CN111023083A - 一种采用旋流燃烧器的w火焰锅炉 - Google Patents

一种采用旋流燃烧器的w火焰锅炉 Download PDF

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Abstract

一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，本发明涉及一种采用灵活调峰技术的电站锅炉，本发明的目的是为解决现有技术采用旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉，普通微油点火方式锅炉的最大调峰能力为50％左右，无法达到政府对电站锅炉灵活性调峰能力的要求，它包括上炉膛、下炉膛、前炉拱、后炉拱、前墙、后墙和多个旋流煤粉燃烧器；旋流煤粉燃烧器包括可调节锥体拉杆、微油点火枪和导流锥体，微油点火枪安装在可调节锥体拉杆内，可调节锥体拉杆底端固定安装在导流锥体内，可调节锥体拉杆、微油点火枪和导流锥体安装在旋流煤粉燃烧器壳体内，前炉拱水冷壁和后炉拱水冷壁上分别安装有旋流煤粉燃烧器。本发明属于锅炉领域。

Description

一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉
技术领域
本发明涉及一种采用灵活调峰技术的电站锅炉，具体涉及一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉。
背景技术
近些年，随着大规模可再生能源介入，中国的电力系统发生了巨大改变。可再生能源的发电容量在电网中所占比重与日俱增。然而，由于发电方式本身的局限性，可再生能源发电的出力不稳定性为电力系统的调节能力带来巨大挑战；此外，发电侧及需求侧的大量不确定因素也影响着电力系统的安全稳定运行。资料显示，2015年中国全年净增火电装机7202万千瓦(其中煤电5186万千瓦)，为2009年以来年度投产最多的一年。但是火电的发电量连续两年负增长，利用小时创1969年以来的新低。此外，近年来风电持续快速发展的同时，部分地区出现了严重的弃风问题，消纳已成为制约风电等新能源发展的关键因素。因此，为了适应可再生能源的高速发展，提高电力系统对可再生能源的消纳能力，确保电力系统的安全稳定运行，对煤电机组进行灵活性改造已势在必行。
火电灵活性包含运行灵活性和燃料灵活性两个方面。其中燃料灵活性是指利用已有的煤电设备，掺烧/混烧秸秆、木屑等生物质，实现生物质原料的清洁利用，减少大气污染。由于电站锅炉燃料消耗量巨大，锅炉日常燃用的煤质很大程度上受资源赋存状况和市场环境的限制，难以实现燃料灵活性。因此，运行灵活性改造是当前火电机组普遍采用的灵活性改造方式。
运行灵活性通常是指提升已有煤电机组包括纯凝机组与热电机组的调峰幅度，扩宽锅炉锅炉的负荷调整范围，为消纳更多波动性可再生能源，灵活参与电力市场创造条件。
作为燃煤电站锅炉的主要组成部分之一，W火焰锅炉是中国自二十世纪九十年代开始从北非和西欧等地区引进的一种专为燃用贫煤和无烟煤等低挥发分难燃煤种而设计的电站锅炉。由于无烟煤和贫煤的岩相结构紧密而稳定，孔隙率小，反应性较低，在实际燃用中，往往存在着火难、稳定燃烧难和燃尽难的问题，需要较高的着火温度和燃尽温度、煤粉燃尽时间较长。当锅炉超低负荷运行时，由于送入炉内的燃料量较少，一次风和二次风随之减少，热风温度下降。炉内的含氧量相对较多，加上汽化潜热增加，炉内的热负荷和炉膛温度较低。锅炉的燃烧稳定性将进一步变差，甚至引起灭火。因此，相对其它燃煤电站锅炉，W火焰锅炉低负荷运行时煤粉气流着火和稳定燃烧能力更弱。
根据燃烧器形式的不同W火焰锅炉可分为采用直流燃烧器的W火焰锅炉和采用旋流燃烧器的W火焰锅炉两类。采用旋流燃烧器的传统W火焰锅炉通常采用油枪点火的方式。在浓煤粉气流管道或喷口处布置微油点火枪，利用油枪喷出的雾化油滴和煤粉的混合物燃烧产生的高温火核点燃整个煤粉气流。与直流燃烧器不同的是，旋流燃烧器通常采用旋转的二次风包裹浓煤粉气流从而引射携带煤粉气流下冲。由于旋流二次风的阻隔作用，炉内的拱下高温回流区无法直接加热煤粉气流，煤粉气流的着火和稳燃能力大大削弱。因此，相对于采用直流燃烧器的W火焰锅炉，采用旋流燃烧器的W火焰锅炉低负荷稳燃能力进一步减弱。实际运行结果表明：对于采用旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉，采用普通微油点火方式时锅炉的最大调峰能力为50％左右，远远无法达到政府对电站锅炉灵活性调峰能力的要求20％。因此，有必要开发针对采用旋流燃烧器W火焰锅炉的新型灵活性调峰技术和装置，提升锅炉的调峰能力。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术采用旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉，普通微油点火方式锅炉的最大调峰能力为50％左右，无法达到政府对电站锅炉灵活性调峰能力的要求，进而需要提供一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉。
本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：
它包括上炉膛、下炉膛、前炉拱、后炉拱、前墙、后墙和多个旋流煤粉燃烧器；旋流煤粉燃烧器包括可调节锥体拉杆、微油点火枪和导流锥体，上炉膛、前炉拱、前墙、下炉膛、后墙和后炉拱构成炉体，微油点火枪安装在可调节锥体拉杆内，可调节锥体拉杆底端固定安装在导流锥体内，可调节锥体拉杆、微油点火枪和导流锥体安装在旋流煤粉燃烧器壳体内，前炉拱水冷壁和后炉拱水冷壁上分别安装有旋流煤粉燃烧器。
本发明的有益效果：
本发明能够显著改善W火焰锅炉超低负荷条件下煤粉气流的着火和稳燃特性，提高锅炉的灵活调峰能力。
传统巴威W火焰锅炉的结构简图如图1所示。对于采用微油点火装置的传统巴威W火焰锅炉，微油点火枪10通过旋流煤粉燃烧器5的旋流内二次风喷口5-1插入炉膛，油枪喷口与浓煤粉气流喷口的中轴线相交。微油点火枪10的油量一般为80-100kg/h，雾化程度好，油滴的平均粒径为5-10微米，容易点燃，燃烧放热快。当锅炉处于高负荷运行时，燃烧器内煤粉气流的浓度较大，微油点火枪10点燃的煤粉量较多，放出大量的热，产生大范围的高温火焰，进而点燃整个煤粉气流，锅炉的稳燃特性较好。
当锅炉超低负荷运行时，送入炉内的燃料量大幅降低，然而为了保证一次风管道内煤粉的正常输送，锅炉的一次风速仍保持在较高水平，因此燃烧器内的煤粉浓度显著降低。实际运行表明，当锅炉运行负荷低于满负荷的50％时，随着锅炉负荷降低，燃烧器内的煤粉浓度逐渐降低。此外，煤粉气流由浓煤粉气流喷口喷入炉膛后，煤粉浓度迅速降低，微油点火枪10点燃的煤粉量非常有限，产生的高温火焰长度和粗度较小，放热量较少，燃烧后产生的火焰容易被扑灭，不利于煤粉气流的点燃，煤粉气流的着火特性较差。
此外，由于超低负荷条件下锅炉的燃料供入量降低，煤粉燃烧产生的热量大幅度减少，炉膛温度下降，W火焰锅炉拱下回流区的温度降低，对煤粉气流的卷吸和预热作用减弱，拱下高温回流区对煤粉颗粒和燃油混合物的预热作用较差，煤粉气流的着火和稳燃特性进一步削弱。实际运行表明，当负荷低于50％时，锅炉出现燃烧不稳定，甚至灭火的情况。
本发明在燃烧器的可调节锥体拉杆9内布置微油点火枪10，油量为30kg/h左右。此外，浓煤粉喷口6的侧壁上设有输氧枪12。输氧枪12斜插入浓煤粉喷口6内，其喷口中轴线与微油点火枪10的中轴线相交。高纯度氧气自高压储氧罐16经输氧管道15和输氧枪12供入浓煤粉气流喷口6内，输氧枪12的供氧量通过其尾部的氧量调节阀门13控制。
采用本发明后，由于导流锥体11的封堵作用，煤粉气流的风速显著提升，在导流锥体11的尾部形成高速的紊流，使煤粉颗粒与微油点火枪10喷出的雾化油滴充分混合。煤粉气流和雾化油滴的混合物进入浓煤粉气流喷口6后与输氧枪12喷入的高纯度氧气充分混合并经点火枪点燃，在浓煤粉气流喷口6内形成高温火核。
虽然超低负荷条件下，燃烧器内的煤粉浓度降低。但是由于高浓度氧气的供入，燃烧器浓煤粉气流喷口6内的氧气浓度由19％迅速提高至70％以上，氮气浓度由78％降低至25％左右。由于燃烧器内氧气浓度增大，单位空间内氧气分子的密度显著增高，煤粉中碳原子与油滴中的烃与氧气分子发生化学反应的放热速率和反应程度大幅度提高，煤粉颗粒的燃烧更加充分，释放出更多的热量，宏观表现为煤粉颗粒和雾化油滴混合物的燃点温度大幅度降低，煤粉气流的温度迅速升高，煤粉燃烧的火焰较短,燃烧强度增强,燃烧速度较快,雾化油滴和煤粉混合物形成的高温火焰迅速蔓延，煤粉气流的着火特性显著改善。
由于N2本身几乎无辐射能力，CO2、水蒸气等三原子气体的辐射能力较强，在富氧条件下煤粉气流燃烧产生的高温烟气中的N2浓度较低，CO2、水蒸气浓度较高，烟气的黑度大幅度提升，强化了烟气对锅炉辐射换热面和煤粉气流的传热特性。本发明将输氧枪和微油点火装置布置于浓煤粉气流喷口6的出口处，煤粉颗粒与雾化油滴的混合物直面向炉内高温区，锅炉拱下高温回流区对燃烧器喷出煤粉气流的预热作用大幅度增强，超低负荷条件下煤粉气流的稳燃特性显著增强。
此外，由于浓煤粉气流喷口6侧壁上设有温度测点14，输氧枪12的供氧量根据浓煤粉气流喷口6内的温度通过调整氧量调节阀门13可进行实时调控，锅炉超低负荷条件下煤粉气流的稳燃特性显著改善。经热力计算，采用本发明后，同等负荷条件下点燃煤粉气流的着火热显著降低为传统W火焰锅炉的36％左右，锅炉的最低稳燃负荷降低至20％。
附图说明
图1是传统巴威W火焰锅炉示意图。
图2是图1中I处放大图。
图3是本发明W火焰锅炉示意图。
图4是图3中II处放大图。
图5是本发明旋流煤粉燃烧器5中输氧枪12与外部供氧系统连接示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图3-图5说明本实施方式，本实施方式所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，它包括上炉膛1、下炉膛2、前炉拱3、后炉拱4、前墙、后墙和多个旋流煤粉燃烧器5；旋流煤粉燃烧器5包括可调节锥体拉杆9、微油点火枪10和导流锥体11，上炉膛1、前炉拱3、前墙、下炉膛2、后墙和后炉拱4构成炉体，微油点火枪10安装在可调节锥体拉杆9内，可调节锥体拉杆9底端固定安装在导流锥体11内，可调节锥体拉杆9、微油点火枪10和导流锥体11安装在旋流煤粉燃烧器5壳体内，前炉拱3水冷壁和后炉拱4水冷壁上分别安装有旋流煤粉燃烧器5。
具体实施方式二：结合图3-图5说明本实施方式，本实施方式所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，前炉拱3水冷壁上的多个旋流煤粉燃烧器5呈直线排列设置，后炉拱4水冷壁上的多个旋流煤粉燃烧器5呈直线排列设置，其它方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图3-图5说明本实施方式，本实施方式所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，旋流煤粉燃烧器5还包括旋流内二次风喷口5-1、旋流外二次风喷口5-2和浓煤粉喷口6，浓煤粉喷口6、内二次风喷口5-1和旋流外二次风喷口5-2由内向外依次同轴设置，前炉拱3水冷壁上每个浓煤粉喷口6、内二次风喷口5-1和旋流外二次风喷口5-2均与前炉拱3水冷壁连接，后炉拱4水冷壁上每个浓煤粉喷口6、内二次风喷口5-1和旋流外二次风喷口5-2均与后炉拱4水冷壁连接，可调节锥体拉杆9通过浓煤粉喷口6上端的套筒插入浓煤粉喷口6内，可调节锥体拉杆9与浓煤粉喷口6可相对移动，其它方法与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图3-图5说明本实施方式，本实施方式所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，旋流煤粉燃烧器5还包括输氧枪12，输氧枪12的出口端依次穿过旋流外二次风喷口5-2、内二次风喷口5-1并倾斜安装在浓煤粉喷口6上，输氧枪12与浓煤粉喷口6连通。其它方法与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图3-图5说明本实施方式，本实施方式所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，导流锥体11的顶端为锥形体，可调节锥体拉杆9的底端穿过导流锥体11并安装在导流锥体11上。可调节锥体拉杆9和导流锥体11在浓煤粉喷口6内移动，其它方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图3-图5说明本实施方式，本实施方式所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，输氧枪12上安装有氧量调节阀门13，输氧枪12的入口端通过氧量调节阀门13和输氧管道15与外部高压储氧罐16连接。其它方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图3-图5说明本实施方式，本实施方式所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，旋流煤粉燃烧器5还包括温度测点14，温度测点14插装在浓煤粉气流喷口6上，温度测点14探针的中心线、微油点火枪10喷口上沿长度方向的中心线与输氧枪12喷口上沿长度方向的中心线相交，其它方法与具体实施方式三相同。
具体实施方式八：结合图3-图5说明本实施方式，本实施方式所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，它还包括多个乏气喷口7和多个分级风喷口8，前墙上设有多个乏气喷口7和多个分级风喷口8，后墙上设有多个乏气喷口7和多个分级风喷口8，前墙上的多个乏气喷口7呈直线水平排列设置，前墙上的多个分级风喷口8呈直线水平排列设置，前墙上的多个乏气喷口7位于多个分级风喷口8上方，后墙上的多个乏气喷口7呈直线水平排列设置，后墙上的多个分级风喷口8呈直线水平排列设置，后墙上的多个乏气喷口7位于多个分级风喷口8上方。前墙上的多个乏气喷口7与后墙上的多个乏气喷口7等高设置，前墙上的多个分级风喷口8与后墙上的多个多个分级风喷口8等高设置，其它方法与具体实施方式一相同。
实施例：
本发明已经在某电厂一台300MW巴威W火焰锅炉上应用。锅炉前后拱上对称布置了12组，共24只旋流煤粉燃烧器，浓煤粉气流自燃烧器喷口喷入炉膛。锅炉共配备了A、B、C、D四台磨煤机，其中锅炉B磨和D磨对应的12只燃烧器采用本发明所设计的灵活调峰技术进行了改造。
采用本发明前，满负荷条件下，锅炉前后墙24只燃烧器全部投运并能够保持稳定运行。然而当锅炉负荷降低至150MWe即50％BMCR负荷时，锅炉的A、C两台磨停运，仅投运B、D两台磨煤机，实际运行表明，两台磨对应的12只传统旋流煤粉燃烧器均不同程度的出现了着火难，燃烧不稳定甚至灭火的现象。经试验测量，此时燃烧器内的氧气浓度约为17％，煤粉气流的着火点约为763℃。
采用本发明后，仅B、D磨投运时，通过调整输氧枪阀门开度，燃烧器内的氧气浓度可提高至68％，经试验测量煤粉气流的着火点温度降低至625℃左右，煤粉气流及时着火，稳燃特性良好。锅炉负荷降低至20％时通过调整微油枪和输氧枪阀门开度，采用本发明的12只燃烧器依然能够稳定投运，该负荷运行时风电的并网负荷可达到240MWe，年CO2减排量可达41000t左右。

Claims (8)

1.一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，它包括上炉膛(1)、下炉膛(2)、前炉拱(3)、后炉拱(4)、前墙、后墙和多个旋流煤粉燃烧器(5)；其特征在于：旋流煤粉燃烧器(5)包括可调节锥体拉杆(9)、微油点火枪(10)和导流锥体(11)，上炉膛(1)、前炉拱(3)、前墙、下炉膛(2)、后墙和后炉拱(4)构成炉体，微油点火枪(10)安装在可调节锥体拉杆(9)内，可调节锥体拉杆(9)底端固定安装在导流锥体(11)内，可调节锥体拉杆(9)、微油点火枪(10)和导流锥体(11)安装在旋流煤粉燃烧器(5)壳体内，前炉拱(3)水冷壁和后炉拱(4)水冷壁上分别安装有旋流煤粉燃烧器(5)。
2.根据权利要求1所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，其特征在于：前炉拱(3)水冷壁上的多个旋流煤粉燃烧器(5)呈直线排列设置，后炉拱(4)水冷壁上的多个旋流煤粉燃烧器(5)呈直线排列设置。
3.根据权利要求1或2所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，其特征在于：旋流煤粉燃烧器(5)还包括旋流内二次风喷口(5-1)、旋流外二次风喷口(5-2)和浓煤粉喷口(6)，浓煤粉喷口(6)、内二次风喷口(5-1)和旋流外二次风喷口(5-2)由内向外依次同轴设置，前炉拱(3)水冷壁上每个浓煤粉喷口(6)、内二次风喷口(5-1)和旋流外二次风喷口(5-2)均与前炉拱(3)水冷壁连接，后炉拱(4)水冷壁上每个浓煤粉喷口(6)、内二次风喷口(5-1)和旋流外二次风喷口(5-2)均与后炉拱(4)水冷壁连接。
4.根据权利要求3所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，其特征在于：旋流煤粉燃烧器(5)还包括输氧枪(12)，输氧枪(12)的出口端依次穿过旋流外二次风喷口(5-2)、内二次风喷口(5-1)并倾斜安装在浓煤粉喷口(6)上，输氧枪(12)与浓煤粉喷口(6)连通，微油点火枪(10)喷口上沿长度方向的中心线与输氧枪(12)喷口上沿长度方向的中心线相交。
5.根据权利要求1所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，其特征在于：导流锥体(11)的顶端为锥形体，可调节锥体拉杆(9)的底端穿过导流锥体(11)并安装在导流锥体(11)上。
6.根据权利要求1所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，其特征在于：输氧枪(12)上安装有氧量调节阀门(13)，输氧枪(12)的入口端通过氧量调节阀门(13)和输氧管道(15)与外部高压储氧罐(16)连接。
7.根据权利要求3所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，其特征在于：旋流煤粉燃烧器(5)还包括温度测点(14)，温度测点(14)插装在浓煤粉气流喷口(6)上。
8.根据权利要求1所述一种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，其特征在于：它还包括多个乏气喷口(7)和多个分级风喷口(8)，前墙上设有多个乏气喷口(7)和多个分级风喷口(8)，后墙上设有多个乏气喷口(7)和多个分级风喷口(8)，前墙上的多个乏气喷口(7)呈直线水平排列设置，前墙上的多个分级风喷口(8)呈直线水平排列设置，前墙上的多个乏气喷口(7)位于多个分级风喷口(8)上方，后墙上的多个乏气喷口(7)呈直线水平排列设置，后墙上的多个分级风喷口(8)呈直线水平排列设置，后墙上的多个乏气喷口(7)位于多个分级风喷口(8)上方。
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