喷嘴（2）呈矩阵分布状态，水平方向相邻风帽式喷嘴（2）之间的距离为380～420mm，竖直方向相邻风帽式喷嘴（2）之间的距离为330～370mm。

13.根据权利要求8或9所述的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦装置，其特征在于：所述连接风道（4）上设置有膨胀节（7）。

14.根据权利要求8或9所述的膜式水冷壁锅炉防高温腐蚀结焦装置，其特征在于：所述侧墙风箱（3）上设置有检修人孔（3a）。

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