CN104344399B - 贴壁风喷口以及锅炉、锅炉系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种贴壁风喷口以及锅炉、锅炉系统，贴壁风喷口喷射燃尽风，设于锅炉的墙壁，所述贴壁风喷口包括插入所述锅炉的墙壁的进风通道，所述进风通道连通燃尽风风源；所述贴壁风喷口还包括与所述进风通道连通的排风通道，所述排风通道喷射沿安装该贴壁风喷口的墙壁运行的贴壁风。贴壁风喷口的排风通道喷射的燃尽风可沿墙壁运行，形成贴壁风，从而在墙壁表面形成氧化保护层，避免还原性环境对墙壁造成的高温腐蚀。而且，燃尽风沿墙壁运行，不会扰动炉膛内气流，不会对锅炉日常运行方式造成影响。

Description

贴壁风喷口以及锅炉、锅炉系统

技术领域

本发明涉及锅炉技术领域，特别涉及一种贴壁风喷口以及锅炉、锅炉系统。

背景技术

燃煤锅炉，是利用煤炭燃烧释放的热能加热工质，以产生额定参数和品质的蒸汽、热水等的设备。

随着国家新的环保法规的实施，对NOx的排放要求更加严格。为了符合该规范，主要通过两种方式降低NOx排放，主要针对墙式对冲燃煤锅炉，一种方式是通过燃料分级；另一种是空气分级。

燃料分级主要通过煤粉浓淡分离，即在燃烧器内形成浓煤粉及淡煤粉的分级燃烧；

空气分级分为燃烧器内空气分级燃烧及炉膛空气分级燃烧两种，锅炉的墙壁上设有燃烧器。燃烧器内空气分级燃烧，是在燃烧器组织燃烧过程中适当推迟一次风、二次风的混合时机，防止燃料型NOx生成。炉内空气分级燃烧是将整个锅炉沿高度方向分为主燃区、还原区、燃尽区三个区域。

请参考图1，图1为一种典型的锅炉燃烧区域分布示意图。

锅炉1炉膛由下至上，依次分为主燃区C、还原区B、燃尽区A。低NOx燃烧要求主燃区C维持低氧量燃烧(即富燃料燃烧)，过量空气系数一般维持在0.85左右。在还原区B，生成的NOx被进一步还原，当未燃烬烟气升至燃尽风喷口14(大致处于燃尽区A和还原区B的分界线处)时，25％-30％空气补入炉膛，使煤粉充分燃烬。

上述方案虽然在一定长度上减少了NOx的排放，但具有下述技术问题：

锅炉1墙壁可能处于还原性气氛中，从而发生高温腐蚀。

锅炉1墙壁包括前墙11、后墙12以及两个侧墙13，前墙11和后墙12一般设置燃烧器15、燃尽风喷口14等，一次风和二次风混合后通过燃烧器26送入炉膛内参与燃烧。高温腐蚀在还原区B所对应的侧墙13的水冷壁处，显得尤为明显。因为，该区域本来就是用于还原NOx，侧墙13完全暴露在还原性的烟气中，CO浓度一般高于5000-10000ppm，极易造成由H₂S及还原性气体造成的高温腐蚀。而且，随着大型电站锅炉1向大容量、高参数方向发展，锅炉1侧墙13水冷壁管壁温度相应升高，侧墙13水冷壁发生高温腐蚀的频率大大增加，对燃煤电站锅炉1的安全性和经济性造成较大影响。

虽然，在主燃区C，一次风和二次风混合后，一次风包裹在二次风内，前墙11、后墙12，以及靠近侧墙13的水冷壁一般会处于氧化性气氛中，高温腐蚀不太明显，但由于喷射气体的不均匀，或是受到气流不稳定的影响，在这些位置也可能产生高温腐蚀，包括燃尽区A等。

有鉴于此，如何对锅炉墙壁进行保护，防止高温腐蚀，是本领域技术人员亟待解决的技术方案。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种贴壁风喷口以及锅炉、锅炉系统，该贴壁风喷口能够对锅炉墙壁进行保护，防止高温腐蚀。

本发明所提供的喷射燃尽风的贴壁风喷口，设于锅炉的墙壁，所述贴壁风喷口包括插入所述锅炉的墙壁的进风通道，所述进风通道连通燃尽风风源；所述贴壁风喷口还包括与所述进风通道连通的排风通道，所述排风通道喷射沿安装该贴壁风喷口的墙壁运行的贴壁风。

贴壁风喷口的排风通道喷射的燃尽风可沿墙壁运行，形成贴壁风，从而在墙壁表面形成氧化保护层，避免还原性环境对墙壁造成的高温腐蚀。而且，燃尽风沿墙壁运行，不会扰动炉膛内气流，不会对锅炉日常运行方式造成影响。

优选地，所述贴壁风喷口还包括与所述进风通道连通的冷却通道，所述冷却通道正对所述锅炉的炉膛。

当炉膛内温度极高，对贴壁风喷口可能造成高温损害时，由冷却通道喷射的燃尽风可吹离其附近的高温火焰，从而使得朝向炉膛的燃尽风喷口部分处于安全的工作环境，避免损伤。

优选地，所述贴壁风喷口包括若干个依次插装的筒体，所述筒体的端部具有朝外延伸的环形翻边；内层所述筒体的所述翻边，相对相邻的外层所述筒体的翻边伸出；相邻两所述筒体的翻边之间形成所述排风通道，各所述筒体的内腔形成所述进风通道。

筒体插装形成的贴壁风喷口，可形成多层贴壁风通道，以便于风量、风速、风向等综合调控；而且，筒体插装的方式，加工工艺简单，成本较低，部分损伤时，更换一根或若干根筒体即可，无需整体维修。

优选地，所述翻边与安装该贴壁风喷口的墙壁平行。

翻边与墙壁平行，则相邻翻边之间形成的排风通道喷射的燃尽风必然沿墙壁运行，形成贴壁风，可保证燃尽风不超出贴壁区，避免对炉膛气流造成扰动。

优选地，所述贴壁风喷口还包括安装管，最外层所述筒体插装于所述安装管内，所述安装管定位于所述锅炉的墙壁，所述安装管和各所述筒体的内腔形成所述进风通道。

安装管的设置便于整个贴壁风喷口与安装的墙壁的定位。

优选地，最内层的所述筒体的内腔形成冷却通道，所述冷却通道正对所述锅炉的炉膛。

冷却通道可冷却贴壁风喷口，以防高温损伤。

优选地，所述翻边设有沿排风方向延伸的膨胀缝。

膨胀缝赋予翻边一定的伸缩能力，可有效防止高温变形。

优选地，所述贴壁风喷口内设有风量挡板和/或旋流叶片。

风量挡板可调节风量，从而调节各层贴壁风的风量。旋流叶片可调节贴壁气流的旋流特性和衰减程度，风量挡板和旋流叶片结合时，可以调节贴壁风的覆盖范围。

本发明提供的锅炉，其墙壁包括前墙、后墙以及两个侧墙，至少一面所述墙壁上设有上述任一项所述的贴壁风喷口。

由于贴壁风喷口具有上述技术效果，具有该贴壁风喷口的锅炉也具有相同的技术效果。

优选地，所述贴壁风喷口设于锅炉还原区所对应的侧墙部分。

相对而言，侧墙更易于出现高温腐蚀，故将贴壁风喷口设置于侧墙更有利于实现经济和利益统一。

优选地，所述贴壁风喷口的进风通道插入所述锅炉的墙壁上的喧口。

设置于喧口处时，便于安装，因为喧口处本身形成有安装孔，无需另设安装孔以供贴壁风喷口插入。

本发明提供的锅炉系统，包括锅炉和一次风、二次风风源，所述锅炉为上述任一项所述的锅炉，所述锅炉的贴壁风喷口的风源为所述二次风风源。

锅炉系统具有与上述锅炉相同的技术效果。另外，二次风风源作为贴壁风喷口的风源，则不必专设贴壁风喷口的燃尽风风源，可节省成本。

附图说明

图1为一种典型的锅炉燃烧区域分布示意图；

图2为本发明所提供锅炉一种具体实施例的示意图；

图3为图2中还原区的右视图；

图4为图3中贴壁风喷口的结构示意图；

图5为图4中贴壁风喷口中间筒体的右视图。

图1中：

1锅炉、11前墙、12后墙、13侧墙、14燃尽风喷口、15燃烧器；

A-燃尽区、B-还原区、C-主燃区；

图2-5中：

2锅炉、21前墙、22后墙、23侧墙、231喧口、24燃尽风喷口、25贴壁风喷口、251筒体、251a翻边、251b膨胀缝、252安装管、25a进风通道、25b排风通道、25c冷却通道、26燃烧器；

A-燃尽区、B-还原区、C-主燃区、T贴壁区；

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例。需要说明的是，为便于理解和描述简洁，下文结合锅炉和贴壁风喷口说明，有益效果不再重复论述。

请参考图2-4，图2为本发明所提供锅炉一种具体实施例的示意图；图3为图2中还原区的右视图；图4为图3中贴壁风喷口的结构示意图。

该实施例中的贴壁风喷口25，用于喷射燃尽风，可设于锅炉2的墙壁，锅炉2的墙壁通常包括前墙21、后墙22以及两个侧墙23，任一面墙壁均可设置该贴壁风喷口25。图2中，贴壁风喷口25设置于侧墙23。一般，前墙21和后墙22会设置燃烧器26、燃尽风喷口24等，一次风和二次风混合后进入燃烧器26参与燃烧，从而进行正常的燃烧工作。

贴壁风喷口25具体包括插入锅炉2的墙壁的进风通道25a，如图4所示，进风通道25a连通燃尽风风源；贴壁风喷口25还包括与进风通道25a连通的排风通道25b，排风通道25b喷射沿安装该贴壁风喷口25的墙壁运行的贴壁风，即排风通道25b喷射的燃尽风处于贴壁区T，如图3所示。

为此，可将排风通道25b的喷口设计为与安装该贴壁风喷口25的墙壁平行，图4中，排风通道25b即与侧墙23平行。需要说明的是，此处的平行并不限于与墙壁呈0度夹角，只要是大致平行即可，以满足排风沿墙壁运行，而不是进入炉膛，如图3所示，贴壁风喷口25喷射的气流沿贴壁区T运行。

如此设置，贴壁风喷口25喷射的燃尽风可沿墙壁运行，在墙壁表面形成氧化保护层，避免还原性环境对墙壁造成的高温腐蚀。而且，燃尽风沿墙壁运行，不会扰动炉膛内气流，不会对锅炉2日常运行方式造成影响。

进一步地，贴壁风喷口25还可以包括与进风通道25a连通的冷却通道25c，且冷却通道25c正对锅炉2的炉膛。冷却通道25c正对炉膛，则其喷射的燃尽风可吹向炉膛。当炉膛内温度极高，对贴壁风喷口25可能造成高温损害时，由冷却通道25c喷射的燃尽风可吹离其附近的高温火焰，从而使得朝向炉膛的燃尽风喷口24部分处于安全的工作环境，避免损伤。当然，为了避免冷却通道25c的燃尽风扰动炉膛气流，可对冷却通道25c的通断实施控制，比如设置风量挡板，以开启或关闭该冷却通道25c。

排风通道25b和进风通道25a的设置方式有多种，请继续参考图4理解，贴壁风喷口25可包括若干个依次插装的筒体251，图4中共设有三个依次插装的筒体251。另外，筒体251的端部具有朝外延伸的环形翻边251a，此处的“朝外延伸”相对于筒体251而言，远离筒体251的方向即为外侧。图4中，翻边251a朝向远离筒体251中心线的径向延伸。

形成翻边251a后，内层筒体251的翻边251a伸出相邻的外层筒体251的翻边251a，且相邻两筒体251的翻边251a之间形成排风通道25b，而各筒体251则形成进风通道25a。相邻翻边251a相互平行，实际上形成了环状的排风通道25b，燃尽风可沿该排风通道25b向四周呈发散状喷射，覆盖面积广，防高温腐蚀效果好。

为了保证排风通道25b喷射的燃尽风沿墙壁运行，形成贴壁风，图4中，翻边251a与墙壁平行。基于加工简便需求，筒体251可垂直墙壁设置，此时，翻边251a即沿筒体251径向设置，与筒体251垂直。可以理解，筒体251不与翻边251a垂直，以图4为视角，筒体251斜插入墙壁也是可行的，只是加工简易度、安装稳定性等次于上述实施例。

此时，最内层的筒体251可直接形成上述所述的冷却通道25c，如图4所示，实际上，最内层筒体251兼具为冷却通道25c和进风通道25a。最内层筒体251的翻边251a只能与其相邻的外层筒体251的翻边251a形成排风通道25b，而最内层筒体251内的燃尽风可以直接排向炉膛，以在具有高温保护需求的情况下，保护贴壁风喷口25。

针对该具体的贴壁风喷口25结构，还可以进一步包括安装管252。上述的贴壁风喷口25最外层筒体251插装于安装管252内，即所有的筒体251均插装于安装管252。安装管252可定位于锅炉2的墙壁，如图4所示，安装管252并不设置翻边251a，其插入侧墙23，并与侧墙23固定，以实现整个贴壁风喷口25的安装定位。此时，安装管252和各筒体251均形成进风通道25a，安装管252的设置便于整个贴壁风喷口25与安装的墙壁的定位。安装管252、各筒体251之间可存在连接关系，以形成整体的贴壁风喷口25。

实际上，设置安装管252时，最外层筒体251的翻边251a与侧墙23之间也可形成排风通道25b。另外，贴壁风喷口25的进风通道25a可插入锅炉2的侧墙23上的喧口231，则最外层筒体251的翻边251a与喧口231的内壁形成排风通道25b。设置于喧口231处时，便于安装，因为喧口231处本身形成有安装孔，无需另设安装孔以供贴壁风喷口25插入。显然，贴壁风喷口25应该伸出喧口231，以保证不与喧口231干涉。

请继续参考图5，图5为图4中贴壁风喷口的中间筒体的右视图。

贴壁风喷口25各筒体251的翻边251a可设有沿排风方向延伸的膨胀缝251b。炉膛内温度较高，为防止贴壁风喷口25受热变形，尤其是最靠近炉膛的排风通道25b部分，设置膨胀缝251b，膨胀缝251b赋予翻边251a一定的伸缩能力，可有效防止高温变形。图5中，膨胀缝251b自边缘向内延伸一定长度，优选地沿环形翻边251a的径向延伸，且若干条膨胀阀沿翻边251a的周向均布，以使翻边251a的膨胀或收缩更为均匀。

针对上述各实施例，均可在贴壁风喷口25内设有风量挡板和/或旋流叶片。风量挡板可调节风量，从而调节各层贴壁风的风量。旋流叶片可调节贴壁气流的旋流特性和衰减程度。可见，风量挡板和旋流叶片结合时，可以调节贴壁风的覆盖范围。如此，可根据墙壁烟气成分来调节贴壁风喷口25的风量及旋流强度。正常运行时，可将冷却通道25c的风关小，留一定冷却风，满足喷口冷却即可，防止喷口烧损。

上述实施例中，贴壁风喷口25的进风通道25a和排风通道25b主要通过筒体251插装形成，可以想到，还可以通过其他方式形成。比如，直接设置一总管形成进风通道25a，在总管的一端设有若干沿径向延伸的径向管，径向管与总管内部连通，则径向管的内腔可形成排风通道25b，总管的该端可封闭或是留有一定缝隙、开口以供冷却。相较于此，上述筒体251插装形成的贴壁风喷口25，可形成多层贴壁风通道(包括进风通道25a和排风通道25b)，以便于风量、风速、风向等综合调控，图4中形成三层贴壁风通道，实际上，也可以根据需要设计三层以上；而且，筒体251插装的方式，加工工艺简单，成本较低，部分损伤时，更换一根或若干根筒体251即可，无需整体维修。

针对上述实施例，贴壁风喷口25优选地设于锅炉2的两个侧墙23上。上述已提及，前墙21和后墙22安装有混合一次风、二次风的燃烧器26，以及燃尽风喷口24，还原性气氛相对较好，相对而言，侧墙23更易于出现高温腐蚀，故将贴壁风喷口25设置于侧墙23更有利于实现经济和利益统一。如图2所示，锅炉2自下向上一般分为主燃区C、还原区B、燃尽区A，其中，还原区B的还原性气氛最为强烈，其对应的侧墙23也是最易于发生高温腐蚀的部分，故最优化的方案为将贴壁风喷口25设于该处。当然，在其他位置出现高温腐蚀时，安装本实施例所提供的贴壁风喷口25显然也是可行的。

一面侧墙23可设有2-3个贴壁风喷口25，根据目前的锅炉2规格以及实际腐蚀情况，2-3个贴壁风喷口25已经可以满足防高温腐蚀的需求。当然，设置一个或三个以上的贴壁风喷口25也是可以的。

除了上述贴壁风喷口25、锅炉2，本发明还提供一种锅炉系统，包括锅炉2和一次风、二次风风源，一次风具有运输煤粉的功能，另外在燃烧器26处与二次风混合后，进入炉膛内主燃区C与煤粉实现燃烧。二次风一般为加热风，通过风机产生二次风，经加热器加热后送入二次风管道，经由风箱后与一次风混合。

本发明提供锅炉系统中的锅炉为上述任一实施例所述的锅炉2，且锅炉2上安装的贴壁风喷口25的风源即为锅炉系统的二次风风源。可以加设分支的二次风管道和风箱，以实现二次风风源与贴壁风喷口25进风通道25a的连通。二次风除了与一次风混合外，还可连接燃尽风喷口24，提供燃尽风促进完全燃烧，故将二次风风源也作为贴壁风喷口25的风源，即利用现有的设备，不必专设燃尽风风源，可节省成本。

以上对本发明所提供的一种贴壁风喷口以及锅炉、锅炉系统均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种喷射燃尽风的贴壁风喷口，设于锅炉(2)的墙壁，其特征在于，所述贴壁风喷口(25)包括插入所述锅炉(2)的墙壁的进风通道(25a)，所述进风通道(25a)连通燃尽风风源；所述贴壁风喷口(25)还包括与所述进风通道(25a)连通的排风通道(25b)，所述排风通道(25b)喷射沿安装该贴壁风喷口(25)的墙壁运行的贴壁风；

所述贴壁风喷口(25)包括若干个依次插装的筒体(251)，所述筒体(251)的端部具有朝外延伸的环形翻边(251a)；内层所述筒体(251)的所述翻边(251a)，相对相邻的外层所述筒体(251)的翻边(251a)伸出；相邻两所述筒体(251)的翻边(251a)之间形成所述排风通道(25b)，各所述筒体(251)的内腔形成所述进风通道(25a)。

2.如权利要求1所述的贴壁风喷口，其特征在于，所述贴壁风喷口(25)还包括与所述进风通道(25a)连通的冷却通道(25c)，所述冷却通道(25c)正对所述锅炉的炉膛。

3.如权利要求1所述的贴壁风喷口，其特征在于，所述翻边(251a)与安装该贴壁风喷口(25)的墙壁平行。

4.如权利要求1所述的贴壁风喷口，其特征在于，所述贴壁风喷口(25)还包括安装管(252)，最外层所述筒体(251)插装于所述安装管(252)内，所述安装管(252)定位于所述锅炉(2)的墙壁，所述安装管(252)和各所述筒体(251)的内腔形成所述进风通道(25a)。

5.如权利要求1所述的贴壁风喷口，其特征在于，最内层的所述筒体(251)的内腔形成冷却通道(25c)，所述冷却通道(25c)正对所述锅炉(2)的炉膛。

6.如权利要求1所述的贴壁风喷口，其特征在于，所述翻边(251a)设有沿排风方向延伸的膨胀缝(251b)。

7.如权利要求1-6任一项所述的贴壁风喷口，其特征在于，所述贴壁风喷口(25)内设有风量挡板和/或旋流叶片。

8.一种锅炉，其墙壁包括前墙(21)、后墙(22)以及两面侧墙(23)，其特征在于，至少一面所述墙壁上设有权利要求1-7任一项所述的贴壁风喷口(25)。

9.如权利要求8所述的锅炉，其特征在于，所述贴壁风喷口(25)设于锅炉(2)还原区(B)所对应的侧墙(23)部分。

10.如权利要求8所述的锅炉，其特征在于，所述贴壁风喷口(25)的进风通道(25a)插入所述锅炉(22)的墙壁上的喧口(231)。

11.一种锅炉系统，包括锅炉(2)和一次风、二次风风源，其特征在于，所述锅炉(2)为权利要求8-10任一项所述的锅炉(2)，所述锅炉(2)的贴壁风喷口(25)的风源为所述二次风风源。