CN112254124A - 一种强化混合的高效w火焰锅炉燃烧系统及其方法 - Google Patents

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吴庆龙
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Abstract

本发明涉及燃煤火电机组节能减排改造技术领域，具体为一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧系统及其方法。本发明系统包括炉膛，设置在炉膛上的煤粉燃烧器，以及分别设置在锅炉拱部的拱上二次风喷口和下炉膛位置的三次风喷口；所述的拱上二次风喷口相对煤粉燃烧器设置在远离炉膛中心位置的背火侧，且拱上二次风喷口的二次风为直流式；所述的三次风喷口设置在下炉膛前后墙且向下倾斜布置，三次风喷口设置直流风分区和旋流风分区两个风区；所述的旋流风分区还设置有可调起旋叶片，用于调节三次风喷口的旋流强度。本发明结构简单，设计合理，运行安全可控，能够在不提升炉膛温度水平的前提下有效改善低挥发分煤燃尽情况。

Description

一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧系统及其方法
技术领域
本发明涉及燃煤火电机组节能减排改造技术领域，具体为一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧系统及其方法。
背景技术
W火焰锅炉是我国燃用低挥发分煤种的主力炉型，为保证煤粉燃尽，W火焰锅炉需要保持高炉膛温度，导致燃烧产生的NOx浓度较高。近年来为了达到超低排放，W火焰锅炉普遍采用了空气分级和卫燃带优化等W火焰锅炉低氮燃烧技术，最终NOx排放下降同时炉膛温度也有所降低，使得总体的飞灰炉渣含碳量升高，影响了锅炉经济性。
鉴于燃用低挥发分煤W火焰锅炉经济性和NOx控制之间存在不可调和的矛盾，需开发一种W火焰锅炉燃烧技术来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧系统及其方法，结构简单，设计合理，运行安全可控，能够在不提升炉膛温度水平的前提下有效改善低挥发分煤燃尽情况。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧系统，包括炉膛，设置在炉膛上的煤粉燃烧器，以及分别设置在锅炉拱部的拱上二次风喷口和下炉膛位置的三次风喷口；
所述的拱上二次风喷口相对煤粉燃烧器设置在远离炉膛中心位置的背火侧，且拱上二次风喷口的二次风为直流式；
所述的三次风喷口设置在下炉膛前后墙且向下倾斜布置，三次风喷口设置直流风分区和旋流风分区两个风区。
进一步的，所述的三次风喷口采用双风区同心布置，内部为直流风分区，外环为旋流风分区；所述的直流风分区的直流风量和旋流风分区的旋流风量各占总三次风量的50％，双风区喷口风速均大于35m/s。
更进一步的，所述的旋流风分区还设置有可调起旋叶片，用于调节三次风喷口的旋流强度；所述的可调起旋叶片的调节角度范围为20°～70°。
进一步的，所述的三次风喷口向下倾斜的角度范围为15°～18°。
进一步的，所述的三次风喷口的数量为4～8支，沿下炉膛前后墙水平均匀布置，三次风喷口尺寸是主燃烧器的2倍。
进一步的，所述的拱上二次风喷口的二次风风速大于40m/s。
一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧方法，包括如下步骤，
步骤1，燃料通过煤粉燃烧器进入炉膛，被炉膛中心高温烟气辐射加热而着火，在拱上二次风喷口的引射作用下下行至三次风喷口附近；
步骤2，行至三次风喷口附近的煤粉气流被下倾布置的三次风喷口的直流风和旋流风进一步引射向冷灰斗下行，在此过程中主煤粉气流逐渐与二次风和三次风混合并充分燃烧。
进一步的，步骤2中，当双风区三次风喷口的可调起旋叶片的角度置于20°时，旋流强度最强，如出现结焦或者火焰下射能力不足，则将可调起旋叶片的角度向70°调整，减弱旋流增强刚性。
进一步的，锅炉总二次风分别由拱上背火侧的拱上二次风喷口和下炉膛的双风区三次风喷口进入炉膛参与燃烧，其中进入拱上和下炉膛的二次风比例分别由对应的风门挡板调节。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明系统通过布置在下炉膛的双风区三次风喷口强化了下炉膛燃烧区域的热质交换，利用双风区三次风强化混合解决了燃用低挥发分煤W火焰锅炉煤粉燃尽不理想的问题，通过直流风分区和旋流风分区两个风区双重引射增加了煤粉在燃烧区域的有效行程，通过旋流风强化下炉膛热质传递和燃烧过程，达到改善低挥发分煤燃尽的目的；同时，通过布置在拱上背火侧的二次风喷口保证了煤粉气流充分下射，延长了火焰的有效行程，为煤粉充分燃烧创造了前提条件；通过对已有的三次风系统进行改造，施工难度低，运行安全风险小；从强化混合、促进热质传递的角度出发改善燃烧，有效地克服了低挥发分煤W火焰锅炉NOx控制和运行经济性的矛盾，适用于有改造需求的或新建的燃用低挥发分煤的W火焰锅炉。
进一步，通过布置在下炉膛的双风区三次风喷口强化了下炉膛燃烧区域的热质交换，在W火焰锅炉超高炉膛温度的背景下，湍动越强烈，燃烧越得到强化，煤粉燃尽率更高。
进一步，拱上二次风喷口相对煤粉燃烧器在远离炉膛中心位置的背火侧且该二次风为高速直流式，风速大于40m/s，具有强下冲能力。
本发明方法通过引射煤粉气流深度下射，并通过双风区三次风强化下炉膛不同区域煤粉和空气混合，促进煤粉和空气的混合，增加流场湍动度，强化下炉膛热质传递和燃烧过程，达到改善低挥发分煤燃烧效率的目的。
附图说明
图1为本发明实例中所述系统结构的侧视图。
图2为本发明实例中所述系统结构的俯视图。
图中：炉膛1、三次风喷口2、旋流风分区3、直流风分区4、煤粉燃烧器5、拱上二次风喷口6。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧系统，包括燃烧过程发生的主要区域炉膛1，煤粉燃烧器5，用于组织燃烧过程的拱上二次风喷口6和三次风喷口2，三次风喷口2包括旋流风分区3和直流风分区4；
所述的拱上二次风喷口6为直流风，风速设计达到40m/s，设计在燃烧器的背火侧；
所述的三次风喷口2采用双风区同心布置，下倾15°～18°，内部为直流风分区4，外环为旋流风分区3，直流和旋流风量各占总三次风量的50％，双风区喷口风速均大于35m/s，外环旋流风分区3设计有可调起旋叶片用于改变旋流强度；下炉膛的双风区三次风喷口2的旋流强度通过喷口设计的旋流调节器来调整，旋流叶片角度可从20°调整到70°。
其中，双风区的三次风喷口2根据机组容量和煤粉燃烧器5布置可以采用不同的数量，但是风量不宜过于分散，通常为4～8支；如图2所示，其沿下炉膛前后墙水平均匀布置；通过合理选取双风区三次风喷口2数量可以放大旋流风的影响力，与常规分级风设计与燃烧器数量一致不同，该三次风喷口2尺寸是主燃烧器的2倍左右。
其中，总二次风进入拱上二次风喷口6和三次风喷口2的风量比例分别由拱上二次风门挡板和三次风对应风门挡板调整。
具体的，如图1所示，本发明一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧系统，燃烧过程发生的主要区域在炉膛1，燃料自煤粉燃烧器5进入炉膛，总二次风通过拱上二次风喷口6和三次风喷口2送入炉膛，用于组织燃烧过程。煤粉自离开煤粉燃烧器5直到进入冷灰斗区域，二次风逐步加入和引射煤粉气流，煤粉本身受辐射加热着火逐步燃烧燃尽，在到达三次风区域之前整体流动按照不同燃烧器分层，在到达三次风区域之后旋流风促使宽度方向上各个燃烧区域的煤粉、空气和燃烧产物发生强烈的热质交换，燃烧过程更充分。
其中，根据煤粉在拱下区域、下炉膛区域和冷灰斗区域的燃烧比例，可通过拱上二次风挡板和三次风挡板调整二次风量在炉膛1各区域的分配，达到最优的引射煤粉气流和空气分级效果。
其中，根据煤粉在下炉膛的燃烧燃尽状况，可通过调整旋流风分区3内的可调起旋叶片角度，改变三次风喷口2出口的旋转强度，控制下炉膛不同燃烧区域的混合程度。
在以上系统的基础上，本发明还提供一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧方法，包括如下步骤，
步骤1，燃料通过煤粉燃烧器5进入炉膛1后被炉膛中心高温烟气辐射加热并着火，继而被背火侧布置的高速直流二次风引射充分下行燃烧；
步骤2，煤粉气流行至三次风喷口2附近时，下倾布置的直流风分区4内直流风进一步引射煤粉至冷灰斗燃烧，同时旋流风分区3的旋流风促使不同燃烧器对应区域的煤粉气流进行充分混合，形成不同燃烧器燃烧过程的相互支撑，增强下炉膛湍动程度，强化煤粉燃烧过程提升燃尽率；
其中，煤粉从煤粉燃烧器5进入锅炉炉膛，总二次风分别从拱上二次风喷口6和三次风喷口2进入锅炉。煤粉进入炉膛后受向火侧高温烟气辐射加热至着火，在拱上高速直流二次风引射下深度下行至三次风区域，期间煤粉继续燃烧。在下炉膛区域，三次风既有旋流风分区3又有直流风分区4，旋流风促使宽度方向上各个燃烧区域的煤粉、空气和燃烧产物发生强烈的热质交换，直流风促使煤粉气流进一步下行至冷灰斗附近燃烧。在下炉膛强化混合和两级二次风深度引射作用下，煤粉的有效行程拉长同时下炉膛燃烧更均匀充分，达到改善低挥发分煤燃烧效率的目的。本发明采用的系统和工艺成熟可靠，通过强化混合从原理层面改善煤粉燃烧过程，有效地解决了燃用低挥发分煤W火焰锅炉NOx排放控制与锅炉经济性难以兼顾的问题。
本发明通过强化混合提高锅炉燃烧效率，主要的思想是在W火焰锅炉分层燃烧特性基础上，通过三次风旋流强化下炉膛内的热质传递，促进煤粉充分燃烧，达到改善锅炉燃烧效率的目的。通过双重引射增加了煤粉在燃烧区域的有效行程，通过双风区三次风旋流促使宽度方向上各个燃烧区域的煤粉、空气和燃烧产物发生强烈的热质交换，强化燃烧过程，达到改善低挥发分煤燃尽的目的，这种方法是对现有的低氮燃烧技术的补充，可同时采用，能够兼顾对NOx的最优控制和改善锅炉运行经济性；其中锅炉原有燃烧系统组件大部分可利旧使用，只需更换三次风喷口和附属设备即可，改造投资与风险小。

Claims (9)

1.一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧系统，其特征在于，包括炉膛(1)，设置在炉膛(1)上的煤粉燃烧器(5)，以及分别设置在锅炉拱部的拱上二次风喷口(6)和下炉膛位置的三次风喷口(2)；
所述的拱上二次风喷口(6)相对煤粉燃烧器(5)设置在远离炉膛(1)中心位置的背火侧，且拱上二次风喷口(6)的二次风为直流式；
所述的三次风喷口(2)设置在下炉膛前后墙且向下倾斜布置，三次风喷口(2)设置直流风分区(4)和旋流风分区(3)两个风区。
2.根据权利要求1所述的一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧系统，其特征在于，所述的三次风喷口(2)采用双风区同心布置，内部为直流风分区(4)，外环为旋流风分区(3)；所述的直流风分区(4)的直流风量和旋流风分区(3)的旋流风量各占总三次风量的50％，双风区喷口风速均大于35m/s。
3.根据权利要求1或2所述的一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧系统，其特征在于，所述的旋流风分区(3)还设置有可调起旋叶片，用于调节三次风喷口(2)的旋流强度；所述的可调起旋叶片的调节角度范围为20°～70°。
4.根据权利要求1所述的一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧系统，其特征在于，所述的三次风喷口(2)向下倾斜的角度范围为15°～18°。
5.根据权利要求1所述的一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧系统，其特征在于，所述的三次风喷口(2)的数量为4～8支，沿下炉膛前后墙水平均匀布置，三次风喷口(2)尺寸是主燃烧器的2倍。
6.根据权利要求1所述的一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧系统，其特征在于，所述的拱上二次风喷口(6)的二次风风速大于40m/s。
7.一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧方法，其特征在于，基于权利要求1-6任意一项所述的系统，包括如下步骤，
步骤1，燃料通过煤粉燃烧器(5)进入炉膛(1)，被炉膛(1)中心高温烟气辐射加热而着火，在拱上二次风喷口(6)的引射作用下下行至三次风喷口(2)附近；
步骤2，行至三次风喷口(2)附近的煤粉气流被下倾布置的三次风喷口(2)的直流风和旋流风进一步引射向冷灰斗下行，在此过程中主煤粉气流逐渐与二次风和三次风混合并充分燃烧。
8.根据权利要求7所述的一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧方法，其特征在于，步骤2中，当双风区三次风喷口(2)的可调起旋叶片的角度置于20°时，旋流强度最强，如出现结焦或者火焰下射能力不足，则将可调起旋叶片的角度向70°调整，减弱旋流增强刚性。
9.根据权利要求7所述的一种强化混合的高效W火焰锅炉燃烧方法，其特征在于，锅炉总二次风分别由拱上背火侧的拱上二次风喷口(6)和下炉膛的双风区三次风喷口(2)进入炉膛参与燃烧，其中进入拱上和下炉膛的二次风比例分别由对应的风门挡板调节。
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