CN111503623B - 布置拱上二次风喷口的乏气前置w火焰锅炉及配风方法 - Google Patents

布置拱上二次风喷口的乏气前置w火焰锅炉及配风方法 Download PDF

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Abstract

布置拱上二次风喷口的乏气前置W火焰锅炉及配风方法，本发明涉及一种燃煤电站锅炉，本发明是为解决W火焰锅炉煤粉气流着火晚，燃尽差和拱上、拱下二次风量分配不合理，导致炉内分级燃烧水平低，炉内NOX生成量较高，不能从根本上改变锅炉的燃烧组织方式，无法彻底解决上述问题，它还包括两排双旋风筒浓淡煤粉燃烧器，双旋风筒浓淡煤粉燃烧器包括乏气喷口、拱上二次风喷口、周界风喷口和浓煤粉气流喷口；浓煤粉气流喷口对称设置在拱上二次风喷口的两侧，乏气喷口设置在拱上二次风喷口内，且乏气喷口靠近炉膛中心面设置，乏气喷口、拱上二次风喷口、两个周界风喷口和两个浓煤粉气流喷口均与下炉膛连通。本发明属于锅炉燃烧技术领域。

Description

布置拱上二次风喷口的乏气前置W火焰锅炉及配风方法
技术领域
本发明涉及一种燃煤电站锅炉，具体涉及布置拱上二次风喷口的乏气前置W火焰锅炉及配风方法，属于锅炉燃烧技术领域。
背景技术
火力发电是指利用可燃物在燃烧时产生的热能，通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式。按所用燃料分为燃煤发电、燃油发电、燃气发电。其中燃煤发电是中国主要的发电方式，电站锅炉作为火力电站的三大主机设备之一，伴随着中国火电行业的发展而发展。然而由于燃煤过程中易产生NOx、粉尘等污染物，造成环境污染，对人类的生命财产安全造成危害。环保节能已经成为中国电力工业结构调整的重要方向，火电行业在“上大压小”的政策导向下积极推进产业结构优化升级，关闭大批能效低、污染重的小火电机组，在很大程度上加快了国内火电设备的更新换代。火电仍占领电力的大部分市场，只有火电技术必须不断提高发展，才能适应和谐社会的要求。
在中国现役的各类电站锅炉中，W火焰锅炉是专为燃用低挥发分难燃煤种而设计的一种电站锅炉。为了促进劣质无烟煤的燃尽，W火焰锅炉通常铺设了大量的卫燃带，并且采用了独特的下冲式燃烧组织方式。炉内最高温度可达到1500甚至2000摄氏度，并且炉内的煤粉颗粒燃烧行程被大大延长。但也正是由于上述缺点，W火焰锅炉炉内的燃烧过程极为复杂。长期的实际运行表明，W火焰锅炉普遍存在NOx排放量高以及结渣等问题，危害锅炉的安全运行。根据生产厂家的不同，W火焰锅炉主要包括四个流派，分别是美国福斯特惠勒(FW)W火焰锅炉、巴威(B&W)W火焰锅炉、韩国斗巴W火焰锅炉以及斯坦因W火焰锅炉。其中，福斯特惠勒型W火焰锅炉应用最为广泛，约占总市场份额的65％。
与其它流派W火焰锅炉相比，传统FW型W火焰锅炉的下炉膛体积小，上炉膛体积大并且采用独特的双旋风筒浓淡煤粉燃烧器。此外，锅炉下炉膛前后墙由上至下布置了多层拱下二次风喷口。风率约70％的二次风自拱下供入炉膛，拱部二次风率不足30％。煤粉气流喷入炉膛后与D、E、F三层拱下二次风逐级混合，充分燃烧。长期的实际应用表明FW型W火焰锅炉在运行过程中普遍存在NOx排放量高、煤粉气流着火晚，燃烧不稳定的问题，虽然通过燃烧调整能够在一定程度上缓解上述问题。但是由于不能从根本上改变锅炉的燃烧器结构和燃烧组织方式，无法彻底解决上述问题。并且，为了适应新能源行业的发展，火电厂普遍采用低负荷运行状态，对锅炉的着火和稳燃特性的要求进一步提高。因此，有必要开发出新型W火焰锅炉的装置及方法既保证锅炉在燃烧劣质煤种方面的优势更在根本上解决上述问题。
发明内容
本发明是为解决W火焰锅炉煤粉气流着火晚，燃尽差和拱上、拱下二次风量分配不合理，导致炉内分级燃烧水平低，炉内NOX生成量较高，不能从根本上改变锅炉的燃烧组织方式，无法彻底解决上述问题，进而提供布置拱上二次风喷口的乏气前置W火焰锅炉及配风方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
方案一：它包括上炉膛、下炉膛、前炉拱和后炉拱，上炉膛、前炉拱、下炉膛和后炉拱构成炉体，它还包括两排双旋风筒浓淡煤粉燃烧器，每排双旋风筒浓淡煤粉燃烧器包括多个双旋风筒浓淡煤粉燃烧器，多个双旋风筒浓淡煤粉燃烧器呈一字型排列对称安装在前炉拱和后炉拱上,双旋风筒浓淡煤粉燃烧器包括乏气喷口、拱上二次风喷口、两个周界风喷口和两个浓煤粉气流喷口；两个浓煤粉气流喷口对称设置在拱上二次风喷口的两侧，每个浓煤粉气流喷口外部套设有一个周界风喷口，乏气喷口设置在拱上二次风喷口内，且乏气喷口靠近炉膛中心面设置，乏气喷口、拱上二次风喷口、两个周界风喷口和两个浓煤粉气流喷口均与下炉膛连通。
方案二：布置于拱上二次风喷口的乏气后置型W火焰锅炉的配风方法包括以下步骤：
它包括以下步骤：W火焰锅炉拱部增设拱上二次风喷口，锅炉满负荷运行时，拱上二次风率为入炉总风率的20％左右，风速约为30m/s；乏气喷口布置于拱上二次风喷口的近炉膛中心侧，一次风占入炉总风率的25％，乏气风率占一次风总风率的50％左右，风速约为15m/s。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本申请优化了乏气和浓煤粉气流的布置方式，乏气和浓煤粉气流均直面向火侧，有利于煤粉气流的着火和稳燃。
如图1和图3所示，传统FW型W火焰锅炉的每只双旋风筒浓淡煤粉燃烧器包括两个乏气喷口6和两个浓煤粉气流喷口9。其中乏气喷口6布置于近炉膛中心侧，浓煤粉气流布置于下炉膛前、后墙近壁侧。沿炉膛宽度方向浓煤粉气流与乏气布置在同一条直线上。沿炉膛深度方向，乏气布置于浓煤粉气流与炉膛高温区之间。乏气受到高温区的直接加热作用能够及时着火燃烧，但是由于其对浓煤粉气流的阻隔作用，炉膛高温区无法直接加热浓煤粉气流，不利于炉内绝大部份煤粉气流的着火和稳燃。
如图2和图4所示，本发明将双旋风筒浓淡煤粉燃烧器5的两根乏气管道合为一根，由乏气喷口6喷入炉内，乏气喷口6直径与单根乏气管道的直径相同。乏气喷口6布置于相应拱上二次风喷口7的近炉膛中心侧。采用本发明后，每个乏气喷口6设置在两个浓煤粉气流喷口9之间，沿炉膛深度方向，浓煤粉气流和乏气喷入均能直面炉内高温回流区。受高温区的直接加热作用，煤粉气流尤其是浓煤粉气流能够迅速升温及时着火从而保证锅炉稳定燃烧。
2、改变了锅炉拱上、拱下的二次风配比，强化了炉内分级燃烧水平，有利于降低锅炉的NOx排放水平。
如图1所示：传统FW型W火焰锅炉下炉膛前墙和后墙由上到下依次布置了D、E层及F层拱下二次风喷口，锅炉拱部仅设有作为冷却位的周界风。在锅炉实际运行过程中拱下风率约为入炉总风率的70％，拱部风率不足30％。大部分二次风在拱下集中供入炉膛，煤粉在富氧环境下燃烧。煤粉中的N元素以及空气中的N2与空气中的氧气充分反应，炉内空气分级水平较低，不利于抑制燃料型NOx的生成。
如图2所示，本发明在前炉拱和后炉拱上增设多个拱上二次风喷口，拱上二次风喷口靠近锅炉上炉膛前墙侧和后墙侧布置。风率约20％的二次风自拱下移到拱上，拱下风率减小至入炉风率的50％。煤粉气流喷入炉膛后在下冲过程中，二次风均匀供入，使得煤粉气流在各燃烧阶段均处于适宜的低化学当量比条件下，在保障煤粉燃烧，提高效率的同时，强化炉内的分级燃烧水平，抑制NOx的生成，降低锅炉的NOx排放量。
3、能够增大煤粉气流下冲深度，延长煤粉在炉内的燃尽距离，促进煤粉燃尽。
如图1和图3所示，传统FW型W火焰锅炉的每只双旋风筒浓淡煤粉燃烧器由浓煤粉气流喷口、淡煤粉气流喷口以及周界风喷口组成。其中周界风喷口同轴布置在浓、淡煤粉气流喷口外围。然而由于实际运行中周界风仅作为冷却位使用，风率不足5％，风速小于6m/s以下，周界风对煤粉气流的引射作用较弱。煤粉气流在炉膛内的下冲深度仅由气流本身的刚性决定，煤粉在炉膛内的燃尽距离较短。
如图2和图4所示，采用本发明后，每组燃烧器增设一个拱上二次风喷口7，乏气喷口6两个合为一个布置于相应拱上二次风喷口7的近炉膛中心侧。沿炉膛宽度方向拱上二次风喷口7布置在两个浓煤粉气流喷口9之间。拱上二次风喷口7内孔的宽度数值与乏气喷口6的外径相等，拱上二次风喷口7的长度数值是乏气喷口6外径的五倍至七倍。入炉总风率的20％自拱下移至拱上二次风喷口7喷入炉内，拱上二次风速度可达30m/s左右。沿炉膛深度方向，低速的淡煤粉气流喷入炉膛后由临近的速度高、温度低的拱上二次风首先引射下行，拱上二次风逐渐混入煤粉气流，引射下行的同时并参与燃烧。近炉膛中心侧的二次风参与燃烧后温度升高、速度衰减至一定程度后，由远离炉膛中心侧的高速、低温的拱上二次风进一步引射下行。由于拱上二次风喷口的长度较大，充分保证了拱上二次风对淡煤粉气流的引射作用，且符合随燃烧的进行逐级供风的煤粉燃烧配风原理，有利于煤粉燃尽。
此外，沿炉膛宽度方向，每组拱上二次风喷口7与乏气喷口6布置在两个浓煤粉气流喷口9之间。经计算，淡煤粉气流与拱上二次风混合后风速可达25m/s以上。浓煤粉气流喷入炉膛后风速仅为15m/s左右。低速的浓煤粉气流喷入炉膛后在高速的乏气、拱上二次风混合气流的引射作用下风速迅速提高，刚性增强，下冲深度增加，有利于促进煤粉的燃尽。
附图说明
图1是原FW型W火焰锅炉的截面流场示意图。
图2是本发明W火焰锅炉的截面流场示意图。
图3是图1中A向示意图
图4是图2中B向示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图2和图4来说明本实施方式，本实施方式布置拱上二次风喷口的乏气前置W火焰锅炉，它包括上炉膛1、下炉膛2、前炉拱3和后炉拱4，上炉膛1、前炉拱3、下炉膛2和后炉拱4构成炉体，它还包括两排双旋风筒浓淡煤粉燃烧器5，每排双旋风筒浓淡煤粉燃烧器5包括多个双旋风筒浓淡煤粉燃烧器5，多个双旋风筒浓淡煤粉燃烧器5呈一字型排列对称安装在前炉拱3和后炉拱4上,双旋风筒浓淡煤粉燃烧器5包括乏气喷口6、拱上二次风喷口7、两个周界风喷口8和两个浓煤粉气流喷口9；两个浓煤粉气流喷口9对称设置在拱上二次风喷口7的两侧，每个浓煤粉气流喷口9外部套设有一个周界风喷口8，乏气喷口6设置在拱上二次风喷口7内，且乏气喷口6靠近炉膛中心面设置，乏气喷口6、拱上二次风喷口7、两个周界风喷口8和两个浓煤粉气流喷口9均与下炉膛2连通。
具体实施方式二：结合图4来说明本实施方式，本实施方式所述乏气喷口6的横截面为圆形，乏气喷口6面积与双旋风筒浓淡煤粉燃烧器5上单根乏气管道的横截面积相等。
其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图4来说明本实施方式，本实施方式所述沿炉膛深度方向每排双旋风筒浓淡煤粉燃烧器5的浓煤粉气流喷口9与周界风喷口8均布置在同一条直线上，沿炉膛宽度方向每个双旋风筒浓淡煤粉燃烧器5上的乏气喷口6布置在相应两个浓煤粉气流喷口9的中央。
其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图2来说明本实施方式，本实施方式所述拱上二次风喷口7内孔的宽度数值与乏气喷口6的外径相等，拱上二次风喷口7的长度数值是乏气喷口6外径的五倍至七倍。本申请将双旋风筒浓淡煤粉燃烧器5的两根乏气管道合为一根由乏气喷口6喷入炉内。
其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式五：结合图2和图4来说明本实施方式，本实施方式布置拱上二次风喷口的乏气前置W火焰锅炉的配风方法包括以下步骤：
W火焰锅炉拱部增设拱上二次风喷口7，锅炉满负荷运行时，拱上二次风率为入炉总风率的20％左右，风速约为30m/s；乏气喷口6布置于拱上二次风喷口7的近炉膛中心侧，一次风占入炉总风率的25％，乏气风率占一次风总风率的50％左右，风速约为15m/s。
具体实施方式六：结合图2和图4来说明本实施方式，本实施方式每个浓煤粉气流喷口9外布置有周界风喷口8，周界风率占入炉总风率的5％，风速约为10m/s。
其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图2和图4来说明本实施方式，本实施方式锅炉拱上风率和拱下风率各占入炉总风率的50％。
其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。
实施例：
本发明已经在某电厂一台由美国福斯特惠勒公司生产的300MW FW W火焰锅炉上应用，锅炉前后拱对称布置有12组双旋风筒浓淡分离煤粉燃烧器。采用本发明后，锅炉拱部增设了12组长600mm，宽150mm的拱上二次风喷口，约20％的二次风由喷口供入炉膛。原燃烧器的两个乏气喷口合为一个由拱上二次风喷口近炉膛中心侧供入炉膛。合并后乏气喷口直径为300mm与原喷口直径相同。经试验测量，拱上二次风速约为16m/s，乏气风速约为20m/s。
采用本发明前，锅炉拱部的二次风仅由周界风喷口供入，拱部总风率约为20％，满负荷工况下炉膛出口的NOx排放量约为1200mg/m3，飞灰可燃物含碳量约为8％。低负荷工况或燃用低挥发分煤质时煤粉气流的着火和稳燃能力较差。当锅炉燃用煤质较差或锅炉负荷低于50％BMCR时，时常发生灭火等现象。
采用本发明后，拱部和拱下二次风率均调整为50％左右，满负荷工况下炉膛出口的NOx排放量降低至740mg/m3，煤粉气流的着火和稳燃能力明显改善，经燃烧调整试验发现，在燃用劣质煤时煤粉气流依然能够稳定着火燃烧，燃用改造前相近煤质时飞灰可燃物含碳量降低至5％左右。

Claims (5)

1.布置拱上二次风喷口的乏气前置W火焰锅炉，包括上炉膛(1)、下炉膛(2)、前炉拱(3)和后炉拱(4)，上炉膛(1)、前炉拱(3)、下炉膛(2)和后炉拱(4)构成炉体，其特征在于：它还包括两排双旋风筒浓淡煤粉燃烧器(5)，每排双旋风筒浓淡煤粉燃烧器(5)包括多个双旋风筒浓淡煤粉燃烧器(5)，多个双旋风筒浓淡煤粉燃烧器(5)呈一字型排列对称安装在前炉拱(3)和后炉拱(4)上,双旋风筒浓淡煤粉燃烧器(5)包括乏气喷口(6)、拱上二次风喷口(7)、两个周界风喷口(8)和两个浓煤粉气流喷口(9)；乏气喷口(6)的横截面为圆形，乏气喷口(6)面积与双旋风筒浓淡煤粉燃烧器(5)上单根乏气管道的横截面积相等，拱上二次风喷口(7)内孔的宽度数值与乏气喷口(6)的外径相等，拱上二次风喷口(7)的长度数值是乏气喷口(6)外径的五倍至七倍，两个浓煤粉气流喷口(9)对称设置在拱上二次风喷口(7)的两侧，每个浓煤粉气流喷口(9)外部套设有一个周界风喷口(8)，乏气喷口(6)设置在拱上二次风喷口(7)内，且乏气喷口(6)靠近炉膛中心面设置，乏气喷口(6)、拱上二次风喷口(7)、两个周界风喷口(8)和两个浓煤粉气流喷口(9)均与下炉膛(2)连通。
2.根据权利要求1所述布置拱上二次风喷口的乏气前置W火焰锅炉，其特征在于：沿炉膛深度方向每排双旋风筒浓淡煤粉燃烧器(5)的浓煤粉气流喷口(9)与周界风喷口(8)均布置在同一条直线上，沿炉膛宽度方向每个双旋风筒浓淡煤粉燃烧器(5)上的乏气喷口(6)布置在相应两个浓煤粉气流喷口(9)的中央。
3.一种如权利要求1-2任意一项所述的布置拱上二次风喷口的乏气前置W火焰锅炉的配风方法，其特征在于：它包括以下步骤：
W火焰锅炉拱部增设拱上二次风喷口(7)，锅炉满负荷运行时，拱上二次风率为入炉总风率的20％，风速为30m/s；乏气喷口(6)布置于拱上二次风喷口(7)的近炉膛中心侧，一次风占入炉总风率的25％，乏气风率占一次风总风率的50％，风速为15m/s。
4.根据权利要求3所述的布置拱上二次风喷口的乏气前置W火焰锅炉的配风方法，其特征在于：每个浓煤粉气流喷口(9)外布置有周界风喷口(8)，周界风率占入炉总风率的5％，风速为10m/s。
5.根据权利要求3所述的布置拱上二次风喷口的乏气前置W火焰锅炉的配风方法，其特征在于：锅炉拱上风率和拱下风率各占入炉总风率的50％。
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