CN1182184A

CN1182184A - 一种浓淡风煤粉燃烧方式及装置

Info

Publication number: CN1182184A
Application number: CN 96122581
Authority: CN
Inventors: 孙绍增; 吴少华; 王志金; 秦裕琨
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 1996-11-09
Filing date: 1996-11-09
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2016-11-09
Also published as: CN1091501C

Abstract

本发明提出一种浓淡风煤粉燃烧方式及装置,具体地说,是在煤粉浓缩器之后从该燃烧器的向火侧到背火侧依次布置浓煤粉气流火嘴、淡煤粉气流火嘴和侧二次风喷口,三者的中心线在同一标高上并依次分别形成夹角α和β。一次风流过煤粉浓缩器后形成的浓、淡煤粉气流与侧二次风沿着各自的流道切向喷入炉膛内,由内向外依次形成浓假想切圆、淡假想切圆和侧二次风假想切圆组织燃烧。本发明可同时解决煤粉燃烧的高效、稳性、防止结渣和高温腐蚀以及低NO_X排放五方面的问题。

Description

一钟浓淡风煤粉燃烧方式及装置

本发明提出一种浓淡风煤粉燃烧方式及装置。

在电力工业煤粉锅炉燃烧技术中，通常的要求是高效率、稳燃、防止结渣和高温腐蚀以及低污染排放。首先，为了有效利用能源，必须保证高燃烧效率。其次，我国动力用煤的燃料政策是以燃用劣质煤为主，近年来我国的煤质有所下降，表现为灰分增多，发热值降低，着火性能变差；又由于电厂燃煤煤质多变，使得稳燃问题很突出；特别是低负荷稳燃问题更加突出，常常不得不投大量助燃用油，增加了发电成本。由于煤中灰分高，灰熔点又往往比较低，以及为强化燃烧而采用一次风火嘴集中布置的方法等原因，结渣问题相当普遍，影响锅炉运行的安全性和经济性，甚至造成设备严重损坏和人身伤亡事故。当煤中含硫量较高对，往往还会发生主燃区炉膛水冷壁的高温腐蚀，同样危及到锅炉的安全和经济运行。增强燃烧稳定性的重要措施之一是提高燃烧区域温度水平，但这容易引起结渣，影响锅炉运行的可靠性，且将使NO_x排放量增加。为了降低NO_x排放量，通常是提高一次风的煤粉浓度，推迟一、二次风的混合，但这又不利于防止结渣和高温腐蚀，而且会影响燃烧效率。因此，上述对燃烧技术的要求往往相互矛盾。中国专利CN87106630号、CN89200682号公开的燃烧器，只能从某一方面解决上述问题，如后者即变异煤粉浓度燃烧器主要是利用转弯管道中的浓缩管把一次风在水平方向上分成浓、淡两股，由于在浓淡两股射流之间设置了夹心口，因而起不到大幅度地降低NO_x排放的作用。又如日本三菱重工业株式会社(Mitsubishi Heavy In-dustries)在PM燃烧器中采用肘形煤粉分离器，美国燃烧工程公司(CombustionEngineering Inc.)在WR燃烧器中利用弯头在垂直方向上把一次风分成浓、淡两股，分别在浓煤粉气流火嘴和淡煤粉气流火嘴中喷入炉膛内，形成垂直浓淡燃烧。PM燃烧器和WR燃烧器虽然改善了稳燃和降低了NO_x排放，但由于高浓度的浓煤粉气流直接面向水冷壁，反而会加剧结渣和高温腐蚀问题。边壁风的采用可以解决水冷壁的高温腐蚀问题，但无助于其他问题的解决，并且实施起来难度较大。传统形式的侧二次风燃烧器也可以用来解决结渣和高温腐蚀问题，但由于侧二次风喷口和一次风火嘴之间必须布置距离很大的空当，因而在炉膛结构布置上具有很大困难。

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种高效的燃烧方式及装置，同时解决煤粉燃烧的高效率、稳燃、防止结渣和高温腐蚀以及低污染排放五个方面的问题。

本发明中的装置，主要包括浓煤粉气流火嘴3、淡煤粉气流火嘴4、侧二次风喷口5和锅炉炉膛8。本发明中，1-一次风送粉管道，2-煤粉浓缩器，3-浓煤粉气流火嘴，4-淡煤粉气流火嘴，5-侧二次风喷口，6-二次风道(或二次风箱)，7-炉膛水冷壁，8-切向燃烧锅炉炉膛，9-浓煤粉气流火嘴中心线，10-淡煤粉气流火嘴中心线，11-侧二次风喷口中心线，12-浓假想切圆，13-淡假想切圆，14-侧二次风假想切圆。15-浓缩器后的送粉管道。发明要点是，在切向燃烧炉膛的每个燃烧器的一次风火嘴处从向火侧到背火侧依次布置浓煤粉气流火嘴3、淡煤粉气流火嘴4和侧二次风喷口5；三者的中心线在同一平面上，并且在各自的出口处处于相同的标高；浓煤粉气流火嘴3的中心线与淡煤粉气流火嘴4的中心线之间的夹角为α，淡煤粉气流火嘴4的中心线与侧二次风喷口5的中心线之间的夹角为β。这里-20°≤α≤20°，-10°≤β≤10°。各个燃烧器的浓煤粉气流火嘴3的中心线在炉膛8内形成浓假想切圆12，各个燃烧器的淡煤粉气流火嘴4的中心线在炉膛8内形成淡假想切圆13，各个燃烧器的侧二次风喷口5的中心线在炉膛8内形成侧二次风假想切圆14。上述三个假想切圆的旋转方向可以是相同的，也可以是不同的；三个假想切圆的直径可以是不同的，也可以是相同的；假想切圆的直径也可以是零，即该火嘴(或喷口)采取对冲布置方式。上述的角度α和β，假想切圆的旋转方向和直径的选定与制粉系统的形式，锅炉的容量、锅炉炉膛的形状和热力参数、燃用煤种的燃烧特性和灰渣熔融特性、燃烧器的设计参数(如风率、风速、风温)和结构特征等有关，应该根据具体使用情况确定。

本发明的工作过程和原理是：煤粉经过送粉管道1由一次风输送，形成所谓的一次风煤粉气流，一次风煤粉气流流过安装在送粉管道1和燃烧器之间的煤粉浓缩器2后，形成浓度差异很大的两股煤粉气流-浓煤粉气流和淡煤粉气流。浓煤粉气流的煤粉量占一次风中煤粉总量的大部分，淡煤粉气流的煤粉量仅占一次风中煤粉总量的少部分。浓煤粉气流经过煤粉浓缩器2的浓出口，进入浓煤粉气流火嘴3，在向火侧切向地喷入炉膛8中，形成浓假想切圆12，一部分二次风经过侧二次风喷口5，在背火侧切向喷入炉膛8中，形成侧二次风假想切圆14。淡煤粉气流流过煤粉浓缩器2的淡出口，进入淡煤粉气流火嘴4，在向火侧的浓煤粉气流和背火侧的侧二次风中间切向地喷入炉膛8中。由于浓煤粉气流火嘴3，淡煤粉气流火嘴4和侧二次风喷口5依次地从向火侧到背火侧布置，浓煤粉气流、淡煤粉气流和侧二次风也依次地在从向火侧到背火侧的位置喷入炉膛，在炉膛内的火球中由内向外地形成浓煤粉气流的火焰，淡煤粉气流的火焰和侧二次风外包层，这就是带有侧二次风的水平浓淡燃烧方式，即浓淡风煤粉燃烧方式。

浓煤粉气流的气粉比远小于燃料燃烧的化学当量比，是低氧，富燃料燃烧；淡煤粉气流的气粉比接近或超过燃烧的化学当量比，加上侧二次风的作用，形成富氧燃烧。浓煤粉气流中的煤粉浓度高，煤粉所需的着火热减少，煤粉容易着火；煤粉浓度提高，煤粉的着火温度降低，即煤粉可以在较低的温度下着火，浓煤粉气流向火布置，直接卷吸上游的邻角火焰形成了高温烟气，使得浓煤粉气流及时迅速地着火，提高了煤粉着火的稳定性。由于浓煤粉气流中的煤粉浓度高，气粉比小于燃料的化学当量比，煤粉处于低氧富燃料燃烧，在燃烧反应的初期反应区内含氧化含物(O，O₂，OH等)的浓度比较低。煤粉燃烧所生成的NO大部是燃料型NO，其中的大部分又是在燃烧反应的初期形成的。煤在燃烧时，燃料氮几乎全部迅速分解形成中间产物如HCN，N，CH，NH₁，等。在浓煤粉气流的燃烧过程中，由于含氧化合物的浓度比较低，这些中间产物不能被氧化成产物NO，而是与NO发生还原反应，生成N₂。上述过程大大地抑制了燃料型NO的生成。同时，由于着火过程得到改善，燃烧区域的温度升高，从而提高了煤粉中挥发份的析出产量，进一步降低了含氧化合物的浓度，强化了NO的还原反应，因而降低了NO的生成量。因此，浓淡燃烧技术的采用大大地降低了煤粉燃烧过程中NO的排放。浓煤粉气流着火以后，淡煤粉气流适时地混入，补充煤粉燃烧所必须的氧量。浓淡两股煤粉气流中的一次风率与常规燃烧器的相同，侧二次风在淡一次风混入浓煤粉气流后也及时混入，进一步补充氧量，加上燃烧区域温度的提高，着火提前引起的在高温区域中停留时间的增加的因素，使得总燃烧效率高于常规的煤粉燃烧器。大部分煤粉通过浓煤粉气流火嘴喷火炉膛，集中在火球的内部燃烧，淡煤粉气流和侧二次风在浓煤粉气流的背火侧喷入炉膛，在火球的外面形成一层低煤粉浓度富氧气屏，把富燃料的浓煤粉气流火焰包在内部。这不仅把煤粉颗粒以及它们形成的炭粒、灰粒和水冷壁隔开，减少这些颗粒甩到水冷壁上的机会，而且在水冷壁附近区域形成了较强的氧化性气氛区域，提高灰的熔点，避免灰粒处于具有粘附性的熔隔状态，进一步降低这些粒子粘到水冷壁(或卫燃带)上的可能性。因此，水平浓淡燃烧技术与侧二次风相结合，可以避免发生严重的结渣现象。由于水冷壁附近区域为氧化性气氛，即使是燃用高硫煤，也不会在水冷壁表面附近形成H₂S等具有腐蚀性的还原性气体，避免水冷壁金属发生高温度腐蚀。

本发明与现有技术相比，所采用的结构及其原理，既解决了前述垂直布置浓淡两股煤粉气流不能解决的结渣问题，又克服了前述变异煤粉浓度燃烧器不能大幅度降低NO排放，以及当炉膛条件不好、煤中含硫多、灰熔点低时不能有效解决结渣和水冷壁高温腐蚀的不足。既克服侧二次风型燃烧器在结构布置上的困难，又在水平浓淡燃烧的基础上强化了防止结渣和水冷壁高温腐蚀的效果。这种结构的煤粉燃烧器能够同时解决煤粉燃烧的高效、稳燃、防结渣和高温腐蚀以及低NO排放五个主要问题，对我国特有的低挥发分、高灰分、低热值等劣质煤的高效低污染利用起到非常积极的作用。结渣和水冷壁高温腐蚀问题的解决，将大大地提高煤粉锅炉运行的安全性；稳燃问题的解决，提高了煤粉锅炉的煤种适用性和低负荷运行的可靠性；防止结渣和稳燃问题的解决将大大减少事故停炉所带来的巨大经济损失；低NO排放问题的解决，减少了大气污染，保护人类生存环境，对煤的低污染利用具有重要的社会意义和经济意父；高效率燃烧可提高能源的利用率，节约了能源。

图1为本发明原理结构图

图2为本发明中燃烧器喷口主视图

图3为本发明图2A-A剖面视图

图4为本发明中燃烧器喷口主视图

图5为本发明图4A-A剖面视图

困6为本发明燃烧器喷口主视图

图7为本发明图6A-A剖面视图

图8为本发明燃烧器喷口主视图

图9为本发明图8A-A剖面视图

实施例1：如图2所示，针对燃用烟煤的锅炉设计，设计参数为α=0，β=0，浓煤粉气流速度w_液=22～32m/s，淡煤粉气流速度w_淡=22～32m/s，侧二次风速

=30～50m/s。采用耐温1100℃以上的高铬铸钢(或用其他耐热钢制造侧二次风喷口)制成，当热风温度t_rk＞320℃时能够在40％以上锅炉负荷元油助燃稳定运行，NO排放量比传统的直流燃烧器降低30～50％，炉膛内基本元结渣现象，水冷壁高温腐蚀现象比采用普通燃烧器明显减轻。

实施例2：如图4所示。针对燃用褐煤锅炉设计，设计参数为O°≤α≤20°，0°≤β≤10°，w_浓=25～35m/s，w_淡=25～35m/s，

=35～50m/s。喷嘴材料同上。锅炉能够在30％以上负荷元油助燃稳定运行，NO排放量降低30～50％，炉膛内无严重结渣现象，水冷壁基本上无高温腐蚀现象。

实施例3：如图6所示，针对燃用劣质烟煤和贫煤锅炉设计。设计参数为：0°≤α≤20°，β=0，w_浓＝16～28m/s，w_淡＝16～28m/s，

＝30～50m/s，喷嘴材料同上，锅炉能够在40％以上负荷元油助燃稳定运行，可以降低NO排放量30～50％，炉膛内无严重结渣现象，水冷壁高温腐蚀现象得到明显减轻。

实施倒4：如图8所示，为燃用无烟煤锅炉设计。设计参数为：0°≤α≤20°，β=0，w_浓＝16～28m/s，w_淡＝16～28m/s， =30～50m/s。喷嘴材料同上，锅炉能够在50％以上负荷元油助燃稳定运行，能够降低NO排放量30～50％；炉膛内元严重结渣现象，水冷壁高温腐蚀现象得到明显减轻。

Claims

1.一种浓淡风煤粉燃烧方式及装置，其特征在于：在一次风道[1]和煤粉浓缩器[2]后面设有浓煤粉气流火嘴[3]和淡煤粉气流火嘴[4]，在淡煤粉气流火嘴[4]的外侧又设有侧二次风喷口[5]，三者依次从向火侧布置到背火侧，三者的中心线在同一个平面内，在各自的出口处位于相同的标高，浓煤粉气流火嘴中心线与淡煤粉气流火嘴中心线之间形成夹角α，淡煤粉气流火嘴中心线与侧二次风喷口中心线之间形成夹角β，各个燃烧器的浓煤粉气流火嘴中心线在锅炉炉膛内形成浓假想切圆，淡煤粉气流火嘴中心线形成淡假想切圆，侧二次风喷口中心线形成侧二次风假想切圆。

2.根据权利要求1所述的燃烧方式及装置，其特征在于：浓煤粉气流火嘴中心线和淡煤粉气流火嘴中心线之间的夹角α的变化范围在-20°≤α≤20°。淡煤粉气流火嘴中心线与侧二次风喷口中心线之间的夹角β的变化范围在-10°≤β≤10°。

3.根据权利要求1所述的燃烧方式及装置，其特征在于：浓假想切圆、淡假想切圆和侧二次风假想切圆三者的旋转方向可以是相同的，也可以是不同的；三者的直径可以是不同的，也可以是相同的，假想切圆直径也可是零，即该火嘴(或喷口)采取对冲布置。