CN108413387B - 一种煤粉锅炉双向双分级燃烧技术 - Google Patents

Abstract

本发明属于煤粉燃烧技术领域，特别涉及基于通流面积可调直流煤粉燃烧器的一种煤粉锅炉双向双分级燃烧技术。该技术基于通流面积可调直流煤粉燃烧器以及锅炉整体A～E层燃烧器配合投运实现，其中通流面积可调直流煤粉燃烧器包括燃烧器内隔板、挡板、挡板执行装置、背火侧通道补充风、稳燃齿装置组成；此技术最大特点是根据具体锅炉负荷要求，配合调节单只燃烧器通流面积以及投运A～E层燃烧器层数，实现锅炉全负荷范围内，尤其是超低负荷工况下稳、低NOx、无高温腐蚀运行，使得火电厂机组锅炉具备灵活性深度调峰能力，且调节灵活，操作简单方便，经济实用，同时具有适应多煤种的宽范围特性，具有广泛的经济效益和社会效益。

Description

一种煤粉锅炉双向双分级燃烧技术

技术领域

本发明属于煤粉燃烧技术领域，特别涉及基于通流面积可调直流煤粉燃烧器的一种煤粉锅炉双向双分级燃烧工艺。

背景技术

火电厂燃煤锅炉广泛采用直流煤粉燃烧器，每一台磨煤机带一层四只煤粉燃烧器在炉膛中四角切园方式燃烧，负荷变化时，通过退出或者增加燃烧器运行层数调整适应锅炉负荷，随着我国能源结构深刻变化，这种调节方式很难适应锅炉灵活运行、深度调峰的需要。低负荷、超低负荷稳定燃烧，低污染物生成，宽负荷范围脱硝入口烟温保持，水冷壁高温腐蚀是目前我国电站锅炉的突出问题。本发明主要针对电站切园燃烧煤粉锅炉上述的突出问题设计了通流面积可调燃烧器及双向双分级燃烧技术，在原理、结构、运行方式上与其它燃烧器完全不同。该燃烧器利用分隔板把燃烧器内部分隔为2～4个分隔通道，调整燃烧器分隔通道投入数量可以调整燃烧器通流面积，以及配合燃烧器投运层数适应锅炉负荷，形成双向双分级燃烧，可以有效解决目前电站锅炉存在的低负荷稳燃等诸多突出问题。并且具有造价低，操作简单、可靠性高、实用性强等诸多优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对电站直流燃烧器切园燃烧煤粉锅炉的通流面积可调为基础的双向双分级燃烧技术，用以解决锅炉低负荷、超低负荷稳燃，低污染物生成，宽负荷范围脱硝入口烟温保持以及水冷壁高温腐蚀等目前我国电站锅炉的突出问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：

锅炉所有燃烧器或者其中几层燃烧器设计为通流面积可调燃烧器，锅炉运行时，全负荷范围内根据具体负荷要求，调节各个燃烧器通流面积以及投入A～E层燃烧器的具体层数，保证燃烧器弯头入口风速大于煤粉沉积临界速度，进而调节入炉煤量、风量，使锅炉适应负荷要求运行；相同负荷工况下，单只燃烧器煤粉气流减少，但投运的燃烧器层数增加，实现垂直方向燃料分布和燃烧过程分级，而燃烧器背火侧通道增加空气流量，水平方向向火侧为煤粉气流，背火侧为空气，实现水平方向燃料分布和燃烧过程分级，通过双向双分级技术使得炉膛内总体呈现风包煤燃料分布和燃烧，拉长了燃烧过程还原区，减少NOx生成；同时，多层燃烧器投运能够提高火焰中心位置，提高烟气出口温度，满足低负荷时SCR烟温要求；燃烧器向火侧浓煤粉有上游高温烟气点燃，另一侧低压区有高温烟气回流持续稳定点燃煤粉且保持稳定燃烧，实现锅炉低负荷、超低负荷稳定着火及燃烧；燃烧器背火侧分隔通道有空气流入，在水冷壁附近补充氧气避免高温腐蚀。

锅炉采用通流面积可调燃烧器，负荷一定时，缩小单个燃烧器通流面积，增加燃烧器投运层数，总体保持投入煤量不变，实现垂直方向燃料分布分级、燃烧过程分级，拉长燃烧区域和NOx还原区域；总入炉风量不变，总过量空气系数不变，增加一次风切园外侧风量，减少二次风量，火焰中心横向、纵向还原区拉长，减少NOx生成；低负荷时可以选择投运上层燃烧器，提高火焰中心位置，提高出口烟温，满足低负荷时SCR烟温要求。

锅炉采用通流面积可调燃烧器，满负荷时燃烧器通流面积全开，低负荷时关闭或者关小燃烧器背火侧分隔通道，形成炉内水平方向中心浓相，靠近水冷壁区域为稀相，水平方向总体呈现风包煤分布，实现炉内水平方向燃料分布分级、燃烧过程分级， 保证浓相煤粉稳定着火的同时延长与稀相混合，增加NOx生成过程中间产物，利于NOx还原，实现低NOx燃烧；同时燃烧器背火侧分隔通道空气通流，最终使得水冷壁附件区域氧气浓度高，避免水冷壁高温腐蚀。

锅炉采用通流面积可调燃烧器，中间分隔通道通流少量空气或者稀相煤粉气流，在燃烧器出口中间形成低压回流区，高温烟气一方面从向火侧点燃煤粉，另一方面回流入喷口中心低压从浓煤粉背侧点燃煤粉，实现低负荷、超低负荷时少量煤粉稳定着火和燃烧。

锅炉采用通流面积可调燃烧器，燃烧器内利用分隔板沿水平方向分隔为2～4个分隔通道，附图中以3个分隔通道为例，分隔通道宽度的几何尺寸m、z、h根据具体的锅炉及燃烧器参数确定；燃烧器入口靠近弯头部位设计分隔通道入口挡板，挡板可对分隔通道开启或者关闭进行调节，其行程范围为燃烧器背火侧外壳至向火侧分隔板之间，挡板与分隔板夹角范围为0°～90°之间，挡板外端连接有执行机构和控制箱，对挡板伸缩运动可实现就地操作也可以实现远程控制操作，调节入口挡板行程位置，可以实现中间分隔通道入口面积，进而调整中间分隔通道煤粉通流量，也即调整炉膛水平方向煤粉浓度分布。

锅炉采用通流面积可调燃烧器，燃烧器弯头入口煤粉气流速度大于临界速度，即大于煤粉在竖直管内沉降速度，临界速度根据具体锅炉参数、分隔通道数量、分隔通道截面积大小确定。

锅炉采用通流面积可调燃烧器，燃烧器背火侧分隔通道设置有空气或氧气供风装置，与燃烧器背火侧外壳连接，包括供风管道和调节阀，背火侧分隔通道隔板设置通风孔，供风系统可引自二次风或者一次热风，供风位置、流量、压力等具体参数设计需要根据具体锅炉和燃烧器参数确定；背火侧分隔板上开孔位置及几何尺寸需要根据具体锅炉和燃烧器参数确定，使中间分隔通道出口既要形成足够的低压回流区，也要避免烧损喷口，另一方面调节炉膛内水平方向燃烧器喷口中间分隔通道对应的回流区大小。

锅炉采用通流面积可调燃烧器，燃烧器喷口向火侧设置有稳燃齿，增加向火侧煤粉气流与高温烟气混合强度，增加着火性能。

锅炉采用通流面积可调燃烧器，挡板与燃烧器背火侧外壳之间采用动静密封方式进行密封，燃烧器分隔板与上下外壳之间设计有膨胀间隙。

本发明包括燃烧器外壳、燃烧器内沿流动方向水平设置的分隔板、分隔通道入口挡板、背火侧分隔通道供风管道及调节阀、燃烧器出口向火侧稳燃齿等组成。燃烧器入口端与一次风管道的弯头连接，燃烧器内部煤粉通道根据对应的磨煤机以及锅炉参数分隔为2～4个煤粉气流通道，本发明图示为3个分隔通道，燃烧器分隔板与燃烧器外壳焊接或者铸造连接，分隔通道入口端设计有挡板，挡板斜插入分隔通道入口端，夹角范围R为0°～90°，挡板与燃烧器外壳设计有动静密封装置，通过外部执行机构，挡板可以在行程范围内自由运动，其行程范围为背火侧外壳到向火侧分隔板之间。燃烧器背火侧分隔通道上设置有供风管道及调节阀，分隔通道之间的分隔板上设置有平衡通风孔，开孔位置及开孔面积大小根据具体型号的锅炉燃烧器参数确定。

本发明所具有的特定技术特征及产生的有益效果为：

1）利用分隔板把燃烧器内部沿水平方向分隔为2～4个煤粉气流通道，在保证燃烧器入口煤粉不沉积的前提下，利用挡板调节燃烧器通流面积，也即调整燃烧器投入功率，配合燃烧器投入层数，实现煤粉在炉内水平横向、垂直方向燃料分级和燃烧分级，炉膛内煤粉火焰总体呈现为风包煤燃烧，可以灵活调节锅炉燃烧，适应深度调峰要求；

2）水平横向向火侧煤粉浓高度集中，背火侧为纯空气或者富氧空气，中间通道出口压力低，利于高温烟气回流，实现了浓煤粉气流向火侧有上游高温火焰点燃，另一侧有高温回流烟气支持燃烧，从而达到煤粉稳定着火燃烧的目的，也即适应锅炉低负荷、超低负荷稳燃；

3）燃烧器通流面积减小，功率减小，相同负荷下，投入层数增多，拉长了垂直方向燃烧空间，拉长NOx还原区，减少NOx生成；

4）燃烧器背火侧分隔通道投入空气，使锅炉水冷壁附近氧浓度增加，避免水冷壁高温腐蚀；

5）减小燃烧器通流面积，增加燃烧器投入层数，调整火焰中心位置，调整炉膛出口烟温，低负荷、超低负荷下，满足SCR入口烟温要求；

6）调节入口挡板行程位置，可以实现中间分隔通道全关闭或者半关闭，进而调整中间分隔通道煤粉通流量，也即炉膛水平方向煤粉浓度分布；

7）背火侧分隔板上设计有通风孔，一方面冷却燃烧器喷口避免烧损，另一方面调节炉膛内水平方向燃烧器喷口回流区大小；

8）背火侧分隔通道设计有供风管道及调节阀，调整背火侧分隔通道流量和压力；

9）燃烧器喷口向火侧设计有稳燃齿；

10）挡板与燃烧器外壳之间采用动静密封装置；

11）挡板外侧连接执行机构及就地控制系统，挡板运行可以手动操作，也可以远程操作。

附图说明

图1为通流面积可调燃烧器的结构示意主视图；

图2为通流面积可调燃烧器的俯视刨面结构示意图；

图3为通流面积可调燃烧器喷口位置的结构示意侧视图；

图4为煤粉锅炉内燃烧器的结构布置示意图。

图中：1-弯头，2-挡板，3-背火侧分隔板，4-向火侧分隔板，5-燃烧器外壳，6-稳燃齿，7-执行机构，8-动静密封装置，9-就地控制箱，10-调节阀，11-供风管道，14-锅炉燃烧器总体布置，15-炉膛煤粉集中燃烧区，17-膨胀间隙，18-分隔通道m，19-分隔通道z，20-分隔通道h。

具体实施方式

下面结合图1～图4对本发明做进一步详细说明。

通过锅炉燃烧器总体布置14可知，在炉膛煤粉集中燃烧区15设置通流面积可调燃烧器，锅炉所有燃烧器或者其中几层燃烧器设计为通流面积可调燃烧器，锅炉运行时，全负荷范围内根据具体负荷要求，调节各个燃烧器通流面积以及投入A～E层燃烧器的具体层数，一种通流面积可调直流煤粉燃烧器，包括燃烧器入口，燃烧器入口与弯头1连接，燃烧器内部设有分隔板，分隔板包括背火侧分隔板3和向火侧分隔板4，二者在燃烧器内部形成独立的分隔通道m、z和h，在燃烧器入口位于分隔板前端设有挡板2，挡板2穿过燃烧器外壳5且二者之间采用动静密封装置8，挡板2连接有执行机构7，通过操作执行机构7能够使挡板2做伸缩运动用以调整燃烧器的通流面积，燃烧器外壳5的背火侧设有供风管道11及调节阀10，背火侧分隔板3上设置有用于为分隔通道m和z供风的通风孔，燃烧器向火侧喷口设有稳燃齿6，用于强化出口煤粉气流与高温火焰混合，利于着火；通过挡板2伸缩运动调整燃烧器通流面积，在喷口位置的分隔通道h20出口区域为浓相煤粉，分隔通道z19出口区域为稀相煤粉或者空气，而且形成低压回流区，利于高温烟气回流，分隔通道m18出口区域为空气，延迟煤粉燃尽氧量的补充以及避免水冷壁高温腐蚀。燃烧器内部沿水平方向设置有背火侧分隔板3和向火侧分隔板4，背火侧分隔板3和向火侧分隔板4在靠近弯头1的一端设置有用于分隔通道的挡板2，背火侧分隔板3、向火侧分隔板4和挡板2将燃烧器主体内部腔体分成分隔通道m18、分隔通道z19和分隔通道h20。

燃烧器所有部件均采用耐磨材料制作，喷口端材料既要求耐磨，也要求耐热。

本发明的工作过程为：

电站四角切园燃烧锅炉煤粉燃烧器采用通流面积可调燃烧器后，在全负荷范围内可以实现灵活调节。满负荷运行时 燃烧器通流面积全开，与传统燃烧器运行方式一致，而由于增加背火侧通道空气量，提高了燃烧器出口背火侧水冷壁区域氧浓度，可以避免高温腐蚀；低负荷、超低负荷运行时，根据运行参数及煤质情况，保证弯头入口大于煤粉沉积速度的情况下分为如下几种运行方式：1)通流面积最大+减少燃烧器投运层数；2)全部或者部分燃烧器缩小通流面积；3）减小燃烧器通流面积+增加燃烧器投运层数；4）减小燃烧器通流面积+减少燃烧器投运层数。通过挡板伸缩运动调节分隔通道开关、半开、闭合，调节进入分隔通道的煤粉气流流量，半开时，在弯头离心力作用下少量稀相煤粉进入分隔通道，配合背火侧空气流量，使燃烧器中间通道出口处形成低压区回流区，向火侧为浓煤粉区，背火侧为空气区，实现横向燃料和燃烧过程分级；浓煤粉迎风面有上游高温火焰点燃，浓煤粉背侧有高温烟气回流点燃，保证少量煤粉的稳定着火和燃烧；中间回流区既要回流高温烟气又要避免烧损喷嘴；背火侧空气保证水冷壁避免高温腐蚀。减小燃烧器通流面积，增加燃烧器投运层数，竖直方向实现了燃料分级和燃烧过程分级。

通过双向双分级燃烧方式的实现，可以满足锅炉低负荷、超低负荷工况下稳定着火和燃烧、减少NOx排放，避免水冷壁高温腐蚀，调节火焰中心位置满足SCR烟温要求。

该双向双分级燃烧技术适用于已经投入运行的和正在安装调试的电站切园燃烧锅炉，具有结构简单、运行简单、维护方便和经济节约等优点，具有广泛的社会效益和经济效益；也可适用于旧有锅炉的改造。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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做出的改进，包括与上述具体实施方式的组合形态均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种煤粉锅炉双向双分级燃烧工艺，其特征在于，锅炉所有燃烧器或者其中几层燃烧器设计为通流面积可调燃烧器，锅炉运行时，全负荷范围内根据具体负荷要求，调节各个燃烧器通流面积以及投入A～E层燃烧器的具体层数，保证燃烧器弯头入口风速大于煤粉沉积临界速度，进而调节入炉煤量、风量，使锅炉适应负荷要求运行；相同负荷工况下，单只燃烧器煤粉气流减少，但投运的燃烧器层数增加，实现垂直方向燃料分布和燃烧过程分级，而燃烧器背火侧通道增加空气流量，水平方向向火侧为煤粉气流，背火侧为空气，实现水平方向燃料分布和燃烧过程分级，通过双向双分级技术使得炉膛内总体呈现风包煤燃料分布和燃烧，拉长了燃烧过程还原区，减少NOx生成；同时，多层燃烧器投运能够提高火焰中心位置，提高烟气出口温度，满足低负荷时SCR烟温要求；燃烧器向火侧浓煤粉由上游高温烟气点燃，另一侧低压区由高温烟气回流持续稳定点燃煤粉且保持稳定燃烧，实现锅炉低负荷、超低负荷稳定着火及燃烧；燃烧器背火侧分隔通道有空气流入，在水冷壁附近补充氧气避免高温腐蚀。

2.根据权利要求1所述的一种煤粉锅炉双向双分级燃烧工艺，其技术特征在于，锅炉采用通流面积可调燃烧器，负荷一定时，缩小单个燃烧器通流面积，增加燃烧器投运层数，总体保持投入煤量不变，实现垂直方向燃料分布分级、燃烧过程分级，拉长燃烧区域和NOx还原区域；总入炉风量不变，总过量空气系数不变，增加一次风切圆外侧风量，减少二次风量，火焰中心横向、纵向还原区拉长，减少NOx生成；低负荷时可以选择投运上层燃烧器，提高火焰中心位置，提高出口烟温，满足低负荷时SCR烟温要求。

3.根据权利要求1所述的一种煤粉锅炉双向双分级燃烧工艺，其技术特征在于，锅炉采用通流面积可调燃烧器，满负荷时燃烧器通流面积全开，低负荷时关闭或者关小燃烧器背火侧分隔通道，形成炉内水平方向中心浓相，靠近水冷壁区域为稀相，水平方向总体呈现风包煤分布，实现炉内水平方向燃料分布分级、燃烧过程分级，保证浓相煤粉稳定着火的同时延长与稀相混合，增加NOx生成过程中间产物，利于NOx还原，实现低NOx燃烧；同时燃烧器背火侧分隔通道空气通流，最终使得水冷壁附近区域氧气浓度高，避免水冷壁高温腐蚀。

4.根据权利要求1所述的一种煤粉锅炉双向双分级燃烧工艺，其技术特征在于，锅炉采用通流面积可调燃烧器，中间分隔通道通流少量空气或者稀相煤粉气流，在燃烧器出口中间形成低压回流区，高温烟气一方面从向火侧点燃煤粉，另一方面回流入喷口中心低压从浓煤粉背侧点燃煤粉，实现低负荷、超低负荷时少量煤粉稳定着火和燃烧。

5.根据权利要求1所述的一种煤粉锅炉双向双分级燃烧工艺，其技术特征在于，锅炉采用通流面积可调燃烧器，燃烧器内利用分隔板沿水平方向分隔为3个分隔通道，分隔通道宽度的几何尺寸m、z、h根据具体的锅炉及燃烧器参数确定；燃烧器入口靠近弯头部位设计分隔通道入口挡板，挡板可对分隔通道开启或者关闭进行调节，其行程范围为燃烧器背火侧外壳至向火侧分隔板之间，挡板与分隔板夹角范围为0°～90°之间，挡板外端连接有执行机构和控制箱，对挡板伸缩运动可实现就地操作也可以实现远程控制操作，调节入口挡板行程位置，可以实现中间分隔通道入口面积的调整，进而调整中间分隔通道煤粉通流量，也即调整炉膛水平方向煤粉浓度分布。

6.根据权利要求1所述的一种煤粉锅炉双向双分级燃烧工艺，其技术特征在于，锅炉采用通流面积可调燃烧器，燃烧器弯头入口煤粉气流速度大于临界速度，即大于煤粉在竖直管内沉降速度，临界速度根据具体锅炉参数、分隔通道数量、分隔通道截面积大小确定。

7.根据权利要求1所述的一种煤粉锅炉双向双分级燃烧工艺，其技术特征在于，锅炉采用通流面积可调燃烧器，燃烧器背火侧分隔通道设置有空气或氧气供风装置，与燃烧器背火侧外壳连接，包括供风管道和调节阀，背火侧分隔通道隔板设置通风孔，供风系统可引自二次风或者一次热风，供风位置、流量、压力具体参数设计需要根据具体锅炉和燃烧器参数确定；背火侧分隔板上开孔位置及几何尺寸需要根据具体锅炉和燃烧器参数确定，使中间分隔通道出口既要形成足够的低压回流区，也要避免烧损喷口，另一方面调节炉膛内水平方向燃烧器喷口中间分隔通道对应的回流区大小。

8.根据权利要求1所述的一种煤粉锅炉双向双分级燃烧工艺，其技术特征在于，锅炉采用通流面积可调燃烧器，燃烧器喷口向火侧设置有稳燃齿，增加向火侧煤粉气流与高温烟气混合强度，增加着火性能。

9.根据权利要求1所述的一种煤粉锅炉双向双分级燃烧工艺，其技术特征在于，锅炉采用通流面积可调燃烧器，挡板与燃烧器背火侧外壳之间采用动静密封方式进行密封，燃烧器分隔板与上下外壳之间设计有膨胀间隙。