CN110397911A - 数控化风煤比低NOx、低CO高效对冲旋流燃烧控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控化风煤比低NOx、低CO高效对冲旋流燃烧控制系统，包括锅炉的前墙、后墙，前墙、后墙中均设置多层燃烧器层，前墙中的各燃烧器层与后墙中的各燃烧器层对应，且前墙中的燃烧器、后墙中的燃烧器呈错位排列的形式；各燃烧器的一次风粉管外周设置内风旋流叶片，内风旋流叶片外周设置外风旋流叶片；内风旋流叶片、外风旋流叶片的角度固定不变，内风旋流叶片、外风旋流叶片通过滑行在燃烧器中推进、拉出来改变旋流强弱。本发明真正做到从剩余O2检测中精准定点调整燃烧器用风，保持炉膛通风量均衡平稳，避免CO生成，在保障锅炉安全运行前提下，大幅降低锅炉燃烧用风剩余O2量。

Description

数控化风煤比低NOx、低CO高效对冲旋流燃烧控制系统

技术领域

本发明涉及一种数控化风煤比低NOx、低CO高效对冲旋流燃烧控制系统。

背景技术

当前大气污染越来越受到人们的关注，但现阶段降低雾霾主要手段还是停留在一物降一物简单过程中。例如，雾霾主要成分是NOx，NOx生成主要来自燃煤时剩余O2与空气的N2在高温环境中化合。为了控制低NOx排放满足环保指标成为重中之重，在火力发电锅炉尾部烟道中喷入大量液氨来降低NOx的排放。如果从NOx生成条件入手，降低炉膛燃烧中的剩余O2，降低炉膛火焰中心烟温，强化炉膛低O2燃烧，强化炉膛O2分布均匀，NOx生成同样会大幅减少，液氨用量也会同步大幅减少。蓝天白云自然就会增多。清洁的空气它不仅仅提振人们正常工作情绪，对人们身心健康更是极大帮助，是避免导致肺癌主要因素之一。晴天对植物生长同样有利，对整个地球生态环境有利。

前、后墙对冲旋流燃烧方式燃煤锅炉，它不同与四角切圆燃烧锅炉，四角切圆燃烧以炉膛中心为一个整体火炬，低NOx改造后加装燃烬风，再进行分级燃烧，取得明显成效。现阶段四角切圆燃烧方式经过低NOx改造后，NOx生成明显优于对冲旋流燃烧锅炉。而对冲旋流燃烧锅炉只是简单将四角切圆燃烧低NOx方式加装燃烬风照搬过来，即：将部分二次风移至燃烧区域上层进入炉膛，作为炉膛中心为火炬的分级燃烧。它忽略对冲旋流燃烧锅炉的特性是：独立着火、分级燃烧、风包媒狭长火焰，平行互不扰动平稳旋流燃烧。抽出部分二次风用在上层作燃烬风，势必削弱对冲旋流燃烧器风包煤特性，也削弱它独立着火、分级燃烧特性。事实证明，在全国电力行业低NOx燃烧改造后，四角切圆燃烧锅炉普遍NOx生成低于对冲旋流锅炉。在未改造之前恰恰是对冲旋流燃烧锅炉NOx优于四角切圆燃烧锅炉。这说明，对冲旋流燃烧锅炉低NOx、低CO还有新路可走，应当在对冲旋流燃烧特性本身寻找突破口，从NOx生成条件入手，完善对冲旋流燃烧特性，改进对冲旋流燃烧不足，优化数控化风煤比控制体系，真正做到低O2燃烧，低NOx、低CO燃烧。另外，对冲旋流燃烧锅炉剩余O2数值虚值大，其中备用燃烧器冷却用风是主要成分，对锅炉燃烧中生成NOx起到很大副作用。这一部分可以通过改进予以削弱，低O2燃烧控制NOx生成是可以做到的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效控制NOx、CO生成，工作效果好的数控化风煤比低NOx、低CO高效对冲旋流燃烧控制系统。

本发明的技术解决方案是：

一种数控化风煤比低NOx、低CO高效对冲旋流燃烧控制系统，包括锅炉的前墙、后墙，前墙、后墙中均设置多层燃烧器层，前墙中的各燃烧器层与后墙中的各燃烧器层对应，且前墙中的燃烧器、后墙中的燃烧器呈错位排列的形式，其特征是：各燃烧器的一次风粉管外周设置内风旋流叶片，内风旋流叶片外周设置外风旋流叶片；内风旋流叶片、外风旋流叶片的角度固定不变，内风旋流叶片、外风旋流叶片通过滑行在燃烧器中推进、拉出来改变旋流强弱。

在每一只燃烧器上加装一次风冷风管，当燃烧器处于热备用状态时，开启一次风冷风门，利用不足50℃冷风冷却燃烧器金属温度。

所述前墙中的燃烧器、后墙中的燃烧器呈错位排列的形式，是通过整体下移后墙而成。

内风旋流叶片夹角为40º，外风旋流叶片夹角为60º。

本发明走出目前对冲旋流燃烧锅炉靠新增燃烬风降低NOx做法，优化对冲旋流燃烧器特性，即独立着火、分级燃烧、风包媒狭长火焰，平行互不扰动旋流燃烧，不予相邻燃烧器燃烧轨迹有交叉平稳燃烧。真正做到从低O2燃烧着手，消除多余剩余O2，控制NOx生成，同时均衡O2分布降低CO生成；真正做到从降低炉膛中心火焰温度，减少生成NOx温床；真正做到从剩余O2检测中精准定点调整燃烧器用风，保持炉膛通风量均衡平稳，避免CO生成，在保障锅炉安全运行前提下，大幅降低锅炉燃烧用风剩余O2量。

数控化风煤比低NOx、低CO高效旋流燃烧控制体系，采用滑行旋流燃烧器，內风叶片夹角40º，外风叶片夹角60º，固定不变。燃烧器内、外风道阻力不变，内、外风道通流面不变，内、外风旋流强弱靠推进增强旋流、拉出削弱旋流来调整，避免因为叶片角度变化影响内外、风匹配；影响相邻燃烧器用风匹配。（如图9所示）

燃烧器外接一次风冷风，当燃烧器处于热备用状态下，开启一次风冷风冷却，利用一次风冷风小于50℃，替代热二次风350℃左右，大幅降低了冷却用风量，使得进入炉膛通风尽可能为燃煤所用，为低O2燃烧创造基础。（如图8所示）

滑行对冲旋流燃烧器内风叶片定40º角，目的是风包煤不易过早与一次风粉搅和着火（保持燃烧器出口30cm左右后着火），形成一级燃烧；外风叶片定60º角，风包煤提供二级燃烧所需风量，形成分级燃烧的狭长火焰，充足风包煤减少煤粉颗粒未燃尽形成紊乱燃烧。精确调控炉膛用风量，确保各燃烧器对应剩余O2表显示误差在0.1左右。真正意义上做到低O2燃烧。（如图9所示）

滑行对冲旋流燃烧器以350MW锅炉为例，炉膛燃烧器原四层正面对冲布置（满负荷投用三层，一层备用），改为八层分层布置（如图3所示）。后墙整体下移1/2燃烧器高度，弥补后墙有效燃烧空间的差距。同时消除炉内燃烧因狭长火焰对冲形成叠加高烟温火焰。分层燃烧后炉膛火焰分布饱满，狭长火焰平行互不扰动平稳燃烧。旋流燃烧器特性得到充分显现：独立着火、分级燃烧、风包媒平行狭长火焰，平行互不扰动旋流燃烧。对冲与相邻燃烧火焰没有叠加，没有交叉，炉内中心火焰最高烟温降低是可以预期。（如图5所示）

利用对冲燃烧器特性，独立着火、分级燃烧、风包媒平行狭长火焰，平行互不扰动旋流燃烧，与相邻燃烧器没有交叉特点，（如图3、图6所示）在尾部烟道布置12只剩余O2探头，每三只探头对应一只燃烧器，安装方式是左、中、右依次左侧从高、中、低排布，右侧也一样。通过探头显示判断各燃烧器风煤比是不是合理，可以进精确捕捉修正个别偏差。

数控化风煤比低NOx、低CO高效旋流燃烧控制体系是强化锅炉风煤比燃烧；强化旋流对冲燃烧器特性，不用或拆除燃烬风，不再将有限二次风引到加装的燃烬风方式。从NOx、CO生成条件入手，降低或避免NOx、CO生成。满足当今环保对环境的要求，满足人类对环境的要求。

数控化风煤比低NOx、低CO高效旋流燃烧控制体系的目的在于提供一种从NOx、CO生成条件入手，控制NOx、CO生成。

改善旋流燃烧器调整方式。各燃烧器内、外风叶片夹角固定不变，通流面不变，通流阻力不变，流通量不变，做到各点O2分布均衡。

改变备用燃烧器冷却用风，利用一、二次风冷、热风温差，大幅减少无用风进入炉膛，真正意义上做到低O2燃烧。

改变对冲旋流燃烧一对一正面对冲旋流燃烧为分层对冲旋流燃烧，即将后墙燃烧器整体下移1/2燃烧器高度，充分发挥旋流燃烧特性，即独立着火、分级燃烧、风包媒狭长火焰，平行互不扰动旋流燃烧，不予相邻燃烧器火焰轨迹相交。这样做即符合旋流燃烧特性，又避免与对面狭长火焰对撞，使得炉膛火焰平稳均匀分布，炉膛中心火焰温度下降。

利用对冲旋流燃烧器风包煤狭长火焰，平行互不扰动旋流燃烧，不交叉特性，在尾部有针对性布置剩余O2检测，精确修整每一只燃烧器风煤比，在O2均衡前提下，降低炉膛剩余O2，精准调整个点剩余O2偏差。

取消燃烬风方式，低O2燃烧，将有限风量用在对冲旋流燃烧器上，满足对冲燃烧特性用风，完善对冲燃烧特性：独立着火、分级燃烧、风包煤狭长火焰，平行互不扰动旋流燃烧。真正意义上做到低O2燃烧，控制NOx、CO生成。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明风道阻力与通风量关系图。

图2是剩余O₂与NOx、CO的关系图。

图3是多层对冲旋流燃烧器分布示意图。

图4是炉膛火焰温度与NOx的关系图。

图5是火焰中心温度叠加中心温度上升示意图。

图6是锅炉燃烧器与尾部剩余O2监测点示意图。

图7是剩余O₂与NOx生成示意图。

图8是一次风系统冷风到燃烧器示意图。

图9是旋流燃烧器燃烧示意图。

图中有：水平烟道1、折焰角2、燃烧器3、前墙4、后墙5、尾部烟道6、炉膛7、一次风粉管8、内风旋流叶片9、外风旋流叶片10。

具体实施方式

一种数控化风煤比低NOx、低CO高效对冲旋流燃烧控制系统，包括锅炉的前墙、后墙，前墙、后墙中均设置多层燃烧器层，前墙中的各燃烧器层与后墙中的各燃烧器层对应，且前墙中的燃烧器、后墙中的燃烧器呈错位排列的形式。

数控化风煤比低NOx、低CO高效旋流燃烧控制体系，原可调式旋流燃烧器旋流强弱靠改变内、外风叶片角度来实现，改为内、外风叶片（即内风旋流叶片、外风旋流叶片）角度固定不变，靠滑行推进、拉出固定叶片环改变旋流强弱。这样内、外风道通流面、阻力不变，使得各燃烧器通风量的不变。滑行旋流燃烧器的内、外风旋流角度不变，靠推进、拉出固定叶片环改变旋流强弱，不改变风道阻力，不改变风道通风面积，就不改变燃烧器的通风量。所有燃烧器通风量只与燃烧器进风门开度大小有关，不受旋流叶片角度的影响，为数控化风煤比燃烧控制体系准备好用风精准控制基础。见图1风道阻力（面积）与通风量关系。

数控化风煤比低NOx、低CO高效旋流燃烧控制体系，在每一只燃烧器上加装一次风冷风管，当燃烧器处于热备用状态时，开启一次风冷风门，利用不足50℃冷风，替代热二次风350℃左右冷却燃烧器金属温度，大大减少对燃烧不起作用炉膛通风，炉内剩余O2将大幅降低。极大的降低NOx生成环境条件，剩余O2也真实反映炉内CO生成条件，只要CO没有出现陡增，用控制低O2来控制NOx就真实可行。剩余O2与NOx关系，剩余O2与CO关系。如图2所示。

燃烧器内、外风叶片角度固定在最佳匹配状态，內风叶片夹角40º，目的是内旋流风与一次风粉交叉着火离喷嘴约30Cm左右；外风叶片夹角60º，提供二级燃烧即风包煤所需的风量（见图9所示）。调整内、外旋流强弱以燃烧器独立着火、分级燃烧、风包煤狭长火焰，平行互不扰动旋流燃烧稳定为准。旋流强弱调整不改变燃烧器内、外风匹配，不改变燃烧器通风量与相邻燃烧器通风量相互影响变化。强化了旋流燃烧器独立着火、分级燃烧、风包煤狭长火焰，平行互不扰动旋流燃烧的特性。

对冲旋流燃烧器布置改为多层对冲旋流布置。即炉膛后墙燃烧器整体向下移动燃烧器1/2高度左右，使得前后、墙对冲燃烧时间、空间相近（如图3所示）。对冲旋流燃烧器独立着火、分级燃烧、风包煤狭长火焰，平行互不扰动旋流燃烧有序井然，炉膛风量分布平衡，炉膛火焰分布饱满，不受迎面对冲而来火焰撞击、叠加扰动，炉膛中心火焰减少因撞击、叠加而升高温度因素必会下降。有资料表明，热力型NOx随着随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当温度T<1500℃时，NOx生成少，当温度T>1500℃时，每增加100℃，反应速率增大6-7倍。降低炉膛中心火焰温度就是降低了NOx的生成环境。炉膛火焰温度与NOx关系，如图4，图5所示。

在炉膛后墙因折烟角使得后墙有效燃烧空间相对减小，整体下移后墙燃烧器不仅是避免与前墙燃烧轨迹冲撞扰动，还增加后墙燃烧有效空间，最大限度提高炉内空间利用率。

为了明确各燃烧器风煤比偏差控制在最小范围，每组燃烧器以四只为例，根据对冲旋流燃烧器独立着火、分级燃烧、风包煤狭长火焰，平行互不扰动燃烧特点，如图6所示，在每只燃烧器方位对应尾部烟道各装三只剩余氧量探头检测，左边从左到右显上、中、下，右边从右到左显上、中、下。炉内燃烧是在一个密闭负压空间中进行，烟气流速快，因平行互不扰动旋流燃烧轨迹在负压密闭空间里，流速快，在无外力作用下，线性数值就代表该燃烧器燃烧产物数值。每只燃烧器风煤比是均衡的，是不会偏流向相邻燃烧器燃烧轨迹，尾部剩余O2探头能精确捕捉到每只燃烧器的剩余O2偏差。为数控化风煤比低NOx、低CO高效燃烧控制体系提供数据。燃烧器与尾部剩余O2检测点示意图，见图6所示。

拆除或不采用炉膛燃烧区域上方加装燃烬风方式。对冲旋流燃烧锅炉低O2燃烧是控制NOx关键，有限的二次风需要很好的用在完善对冲旋流特性，独立着火、分级燃烧、风包煤狭长火焰，平行互不扰动旋流燃烧。

Claims (4)

1.一种数控化风煤比低NOx、低CO高效对冲旋流燃烧控制系统，包括锅炉的前墙、后墙，前墙、后墙中均设置多层燃烧器层，前墙中的各燃烧器层与后墙中的各燃烧器层对应，且前墙中的燃烧器、后墙中的燃烧器呈错位排列的形式，其特征是：各燃烧器的一次风粉管外周设置内风旋流叶片，内风旋流叶片外周设置外风旋流叶片；内风旋流叶片、外风旋流叶片的角度固定不变，内风旋流叶片、外风旋流叶片通过滑行在燃烧器中推进、拉出来改变旋流强弱。

2.根据权利要求1所述的数控化风煤比低NOx、低CO高效对冲旋流燃烧控制系统，其特征是：在每一只燃烧器上加装一次风冷风管，当燃烧器处于热备用状态时，开启一次风冷风门，利用不足50℃冷风冷却燃烧器金属温度。

3.根据权利要求1或2所述的数控化风煤比低NOx、低CO高效对冲旋流燃烧控制系统，其特征是：所述前墙中的燃烧器、后墙中的燃烧器呈错位排列的形式，是通过整体下移后墙而成。

4.根据权利要求1或2所述的数控化风煤比低NOx、低CO高效对冲旋流燃烧控制系统，其特征是：内风旋流叶片夹角为40º，外风旋流叶片夹角为60º。