CN107543151B - 一种能够提高煤粉燃尽的烟气再循环系统的w火焰锅炉 - Google Patents

一种能够提高煤粉燃尽的烟气再循环系统的w火焰锅炉 Download PDF

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Abstract

一种能够提高煤粉燃尽的烟气再循环系统的W火焰锅炉，它涉及一种W火焰锅炉。本发明解决了采用旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉增设燃尽风后，飞灰可燃物含量大幅度升高的问题。再循环烟气系统包括再循环烟气总管、内二次风再循环烟气支管、外二次风再循环烟气支管、分级风再循环烟气支管、引风机、流量计和阀门；引风机出口与再循环烟气总管连通，再循环烟气总管分别与内二次风再循环烟气支管、外二次风再循环烟气支管和分级风再循环烟气支管的一端连通，外二次风再循环烟气支管和内二次风再循环烟气支管的另一端与旋流煤粉燃烧器内外二次风入口对应连通，分级风再循环烟气支管的另一端与对应的分级风管连通。本发明属于W火焰锅炉节能减排技术领域。

Description

一种能够提高煤粉燃尽的烟气再循环系统的W火焰锅炉
技术领域
本发明涉及一种燃煤锅炉，具体涉及一种能够提高煤粉燃尽的烟气再循环系统的W火焰锅炉，属于W火焰锅炉节能减排技术领域。
背景技术
在中国现有探明煤储量中，无烟煤所占份额11.5％,是世界上少数无烟煤储量丰富的国家之一。无烟煤具有煤化程度高和挥发分含量低等特点，使其自身难于着火且燃尽性能较差。W火焰锅炉因其下炉膛空间大、温度高、火焰行程长且先下行而后上返有利于着火，成为燃用无烟煤较好的炉型。然而，W火焰锅炉在实际运行中，NOx排放量较高，其中，旋流燃烧器W火焰锅炉NOx原始排放量高达1400mg/m3(6％O2)。
NOx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，同时，NOx在大气中被进一步氧化将形成细微的硝酸盐颗粒，是造成雾霾天气的重要因素。为此，针对燃煤电厂，国家出台了《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，到2020年，燃煤电厂实现超低排放，其中NOx排放浓度为50mg/m3(6％O2)。如果W火焰锅炉不采取减排措施，难以满足日益苛刻的环保要求。燃尽风技术作为一种简单、低成本、高效的技术，被广泛应用于W火焰锅炉低NOx改造中。其中，旋流煤粉燃烧器W火焰锅炉增设燃尽风后，锅炉NOx排放能够大幅度降低，然而，由于燃尽风量占总风量的20％左右，锅炉增设燃尽风后，使得旋流煤粉燃烧器的内、外二次风量和下炉膛的分级风量均减少，导致旋流煤粉燃烧器内、外二次风和下炉膛分级风下冲动量大幅度降低，无法保证煤粉气流的下冲深度，煤粉在下炉膛停留时间减少，当燃用无烟煤时，飞灰可燃物含量大幅度增加，可达到10％以上。
目前，烟气再循环技术主要用于控制炉内NOx生成，对于工业煤粉炉：中国发明专利《一种工业煤粉锅炉烟气再循环低氮燃烧方法和系统》(申请日为2016年7月29日、申请号为201610614713.6、公开日为2016年12月21日，下称“文件一”)和中国发明专利《一种烟气再循环低氮炉窑》(申请日为2016年4月1日、申请号为201620270786.3、公开日为2016年8月24日，下称“文件二”)，对于链条炉：中国发明专利《烟气再循环链条炉及其烟气再循环多层布风控制法》(申请日为2017年1月23日、申请号为201710050149.4、公开日为2017年5月17日，下称“文件三”)和中国发明专利《一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统及其使用方法》(申请日为2016年12月19日、申请号为201611181583.8、公开日为2017年4月26日，下称“文件四”)，对于循环流化床锅炉：中国发明专利《流化床锅炉低氮燃烧装置》(申请日为2016年12月18日、申请号为201611173000.7、公开日为2017年5月10日，下称“文件五”)、中国发明专利《实现低氮氧化物排放的循环流化床锅炉系统》(申请日为2016年5月27日、申请号为201610360176.7、公开日为2016年7月27日，下称“文件六”)，以上发明专利均是通过在锅炉尾部抽取一部分低温烟气送入炉内，降低炉内的氧气浓度和燃烧温度，其主要目的均是降低炉内NOx生成，均未涉及到通过再循环烟气来降低飞灰可燃物含量，提高锅炉效率。目前，采用烟气再循环的W火焰锅炉的发明专利非常少，其中，中国发明专利《一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO2减排系统》(申请日为2013年2月18日、申请号为201310052677.5、公开日为2013年5月15日，下称“文件七”)和中国发明专利《一种富氧燃烧W火焰锅炉系统及其燃烧工艺》(申请日为2012年12月11日、申请号为201210531793.0、公开日为2013年4月3日，下称“文件八”)公开了一种进入炉内的空气由再循环烟气掺混纯氧替代用于减少CO2排放的方法，也未涉及到通过再循环烟气来降低飞灰可燃物含量，提高锅炉效率。
“文件一”至“文件六”中均非W火焰锅炉，而是其他炉型(如：工业煤粉炉、链条炉和循环流化床锅炉)主要燃用褐煤和烟煤，与无烟煤相比，褐煤和烟煤碳化程度低，挥发分含量高，燃尽程度高，所以，其他炉型采用再循环烟气主要目的均是用于降低炉内NOx生成，均未涉及到用于降低飞灰可燃物含量，提高锅炉效率，所以其他炉型的再循环烟气系统无法应用于W火焰锅炉。
研究表明，煤粉气流的下冲深度对W火焰锅炉煤粉燃尽程度影响较大。煤粉气流下冲深度越大，煤粉颗粒在下炉膛的停留时间越长，下炉膛煤粉火焰充满度和煤粉燃尽性均提高。此外，煤粉气流下冲深度越大，拱下回流区越大，回流至拱部燃烧器区域的高温烟气量越多，更有利于一次风煤粉气流及时着火，有利于煤粉燃尽。
发明内容
本发明为解决采用旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉增设燃尽风后，飞灰可燃物含量大幅度升高的问题，进而提供一种能够提高煤粉燃尽的烟气再循环系统的W火焰锅炉。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的能够提高煤粉燃尽的烟气再循环系统的W火焰锅炉包括下炉膛1、上炉膛2、炉拱3、多个旋流煤粉燃烧器4，多个乏气风管5、多个分级风管6和多个燃尽风喷口7；多个旋流煤粉燃烧器4均匀对称布置在炉拱3的两侧，且炉拱3的两侧旋流煤粉燃烧器4分别沿炉膛宽度方形呈一字型分布，乏气风管5和分级风管6对称设置在炉拱3的前后侧壁上，乏气风管5和分级风管6与其同侧的旋流煤粉燃烧器4上下一一对应设置，多个燃尽风喷口7位于下炉膛1和上炉膛2的交界处；所述W火焰锅炉还包括两个再循环烟气系统，再循环烟气系统包括再循环烟气总管13、内二次风再循环烟气支管8、外二次风再循环烟气支管9、分级风再循环烟气支管10、引风机14、流量计12和阀门11；引风机14从锅炉尾部引入再循环烟气，引风机14出口与再循环烟气总管13连通，再循环烟气总管13分别与内二次风再循环烟气支管8、外二次风再循环烟气支管9和分级风再循环烟气支管10的一端连通，外二次风再循环烟气支管9和内二次风再循环烟气支管8的另一端与旋流煤粉燃烧器4内外二次风入口对应连通，分级风再循环烟气支管10的另一端与对应的分级风管6连通。
进一步地，乏气风管5和分级风管6均下倾布置。
进一步地，内二次风再循环烟气支管8、外二次风再循环烟气支管9、分级风再循环烟气支管10上均设置有流量计12和阀门10。
进一步地，内二次风再循环烟气支管8、外二次风再循环烟气支管9、分级风再循环烟气支管10的上部均竖直设置，内二次风再循环烟气支管8、外二次风再循环烟气支管9、分级风再循环烟气支管10上的流量计12位于对应阀门10的上方，每个支管上流量计12与阀门10的距离为支管直径的五倍。
本发明的有益效果是：
本发明旋流煤粉燃烧器内、外二次风和分级风掺混再循环烟气后，与采用燃尽风但未采用烟气再循环的旋流煤粉燃烧器W火焰锅炉(中国发明专利《一种采用旋流煤粉燃烧器的多次引射分级W火焰锅炉》(申请日为2016年10月26日、申请号为201610949784.1、公开日为2017年3月22日))相比，使得旋流煤粉燃烧器内、外二次风和分级风的下冲动量大幅度增加，燃烧器内、外二次风和分级风携带煤粉气流下冲深度增大，煤粉颗粒在下炉膛停留时间变长，有利于燃尽；再循环烟气还通过增设的拱上缝隙式喷口喷入炉内，喷口速度在40～45m/s范围内，在静压差作用下，低速的燃烧器煤粉气流由拱上缝隙式喷口喷出的高速再循环烟气进一步引射携带下行，从而使煤粉颗粒下射深度增加，进一步提高了煤粉燃尽；通过拱上缝隙式喷口喷入炉内的再循环烟气还能够有效阻隔煤粉颗粒被甩到前、后墙水冷壁上，有效防止前、后墙水冷壁结渣和高温腐蚀；布置有燃尽风的旋流燃烧器W火焰锅炉采用本发明后，煤粉气流下冲深度大幅度增加，拱下回流区增大，回流至拱部燃烧器区域的高温烟气量增多，有利于一次风煤粉气流及时着火，有利于煤粉燃尽。
本发明与未采用燃尽风和烟气再循环的旋流煤粉燃烧器W火焰锅炉(中国发明专利《一种乏气风偏置的W火焰锅炉》(申请日为2016年7月28日、申请号为201610605676.2、公开日为2016年12月21日)和中国发明专利《旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉》(申请日为2015年12月28日、申请号为201511007686.8、公开日为2016年5月4日))相比，本发明在保证煤粉燃尽的前提下，燃尽风不仅提高了炉内空气分级水平，减少了炉内NOx生成，同时，再循环烟气一定程度上能够降低炉内温度，炉内NOx生成进一步降低，最终使得锅炉NOx排放大幅度降低，同时再循环烟气能够有效防止前、后墙水冷壁结渣和高温腐蚀。
附图说明
图1是本发明的能够提高煤粉燃尽的烟气再循环系统的W火焰锅炉燃烧系统布置示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1所示，本实施方式的能够提高煤粉燃尽的烟气再循环系统的W火焰锅炉包括下炉膛1、上炉膛2、炉拱3、多个旋流煤粉燃烧器4，多个乏气风管5、多个分级风管6和多个燃尽风喷口7；多个旋流煤粉燃烧器4均匀对称布置在炉拱3的两侧，且炉拱3的两侧旋流煤粉燃烧器4分别沿炉膛宽度方形呈一字型分布，乏气风管5和分级风管6对称设置在炉拱3的前后侧壁上，乏气风管5和分级风管6与其同侧的旋流煤粉燃烧器4上下一一对应设置，多个燃尽风喷口7位于下炉膛1和上炉膛2的交界处；所述W火焰锅炉还包括两个再循环烟气系统，再循环烟气系统包括再循环烟气总管13、内二次风再循环烟气支管8、外二次风再循环烟气支管9、分级风再循环烟气支管10、引风机14、流量计12和阀门11；引风机14从锅炉尾部引入再循环烟气，引风机14出口与再循环烟气总管13连通，再循环烟气总管13分别与内二次风再循环烟气支管8、外二次风再循环烟气支管9和分级风再循环烟气支管10的一端连通，外二次风再循环烟气支管9和内二次风再循环烟气支管8的另一端与旋流煤粉燃烧器4内外二次风入口对应连通，分级风再循环烟气支管10的另一端与对应的分级风管6连通。
具体实施方式二：如图1所示，本实施方式乏气风管5和分级风管6均下倾布置。如此设置，用于改变风的入射角度，调整炉内火焰中心位置和温度场分布。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：如图1所示，本实施方式内二次风再循环烟气支管8、外二次风再循环烟气支管9、分级风再循环烟气支管10上均设置有流量计12和阀门10。通过调节阀门10的开度合理分配各个再循环烟气支管的再循环烟气量，流量计12用于测量各个再循环烟气支管的烟气流量。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：如图1所示，本实施方式内二次风再循环烟气支管8、外二次风再循环烟气支管9、分级风再循环烟气支管10的上部均竖直设置，内二次风再循环烟气支管8、外二次风再循环烟气支管9、分级风再循环烟气支管10上的流量计12位于对应阀门10的上方，每个支管上流量计12与阀门10的距离为支管直径的五倍。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

Claims (4)

1.一种能够提高煤粉燃尽的烟气再循环系统的W火焰锅炉，所述W火焰锅炉包括下炉膛(1)、上炉膛(2)、炉拱(3)、多个旋流煤粉燃烧器(4)，多个乏气风管(5)、多个分级风管(6)和多个燃尽风喷口(7)；多个旋流煤粉燃烧器(4)均匀对称布置在炉拱(3)的两侧，且炉拱(3)的两侧旋流煤粉燃烧器(4)分别沿炉膛宽度方形呈一字型分布，乏气风管(5)和分级风管(6)对称设置在炉拱(3)的前后侧壁上，乏气风管(5)和分级风管(6)与其同侧的旋流煤粉燃烧器(4)上下一一对应设置，多个燃尽风喷口(7)位于下炉膛(1)和上炉膛(2)的交界处；其特征在于：所述W火焰锅炉还包括两个再循环烟气系统，再循环烟气系统包括再循环烟气总管(13)、内二次风再循环烟气支管(8)、外二次风再循环烟气支管(9)、分级风再循环烟气支管(10)、引风机(14)、流量计(12)和阀门(11)；引风机(14)从锅炉尾部引入再循环烟气，引风机(14)出口与再循环烟气总管(13)连通，再循环烟气总管(13)分别与内二次风再循环烟气支管(8)、外二次风再循环烟气支管(9)和分级风再循环烟气支管(10)的一端连通，外二次风再循环烟气支管(9)和内二次风再循环烟气支管(8)的另一端与旋流煤粉燃烧器(4)内外二次风入口对应连通，分级风再循环烟气支管(10)的另一端与对应的分级风管(6)连通。
2.根据权利要求1所述的能够提高煤粉燃尽的烟气再循环系统的W火焰锅炉，其特征在于：乏气风管(5)和分级风管(6)均下倾布置。
3.根据权利要求1或2所述的能够提高煤粉燃尽的烟气再循环系统的W火焰锅炉，其特征在于：内二次风再循环烟气支管(8)、外二次风再循环烟气支管(9)、分级风再循环烟气支管(10)上均设置有流量计(12)和阀门(11 )。
4.根据权利要求3所述的能够提高煤粉燃尽的烟气再循环系统的W火焰锅炉，其特征在于：内二次风再循环烟气支管(8)、外二次风再循环烟气支管(9)、分级风再循环烟气支管(10)的上部均竖直设置，内二次风再循环烟气支管(8)、外二次风再循环烟气支管(9)、分级风再循环烟气支管(10)上的流量计(12)位于对应阀门(11 )的上方，每个支管上流量计(12)与阀门(11 )的距离为支管直径的五倍。
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