CN106989411B - 一种锅炉水冷壁气膜保护装置 - Google Patents

一种锅炉水冷壁气膜保护装置 Download PDF

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Abstract

一种锅炉水冷壁气膜保护装置，在锅炉水冷壁区域的高温火焰和烟气煤粉气流的上游炉墙上，倾斜设置有若干风口，每个风口与设置在炉膛外侧的风道相连通。本发明中风由风口喷射进入炉膛，顺烟气流在火焰和高温烟气流的下游与水冷壁之间形成风幕，风幕在火焰、高温烟气推动下偏向水冷壁，形成空气隔离层，风幕的作用一方面可以将刷墙的煤粉气流或火焰推向炉膛断面的中心，以避免刷墙的煤粉气流或火焰对水冷壁的冲刷磨损、腐蚀，另一方面在上游高温火焰、烟气作用下折转至下游水冷壁区域，在下游水冷壁区域形成一层氧化性气氛保护膜，从根本上解决水冷壁高温腐蚀问题。

Description

一种锅炉水冷壁气膜保护装置
技术领域
本发明属于锅炉领域，具体涉及一种锅炉水冷壁气膜保护装置。
背景技术
近年来，随着发改能源[2014]2093号《煤电节能减排升级与改造行动计划》的实施，燃煤电厂开展了一系列超低排放的改造。为保证烟气中NOx的排放达到排放标准要求，缓解脱硝系统运行压力，绝大部分电厂已开展了低氮燃烧器改造或深度低氮燃烧器改造。然而低氮燃烧方式下，锅炉主燃烧区域处于弱还原性气氛，部分水冷壁由于其贴壁处还原性气氛较强，烟气中H2S含量偏高，造成水冷壁高温腐蚀，导致水冷壁管壁壁厚减薄明显，严重影响机组运行安全。据了解，近年来燃煤锅炉发生多起因水冷壁高温腐蚀，水冷壁壁厚减薄导致强度不足，管段发生泄漏被迫停机的事件。一些电厂为解决此类问题，在每次检修期间对高温腐蚀减薄超标的管子进行更换，严重影响机组长周期安全稳定运行。
为解决水冷壁高温腐蚀问题，锅炉制造厂家和一些科研院所提出了不同结构的贴壁风技术，通过在锅炉水冷壁处设置贴壁风口，将空气送入易发生高温腐蚀的水冷壁区域，以改善此区域处还原性气氛，避免高温腐蚀的发生。但是贴壁风技术存在以下问题：(1)如贴壁风喷口面积设置偏大，虽然可以有效地改善水冷壁附近还原性气氛，但由于贴壁风喷口面积较大，其对原有锅炉空气动力场造成影响，出现诸如高温受热面管壁超温、脱硝入口NOx偏高、尾部CO浓度偏高的问题；如贴壁风喷口面积设置偏小，则对水冷壁贴壁气氛的改善效果不佳，不能起到防止水冷壁高温腐蚀的作用。(2)贴壁风口大多在炉内向火侧设置有导流装置，这些导流装置在运行中会由于火焰的冲刷、高温辐射等原因造成烧损脱落，造成贴壁风无法准确地到达易发生高温腐蚀的水冷壁区域，不能发挥贴壁风的作用。(3)贴壁风风源一般取自热二次风箱，然而由于锅炉运行中热二次风箱风压约为1kPa左右，在机组负荷较低时可能会影响贴壁风的刚性。为解决锅炉水冷壁高温腐蚀问题，也为了避免上述贴壁风存在的问题，有必要提出一种水冷壁气膜保护装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锅炉水冷壁气膜保护装置，该装置能够有效改善水冷壁贴壁处气氛，杜绝高温腐蚀的发生。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种锅炉水冷壁气膜保护装置，在锅炉水冷壁区域的高温火焰和烟气煤粉气流的上游炉墙上，倾斜设置有若干风口，每个风口与设置在炉膛外侧的风道相连通。
本发明进一步的改进在于，对于前后墙对冲燃烧锅炉，沿炉膛深度方向，在炉膛深度三分之一与二分之一之间的右侧墙上设置有若干风口，在炉膛深度二分之一与三分之二之间的右侧墙上关于炉膛深度方向的中心线对称设置若干风口；左侧墙上设置若干风口，并且左侧墙与右侧墙上的风口对称设置；对于四角切圆燃烧锅炉，在燃烧器出口射流上游区域的炉墙上设置若干风口。
本发明进一步的改进在于，对于前后墙对冲燃烧锅炉，风口与侧墙的夹角为锐角；对于四角切圆燃烧锅炉，风口与炉墙的夹角为锐角。
本发明进一步的改进在于，风口的宽度为15～30cm；对于前后墙对冲燃烧锅炉，风口与侧墙的夹角为30～45°；对于四角切圆燃烧锅炉，风口与炉墙的夹角为30～45°。
本发明进一步的改进在于，风口间隔设置，形成缝隙式风口。
本发明进一步的改进在于，对于前后墙对冲燃烧锅炉，风口的高度为最下层旋流燃烧器至燃尽风燃烧器的距离；对于四角切圆燃烧锅炉，风口的高度为最下层燃烧器至最上层燃烧器之间的距离。
本发明进一步的改进在于，对于前后墙对冲燃烧锅炉，风口的高度小于最下层旋流燃烧器至燃尽风燃烧器的距离；对于四角切圆燃烧锅炉，风口的高度小于最下层燃烧器至最上层燃烧器之间的距离。
本发明进一步的改进在于，风口沿高度方向分为若干段，并且若干段间隔设置。
本发明进一步的改进在于，对于前后墙对冲燃烧锅炉，沿炉膛深度方向，将锅炉右侧墙划分为右侧墙Ⅰ段、右侧墙Ⅱ段、右侧墙Ⅲ段三段，其中，将右侧墙Ⅱ段向炉体外平移150mm～200mm，右侧墙Ⅱ段与右侧墙Ⅰ段、右侧墙Ⅲ段之间的缝隙形成自然风口；锅炉左侧墙设置与右侧墙上结构相同的自然风口。
本发明进一步的改进在于，每个风口内部均设置有导流板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在容易发生高温腐蚀的水冷壁区域的高温火焰和烟气煤粉气流的上游炉墙上，设置与炉墙呈一定角度的风口，风由风口喷射进入炉膛，顺烟气流在火焰和高温烟气流的下游与水冷壁之间形成风幕，风幕在火焰、高温烟气推动下偏向水冷壁，形成空气隔离层，风幕的作用一方面可以将刷墙的煤粉气流或火焰推向炉膛断面的中心，以避免刷墙的煤粉气流或火焰对水冷壁的冲刷磨损、腐蚀，另一方面在上游高温火焰、烟气作用下折转至下游水冷壁区域，在下游水冷壁区域形成一层氧化性气氛保护膜，从根本上解决水冷壁高温腐蚀问题。本发明装置结构简单，效果明显，方便已投运的锅炉进行相应的技术改造。
进一步的，对于前后墙对冲燃烧锅炉，沿炉膛深度方向，在炉膛深度三分之一与二分之一之间的右侧墙上设置有若干风口，在炉膛深度二分之一与三分之二之间的右侧墙上关于炉膛深度方向的中心线对称设置若干风口；由于风口布置在靠近容易发生高温腐蚀的水冷壁区域，在有限风量下形成有效的风幕，通过风口进入炉膛的风量占比较少，对锅炉低氮燃烧和脱硝运行有利。
进一步的，对于前后墙对冲燃烧锅炉，左侧墙与右侧墙上的风口对称设置，并且设置在左侧墙和右侧墙水冷壁沿炉膛深度方向的高温腐蚀区域，标高位于最下层燃烧器至燃尽风的范围，缝隙式风口以容易发生高温腐蚀的水冷壁炉墙中心线为轴对称布置；对于四角切圆燃烧锅炉，气膜保护装置设置在燃烧器出口射流上游区域，高度在最下层燃烧器至最上层燃烧器之间的范围。
进一步的，本发明中对于前后墙对冲燃烧锅炉，风口与侧墙的夹角为30～45°；对于四角切圆燃烧锅炉，风口与炉墙的夹角为30～45°，通过设置特殊结构的风口，风口设计为具有一定长度和适当宽度的缝隙式，通过内部结构(如风道导流)使风口喷射的空气流与容易发生腐蚀区域的水冷壁呈一定角度。或者通过将容易发生腐蚀区域的水冷壁分段错位，形成自然的与容易发生腐蚀区域的水冷壁成一定角度的风口；通过多层布置或多向布置，使保护风形成风幕，对容易发生腐蚀区域的水冷壁形成气膜保护，防止水冷壁高温腐蚀的发生。同时，本发明使保护风口排列靠近容易腐蚀区域，在有限风量下可以形成有效供给和保护，风量占比少，对低氮燃烧与脱硝运行有利。
附图说明
图1为本发明实施例1的对冲燃烧锅炉水冷壁气膜保护装置的俯视示意图；
图2为本发明实施例1的对冲燃烧锅炉水冷壁气膜保护装置的侧视示意图；其中，图2(a)为整段布置，图2(b)为分段布置，图2(c)为任意布置；
图3为本发明实施例1的四角切圆燃烧锅炉水冷壁气膜保护装置的俯视示意图；
图4为本发明实施例2的对冲燃烧锅炉水冷壁气膜保护装置的俯视示意图；
其中，1为炉膛前墙，2为炉膛后墙，3为炉膛左侧墙，4为炉膛右侧墙，5为前墙燃烧器，6为后墙燃烧器，7为第一风口，8为第二风口，9为第三风口，10为第四风口，11为调节阀，12为截止阀，13为右侧墙Ⅰ段，14为右侧墙Ⅱ段，15为右侧墙Ⅲ段，16为第五风口，17为第六风口，18为第七风口，19为水冷壁，20为高温腐蚀区域，21为燃烧器射流背火侧下游区域，22为风道，23为第八风口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
对于前后墙对冲燃烧锅炉，水冷壁19高温腐蚀大多发生在左侧墙3和右侧墙4沿炉膛深度方向的高温腐蚀区域20，标高位于最下层旋流燃烧器至燃尽风燃烧器的范围。
对于四角切圆燃烧锅炉，水冷壁19高温腐蚀大多发生在直流燃烧器出口射流下游区域，高度在最下层燃烧器至最上层燃烧器之间的范围。
本发明的水冷壁气膜保护装置，即在容易发生高温腐蚀的水冷壁区域的高温火焰和烟气煤粉气流的上游炉墙上，设置与炉墙呈一定角度的风口，风由风口喷射进入炉膛，在火焰和烟气流的下游形成风幕，风幕的作用一方面可以将刷墙的煤粉气流或火焰推向炉膛断面的中心，以避免刷墙的煤粉气流或火焰对水冷壁的冲刷磨损、腐蚀，另一方面在上游高温火焰、烟气作用下折转至下游水冷壁区域，在下游水冷壁区域形成一层氧化性气氛保护膜，从根本上解决水冷壁高温腐蚀问题。
本发明设置的缝隙式风口或水冷壁分段错位形成的自然风口主要靠近上述区域，位于其对应的高温火焰和烟气流的上游，以使风幕在上游火焰、高温烟气推动下偏向水冷壁19，形成空气隔离层，对水冷壁19形成气膜保护，防止高温腐蚀的发生。
在锅炉水冷壁区域的高温火焰和烟气煤粉气流的上游炉墙上，倾斜设置有若干风口，每个风口与设置在炉膛外侧的风道相连通。具体的，对于前后墙对冲燃烧锅炉，沿炉膛深度方向，在炉膛深度三分之一与二分之一之间的右侧墙上设置有若干风口，在炉膛深度二分之一与三分之二之间的右侧墙上关于炉膛深度方向的中心线对称设置若干风口，并且风口与右侧墙的夹角为锐角，如呈30～45°，风口的宽度为15～30cm；左侧墙上设置若干风口，并且左侧墙与右侧墙上的风口对称设置；对于四角切圆燃烧锅炉，在燃烧器出口射流上游区域的炉墙上设置若干风口，并且风口与炉墙的夹角为锐角，如呈30～45°，风口的宽度为15～30cm。
相邻风口间隔设置，形成缝隙式风口。
优选的，对于前后墙对冲燃烧锅炉，风口的高度为最下层旋流燃烧器至燃尽风燃烧器的距离或小于最下层旋流燃烧器至燃尽风燃烧器的距离。
对于四角切圆燃烧锅炉，风口的高度为最下层燃烧器至最上层燃烧器之间的距离，或小于最下层燃烧器至最上层燃烧器之间的距离。
风口沿高度方向分为若干段，并且若干段可间隔设置，即采用整体布置或分段布置。
此外，对于前后墙对冲燃烧锅炉，沿炉膛深度方向，将传统锅炉右侧墙划分为右侧墙Ⅰ段13、右侧墙Ⅱ段14、右侧墙Ⅲ段15三段，其中，将右侧墙Ⅱ段14向炉体外平移一定距离，如150mm～200mm，右侧墙Ⅱ段14与右侧墙Ⅰ段13、右侧墙Ⅲ段15之间的缝隙形成自然风口。传统锅炉左侧墙也按照此方式进行分段布置，左侧墙、右侧墙上形成自然风口。
本发明中的每个风口内部均设置有导流板。
下面通过具体实施例进行详细说明。
实施例1
本实施例针对前后墙对冲燃烧锅炉，将传统锅炉若干根水冷壁19及其鳍片进行割除，在锅炉水冷壁区域的高温火焰和烟气煤粉气流的上游的右侧墙上设置与炉墙呈一定角度的缝隙式第一风口7。缝隙式第一风口7与水冷壁6中心线形成一定的夹角，夹角为30～45°或适当角度以内。缝隙式第一风口7可以为整段布置或者分段布置。参见图2(a)，整段布置具体为将第一风口7的高度为锅炉最下层旋流燃烧器至燃尽风燃烧器的距离，参见图2(b)，分段布置具体为将第一风口7沿高度方向分割为若干段，若干段在高度方向上间隔设置。参见图2(c)，可根据具体实际情况，比如设置第一风口7和第二风口8的位置和高度根据需要易腐蚀的区域大小进行确定。
参见图1，对冲燃烧锅炉包括相连接的炉膛前墙1、右侧墙4、炉膛后墙2以及左侧墙3，四个炉墙均由水冷壁19和鳍片连接构成。前墙1上设置有若干前墙燃烧器5，炉膛后墙2上设置有若干后墙让燃烧器6，对冲燃烧锅炉两侧墙高温腐蚀区域20，即图中阴影部分容易发生高温腐蚀问题，故将缝隙式第一风口7、第二风口8、第三风口9、以及第四风口10设置在锅炉右侧墙5上，且位于火焰和烟气流上游。相对于前墙燃烧器5，缝隙式第一风口7和第二风口8位于其火焰上游，相对于后墙燃烧器6，缝隙式第三风口9和第四风口10也是位于其火焰上游。缝隙式第一风口7与前墙1的距离为炉膛深度的1/3，第四风口10与后墙2的距离为炉膛深度的1/3，第一风口7、第二风口8、第三风口9和第四风口10的高度均为最下层燃烧器2至燃尽风燃烧器2之间的距离。缝隙式第一风口7与缝隙式第四风口10、缝隙式第二风口8与缝隙式第三风口9以炉膛深度方向的中心线为对称轴。右侧墙上的第一风口7、第二风口8、第三风口9和第四风口10均与风道22相连通，并且风道22与第一风口7、第二风口8、第三风口9和第四风口10之间均设置有一个调节阀11，风道风源取自压缩空气或者热一次风母管。在压缩空气或者热一次风母管至风道22的管道上设置有调节阀和截止阀12。
左侧墙3上设置有若干风口，并且左侧墙3上的风口与右侧墙上的风口对称设置。
参见图3，对于四角切圆燃烧锅炉，水冷壁高温腐蚀主要位于燃烧器射流背火侧下游区域21，即图中阴影部分。图3以气流为逆时针方向旋转的四角切圆燃烧锅炉为例，对于锅炉4号角来讲，锅炉炉墙上开设有缝隙式第六风口17和缝隙式第七风口18位于4号角火焰上游，送风在4号角火焰气流作用下，偏向燃烧器射流背火侧下游区域21的水冷壁，对水冷壁形成气膜保护。第六风口17和第七风口18与风道22相连通，并且风道风源取自压缩空气或者热一次风母管。在压缩空气或者热一次风母管至风道22的管道上设置有调节阀和截止阀12。风道22与第六风口17、第七风口18之间均设置有调节阀11。
锅炉其他炉墙上均设置有与该炉墙上的风口相同结构的风口。
实施例2
参见图4，对于对冲燃烧锅炉，将传统锅炉右侧墙划分为三段：右侧墙Ⅰ段13、右侧墙Ⅱ段14以及右侧墙Ⅲ段15，其中右侧墙Ⅱ段14为容易发生水冷壁高温腐蚀的区域，右侧墙Ⅱ段14距离前墙1和后墙2的距离均为炉膛深度的1/3。与传统锅炉相比，右侧墙Ⅱ段14向炉外方向平移150mm～200mm，并与右侧墙Ⅰ段13之间形成第五风口16，右侧墙Ⅱ段14与右侧墙Ⅲ段15之间形成第八风口23，第五风口16位于前墙燃烧器5火焰和烟气流上游，第八风口23位于后墙燃烧器6火焰和烟气流上游。第五风口16和第八风口23高度均为锅炉最下层燃烧器2至燃尽风燃烧器2标高(即锅炉最下层燃烧器2至燃尽风燃烧器2之间的距离)，由于右侧墙Ⅱ段14向炉膛外侧移动，也降低了旋流的火焰或煤粉对右侧墙Ⅱ段14水冷壁19的冲刷腐蚀影响。传统锅炉左侧墙也按照此方式进行分段布置，从而在左侧墙、右侧墙上形成自然风口。
参见图1，本发明中的风道22布置在水冷壁19的背火侧，其布置位置与第一风口7、第二风口8、第三风口9、第四风口10相对应。
参见图3，本发明中的风道22布置在水冷壁19的背火侧，其布置位置与第六风口17、第七风口18相对应。
参见图4，本发明中的风道22布置在水冷壁19的背火侧，其布置位置与第五风口16、第八风口23相对应。
由于第一风口7、第二风口7、第三风口9、第四风口10、第五风口16、第六风口17、第七风口18以及第八风口23可以为整段布置或者分段布置，这样风道22也可以为整段布置或者分段布置。
风道22风源取自压缩空气或者热一次风母管。在压缩空气或者热一次风母管至风道22上分别设置有滤网、调节阀11、截止阀12。
本发明中的每个风口内部可设置导流板，风道中的送风经导流板以一定的角度喷射进入炉膛。
本发明的水冷壁气膜保护装置，特点在于在容易发生高温腐蚀的水冷壁区域的火焰和烟气流上游，设置与水冷壁呈一定角度、具有一定长度和适当宽度的缝隙式特殊结构的风口，风由特殊结构的风口喷射出来后，顺烟气流在火焰、高温烟气与水冷壁之间形成风幕，风幕在火焰、高温烟气推动下偏向水冷壁，形成空气隔离层，对水冷壁形成气膜保护。
风幕的形式由风口形式和内部结构确定。风幕是在水冷壁容易发生高温腐蚀区域的上游设置一层或多层特殊结构的缝隙式风口，或通过改变左侧墙、右侧墙水冷壁结构形成自然角度的风口，在水冷壁处形成氧化性气氛保护膜。

Claims (3)

1.一种锅炉水冷壁气膜保护装置，其特征在于，在锅炉水冷壁区域的高温火焰和烟气煤粉气流的上游炉墙上，倾斜设置有若干风口，每个风口与设置在炉膛外侧的风道相连通；对于前后墙对冲燃烧锅炉，风口的高度为最下层旋流燃烧器至燃尽风燃烧器的距离；对于四角切圆燃烧锅炉，风口的高度为最下层燃烧器至最上层燃烧器之间的距离；对于前后墙对冲燃烧锅炉，沿炉膛深度方向，将锅炉右侧墙划分为右侧墙Ⅰ段(13)、右侧墙Ⅱ段(14)、右侧墙Ⅲ段(15)三段，其中，将右侧墙Ⅱ段(14)向炉体外平移150mm～200mm，右侧墙Ⅱ段(14)与右侧墙Ⅰ段(13)、右侧墙Ⅲ段(15)之间的缝隙形成自然风口；锅炉左侧墙设置与右侧墙上结构相同的自然风口；
风口沿高度方向分为若干段，并且若干段间隔设置；
对于前后墙对冲燃烧锅炉，沿炉膛深度方向，在炉膛深度三分之一与二分之一之间的右侧墙上设置有若干风口，在炉膛深度二分之一与三分之二之间的右侧墙上关于炉膛深度方向的中心线对称设置若干风口；左侧墙上设置若干风口，并且左侧墙与右侧墙上的风口对称设置；
对于四角切圆燃烧锅炉，在燃烧器出口射流上游区域的炉墙上设置若干风口；
对于前后墙对冲燃烧锅炉，风口与侧墙的夹角为30～45°；
对于四角切圆燃烧锅炉，风口与炉墙的夹角为30～45°；
风口间隔设置，形成缝隙式风口。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉水冷壁气膜保护装置，其特征在于，风口的宽度为15～30cm。
3.根据权利要求1所述的一种锅炉水冷壁气膜保护装置，其特征在于，每个风口内部均设置有导流板。
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