CN110645569A - 一种提高w火焰锅炉煤种灵活性的燃烧系统及燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高W火焰锅炉煤种灵活性的燃烧系统及燃烧方法。该燃烧系统设于W火焰锅炉内，包括若干分布于炉膛拱部位置处的燃烧器、与各燃烧器对应设置的主燃烧器喷口；本发明燃烧系统还包括若干组与燃烧器一一对应的乏气调节装置；每组乏气调节装置均包括三路乏气管道，各路乏气管道分别连通该组乏气调节装置对应的燃烧器与对应的乏气喷口，每组乏气管道的三个乏气喷口分别设于上炉膛前墙、炉膛拱部、下炉膛垂直墙位置处；各乏气管道上均设有乏气可调缩孔。本发明通过对乏气管管道的多路设计，能够针对不同的煤种进行乏气通入的调节，以适应宽煤种的应用。

Description

一种提高W火焰锅炉煤种灵活性的燃烧系统及燃烧方法

技术领域

本发明涉及W火焰锅炉燃烧系统，具体涉及一种宽煤种W火焰锅炉的燃烧系统，属于电力及动力工程技术领域。

背景技术

W火焰锅炉是美国福斯特·惠勒公司开发的一种专门用以燃烧低挥发分煤种的锅炉，在燃用无烟煤和劣质贫煤等低挥发分煤种时优势明显。W火焰锅炉下炉膛比上炉膛大80％～120％，前后突出的炉顶构成了炉拱，煤粉喷嘴装在炉拱上，并向下喷入炉膛，当煤粉气流向下流动扩展时，在炉膛下部与二次风相遇后，180°转弯向上流动，形成“W”形火焰。为使煤粉及时着火、稳定燃烧、燃尽，W火焰锅炉常采用低风速、高煤粉浓度、高风温以及燃烧器区域敷设卫燃带等措施，但有些措施与降低NOx产生了矛盾，导致W火焰锅炉NOx排放浓度普遍较高，同时由W火焰锅炉特有的燃烧特性，使得其煤种适应性较差。

随着我国环保要求的越来越严格，对某些地区的燃煤锅炉提出了超净排放的要求，而W火焰锅炉由于其燃烧特性，NO_x排放浓度普遍在1200mg/m³左右。实现超低排放一般在采用低NO_x燃烧技术及SCR烟气脱硝技术。现有的低NO_x燃烧技术一般采用低NO_x燃烧器与燃尽风配合。

由于现有的低NOx燃烧技术都是针对特定的设计煤种而设计的，其煤种适应性较差。而我国动力煤煤种及价格波动较大，使得燃煤电厂的实际燃用煤种较多，其干燥无灰基挥发份含量跨度在8％-35％，现有的技术无法适应电厂实际燃煤的要求。

而我国燃煤电厂装机容量处于饱和状态，新能源发电机组逐渐增多，这就要求燃煤机组在深度调峰上有较高的灵活性，现有的技术无法实现机组灵活性调节要求。

同时，由于W火焰锅炉燃烧器布置在前后拱部，不同燃烧器投运方式容易形成炉膛热偏差，现有的技术无法解决W火焰锅炉热偏差问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种适用于W火焰锅炉，能够实现宽煤种燃烧与高灵活性调节的燃烧方式。

为了达到上述目的，本发明提供了一种提高W火焰锅炉煤种灵活性的燃烧系统，该燃烧系统设于W火焰锅炉内，包括若干分布于炉膛拱部位置处的燃烧器、与各燃烧器对应设置的主燃烧器喷口；本发明燃烧系统还包括若干组与燃烧器一一对应的乏气调节装置；每组乏气调节装置均包括三路乏气管道，各路乏气管道分别连通该组乏气调节装置对应的燃烧器与对应的乏气喷口，每组乏气管道的三个乏气喷口分别设于上炉膛前墙、炉膛拱部、下炉膛垂直墙位置处；各乏气管道上均设有乏气可调缩孔。

通过三路乏气管道的设置，可以对应调节乏气喷入炉膛的位置，以适应不同煤种燃烧需求。

其中，设于上炉膛前墙、下炉膛垂直墙位置处的喷口上均设有可调式乏气喷嘴。

通过可调式乏气喷嘴的设置，可以有效调节喷入上炉膛、下炉膛乏气的喷入角度，从而调节锅炉火焰中心高度。

各可调式乏气喷嘴的周侧设有环形周界风配风装置。

上述燃烧系统还包括若干燃尽风喷口，各燃尽风喷口设于上炉膛前墙、乏气喷口上方位置处。

上述燃烧系统还包括若干辅助燃尽风喷口，各辅助燃尽风喷口设于燃尽风喷口上方位置处，且采用切圆式分布。

通过切圆式辅助燃尽风可消除炉膛左右热偏差，保证两侧气温偏差在合理范围内。

上述燃烧系统还包括若干分级风喷口，各分级风喷口设于下炉膛垂直墙、乏气喷口上方位置处。

本发明还提供了一种提高W火焰锅炉煤种灵活性的燃烧方法，该燃烧方法在锅炉采用不同煤种时，通过对乏气喷入炉膛的位置及喷入的角度进行调控。

该燃烧方法针对不同煤种对乏气喷入炉膛位置的具体调控方法如下：当锅炉燃用干燥无灰基挥发分大于30％的烟煤时，控制乏气由上炉膛喷入炉膛内；当锅炉燃用干燥无灰基挥发分小于20％的无烟煤与贫煤时，控制乏气由下炉膛喷入炉膛内；当锅炉燃用干燥无灰基挥发分在20—30％之间的烟煤时，控制乏气由拱部喷入炉膛内。

上述燃烧方法对乏气喷入炉膛的角度进行调控的方法如下：当减温水量偏大或高温过热器壁过高情况下，将乏气喷口角度向下调节；当锅炉主气温或者再热器温偏低情况下，将乏气喷口角度向上调节。

上述燃烧方法在锅炉运行机组负荷不同时，通过对乏气喷入炉膛的位置进行调控。具体调控方法如下：当锅炉负荷较低时，控制乏气由拱部喷入炉膛内；当锅炉负荷较高时，控制乏气的喷入方式采用上述针对不同煤种对乏气喷入炉膛位置的具体调控方法。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、本发明通过对乏气管管道的多路设计，能够针对不同的煤种进行乏气通入的调节，以适应宽煤种的应用；

2、同时对于喷入上炉膛和下炉膛乏气喷口处设置可调式结构的乏气喷嘴喷入角度，能够调节喷入乏气角度，实现火焰中心高度的调节，保证气温及减温水量在合理范围内；

3、并在乏气喷嘴周围布设置环形周界风，能够包裹住乏气，防止乏气喷口结焦，同时在乏气停用时能够冷却乏气喷口，防止乏气喷口烧坏。

4、本发明燃烧方法能够针对不同煤质、不同负荷采用不同燃烧方式，有效实现了W锅炉在宽煤种下高效低污染物排放燃烧以及高灵活性调节。

附图说明

图1为本发明燃烧系统的结构示意图；

图2为本发明燃烧系统中一组乏气调节装置的结构示意图；

图3为本发明燃烧系统中辅助燃尽风的分布示意图；

图4为图2中可调式乏气喷嘴及可调式乏气喷口调节装置的结构示意图；

图5为图2中环形周界风配风装置的结构示意图。

图中，1-燃烧器、2、3、10-乏气可调缩孔，4、5、11-乏气管道，6-燃尽风喷口，7-上炉膛前墙，71-上炉膛后墙，72-上炉膛左侧墙，73-上炉膛右侧墙，8-分级风喷口，9-炉膛拱部，12、13-环形周界风配风装置，12-1配风筒，12-2环形周界，14-下炉膛垂直墙，15、16-可调式乏气喷嘴，17-辅助燃尽风喷口，18、19-可调式乏气喷口调节装置，19-1-电动执行器，19-2、19-3-调节连杆，20-大风箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明燃烧系统用于W火焰锅炉，由燃烧器1、乏气可调缩孔2/3/10、乏气管道4/5/11、可调式乏气喷嘴15/16、环形周界风配风装置12/13、可调式乏气喷口调节装置18/19、燃尽风喷口6、辅助燃尽风喷口17、分级风喷口8组成。

结合图2，燃烧器1布置在炉膛拱部9上；乏气可调缩孔2/3/10分别布置在乏气管道5/4/11上；乏气管道4/5/11均由燃烧器引出，其中，乏气管道4布置在上炉膛前墙7，乏气管道5布置在炉膛拱部9，乏气管道11布置在下炉膛垂直墙14处；且乏气管道4末端布置有可调式乏气喷嘴16，乏气管道11末端同样布置有可调式乏气喷嘴15；可调式乏气喷嘴15/16周围布置有环形周界风配风装置13/12；燃尽风喷口6布置在上炉膛前墙7上；辅助燃尽风喷口17布置在燃尽风6上方；分级风喷口8布置在下炉膛、可调式乏气喷嘴15上方。

由于W火焰锅炉的燃烧器沿炉膛宽度方向布置在拱部，煤粉的不均匀燃烧及燃烧器的停运会导致炉膛温度左右偏差。辅助燃尽风喷口17采用双切圆式分布设计(如图3所示，分布设于上炉膛前墙7、上炉膛后墙71、上炉膛左侧墙72、上炉膛后侧墙73上)，通过切圆式辅助燃尽风可消除炉膛左右热偏差，保证两侧气温偏差在合理范围内。

可调式乏气喷嘴15/16上分别设有可调式乏气喷嘴调节装置19/18，结合图4，可调式乏气喷嘴15可转动的设于乏气管道11末端，并通过可调式乏气喷嘴调节装置19控制转动。可调式乏气喷嘴调节装置包括固定设于下炉膛垂直墙14外侧的电动执行器19-1、与电动执行器19-1的输出端传动相连的调节连杆19-2、一端与调节连杆铰接的调节连杆19-3，调节连杆19-3另一端与可调式乏气喷嘴15固定相连。电动执行器19-1通过调节连杆19-2、19-3与乏气喷嘴15连接，通过控制电动执行器19-1可调节乏气喷嘴15的上下摆角，进而调节炉膛火焰中心及温度场的均匀性。

如图5所示，环形周界风配风装置12大风箱20、配风筒12-1，配风筒12-1设于可调式乏气喷嘴15外周，与可调式乏气喷嘴15之间形成环形周界12-2。大风箱20设于配风筒12-1外侧，且与二次风道连通，通过二次风道取风进入可调式乏气喷嘴15外周的环形周界12-2。通过乏气周围布置周界风可以防止乏气发散，进而防止乏气喷口周围结焦，同时可增大乏气气流刚性，使得大气气流喷入到炉膛中心高温区域，此外乏气周界风还可给乏气燃烧补风，增强乏气气流燃尽。

煤粉气流经过燃烧器1上的弯头分成主气与乏气。

首先根据锅炉负荷进行调节：

1、当锅炉负荷较低时(锅炉负荷小于50％BMCR)，可通过乏气可调缩孔3/10关闭两路乏气管道4/11，乏气通过乏气管道5由拱部喷入炉膛。由于低负荷时拱部下冲动量不足，乏气从拱部喷入可增加锅炉拱部下冲动量，增加火焰在下炉膛的充满程度。

2、其余锅炉负荷情况下，根据煤种进行调节：

当锅炉燃用干燥无灰基挥发份大于30％的烟煤时，可通过乏气可调缩孔2/10关闭两路乏气管道5/11，乏气通过乏气管道4由上炉膛喷入炉膛。由于煤质挥发份高，易燃尽，乏气在上炉膛喷入仍能有效的燃尽，同时实现了燃料分级燃烧，进一步降低NO_x排放，通过可调式乏气喷嘴调节装置19可调节乏气喷入角度，调节锅炉火焰中心高度，进而调节锅炉气温、减温水量。

进一步的，对上炉膛乏气喷入角度的调节方式如下：

当减温水量偏大或高温过热器壁过高情况下，将乏气喷口角度向下调节，降低炉膛火焰中心高度，进而降低减温水量，保证锅炉安全经济运行。每次调节5°，调节后观察减温水量及壁温情况在调节。

当锅炉主气温或者再热器温偏低情况下，将乏气喷口角度向上调节，进而提高炉膛火焰中心高度，使得提高锅炉主气温及再热器温，保证锅炉安全经济运行。每次调节5°，调节后观察减温水量及壁温情况在调节。

当锅炉燃用干燥无灰基挥发份小于20％的无烟煤与贫煤时，可通过乏气可调缩孔2/3关闭两路乏气管道5/4，乏气通过乏气管道11由下炉膛喷入炉膛。煤质干燥无灰基挥发分较低，不易燃尽，而下炉膛温度较高，乏气由下炉膛喷入炉膛可解决乏气着火困难问题。通过可调式乏气喷嘴调节装置18可调节乏气喷入角度，调节锅炉火焰中心高度，进而调节锅炉气温及减温水量。

进一步的，对下炉膛乏气喷入角度的调节方式如下：

当减温水量偏大或高温过热器壁过高情况下，将乏气喷口角度向下调节，降低炉膛火焰中心高度，进而降低减温水量，保证锅炉安全经济运行。每次调节5°，调节后观察减温水量及壁温情况在调节。

当锅炉主气温或者再热器温偏低情况下，将乏气喷口角度向上调节，进而提高炉膛火焰中心高度，使得提高锅炉主气温及再热器温，保证锅炉安全经济运行。每次调节5°，调节后观察减温水量及壁温情况在调节。

当锅炉燃用干燥无灰基挥发份在20％-30％之间烟煤时，可通过乏气可调缩孔3/10关闭两路乏气管道4/11，乏气通过乏气管道5由拱部喷入炉膛。乏气由拱部喷入炉膛可增大拱部下冲动量，提高炉膛火焰充满程度。

本发明的燃烧组合方式不限于以上列举的几种，可根据现场实际情况实现多种燃烧组合方式，实现宽煤种及高灵活性燃烧。

Claims (10)

1.一种提高W火焰锅炉煤种灵活性的燃烧系统，该燃烧系统设于W火焰锅炉内，包括若干分布于炉膛拱部位置处的燃烧器、与各燃烧器对应设置的主燃烧器喷口；其特征在于：所述燃烧系统还包括若干组与燃烧器一一对应的乏气调节装置；每组乏气调节装置均包括三路乏气管道，各路乏气管道分别连通该组乏气调节装置对应的燃烧器与对应的乏气喷口，每组乏气管道的三个乏气喷口分别设于上炉膛前墙、炉膛拱部、下炉膛垂直墙位置处；各乏气管道上均设有乏气可调缩孔。

2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于：设于上炉膛前墙、下炉膛垂直墙位置处的喷口上均设有可调式乏气喷嘴。

3.根据权利要求2所述的燃烧系统，其特征在于：各可调式乏气喷嘴的周侧设有环形周界风配风装置。

4.根据权利要求3所述的燃烧系统，其特征在于：所述燃烧系统还包括若干燃尽风喷口，各燃尽风喷口设于上炉膛前墙、乏气喷口上方位置处。

5.根据权利要求4所述的燃烧系统，其特征在于：所述燃烧系统还包括若干辅助燃尽风喷口，各辅助燃尽风喷口设于燃尽风喷口上方位置处，且采用切圆式分布。

6.根据权利要求5所述的燃烧系统，其特征在于：所述燃烧系统还包括若干分级风喷口，各分级风喷口设于下炉膛垂直墙、乏气喷口上方位置处。

7.一种提高W火焰锅炉煤种灵活性的燃烧方法，其特征在于：该燃烧方法在锅炉采用不同煤种时，通过对乏气喷入炉膛的位置及喷入的角度进行调控。

8.根据权利要求7所述的燃烧方法，其特征在于：所述燃烧方法针对不同煤种对乏气喷入炉膛位置的具体调控方法如下：当锅炉燃用干燥无灰基挥发分大于30％的烟煤时，控制乏气由上炉膛喷入炉膛内；当锅炉燃用干燥无灰基挥发分小于20％的无烟煤与贫煤时，控制乏气由下炉膛喷入炉膛内；当锅炉燃用干燥无灰基挥发分在20—30％之间的烟煤时，控制乏气由拱部喷入炉膛内。

9.根据权利要求7所述的燃烧方法，其特征在于：所述燃烧方法对乏气喷入炉膛的角度进行调控的方法如下：当减温水量偏大或高温过热器壁过高情况下，将乏气喷口角度向下调节；当锅炉主气温或者再热器温偏低情况下，将乏气喷口角度向上调节。

10.根据权利要求8所述的燃烧方法，其特征在于：所述燃烧方法在锅炉运行机组负荷不同时，通过对乏气喷入炉膛的位置进行如下调控：当锅炉负荷较低时，控制乏气由拱部喷入炉膛内；当锅炉负荷较高时，控制乏气的喷入方式采用上述针对不同煤种对乏气喷入炉膛位置的具体调控方法。

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