CN110966590A - 一二次风耦合射流系统及其运行方法 - Google Patents

一二次风耦合射流系统及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一二次风耦合射流系统及其运行方法。火电机组在低负荷工况下NOx排放浓度较难控制。本发明的一二次风耦合射流系统包括一次风母管、一次风支管、直流射流管、旋流射流管、直流二次风调节套筒、旋流调风盘和二次风箱；在线监测直流射流管出口处内侧的直流射流速度，当所述的直流射流速度低于经验气流速度时，通过本发明的运行方法对直流一次风调节阀和直流二次风调节套筒进行耦合调节，使射流系统从单纯的二次风射流过渡至一二次风耦合射流，提高射流系统的气流压力和射流速度，使燃尽风射流在炉膛内具有更强的穿透力和卷吸作用，使SOFA喷口区域燃料燃尽性能改善，进而减少主燃烧器区域的燃烧空气量，有利于降低NOx排放浓度。

Description

一二次风耦合射流系统及其运行方法
技术领域
本发明属于锅炉污染物排放控制技术领域，具体地说一种一二次风耦合射流系统及其运行方法。
背景技术
分级送风是一种简单有效的降低NOx排放浓度的技术手段，大型火电机组的燃烧器多数采用了分级送风方式。燃烧所需的空气通过多个燃烧器喷口分阶段送入炉膛，其中在燃料燃烧的最后阶段才送入炉膛的那部分空气称为分离式燃尽风(简称SOFA)。未完全燃烧的燃料经过SOFA喷口区域时，与送入SOFA喷口的二次风混合并进一步燃烧。
在高负荷工况下，SOFA压力高、速度大、刚性强，在炉内贯穿距离远，卷吸烟气的能力强，能够很好地发挥分级送风的技术优势。然而，在低负荷工况下，由于送风机压力和二次风压力显著降低，送入SOFA喷口的二次风刚性大幅减弱，导致氧气与燃料混合不充分，残余可燃物无法在SOFA喷口区域完成燃尽，固体不完全燃烧和气体不完全燃烧热损失增加，严重时可引发尾部受热面二次燃烧事故。在低负荷运行工况下，一般采用增加主燃烧器区域送风量的方法，提高锅炉燃烧性能，防止发生锅炉运行安全性问题。由于主燃烧器区域燃料富集，炉膛温度非常高，随着氧量的进一步增大，NOx排放浓度显著增大，成为机组低负荷运行的控制难点。
在机组低负荷运行工况下，如何降低NOx排放浓度是有关技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种一二次风耦合射流系统，
为此，本发明采用如下的技术方案：一二次风耦合射流系统，其包括一次风母管、一次风支管、直流射流管、旋流射流管、直流二次风调节套筒、旋流调风盘和二次风箱；
所述的一次风母管内通热一次风，一次风母管沿炉膛布置；
所述一次风支管的一端与一次风母管连接，另一端与直流射流管连接；
所述的直流射流管，与直流射流管连接的一端是直流一次风进口；另一端是直流射流管出口，与炉膛连通；沿圆周表面开孔，作为直流二次风进口；
所述的旋流射流管，其一端与二次风箱连通，是旋流二次风进口；另一端与炉膛连通，是旋流射流管出口；
所述的直流二次风调节套筒，其为圆筒状，套在直流二次风进口外且可轴向移动，直流二次风调节套筒的长度大于直流二次风进口的长度；
所述的旋流调风盘，其套在直流射流管上，位于旋流射流管的旋流二次风进口处。
作为优选，所述的一次风支管上设有直流一次风调节阀，用于调节直流一次风的风量。
作为优选，所述的直流二次风调节套筒上安装第一调节执行机构，方便控制直流二次风调节套筒。
作为优选，所述的旋流调风盘上安装第二调节执行机构，方便控制旋流调风盘。
作为优选，直流射流管出口处内侧安装温度传感器，用于测量直流射流管出口处内的温度。
作为优选，直流射流管出口处内侧安装毕托管，用于测量直流射流速度。
本发明还采用的一种技术方案为：上述一二次风耦合射流系统的运行方法，其在线监测直流射流管出口处内侧的直流射流速度，根据直流射流速度的大小采取不同的运行方法：
1)当机组在高负荷工况运行时，二次风箱压力高，经直流二次风进口进入直流射流管的二次风直流射流速度高于经验气流速度，此时直流一次风调节阀无需开启，直流二次风调节套筒和旋流调风盘保持合适开度，二次风分别从直流射流管和旋流射流管喷入炉膛；
2)当机组负荷降低时，二次风压力随机组负荷下降，导致直流射流速度和旋流射流速度同时降低，当监测到直流射流速度低于经验气流速度时，通过直流一次风调节阀和直流二次风调节套筒的耦合调节，使直流射流速度和旋流射流速度同时增大。
作为优选，直流射流速度和旋流射流速度同时增大的具体内容如下：一方面，逐渐开启或完全开启直流一次风调节阀，并逐渐关小或完全关闭直流二次风调节套筒，增大直流射流管内高压一次风量的份额，使直流射流管内气流压力显著增加，从而提高直流射流速度，使直流射流速度不低于经验气流速度；另一方面，二次风的总通流面积减小使二次风箱内二次风压力有所升高，且部分高压一次风通过直流二次风进口进入旋流射流管，使得旋流射流管内的气流压力升高，旋流射流速度增大。
作为优选，所述的经验气流速度，与锅炉类型、燃烧器设计和燃料种类有关，通过现场试验确定。
作为优选，所述的直流射流管出口处内测的直流射流速度，通过毕托管获取。
本发明通过一二次风耦合射流系统及其运行方法，使在低负荷工况下，进入锅炉的燃尽风由单纯的二次风射流过渡至一二次风耦合射流，提高了射流系统的气流压力和射流速度，使燃尽风射流在炉膛内具有更强的穿透力和卷吸作用，使SOFA喷口区域燃料燃尽性能改善，进而减少主燃烧器区域的燃烧空气量，有利于降低NOx排放浓度。
附图说明
图1是本发明高负荷工况下一二次风耦合射流系统的典型阀门状态示意图；
图2是本发明低负荷工况下一二次风耦合射流系统的典型阀门状态示意图；
图3是本发明一次风箱和一次风支管的布置方案图。
图中，1-一次风母管，2-一次风支管，3-直流射流管，4-旋流射流管；5-直流二次风调节套筒，6-旋流调风盘，7-二次风箱，8-直流一次风调节阀，9-直流二次风进口，10-旋流二次风进口，11-第一调节执行机构，12-第二调节执行机构，13-直流射流管出口，14-毕托管，15-温度传感器。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供一二次风耦合射流系统，如图1-2所示，其包括一次风母管1、一次风支管2、直流射流管3、旋流射流管4、直流二次风调节套筒5、旋流调风盘6、二次风箱7和直流一次风调节阀8。
所述的一次风母管1内通热一次风，一次风母管1沿炉膛布置。
所述一次风支管2的一端与一次风母管1连接，另一端与直流射流管3连接；其上设有直流一次风调节阀8。
所述的直流射流管3，与直流射流管3连接的一端是直流一次风进口；另一端是直流射流管出口13，与炉膛连通；沿圆周表面开孔，作为直流二次风进口9；直流射流管出口13处内侧安装毕托管14和温度传感器15。
所述的旋流射流管4，其一端与二次风箱7连通，是旋流二次风进口10；另一端与炉膛连通，是旋流射流管出口。
所述的直流二次风调节套筒5，其为圆筒状，套在直流二次风进口9外且可轴向移动，直流二次风调节套筒的长度大于直流二次风进口9的长度。
所述的旋流调风盘6，其套在直流射流管3上，位于旋流射流管4的旋流二次风进口10处。
所述的直流二次风调节套筒上安装第一调节执行机构11。所述的旋流调风盘上安装第二调节执行机构12。
一次风母管和一次风支管布置方案如图3所示。沿炉膛水平设置一次风母管1，多根一次风支管2从一次风母管1接出，一次风支管2连接至直流射流管3的直流一次风进口端。
实施例2
本实施例提供实施例1所述一二次风耦合射流系统的运行方法，其在线监测直流射流管出口13处内侧的直流射流速度，根据直流射流速度的大小采取不同的运行方法。
如图1所示，当机组在高负荷工况运行时，二次风箱压力高，经直流二次风进口9进入直流射流管3的二次风直流射流速度高于经验气流速度，此时直流一次风调节阀8无需开启，直流二次风调节套筒5和旋流调风盘6保持合适开度，二次风分别从直流射流管3和旋流射流管4喷入炉膛。
如图2所示，当机组负荷降低时，二次风压力随机组负荷下降，导致直流射流速度和旋流射流速度同时降低，当监测到直流射流速度低于经验气流速度时，通过直流一次风调节阀8和直流二次风调节套筒5的耦合调节，使直流射流速度和旋流射流速度同时增大：一方面，逐渐开启或完全开启直流一次风调节阀8，并逐渐关小或完全关闭直流二次风调节套筒5，增大直流射流管内高压一次风量的份额，使直流射流管内气流压力显著增加，从而提高直流射流速度，使直流射流速度不低于经验气流速度；另一方面，二次风的总通流面积减小使二次风箱7内二次风压力有所升高，且部分高压一次风通过直流二次风进口9进入旋流射流管4，使得旋流射流管4内的气流压力升高，旋流射流速度增大。
所述的经验气流速度，与锅炉类型、燃烧器设计和燃料种类有关，通过现场试验确定。。
在直流射流管出口13处内侧安装毕托管14和温度传感器15，直流射流管出口13处内侧直流射流速度为：
Figure BDA0002302195460000041
式中：v是直流射流管出口13处内侧直流射流速度；k是毕托管14的系数；Δp是毕托管14测得的全压与静压之差；ρ0是标准状态下空气密度；t是温度传感器15的读数。
经验气流速度通过现场试验确定。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一二次风耦合射流系统，其特征在于，包括一次风母管(1)、一次风支管(2)、直流射流管(3)、旋流射流管(4)、直流二次风调节套筒(5)、旋流调风盘(6)和二次风箱(7)；
所述的一次风母管(1)内通热一次风，一次风母管(1)沿炉膛布置；
所述一次风支管(2)的一端与一次风母管(1)连接，另一端与直流射流管(3)连接；
所述的直流射流管(3)，与直流射流管(3)连接的一端是直流一次风进口；另一端是直流射流管出口(13)，与炉膛连通；沿圆周表面开孔，作为直流二次风进口(9)；
所述的旋流射流管(4)，其一端与二次风箱(7)连通，是旋流二次风进口(10)；另一端与炉膛连通，是旋流射流管出口；
所述的直流二次风调节套筒(5)，其为圆筒状，套在直流二次风进口(9)外且可轴向移动，直流二次风调节套筒的长度大于直流二次风进口(9)的长度；
所述的旋流调风盘(6)，其套在直流射流管(3)上，位于旋流射流管(4)的旋流二次风进口(10)处。
2.根据权利要求1所述的一二次风耦合射流系统，其特征在于，所述的一次风支管(2)上设有直流一次风调节阀(8)。
3.根据权利要求1所述的一二次风耦合射流系统，其特征在于，所述的直流二次风调节套筒上安装第一调节执行机构(11)。
4.根据权利要求1所述的一二次风耦合射流系统，其特征在于，所述的旋流调风盘上安装第二调节执行机构(12)。
5.根据权利要求1所述的一二次风耦合射流系统，其特征在于，所述直流射流管出口(13)处内侧安装温度传感器(15)。
6.根据权利要求1所述的一二次风耦合射流系统，其特征在于，所述直流射流管出口(13)处内侧安装毕托管(14)。
7.权利要求1-6任一项所述一二次风耦合射流系统的运行方法，其特征在于，在线监测直流射流管出口(13)处内侧的直流射流速度，根据直流射流速度的大小采取不同的运行方法：
1)当机组在高负荷工况运行时，二次风箱压力高，经直流二次风进口(9)进入直流射流管(3)的二次风直流射流速度高于经验气流速度，此时直流一次风调节阀(8)无需开启，直流二次风调节套筒(5)和旋流调风盘(6)保持合适开度，二次风分别从直流射流管(3)和旋流射流管(4)喷入炉膛；
2)当机组负荷降低时，二次风压力随机组负荷下降，导致直流射流速度和旋流射流速度同时降低，当监测到直流射流速度低于经验气流速度时，通过直流一次风调节阀(8)和直流二次风调节套筒(5)的耦合调节，使直流射流速度和旋流射流速度同时增大。
8.根据权利要求7所述的运行方法，其特征在于，直流射流速度和旋流射流速度同时增大的具体内容如下：一方面，逐渐开启或完全开启直流一次风调节阀(8)，并逐渐关小或完全关闭直流二次风调节套筒(5)，增大直流射流管内高压一次风量的份额，使直流射流管内气流压力显著增加，从而提高直流射流速度，使直流射流速度不低于经验气流速度；另一方面，二次风的总通流面积减小使二次风箱(7)内二次风压力有所升高，且部分高压一次风通过直流二次风进口(9)进入旋流射流管(4)，使得旋流射流管(4)内的气流压力升高，旋流射流速度增大。
9.根据权利要求7所述的运行方法，其特征在于，所述的经验气流速度，与锅炉类型、燃烧器设计和燃料种类有关，通过现场试验确定。
10.根据权利要求7所述的运行方法，其特征在于，所述的直流射流管出口(13)处内测的直流射流速度，通过毕托管(14)获取。
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