CN105546521B - 旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的w火焰锅炉 - Google Patents

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旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉，它涉及一种W火焰锅炉，具体涉及一种旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉。本发明为了解决拱上布置有旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉NOx排放量高、飞灰可燃物含量高、下炉膛前后墙水冷壁结渣、高温腐蚀问题。本发明包括炉体、多个旋流煤粉燃烧器、多个乏气喷口和多个分级风喷口，炉体由下炉膛和上炉膛组成，多个旋流煤粉燃烧器均布设置在上炉膛的前炉拱和后炉拱上，每个旋流煤粉燃烧器的内二次风管、外二次风管相对一次风管向远离炉膛中心线的方向偏移排列。本发明属于W火焰锅炉低氮氧化物燃烧技术领域。

Description

旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉
技术领域
本发明涉及一种W火焰锅炉，具体涉及一种旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉，属于W火焰锅炉低氮氧化物燃烧技术领域。
背景技术
目前，国内部分电厂锅炉是拱上布置有旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉。W火焰锅炉是一种为燃用无烟煤、贫煤而设计的锅炉。这种锅炉在运行过程中普遍存在NOx排放量高、飞灰可燃物含量高、下炉膛前后墙水冷壁易高温腐蚀、结渣等问题。
W火焰锅炉NOx排放量较高，可达1500～1800mg/m3。NOx对动物和人体有致毒作用，是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和破坏大气臭氧层的一个重要因素。NOx在大气中被进一步氧化将形成细微的硝酸盐颗粒，是雾霾的重要来源。
W火焰锅炉由于燃用煤种为挥发分低的无烟煤和贫煤，煤粉不易燃尽，易造成飞灰可燃物含量高。飞灰可燃物含量高会造成锅炉不完全燃烧损失增加，降低锅炉热效率。
W火焰锅炉水冷壁结渣和高温腐蚀一直是锅炉运行中存在的严重问题。锅炉水冷壁结渣会导致传热热阻增加，传热减弱，工质吸热量减少，锅炉排烟温度升高，排烟热损失增加，锅炉效率下降，会使水冷壁各部分受热不均，导致水冷壁破坏；锅炉水冷壁高温腐蚀使水冷壁变薄，形成安全运行的严重隐患，增加锅炉的临时性检修和大修的工作量，造成很大的经济浪费；锅炉水冷壁高温腐蚀易发生水冷壁管突发性爆炸事故，造成紧急停炉检修，增加额外的检修费用，直接影响电厂效益。
发明内容
本发明为解决拱上布置有旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉NOx排放量高、飞灰可燃物含量高、下炉膛前后墙水冷壁结渣、高温腐蚀问题，进而提出旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括炉体、多个旋流煤粉燃烧器、多个乏气喷口和多个分级风喷口，炉体由下炉膛和上炉膛组成，多个旋流煤粉燃烧器均布设置在上炉膛的前炉拱和后炉拱上，每个旋流煤粉燃烧器的内二次风管、外二次风管相对一次风管向远离炉膛中心线的方向偏移排列。
进一步的，一次风管的一次风通道轴线、内二次风管的内二次风通道轴线、外二次风管的外二次风通道轴线相互平行且位于第一平面内。
进一步的，旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉，其特征在于：第一平面垂直于炉膛前墙水冷壁和炉膛后墙水冷壁。
进一步的，一次风管的一次风通道喷口端面圆心位于内二次风管的内二次风通道喷口端面圆在平面上靠近炉膛中心一侧的半径上，内二次风管的内二次风通道喷口端面圆心位于外二次风喷口端面圆在第一平面上靠近炉膛中心一侧的半径上，使内、外二次风流通面积小的一侧靠近炉膛中心。
本发明的有益效果是：1、本发明有利于煤粉气流提前着火，火焰稳定性提高：W火焰锅炉是一种为燃用无烟煤、贫煤而设计的锅炉，无烟煤、贫煤属于难燃煤，挥发分含量低，着火困难，所以W火焰锅炉炉膛内火焰稳定性差，并且火焰容易熄灭。燃烧器一、二次风未偏心布置时，靠近炉膛中心一侧的内、外二次风喷口的流通面积分别与靠近前后墙水冷壁一侧的内、外二次风喷口流通面积相等，靠近炉膛中心一侧的内、外二次风喷口的气流平均速度、风量分别与靠近前后墙水冷壁一侧的内、外二次风喷口的气流平均速度、风量相等。靠近炉膛中心一侧的总二次风量与靠近前后墙水冷壁一侧的总二次风量相等，各占燃烧器总二次风量的50％。旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置后，靠近炉膛中心一侧内、外二次风流通面积减少，内、外二次风喷口靠近炉膛中心一侧的气流平均速度分别与靠近前后墙水冷壁一侧的内、外二次风喷口的气流平均速度相等，那么，在保持燃烧器总二次风量不变的情况下，燃烧器一、二次风偏心布置后，靠近炉膛中心一侧的总二次风量减少。一次风携带煤粉从燃烧器喷口喷出，二次风包裹在一次风粉的外围，受到来自炉膛中心火焰的辐射加热以及来自高温气流的对流加热，二次风和被包裹的煤粉气流的温度逐渐升高，当二者同时达到着火温度时，煤粉才开始着火。燃烧器一、二次风偏心布置后，靠近炉膛中心一侧的总二次风量减少，在加热条件相同、接收热量不变的情况下，煤粉气流升温加快，使得煤粉着火提前，W火焰锅炉炉膛内火焰稳定性提高。
2、本发明有利于降低NOx生成量：煤粉燃烧过程中形成的NOx分为热力型NOx和燃料型NOx，其中燃料型NOx是燃烧过程中最主要的生成方式，在煤粉燃烧NOx产物中占60～80％。燃料型NOx是由燃料中含氮化合物在燃烧中氧化而成，富氧条件下燃料型NOx生成量较多，而低氧、还原性气氛下能够抑制燃料型NOx生成。与旋流煤粉燃烧器一、二次风未偏心布置相比，一、二次风偏心布置后，靠近炉膛中心一侧的总二次风量减少，使得靠近炉膛中心一侧的煤粉气流在富燃料低氧的气氛中燃烧，有效地抑制了燃料型NOx的形成，从而使总NOx生成量大幅度降低。与旋流煤粉燃烧器一、二次风未偏心布置相比，一、二次风偏心布置后，靠近炉膛中心一侧的总二次风量减少，在加热条件以及接收热量相同的情况下，靠近炉膛中心一侧的煤粉气流升温加快，煤粉着火提前，由于着火时，煤粉气流靠近炉膛中心一侧二次风量少，煤粉气流提前着火会使燃烧过程提前进入低氧、还原性气氛中，能够有效地降低NOx的生成。与旋流煤粉燃烧器一、二次风未偏心布置相比，一、二次风偏心布置后，靠近炉膛中心一侧的总二次风量减少，则靠近前后墙水冷壁一侧的总二次风量增加，在加热条件和接收热量相同的情况下，与旋流煤粉燃烧器一次风未偏置相比，靠近前后墙水冷壁一侧气流升温速度相对较慢，靠近前后墙水冷壁一侧的二次风温相对较低，刚性较强，使得靠近前后墙水冷壁一侧的二次风携带煤粉气流下射深度增加，则靠近炉膛中心一侧的煤粉气流燃烧过程包围在还原性气氛中的时间也相应加长，有利于降低NOx的生成。
3、本发明有效地减少了飞灰可燃物含量：旋流煤粉燃烧器一、二次风未偏心布置相比，一、二次风偏心布置后，靠近炉膛中心一侧的总二次风量减少，在加热条件以及接收热量相同的情况下，煤粉气流升温加快，煤粉着火提前，同时燃烧器一、二次风偏心布置后，靠近前后墙水冷壁一侧的二次风量增加，与旋流煤粉燃烧器一、二次风未偏心布置相比，在加热条件和接收热量相同的情况下，靠近前后墙水冷壁一侧的气流升温速度相对较慢，靠近前后墙水冷壁一侧的二次风温相对较低，刚性较强，使得靠近前后墙水冷壁一侧的二次风携带煤粉气流下射深度增加。煤粉气流不仅提前着火而且燃烧行程增大，所以煤粉能够较充分燃烧，有效地提高了煤粉的燃尽率，减少了飞灰可燃物含量。
4、本发明能够有效地防止下炉膛水冷壁结渣，减少高温腐蚀：在高温煤粉气流冲刷水冷壁时，煤粉气流中的熔融状灰渣会因温度降低而凝固在水冷壁表面，黏结并聚集发展成一层难于清除的灰渣层，在还原性气氛中，灰的熔点降低，结渣可能性增大。与旋流煤粉燃烧器一、二次风未偏心布置相比，一、二次风偏心布置后，靠近前后墙水冷壁一侧的二次风量增加，靠近前后墙水冷壁一侧的氧气含量高，下炉膛前后墙水冷壁附近处于相对较强的氧化性气氛中，灰的熔点升高，有效地防止水冷壁结渣。W火焰锅炉下炉膛水冷壁出现高温腐蚀现象的原因是：W火焰锅炉运行过程中，高温水冷壁与还原性气体H2、H2S等反应，使金属管壁减薄，发生高温腐蚀。与旋流煤粉燃烧器一、二次风未偏心布置相比，一、二次风偏心布置后，靠近前后墙水冷壁一侧的总二次风量增加，氧气量充足，处于氧化性气氛中，还原性气体H2、H2S等会被氧化为H2O和SO2，防止了水冷壁的高温腐蚀。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图，图2是图1中A-A截面示意图。
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，本实施方式所述旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉包括炉体5、多个旋流煤粉燃烧器3、多个乏气喷口10和多个分级风喷口11，炉体5由下炉膛1和上炉膛2组成，多个旋流煤粉燃烧器3均布设置在上炉膛2的前炉拱9和后炉拱4上，每个旋流煤粉燃烧器3的内二次风管7、外二次风管8相对一次风管6向远离炉膛中心线2-1的方向偏移排列。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉的一次风管6的一次风通道轴线14、内二次风管7的内二次风通道轴线13、外二次风管8的外二次风通道轴线12相互平行且位于第一平面16内。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉的第一平面16垂直于炉膛前墙水冷壁2-2和炉膛后墙水冷壁2-3。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉的一次风管6的一次风通道喷口端面圆心O1位于内二次风管7的内二次风通道喷口端面圆在第一平面16上靠近炉膛中心2-1一侧的半径上，内二次风管7的内二次风通道喷口端面圆心O2位于外二次风8喷口端面圆在第一平面16上靠近炉膛中心2-1一侧的半径上，使内、外二次风流通面积小的一侧靠近炉膛中心2-1。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
工作原理
采用本发明所述的一、二次风偏心布置的旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉的工作过程如下：在炉膛的前炉拱9上从炉膛中心2-1到炉膛的前墙水冷壁2-2之间以及在炉膛的后炉拱4上从炉膛中心2-1到炉膛的后墙水冷壁2-3之间各布置有多个旋流煤粉燃烧器3，在下炉膛的前墙水冷壁2-2和后墙水冷壁2-3上由上到下依次设置了多个乏气风喷口10和分级风喷口11。一次风携带煤粉气流由一次风喷口喷入下炉膛1内，内二次风由内二次风喷口喷入下炉膛1内，外二次风由外二次风喷口喷入下炉膛1内，乏气风由乏气风喷口喷入下炉膛1，分级风由分级风喷口喷入下炉膛1内。在下炉膛1内，煤粉气流在下冲过程中不断混入二次风，当煤粉气流与乏气风和分级风混合后，煤粉气流继续下行，随后高温煤粉气流经180°折转向上流动，形成W型火焰。
本发明所述一、二次风偏心布置的旋流煤粉燃烧器，内二次风流通面积为S1，外二次风流通面积为S2，旋流煤粉燃烧器3一、二次风未偏心布置时，靠近炉膛中心2-1一侧的内、外二次风喷口的流通面积分别与靠近前后墙水冷壁一侧的内、外二次风喷口流通面积相等。旋流煤粉燃烧器3一、二次风偏心布置后，一次风通道喷口端面圆心O1位于内二次风通道喷口端面圆在第一平面16上靠近炉膛中心2-1一侧的半径上，内二次风7通道喷口端面圆心O2位于外二次风8喷口端面圆在第一平面16上靠近炉膛中心2-1一侧的半径上，第二平面15过一次风通道轴线14并垂直于第一平面16，以第二平面15为界，燃烧器靠近炉膛中心2-1一侧内、外二次风流通面积减少。
实施例
本实例是对一台300MW的W火焰锅炉进行现场测量，该W火焰锅炉所采用的原一、二次风未偏心布置的旋流燃烧器和本发明一、二次风偏心布置的旋流煤粉燃烧器各通道管径均为：一次风通道外径为368mm，内二次风通道内径为864mm，内二次风通道外径为880mm，外二次风通道内径为1112mm。该W火焰锅采用原一、二次风未偏心布置的旋流煤粉燃烧器时，靠近炉膛中心一侧的总二次风量与靠近前后墙水冷壁一侧的总二次风量相等，各占燃烧器总二次风量的50％，冷态示踪试验测得燃烧器主气流下冲深度为3.2m，热态试验测得煤粉气流在距燃烧器喷口1.3m的位置着火，锅炉NOx排放量1300mg/m3，飞灰可燃物含量为11％。该W火焰锅炉改用本发明中提供的一种一、二次风偏心布置的旋流煤粉燃烧器后，一次风通道喷口端面圆心O1与内二次风通道喷口端面圆心O2的距离O1O2为112mm，内二次风通道喷口端面圆心O2与外二次风通道喷口端面圆心O3的距离O2O3为64mm，以第二平面15为界，靠近炉膛一侧一次风量保持不变，仍占一次风总量的50％，靠近炉膛一侧内二次风量占总内二次风量的30％，靠近炉膛一侧的外二次风量占总外二次风量的30％，那么，靠近炉膛中心一侧二次风量减少了总二次风量的20％，靠近前后墙水冷壁一侧的二次风量增加了总二次风量的20％，冷态示踪试验测得燃烧器主气流下冲深度为4.4m，下冲深度增加1.2m；热态试验测得煤粉气流在距燃烧器喷口0.8m的位置着火，煤粉气流提前0.5m着火；锅炉NOx排放量950mg/m3，NOx排放量降低了350mg/m3；飞灰可燃物含量为8.9％，飞灰可燃物含量降低了2.1个百分点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉，它包括炉体(5)、多个旋流煤粉燃烧器(3)、多个乏气喷口(10)和多个分级风喷口(11)，炉体(5)由下炉膛(1)和上炉膛(2)组成，多个旋流煤粉燃烧器(3)均布设置在上炉膛(2)的前炉拱(9)和后炉拱(4)上，其特征在于：每个旋流煤粉燃烧器(3)的内二次风管(7)、外二次风管(8)相对一次风管(6)向远离炉膛中心线(2-1)的方向偏移排列。
2.根据权利要求1所述旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉，其特征在于：一次风管(6)的一次风通道轴线(14)、内二次风管(7)的内二次风通道轴线(13)、外二次风管(8)的外二次风通道轴线(12)相互平行且位于第一平面(16)内。
3.根据权利要求2所述旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉，其特征在于：第一平面(16)垂直于炉膛前墙水冷壁(2-2)和炉膛后墙水冷壁(2-3)。
4.根据权利要求1所述旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉，其特征在于：一次风管(6)的一次风通道喷口端面圆心(O1)位于内二次风管(7)的二次风通道喷口端面圆在第一平面(16)上靠近炉膛中心(2-1)一侧的半径上，内二次风管(7)的内二次风通道喷口端面圆心(O2)位于外二次风(8)喷口端面圆在第一平面(16)上靠近炉膛中心(2-1)一侧的半径上，使内、外二次风流通面积小的一侧靠近炉膛中心(2-1)。
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