CN111503626B - 布置拱上二次风的缝隙式乏气后置w火焰锅炉及配风方法 - Google Patents

布置拱上二次风的缝隙式乏气后置w火焰锅炉及配风方法 Download PDF

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布置拱上二次风的缝隙式乏气后置W火焰锅炉及配风方法，本发明涉及一种燃煤电站锅炉，本发明是为了解决W火焰锅炉NOx排放量高、煤粉气流着火晚，燃烧不稳定，以及前后墙结渣的问题，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拱上二次风喷口、周界风喷口、浓煤粉气流喷口和缝隙式乏气喷口；缝隙式乏气喷口对称设置在拱上二次风喷口的两侧，两个浓煤粉气流喷口对称设置在拱上二次风喷口的两侧，且拱上二次风喷口、两个周界风喷口、两个浓煤粉气流喷口和四个缝隙式乏气喷口均与下炉膛连通。本发明属于锅炉燃烧技术领域。

Description

布置拱上二次风的缝隙式乏气后置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的缝隙式乏气后置W火焰锅炉及配风方法，属于锅炉燃烧技术领域。
背景技术
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。它具有炉膛温度高、煤粉气流燃烧行程长等优点。中国自二十世纪九十年代开始从北非和西欧等地区引进W火焰锅炉。由于中国的无烟煤和贫煤资源储量丰富，且相对其它动力用煤价格低廉，因此W火焰锅炉很快便得到广泛应用，成为火力发电的主要炉型之一。目前，中国在建和已建的W火焰锅炉已经超过了130台，总装机容量超过41000MW，占世界总保有量的80％。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％。
如图1所示，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。每个双旋风筒浓淡煤粉燃烧器包括两个浓煤粉喷口、两个乏气喷口以及相应的周界风喷口。乏气喷口布置于浓煤粉喷口与炉膛中心侧之间。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在周界风的引射下进入下炉膛，随后D、E、F三层拱下二次风逐级供入，引射煤粉气流并补充煤粉燃烧所需要的氧气，未燃尽的煤粉颗粒进入上炉膛继续燃烧。在燃烧组织方式下，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，以及前后墙结渣的问题。
发明内容
本发明是为了解决W火焰锅炉NOx排放量高、煤粉气流着火晚，燃烧不稳定，以及前后墙结渣的问题，进而提供布置拱上二次风的缝隙式乏气后置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拱上二次风喷口、两个周界风喷口、两个浓煤粉气流喷口和四个缝隙式乏气喷口；四个缝隙式乏气喷口对称设置在拱上二次风喷口的两侧，两个浓煤粉气流喷口对称设置在拱上二次风喷口的两侧，周界风喷口设置在浓煤粉气流喷口的外围上，且拱上二次风喷口、两个周界风喷口、两个浓煤粉气流喷口和四个缝隙式乏气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25％左右，风速约为40m/s；浓煤粉喷口与锅炉前墙和后墙之间布置多组缝隙式乏气喷口，所述一次风占入炉总风率的20％，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置于向火侧，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浓煤粉气流和两个乏气喷口。其中乏气喷口布置于近炉膛中心侧，浓煤粉气流喷口9布置于下炉膛2的前、后墙近壁侧。沿炉膛宽度方向浓淡煤粉气流喷口布置于同一条直线上，沿炉膛深度方向淡煤粉气流布置在浓煤粉气流与炉膛高温区之间。在该喷口布置方式下只有淡煤粉气流能够直面炉膛高温区，受到高温区的加热作用。由于淡煤粉气流的阻隔，高温回流区无法直接加热浓煤粉气流，导致其升温速度慢，不利于煤粉气流的着火和稳燃。
如图2和图4所示，本发明W火焰锅炉采用缝隙式乏气喷口并将乏气喷口布置于浓煤粉气流喷口与下炉膛前后墙之间。沿炉膛宽度方向浓煤粉气流喷口9布置在相应两个缝隙式乏气喷口6之间，相邻两个缝隙式乏气喷口6之间的距离是浓煤粉气流喷口9直径的1.1～2倍。与传统FW型W火焰锅炉相比，采用本发明后浓煤粉气流和淡煤粉气流均直面炉内高温回流区，受回流区的直接加热作用。并且与传统FW型W火焰锅炉相比，采用本发明后，沿炉膛深度方向，浓煤粉气流与炉膛中心高温区的距离缩小，炉膛高温区对煤粉气流主体的加热作用显著增强。浓煤粉气流着火后进一步加热点燃淡煤粉气流，从而进一步优化了煤粉气流的着火特性，有利于锅炉的稳燃。
2、改变了锅炉拱上、拱下二次风配比，强化了炉内分级燃烧水平，有利于降低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至下依次布置了D，E和F三层拱下二次风喷口，而在前炉拱和后炉拱处仅布置了浓煤粉气流喷口和乏气喷口。风率约70％的二次风自拱下供入炉膛，拱部风率不足入炉总风率的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布置有多个拱上二次风喷口7，拱上二次风喷口7靠近锅炉前墙侧和后墙侧布置。风率约20％的二次风自拱下移到拱上，拱部总二次风率增大至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、能够有效防止前墙和后墙结渣。
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浓煤粉和两个乏气喷口。其中乏气喷口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。由于锅炉拱部仅布置有浓淡煤粉气流的周界风，二次风率较低，前后墙近壁侧气氛的还原性较强，还原性气氛下煤粉的灰熔点较低，煤粉中的灰分易被加热至熔融态。
如图2和图4所示，本发明在锅炉每组浓煤粉气流喷口9与下炉膛前后墙之间布置两个缝隙式乏气喷口6。乏气喷入炉膛后在浓煤粉气流与下炉膛前后墙之间形成一道高速风幕将高浓度的浓煤粉气流与前、后墙分隔开。前、后墙近壁侧的煤粉浓度降低至传统FW W火焰锅炉的20％左右，煤粉中的灰分对卫燃带的冲刷效果减弱，能够有效防止前墙和后墙结渣。
此外，传统FW型W火焰锅炉拱部仅布置有浓、淡煤粉气流的周界风，二次风率较低，锅炉下炉膛前、后墙顶部近壁侧气氛的还原性较强，还原性气氛下煤粉的灰熔点较低，煤粉中的灰分易被加热至熔融态。
本发明在锅炉拱部下炉膛前后墙近壁侧增设了多组拱上二次风喷口7，约20％的二次风由拱上二次风喷口7供入炉膛。拱上二次风的喷入使前后墙近壁侧气氛的氧化性大大增强，氧气浓度可提高至15％以上。在富氧环境下煤粉中灰分的熔点较高，煤粉气流中的灰分不易加热至熔融态，从而有效防止结渣现象的发生。
4、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和四个缝隙式乏气喷口6。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和四个缝隙式乏气喷口6之间。入炉总风率的25％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40m/s左右。沿炉膛宽度方向，浓煤粉气流喷口和缝隙式乏气喷口紧贴拱上二次风喷口7布置。低速的浓煤粉气流喷入炉膛后在高速的拱上二次风气流的引射作用下风速迅速提高，刚性增强。经计算，煤粉气流与拱上二次风混合后风速可达25m/s以上，气流在炉膛内的下冲深度增加，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的缝隙式乏气后置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包括拱上二次风喷口7、两个周界风喷口8、两个浓煤粉气流喷口9和四个缝隙式乏气喷口6；四个缝隙式乏气喷口6对称设置在拱上二次风喷口7的两侧，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，周界风喷口8设置在浓煤粉气流喷口9的外围上，且拱上二次风喷口7、两个周界风喷口8、两个浓煤粉气流喷口9和四个缝隙式乏气喷口6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，本实施方式所述缝隙式乏气喷口6的截面为长方形，每个双旋风筒浓淡煤粉燃烧器5的四个缝隙式乏气喷口6横截面积总和与单根乏气管道的截面积相等。
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，本实施方式四个缝隙式乏气喷口6对称设置在拱上二次风喷口7沿长度方向中心线的两侧，两个浓煤粉气流喷口9对称设置在拱上二次风喷口7沿长度方向中心线的两侧。
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，本实施方式所述前炉拱3上的缝隙式乏气喷口6靠近下炉膛2的前墙设置，前炉拱3上的浓煤粉气流喷口9靠近下炉膛2的中心线设置，后炉拱4上的缝隙式乏气喷口6靠近下炉膛2的后墙设置，后炉拱4上的浓煤粉气流喷口9靠近下炉膛2的中心面设置。
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4来说明本实施方式，本实施方式所述双旋风筒浓淡煤粉燃烧器5上相邻两个缝隙式乏气喷口6的距离为浓煤粉气流喷口9直径的1.1倍至2倍，沿炉膛宽度方向每个双旋风筒浓淡煤粉燃烧器5上的浓煤粉气流喷口9布置在两个缝隙式乏气喷口6中央。
其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：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的缝隙式乏气后置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25％左右，风速约为40m/s；浓煤粉喷口9与锅炉前墙和后墙之间布置多组缝隙式乏气喷口6，所述一次风占入炉总风率的20％，乏气风率占一次风总风率的50％左右，风速约为15m/s。
具体实施方式七：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六相同。
具体实施方式八：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六相同。
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600MW FW W火焰锅炉上应用，锅炉前后拱对称布置有18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18组长600mm，宽150mm的拱上二次风喷口，约25％的二次风由喷口供入炉膛。原燃烧器的两个乏气喷口拆分为4个缝隙式乏气喷口由近炉膛中心侧供入炉膛。每个缝隙式乏气喷口长300mm，宽100mm。经试验测量，拱上二次风速约为20m/s，乏气风速约为25m/s。
采用本发明前，二次风仅由锅炉拱部周界风喷口供入，风率约为10％，满负荷工况下炉膛出口飞灰可燃物含量约为9％，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，在300MW负荷工况时，会引发锅炉灭火事故，造成巨大经济损失。并且，前后墙存在严重的结渣现象，每年需要多次停炉清灰。
采用本发明后，拱部和拱下二次风率均为50％左右，满负荷工况下炉膛出口飞灰可燃物含量降低至6％，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。炉膛前后墙的结渣现象基本消失，各燃烧器均能正常投运。

Claims (5)

1.布置拱上二次风的缝隙式乏气后置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，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)包括拱上二次风喷口(7)、两个周界风喷口(8)、两个浓煤粉气流喷口(9)和四个缝隙式乏气喷口(6)；四个缝隙式乏气喷口(6)对称设置在拱上二次风喷口(7)的两侧，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，周界风喷口(8)设置在浓煤粉气流喷口(9)的外围上，且拱上二次风喷口(7)、两个周界风喷口(8)、两个浓煤粉气流喷口(9)和四个缝隙式乏气喷口(6)均与下炉膛(2)连通,缝隙式乏气喷口(6)的截面为长方形，每个双旋风筒浓淡煤粉燃烧器(5)的四个缝隙式乏气喷口(6)横截面积总和与单根乏气管道的截面积相等,四个缝隙式乏气喷口(6)对称设置在拱上二次风喷口(7)沿长度方向中心线的两侧，两个浓煤粉气流喷口(9)对称设置在拱上二次风喷口(7)沿长度方向中心线的两侧,前炉拱(3)上的缝隙式乏气喷口(6)靠近下炉膛(2)的前墙设置，前炉拱(3)上的浓煤粉气流喷口(9)靠近下炉膛(2)的中心线设置，后炉拱(4)上的缝隙式乏气喷口(6)靠近下炉膛(2)的后墙设置，后炉拱(4)上的浓煤粉气流喷口(9)靠近下炉膛(2)的中心面设置。
2.根据权利要求1所述布置拱上二次风的缝隙式乏气后置W火焰锅炉，其特征在于：每个双旋风筒浓淡煤粉燃烧器(5)上相邻两个缝隙式乏气喷口(6)的距离为浓煤粉气流喷口(9)直径的1.1倍至2倍，沿炉膛宽度方向每个双旋风筒浓淡煤粉燃烧器(5)上的浓煤粉气流喷口(9)布置在两个缝隙式乏气喷口(6)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的缝隙式乏气后置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25％左右，风速约为40m/s；浓煤粉喷口(9)与锅炉前墙和后墙之间布置多组缝隙式乏气喷口(6)，一次风占入炉总风率的20％，乏气风率占一次风总风率的50％左右，风速约为15m/s。
4.根据权利要求3所述的布置拱上二次风的缝隙式乏气后置W火焰锅炉的配风方法，其特征在于：每个浓煤粉喷口(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。
5.根据权利要求3所述的布置拱上二次风的缝隙式乏气后置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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