CN109578993A - 一种卧式燃煤炉及其烟气再循环系统和操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卧式燃煤炉及其烟气再循环系统和操作方法，包括：一种卧式燃煤炉的烟气再循环系统，所述卧式燃煤炉包括：卧式布置炉膛；卧式布置炉膛的出口处设置有烟道，卧式布置炉膛的入口处设置有燃烧器；燃烧器与一次风管和二次风管相连通；卧式布置炉膛的水平炉膛设置有灰斗；所述烟气再循环系统包括：再循环烟气管道；再循环烟气管道的入口与所述烟道相连通；再循环烟气管道的出口分别与一次风管和灰斗相连通；再循环烟气管道设置有风机；燃烧器内，二次风管套装在一次风管外侧。本发明通过多级烟气再循环系统，使得含碳量较高飞灰再燃，同时降低NOx，从而实现高效低氮燃烧。

Description

一种卧式燃煤炉及其烟气再循环系统和操作方法
技术领域
本发明属于煤燃烧技术及设备技术领域，涉及一种卧式布置炉膛燃烧器，特别涉及一种卧式燃煤炉及其烟气再循环系统和操作方法。
背景技术
带有卧式布置炉膛的工业煤粉锅炉是一种常用炉型，其结构较为紧凑，占地面积小。煤粉经过燃烧器喷出后首先在水平炉膛中燃烧，然后通过竖直部分炉膛，经过烟道排出，在水平布置炉膛部分，由于燃烧时间较短，部分含有未燃尽碳的飞灰在重力作用下发生沉降，导致飞灰含碳量升高，锅炉效率降低。
随着我国环境要求的日益提高，对于燃煤锅炉的氮氧化物排放也提出了更为严格的要求。由于工业煤粉炉一般较小，在燃煤电厂中安装的脱硝装置难以适用于工业煤粉炉，因此通过空气分级、烟气再循环、优化配风等手段降低氮氧化物排放量便成为一种选择。
烟气再循环是目前方法中的一种低氮燃烧方法，通过将烟气重新引入炉膛燃烧区，降低煤粉燃烧区域含氧量，降低炉膛温度，抑制氮氧化物的生成。
中国专利公布号第“CN107606613A”号公开了“一种燃气空气分级的内置烟气再循环旋流燃气燃烧器”，其采用中心燃料输送管道、一次风和混合通道均伸入炉膛，混合通道外侧墙壁设置若干再循环管道，中心燃料输送管道前段设置燃料主喷头和二级燃料喷头，混合通道内间隔均置若干三级燃料枪和二次风喷枪。但是该燃烧器仅适用于燃烧气体，并不适合煤粉锅炉。并且主要通过空气分级实现低氮燃烧，无法实现飞灰的再燃以及再循环烟气的分级。
中国专利公布号第“CN107606606A”号公开了“一种采用烟气再循环的中心给粉“Ω”形工业煤粉锅炉”，其采用一次风管、直流二次风管、旋流内二次风管和旋流外二次风管由内至外依次设置，通过将再循环烟气与空气在各级二次风管混合，调节不同混合比例，然后通过旋流二次风布置在一次风管外，使煤粉被集中在燃烧器中心喷入炉膛，延长煤粉在还原性气氛中停留时间，降低燃烧器中心区域NOx生成量。其通过燃烧器利用再循环烟气，但是在水平炉膛部分沉积的飞灰尚未得到利用。
发明内容
本发明针对的是煤粉锅炉中，尤其是卧式布置燃烧器水平炉膛中煤粉燃烧不充分、飞灰含碳量高、锅炉燃烧效率低下并且NOx原始排放量高的问题，提供一种卧式燃煤炉及其烟气再循环系统和操作方法，通过多级烟气再循环系统，使得含碳量较高飞灰再燃，同时降低NOx，从而实现高效低氮燃烧。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种卧式燃煤炉的烟气再循环系统，所述卧式燃煤炉包括：卧式布置炉膛；卧式布置炉膛的出口处设置有烟道，卧式布置炉膛的入口处设置有燃烧器；燃烧器与一次风管和二次风管相连通；卧式布置炉膛的水平炉膛设置有灰斗；所述烟气再循环系统包括：再循环烟气管道；再循环烟气管道的入口与所述烟道相连通；再循环烟气管道的出口分别与一次风管和灰斗相连通；再循环烟气管道设置有风机；燃烧器内，二次风管套装在一次风管外侧。
进一步的，还包括：内再循环烟气管道；内再循环烟气管道与再循环烟气管道的出口相连通；燃烧器内，内再循环烟气管道套装于一次风管与二次风管之间；内再循环烟气管道的出口向内弯折，且其出口外壁上设置有外扩钝体。
进一步的，还包括：外再循环烟气管道；外再循环烟气管道与再循环烟气管道的出口相连通；燃烧器内，外再循环烟气管道套装于内再循环烟气管道与二次风管之间；外再循环烟气管道的出口外扩。
进一步的，还包括：托底风喷口；托底风喷口设置在水平炉膛，托底风喷口处于燃烧器的出口的下方，托底风喷口与再循环烟气管道的出口相连通。
进一步的，托底风喷口的数量为多个，托底风喷口绕一次风管的轴线布置，最外侧的托底风喷口的中心到一次风管的轴线的垂线为P，一次风管轴线所在的竖直平面为n，P与n的锐角夹角小于等于60°。
进一步的，卧式布置炉膛内设置有预燃室；托底风出口距离预燃室的边界的距离为L1，二次风管的出口到预燃室的边界的距离为L2，满足关系：L1≤(1/3)L2。
进一步的，一次风管的出口外扩，二次风管的出口内折。
进一步的，再循环烟气管道的主路及支路上均设置有流量调节阀；烟道上设置有除尘器；再循环烟气管道的入口与卧式布置炉膛和除尘器之间的烟道相连通。
一种卧式燃煤炉的烟气再循环系统的操作方法，包括：再循环烟气管道的出口分为五个支路，第一支路与一次风管相连通；第二支路和第三支路分别以夹心风的方式送入水平炉膛；第四支路以预燃室托底风的方式送入水平炉膛；第五支路通过多级配风管道通入灰斗的底部；
其中，夹心风风速大于等于30m/s，多级配风管道的风速大于等于1m/s，托底风风速大于等于40m/s。
一种卧式燃煤炉，设置有本发明所述的烟气再循环系统。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的卧式燃煤炉的烟气再循环系统，通过再循环烟气管道实现烟道内烟气的再循环，再循环烟气与携带煤粉的一次风混合，在保持氧煤比不变的同时提高风煤比，可增大一次风速，随一次风进入炉膛；另外，再循环烟气与一次风混合后可以降低燃烧初期氧气浓度，在高温下营造还原性气氛，抑制氮氧化物的生成；再循环烟气通入灰斗内，细小飞灰被气流携带重新进入炉膛燃烧，而粒径较大煤渣则继续下落，通过灰斗收集，可使含碳量较高飞灰再燃，能够充分利用飞灰中的未燃尽碳；本发明可提高锅炉燃烧燃烧效率，同时降低NOx，实现高效低氮燃烧。其中，一次风管用于输送循环烟气、一次风及煤粉的混合物，一次风管外壁与二次风管内壁间的通道用于输送二次风。
进一步的，再循环烟气通过一次风管外的内再循环烟气管路以夹心风的形式送入，在喷口处钝体的作用下优先与一次风进行混合，降低燃烧初期氧浓度，可进一步抑制高温下氮氧化物生成。
进一步的，再循环烟气通过外再循环烟气管路以夹心风的形式送入，在钝体、外再循环烟气出口外扩角和二次风喷口内折角的作用下优先与二次风混合，可强化推迟一二次风混合。
进一步的，再循环烟气在预燃室中以托底风形式送入，可减少煤粉沉降。
进一步的，托底风从燃烧器底部120°范围内分多个喷口喷入炉膛可以使配风比较均匀。
进一步的，预燃室的设置是为了在燃烧器出口产生高温热解混合物，增加出口气相成分比例，加速煤粉的着火燃烧，尤其适用于于难燃煤种。
进一步的，燃烧器一次风和二次风喷口的设计形式可以强化推迟一二次风混合，抑制氮氧化物的生成。
进一步的，各级再循烟气管道均设有阀门，便于根据需要调节再循环烟气量。水平炉膛部分可以调节再循环烟气量使得细小的飞灰可以通过飞灰收集装置送回炉膛，而粒径较大的炉渣沉降入灰斗中，可以实现飞灰和炉渣的有效分离。再循环烟气从除尘器之前抽取，温度较高，在与一次风混合后可迅速加热煤粉，促进煤粉着火，尤其适用于不含空气预热器的小型工业煤粉锅炉。
本发明的操作方法，水平炉膛部分灰斗中沿程多级配风，既可以实现飞灰再燃，又实现了空气分级，多次配风；通过多级烟气再循环系统，使得含碳量较高飞灰再燃，同时降低NOx，从而实现高效低氮燃烧。
附图说明
图1是本发明的一种含有烟气再循环系统的卧式燃煤炉的结构示意图；
图2是图1中一次风管处的左视结构示意图；
图3是图1中燃烧器内部的管路示意图；
图1至图3中：1-一次风管；2-二次风管；3-燃烧器；4-水平布置炉膛；5-竖直布置炉膛；6-多级配风管道；7-灰斗；8-内再循环烟气管道；9-外再循环烟气管道；10-托底风喷口；11-煤渣收集管道；12-再循环烟气再分配管道；13-再循环烟气管道；14-除尘器；15-一次风喷口外扩角；16-外扩钝体；17-外再循环烟气出口外扩角；18-二次风喷口内折角，19-预燃室。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1至图3，本发明的一种含有烟气再循环系统的卧式燃煤炉，所述卧式燃煤炉包括：卧式布置炉膛和烟气再循环系统。
卧式布置炉膛的炉膛垂直部的出口处设置有烟道，烟道上设置有除尘器14；卧式布置炉膛的入口处设置有燃烧器3；燃烧器3与一次风管1和二次风管2相连通；卧式布置炉膛的水平炉膛设置有灰斗7；炉膛内设置有预燃室19。
烟气再循环系统包括：再循环烟气管道13、内再循环烟气管道8、外再循环烟气管道9和多级配风管道6，所有管道上均设置有流量调节阀，所有管道均设置有保温结构，再循环烟气管道13等相应管道上设置有风机。内再循环烟气管道8和外再循环烟气管道9为夹心风通道。
再循环烟气管道13的入口与所述烟道相连通；具体的，再循环烟气管道13的入口与卧式布置炉膛和除尘器14之间的烟道相连通。
再循环烟气管道13的出口通过再循环烟气再分配管道12分别与一次风管1、内再循环烟气管道8、外再循环烟气管道9和多级配风管道6相连通，多级配风管道6与灰斗7相连通，灰斗7的出口安装有煤渣收集管道11；燃烧器3内，二次风管2套装在一次风管1外侧，一次风管1的出口外扩，二次风管2的出口内折。一次风管1出口和外再循环烟气管道9出口呈外扩状，而二次风管2出口向内弯折，可以加速一次风与再循环烟气的混合，从而通过快速降低氧气浓度抑制燃烧初期氮氧化物生成。一次风喷口外扩角15、外扩钝体16、外再循环烟气出口外扩角17以及二次风喷口内折角18以一次风管轴线方向为法线，向内折角度范围为5°-10°，向外折角的角度范围不超过20°。
内再循环烟气管道8与再循环烟气管道13的出口相连通；燃烧器3内，内再循环烟气管道8套装于一次风管1与二次风管2之间；内再循环烟气管道8的出口向内弯折，且其出口外壁上设置有外扩钝体16。外再循环烟气管道9与再循环烟气管道13的出口相连通；燃烧器3内，外再循环烟气管道9套装于内再循环烟气管道8与二次风管2之间；外再循环烟气管道9的出口外扩。两路夹心风再循环烟气管路出口设置有小型钝体，进一步强化推迟一次风和二次风混合，从而深度控制氮氧化物的生成；再循环烟气夹心风风速不小于30m/s。
托底风喷口10设置在水平炉膛，托底风喷口10处于燃烧器3的出口的下方，托底风喷口10与再循环烟气管道13的出口相连通。托底风喷口10的数量为4个，托底风喷口10绕一次风管1的轴线布置，最外侧的托底风喷口10的中心到一次风管1的轴线的垂线为P，一次风管1轴线所在的竖直平面为n，P与n的锐角夹角小于等于60°。托底风出口距离预燃室19的边界的距离为L1，二次风管2的出口到预燃室19的边界的距离为L2，满足关系：L1≤(1/3)L2。还可以，预燃室19托底风在一次风出口底部120°范围内分布有4个以上出口，托底风喷口10的风速不小于40m/s；托底风出口距离预燃室19(如有)边界距离L1与二次风管2到预燃室19(如有)边界距离L2应满足：L1≤1/3L2。
水平炉膛底部沿程布置多级再循环烟气管道13，并由此通入一部分再循环烟气；多级烟气再循环管道上均配有阀门，可以根据实际情况调节每一级的再循环烟气量。水平炉膛底部沿程布置的多级烟气再循环管道中通入的再循环烟气流速可以使细小飞灰托起重新返回炉膛燃烧，而粒径较粗大的煤渣则可以下落。该路再循环烟气风速应不小于1m/s。
本发明的工作原理：
煤粉从燃烧器3喷出，在水平炉膛中着火燃烧，再由水平布置炉膛4向竖直布置炉膛5运输过程中，由于停留时间较短，有一部分含未燃尽碳的飞灰和炉渣会发生沉降，含碳细飞灰通过水平炉膛底部光管水冷壁之间的烟气再循环管路的再循环烟气重新携带进入炉膛进行燃烧，而较大的煤渣则通过管道下落，通过灰斗7进行收集。再循环烟气在除尘器14前部的烟道中引出，通过再循环烟气管道13，分成五路分级送入炉膛。其中再循环烟气管道13全程保温。第一路再循环烟气混入一次风管1中，与一次风提前混合，提高一次风风速，优化送粉，同时保持氧煤比不变，防止局部氧气浓度过高导致氮氧化物生成。第二路再循环烟气通过一次风管1外的内再循环烟气管路以夹心风的形式送入，在喷口处钝体的作用下优先与一次风进行混合，降低燃烧初期氧浓度，抑制高温下氮氧化物生成。第三路再循环烟气通过外再循环烟气管路以夹心风的形式送入，在钝体、外再循环烟气出口外扩角17和二次风喷口内折角18的作用下优先与二次风混合，强化推迟一二次风混合。第四路再循环烟气通过预燃室19中燃烧器3下部均匀分布的喷口以托底风形式喷入，一方面防止煤粉沉降，另一方面提供燃烧所需要的部分氧量，同时有利于营造还原性气氛，减少氮氧化物的生成。第五路通过水平炉膛底部灰斗7底部，经由烟气再循环管道6携带沉降的细小飞灰重新返回炉膛燃烧。其中每一个管路均配有阀门调节在再循环烟气量，从而可以有效分离飞灰与煤渣。其中，系统中每一路再循环烟气管路都有阀门可以控制烟气量，方便根据需要进行调节，在温度较高，氧量大的地方营造还原性气氛，抑制氮氧化物的生成。
本发明的一种卧式燃煤炉的烟气再循环系统的操作方法，包括：再循环烟气管道13的出口分为五个支路，第一支路与一次风管1相连通；再循环烟气与一次风混合后可以降低燃烧初期氧气浓度，在高温下营造还原性气氛，抑制氮氧化物的生成；第二支路和第三支路分别以夹心风的方式送入水平炉膛；第四支路以预燃室19托底风的方式送入水平炉膛；再循环烟气在预燃室19中以托底风形式送入，可减少煤粉沉降；第五支路通过多级配风管道6通入灰斗7的底部；水平炉膛部分灰斗7中沿程多级配风，既可以实现飞灰再燃，又实现了空气分级，多次配风；其中，夹心风风速大于等于30m/s，多级配风管道6的风速大于等于1m/s，托底风风速大于等于40m/s。
本发明的操作方法中，煤粉从水平布置的燃烧器中喷出，首先在水平布置的炉膛中进行燃烧，部分含未燃尽碳的飞灰和炉渣在重力作用下发生沉降在水平部分炉膛底部。从除尘器之前烟道中抽取烟气分成五路再循环通入炉膛。第一路先混入一次风中，在保持氧煤比不变的同时提高风煤比，增大一次风速，随一次风进入炉膛。第二路通过一次风管周围的内再循环烟气管道以夹心风形式送入，在燃烧器喷口处优先与一次风混合，同时降低燃烧初期氧浓度。第三路通过外再循环烟气管道以夹心风形式送入，在燃烧器喷口处优先与二次风混合，强化推迟一、二次风的混合。第四路通过预燃室中燃烧器下部喷口进入炉膛，形成托底风，减少煤粉沉积，同时提供燃烧需要的部分氧气。第五路再循环烟气通过水平炉膛底部的烟气再循环管道通入炉膛，细小飞灰被气流携带重新进入炉膛燃烧，而粒径较大煤渣则继续下落，通过灰斗收集。其中，前四路通过燃烧器一侧喷入炉膛，有阀门分别控制每一路风量。本发明的再循环操作方法能够充分利用飞灰中的未燃尽碳，提高锅炉燃烧燃烧效率。例如，再循环烟气从除尘器之前抽取，温度较高，在与一次风混合后可迅速加热煤粉，促进煤粉着火，尤其适用于不含空气预热器的小型工业煤粉锅炉。水平炉膛部分可以调节再循环烟气量使得细小的飞灰可以通过飞灰收集装置送回炉膛，而粒径较大的炉渣沉降入灰斗中，可以实现飞灰和炉渣的有效分离。
综上，针对现有问题，本发明提供一种含有多级烟气再循环系统的卧式燃煤炉，可充分利用未燃尽飞灰中的碳，提高锅炉燃烧效率，同时降低氮氧化物生成量。它主要包括再循环烟气管路、再循环烟气夹心风管、飞灰和炉渣收集系统、控制阀门等。本发明通过抽取一部分烟道中除尘器之前的烟气，将水平炉膛中沉降的细颗粒飞灰重新送回炉膛燃烧，同时分离粒径较大的炉渣，降低飞灰含碳量，提高锅炉燃烧效率；将剩余的再循环烟气分四路经由燃烧器一侧送入炉膛，其中：第一路混入一次风中送入；第二和第三路位于一次风与二次风之间，以两股夹心风的形式分别送入，其中第二路在喷口出口迅速与一次风煤粉混合，及时降低燃烧初期氧气浓度，第三路则在出口钝体的作用下起到进一步推迟一次风和二次风混合的作用，深度抑制氮氧化物的生成；第四路在预燃室中燃烧器底部送入，形成托底风，提供少量氧气但避免氧气过量，抑制氮氧化物的生成，同时防止水平炉膛内的煤粉沉积。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的应用范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的应用范围之内。因此，本发明的应用范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种卧式燃煤炉的烟气再循环系统，所述卧式燃煤炉包括：卧式布置炉膛；卧式布置炉膛的出口处设置有烟道，卧式布置炉膛的入口处设置有燃烧器(3)；燃烧器(3)与一次风管(1)和二次风管(2)相连通；卧式布置炉膛的水平布置炉膛(4)设置有灰斗(7)；其特征在于，所述烟气再循环系统包括：再循环烟气管道(13)；
再循环烟气管道(13)的入口与所述烟道相连通；再循环烟气管道(13)的出口分别与一次风管(1)和灰斗(7)相连通；再循环烟气管道(13)设置有风机；
燃烧器(3)内，二次风管(2)套装在一次风管(1)外侧。
2.根据权利要求1所述的一种卧式燃煤炉的烟气再循环系统，其特征在于，还包括：内再循环烟气管道(8)；
内再循环烟气管道(8)与再循环烟气管道(13)的出口相连通；
燃烧器(3)内，内再循环烟气管道(8)套装于一次风管(1)与二次风管(2)之间；
内再循环烟气管道(8)的出口向内弯折，且其出口外壁上设置有外扩钝体(16)。
3.根据权利要求2所述的一种卧式燃煤炉的烟气再循环系统，其特征在于，还包括：外再循环烟气管道(9)；
外再循环烟气管道(9)与再循环烟气管道(13)的出口相连通；
燃烧器(3)内，外再循环烟气管道(9)套装于内再循环烟气管道(8)与二次风管(2)之间；
外再循环烟气管道(9)的出口外扩。
4.根据权利要求1所述的一种卧式燃煤炉的烟气再循环系统，其特征在于，还包括：托底风喷口(10)；
托底风喷口(10)设置在水平布置炉膛(4)，托底风喷口(10)处于燃烧器(3)的出口的下方，托底风喷口(10)与再循环烟气管道(13)的出口相连通。
5.根据权利要求4所述的一种卧式燃煤炉的烟气再循环系统，其特征在于，托底风喷口(10)的数量为多个，托底风喷口(10)绕一次风管(1)的轴线布置，最外侧的托底风喷口(10)的中心到一次风管(1)的轴线的垂线为P，一次风管(1)轴线所在的竖直平面为n，P与n的锐角夹角小于等于60°。
6.根据权利要求4所述的一种卧式燃煤炉的烟气再循环系统，其特征在于，卧式布置炉膛内设置有预燃室(19)；
托底风出口距离预燃室(19)的边界的距离为L1，二次风管(2)的出口到预燃室(19)的边界的距离为L2，满足关系：L1≤(1/3)L2。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种卧式燃煤炉的烟气再循环系统，其特征在于，一次风管(1)的出口外扩，二次风管(2)的出口内折。
8.根据权利要求7所述的一种卧式燃煤炉的烟气再循环系统，其特征在于，再循环烟气管道(13)的主路及支路上均设置有流量调节阀；
烟道上设置有除尘器(14)；再循环烟气管道(13)的入口与卧式布置炉膛和除尘器(14)之间的烟道相连通。
9.一种权利要求1至8中任一项所述的卧式燃煤炉的烟气再循环系统的操作方法，其特征在于，包括：再循环烟气管道(13)的出口分为五个支路，第一支路与一次风管(1)相连通；第二支路和第三支路分别以夹心风的方式送入水平布置炉膛(4)；第四支路以预燃室(19)托底风的方式送入水平布置炉膛(4)；第五支路通过多级配风管道(6)通入灰斗(7)的底部；
其中，夹心风风速大于等于30m/s，多级配风管道(6)的风速大于等于1m/s，托底风风速大于等于40m/s。
10.一种卧式燃煤炉，其特征在于，设置有权利要求1至8中任一项所述的烟气再循环系统。
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