CN103994423B - 一种燃烧切圆可控的锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃烧切圆可控的锅炉，包括由多个墙面围成的炉膛，炉膛包括主燃区和燃尽区，主燃区和燃尽区均设有燃烧器，燃烧器通过管道与喷口相连接，所述主燃区各相邻墙面的拐角处分别设有多个竖向排列的角式一次风喷口和角式二次风喷口，所述主燃区的各个墙面的二次风等高位置分别设有多个竖向排列的墙式二次风喷口，所述各个喷口均朝向锅炉内部并且均可以调整射流方向。本发明中设有角式二次风喷口和墙式二次风喷口，锅炉工作时可根据实际需要，调节墙式二次风喷口和角式二次风喷口的流量及射流方向来控制燃烧。这样能十分有效地控制炉膛燃烧切圆大小，有效降低氮氧化物的生成，同时避免燃烧器近壁燃烧引起的炉膛结焦。

Description

一种燃烧切圆可控的锅炉

技术领域

本发明涉及燃烧设备技术领域，尤其涉及一种燃烧切圆可控的锅炉。

背景技术

在现代锅炉直流燃烧器的布置方式中，主要的布置方式是一次风、二次风燃烧器分别全部布置在炉膛四角的布置方式(简称角式布置)和全部布置在墙上的布置方式(简称墙式布置)，通过近年来众多学者的研究发现这两种布置方式在实际使用过程中各有利弊。角式布置在实际工作中由于受燃烧器两侧射流补气条件差的影响较大，所以炉膛的燃烧切圆很难达到合适的大小，会出现偏小或偏大的情况。一般情况下，炉膛实际燃烧切圆以偏大居多，这样一来，虽然炉膛火焰充满度大，炉内温度高，燃烧强烈，着火稳定性较好，火焰在炉内行程长，停留时间长，也有利于炭粒燃尽，但是遇到灰熔点较低的煤种，炉膛水冷壁就容易产生严重的结焦。而墙式布置燃烧器的特性则与此相反，因此，适用于易着火、结焦性偏强的煤种，所以燃用易着火，易结焦褐煤的大容量锅炉中就较多采用墙式布置的燃烧器布置方式。另外，单一的角式或墙式布置中，一、二次风在相近位置喷入炉膛的方式会导致一、二次风之间较早的混合，这使得炉内NOx的生成较多。考虑到锅炉燃用煤质往往是经常变化的实际，因此，采用单一的角式或墙式布置就难以适应这种现实，所以，如何让锅炉克服上述角式布置和墙式布置的不足，减少氮氧化物的生成就成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种通过控制燃烧切圆进而优化燃烧组织，防止炉膛结焦，控制锅炉内的氮氧化物生成的锅炉，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种燃烧切圆可控的锅炉，包括炉膛，炉膛由多个墙面围成，炉膛包括主燃区和主燃区上方的燃尽区，主燃区和燃尽区分别设有燃烧器，所述燃烧器通过管道与喷口相连接，所述主燃区各相邻墙面的拐角处分别设有多个竖向排列的角式一次风喷口和角式二次风喷口，所述主燃区的各个墙面的二次风等高位置分别设有多个竖向排列的墙式二次风喷口，所述角式一次风喷口、角式二次风喷口和墙式二次风喷口均朝向锅炉内部并且均可以调整射流方向。

优选地，所述角式一次风喷口和角式二次风喷口交替设置。

优选地，所述燃尽区的各个墙面上均设有多个燃尽风喷口。

优选地，所述角式一次风喷口每个拐角设有2～8个，所述角式二次风喷口在每个拐角设有3～20个。

优选地，所述墙式二次风喷口在每个墙面上分别设有3～20个。

如上所述，本发明一种燃烧切圆可控的锅炉，具有以下有益效果：

1)本发明在实际工作时，炉膛燃烧切圆可以通过墙式二次风喷口的设计位置、运行摆角和投运风量来进行调节，从而有效地避免燃用低灰熔点煤时的结焦倾向。

2)本发明改变了单一的角式或墙式布置方式中二次风与一次风在相近位置喷出的方式，本发明中一部分二次风从墙面喷入正在燃烧的火焰中，有利于提高进入燃尽区的这部分二次风与煤粉气流的湍流混合强度，从而促进燃尽。

3)本发明中喷口的布置方式可以使空气的供给方式由集中供给转变为先后供给，减少了燃烧初期的耗氧量，这样一方面降低燃料型NOx的生成，另一方面避免了过于强烈的高温燃烧，进而有利于降低热力型NOx的生成。

4)本发明可以使热负荷沿炉膛宽度方向分布更加均匀，有利于减轻结焦，高温腐蚀和水冷壁热应力集中，同时还可以减小炉膛出口烟温偏差。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明的主视图。

图3为角式布置燃烧器速度场模拟图。

图4为本发明第一种速度场模拟图。

图5为本发明第二种速度场模拟图。

图6为角式布置燃烧器温度场模拟图。

图7为本发明第一种温度场模拟图。

图8为本发明第二种温度场模拟图。

图中：1主燃区 2燃尽区

11角式一次风喷口 12角式二次风喷口

13墙式二次风喷口 21燃尽风喷口

具体实施方式

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本实施例中以褐煤煤粉为燃料，如图1和2所示为本发明一种燃烧切圆可控的锅炉，包括炉膛，炉膛由多个墙面围成，在本实施例中以炉膛由四个墙面围成为例，所述炉膛包括主燃区1和主燃区1上方的燃尽区2，主燃区1和燃尽区2分别设有燃烧器，所述燃烧器通过管道与喷口相连接，喷口设置在锅炉上。本发明中所述主燃区1各相邻墙面的拐角处分别设有多个竖向排列的角式一次风喷口11和角式二次风喷口12，所述主燃区1的各个墙面的二次风等高位置分别设有多个竖向排列的墙式二次风喷口13，所述角式一次风喷口11、角式二次风喷口12和墙式二次风喷口13上的喷口均朝向锅炉的内部并且均可以调整射流方向，其中所述的墙式二次风喷口13可以左右移动调整位置。

在本实施例中，所述角式一次风喷口11和角式二次风喷口12交替设置，防止射流集中导致褐煤煤粉不能充分燃烧；此外，所述燃尽区2的各个墙面上均设有多个燃尽风喷口21，进而达到褐煤煤粉充分燃烧、减少褐煤煤粉浪费的效果。本发明中所述燃尽风喷口21的风量占二次风总风量的一部分。在优选的实施方式中，所述燃尽风喷口21也竖向排列，且每个墙面设有两个。

在本实施例中，所述角式一次风喷口11在每个相邻墙面的拐角分别设有2～8个，所述角式二次风喷口12在每个相邻墙面的拐角分别设有3～20个。一般情况下，为了方便角式一次风喷口11和角式二次风喷口12交替设置，所述角式一次风喷口11和角式二次风喷口12的个数相等其他情况根据具体需要均匀交替设置。进一步地，为了配合角式二次风喷口13，所述墙式二次风喷口13在每个墙面上也分别设有3～20个。在本实施例中，为了便于控制炉内的燃烧切圆，避免火焰刷墙，所述各角式二次风喷口12和各墙式二次风喷口13在同一等高面上分别设有四个；在调整燃烧切圆时，通过调整角式二次风喷口12的射流方向、墙式二次风喷口13的射流方向以及位置来控制燃烧切圆的大小，使褐煤煤粉充分燃烧，进而控制氮氧化物生成。同时，这种设置方式还有利于后期的补氧燃烧。

在本实施例中，为了方便左右调整，所述墙式二次风喷口13分别位于各个墙面的中间位置，在工作时，根据需要可以对墙式二次风喷口13位置进行改造。

在实际操作时，保持二次风总风量不变的前提下，各个墙面的风量之和占二次风总风量的20％～50％，角式二次风喷口12在大多数情况下作为主要的风量输出。

在实际工作时，角式一次风喷口11先将携带有褐煤煤粉的空气喷入主燃区1，然后角式二次风喷口12和墙式二次风喷口13工作向主燃区喷射热空气，与此同时，燃尽风喷口21也作为二次风辅助向燃尽区喷射热空气，以使得褐煤煤粉充分燃烧，进而减少氮氧化物的产生，减少污染物的排放。角式二次风喷口12和墙式二次风喷口13在喷射过程中可以进行喷射方向的调节。

发明人对现有技术中角式布置燃烧器方式和本发明两种不同实施方式进行如图3-5所示速度场模拟和如图6-8所示的温度场模拟，从实际效果上做出明显的对比，结合图1，其中用GK1、GK2和GK3分别表示三种不同的布置方式，GK1在主燃区1角式布置，在燃尽区2布置三层燃尽风喷口21；GK2为本发明第一种布置方式，主燃区1每层八个喷口(角式二次风喷口和墙式二次风喷口个数之和)，每个喷口相对GK1中流量减半，在燃尽区2布置三层燃尽风喷口21，墙式二次风喷口12偏离中心一米；GK3为本发明主燃区第二种布置，主燃区1每层八个喷口，每个喷口相对GK1中流量减半，在燃尽区2布置三层燃尽风喷口21，墙式二次风喷口12偏离中心2米。

从速度场分布情况看，图4的GK2相比于图3的GK1增加了墙式布置，但是这仍旧能够形成一定的速度切圆，但切圆不如GK1工况明显，并且有所变小，炉膛充满度有所下降；切圆圆周的最大速度由16m/s左右下降到12m/s左右；如图5所示，GK3的实际切圆半径要大于图4中的GK2，并且切圆形成也更加良好，因此这种布置方式最为理想。

在上述结构的基础上，如图6-8所示的温度场分布图结果，如图6所示，角式布置的燃烧切圆特征较为明显，燃烧切圆圆周上燃烧温度较高，炉膛中部广大区域燃烧温度较低；如图7、8所示，燃烧剧烈的高温区域基本集中在各喷口附近，没有出现明显的燃烧切圆，炉膛中部广大区域的温度高于角式布置方式的工况，整个截面温度分布更加均匀，进而可以控制炉膛内整体的氮氧化物的水平，从而达到低氮排放，因此，这种布置方式最为理想。

此外，如果在墙面上再设置一次风喷口其降低NOx的效果不明显，而徒然增加管路布置的复杂程度与工程造价，因此发明人在经过试验的基础上得出本发明的结论。

结合上述数值模拟数据得出本发明的设计原理：在角式布置的锅炉中，射流由燃烧器喷口射出后，不仅受到上流气流的冲击，也在不断卷吸射流周围空间的空气，四股射流在炉膛中部汇集后形成明显的切圆，使得气体在炉膛里螺旋上升；然后随着气体量的不断增大以及射流的卷吸作用，射流主体逐渐向炉膛边壁偏斜，此时，如果射流刚度不足衰减过快，就会由于两边的压差而贴近炉壁面流动；相反，如果射流刚度足够，则旋流本身的周向速度提供向心力使得气流在炉膛内稳定旋转，气流便不会刷墙。因此，实际锅炉运行中射流刷墙往往是因为气流与炉壁之间的补气条件不足，而墙式布置喷口的方式正好处于这一空间，即使它的量很小，也能很好的改善补气条件。

综上所述，本发明一种燃烧切圆可控的锅炉，一方面，炉膛切圆可以通过墙式燃烧器的设计位置、运行摆角和投运风量来进行调节，从而有效地避免燃用低灰熔点煤时的结焦倾向；另外一方面，该发明改变了单一的角式或墙式布置方式中二次风与一次风在相近位置喷出的方式，一部分二次风从墙面喷入正在燃烧的火焰中，有利于提高进入燃尽区的这部分二次风与煤粉气流的湍流混合强度，从而促进燃尽；除此之外，本发明的布置方式可以使空气的供给方式由集中供给转变为先后供给，减少了燃烧初期的耗氧量，这样一方面降低燃料型NOx的生成，另外一方面避免了过于强烈的高温燃烧，进而有利于降低热力型NOx的生成，因此本发明能够很好地解决锅炉燃烧时氮氧化物产率过高、燃烧率低的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的应用价值。

上述实施方式仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。本发明还有许多方面可以在不违背总体思想的前提下进行改进，对于熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，可对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种燃烧切圆可控的锅炉，包括炉膛，炉膛由多个墙面围成，炉膛包括主燃区(1)和主燃区(1)上方的燃尽区(2)，主燃区(1)和燃尽区(2)分别设有燃烧器，其特征在于：喷口包括角式一次风喷口(11)、角式二次风喷口(12)和墙式二次风喷口(13)；所述主燃区(1)各相邻墙面的拐角处分别设有多个竖向排列的角式一次风喷口(11)和角式二次风喷口(12)，所述主燃区(1)的各个墙面与角式二次风喷口(12)等高位置分别设有多个竖向排列的墙式二次风喷口(13)，所述各角式二次风喷口(12)和各墙式二次风喷口(13)在同一等高面上分别设有四个，所述角式一次风喷口(11)、角式二次风喷口(12)和墙式二次风喷口(13)均朝向锅炉内部并且均可以调整射流方向。

2.根据权利要求1所述的一种燃烧切圆可控的锅炉，其特征在于：所述角式一次风喷口(11)和角式二次风喷口(12)交替设置。

3.根据权利要求1所述的一种燃烧切圆可控的锅炉，其特征在于：所述燃尽区(2)的各个墙面上均设有多个燃尽风喷口(21)。

4.根据权利要求1所述的一种燃烧切圆可控的锅炉，其特征在于：所述角式一次风喷口(11)，每个拐角设有2～8个；所述角式二次风喷口(12)在每个拐角设有3～20个。

5.根据权利要求1所述的一种燃烧切圆可控的锅炉，其特征在于：所述墙式二次风喷口(13)在每个墙面上分别设有3～20个。