CN114941838A - 双燃烧区切圆燃烧系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双燃烧区切圆燃烧系统及方法，其中双燃烧区切圆燃烧系统包括炉膛，所述炉膛设置有主燃烧区，所述主燃烧区由下至上分为浓相燃烧区和淡相燃烧区，所述浓相燃烧区内设置有多个煤粉燃烧器和二次风燃烧器，多个煤粉燃烧器和二次风燃烧器按照四角正切圆的方式间隔布置在所述炉膛四角，所述淡相燃烧区内设置有多个乏气燃烧器，多个乏气燃烧器按照多角反切圆的方式布置在所述炉膛四周。本发明利用切圆燃烧技术，并将常规的主燃烧区分为浓相燃烧区和淡相燃烧区，解决了二次风与一次风配比失调的问题，有效提高了燃烧效率。

Description

双燃烧区切圆燃烧系统及方法

技术领域

本发明涉及锅炉燃烧技术领域。更具体地说，本发明涉及一种双燃烧区切圆燃烧系统及方法。

背景技术

对于燃用褐煤的锅炉，一方面，由于褐煤的水分高(收到基水分为30～40％)、热值低(收到基低位发热量为10～15MJ/kg)，当采用中速磨直吹系统磨制褐煤时，为满足干燥出力的要求，往往需要较高热一次风温度(360～390℃)和较高的一次风风率(一次风率为33～45％)。

另一方面，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，存量机组通过低氮燃烧改造来达到NOx超低排放要求，新建机组要求采用先进的燃烧技术将SCR(选择性催化还原)脱硝装置入口的NOx控制到180mg/Nm³(折算到O₂＝6％)以下，以减轻SCR的运行成本。通常采用设置SOFA(分离式燃尽风)喷口进行高度方向的空气分级技术来降低NOx(氮氧化物)，对于褐煤锅炉，按一次风率36％、燃尽风风率28％计算，主燃烧区用于组织燃烧的二次风只有34％，若按现有常规理论设计和布置，则主燃烧区的二次风与一次风的质量比小于1，此时，无论采用WR宽调节比燃烧区，还是采用PM燃烧器，甚至采用水平浓淡或垂直浓淡燃烧器，都无法解决主燃烧区二次风与一次风的配比失调的问题，因而不能组织起有效、良好的燃烧，从而存在燃烧器结焦、烧损，燃烧不好、炉膛出口结焦、受热面管子超温球化，SCR(脱硝装置)入口NOx排放浓度高等问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种双燃烧区切圆燃烧系统，其既解决了现有燃用褐煤的锅炉存在的问题，又有效的将脱硝装置入口处的NOx浓度控制在较低水平。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，根据本发明的一个方面，本发明提供了双燃烧区切圆燃烧系统，其包括炉膛，所述炉膛设置有主燃烧区，所述主燃烧区由下至上分为浓相燃烧区和淡相燃烧区，所述浓相燃烧区内设置有多个煤粉燃烧器和二次风燃烧器，多个煤粉燃烧器和二次风燃烧器按照四角正切圆的方式间隔布置在所述炉膛四角，所述淡相燃烧区内设置有多个乏气燃烧器，多个乏气燃烧器按照多角反切圆的方式布置在所述炉膛四周。

优选的是，所述炉膛的底部主燃烧区的下方还设置有一次风燃烧器，所述一次风燃烧器包括多层煤粉管道，所述多层煤粉管道与磨煤机连接，每个煤粉管道上均设置有竖直煤粉浓淡分离装置、以及与之连通的浓相煤粉管道和淡相煤粉管道，所述浓相煤粉管道、淡相煤粉管道分别与煤粉燃烧器、乏气燃烧器连通。

优选的是，所述浓相煤粉管道上还设置有水平煤粉浓淡分离装置。

优选的是，多个煤粉燃烧器和二次风燃烧器按照四角正切圆的方式间隔布置在所述炉膛的四角。

优选的是，多个乏气燃烧器按照四角或八角反切圆的方式布置在所述炉膛的四角。

优选的是，所述炉膛内还设置有还原区和燃尽区，所述燃尽区、还原区、主燃烧区由上至下依次设置。

优选的是上，所述燃尽区内设置有燃尽风燃烧器，所述燃尽风燃烧器设置有多层燃尽风喷口，其按照四角正切圆的方式布置在所述炉膛的四角，且所述燃尽风喷口上设置有可实现上、下摆动和左、右摆动的第二调节机构。

优选的是，所述煤粉燃烧器设置有多层煤粉喷口，所述二次风燃烧器设置有多层二次风喷口，所述乏气燃烧器设置有1～2层乏气喷口，所述煤粉喷口和二次风喷口均设置有可实现上、下摆动的第一调节机构；所述乏气喷口设置有可实现上、下摆动的第三调节机构。

本发明还提供了一种基于双燃烧区切圆燃烧系统的燃烧方法，主要包括以下步骤：

步骤一、将多个煤粉燃烧器和二次风燃烧器按照四角正切圆的方式布置在浓相燃烧区的炉膛四个角上，将多个乏气燃烧器按照多角反切圆的方式布置在淡相燃烧区的炉膛的四角、两侧墙或前后墙上；

步骤二、煤粉气流进入炉膛底部的一次风燃烧器的煤粉管道后，经煤粉管道内的竖直煤粉浓淡分离装置分为浓相气流和淡相气流两部分，其中浓相气流为50％一次风，携带大部分的煤粉，淡相气流为50％一次风，携带少量的细煤粉，浓相气流通过浓相煤粉管道进入浓相燃烧区的煤粉燃烧器内，淡相气流通过淡相煤粉管道进入淡相燃烧区的乏气燃烧器内；

步骤三、所述浓相煤粉管道上设置的水平煤粉浓淡分离装置，对进入浓相煤粉管道内的煤粉再次进行浓淡分离，再次分离后的浓相气流通向向火侧，淡相气流通向被火侧；

步骤四、利用Fluent软件对燃烧系统改造前后的数值进行模拟计算并验证。

本发明至少包括以下有益效果：本发明采用双燃烧区切圆燃烧系统，解决了褐煤切圆燃烧锅炉设置SOFA喷口后存在的主燃烧区二次风与一次风配比失调的问题，将常规的主燃烧区分为浓相燃烧区和淡相燃烧区；在浓相燃烧区内，将二次风与一次风的质量比控制在合理范围内，从而能组织起良好、高效的燃烧，为淡相燃烧区内带有少量细粉的乏气燃烧创造有利条件，因此既能从根源上解决目前存在的问题，又能将SCR入口的NOx浓度控制到较低水平。

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为本发明一种技术方案的双燃烧区原理图；

图2为本发明一种技术方案的切圆示意图；

图3为本发明一种技术方案中乏气燃烧器的切圆结构示意图；

图4为本发明一种技术方案中乏气燃烧器的另一种切圆结构示意图；

图5为本发明一种技术方案中乏气燃烧器的另一种切圆结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式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。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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。

在其中一种技术方案中，如图1～5所示，本发明提供了双燃烧区切圆燃烧系统，其包括炉膛1，所述炉膛1设置有主燃烧区，所述主燃烧区由下至上分为浓相燃烧区5和淡相燃烧区4，所述浓相燃烧区5内设置有多个煤粉燃烧器6和二次风燃烧器8，多个煤粉燃烧器6和二次风燃烧器8按照四角正切圆的方式间隔布置在所述炉膛1的四角，所述淡相燃烧区4内设置有多个乏气燃烧器9，多个乏气燃烧器9按照多角反切圆的方式布置在所述炉膛1的四周。

本技术方案中，将常规的主燃烧区分为浓相燃烧区5和淡相燃烧区4，其中浓相燃烧区5位于炉膛1下部，淡相燃烧区4设置在浓相燃烧区5的上方，多个煤粉燃烧器6和二次风燃烧器8分层间隔布置在浓相燃烧区5，其沿炉膛1的四角切圆布置，所述二次风燃烧器8还包括带油枪二次风燃烧器7，所述淡相燃烧区4设置多个乏气燃烧器9，其沿炉膛1的多角切圆方向设置，且切圆方向与浓相燃烧区5的切圆方向相反，既可以沿炉膛1四角切圆布置，又可以沿炉膛1八角切圆布置。使用时，煤粉燃烧器6和二次风燃烧器8可根据煤质、燃烧器层数分组间隔布置，同时浓相燃烧区5根据煤粉进行配风，将浓相燃烧区5内的二次风与一次风的质量比控制在合理的范围内，使浓相燃烧区5能组织起良好、高效的燃烧；所述淡相燃烧区4可根据实际情况调整乏气燃烧器9的数量，在浓相燃烧区5内良好、高效燃烧的情况下，为淡相燃烧区4的少量煤粉的燃尽创造良好的条件，同时，将淡相燃烧区4的乏气燃烧器9的切圆方向设置为反切，用来消减浓相燃烧区5残余旋转，减少左右侧烟气偏差。

在另一种技术方案中，如图1～5所示，所述炉膛1底部的浓相燃烧区设置有一次风燃烧器，所述一次风燃烧器包括多层煤粉管道，所述多层煤粉管道与磨煤机连接，每个煤粉管道上均设置有竖直煤粉浓淡分离装置、以及与之连通的浓相煤粉管道和淡相煤粉管道，所述浓相煤粉管道、淡相煤粉管道分别与煤粉燃烧器6、乏气燃烧器9连通。本技术方案中利用高度方向上的竖直煤粉浓淡分离装置，将煤粉分为浓相气流和淡相气流，浓相气流通过浓相煤粉管道进入浓相燃烧区5，淡相气流通过淡相煤粉管道进入淡相燃烧区4，实现双燃烧区燃烧。煤粉气流经竖直煤粉浓淡分离装置分离后，淡相气流为50％的一次风，携带少量的细煤粉；浓相气流为50％一次风和大部分的煤粉，浓相气流进入浓相燃烧区5的煤粉燃烧器6，淡相气流从淡相燃烧区4的乏气燃烧器9送入炉内燃烧。

在另一种技术方案中，如图1～5所示，所述浓相煤粉管道上还设置有水平煤粉浓淡分离装置。本技术方案中浓相煤粉气流进入水平煤粉浓淡分离装置后进行再次浓淡分离，浓相位于向火侧，淡相位于被火侧，结合多层偏置二次风，能防止水冷壁结焦及发生高温腐蚀；同时在喷口四周设置周界风，防止喷口结焦和冷却喷口。

在另一种技术方案中，如图1～5所示，多个煤粉燃烧器6和二次风燃烧器8按照四角正切圆的方式间隔布置在所述炉膛1的四角。其中图2～5中中心圆为假想切圆11。

在另一种技术方案中，如图3～5所示，多个乏气燃烧器9依数量可按照四角或八角反切圆的方式布置在所述炉膛1的四周。

在另一种技术方案中，如图1～5所示，所述炉膛1设置有还原区3和燃尽区2，所述燃尽区2、还原区3、主燃烧区由上至下依次设置。

在另一种技术方案中，如图1～5所示，所述燃尽区2设置有燃尽风燃烧器10，其按照四角正切圆的方式布置在所述炉膛1的四角，所述燃尽风燃烧器10设置有多层燃尽风喷口，且所述燃尽风喷口上设置有可实现上、下摆动和左、右摆动的第二调节机构。本技术方案中燃尽区2设置在还原区3的上方，沿炉膛1的四角切圆布置，燃尽风来源于热二次风，可根据锅炉容量大小，将燃尽风喷口沿高度方向布置3～5层，同时设置第二调节机构，可实现燃尽风喷口的上下摆动和左右摆动，上下摆动可对还原区高度进行调节，左右摆动可消除烟气残余旋转，从而减小左右侧偏差。

在另一种技术方案中，如图1～5所示，所述煤粉燃烧器6设置有多层煤粉喷口，所述二次风燃烧器8设置有多层二次风喷口，所述乏气燃烧器9设置有1～2层乏气喷口，所述煤粉喷口和二次风喷口均设置有可实现上、下摆动的第一调节机构；所述乏气风喷口设置有可实现上、下摆动的第三调节机构。本技术方案中，煤粉喷口和二次风喷口设置的第一调节机构，可实现上下摆动调节火焰中心高度，从而调节主蒸汽和再热蒸汽温度，乏气喷口根据数量可在高度方向上布置1～2层，乏气喷口上设置第三调节机构，可单独实现上、下摆动，调节还原区高度和淡相区细煤粉的燃尽高度，从而有效降低NOx浓度和飞灰含碳量。

本发明还提供了一种基于双燃烧区切圆燃烧系统的燃烧方法，主要包括以下步骤：

步骤一、将多个煤粉燃烧器6和二次风燃烧器8按照四角正切圆的方式布置在浓相燃烧区5的炉膛1的四角，将多个乏气燃烧器9按照多角反切圆的方式布置在淡相燃烧区4的炉膛1的四周；

步骤二、煤粉气流经布置在煤粉管道上的竖直煤粉浓淡分离装置分为浓相气流和淡相气流两部分，其中浓相气流为50％一次风，携带大部分的煤粉，淡相气流为50％一次风，携带少量的细煤粉，浓相气流通过浓相煤粉管道进入浓相燃烧区5的煤粉燃烧器6，淡相气流通过淡相煤粉管道进入淡相燃烧区4的乏气燃烧器9；

步骤三、所述浓相煤粉管道上设置的水平煤粉浓淡分离装置，对进入浓相煤粉管道内的煤粉再次进行浓淡分离，再次分离后的浓相气流通向向火侧，淡相气流通向被火侧；

步骤四、利用Fluent软件对燃烧系统改造前后的数值进行模拟计算并验证。

本技术方案中，采用双燃烧区技术，将锅炉炉膛1的主燃烧区分为浓相燃烧区5和淡相燃烧区4，采用高度方向上的竖直煤粉浓淡分离装置分离后，浓相气流进入浓相燃烧区5，淡相乏气高位送入的淡相燃烧区4，解决了褐煤切圆燃烧锅炉主燃烧区二次风与一次风配比失调的问题。

煤粉气流经竖直煤粉浓淡分离装置分离后，淡相气流为50％的一次风，携带少量的细煤粉；浓相气流为50％一次风和大部分的煤粉。浓相气流进入浓相燃烧区5的煤粉燃烧器6，淡相气流送入位于浓相燃烧区5上方的淡相燃烧区4，则风量分配如下：

1)按7台磨煤机，6台运行1台备用，均采用高度方向上的竖直煤粉浓淡分离计算；

浓相燃烧区5：一次风率为36％×0.5＝18％；二次风率为34％；

燃尽区：二次风作为燃尽风，风率为28％；

浓相燃烧区5二次风与一次风的质量比＝34％/18％＝1.89；

2)按7台磨煤机，6台运行1台备用，4台磨采用高度方向上的竖直煤粉浓淡分离计算；

主燃烧区：一次风率为36％/6×4×0.5+36％/6×2＝24％；

二次风率为34％；

燃尽区：二次风作为燃尽风，风率为28％；

浓相燃烧区5二次风与一次风的质量比＝36％/24％＝1.5；

从而降低了浓相燃烧区5的一次风率，将浓相燃烧区5二次风与一次风的质量比从不足1提高到了1.5～1.89，处于合理的配比范围内，彻底解决了浓相燃烧区5二次风与一次风配比失调的问题。

在浓相燃烧区5，由于彻底解决了二次风与一次风配比失调的问题，锅炉在浓相燃烧区5能组织起良好、高效的燃烧，通过计算机数值模拟计算，在浓相燃烧区5良好、高效的燃烧情况下，乏气气流携带的少量煤粉可以在淡相燃烧区4完全烧掉，能确保较高的燃烧效率；同时由于燃烧组织好，可避免锅炉存在的燃烧器结焦、烧损，燃烧不好、炉膛1出口结焦、受热面管子超温球化，SCR(脱硝装置)入口NOx排放浓度高等问题，从而能确保锅炉安全、稳定、经济、环保的燃烧。

浓相煤粉气流进入浓相燃烧区5的水平浓淡分离装置后进行再次浓淡分离，浓相位于向火侧，淡相位于被火侧，结合多层偏置二次风，能防止水冷壁结焦及发生高温腐蚀。

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 (9)

1.双燃烧区切圆燃烧系统，其特征在于，包括炉膛，所述炉膛设置有主燃烧区，所述主燃烧区由下至上分为浓相燃烧区和淡相燃烧区，所述浓相燃烧区内设置有多个煤粉燃烧器和二次风燃烧器，多个煤粉燃烧器和二次风燃烧器按照四角正切圆的方式布置在所述炉膛的四个角，所述淡相燃烧区内设置有多个乏气燃烧器，多个乏气燃烧器按照多角反切圆的方式布置在所述炉膛的四周。

2.如权利要求1所述的双燃烧区切圆燃烧系统，其特征在于，所述炉膛底部的浓相燃烧区设置有一次风燃烧器，所述一次风燃烧器包括多层煤粉管道，所述多层煤粉管道与磨煤机连接，每个煤粉管道上均设置有竖直煤粉浓淡分离装置、以及与之连通的浓相煤粉管道和淡相煤粉管道，所述浓相煤粉管道、淡相煤粉管道分别与煤粉燃烧器、乏气燃烧器连通。

3.如权利要求2所述的双燃烧区切圆燃烧系统，其特征在于，所述浓相煤粉管道上还设置有水平煤粉浓淡分离装置。

4.如权利要求1所述的双燃烧区切圆燃烧系统，其特征在于，多个煤粉燃烧器和二次风燃烧器按照四角正切圆的方式间隔布置在所述炉膛的四个角。

5.如权利要求1所述的双燃烧区切圆燃烧系统，其特征在于，多个乏气燃烧器按照四角或八角反切圆的方式布置在所述炉膛的四周。

6.如权利要求1所述的双燃烧区切圆燃烧系统，其特征在于，所述炉膛还设置有还原区和燃尽区，所述燃尽区、还原区、主燃烧区由上至下依次设置。

7.如权利要求6所述的双燃烧区切圆燃烧系统，其特征在于，所述燃尽区内设置有燃尽风燃烧器，所述燃尽风燃烧器设置有多层燃尽风喷口，其按照四角正切圆的方式布置在所述炉膛的内壁上，且所述燃尽风喷口上设置有可实现上、下摆动和左、右摆动的第二调节机构。

8.如权利要求1所述的双燃烧区切圆燃烧系统，其特征在于，所述煤粉燃烧器设置有多层煤粉喷口，所述二次风燃烧器设置有多层二次风喷口，所述乏气燃烧器设置有1～2层乏气喷口，所述煤粉喷口和二次风喷口均设置有可实现上、下摆动的第一调节机构，所述乏气喷口设置有可实现上、下摆动的第三调节机构。

9.基于如权利要求1～8任一项所述的双燃烧区切圆燃烧系统的燃烧方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

步骤一、将多个煤粉燃烧器和二次风燃烧器按照四角正切圆的方式布置在浓相燃烧区的炉膛四角，将多个乏气燃烧器按照多角反切圆的方式布置在淡相燃烧区的炉膛四周；

步骤二、煤粉气流经布置煤粉管道上的竖直煤粉浓淡分离装置分为浓相气流和淡相气流两部分，其中浓相气流为50％一次风，携带大部分的煤粉，淡相气流为50％一次风，携带少量的细煤粉，浓相气流通过浓相煤粉管道进入浓相燃烧区的煤粉燃烧器，淡相气流通过淡相煤粉管道进入淡相燃烧区的乏气燃烧器；

步骤三、所述浓相煤粉管道上设置的水平煤粉浓淡分离装置，对进入浓相煤粉管道内的煤粉再次进行浓淡分离，再次分离后的浓相气流通向向火侧，淡相气流通向被火侧；

步骤四、利用Fluent软件对燃烧系统改造前后的数值进行模拟计算并验证。

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