CN107781804B - 一种侧墙布置拱部燃烧器的对称燃烧w型火焰锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种侧墙布置拱部燃烧器的对称燃烧W型火焰锅炉，在上下炉膛交汇处于左右墙侧设置左右拱并布置拱部燃烧器，分级风喷口设置在左右墙下部并与拱部燃烧器相对应，上炉膛后墙侧设置高深度折焰角。显然，左右拱侧下射煤粉气流所处炉膛纵剖面与炉膛出口烟气流向垂直且到炉膛出口距离相等，炉膛出口导向作用对称作用在左右拱侧下行煤粉气流上，消除了现有技术中“因前后墙侧上行烟气流到炉膛出口距离不等而起作用的上炉膛不对称结构效应”这一流场偏斜形成的诱因，营造了沿炉宽方向炉膛纵剖面上形成对称W型火焰的条件；高深度折焰角能有效压制上炉膛烟气流的后倾行为，确保对称W型火焰的烟气流在上行过程中不倾向后墙侧。

Description

一种侧墙布置拱部燃烧器的对称燃烧W型火焰锅炉
技术领域
本发明涉及一种W型火焰锅炉，具体涉及一种侧墙布置拱部燃烧器的对称燃烧W型火焰锅炉，属于W型火焰锅炉燃烧技术领域。
背景技术
低挥发分煤反应活性较差，需较高着火温度、较好稳燃条件和长燃尽时间。为实现大规模燃用低挥发分煤，欧美工业强国于20世纪60年代开发了W型火焰锅炉。这种锅炉具有独特的双拱形炉膛结构，即在上下炉膛交汇处于前后墙侧设置两个炉拱(称为前后拱)以布置煤粉燃烧器，经拱部燃烧器下射喷入炉内的煤粉气流在下射一定深度后折转上行交汇于炉膛中心，两个对称的L型火焰于是合并成W型火焰，故称为W型火焰锅炉。鉴于我国能源政策鼓励电站锅炉燃用低挥发分煤， W型火焰锅炉近20年来在我国得以较大规模引进。但从现有运行业绩来看，多数W型火焰锅炉偏离了其构建对称W型火焰的设计理念，呈现出明显的不对称燃烧特征，采用风、煤粉调平等常规手段亦无法实现对称燃烧。燃烧不对称通常使得锅炉燃烧稳定性较差、燃尽低，严重时导致锅炉灭火事故频繁，超临界W 型火焰锅炉还因燃烧不对称引起炉内热负荷分布不均匀，进而导致水冷壁鳍片拉裂甚至爆管事故。为保证W火焰锅炉安全稳定运行并改善其运行经济性，应尽量将不对称燃烧程度减轻或将其彻底消除。
针对W型火焰锅炉燃烧不对称问题，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》将燃烧不对称归结于炉内形成“前长后短、气流整体偏向前墙侧上行”型偏斜流场，而偏斜流场成因在于：来自前后墙侧的两股上行气流在炉膛中心交汇时彼此间存在相互挤压作用，下炉膛分级风横向推动作用强化了这一挤压作用，在较短上炉膛不对称结构效应的导向作用(即折焰角和炉膛出口位于后墙侧，后墙侧下行气流因距炉膛出口较近而易被导引而提前上行)这一主因作用下，最终诱使一侧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。为有效隔断“上炉膛不对称结构效应的导向作用”这一流场偏斜诱因对前后拱下煤粉气流行程的负面影响，中国发明专利《一种对称燃烧的W型火焰锅炉》(中国专利号ZL 201410543855.9、授权公告日 2009.08.24，下称“文件一”)通过在W型火焰锅炉拱下靠近炉膛中心侧布置对称的水冷壁分隔墙，将前后拱下的下射煤粉气流与炉膛中心区域相互挤压的上行气流分隔开来，保证前后墙侧煤粉气流在各自的下射行程中自由舒展开来(即一侧煤粉气流下射行程免受另一侧煤粉气流的压迫)，以期强制组织对称燃烧。然而，“文件一”的拱下分隔墙技术在实际应用中存在锅炉造价偏高和分隔墙水冷壁易磨损、结渣和热疲劳等问题。可见，在如何弱化或消除“上炉膛不对称结构效应的导向作用”这一流场偏斜诱因上，可以考虑在炉膛结构和燃烧系统布置上进行调整，以期避免“文件一”中拱下分隔墙带来的上述问题。
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，进而提供了一种侧墙布置拱部燃烧器的对称燃烧W型火焰锅炉。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种侧墙布置拱部燃烧器的对称燃烧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，下炉膛由炉拱、前墙、后墙、左侧墙、右侧墙和冷灰斗组成，上炉膛在靠近所述后墙侧设有折焰角和炉膛出口；位于上、下炉膛交汇处的两个炉拱是对称设置在左侧墙和右侧墙上的左炉拱和右炉拱；沿炉深方向呈“一”字排开并与下炉膛连通的多个拱部燃烧器对称设置在左炉拱和右炉拱上，用以给入下射的风粉混合物；沿炉深方向呈“一”字排开并与下炉膛连通的多个分级风喷口对称设置在左侧墙和右侧墙的下部，用以给入分级风；多个分级风喷口与多个拱部燃烧器一一对应；来自炉拱的对称下射煤粉气流所处的炉膛纵剖面与炉膛出口的烟气流向相垂直，与此同时，来自左炉拱和右炉拱的下行煤粉气流到炉膛出口的距离相等，炉膛出口的导向作用对称地作用在来自左炉拱和右炉拱的下行气流上，消除了现有技术中“因前后墙侧上行烟气流到炉膛出口距离不等而起作用的上炉膛不对称结构效应”这一流场偏斜形成的诱因，营造了沿炉宽方向炉膛纵剖面上形成对称W型火焰的条件。
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.现有技术的W型火焰锅炉(图3和图4)其多个燃烧器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11'，分级风12'从前墙4'和后墙5'的下部对称给入，风粉混合物11'与分级风12'在冷灰斗6'的中上部区域混合后再折转上行；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L型火焰，L型火焰交汇于炉膛中心区域进而构建理想的对称W型火焰13'。然而，多台采用现有技术的 W型火焰锅炉其冷态模化试验、数值计算和工业实验结果表明，炉内形成“前长后短、气流整体偏向前墙侧上行”的偏斜流场13a'(偏斜形式如图4所示)，偏斜流场13a'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13a' 的形成归结于：由前墙侧风粉混合物11a'和后墙侧风粉混合物11b'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，彼此间存在较强相互挤压作用， (前墙分级风12a'和后墙分级风12b'的横向推动强化该挤压作用)，在较短上炉膛 8' 的不对称结构效应导向作用下(折焰角9'和水平烟道10'位于后墙侧)，后墙侧下行气流因距炉膛出口较近而易被导引而提前上行，留下低压区以供来自前墙侧的气流进一步扩展开来，最终诱使前墙侧的气流在其下行扩展并折转上行过程中挤向后墙侧气流，使得后墙侧的气流扩展受限，从而形成偏斜流场13a'。
b.本发明中的一种侧墙布置拱部燃烧器的对称燃烧W型火焰锅炉(图1和图 2)其技术优势体现在：与现有技术W型火焰锅炉(图3和图4)采用的“前后拱形炉膛和上下炉膛的侧墙各自坐落在同一纵剖面”结构形式(即相比于上炉膛8'，下炉膛7'在炉深方向上得到扩张)不同，本发明中侧墙布置拱部燃烧器的W型火焰锅炉(图1和图2)采用“左右拱形炉膛和上下炉膛的前后墙各自坐落在同一纵剖面”结构形式(即相比于上炉膛2，下炉膛1在炉宽方向上得到扩张)，将W型火焰锅炉下炉膛1突出的两个炉拱3(即左炉拱3a和右炉拱3b)转而布置在左右墙侧(即左侧墙11和右侧墙12)，其目的是让来自炉拱3的两股对称下射煤粉气流13所处的炉膛纵剖面与炉膛出口10的烟气流向相垂直，如此一来，来自左炉拱3a和右炉拱3b的下行煤粉气流13到炉膛出口10的距离相等，炉膛出口10 的导向作用对称地作用在左右炉拱侧的下行气流13上，从根本上消除了“上炉膛不对称结构对原先前后拱下射煤粉气流11'的导向作用(图3和图4)”这一流场偏斜形成的诱因，进而营造了在沿炉宽方向炉膛纵剖面上形成对称W型火焰的条件，避免了一侧火焰挤向另一侧的偏斜火焰形成。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和燃烧系统布置主视图；
图2是图1中所示炉膛结构和燃烧系统的A向侧视图(包含沿炉宽方向的炉膛纵截面上流场，图中流场分布以炉膛中心1-1为对称面，各股喷入炉内气流的速度方向均采用箭头标出)；
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侧墙布置拱部燃烧器的对称燃烧W型火焰锅炉其炉膛分为下炉膛1和上炉膛2两部分，所述下炉膛1由左炉拱3a、右炉拱3b、前墙5、后墙6、左侧墙11、右侧墙12和冷灰斗 8组成；左炉拱3a和右炉拱3b对称设置在左侧墙11和右侧墙12上；多个拱部燃烧器4沿炉深方向呈“一”字排开与下炉膛1连通，且沿炉宽方向的炉膛中心线1-1对称设置在左炉拱3a和所述右炉拱3b上，用以给入下射的风粉混合物13；多个分级风喷口7沿炉深方向呈“一”字排开与所述下炉膛1连通，且沿炉宽方向的炉膛中心线1-1对称设置在左侧墙11和右侧墙12的下部，用以给入分级风 14来组织分级燃烧并调节火焰的下冲深度；所述上炉膛2的上部在靠近所述后墙6的一侧设有折焰角9和炉膛出口10。本实施方式的独特之处是将W型火焰锅炉下炉膛1的两个炉拱3(即左炉拱3a和右炉拱3b)设置在左右墙侧，其目的是让来自炉拱3的两股对称下射煤粉气流13所处的炉膛纵剖面与炉膛出口10 的烟气流向相垂直，如此一来，来自左炉拱3a和右炉拱3b的下行煤粉气流13 到炉膛出口10的距离相等，炉膛出口10的导向作用对称地作用在左右炉拱侧的下行气流13上，从根本上消除了现有技术中“因前后墙侧上行烟气流到炉膛出口距离不等而起作用的上炉膛不对称结构效应”这一流场偏斜形成的诱因，进而营造了沿炉宽方向炉膛纵剖面上形成对称W型火焰15的条件。
所述对称W型火焰15虽在炉宽方向的炉膛纵剖面上沿炉膛中心线1-1呈对称形态，但在炉深方向上，因受炉膛出口10的导向作用而在上炉膛2内有向后墙侧倾斜的趋势。此时，增大折焰角9的深度w2以强化其对上行烟气流倾向后墙侧的压制作用，将是确保对称W型火焰15在上行过程中不发生向后墙侧倾斜的关键所在。经大量试验和数值计算优化后发现本发明中折焰角深度w2与现有技术中折焰角深度w1的比值w2/w1应控制在1.5～2.0范围内。

Claims (2)

1.一种侧墙布置拱部燃烧器的对称燃烧W型火焰锅炉，所述W型火焰锅炉包含下炉膛(1)和上炉膛(2)两部分，下炉膛(1)由炉拱(3)、前墙(5)、后墙(6)、左侧墙(11)、右侧墙(12)和冷灰斗(8)组成，上炉膛(2)的上部在靠近后墙(6)的一侧设有折焰角(9)和炉膛出口(10)；其特征在于：位于上炉膛(1)和下炉膛(2)交汇处的两个炉拱(3)是对称设置在左侧墙(11)和右侧墙(12)上的左炉拱(3a)和右炉拱(3b)；沿炉深方向呈“一”字排开并与下炉膛(1)连通的多个拱部燃烧器(4)对称设置在左炉拱(3a)和右炉拱(3b)上，用以给入下射的煤粉气流(13)；沿炉深方向呈“一”字排开并与下炉膛(1)连通的多个分级风喷口(7)对称设置在左侧墙(11)和右侧墙(12)的下部，用以给入分级风(14)；多个分级风喷口(7)与多个拱部燃烧器(4)一一对应；来自两个炉拱(3)的对称下射煤粉气流(13)所处的炉膛纵剖面与炉膛出口(10)的烟气流向相垂直，与此同时，来自左炉拱(3a)和右炉拱(3b)的下行煤粉气流(13)到炉膛出口(10)的距离相等，炉膛出口(10)的导向作用对称地作用在来自左炉拱(3a)和右炉拱(3b)的下行煤粉气流(13)上，营造了沿炉宽方向炉膛纵剖面上形成对称W型火焰(15)的条件。
2.根据权利要求1所述的一种侧墙布置拱部燃烧器的对称燃烧W型火焰锅炉，其特征在于：所述折焰角(9)采用高深度折焰角，其折焰角深度w2与现有技术中折焰角深度w1的比值w2/w1控制在1.5～2.0范围内，用以强化其对上炉膛(2)内上行烟气流后倾行为的压制作用，确保对称W型火焰(15)的烟气流在上行过程中不倾向所述后墙(6)一侧。
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