CN104033888A - 四角切圆锅炉及其炉膛 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四角切圆锅炉的炉膛，炉膛内设有四组燃烧器，且四组燃烧器分别设置在炉膛的四角位置；沿炉膛的高度方向，每组燃烧器包括四组一次风喷口、五组二次风喷口、紧凑燃尽风喷口和分离燃尽风喷口，四组一次风喷口与五组二次风喷口间隔设置。该四角切圆锅炉的炉膛最上层采用分离燃尽风，并且部分二次风喷口采用偏转二次风技术，可降低NO_x排放含量且可提高燃烧效率。下部主燃烧区在缺氧条件下，可通过偏转二次风在水冷壁面附近形成一层风膜，从而还可以防止水冷壁结渣和高温腐蚀事故的发生，同时有利于防止水冷壁管超温爆管。此外，本发明还涉及一种含有该炉膛的四角切圆锅炉。

Description

四角切圆锅炉及其炉膛

技术领域

本发明涉及煤粉燃烧锅炉，尤其是涉及一种四角切圆锅炉及其炉膛。

背景技术

随着对环境治理的日益重视，目前各国对氮氧化物(NO_x)的排放控制得越来越严格。我国国家环境保护部也已经颁布《火电厂氮氧化物防治技术政策》，明确在“十二五”期间将全力推进我国NO_x的防治工作。目前国内外电站锅炉控制NO_x技术主要有2种：一种是控制生成，主要是在燃烧过程中通过各种技术手段改变煤的燃烧条件，从而减少NO_x的生成量，即各种低NO_x技术；二是生成后的转化，主要是将已经生成的NO_x通过技术手段从烟气中脱除掉，如选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)等。

传统的直流式四角切圆锅炉在燃煤过程中普遍存在NO_x排放过高的缺点，且燃煤的燃烧效率也有待提高。

发明内容

基于此，有必要提供一种可降低NO_x排放含量且可提高燃烧效率的四角切圆锅炉及其炉膛。

一种四角切圆锅炉的炉膛，所述炉膛内设有四组燃烧器，且四组所述燃烧器分别设置在所述炉膛的四角位置；沿所述炉膛的高度方向，每组所述燃烧器包括从下至上依次设置的第一二次风喷口、第一一次风喷口、第二二次风喷口、第二一次风喷口、第三二次风喷口、第三一次风喷口、第四二次风喷口、第四一次风喷口、第五二次风喷口、紧凑燃尽风喷口和分离燃尽风喷口；

其中，所述第一二次风喷口为直吹风喷口；

每层的四个所述第二二次风喷口、四个所述第三二次风喷口、四个所述第四二次风喷口、四个所述第五二次风喷口、四个所述紧凑燃尽风喷口及四个所述分离燃尽风喷口分别形成偏转二次风系统。

在其中一个实施例中，所述第二二次风喷口、所述第三二次风喷口、所述第四二次风喷口及所述第五二次风喷口在水平面上的偏转角度为±15°。

在其中一个实施例中，所述燃烧器还包括第五一次风喷口和三次风喷口，所述第五一次风喷口及所述三次风喷口沿所述炉膛的高度方向从下至上依次设置在所述第五二次风喷口与所述紧凑燃尽风喷口之间。

在其中一个实施例中，所述紧凑燃尽风喷口有两个，两个所述紧凑燃尽风喷口沿所述炉膛的高度方向依次排列设置。

在其中一个实施例中，所述分离燃尽风喷口有三个，三个所述分离燃尽风喷口沿所述炉膛的高度方向依次排列设置。

在其中一个实施例中，所述分离燃尽风喷口可摆动设置在所述炉膛上，且在竖直方向上的可摆动角度为30°，水平面上可摆动角度为15°。

在其中一个实施例中，所述分离燃尽风喷口距离所述紧凑燃尽风喷口的最小距离为4000mm。

在其中一个实施例中，所述燃烧器还包括设在至少一个一次风喷口背火侧的周界风喷口。

在其中一个实施例中，所述炉膛的底面的尺寸为14022×12330mm²；

所述第一二次风喷口的尺寸为564×326mm²；

所述第一一次风喷口、所述第二一次风喷口、所述第三一次风喷口、所述第四一次风喷口及所述第五一次风喷口的尺寸为564×644mm²；

所述第二二次风喷口、所述第三二次风喷口、所述第四二次风喷口及所述第五二次风喷口的尺寸为564×548mm²；

所述紧凑燃尽风喷口的尺寸为564×326mm²；

所述分离燃尽风喷口的尺寸为564×326mm²。

一种四角切圆锅炉，包括上述任一实施例所述的炉膛。

上述四角切圆锅炉及其炉膛最上层采用分离燃尽风，并且部分二次风喷口采用偏转二次风技术，可降低NO_x排放含量且可提高燃烧效率。下部主燃烧区在缺氧条件下，可通过偏转二次风在水冷壁面附近形成一层风膜，从而还可以防止水冷壁结渣和高温腐蚀事故的发生，同时有利于防止水冷壁管超温爆管。

附图说明

图1为一实施方式的四角切圆锅炉的炉膛的结构示意图；

图2为图1炉膛中燃烧器各次风喷口的设置示意图；

图3为图1中第一一次风喷口的结构示意图；

图4为偏转二次风的形成示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一实施方式的四角切圆锅炉包括磨煤装置及炉膛100。该磨煤装置可采用正压冷一次风机的RP863型中速磨煤机制粉燃烧系统。炉膛100的底面尺寸为14022×12330mm²。

请结合图2，炉膛100内设有四组燃烧器200，且四组燃烧器200分别沿炉膛的高度方向设置在炉膛内的四角位置。四组燃烧器200优选采用水平浓淡燃烧器，特别是燃烧器的二次风喷口，可增大燃烧器200的热负荷，有利于降低NO_x的排放。为降低NO_x排放，本实施方式的四组燃烧器200采用低氧燃烧的方式，炉膛100选定出口过量空气系数为1.2，其中，漏风率控制在4％以内。

每组燃烧器200包括第一二次风喷口201、第一一次风喷口202、第二二次风喷口203、第二一次风喷口204、第三二次风喷口205、第三一次风喷口206、第四二次风喷口207、第四一次风喷口208、第五二次风喷口209、第五一次风喷口210、三次风喷口211、紧凑燃尽风喷口212、分离燃尽风喷口213和周界风喷口(图未示)。各喷口沿炉膛的高度方向依次从下至上设置。且第一至第五一次风喷口202、204、206、208、210与第一至第五二次风喷口201、203、205、207、209间隔设置。三次风喷口211、紧凑燃尽风喷口212及分离燃尽风喷口213分别依次从下至上设置在第五一次风喷口210上。

本实施方式的第一二次风喷口201为直吹风喷口，设置在炉膛100的最下方。第一二次风喷口210经微油改造，以用于提高燃烧器200的整体燃烧效率。第一二次风喷口的尺寸为564×326mm²。

第一一次风喷口202、第二一次风喷口204、第三一次风喷口206、第四一次风喷口208及第五一次风喷口210为含煤粉的气流喷口，优选采用宽调节比(WR)煤粉喷嘴，如图3所示的第一次风喷口202，当煤粉流过燃烧器200的入口弯头时，大部分煤粉颗粒在离心力的作用下紧贴弯头外沿进入煤粉喷管，煤粉喷管中的隔板将一次风分成浓淡两股，从而提高了一次风喷口处的煤粉浓度。一至第五一次风喷口202、204、206、208、210中装有V型钝体，如图3中的V型钝体2022，使得一次风在V型钝体前方形成稳定的回流区，卷吸高温烟气，起到稳定火焰的作用。第一一次风喷口202、第二一次风喷口204、第三一次风喷口206、第四一次风喷口208及第五一次风喷口210的尺寸(即喷口的面积，以下同理)均为564×644mm²。

在本实施方式中，满负荷条件下，第一一次风喷口202、第二一次风喷口204、第三一次风喷口206及第四一次风喷口208开启，第五一次风喷口210备用。从而可以理解，在其他实施方式中，该燃烧器200也可以视情况不设置第五一次风喷口210。

如图4所示，每层的四个第二二次风喷口203、第三二次风喷口205、第四二次风喷口207及第五二次风喷口209分别形成偏转二次风系统，且第二二次风喷口203、第三二次风喷口205、第四二次风喷口207及第五二次风喷口209在水平面上的偏转角α为±15°。一次风喷粉气流被偏转的二次风气流裹在炉膛中央，形成富燃料区，在燃烧区域及上部四周冰冷壁附近形成富空气区，减少了水冷壁结渣和高温腐蚀的倾向，并减少了NO_x的形成。第二二次风喷口203、第三二次风喷口205、第四二次风喷口207及第五二次风喷口209的尺寸为564×548mm²，较之传统的二次风喷口面积有缩小，可以保证下部的第一二次风喷口201的风速和二次风箱的压力。

每组燃烧器200包括两个紧凑燃尽风喷口(CCOFA)212。紧凑燃尽风喷口212的尺寸为564×326mm²。

第一二次风喷口201、第一一次风喷口202、第二二次风喷口203、第二一次风喷口204、第三二次风喷口205、第三一次风喷口206、第四二次风喷口207、第四一次风喷口208、第五二次风喷口209、第五一次风喷口210、三次风喷口211及紧凑燃尽风喷口212均可上下摆动设置在炉膛100内，从而可以较为方便的调节再热汽温。

每组燃烧器200包括三个分离燃尽风喷口(SOFA)213。分离燃尽风喷口213距离紧凑燃尽风喷口212的最小距离为4000mm。采用三层分离燃尽风喷口布置，从而在分离燃尽风不全投条件下，分离燃尽风的中心标高提高，而且在后部风道面积一定的条件下，分离燃尽风的风速更高，可以达到降低NO_x排放的效果。分离燃尽风喷口213的尺寸为564×326mm²。本实施方式的分离燃尽风喷口213可摆动设置在炉膛100内，且在竖直方向上的可摆动角度为30°，水平面上可摆动角度为15°。分离燃尽风喷口213设计为具有上下和水平摆动功能，通过分离燃尽风喷口213的摆动可以调节再热器温度，从而可以调整燃尽风穿透深度和混合效果，并可有效防止炉膛100出口过大的扭转残余，并能有效控制炉膛100出口烟温偏差和炉膛出口烟温水平，降低飞灰含碳量，提高燃烧效率。

周界风喷口设在至少一个一次风喷口(如第一至第五一次风喷口202、204、206、208、210中至少一个)的背火侧，用于冷却一次风口，防止风口过热变形，并且在煤粉气流着火后，能及时供给少量二次风，有利于燃烧过程的发展。

为降低NO_x排放，在本实施方式中，选取分离燃尽风喷口213喷出的风量占总风量的20％。紧凑燃尽风喷口212喷出的风量占总风量的5％～10％。一次风采用小风率设计，以控制着火初期NOx的大量生成，一次风风率(即所有一次风喷口喷出的风量占总风量的百分比)取为22％，其余为二次风风率，其中，二次风包括分离燃尽风、紧凑燃尽风、周界风和其他二次风。

上述四角切圆锅炉及其炉膛100最上层采用分离燃尽风，并且部分二次风喷口采用偏转二次风技术，可降低NO_x排放含量且可提高燃烧效率。下部主燃烧区在缺氧条件下，可通过偏转二次风在水冷壁面附近形成一层风膜，从而还可以防止水冷壁结渣和高温腐蚀事故的发生，同时有利于防止水冷壁管超温爆管。

低NO_x燃烧改造经验表明，各二次风偏转角对炉内结焦和炉膛出口烟温偏差影响较大。研究结果表明，在任何一个固定的二次风反切角度(或一次风反切角度)时，尽管一次风与二次风预设切圆的旋转方向相反，但整个炉内气流的旋转方向是一致的，即一次风与二次风以相同的旋转方向在炉内旋转。在较小的反切角度时，炉内实际直径比常规切圆系统要小。当反切角度很大时，炉内实际切圆直径比常规切圆系统要大。通过试验和数值模拟，获得一个用以衡量同心反切燃烧系统炉内空气流动结构的评价参数Φ，Φ被定义为正反向(同上，顺时针方向为正向，逆时针方向为反向)旋转气流的理论动量矩之比：

$\mathrm{\φ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{\ρ}}_i{f}_i{v}_i^2\right)\·\frac{1}{2}\sqrt{A^2+B^2}\·\mathrm{Sin}({\mathrm{\α}}_1-{\mathrm{tg}}^{-1}\frac{B}{A})}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{\ρ}}_j{f}_j{v}_j^2\right)\·\frac{1}{2}\sqrt{A^2+B^2}\·\mathrm{Sin}({\mathrm{tg}}^{-1}\frac{B}{A}-{\mathrm{\α}}_2)}$

式中：m、n为顺方向和反方向布置的喷口总数；ρ、f、v为各次风密度、喷口面积和速度；α₁，α₂为在水平面上的反正切角度；A、B为炉膛宽度和深度。

选择各喷口最理想的偏转角，各喷嘴的偏转角度会各不相同，从而可以保证随炉膛高度的变化，炉内火球的直径变化实现最佳的风包粉模式。结合分离燃尽风的左右摆动，则可控制炉膛出口烟温在合适的范围内，也有利于减小炉内切圆，在实现“风包粉”的同时，进一步降低锅炉结渣和锅炉水冷壁超温爆管的风险。

为了验证上述低NO_x排放设计方案的效果，本实施例对一300MW、亚临界压力的四角切圆锅炉进行改造前后锅炉热效率试验。表1为改造前的该锅炉的主要参数。

表1锅炉主要参数表

表2为改造前后该四角切圆锅炉主要参数对比。

表2改造前后锅炉主要参数对比

从表2可以得出，该电厂锅炉通过低氮改造后，整体上效果非常明显。经过低氮改造后，在满负荷(300MW)时，锅炉NO_x浓度由改造前的565mg/Nm³降低为改造后的295mg/Nm³，降低幅度达到47％，锅炉排烟温度由改造前的145.8℃降低为改造后的114℃，降低了31.8℃。在负荷为250MW时，锅炉NO_x浓度由改造前的539mg/Nm³降低为改造后的280mg/Nm³，降低幅度达到48％，锅炉排烟温度由改造前的136℃降低为改造后的108.4℃，降低了27.6℃。相比改造前的性能测试数据，除了高负荷下飞灰可燃物(水平烟道取样)有升高外，其它负荷下，飞灰可燃物都有一定程度的下降，相比改造前，锅炉效率大约提高1.3％左右。炉膛出口左右侧烟温偏差由改造前的100～200℃降低为改造后的20～80℃，降低幅度达到100℃。

通过改造前后锅炉主要参数对比，在不同负荷下，空预器入口NO_x降低比较明显，锅炉效率也提高了1.3个百分点，从而采用上述四角切圆锅炉的炉膛100结构设计方案具有明显的效果。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种四角切圆锅炉的炉膛，其特征在于，所述炉膛内设有四组燃烧器，且四组所述燃烧器分别设置在所述炉膛的四角位置；沿所述炉膛的高度方向，每组所述燃烧器包括从下至上依次设置的第一二次风喷口、第一一次风喷口、第二二次风喷口、第二一次风喷口、第三二次风喷口、第三一次风喷口、第四二次风喷口、第四一次风喷口、第五二次风喷口、紧凑燃尽风喷口和分离燃尽风喷口；

其中，所述第一二次风喷口为直吹风喷口；

每层的四个所述第二二次风喷口、四个所述第三二次风喷口、四个所述第四二次风喷口、四个所述第五二次风喷口、四个所述紧凑燃尽风喷口及四个所述分离燃尽风喷口分别形成偏转二次风系统。

2.如权利要求1所述的四角切圆锅炉的炉膛，其特征在于，所述第二二次风喷口、所述第三二次风喷口、所述第四二次风喷口及所述第五二次风喷口在水平面上的偏转角度为±15°。

3.如权利要求1所述的四角切圆锅炉的炉膛，其特征在于，所述燃烧器还包括第五一次风喷口和三次风喷口，所述第五一次风喷口及所述三次风喷口沿所述炉膛的高度方向从下至上依次设置在所述第五二次风喷口与所述紧凑燃尽风喷口之间。

4.如权利要求1所述的四角切圆锅炉的炉膛，其特征在于，所述紧凑燃尽风喷口有两个，两个所述紧凑燃尽风喷口沿所述炉膛的高度方向依次排列设置。

5.如权利要求1所述的四角切圆锅炉的炉膛，其特征在于，所述分离燃尽风喷口有三个，三个所述分离燃尽风喷口沿所述炉膛的高度方向依次排列设置。

6.如权利要求1所述的四角切圆锅炉的炉膛，其特征在于，所述分离燃尽风喷口可摆动设置在所述炉膛上，且在竖直方向上的可摆动角度为30°，水平面上可摆动角度为15°。

7.如权利要求1所述的四角切圆锅炉的炉膛，其特征在于，所述分离燃尽风喷口距离所述紧凑燃尽风喷口的最小距离为4000mm。

8.如权利要求1所述的四角切圆锅炉的炉膛，其特征在于，所述燃烧器还包括设在至少一个一次风喷口背火侧的周界风喷口。

9.如权利要求1所述的四角切圆锅炉的炉膛，其特征在于，所述炉膛的底面的尺寸为14022×12330mm²；

所述第一二次风喷口的尺寸为564×326mm²；

所述第一一次风喷口、所述第二一次风喷口、所述第三一次风喷口、所述第四一次风喷口及所述第五一次风喷口的尺寸为564×644mm²；

所述第二二次风喷口、所述第三二次风喷口、所述第四二次风喷口及所述第五二次风喷口的尺寸为564×548mm²；

所述紧凑燃尽风喷口的尺寸为564×326mm²；

所述分离燃尽风喷口的尺寸为564×326mm²。

10.一种四角切圆锅炉，其特征在于，包括权利要求1～9中任一项所述的炉膛。