CN104296129A - 一种对称燃烧的w型火焰锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对称燃烧得W型火焰锅炉，在上、下炉膛交汇处布置有拱下连接墙，它在竖直向下延伸至接近冷灰斗区域，在炉宽方向延伸至锅炉的左右侧墙，从而在前后拱下形成半封闭区域，将燃烧器的风粉混合物限定在这一半封闭区域内扩展下行并在最终到达冷灰斗的中上部区域后折转上行，确保在前、后墙侧形成两个对称的U型火焰，两个U型火焰交汇于炉膛中心形成对称W型火焰。拱下连接墙上部设有一排回流烟气口，与拱部燃烧器沿炉宽方向一一对应，以便拱下高温回流烟气加热燃烧器区域内的风粉混合物；拱下连接墙高度尺寸满足 l ₁/ l ₀=0.6~0.7，回流烟气口高度方向定位满足 l ₂/ l ₁=0.25~0.35，回流烟气口宽度约为燃烧器喷口当量直径的2倍，且高宽比为1.5~2。

Description

一种对称燃烧的W型火焰锅炉

技术领域

本发明涉及一种W型火焰锅炉，具体涉及一种可确保炉内形成对称燃烧的W型火焰锅炉，属于W型火焰锅炉燃烧技术领域。

背景技术

W型火焰锅炉是欧美发达工业强国于上世纪五、六十年代专为燃用低挥发分燃料(如无烟煤、贫煤和石油焦等)而设计的一种锅炉。从其炉膛结构和燃烧组织上看，W型火焰锅炉在燃用低挥发分煤上具有以下优势：(a)独特的双拱形炉膛结构来强化拱壁高温对燃烧器区域的辐射；(b)燃烧器区域四周水冷壁上敷设大量卫燃带以维持着火区域高温水平；(c)构建W型火焰燃烧方式(对称的下射型火焰折转上行在炉膛中心交汇上升而形成W型火焰)以延长煤粉颗粒在炉内的停留时间；(d)组织拱下高温回流烟气直接加热煤粉而强化着火；(e)分级送风控制NO_x排放。因而W型火焰锅炉被认为是比较适用于燃用无烟煤和贫煤的炉型。由于无烟煤和贫煤在我国电站锅炉燃用煤中比例较高，这使得近二十年来W型火焰锅炉在我国得以较大规模引进。然而，从现有运行业绩来看，多数W型火焰锅炉并未如其设计理念般在炉内形成对称的W型火焰，而是形成了不对称燃烧，其特征为：前后墙侧火焰亮度和火检信号强度总是呈现一侧强而另一侧弱，炉内一侧呈长火焰而另一侧呈短火焰，即使是采用风、煤粉调平措施也无法实现对称燃烧。针对W型火焰锅炉炉内燃烧不对称问题，国内外目前仍未见有涉及如何控制或消除不对称燃烧的文献报道，仅有少量涉及不对称燃烧起因的研究报道。例如，文献《W火焰锅炉结构效应对火焰影响的数值模拟》认为折焰角与水平烟道引起的结构效应是导致炉内燃烧不对称的一个关键因素。文献《三次风率对600MW超临界W型火焰锅炉炉内空气动力场的影响》中得到W型火焰锅炉形成“前长后短、气流整体偏向前墙侧上行”的偏斜流场，而非依据设计理念构建的对称W型流场；偏斜流场的形成是导致炉内燃烧不对称的原因所在，而偏斜流场的形成原因在于：来自前后墙侧的两股上行气流在炉膛中心交汇时，此两股上行气流间存在较大的相互挤压作用，下炉膛分级风的横向推动作用可强化这一挤压作用，加之存在上炉膛内不对称结构效应的导向作用(折焰角和炉膛出口位于后墙侧)和较短上炉膛的影响，最终诱使一侧的气流在其下行扩展并折转上行过程中挤向另一侧气流，使得另一侧的气流扩展受限，从而形成偏斜流场。

燃烧不对称现象对W型火焰锅炉的经济和安全运行危害较大，严重时炉内燃烧稳定较差，炉膛负压波动较大，导致灭火事故频繁；由于燃烧不对称时炉内一侧燃烧状况较好而另一侧燃烧状况较差，使得锅炉飞灰可燃物含量偏高；此外，针对超临界W型火焰锅炉，燃烧不对称还引起炉内热负荷分布不均匀，导致水冷壁壁温偏差较大和壁温超出允许值，水冷壁壁温偏差过大和壁温严重超出允许值将导致水冷壁鳍片拉裂甚至爆管事故。为改善W型火焰锅炉的运行状况和提高燃尽，应尽量将不对称燃烧程度减轻或将其彻底消除。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术提及的W型火焰锅炉内燃烧不对称问题，进而提供了一种对称燃烧的W型火焰锅炉。本发明中在W型火焰锅炉的两个炉拱靠近炉膛中心侧设置拱下连接墙(由双面膜式水冷壁组成)，拱下连接墙在靠近燃烧器区域设有多个允许回流烟气通过的流通口，其目的是为了将来自燃烧器的风粉混合物的下行扩展限制在拱下区域进行，使两侧风粉混合物扩展形成的U型火炬较为对称，避免一侧火焰挤向另一侧的偏斜火焰形成。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种对称燃烧的W型火焰锅炉，所述W型火焰锅炉包含下炉膛和上炉膛两部分，所述下炉膛由前拱、后拱、前墙、后墙和冷灰斗组成；多个燃烧器沿炉膛中心线对称布置在前拱和后拱上并与下炉膛连通；所述W型火焰锅炉还在上、下炉膛交汇处布置有竖直向下的前拱下连接墙和后拱下连接墙。

进一步的，所述前拱下连接墙和后拱下连接墙在高度方向延伸至接近冷灰斗，满足l ₁/l ₀=0.6~0.7，其中l ₁是拱下连接墙的上沿至下沿的距离；l ₀是拱下连接墙起点至其延伸线与冷灰斗交点的距离。

进一步的，所述前拱下连接墙和后拱下连接墙在宽度方向延伸至与锅炉的左右侧墙相连，使得前墙与前拱下连接墙/后墙与后拱下连接墙之间形成半封闭区域，将燃烧器下射的风粉混合物限定在所述半封闭区域内扩展下行，在最终到达冷灰斗的中上部区域后折转上行，确保在前后墙侧形成两个对称的U型火焰，两个U型火焰交汇于炉膛中心区域上行而构建对称W型火焰。

进一步的，所述前拱下连接墙和后拱下连接墙的上部区域均开有一排沿炉膛宽度方向均匀布置的回流烟气口，多个回流烟气口与拱部的多个燃烧器沿炉宽方向一一对应，以便回流烟气通过而加热拱下燃烧器区域内的风粉混合物。

进一步的，拱下连接墙上沿至流烟气口中心线的距离l ₂满足l ₂/l ₁=0.25~0.35，回流烟气口的宽度a与燃烧器的喷口当量直径d满足a/d≈2，回流烟气口的高宽比b/a=1.5~2，b为回流烟气口的高度。

进一步的，所述上炉膛在靠近后墙的一侧设有折焰角和水平烟道。

现有技术存在的缺陷及本发明较现有技术所具有的有益效果如下：

a. 在采用现有技术的W型火焰锅炉中(图3)，多个燃烧器3沿炉膛中心线1-1对称布置在前炉拱1和后炉拱2上，用以在前后墙侧对称给入风粉混合物12，分级风13从前墙4和后墙5的下部对称给入，风粉混合物12与分级风13在冷灰斗6的中上部区域混合后再折转上行；因而从设计理念上看，在采用了对称炉膛结构和锅炉配风情况下，在前后墙侧理应形成两个对称的U型火焰，U型火焰交汇于炉膛中心区域，从而按设计理念构建理想的对称W型火焰14。然而，多台采用现有技术的W型火焰锅炉的冷态模化试验、数值计算和工业实验结果表明，现有W型火焰锅炉形成“前长后短、气流整体偏向前墙侧上行”的偏斜流场14a(偏斜形式如图4所示)，偏斜流场14a使得W型火焰锅炉形成“一侧燃烧状况好而一侧燃烧状况差”的不对称燃烧，并最终导致锅炉燃尽效果差；现有W型火焰锅炉中这一偏斜流场14a的形成归结于：在对前墙侧风粉混合物12a和后墙侧风粉混合物12b的扩展不施加控制的条件下(即这两股风粉混合物在前墙4或后墙5至炉膛中心线1-1之间区域不受限扩展)，由下行的风粉混合物折转后形成的两股上行气流在炉膛中心交汇并进入上炉膛时，此两股上行气流间存在较大的相互挤压作用，前墙分级风13a和后墙分级风13b的横向推动作用可强化这一挤压作用，加之较短的上炉膛8存在不对称结构效应导向作用(折焰角9和水平烟道10位于后墙侧)，最终诱使一侧的气流在其下行扩展并折转上行过程中挤向另一侧气流，使得另一侧的气流扩展受限，从而形成偏斜流场14a。

在采用本发明中的对称燃烧W型火焰锅炉后，下炉膛7内在前墙4和后墙5至炉膛中心线之间对称布置了前拱下连接墙1a和后拱下连接墙2a，使得前墙4与前拱下连接墙1a(以及后墙4与后拱下连接墙2a)之间形成只允许下行风粉混合物12从冷灰斗6的中上部区域流出的半封闭区域，亦即将前后墙侧的煤粉气流12限定在拱下区域扩展下行，以确保在前后墙侧形成两个对称的U型火焰，避免了一侧火焰过度扩展而挤向另一侧的偏斜火焰形成，两个对称的U型火焰交汇于炉膛中心区域进而构建对称W型火焰14，对称燃烧使得前后墙侧煤粉均可达到较好燃尽，从而解决锅炉因不对称燃烧引起的燃尽差的问题；前拱下连接墙1a和后拱下连接墙2a的上部区域均开有多个回流烟气口11a，以允许回流烟气11通过而加热拱下燃烧器区域内的风粉混合物12，从而维持较好的着火提条件。由此可见，本发明有益于解决现有W型火焰锅炉存在的流场偏斜、不对称燃烧和燃尽差的问题。

附图说明

图1是本发明的炉膛结构、燃烧组织及炉膛纵截面上流场示意图（图中流场分布以炉膛中心1-1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是图1中前拱下连接墙1a(或后拱下连接墙2a)的A向局部示意图；

图3是现有W型火焰锅炉炉膛结构、燃烧组织及依据设计理念而建立的对称W型流场示意图；

图4是现有W型火焰锅炉炉内实际存在的偏斜流场示意图。

具体实施方式

实施方式一

结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种对称燃烧的W型火焰锅炉其炉膛分为下炉膛7和上炉膛8两部分，下炉膛7由前拱1、后拱2、前墙4、后墙5和冷灰斗6组成；多个燃烧器3沿炉膛中心线1-1对称布置在前拱1和后拱2上并与下炉膛7连通，用以给入下射的风粉混合物12；分级风13从前墙4和后墙5的下部对称给入以组织分级燃烧并调节火焰的下冲深度；在前拱1、后拱2与上炉膛8的交汇处分别连接有沿炉膛中心线1-1对称布置的前拱下连接墙1a和后拱下连接墙2a，前拱下连接墙1a和后拱下连接墙2a在高度方向均竖直延伸至接近冷灰斗6，在宽度方向延伸至锅炉的左右侧墙，从而使得前墙4与前拱下连接墙1a(以及后墙5与后拱下连接墙2a)之间形成只允许风粉混合物12从冷灰斗6的中上部区域流出的半封闭区域，以便将前后墙侧的煤粉气流12均限定在拱下区域扩展下行，以确保在前后墙侧形成两个对称的U型火焰，两个U型火焰交汇于炉膛中心区域上行而构建对称W型火焰14；上炉膛8的上部在靠近后墙5的一侧设有折焰角9和水平烟道10。

所述前拱下连接墙1a和后拱下连接墙2a均为双面膜式水冷壁，其高度l ₁(即图2中所示拱下连接墙的上沿2-1至下沿2-2的距离)的取值对确保对称W型火焰的形成和合适的火焰下冲深度极为关键，经大量试验和数值计算优化后发现l ₁与l ₀(即拱下连接墙起点至其延伸线与冷灰斗交点的距离，图1)的比值l ₁/l ₀应控制在0.6~0.7范围内。

实施方式二

结合图2说明本实施方式，本实施方式所述W型火焰锅炉在其前拱下连接墙1a和后拱下连接墙2a的上部区域均开有一排沿炉膛宽度方向均匀布置的回流烟气口11a，多个回流烟气口11a与拱部多个燃烧器3沿炉宽方向一一对应，以允许回流烟气11通过而加热拱下燃烧器区域内的风粉混合物12；拱下连接墙上沿2-1至回流烟气口11a中心线2-3的距离l ₂应满足l ₂/l ₁=0.25~0.35，回流烟气口11a的宽度a与燃烧器3的喷口当量直径d满足a/d≈2，回流烟气口11a的高宽比b/a=1.5~2。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

Claims (6)

1.一种对称燃烧的W型火焰锅炉，所述W型火焰锅炉包含下炉膛（7）和上炉膛（8）两部分，所述下炉膛（7）由前拱（1）和后拱（2）、前墙（4）、后墙（5）和冷灰斗（6）组成；多个燃烧器（3）沿炉膛中心线（1-1）对称布置在前拱（1）和后拱（2）上并与下炉膛（7）连通；其特征在于：所述W型火焰锅炉还在上、下炉膛交汇处布置有竖直向下的前拱下连接墙（1a）和后拱下连接墙（2a）。

2.如权利要求1所述的对称燃烧的W型火焰锅炉，其特征在于：所述前拱下连接墙（1a）和后拱下连接墙（2a）在高度方向延伸至接近冷灰斗（6），满足l ₁/l ₀=0.6~0.7，其中l ₁是拱下连接墙的上沿（2-1）至下沿（2-2）的距离；l ₀是拱下连接墙起点至其延伸线与冷灰斗交点的距离。

3.如权利要求2所述的对称燃烧的W型火焰锅炉，其特征在于：所述前拱下连接墙（1a）和后拱下连接墙（2a）在宽度方向延伸至与锅炉的左、右侧墙相连，使得前墙（4）与前拱下连接墙（1a）/后墙（5）与后拱下连接墙（2a）之间形成半封闭区域，将燃烧器（3）下射的风粉混合物（12）限定在所述半封闭区域内扩展下行，在最终到达冷灰斗（6）的中上部区域后折转上行，确保在前、后墙侧形成两个对称的U型火焰，两个U型火焰交汇于炉膛中心区域上行而构建对称W型火焰（14）。

4.如权利要求1所述的对称燃烧的W型火焰锅炉，其特征在于：所述前拱下连接墙（1a）和后拱下连接墙（2a）的上部区域均开有一排沿炉膛宽度方向均匀布置的回流烟气口（11a），多个回流烟气口（11a）与拱部的多个燃烧器（3）沿炉宽方向一一对应，以便回流烟气（11）通过而加热拱下燃烧器区域内的风粉混合物（12）。

5.如权利要求4所述的对称燃烧的W型火焰锅炉，其特征在于：拱下连接墙上沿（2-1）至回流烟气口（11a）中心线（2-3）的距离l ₂满足l ₂/l ₁=0.25~0.35，回流烟气口（11a）的宽度a与燃烧器（3）的喷口当量直径d满足a/d≈2，回流烟气口（11a）的高宽比b/a=1.5~2，b为回流烟气口（11a）的高度。

6.如权利要求1所述的对称燃烧的W型火焰锅炉，其特征在于：所述上炉膛（8）在靠近后墙（5）的一侧设有折焰角（9）和水平烟道（10）。