CN103672862A - 一种无主二次风的低氮燃烧装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种无主二次风的低氮燃烧装置及使用方法，它涉及一种煤粉切向燃烧锅炉的燃烧装置，以解决煤粉锅炉在高一次风率时，易导致锅炉NOx排放浓度较高的问题。上分离式燃尽风喷口、下分离式燃尽风喷口、紧凑式燃尽风喷口、上油二次风喷口、至少三个连续布置的一次风喷口、下油二次风喷口和底部风喷口由上至下依次设置，一次风喷口的中间竖直设有隔板，所述一次风喷口的中间水平设有钝体，钝体右侧的上下喷口均为浓煤粉一次风喷口，钝体左侧的上下喷口均为淡煤粉一次风喷口，每个浓煤粉一次风喷口内设有稳燃齿，一次风喷口沿周边为周界风。本发明用于高一次风率煤粉锅炉的高效低污染燃烧。

Description

一种无主二次风的低氮燃烧装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种煤粉切向燃烧锅炉的燃烧装置，具体涉及一种无主二次风的低氮燃烧装置及使用方法。

背景技术

煤粉炉切向燃烧技术一般指煤粉气流从布置在炉膛4角（或6角、8角）的直流式燃烧器引入炉膛进行燃烧的方式。通过各角来的风粉混合物协同动作，在炉内形成一个强旋流火球燃烧。一般一、二次风口常为间隔布置，各风口的几何中心线都分别与中央的一个或几个假想圆相切。在切向煤粉燃烧锅炉中，一部分锅炉因为燃煤高水分、低热值（如褐煤与次烟煤），或者因为一次风温不足等而导致干燥能力不够，还包括防止煤粉管道堵煤等原因，造成具体运行过程不得不采用超过设计值（约25%～35%，一次风速20～24m/s））较多的一次风率（如40%～50%，一次风速最高达29～34m/s），大大超过了设计风速。则在此情况下除去5%的锅炉漏风，总二次风率只剩下45～55%，相应的二次风范畴的周界风、端部风，主二次风等风量也随之减少。为了降低锅炉氮氧化物排放浓度，所进行的复合分级低氮燃烧改造一般需要在主燃烧区上方增加燃尽风，为达到较高的脱硝效率，这部分燃尽风量需要占到锅炉总风量的20%～25%甚至更高。考虑到在一次风率大大增加的情况下，占锅炉总风量15%左右的周界风，10%左右的端部风（含防焦风），则实际运行过程中，主二次风（含油风）风量一般占20%～30%。在以上情况下就很难有增加布置燃尽风的裕量，因此较高的一次风率不仅造成火焰的不稳定，也给低氮燃烧改造造成了困难。

水平浓淡燃烧技术和垂直浓淡燃烧技术是在直流煤粉燃烧领域控制NOx排放浓度广泛使用的两种技术。一种浓淡煤粉燃烧器（中国专利申请第92104834.3号）中提到通过煤粉浓缩装置实现水平方向上从外到里为淡煤粉气流、浓煤粉气流的“风包粉”燃烧方式。

对于低挥发分煤质，在锅炉设计中经常采用燃烧器两两一组集中布置的方法。这种布置方法对于氮氧化物排放浓度的控制也有一定的积极作用。中国专利申请第200510124586.3号中提到将除下两层（燃烧器布置为2-1-2-1-2）外其他角部一次风燃烧器集中布置，同时把中上部二次风布置在与一次风同标高的四面水冷壁上，以起到延迟一二次风混合，控制氮氧化物生成的作用。所以这种燃烧器布置实际上依旧保留有多层二次风，只是二次风布置位置不同。

在未对锅炉制粉系统和空预器等系统进行改造的情况下，高一次风率的现状较难改变。所以，针对部分高一次风率煤粉锅炉的低氮燃烧改造，需要开发出一种即保证足够的燃尽风率，又能够满足锅炉正常气流流动与燃烧的新的燃烧装置。考虑在主燃烧器区域不布置主二次风，在非点火和低负荷稳燃运行工况下将油二次风关到最小（仅保留冷却喷口所需风量），这样，分出大约占总风量20%～25%的风量用于设置燃尽风，其余约5%～10%的风量用于底部大二次风和主燃烧器大背火侧周界风设置时所需增加的风量。同时调整一次风喷口面积，将设计一次风速由20～24m/s增加到24～30m/s。这样，主燃区主要由底部风与高风率的一次风射流进行流场组织和燃烧。

发明内容

本发明为解决煤粉锅炉在高一次风率时，易导致锅炉NOx排放浓度较高的问题，而提供一种无主二次风的低氮燃烧装置及使用方法。

一种无主二次风的低氮燃烧装置包括底部风喷口、紧凑式燃尽风喷口、下分离式燃尽风喷口、上分离式燃尽风喷口、上油二次风喷口、下油二次风喷口和至少三个一次风喷口，上分离式燃尽风喷口、下分离式燃尽风喷口、紧凑式燃尽风喷口、上油二次风喷口、至少三个连续布置的一次风喷口、下油二次风喷口和底部风喷口由上至下依次设置，一次风喷口的中间竖直设有隔板，所述一次风喷口的中间水平设有钝体，钝体右侧的上下喷口均为浓煤粉一次风喷口，钝体左侧的上下喷口均为淡煤粉一次风喷口，每个浓煤粉一次风喷口内设有稳燃齿，一次风喷口沿周边为周界风。

一种无主二次风的低氮燃烧装置的使用方法：

所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、当采用四角切圆锅炉或墙式切圆锅炉时，将四个无主二次风的低氮燃烧装置布置在炉膛的四个角或四面水冷壁上；当采用六角切圆锅炉时，将六个无主二次风的低氮燃烧装置布置在炉膛的六个角上，当采用八角切圆锅炉时，将八个无主二次风的低氮燃烧装置布置在炉膛的八个角上；

步骤二、当一次风喷口的总和风量占锅炉总风量的40%～50%时，一次风喷口的风速在24m/s～30m/s；

步骤三、底部风喷口气流与对角线成3～6°方向正切喷入炉内；一次风喷口的风粉气流在炉膛截面上与对角线成2～5°方向正切喷入炉内；紧凑式燃尽风喷口的风粉气流中心线在炉膛截面上与一次风气流中心线一致或小角度0～5°反切；炉膛主燃区为逆时针旋转流动；

步骤四、上油二次风喷口和下油二次风喷口仅在锅炉点火和低负荷稳燃时候使用，正常工况下关到最小；

步骤五、根据锅炉容量的大小，紧凑式燃尽风喷口可布置一级或两级，下分离式燃尽风喷口和上分离式燃尽风喷口可布置一级或多级，燃尽风的方向为水平和垂直摆动。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本发明是针对高一次风率（40%～50%）煤粉锅炉而设计，通过在主燃烧器区域不布置主二次风，以此保证有足够的燃尽风（占总风量20%～25%）。集中布置一次风喷口可以在高一次风速时保证着火，稳定燃烧，对NOx的生成也可以起到抑制作用。通过浓煤粉一次风喷口和淡煤粉一次风喷口及背火侧周界风，可以实现“外风内粉”的燃烧方式。水平方向的燃料分级（水平浓淡燃烧）和空气分级（大背火侧周界风），以及垂直方向上的空气分级（燃尽风）可以较大幅度的降低NOx总体排放浓度。采用相对较小的浓煤粉喷口，可以减少浓一次风的风煤比，对于稳定燃烧和减少NOx是有利的。

二、由于本发明不布置主二次风，燃烧器间距调整余地扩大，可减少因燃尽风的设置导致的汽温变化。

附图说明

图1是本发明燃烧装置单角各层喷口布置图；

图2是一次风喷口1的结构示意图；

图3是具体实施方式九的四角切圆锅炉燃尽风布置示意图；

图4是具体实施方式九的六角切圆锅炉一次风布置示意图（图中标记M为淡煤粉一次风中心线，N为浓煤粉一次风中心线）。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式包括底部风喷口3、紧凑式燃尽风喷口4、下分离式燃尽风喷口5、上分离式燃尽风喷口6、上油二次风喷口2、下油二次风喷口13和至少三个一次风喷口1，上分离式燃尽风喷口6、下分离式燃尽风喷口5、紧凑式燃尽风喷口4、上油二次风喷口2、至少三个连续布置的一次风喷口1、下油二次风喷口13和底部风喷口3由上至下依次设置，一次风喷口1的中间竖直设有隔板12，所述一次风喷口1的中间水平设有钝体10，钝体10右侧的上下喷口均为浓煤粉一次风喷口7，钝体10左侧的上下喷口均为淡煤粉一次风喷口8，每个浓煤粉一次风喷口7内设有稳燃齿11，一次风喷口1沿周边为周界风9。隔板12将浓煤粉一次风喷口7的气流和淡煤粉一次风喷口8的气流分隔，延缓二者的混合。数层一次风喷口1连续集中布置，各个一次风喷口1之间不设置主二次风。这部分多出来的风量被用以保证足够的燃尽风风量，以及底部风喷口3和背火侧周界风9-1风量。由大背火侧周界风，大底部风与较高的一次风速保证炉膛正常的旋转流动和燃烧。

具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式的一次风喷口1的高度H与宽度B的比值为1.2～1.5。高一次风率时，在不增加一次风喷口1安装通道横向距离（不破坏原水冷壁）的基础上增加一次风喷口面积，将实际一次风速控制在24m/s～30m/s。同时可以设置较大面积的背火侧周界风喷口，保证一次风射流不冲壁面。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的淡煤粉一次风喷口8一侧的周界风9为背火侧周界风9-1，所述浓煤粉一次风喷口7一侧周界风9为向火侧周界风9-2，背火侧周界风9-1面积为向火侧周界风9-2面积的3倍～6倍。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式的浓煤粉一次风喷口7面积与淡煤粉一次风喷口8面积的比值为0.55～0.8。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式的一次风喷口1上的上周界风9-3面积与下周界风9-4面积相同，背火侧周界风9-1面积为上周界风9-3面积的4倍～8倍。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的底部风喷口3喷嘴面积为上油二次风喷口2的喷嘴面积的1.5倍～2倍。底部风喷口3采用大喷口设计，起到最下层托粉和起始旋转的作用。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的紧凑式燃尽风喷口4中心与下分离式燃尽风喷口5中心的间距T1为2m～4m。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的下分离式燃尽风喷口5与上分离式燃尽风喷口6中心的间距T2为2m～4m。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：

步骤一、当采用四角切圆锅炉或墙式切圆锅炉时，将四个无主二次风的低氮燃烧装置布置在炉膛的四个角或四面水冷壁上；当采用六角切圆锅炉时，将六个无主二次风的低氮燃烧装置布置在炉膛的六个角上，当采用八角切圆锅炉时，将八个无主二次风的低氮燃烧装置布置在炉膛的八个角上；

步骤二、当一次风喷口1的总和风量占锅炉总风量的40%～50%时，一次风喷口1的风速在24m/s～30m/s；

步骤三、底部风喷口3气流与对角线成3～6°方向正切喷入炉内；一次风喷口1的风粉气流在炉膛截面上与对角线成2～5°方向正切喷入炉内；紧凑式燃尽风喷口4的风粉气流中心线在炉膛截面上与一次风气流中心线一致或小角度0～5°反切；炉膛主燃区为逆时针旋转流动；

步骤四、上油二次风喷口2和下油二次风喷口13仅在锅炉点火和低负荷稳燃时候使用，正常工况下关到最小；

步骤五、根据锅炉容量的大小，紧凑式燃尽风喷口4可布置一级或两级，下分离式燃尽风喷口5和上分离式燃尽风喷口6可布置一级或多级，燃尽风的方向为水平和垂直摆动，以较好的调节汽温。

具体实施方式十：结合图5说明本实施方式，本实施方式是步骤二中的一次风喷口1的风速控制在最高不超过28m/s。其它步骤与具体实施方式九相同。

Claims (10)

1.一种无主二次风的低氮燃烧装置，所述装置包括底部风喷口（3）、紧凑式燃尽风喷口（4）、下分离式燃尽风喷口（5）、上分离式燃尽风喷口（6）、上油二次风喷口（2）、下油二次风喷口（13）和至少三个一次风喷口（1），其特征在于：上分离式燃尽风喷口（6）、下分离式燃尽风喷口（5）、紧凑式燃尽风喷口（4）、上油二次风喷口（2）、至少三个连续布置的一次风喷口（1）、下油二次风喷口（13）和底部风喷口（3）由上至下依次设置，一次风喷口（1）的中间竖直设有隔板（12），所述一次风喷口（1）的中间水平设有钝体（10），钝体（10）右侧的上下喷口均为浓煤粉一次风喷口（7），钝体（10）左侧的上下喷口均为淡煤粉一次风喷口（8），每个浓煤粉一次风喷口（7）内设有稳燃齿（11），一次风喷口（1）沿周边为周界风（9）。

2.根据权利要求1所述一种无主二次风的低氮燃烧装置，其特征在于：所述一次风喷口（1）的高度（H）与宽度（B）的比值为1.2～1.5。

3.根据权利要求2所述一种无主二次风的低氮燃烧装置，其特征在于：所述淡煤粉一次风喷口（8）一侧的周界风（9）为背火侧周界风（9-1），所述浓煤粉一次风喷口（7）一侧周界风（9）为向火侧周界风（9-2），背火侧周界风（9-1）面积为向火侧周界风（9-2）面积的3倍～6倍。

4.根据权利要求3所述一种无主二次风的低氮燃烧装置，其特征在于：所述浓煤粉一次风喷口（7）面积与淡煤粉一次风喷口（8）面积的比值为0.55～0.8。

5.根据权利要求4所述一种无主二次风的低氮燃烧装置，其特征在于：所述一次风喷口（1）上的上周界风（9-3）面积与下周界风（9-4）面积相同，所述背火侧周界风（9-1）面积为上周界风（9-3）面积的4倍～8倍。

6.根据权利要求5所述一种无主二次风的低氮燃烧装置，其特征在于：所述底部风喷口（3）的喷嘴面积为上油二次风喷口（2）的喷嘴面积的1.5倍～2倍。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述一种无主二次风的低氮燃烧装置，其特征在于：所述紧凑式燃尽风喷口（4）中心与下分离式燃尽风喷口（5）中心的间距（T1）为2m～4m。

8.根据权利要求7所述一种无主二次风的低氮燃烧装置，其特征在于：所述下分离式燃尽风喷口（5）与上分离式燃尽风喷口（6）中心的间距（T2）为2m～4m。

9.一种无主二次风的低氮燃烧装置的使用方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、当采用四角切圆锅炉或墙式切圆锅炉时，将四个无主二次风的低氮燃烧装置布置在炉膛的四个角或四面水冷壁上；当采用六角切圆锅炉时，将六个无主二次风的低氮燃烧装置布置在炉膛的六个角上，当采用八角切圆锅炉时，将八个无主二次风的低氮燃烧装置布置在炉膛的八个角上；

步骤二、当一次风喷口（1）的总和风量占锅炉总风量的40%～50%时，一次风喷口（1）的风速在24m/s～30m/s；

步骤三、底部风喷口（3）气流与对角线成3～6°方向正切喷入炉内；一次风喷口（1）的风粉气流在炉膛截面上与对角线成2～5°方向正切喷入炉内；紧凑式燃尽风喷口（4）的风粉气流中心线在炉膛截面上与一次风气流中心线一致或小角度0～5°反切；炉膛主燃区为逆时针旋转流动；

步骤四、上油二次风喷口（2）和下油二次风喷口（13）仅在锅炉点火和低负荷稳燃时候使用，正常工况下关到最小；

步骤五、根据锅炉容量的大小，紧凑式燃尽风喷口（4）可布置一级或两级，下分离式燃尽风喷口（5）和上分离式燃尽风喷口（6）可布置一级或多级，燃尽风的方向为水平和垂直摆动。

10.根据权利要求9所述一种无主二次风的低氮燃烧装置的使用方法，其特征在于：所述步骤二中的一次风喷口（1）的风速控制在最高不超过28m/s。

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