CN103776024A

CN103776024A - 一种浓、淡煤粉喷口相邻布置的w火焰锅炉

Info

Publication number: CN103776024A
Application number: CN201410076784.6A
Authority: CN
Inventors: 曾令艳; 陈智超; 宗秋冬; 张锡亁; 李争起; 朱群益; 王海明
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2014-05-07

Abstract

一种浓、淡煤粉喷口相邻布置的W火焰锅炉，它涉及一种W火焰锅炉的燃烧器布置方式。本发明为解决目前W火焰锅炉运行中存在的NOx排放量高的问题。本发明的一种浓、淡煤粉喷口相邻布置的W火焰锅炉，所述W火焰锅炉包括下炉体、上炉体、前炉拱、后炉拱以及与下炉体连通的浓煤粉气流喷口、淡煤粉气流喷口、内二次风喷口、外二次风喷口和三次风喷口，浓煤粉气流喷口、淡煤粉气流喷口、内二次风喷口、外二次风喷口和三次风喷口的数量分别为多个；下炉体、上炉体、前炉拱和后炉拱构成W火焰锅炉的炉膛。本发明适用于新建W火焰锅炉的设计制造和现有W火焰锅炉的改造。

Description

一种浓、淡煤粉喷口相邻布置的W火焰锅炉

技术领域

本发明属于W火焰锅炉燃烧技术领域，具体涉及到一种新型W火焰锅炉的燃烧器布置方式。

背景技术

我国煤炭储量丰富，其一直占能源消费主导地位，所占比例高达70%，并且煤炭在将来30至50年中仍是我国主要的能源，在经济社会发展中占有极重要的地位。中国是世界上无烟煤生成和消费的第一大国，难燃煤占动力用煤的40%以上。W火焰锅炉是一种专门为燃用无烟煤和贫煤而设计的锅炉，它具有下炉膛空间大、炉膛温度高和火焰行程长等优点，是燃用低挥发分煤的较好炉型，在中国得到广泛应用。然而，W火焰锅炉有利于燃料着火和燃尽的同时，NOx排放量也明显高于其它类型锅炉，基本维持在1000mg/m³（O₂=6%）以上，部分锅炉甚至超过2000mg/m³（O₂=6%）。随着环境问题日益严峻，根据我国环保部门最新颁布的并于2012年1月1日开始执行的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中规定：W火焰锅炉NOx最高允许排放浓度为200mg/m³(O₂=6%)。这意味着绝大多数现有W火焰锅炉必须尽快采取有效措施降低NOx排放量。

合理组织炉内燃烧情况是降低NOx排放的有效手段，中国发明专利申请《多次引射分级燃烧的方法及实现该方法的W火焰锅炉装置》（公开日为2010年9月15号、申请号201010149634.5、申请日为2010年4月19号，下称“文件一”）详细阐述的“多次引射分级燃烧技术”以期解决上述出现的问题。文件一中的多次引射分级燃烧技术是这样实现的，在前拱上由炉膛中心至前墙水冷壁之间依次布置有一次风喷口（浓煤粉气流）、内二次风喷口、乏气（淡煤粉气流）喷口和外二次风喷口。一次风（浓煤粉气流）和乏气（淡煤粉气流）。由于内外二次风气流及拱下二次风的逐级引射作用引射至冷灰斗中部，这样就在保证了煤粉颗粒在炉内有足够的停留时间的同时，实现了多次引射分级燃烧。

在某电厂实际锅炉采用文件一的技术后，锅炉在高、低负荷下均可稳定运行，炉膛负压稳定，主蒸汽压力、主蒸汽温度、锅炉效率均达到了设计要求；浓煤粉气流着火早且火焰稳定。然而存在NOx排放量高的问题。通过试验测得NOx平均排放量在900mg/m³，处于较高水平。因而，需要进一步研究适合W火焰锅炉的低氮氧化物排放的燃烧器喷口布置方式。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有W火焰锅炉运行中存在的NOx排放高的问题的问题，进而提供一种浓、淡煤粉喷口相邻布置的W火焰锅炉。

本发明的技术方案是：一种浓、淡煤粉喷口相邻布置的W火焰锅炉，所述W火焰锅炉包括下炉体、上炉体、前炉拱、后炉拱以及与下炉体连通的浓煤粉气流喷口、淡煤粉气流喷口、内二次风喷口、外二次风喷口和三次风喷口，浓煤粉气流喷口、淡煤粉气流喷口、内二次风喷口、外二次风喷口和三次风喷口的数量分别为多个；下炉体、上炉体、前炉拱和后炉拱构成W火焰锅炉的炉膛，前炉拱和后炉拱上均设置有多个浓煤粉气流喷口、淡煤粉气流喷口、内二次风喷口和外二次风喷口，下炉体的前墙水冷壁和后墙水冷壁上分别开设有多个三次风喷口，多个浓煤粉气流喷口、淡煤粉气流喷口、内二次风喷口、外二次风喷口和三次风喷口分别相对于炉膛中心线对称，在前炉拱上，沿中心线到前墙水冷方向依次设有多个所述浓煤粉气流喷口、淡煤粉气流喷口、内二次风喷口和外二次风喷口；在后炉拱上，沿炉膛中心线到后墙水冷壁方向依次设有浓煤粉气流喷口、淡煤粉气流喷口、内二次风喷口和外二次风喷口。

本发明与现有技术相比具有以下效果：具有以下有益效果：淡煤粉气流靠近浓煤粉气流布置（过量空气系数为0.45），避免了二次风过早混入含有入炉量70-85%煤粉的浓煤粉气流，NOx的排放量可大幅降低，此外浓煤粉气流燃烧前期释放出来的燃料氮大量被淡煤粉气流中的细微煤粉颗粒还原成N₂，NOx的生成量可进一步降低，综合两者的效果，NOx排放量可降低30%左右。

附图说明

图1是本发明W火焰锅炉的截面流场示意图（图中流场分布以炉膛中心线2-1为对称面，图中各股喷入炉内气流的速度方向均采用箭头标出)。

图2是本发明W火焰锅炉燃烧器喷口的局部放大图。

本发明装置中各部件名称以及标号如下：

下炉体1、上炉体2、炉膛中心线2-1、前墙水冷壁2-2、后墙水冷壁2-3、前炉拱3、后炉拱15、浓煤粉气流喷口9、淡煤粉气流喷口10、内二次风喷口13、外二次风喷口11、三次风喷口12、浓煤粉气流喷口组14、淡煤粉喷口组16。

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，本实施方式中，本发明的浓、淡煤粉喷口相邻布置的W火焰锅炉，包括下炉体1、上炉体2、前炉拱3、后炉拱15以及与下炉体1连通的浓煤粉气流喷口9、淡煤粉气流喷口10、内二次风喷口13、外二次风喷口11和三次风喷口12，浓煤粉气流喷口9、淡煤粉气流喷口10、内二次风喷口13、外二次风喷口11和三次风喷口12的数量分别为多个；下炉体1、上炉体2、前炉拱3和后炉拱15构成W火焰锅炉的炉膛，前炉拱3和后炉拱15上均设置有多个浓煤粉气流喷口9、淡煤粉气流喷口10、内二次风喷口13和外二次风喷口11，下炉体1的前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3上分别开设有多个三次风喷口12，多个浓煤粉气流喷口9、淡煤粉气流喷口10、内二次风喷口13、外二次风喷口11和三次风喷口12分别相对于炉膛中心线2-1对称，在前炉拱3上，沿中心线2-1到前墙水冷壁2-2方向依次设有多个所述浓煤粉气流喷口9、淡煤粉气流喷口10、内二次风喷口13和外二次风喷口11；在后炉拱15上，沿炉膛中心线2-1到后墙水冷壁2-3方向依次设有浓煤粉气流喷口9、淡煤粉气流喷口10、内二次风喷口13和外二次风喷口11。

本发明W火焰锅炉燃烧器的布置方式使二次风远离煤粉气流布置，避免了二次风过早混入含有入炉量70-85%煤粉的浓煤粉气流中，认为乏气全部混入浓一次风中（过量空气系数为0.45），使浓煤粉气流长时间处于贫氧气氛下燃烧。过量空气系数越小，浓煤粉气流着火时处于还原性气氛，有利于降低NOx的生成。同时浓煤粉气流燃烧前期释放出来的燃料氮大量被淡煤粉气流中的细微煤粉颗粒还原成N₂，进一步降低了NOx的生成。

具体实施方式二：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式中，相邻两个浓煤粉气流喷口9组成浓煤粉气流喷口组14，多个浓煤粉气流喷口组14沿炉膛宽度方向呈一字形排布。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。如此设置，可以防止浓、淡煤粉气流过早混合，从而达到煤粉浓淡分级燃烧的效果。

具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式中，相邻的两个淡煤粉喷口10组成淡煤粉喷口组16，多个淡煤粉喷口组16沿炉膛宽度方向呈一字形排布。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。如此设置，可以防止浓、淡煤粉气流过早混合，从而达到煤粉浓淡分级燃烧的效果。

具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式中，每个淡煤粉气流喷口组16与其相对应的浓煤粉气流喷口组14紧靠设置。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。如此设置，浓煤粉气流卷吸的炉膛中心的高温烟气引燃淡煤粉气流，使其及时着火和燃尽。

具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式中，结合图2说明本实施方式，本实施方式中，多个外二次风喷口11分别与其相邻的二次风喷口13沿炉膛的宽度方向呈一字形排布。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。如此设置，一方面高速的内、外二次风气流靠近水冷壁布置，阻挡一次风和乏气携带的煤粉颗粒甩到水冷壁上；另一方面，内外二次风靠近水冷壁布置，水冷壁附近呈氧化性气氛，在此气氛下灰熔点升高，从而降低结渣几率；此外，内、外二次风逐级补入，延长了煤粉气流在还原性气氛下燃烧的时间，抑制了NOx的生成。

工作原理：

经由浓煤粉气流喷口9进入炉膛的一次风的风速约为12-15m/s；经由淡煤粉气流喷口10进入炉膛的淡煤粉气流风速约为15-22.6m/s；经由内二次风喷口13和外二次风喷口11后进入炉膛的二次风风速为35m/s；淡煤粉气流10引射携带低速的一次风下行，在浓煤粉气流着火后，下行的火焰才与竖直喷入的淡煤粉气流混合，而高速的二次风可为煤粉燃尽提供必要的氧气，同时引射火焰气流向炉膛下方运动，当行至三次风喷口12后，进一步补充氧气，同时受三次风的引射和托举作用，在冷灰斗中部火焰气流折转向上，直至运动至炉膛出口。

某电厂一台采用文件一中技术的600MW火焰锅炉，其燃烧器布置方式为从靠近炉膛中心位置向炉膛前后墙对称位置依次布置一次风（浓煤粉气流）、内二次风、乏气（淡煤粉气流）和外二次风，此时过量空气系数为0.75。此种布置方式下NOx排放量为900mg/m³，NOx排放量较高。

由于火电锅炉内存在流动、传热、传质和燃烧等复杂的物理化学过程，理论分析和求解这个过程几乎是不可能的；采用试验研究则需要大量的人力和物力，并受到很多客观因素的制约，很难获得全面的结果。fluent软件被广泛的应用于火电锅炉炉内过程的研究。采用本发明的燃烧器布置方式的锅炉采用fluent软件进行了全炉膛煤粉燃烧特性和NOx排放特性的数值模拟，数值模拟结果显示，NOx排放量可降低至622mg/m³，大幅降低了NOx的排放量。

上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims

1.一种浓、淡煤粉喷口相邻布置的W火焰锅炉，所述W火焰锅炉包括下炉体(1)、上炉体(2)、前炉拱(3)、后炉拱(15)以及与下炉体(1)连通的浓煤粉气流喷口(9)、淡煤粉气流喷口(10)、内二次风喷口(13)、外二次风喷口(11)和三次风喷口(12)，浓煤粉气流喷口(9)、淡煤粉气流喷口(10)、内二次风喷口(13)、外二次风喷口(11)和三次风喷口(12)的数量分别为多个；下炉体(1)、上炉体(2)、前炉拱(3)和后炉拱(15)构成W火焰锅炉的炉膛，前炉拱(3)和后炉拱(15)上均设置有多个浓煤粉气流喷口(9)、淡煤粉气流喷口(10)、内二次风喷口(13)和外二次风喷口(11)，下炉体(1)的前墙水冷壁(2-2)和后墙水冷壁(2-3)上分别开设有多个三次风喷口(12)，多个浓煤粉气流喷口(9)、淡煤粉气流喷口(10)、内二次风喷口(13)、外二次风喷口(11)和三次风喷口(12)分别相对于炉膛中心线(2-1)对称，其特征在于，在前炉拱(3)上，沿中心线(2-1)到前墙水冷壁(2-2)方向依次设有多个所述浓煤粉气流喷口(9)、淡煤粉气流喷口(10)、内二次风喷口(13)和外二次风喷口(11)；在后炉拱(15)上，沿炉膛中心线(2-1)到后墙水冷壁(2-3)方向依次设有浓煤粉气流喷口(9)、淡煤粉气流喷口(10)、内二次风喷口(13)和外二次风喷口(11)。

2.根据权利要求1所述的浓、淡煤粉喷口相邻布置的W火焰锅炉，其特征在于，相邻两个浓煤粉气流喷口(9)组成浓煤粉气流喷口组(14)，多个浓煤粉气流喷口组(14)沿炉膛宽度方向呈一字形排布。

3.根据权利要2所述的浓、淡煤粉喷口相邻布置的W火焰锅炉，其特征在于，相邻的两个淡煤粉喷口(10)组成淡煤粉喷口组(16)，多个淡煤粉喷口组(16)沿炉膛宽度方向呈一字形排布。

4.根据权利要求3所述的浓、淡煤粉喷口相邻布置的W火焰锅炉，其特征在于，每个淡煤粉气流喷口组(16)与其相对应的浓煤粉气流喷口组(14)紧靠设置。

5.根据权利要求1所述的浓、淡煤粉喷口相邻布置的W火焰锅炉，其特征在于，多个外二次风喷口(11)分别与其相邻的三次风喷口(12)沿炉膛的宽度方向呈一字形排布。