CN111256162A - 掺烧低灰熔点煤锅炉防结渣和防结焦系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种掺烧低灰熔点煤锅炉防结渣和防结焦系统和方法，该系统有效解决了掺烧低灰熔点煤后锅炉普遍存在的水冷壁和炉膛出口高温受热面结渣和结焦严重的问题。所述的防止掺烧低灰熔点煤种锅炉结渣和结焦系统，该系统主要包括调整系统与控制系统，所述调整系统包括：冷烟气管路、风机和调节喷口；所述冷烟气管路出口端与调节喷口连接，进口端与锅炉尾部省煤器出口烟道或引风机出口烟道连接，并由风机将一小部分冷烟气抽出，经所述调节喷口送入炉膛对应位置。本发明有效解决掺烧低灰熔点煤种引起锅炉炉膛出口高温受热面结渣和结焦问题，以及炉膛四周水冷壁结渣和结焦的问题。

Description

掺烧低灰熔点煤锅炉防结渣和防结焦系统及方法

技术领域：

本发明属于燃煤发电技术领域，涉及一种能够有效防止锅炉防结渣和防结焦的系统和方法，尤其适用于掺烧低灰熔点煤的燃煤发电机组。

背景技术：

目前，为了降低运行费用，有的燃煤电站采用了低灰熔点煤作为入炉煤质。而低灰熔点煤种的煤质特性与设计煤种偏差较大，在锅炉容积热负荷、截面热负荷和壁面热负荷等热力参数不变情况下，掺烧低灰熔点煤极易出现炉膛结渣和结焦现象。通常掺烧低灰熔点煤炉膛结渣和结焦位置主要集中在水冷壁四周和炉膛上部屏过、高过上。

炉膛结渣和结焦指的是灰渣在高温下熔化后黏附于水冷壁或是炉膛出口处的屏上的现象。炉膛结焦或结渣是多种因素综合影响的结果，如煤灰的熔融特性、炉膛截面热负荷过高、空气动力场不佳以及火焰贴壁等。其中，煤灰的熔融特性是关键的影响因素。低灰熔点煤的熔化温度低于1130℃，而正常运行的锅炉炉膛火焰中心温度达1400—1600℃，灰渣颗粒在高温下呈熔化状态，若在到达受炉膛热面之前未能冷却为固态颗粒，则熔化的灰渣颗粒会黏附到受热面上，形成结焦或结渣。当结焦或结渣形成时，受热面吸热减少、冷却能力降低，使得受热面附近温度升高，加剧结焦和结渣。锅炉结焦和结渣问题严重影响锅炉出力，降低锅炉热效率，造成锅炉设备损坏，严重影响机组的安全与经济运行。

现有技术及存在问题

目前，为了缓解或解决炉膛结渣和结焦，针对低灰熔点煤引起炉膛结渣和结焦的常用方法主要以下三种：

1、混煤掺烧：通过在炉内或者炉外将高灰熔点煤种与低灰熔点煤进行预混掺配，以提高整体入炉煤的灰熔点。该方法需要在调整之前进行混煤取样指标分析，并进行科学的掺烧试验，从而确定各煤种的掺烧比例。当机组负荷、磨投运方式等发生变化时，需再次进行试验调整，因此，该方法无法满足随机组工况改变而随时调整的灵活性运行需求，且无法解决大比例掺烧低灰熔点煤的问题。

2、燃烧调整：通过调整炉内一二次风率、风速和风煤配比，维持火焰中心居中，避免火焰贴壁现象；调整煤粉细度、控制氧量，削弱燃烧强度、降低炉膛热负荷。该方法需要根据机组燃烧工况反复调整至适合各个工况的运行条件。因此，燃烧调整试验同样存在灵活性差的缺点。

3、受热面黑体喷涂：在水冷壁表面喷涂导热性能比较低的黑体材料，提高炉膛吸热能力，降低受热面沾污。该技术存在费用高，防护周期短等问题，不能从根本上解决锅炉结焦和结渣问题。

综上所述，燃用低灰熔点煤所带来的锅炉结焦和结渣问题严重影响机组的安全与经济运行，而现有解决结焦和结渣问题的技术需要反复试验调整，无法适应火电机组的灵活性运行需求，调节能力有限。

发明内容：

本申请提出的一种掺烧低灰熔点煤锅炉防结渣和防结焦系统，该系统有效解决了掺烧低灰熔点煤后锅炉普遍存在的水冷壁和炉膛出口高温受热面结渣和结焦严重的问题。

本发明另一目的是提供掺烧低灰熔点煤锅炉防止结焦和结渣系统的调整方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种防止掺烧低灰熔点煤种锅炉结渣和结焦系统，该系统主要包括调整系统与控制系统，所述调整系统包括：冷烟气管路、风机和调节喷口；

所述冷烟气管路出口端与调节喷口连接，冷烟气管路进口端经所述风机连通锅炉尾部省煤器或引风机出口烟道；所述风机将部分冷烟气抽出，经所述调节喷口送入炉膛对应区域，降低炉膛内该区域烟气温度，抑制炉膛内部受热面结焦和结渣。

优选地，所述调节喷口分为主燃区调节喷口和燃尽区调节喷口；所述主燃区调节喷口设于燃烧器喷嘴旁侧，安装高度和安装层数与燃烧器喷嘴对应；

优选地，所述主燃区调节喷口对应几种锅炉的安装方式如下：

对于对冲燃烧锅炉，主燃区调节喷口安装于锅炉前墙、后墙的两侧边缘处，且前后墙对冲安装，主燃区调节喷口中心距离侧墙0.5~1.2m；主燃区调节喷口形状为矩形或圆形；主燃区调节喷口内径为0.2~0.7米；主燃区调节喷口冷烟气流速保持40m/s以上；主燃区调节喷口内垂直方向安装调节挡板，挡板设置为百叶窗形式，用于调节喷口射流方向，控制喷口射流与水冷壁壁面间距离和角度，防止高速射流冲刷磨损水冷壁。

对于墙式切圆燃烧锅炉，主燃区调节喷口安装于燃烧器喷嘴旁侧的靠炉墙拐角处，距离炉墙0.5~1.0m；主燃区调节喷口形状为矩形或圆形，面积0.04~0.5m²；主燃区调节喷口冷烟气速度不小于30m/s，射流方向与燃烧器喷嘴射流方向一致；主燃区调节喷口内垂直方向安装百叶窗式调节挡板，用于调节喷口射流与燃烧器喷嘴射流及水冷壁之间距离；

对于角式切圆燃烧锅炉，主燃区调节喷口安装于与燃烧器夹角较小侧的炉墙燃烧器喷口下游区；主燃区调节喷口是通过取下水冷壁鳍片形成的缝隙式喷口，缝隙式喷口的覆盖面是炉墙的1/3宽度，0.5~1.5m高度，中心线与燃烧器喷口中心线一致。

优选地，所述燃尽区调节喷口安装高度位于燃尽风喷口上方1~2.5米处。

优选地，每个燃尽区调节喷口采用双喷口结构，所述双喷口结构有两种实现形式，一种是由水平方向喷口和垂直向下喷口构成，一种是由直流喷口和旋流喷口构成，直流喷口和旋流喷口是同心的两个通道，中间圆形喷口通道为直流射流，外圈环形通道为旋流通道，通道内设置旋流调节叶片，调节旋流强度。

第一种形式燃尽区调节喷口截面为L型，调整管路进入炉膛后分为水平方向与垂直向下方向，水平方向的分支喷口用以调整上炉膛温度场及流场，垂直向下的喷口所喷出的冷烟气对于水冷壁近壁区域的冷烟气幕起到补充的作用。

第二种形式燃尽区调节喷口有两个通道，中间为直流通道，射流速度高，确保冷烟气能够送到炉膛中心，外围为旋流通道，冷烟气旋转进入炉内，可有效冷却水冷壁近壁区烟气，如此，可实现冷烟气与高温烟气的有效混合。

优选地，所述燃尽区调节喷口对应几种锅炉的安装方式如下：

对于对冲燃烧锅炉，燃尽区调节喷口安装在炉膛四面炉墙上，前后墙燃尽区调节喷口的数量与对应燃烧器的数量相同，安装位置在燃烧器垂直方向上方，并与燃烧器喷口一一对应，喷口烟气流速不低于30m/s；左右两侧墙调节喷口的数量为2~4个，燃尽区调节喷口尺寸和射流速度与前后墙喷口相同，沿着炉宽方向均等布置。

对于切圆燃烧锅炉，燃尽区调节喷口安装在炉膛四面炉墙上，每面墙2~6个，喷口烟气流速不低于30m/s。

优选地，所述控制系统包括：冷烟气管路流量测量装置、水冷壁近壁区烟气温度测量装置、上炉膛烟气温度测量装置、烟气量调节装置，以及控制器。

优选地，所述冷烟气管路流量测量装置安装在冷烟气管路主管路，以及连通主燃区调节喷口和燃尽区调节喷口的分管路上，用于监测进入炉内各区域的调整烟气量大小。

所述水冷壁近壁区烟气温度测量装置安装在炉膛水冷壁处，可监测水冷壁近壁区的烟气温度。

所述上炉膛烟气温度测量装置安装在炉膛上部屏式过热器与燃尽区调节喷口之间的炉墙上，用于监测炉膛上部烟气温度；

在每个调节喷口的连接管路上均设有烟气量调节装置，烟气量调节装置包括调节挡板和执行器；控制器分别与每条管路上的烟气量调节装置连接，可以精准控制进入炉膛某一区域的冷烟气量；

水冷壁近壁区烟气温度测量装置可采用抽取式或声波原理测量装置，炉膛烟气温度测量装置可采用声波原理、激光原理或热成像原理测量装置。

一种掺烧低灰熔点煤锅炉防止结焦和结渣系统的调整方法，采用所述防止掺烧低灰熔点煤种锅炉结渣和结焦系统，主要包括以下步骤：

1）开启系统，风机将锅炉尾部省煤器出口烟道或引风机出口的冷烟气引至调节喷口，经主燃区调节喷口和燃尽区调节喷口喷入炉膛；

2）水冷壁近壁区烟气温度测量装置实时测量水冷壁近壁区域的烟气温度数据，依据水冷壁壁温和近壁区烟气温度变化趋势，判断当前运行工况下水冷壁近壁区是否发生结焦现象；

若发生结焦现象，相应区域水冷壁壁温和近壁区烟气温度呈上升趋势，则调整安装在对应区域的主燃区调节喷口处的烟气量流量，逐渐增加进入该区域的冷烟气量，在水冷壁近壁区形成一层冷烟气幕，使熔融的灰渣在冷烟气中及时冷却成固态，防止黏附在水冷壁壁面上；当水冷壁壁温和近壁区烟气温度出现下降且逐渐趋于稳定，则维持该冷烟气流量下运行。

3）上炉膛烟气温度测量装置实时测量屏式过热器下方区域的烟气温度，依据测量数据和燃用煤质灰熔点，判断当前运行工况下上部受热面是否发生结焦现象；

若测量温度值大于燃用煤质的灰熔点，则受热面有结焦风险，应调整安装在燃尽区调节喷口处的烟气量流量，逐渐增加输入炉膛的冷烟气量，降低炉膛上部烟气温度水平，使熔融的灰渣能及时冷却，防止在上部受热面结焦和结渣；当上炉膛受热面壁温低于燃用煤质的灰熔点，则维持该冷烟气流量下运行。

水冷壁近壁区烟气温度测量装置，主要用于指导调节主燃区调节喷口的烟气流量，测点布置与主燃区调节喷口位置对应关系：由于冷烟气喷射进入炉内后，受到炉内高温烟气的热辐射与对流扰动，气流刚性逐渐衰弱、气温升高，冷却效果逐渐减弱。因此，对于切圆燃烧锅炉，水冷壁近壁区烟气温度测量装置应布置于距离对应主燃区调节喷口远端处，此处近壁区烟温高于调节喷口附近烟温，结渣和结焦的几率更高。对于对冲燃烧锅炉，两侧墙烟气温度测量装置布置在侧墙的中部；

上炉膛烟气温度测量装置主要是用于指导燃尽区调节喷口的风量控制，其布置在屏式过热器下部，距离屏式过热器0.5~1.5m。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、本发明有效解决了掺烧低灰熔点煤种引起锅炉炉膛出口高温受热面结渣和结焦问题：

锅炉设计时，一般根据设计煤种选择合适的炉膛出口温度，确保燃用煤质在炉膛出口不会发生结渣和结焦现象。而掺入低灰熔点煤后，锅炉原设计选取的炉膛出口温度会出现偏高现象，由此导致炉膛出口高温受热面结渣或结焦问题比较严重。采用燃烧优化调整改变炉膛火焰中心无法将炉膛出口烟温降到安全范围内，由此导致低灰熔点煤掺烧比例受限。为此，本申请提出由锅炉尾部烟道抽出一部分冷烟气引入炉膛出口处降低该区域烟气温度，使熔融的灰渣在低温烟气中更快冷却成为固态，从而抑制在炉膛出口受热面结焦和结渣。

2、本发明有效解决了掺烧低灰熔点煤引起的炉膛四周水冷壁结渣和结焦的问题：

针对掺烧低灰熔点导致的炉膛四周水冷壁结渣和结焦的问题，本申请提出通过向主燃区易结渣和结焦的区域布置喷口，引入数股冷烟气至水冷壁近壁区，形成“冷烟气幕”，降低主燃区水冷壁近壁区烟气温度，使灰粒在到达水冷壁之前固化，有效避免水冷壁区域发生结焦和结渣。

3、现有技术解决燃用低灰熔点煤种导致的结渣和结焦问题存在反复调整、灵活性差等问题：

目前解决低灰熔点煤引起炉膛结渣和结焦的主流方法主要为配煤掺烧、燃烧调整试验，这些调整方法存在反复性、灵活性差的缺陷，不能够随着机组的具体运行情况变化及时调整，一旦机组负荷、燃用煤种、磨投运方式等发生变化，需重新进行调整，无法满足不同工况下机组的灵活性运行需求。本申请提出的防结渣和结焦方法可以根据燃用煤质情况，灵活控制烟气抽取量，以适应锅炉煤种的变化，具有较好的灵活性。

4、具体来说，本发明的创新性设计主要在于：

第一，本申请提出的掺烧低灰熔点煤锅炉防结渣和结焦系统安装布置与使用灵活。调节喷口可安装在燃尽风层上方、主燃区炉墙上，依据锅炉燃烧方式、燃煤种类等因素而选择最佳安装方式。与现有的配煤掺烧、燃烧优化调整方法相比，本申请采用设备自身冷烟气调整的方法更灵活，更适合机组多变的工况。

第二，本申请提出使用锅炉尾部冷烟气升压后送入炉膛，增加了烟气的体积流量，从而增强尾部受热面的对流换热量，可实现对主、再热蒸汽吸热量的调整。对冲形式布置的燃尽区调节喷口调整烟气，还可调整炉膛上部烟气流场，避免受热面热偏差及局部壁面超温现象。由锅炉尾部烟道抽出一部分冷烟气引入炉膛降低炉内局部区域烟气温度的方法，可有效降低炉膛局部区域热负荷，使熔融的灰渣在低温烟气中更快冷却成为固态，从而抑制炉内结焦和结渣的产生。

第三，本发明的调整方法主要由主燃区调节喷口引入数股冷烟气至水冷壁近壁区，形成“冷烟气幕”，降低主燃区水冷壁近壁区烟气温度，使灰粒在到达水冷壁之前固化，有效避免水冷壁区域发生结焦和结渣。同时降低了主燃区的热负荷，可减少热力型NOx的生成。本申请提出的调整方法可以安全、经济、环保地解决目前燃用低灰熔点煤的锅炉结焦和结渣的问题。

第四，本发明的方法由燃尽区调节喷口引入数股冷烟气，以降低上炉膛的烟气温度水平、炉膛出口烟气温度，使烟气中熔融的灰渣颗粒在烟气流中得以冷却，从而阻止炉膛上部及尾部烟道受热面发生结焦或结渣。

第五，本发明提出了调节喷口的布置安装原则，具体为：安装于燃烧器喷嘴附近，布置形式因锅炉燃烧方式而异，冷烟气由主燃区调节喷口进入炉膛后继而被燃烧器喷嘴气流携带继续前进，在水冷壁近壁区形成“冷烟气幕”。

第六，本申请提供两种双喷口结构设计，可实现冷烟气与高温烟气的有效混合，增强冷烟气对炉内温度场的调节效果。

第七，为控制进入炉膛的冷烟气量，在冷烟气主管路上安装风机，可根据锅炉负荷、水冷壁近壁区温度、尾部烟道烟气温度，及时调节进入炉膛冷烟气的流量大小，大大提高调整系统的灵活性。

第八，在冷烟气主管路及分支管路上安装流量测量装置，监测进入炉内各区域的烟气量大小，使调整系统精准可控。

第九，各调节喷口处均有烟气量调节装置，可以对进入每个喷口的烟气量大小单独进行调节，在锅炉负荷变化、炉内燃烧状况改变时，通过控制系统灵活控制各支喷口的烟气量，迅速调整上炉膛区域及水冷壁近壁区温度，满足不同工况、不同煤种的运行要求。

第十，在主燃区水冷壁、炉膛上部加装温度测点，监测炉内各区域区域温度场分布情况，为调整提供参考依据。

附图说明:

图1是本申请实施例中掺烧低灰熔点煤锅炉防结渣和结焦系统的平面二维示意图（也作摘要附图）；

图2是本申请实施例中掺烧低灰熔点煤锅炉防结渣和结焦系统应用于对冲燃烧锅炉的三维示意图；

图3是本申请实施例中对冲旋流燃烧锅炉主燃区调节喷口的布置示意图；

图4是本申请实施例中角式切圆燃烧锅炉主燃区调节喷口的布置示意图；

图5是本申请实施例中墙式切圆燃烧锅炉主燃区调节喷口的布置示意图；

图6是本申请实施例中燃尽区调节喷口的结构示意图一；

图7是本申请实施例中燃尽区调节喷口的结构示意图二；

图8是图7的左视图；

图9本申请实施例中对冲燃烧锅炉燃尽区调节喷口布置示意图；

图10是本申请实施例中切圆燃烧锅炉燃尽区调节喷口布置示意图；

图11是实施例中不同抽取点与引入点时对炉膛出口温度影响曲线；

图中：1、炉膛；2、炉膛上部水平烟道；3、竖井烟道；4、省煤器出口烟道；5、屏式过热器；6、高温过热器；7、高温再热器；8、低温过热器；9、低温再热器；10、省煤器；11、SCR脱硝装置；12、空气预热器；13、除尘器；14、引风机；15、脱硫塔；16、烟囱；17、冷烟气管路；18、风机；19、流量测量装置；20、烟气量调节装置；21、燃烧器；22、主燃区调节喷口；23、燃尽区调节喷口；24、水冷壁近壁区烟气温度测量装置；25、上炉膛烟气温度测量装置；26、燃尽风喷口；27、直流喷口；28、旋流喷口；29、旋流调节叶片。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

实施例一：

如图1所示，本发明防止掺烧低灰熔点煤种锅炉结渣和结焦系统，该系统主要包括调整系统与控制系统，调整系统包括：冷烟气管路、风机18和调节喷口；调节喷口分为主燃区调节喷口22和燃尽区调节喷口23。冷烟气管路出口端与调节喷口连接，冷烟气管路进口端经风机18连通锅炉尾部省煤器或引风机出口烟道；风机将部分冷烟气抽出，经调节喷口送入炉膛对应区域，降低炉膛内该区域烟气温度，抑制炉膛内部受热面结焦和结渣。

通过冷烟气管路抽取锅炉尾部烟道的一部分冷烟气引入锅炉，用以调整炉内局部区域烟温，降低炉膛局1部区域的热负荷，确保炉膛中心熔融状态的煤灰颗粒经过该区域凝结固化，无法粘附在水冷壁和炉膛出口高温受热面上。

本申请选择冷烟气的抽取点为引风机出口烟道，为了克服管路两端的压差并控制调整用冷烟气流量，保证喷口风速，故在冷烟气管路上安装串联一台风机18，将冷烟气升压并克服沿程阻力后，通过安装在炉墙上的调节喷口22、23送入炉膛进行相应区域烟气温度的调整。

主燃区调节喷口22的安装高度和安装层数与燃烧器喷嘴相同，具体安装位置依据锅炉燃烧器的结构形式而不同，所遵循的原则为安装于水平方向上靠近燃烧器喷嘴的位置，冷烟气由主燃区调节喷口22进入炉膛1后继而被燃烧器喷嘴气流携带继续前进，在水冷壁近壁区形成“冷烟气幕”，使靠近水冷壁的熔融的灰渣颗粒迅速冷却固化，避免灰渣黏附在水冷壁表面产生结焦和结渣。

主燃区调节喷口22设于燃烧器喷嘴旁侧，安装高度和安装层数与燃烧器喷嘴对应；

燃尽区调节喷口安装高度位于燃尽风喷口上方1~2.5米处，每侧安装2~4个燃尽区调节喷口，各燃尽区调节喷口位于同一水平位置：

如图7所示，每个燃尽区调节喷口23由直流喷口和旋流喷口构成，直流喷口和旋流喷口是同心的两个通道，中间圆形喷口通道为直流射流，外圈环形通道为旋流通道，通道内设置旋流调节叶片，调节旋流强度；

燃尽区调节喷口26设有内外层双通道设计：中间为直流通道，射流速度高，确保冷烟气能够送到炉膛中心；外围为旋流通道，冷烟气旋转进入炉内，可有效冷却水冷壁近壁区烟气。由此，可实现冷烟气与高温烟气的有效混合。

实施例二：

本申请设计中，主燃区调节喷口的安装位置，对应不同的锅炉分别如下：

如图3所示，对于对冲燃烧锅炉，主燃区调节喷口22安装于锅炉前墙、后墙的两侧边缘处，且前后墙对冲安装；主燃区调节喷口22中心距离侧墙距离0.5~1.2m；主燃区调节喷口22形状为矩形或圆形；主燃区调节喷口22内径为0.2~0.7米；主燃区调节喷口22冷烟气流速保持40m/s以上；主燃区调节喷口22内垂直方向安装调节挡板，挡板设置为百叶窗形式，用于调节喷口射流方向，控制喷口射流与水冷壁壁面间距离和角度，防治高速射流冲刷磨损水冷壁；

如图5所示，对于墙式切圆燃烧锅炉，主燃区调节喷口22安装于燃烧器21喷嘴旁侧的靠炉墙拐角处，距离炉墙距离0.5~1.0m；主燃区调节喷口形状为矩形或圆形，面积0.04~0.5m²；主燃区调节喷口冷烟气速度不小于30m/s，射流方向与燃烧器喷嘴射流方向一致；主燃区调节喷口内垂直方向安装百叶窗式调节挡板，用于调节喷口射流与燃烧器喷嘴射流及水冷壁之间距离；

如图4所示，对于角式切圆燃烧锅炉，主燃区调节喷口22安装于与燃烧器21夹角较小侧的炉墙燃烧器喷口下游区；主燃区调节喷口22是通过取下水冷壁鳍片形成的缝隙式喷口，缝隙式喷口的覆盖面是炉墙的1/3宽度，0.5~1.5m高度，中心线与燃烧器喷口中心线一致。

实施例三：

本申请设计中，燃尽区调节喷口的安装位置，对应不同的锅炉分别如下：

如图6、7、8所示，每个燃尽区调节喷口23采用双喷口结构，双喷口结构有两种实现形式。

第一种，如图6所示，由水平方向喷口和垂直向下喷口构成；

第二种，由直流喷口27和旋流喷口28构成，如图7、图8所示，直流喷口27和旋流喷口28为同心的两个通道，中间圆形通道为直流喷口27，外圈环形通道为旋流喷口28，外圈环形通道内设置旋流调节叶片29。

如图9所示，对于对冲燃烧锅炉，燃尽区调节喷口23安装在炉膛四面炉墙上，前后墙燃尽区调节喷口的数量与对应燃烧器的数量相同，安装位置在燃烧器垂直方向上方，并与燃烧器喷口一一对应，喷口烟气流速不低于30m/s；左右两侧墙调节喷口的数量为2~4个，燃尽区调节喷口尺寸和射流速度与前后墙喷口相同，沿着炉宽方向均等布置；

如图10所示，对于切圆燃烧锅炉，燃尽区调节喷口23安装于四面炉墙，燃尽区调节喷口安装在炉膛四面炉墙上，每面墙2~6个，均等布置在每面墙上，喷口烟气流速不低于30m/s。

本例中燃尽区调节喷口为对冲布置，可调整对冲燃烧锅炉炉内烟气横向扰动不均以及切圆燃烧锅炉的烟气残余旋转问题。

实施例四：

可选地，本申请的控制系统包括：如图1所示，冷烟气管路流量测量装置19、水冷壁近壁区烟气温度测量装置24、上炉膛烟气温度测量装置25、烟气量调节装置20，以及控制器。

冷烟气管路流量测量装置19安装在冷烟气管路主管路以及连通主燃区调节喷口及燃尽区调节喷口的分管路上，用于监测进入炉内各区域的调整烟气量大小。

水冷壁近壁区烟气温度测量装置24安装在炉膛水冷壁处，可监测水冷壁近壁区的烟气温度。

上炉膛烟气温度测量装置25安装在炉膛上部屏式过热器5与燃尽区调节喷口23之间的炉墙上，用于监测炉膛上部烟气温度。

在每个调节喷口的连接管路上均设有烟气量调节装置20，烟气量调节装置包括调节挡板和执行器；控制器分别与每条管路上的烟气量调节装置连接，可以精准控制进入炉膛某一区域的冷烟气量，

通过调整调节挡板的角度，调节由喷口进入炉内的烟气量。烟气量调节装置与控制系统相连，控制系统能够分别单独控制每条管路上的烟气量调节装置，可以精准控制进入炉膛某一区域的冷烟气量，调节该区域的温度场，降低区域热负荷，使灰渣更快冷却，防止在受热面产生结焦和结渣。

水冷壁近壁区烟气温度测量装置可采用抽取式或声波原理测量装置，炉膛烟气温度测量装置可采用声波原理、激光原理或热成像原理测量装置。

实施例五：

本发明掺烧低灰熔点煤锅炉防止结焦和结渣系统的调整方法，采用前面系统，主要包括以下步骤：

1）开启系统，风机将锅炉尾部省煤器出口烟道或引风机出口的冷烟气引至调节喷口，经主燃区调节喷口和燃尽区调节喷口喷入炉膛；

2）水冷壁近壁区烟气温度测量装置24实时测量水冷壁近壁区域的烟气温度数据，依据水冷壁壁温和近壁区烟气温度变化趋势，判断当前运行工况下水冷壁近壁区是否发生结焦现象；

若发生结焦现象，相应区域水冷壁壁温和近壁区烟气温度呈上升趋势，则调整安装在对应区域的主燃区调节喷口处的烟气量流量，逐渐增加进入该区域的冷烟气量，在水冷壁近壁区形成一层冷烟气幕，使熔融的灰渣在冷烟气中及时冷却成固态，防止黏附在水冷壁壁面上；当水冷壁壁温和近壁区烟气温度出现下降且逐渐趋于稳定，则维持该冷烟气流量下运行。

3）上炉膛烟气温度测量装置25实时测量屏式过热器下方区域的烟气温度，依据测量数据和燃用煤质灰熔点，判断当前运行工况下上部受热面是否发生结焦现象；

若测量温度值大于燃用煤质的灰熔点，则受热面有结焦风险，应调整安装在燃尽区调节喷口处的烟气量流量，逐渐增加进入输入炉膛的冷烟气量，降低炉膛上部烟气温度水平，使熔融的灰渣能及时冷却，防止在上部受热面结焦和结渣；当上炉膛受热面壁温低于燃用煤质的灰熔点，则维持该冷烟气流量下运行。

实施例六：

本实例采用一台660MW超超临界对冲旋流燃烧锅炉，如图2所示，该对冲旋流燃烧锅炉包括炉膛1、燃烧器21、过热器5、6、8、再热器7、9、省煤器10。炉膛1是由前墙、后墙及两侧墙水冷壁组成，在前、后墙各布置3层燃烧器21，每层6个燃烧器。在前、后墙最上层燃烧器以上各安装一层燃尽风喷口26。

本实例图2中，在前、后墙与各层燃烧器同一水平高度、靠近两侧墙的边缘处，各布置3个主燃区调节喷口22。共12个主燃区调节喷口22均为圆形，直径0.3米。

在两侧墙墙距离燃尽风喷口上方1.5米的水平高度处，燃尽区调节喷口23分别布置于前后墙各6个、两侧墙各2个，燃尽区调节喷口23燃尽区调节喷口有两个通道，中间为直流通道，射流速度高，确保冷烟气能够送到炉膛中心，外围为旋流通道，冷烟气旋转进入炉内，可有效冷却水冷壁近壁区烟气，如此，可实现冷烟气与高温烟气的有效混合。

12个主燃区调节喷口22及16个燃尽区调节喷口23处均设置有烟气量调节装置20，烟气量调节装置包括调节挡板和执行器，调节由喷口进入炉内的烟气量。

如图3所示，在锅炉水冷壁附近安装水冷壁近壁区温度测量装置24，用于监测水冷壁近壁区的烟气温度。在炉膛上部屏式过热器5与燃尽区调节喷口23之间的炉墙上安装上炉膛烟气温度测量装置25，用于监测炉膛上部烟气温度。冷烟气主管路17上串联安装一台风机18用于克服管路两端的压差并控制调整用冷烟气流量，冷烟气各管路均安装流量测量装置19。在冷烟气管路入口处安装支吊架和膨胀节。

实施例七：

为了选取最佳的冷烟气抽取点，计算了不同抽取方式在不同机组负荷下对排烟温度的影响，具体如下：

工况一，为由省煤器出口烟道抽取调整烟气，经主燃区调节喷口，引入主燃区；

工况二，为由引风机出口烟道抽取调整烟气，经主燃区调节喷口，引入主燃区；

工况三，为由省煤器出口烟道抽取调整烟气，经燃尽区调节喷口，引入燃尽风上方；

工况四，为由引风机出口烟道抽取调整烟气，经燃尽区调节喷口，引入燃尽风上方。

由图11的计算结果可知，在引入点相同的情况下，由引风机出口烟道作为抽取点时炉膛出口烟温较低，对于抑制结焦和结渣更有利，故本实施例优选引风机出口烟道作为调整烟气的抽取点。

由图11还可知，引入点在燃尽风上方时，对炉膛出口烟温的影响尤为明显。故在实例应用中可重点通过调节引入炉膛上部冷烟气的量控制炉膛出口烟温，防止炉膛出口出现结焦和结渣。

Claims (10)

1.一种防止掺烧低灰熔点煤种锅炉结渣和结焦系统，其特征在于，该系统主要包括调整系统与控制系统，所述调整系统包括：风机、冷烟气管路和调节喷口；

所述冷烟气管路出口端与调节喷口连接，冷烟气管路进口端经所述风机连通锅炉尾部省煤器或引风机出口烟道；所述风机将部分冷烟气抽出，经所述调节喷口送入炉膛对应区域，降低炉膛内该区域烟气温度，抑制炉膛内部受热面结焦和结渣。

2.根据权利要求1所述防止掺烧低灰熔点煤种锅炉结渣和结焦系统，其特征在于，所述调节喷口分为主燃区调节喷口和燃尽区调节喷口；所述主燃区调节喷口设于燃烧器喷嘴附近，安装高度和安装层数与燃烧器喷嘴对应；所述燃尽区调节喷口安装高度位于燃尽风喷口上方1~2.5米处。

3.根据权利要求2所述防止掺烧低灰熔点煤种锅炉结渣和结焦系统，其特征在于，所述主燃区调节喷口对应几种锅炉的安装方式如下：

对于对冲燃烧锅炉，主燃区调节喷口安装于锅炉前墙、后墙的两侧边缘处，且前后墙对冲安装，主燃区调节喷口中心距离侧墙0.5~1.2m；主燃区调节喷口形状为矩形或圆形；主燃区调节喷口内径为0.2~0.7米；主燃区调节喷口内垂直方向安装调节挡板，挡板采用百叶窗形式，用于调节喷口射流方向；

对于墙式切圆燃烧锅炉，主燃区调节喷口安装于燃烧器喷嘴旁侧的靠炉墙拐角处，距离炉墙0.5~1.0m；主燃区调节喷口形状为矩形或圆形，面积0.04~0.5m²；主燃区调节喷口内垂直方向安装百叶窗式调节挡板，用于调节喷口射流与燃烧器喷嘴射流及水冷壁之间距离；

对于角式切圆燃烧锅炉，主燃区调节喷口安装于与燃烧器夹角较小侧的炉墙燃烧器喷口下游区；主燃区调节喷口是通过取下水冷壁鳍片形成的缝隙式喷口，缝隙式喷口的覆盖面是炉墙的1/3宽度，高度为0.5~1.5m，中心线与燃烧器喷口中心线一致。

4.根据权利要求2所述防止掺烧低灰熔点煤种锅炉结渣和结焦系统，其特征在于，每个燃尽区调节喷口采用双喷口结构，所述双喷口结构有两种实现形式，一种由水平方向喷口和垂直向下喷口构成；另一种由直流喷口和旋流喷口构成，直流喷口和旋流喷口为同心的两个通道，中间圆形通道为直流喷口，外圈环形通道为旋流喷口，外圈环形通道内设置旋流调节叶片。

5.根据权利要求4所述防止掺烧低灰熔点煤种锅炉结渣和结焦系统，其特征在于，所述燃尽区调节喷口对应几种锅炉的安装方式如下：

对于对冲燃烧锅炉，燃尽区调节喷口安装在炉膛四面炉墙上，前后墙燃尽区调节喷口的数量与对应燃烧器的数量相同，安装位置在燃烧器垂直方向上方，并与燃烧器喷口一一对应，喷口烟气流速不低于30m/s；左右两侧墙调节喷口的数量为2~4个，燃尽区调节喷口尺寸和射流速度与前后墙喷口相同，沿着炉宽方向均等布置；

对于切圆燃烧锅炉，燃尽区调节喷口安装在炉膛四面炉墙上，每面墙2~6个，均等布置在每面墙上，喷口烟气流速不低于30m/s。

6.根据权利要求2所述防止掺烧低灰熔点煤种锅炉结渣和结焦系统，其特征在于，所述控制系统包括：冷烟气管路流量测量装置、水冷壁近壁区烟气温度测量装置、上炉膛烟气温度测量装置、烟气量调节装置，以及控制器。

7.根据权利要求6所述防止掺烧低灰熔点煤种锅炉结渣和结焦系统，其特征在于，所述冷烟气管路流量测量装置安装在冷烟气管路主管路，以及连通主燃区调节喷口和燃尽区调节喷口的分管路上，用于监测进入炉内各区域的调整烟气量大小；所述水冷壁近壁区烟气温度测量装置安装在炉膛水冷壁处，可监测水冷壁近壁区的烟气温度；所述上炉膛烟气温度测量装置安装在炉膛上部屏式过热器与燃尽区调节喷口之间的炉墙上，用于监测炉膛上部烟气温度。

8.根据权利要求7所述防止掺烧低灰熔点煤种锅炉结渣和结焦系统，其特征在于，在每个调节喷口的连接管路上均设有烟气量调节装置，烟气量调节装置包括调节挡板和执行器；控制器分别与每条管路上的烟气量调节装置连接，可以精准控制进入炉膛某一区域的冷烟气量。

9.根据权利要求7所述防止掺烧低灰熔点煤种锅炉结渣和结焦系统，其特征在于，水冷壁近壁区烟气温度测量装置可采用抽取式或声波原理测量装置；炉膛烟气温度测量装置可采用声波原理、激光原理或热成像原理测量装置。

10.一种掺烧低灰熔点煤锅炉防止结焦和结渣系统的调整方法，其特征在于，采用所述防止掺烧低灰熔点煤种锅炉结渣和结焦系统，主要包括以下步骤：

1）开启系统，风机将锅炉尾部省煤器出口烟道或引风机出口的冷烟气引至调节喷口，经主燃区调节喷口和燃尽区调节喷口喷入炉膛；

2）水冷壁近壁区烟气温度测量装置实时测量水冷壁近壁区域的烟气温度数据，依据水冷壁壁温和近壁区烟气温度变化趋势，判断当前运行工况下水冷壁近壁区是否发生结焦现象；

若发生结焦现象，相应区域水冷壁壁温和近壁区烟气温度呈上升趋势，则调整安装在对应区域的主燃区调节喷口处的烟气量流量，逐渐增加进入该区域的冷烟气量，在水冷壁近壁区形成一层冷烟气幕，使熔融的灰渣在冷烟气中及时冷却成固态，防止黏附在水冷壁壁面上；当水冷壁壁温和近壁区烟气温度出现下降且逐渐趋于稳定，则维持该冷烟气流量下运行；

上炉膛烟气温度测量装置实时测量屏式过热器下方区域的烟气温度，依据测量数据和燃用煤质灰熔点，判断当前运行工况下上部受热面是否发生结焦现象；

若测量温度值大于燃用煤质的灰熔点，则受热面有结焦风险，应调整安装在燃尽区调节喷口处的烟气量流量，逐渐增加进入输入炉膛的冷烟气量，降低炉膛上部烟气温度水平，使熔融的灰渣能及时冷却，防止在上部受热面结焦和结渣；当上炉膛受热面壁温低于燃用煤质的灰熔点，则维持该冷烟气流量下运行。

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