CN112833388A - 对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统 - Google Patents

对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统 Download PDF

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    • F23C2700/06—Combustion apparatus using pulverized fuel

Abstract

本发明公开了一种对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统，包括：多排燃烧器，多排燃烧器沿锅炉的炉膛水冷壁竖向间隔设置，每排燃烧器包括多个燃烧器，所述燃烧器为旋流燃烧器；至少一对第一燃尽风喷口，每对第一燃尽风喷口相对设置于所述燃烧器上方的炉膛的前后水冷壁上，并且与热二次风供应管道连通；至少一对第二燃尽风喷口，每对第二燃尽风喷口相对设置于所述第一燃尽风喷口上方的炉膛的前后水冷壁上，并且与热一次风供应管道连通。本发明具有通过分流分层布置燃尽风，使燃烧后期混合充分，降低SCR入口的NOx含量的有益效果。

Description

对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统
技术领域
本发明涉及对冲燃烧设备领域。更具体地说，本发明涉及一种对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统。
背景技术
随着国家环保要求越来越严，火电厂面临的排放压力越来越大，存量机组通过改造来达到NOx超低排放要求，新建机组要求SCR入口的NOx低于150mg/Nm3(折算到O2＝6％)，以减轻SCR的运行成本。对于较好的烟煤，并采用切圆燃烧方式，一般来说比较容易达到或满足SCR入口的NOx低于150mg/Nm3的要求；但对于对冲燃烧锅炉，目前最好的水平只能达到200～250mg/Nm3，按目前的对冲燃烧技术，SCR入口的NOx要达到低于150mg/Nm3是很困难甚至是不可能的。主要原因是：对冲燃烧方式锅炉，其特点是燃烧前期混合好，后期混合差，这种特点不利于将CO浓度控制到较低的水平，从而限制了高度方向的空气分级程度，因而与切圆燃烧技术相比，其NOx浓度偏高。
常规对冲燃烧方式锅炉，燃烧器为旋流燃烧器，SOFA喷口采用中心直流、外环旋流的双风区喷口，结构较复杂，阻力相对较大。对冲燃烧方式锅炉，其特点是锅炉的燃烧前期混合较好，而燃烧的后期混合较差、混合不好。对冲燃烧锅炉，其二次风和SOFA(燃尽风)均来自二次风，风速为40m/s左右，与切圆燃烧比，其刚性差、穿透力不好，导致后期混合差，因而对冲燃烧锅炉的主燃烧区化学当量不能太低，否则会由于后期混合不好造成CO浓度过高而影响锅炉的经济性，这是对冲燃烧锅炉NOx排放浓度高于切圆燃烧锅炉的主要原因。
因此，针对现有对冲燃烧锅炉状况，如果能采取措施，加强对冲燃烧锅炉的后期混合，既能有效控制炉膛出口的CO浓度，又能为主燃烧区的深度分级创造有利条件，将对冲燃烧锅炉SCR入口的NOx浓度控制到与切圆燃烧相当的水平，同时还能确保锅炉具有较高的效率。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统，通过分流分层布置燃尽风，使燃烧后期混合充分，从而降低SCR入口的NOx含量。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统，包括：
多排燃烧器，多排燃烧器沿锅炉的炉膛水冷壁竖向间隔设置，每排燃烧器包括多个燃烧器，所述燃烧器为旋流燃烧器；
至少一对第一燃尽风喷口，每对第一燃尽风喷口相对设置于所述燃烧器上方的炉膛的前后水冷壁上，并且与热二次风供应管道连通；
至少一对第二燃尽风喷口，每对第二燃尽风喷口相对设置于所述第一燃尽风喷口上方的炉膛的前后水冷壁上，并且与热一次风供应管道连通。
优选的是，所述第一燃尽风喷口位于最上层的燃烧器上方3.5～7m处，所述第二燃尽风喷口位于炉膛内的折烟角下方1～4m处。
优选的是，所述第一燃尽风喷口为中心直流、外环旋流的双风区喷口，所述第二燃尽风喷口为直流喷口，并且所述第一燃尽风喷口与所述第二燃尽风喷口错列设置。
优选的是，与所述第一燃尽风喷口连通的热二次风供应管道上、与所述第二燃尽风喷口连通的热一次风供应管道上均设有风量测量装置和风量调节装置。
优选的是，所述燃烧器的排数为2～4排，每排燃烧器的个数为4～8只。
优选的是，还包括多排贴壁风喷口，多排贴壁风喷口沿炉膛的前后水冷壁竖直间隔设置，并且高于下排的燃烧器，低于第一燃尽风喷口，所述贴壁风喷口与热一次风供应管道连通。
优选的是，每排贴壁风喷口至少有两对贴壁风喷口，两对贴壁风喷口的气流方向分别朝向炉膛的左水冷壁和右水冷壁，每对贴壁风喷口的在竖直方向上错位设置。
优选的是，还包括防腐喷涂层，其敷设于炉膛的左水冷壁和右水冷壁上。
本发明至少包括以下有益效果：
第一、燃尽风(SOFA)布置在上层燃烧器的上方，并且将燃尽风SOFA分成两部分：一部分引自热二次风，布置在上层燃烧器上方炉膛的前后墙上，为第一燃尽风喷口；另一部分引自热一次风，布置在第一燃尽风喷口上方的炉膛前后墙上，为第二燃尽风喷口，通过分流分层布置，可以使燃烧后期混合充分，从而能将炉膛出口CO浓度控制到较低(水平，降低SCR入口的NOx含量。
第二、采用热一次风作为贴壁风风源，使贴壁风的刚性增加，射程更远、覆盖面更宽，在左右水冷壁的近壁处形成一层保护“气膜”，能有效防止主燃烧区两侧水冷壁的高温腐蚀。
第三、由于对冲燃烧锅炉前、后墙对冲燃烧的特点，导致火焰冲刷左右水冷壁，若火焰中存在未燃尽的煤粉，就会在左右水冷壁上燃烧，从而形成强烈的还原性气氛(即高CO浓度和低O2浓度)。当燃用煤中的含硫量偏高，在还原性气氛的作用下，燃用煤中的S易生成强腐蚀性的H2S，从而对左右水冷壁管材产生不利影响，形成高温还原性硫腐蚀，导致左右水冷壁管减薄严重需大面积换管的问题，严重影响锅炉的安全、经济运行。防腐喷涂层，在左右水冷壁上敷设防腐喷涂层，可以增强对炉膛左右壁的保护，防止腐蚀。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的其中一种技术方案的所述燃烧锅炉侧面结构示意图；
图2为本发明的其中一种技术方案的炉膛前水冷壁布置图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1～2所示，本发明提供一种对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统，包括：
多排燃烧器3，多排燃烧器3沿锅炉1的炉膛2水冷壁竖向间隔设置，每排燃烧器3包括多个燃烧器3，所述燃烧器3为旋流燃烧器；
至少一对第一燃尽风喷口4，每对第一燃尽风喷口4相对设置于所述燃烧器3上方的炉膛2的前后水冷壁上，并且与热二次风供应管道连通；
至少一对第二燃尽风喷口5，每对第二燃尽风喷口5相对设置于所述第一燃尽风喷口4上方的炉膛2的前后水冷壁上，并且与热一次风供应管道连通。
在上述技术方案中，燃尽风(SOFA)布置在上层燃烧器3的上方，并且将燃尽风SOFA分成两部分：一部分引自热二次风，其风率可以为17～30％，布置在上层燃烧器3上方炉膛2的前后墙上，为第一燃尽风喷口4(SOFA1，风率按燃用煤质特性选取，若燃用着火、燃尽困难的煤质，风率取低值，并将该第一燃尽风喷口4的风再分两级布置，称为SOFA11和SOFA12)；另一部分引自热一次风，其风率可以为8～15％，布置在第一燃尽风喷口4上方的炉膛2前后墙上，为第二燃尽风喷口4(SOFA2)，并且使燃尽风总风率增大到25～38％。通过上述分流分层布置，可以使燃烧后期混合充分，从而能将炉膛2出口CO浓度控制到较低(100ppm)水平，在NOx降低的同时锅炉1的燃烧效率不降低，同时将CO浓度降低到较低(100ppm)水平。
在另一种技术方案中，所述第一燃尽风喷口4位于最上层的燃烧器3上方3.5～7m处，所述第二燃尽风喷口5位于炉膛2内的折烟角下方1～4m处。设置上述高度差，可以使燃烧后期混合充分，从而降低炉膛2出口NOx浓度。所述燃烧器3可以为旋流燃烧器。
在另一种技术方案中，所述第一燃尽风喷口4为中心直流、外环旋流的双风区喷口，所述第二燃尽风喷口5为直流喷口，并且所述第一燃尽风喷口4与所述第二燃尽风喷口5错列设置。错列设置可以进一步促进燃烧后期的混合，以降低炉膛2出口NOx含量。
在另一种技术方案中，与所述第一燃尽风喷口4连通的热二次风供应管道上、与所述第二燃尽风喷口5连通的热一次风供应管道上均设有风量测量装置和风量调节装置。可以根据燃用煤质特性调节不同风率，从而增强对冲燃烧锅炉1的燃用煤适应范围。
在另一种技术方案中，所述燃烧器3的排数为2～4排，每排燃烧器3的个数为4～8只。上述燃烧器3的数量基本可以满足较宽范围的燃用煤范围。
在另一种技术方案中，还包括多排贴壁风喷口6，多排贴壁风喷口6沿炉膛2的前后水冷壁竖直间隔设置，并且高于下排的燃烧器3，低于第一燃尽风喷口4，所述贴壁风喷口6与热一次风供应管道连通。采用热一次风作为贴壁风风源，使贴壁风的刚性增加，射程更远、覆盖面更宽，在左右水冷壁的近壁处形成一层保护“气膜”，能有效防止主燃烧区两侧水冷壁的高温腐蚀。
在另一种技术方案中，每排贴壁风喷口6至少有两对贴壁风喷口6，两对贴壁风喷口6的气流方向分别朝向炉膛2的左水冷壁和右水冷壁，每对贴壁风喷口6的在竖直方向上错位设置。错位设置可以增大贴壁风喷口6的气流保护面积，从而增强气膜保护能力。
在另一种技术方案中，还包括防腐喷涂层，其敷设于炉膛2的左水冷壁和右水冷壁上。
由于对冲燃烧锅炉1前、后墙对冲燃烧的特点，导致火焰冲刷左右水冷壁，若火焰中存在未燃尽的煤粉，就会在左右水冷壁上燃烧，从而形成强烈的还原性气氛(即高CO浓度和低O2浓度)。当燃用煤中的含硫量偏高，在还原性气氛的作用下，燃用煤中的S易生成强腐蚀性的H2S，从而对左右水冷壁管材产生不利影响，形成高温还原性硫腐蚀，导致左右水冷壁管减薄严重需大面积换管的问题，严重影响锅炉1的安全、经济运行。设置防腐喷涂层，可以进一步增强对炉膛2左右水冷壁的保护。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统，其特征在于，包括：
多排燃烧器，多排燃烧器沿锅炉的炉膛水冷壁竖向间隔设置，每排燃烧器包括多个燃烧器，所述燃烧器为旋流燃烧器；
至少一对第一燃尽风喷口，每对第一燃尽风喷口相对设置于所述燃烧器上方的炉膛的前后水冷壁上，并且与热二次风供应管道连通；
至少一对第二燃尽风喷口，每对第二燃尽风喷口相对设置于所述第一燃尽风喷口上方的炉膛的前后水冷壁上，并且与热一次风供应管道连通。
2.如权利要求1所述的对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统，其特征在于，所述第一燃尽风喷口位于最上层的燃烧器上方3.5～7m处，所述第二燃尽风喷口位于炉膛内的折烟角下方1～4m处。
3.如权利要求1所述的对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统，其特征在于，所述第一燃尽风喷口为中心直流、外环旋流的双风区喷口，所述第二燃尽风喷口为直流喷口，并且所述第一燃尽风喷口与所述第二燃尽风喷口错列设置。
4.如权利要求1所述的对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统，其特征在于，与所述第一燃尽风喷口连通的热二次风供应管道上、与所述第二燃尽风喷口连通的热一次风供应管道上均设有风量测量装置和风量调节装置。
5.如权利要求1所述的对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统，其特征在于，所述燃烧器的排数为2～4排，每排燃烧器的个数为4～8只。
6.如权利要求1所述的对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统，其特征在于，还包括多排贴壁风喷口，多排贴壁风喷口沿炉膛的前后水冷壁竖直间隔设置，并且高于下排的燃烧器，低于第一燃尽风喷口，所述贴壁风喷口与热一次风供应管道连通。
7.如权利要求1所述的对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统，其特征在于，每排贴壁风喷口至少有两对贴壁风喷口，两对贴壁风喷口的气流方向分别朝向炉膛的左水冷壁和右水冷壁，每对贴壁风喷口的在竖直方向上错位设置。
8.如权利要求1所述的对冲燃烧锅炉的超低NOx燃烧系统，其特征在于，还包括防腐喷涂层，其敷设于炉膛的左水冷壁和右水冷壁上。
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