CN1240021A - 电站锅炉侧壁的腐蚀保护 - Google Patents

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Abstract

一种在燃煤电站锅炉(10)中降低其侧壁腐蚀速度的方法。在锅炉的侧壁(14)上设置多个侧壁狭缝(18)，因此，通过该狭缝(18)引入一个空气保护层(22)，并由来自燃烧器(16)的上升气流将该空气保护层向上推。

Description

电站锅炉侧壁的腐蚀保护
发明领域
本发明总体涉及一种降低燃煤电站锅炉侧壁的腐蚀速度的方法。
发明背景
大型燃煤发电设备通常利用蒸汽来驱动涡轮机并产生电能。蒸汽在具有由其内通有水的管子所组成的多个侧壁的锅炉中形成。当煤在锅炉中燃烧时，热被传递给锅炉的侧壁来加热包含在管子中的水，以便产生所需要的蒸汽。
这种燃煤发电设备的一个问题是控制排放，特别是在燃烧过程中产生的氮氧化物(NOx)的排放。谈到这个问题，将燃烧过程“分级”已经很普遍了，这样，燃烧在富燃料条件下开始，并通过在初始燃烧下游加入化学当量的空气来完成燃烧。这种富燃料燃烧延迟并几乎避免了在富燃料区由于大气中的N2或是由于燃料中的结合氮而形成NOx。这种机理如此有效，以致它被应用在几乎各种炉子和锅炉的低NOx燃烧装置中。
分级燃烧既可以通过燃料分级也可以通过空气分级来实现，所述的空气分级是更普遍的方法。空气分级的不同方法包括应用过烧空气口、应用控制混合的燃烧器和操作只含有空气而没有燃料的一些燃烧器。在所有这些方法中，燃烧部分在一种富燃料的环境下进行。
分级燃烧过程中的富燃料环境使锅炉内部形成一种还原气氛。
如果在加入烧尽空气之前，还原性气氛与锅炉壁接触，将不可避免地发生所述壁的腐蚀。其腐蚀速度取决于一些因素的变化，这些因素包括还原气体的浓度(例如一氧化碳和硫化氢)、侧壁金属的温度、操作温度和环境温度之间的循环变化、在管壁上或靠近管壁处液态灰分的存在以及还原和氧化气氛之间的循环变化。
每年修复或替换由于这种腐蚀而损坏的电站锅炉侧壁的费用估计为一千万美元。因此，已经采用了降低由分级燃烧所带来的腐蚀的各种方法。其中一些方法包括通过侧壁底部的孔添加空气，希望该空气将炉壁与富燃料条件屏蔽开，并在燃烧完成之前保持与和火焰混合的空气分隔开。
作为背景技术，已知通常的燃烧过程存在着过剩空气，因此燃烧产物包含O2。氧将管子中所含的铁氧化为Fe2O3，它在管子上形成致密的氧化皮，延迟了附加氧或其他有害气体向管子表面的扩散。这样，氧化皮防止了或大体上延迟了附加腐蚀。具有较低炉管金属温度的低压锅炉可使用十年或更长而没有明显的腐蚀。除了采用低NOx操作外，高压锅炉、特别是具有较高炉管金属温度的超临界蒸汽发生器每年以5-20密尔的速度腐蚀。在低NOX燃烧期间，在高压锅炉和超临界蒸汽发生器的一些区域中被腐蚀的金属的损失是过量的。
每年60-120密尔的腐蚀速度经常发生在产生还原条件的超临界单元的一些区域中。这样的腐蚀速度是不能被接受的。在燃煤或燃烧残余油的单元中，燃料中的硫被氧化为SO2气体或被还原成H2S气体。当存在过剩空气时产生SO2，并且这通常不是问题；然而，其与碳在两级过程中可以与Fe2O3反应形成FeS。碳的存在是由于空气不足或混合不足导致的。通过还原条件，H2S由SO2、碳和燃料形成，并且与氧化铁或铁反应形成FeS。硫化铁(FeS)形成一种保护炉管的氧化皮，但是它不保护氧化铁。这样，当FeS作为保护涂层时，腐蚀被加速。当在任何位置氧化和还原气体条件交替出现时即会产生最恶劣的条件。首先，一种保护涂层以及另一保护涂层被破坏。保护涂层的每次再生都降低了管子中的铁成分。通过改变条件除去了管金属。通常情况下，由于白天到夜间的负荷的变化，几乎不可能维持任何区域处在连续的还原条件下。腐蚀继续非常迅速。
锅炉管的氯腐蚀也是很常见并且很严重的。例如，在《煤燃烧的矿物杂质》(Mineral Impurities in Coal Combustion)(1985)一书中，ErichRaask讨论了炉壁氯腐蚀的几种情况。在还原条件下，HCl将与保护氧化层和氢或一氧化碳如下反应：
这些反应分解保护氧化层，并且一旦保护层为多孔的，HCl、O2、SO2、H2S和其他的反应气体则能够迅速地向管子表面扩散并与管金属反应形成FeS、FeO和FeCl2。
FeCl2有较高的蒸汽压力，因此它将不在过热器金属管表面上聚积。然而，FeCl2和FeCl3可能聚积在水管表面上。它们都是低熔点的并对引起液体灰侵蚀的低熔点液体产生影响。一旦形成这些材料，它们可以作为一种熔剂来促进灰沉积中的液相的形成。
通过在安装炉壁前选择可作为炉管的可替代金属、在炉壁上喷涂涂层或对炉壁部分渗铬能够在某种程度上控制过量的腐蚀。然而，这些技术还非常昂贵并且这些方法的有效性还没有完全形成。
不考虑腐蚀问题，燃烧的空气分级仍然是燃油或燃煤的炉子和蒸汽发生器中控制NOX排放的主要方法。这样，可以看出还需要不断提出控制锅炉和蒸汽发生器侧壁管腐蚀的改进方法。本发明解决了这种需要。
发明概述
本发明提出了一种降低燃煤电站锅炉的侧壁腐蚀速率的方法。该方法最好在锅炉的至少一个侧壁上包括一些侧壁狭缝，其中侧壁狭缝基本上位于锅炉底板之上。通过所述的侧壁狭缝“幕帘空气”流被引入锅炉，其中幕帘空气在一个可通过来自燃烧器的上升气流有效将其向上推动的位置被引入锅炉，由此提供一个防止侧壁腐蚀的空气幕帘。通过利用燃烧器的上升气流，侧壁的幕帘空气能够以足以确保侧壁空气不与主要燃烧空气混合以减少NOX废物的速度引入。
本发明的目的是提供一种避免电站锅炉侧壁腐蚀的方法。
本发明的其他目的和优点将在下面的描述中体现出来。
附图简述
图1示出了已有技术中的侧壁幕帘空气孔的布置，这种布置没有在由来自燃烧器的上升气流将空气有效向上推动的位置上引入侧壁空气。
图2是一个电站锅炉的透视图，它示出了本发明一个优选实施例的侧壁狭缝布置。
图3是一个电站锅炉的立视图，它示出了本发明一个优选实施例的侧壁狭缝布置。
图4是一个电站锅炉的透视图，它示出了本发明第二个优选实施例的侧壁狭缝布置。
图5是一个电站锅炉的立视图，它示出了本发明第二个优选实施例的侧壁狭缝的布置。
图6是一个电站锅炉的透视图，它示出了本发明一个优选实施例的边缘空气孔和侧壁狭缝的布置。
图7示出了在实施例1的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图8示出了由于顶部和上部燃烧器而在侧壁和角上形成的流场，它显示了燃烧器的气流如何在中心碰撞并流向壁面，在所述的侧壁上形成一种展开的效果。
图9示出了在实施例2的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图10示出了在实施例3的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图11示出了在实施例4的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图12示出了在实施例5的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图13示出了一个具有边缘空气孔和侧壁狭缝的电站锅炉，该侧壁狭缝的位置能在可通过来自燃烧器的上升气流有效向上推动空气的位置引入侧壁空气。
图14示出了在实施例6的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图15示出了一种具有如实施例7所指出的标准边缘空气孔和一个大边缘空气孔的电站锅炉，其侧壁狭缝的位置能在通过来自燃烧器的上升气流有效向上推动空气的位置上引入侧壁空气。
图16示出了在实施例7的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图17示出了在实施例8的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图18示出了在实施例9的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图19示出了在实施例10的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图20示出了在实施例11的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图21示出了在实施例12的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图22示出了带有如实施例12所设置的侧壁狭缝的流场(即在燃烧面之间的中间点)，并且示出了一个纵剖面图，其中在燃烧器的下部沿侧壁向上的流动是相对滞流的，而随着纵截面升高，由于从来自燃烧器的空气流中获得了动量，向上的流动速度增加。
图23示出了在实施例13的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图24示出了在实施例14的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图25示出了在实施例15的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
图26示出了在实施例16的条件下操作时与锅炉的前(北)、后(南)和侧(东)壁接触的气氛的燃料混合系数的分布。
优选实施方案描述
为了进一步理解本发明的原理，下面将参照优选实施例并使用具体的语言来进行描述。但是应该认为并未由此限制本发明，通常本发明领域的技术人员会设想出所示装置的替代物和进一步的改进，并设想出对其中所例举的本发明原理的进一步应用。
如上所述，本发明涉及一种降低燃煤电站锅炉侧壁腐蚀速度的方法。本发明的方法包括提供一些侧壁空气狭缝，使其可将保护空气幕帘引入锅炉，在该锅炉中可以通过燃烧器的上升流来向上推动空气。相反已有技术中的方法是通过位于锅炉底板附近的侧壁狭缝将幕帘空气引入锅炉的。在已有技术的方法中，通过所述侧壁狭缝引入的空气没有被燃烧器提供的上升气流向上推动，因此不能有效地避免侧壁的腐蚀。
更具体地描述优选实施例，现代蒸汽发生器的壁通常是由管子形成的，这些管子间用金属连接板隔开两个管直径的距离(中心到中心)。形成这种组件并将它们焊接在一起成为一个连续的件。水在管子中向上流动并被加热直至变成蒸汽。连接板是炉壁的一个整体组成部分。
本发明的方法将空气输送到管子/连接板的外侧，并将一些连接板割开，空气通过管子间的狭缝(最好是空气口或通风口)流入炉子。通过切割开连接板而形成的狭缝最好其宽度小于约一英寸。流过这些狭缝的空气将不会有很大的动量，并且由燃烧产物流向上推动以便停留在炉壁的附近。这样，少量的空气将使较大区域的炉壁处在贫燃料区。这种空气可以取自过烧空气，并且，如果需要，这种改向几乎不引起NOX排放的增加。
由于本发明的方法基本是在锅炉底板上方位置上引入侧壁空气，所述的侧壁空气不会迅速地与主火焰混合并且不增加NOX的排放。事实上，它的作用非常象代替二次空气以便还原NOX的过烧空气。由于该空气是以较低的动量引入的，因此，该空气一般停留在炉壁附近并更有效地保护炉壁。
在一个优选实施例中，所述的炉壁狭缝以一水平排的方式设置在与最低的锅炉燃烧器高度近似相等的位置上。在另一个优选实施例中，所述的侧壁狭缝设置成一个向上的弧度，而该弧的最低点(端部)设置在最低燃烧器的高度处或靠近该高度。在所有实施例中，狭缝的设置减少了还原条件的区域并降低了还原条件的程度。由此设计和设置的狭缝将侧壁空气推回并沿着炉壁向上流动。透入的空气不会保护炉壁，而且，如果在燃烧器下面混合则将消除低NOX分级。此外，本发明侧壁狭缝的大小和设置位置避免了在燃烧器下面的混合。
本发明还可以应用在有过烧空气孔的锅炉上。在这种情况下，还提供适当地使部分二次空气从过烧空气孔改向进入缝式空气狭缝的输送通道。在这个实施例中，最高约一半的过烧空气被改向进入侧壁狭缝。在传统的过烧空气技术中，大约总空气量的20％的空气通过过烧空气孔，而在本发明的实施例中，使总空气量的大约5％-15％的空气通过过烧空气孔，并且使总空气量5％-15％的空气通过侧壁狭缝。
另外，还应该平衡通过过烧空气孔和侧壁狭缝的空气流，使NOX的排放达到最小并使腐蚀速度降到最小。如果通过过烧空气孔进入的空气太多，则腐蚀速度将很大。如果通过侧壁狭缝进入的空气太多，则NOX的排放体积将很多。
在一个优选实施例中，锅炉还带有位于燃烧器和侧壁之间的前和/或后壁上的边缘空气孔。这些边缘空气孔类似于侧壁狭缝，他们提供一种将侧壁与靠近燃烧器存在的还原气氛屏蔽开的气体保护层。
在本发明的一个优选实施例中，应用了计算流体力学模型(CFD)来确定炉子中的还原区域。此外，该CFD模型与交错位置上各种流量的狭缝空气配合使用来发现新的空气流是否控制一种富燃料条件。通过这种方法，确定了适当数量和位置的狭缝以及适当的空气压力。
应用CFD分析时，可以确定发生最严重腐蚀问题的地方的还原气氛是最强的，并且这里的燃料混合比大于115％的化学当量混合比(即，这里的燃料与总空气的比大于115％的化学当量混合比)。此外，在一个优选实施例中，侧壁狭缝的大小和位置使得与燃料混合比大于115％的化学当量混合比的气氛相接触的侧壁区最小。
现在参照附图，锅炉10最好包括一个前壁11、一个后壁12、一个第一侧壁13和一个第二侧壁14。还包括一个底板15，并且该底板可向下倾斜以便装备一个收集渣的料斗。
多个燃烧器16位于前壁11和/或后壁12上。最好将燃烧器设置成由几列和几排形成的一组，以便提供足够的火焰来对锅炉内部加热。还可以设置过烧空气孔17，特别是在不使用低NOX燃烧器的时候。
侧壁狭缝18设置在侧壁13和14中的一个或两个侧壁上。所述的侧壁狭缝的设置使通过其引入的侧壁空气与来自燃烧器的上升气流汇集，并沿着侧壁将侧壁空气向上推。在一个优选实施例中，侧壁狭缝18以一个或多个水平行的方式设置在位置最低的燃烧器的高度处或靠近该高度。在另一个优选实施例中，所述的侧壁狭缝19设置成一个或多个弧，其中所述最低的侧壁狭缝(优选靠近弧的端部)位于最低燃烧器的高度处或靠近该高度。
在图3和5中，来自燃烧器的空气流由箭头20表示，过烧空气流由箭头21表示。来自侧壁狭缝的空气流由箭头22表示。这样，可以看出通过所述侧壁狭缝的空气流与来自燃烧器的上升气流汇集，并且被保持在侧壁上以便保护侧壁。由于侧壁狭缝设置在底板的上方，侧壁空气不与主空气混合，减少了空气分级。
下面将参照利用上述工艺的特定的例子进行描述。应该认为提供这些例子可更好地描述优选实施例，但不限制本发明的范围。
                      实施例1
实施例1示出了已有技术的实施例，其中锅炉上没设置侧壁狭缝。在下述表中给出了输入条件，并示出了高腐蚀程度的情况。在该实施例中的模拟设备有一组将空气引入侧壁的现有边缘空气孔。对每个燃烧器高度有一个与之相应的孔(根据低NOx改型之前的原设计)。
对这种情况来说，可认为若现有的边缘空气孔被完全阻塞则不向侧壁提供空气。因此，这种情况表示了气流运行的一种最坏的状态。
                    实施例1
    负荷 640MW(兆瓦)
    出口O2  3.0
    边缘空气 无
过烧空气(OFA) 22％
    富燃料区 10,430英尺2
    出口NOx 314ppm(百万分之一)
    出口NOX 0.436磅/106Btu(英国商用电能单位)
                        实施例2
除了过烧空气被设定为零之外，实施例2的条件与实施例1的条件一样。设定过烧空气为零取消了炉子中的分级。这样导致侧壁上非常小的区域暴露在还原条件下。从表中可以看出，取消过烧空气引起NOX的水平高于目前所允许的值。
            实施例2
    负荷     640MW
    出口O2     3.0
    边缘空气     无
    过烧空气     无
    富燃料区     45英尺2
    出口NOX     416ppm
    出口NOX   0.578磅/106Btu
                        实施例3除了现有的边缘空气孔起作用之外，实施例3与实施例2的条件一样。在下面的表中概括了该情况的条件。
            实施例3
    负荷     640MW
    出口O2     3.0
    边缘空气     存在—2％
    过烧空气     无
    富燃料区     45英尺2
    出口NOx     417ppm
    出口NOX 0.579磅/106Btu
在这个实施例中，现有的边缘空气孔是由风箱经直径为6英寸的管子供给空气的。所述的6英寸直径被用来计算风箱开口的面积和确定引入的空气量。其计算的结果为2％的炉子所用空气是通过边缘孔引入的。
由于边缘孔被设置在和原始燃烧器的高度相同的高度上，可以认为其最初的目的是保护侧壁不受燃烧器火焰的侵蚀。由于过烧空气不起作用并存在边缘空气孔，因此侧壁几乎完全被氧化。
                        实施例4
实施例4与实施例1的条件一样，但是可以认为现有的边缘空气孔是起作用的。该种情况的条件概括在下面的表中。
        实施例4
负荷 640MW
出口O2  3.0
边缘空气 存在—2％
过烧空气 25％
富燃料区 7,050英尺2
出口NOX 319ppm
出口NOX 0.443磅/106Btu
实施例4作为与本发明的侧壁空气的实施例相比较的原始资料，并用于确认这种比较。历来的观察表明：预示出具有一个大于0.084的混合系数的区域对应于已知呈现较高损坏速度的侧壁区域。对这个实施例来说，大约0.073的燃料混合比即为化学当量混合比。
在壁的图象中大于0.084的区域通过阴影表示。以确认的历史数据为基础，一个较好区域的判断标准是排除那些混合系数大于0.084的区域(图象中阴影指示区)。
                        实施例5
实施例5示出了增加现有边缘空气的例子。对这种情况来说，边缘空气流增加到二次空气量的10％、或总空气量的8.5％。从过烧空气而不是从燃烧器改向来模拟该附加空气。该种情况的条件概括在下面的表中。
         实施例5
负荷 640MW
出口O2 3.0
边缘空气 存在—8.5％
过烧空气 18％
富燃料区 5,166英尺2
出口NOX 303ppm
出口NOX 0.421磅/106Btu
在暴露于还原条件的总区域的还原区域中，这种附加空气是很好的。然而，仍然在侧壁的中心区域存在一个暴露在强还原条件下的区域。由于现有配置而增加了的空气流压缩了向着壁中心的燃料浓度。
                        实施例6
实施例6示出了通过新的配置引入所述侧壁狭缝空气的例子。这种配置在图13中示出了，大约在炉子料斗上方32英尺(高度450英尺)。建议的这种“幕帘空气”将通过在水墙连接板上切开的狭缝引入。它是通过在炉子宽度方向上均匀地引入空气来在模型中进行模拟的。
对于这种情况，幕帘空气流被设置为二次空气量的10％、或总空气量的8.6％。现有的边缘空气剩下总空气量的1.3％。该幕帘空气是按照从过烧空气而不是燃烧器改向来模拟的。这种情况的条件概括在下面的表中。
                          实施例6
        实施例6
负荷 640MW
出口O2 3.0
边缘空气 1.3％
幕帘空气 总量的8.6％
过烧空气 17％
富燃料区 7,061英尺2
出口NOX 322ppm
出口NOX 0.447磅/106Btu
                        实施例7
实施例7示出了通过新的、较大的边缘空气孔引入空气的例子。这种较大的边缘空气孔的设置在图15中示出。
对该实施例来说，较大的边缘空气孔流被设置为二次空气量的10％、或总空气量的8.5％。与前述的情况相同，现有的边缘空气剩下1.3％。这种情况的条件概括在下面的表中。
           实施例7
负荷 640MW
出口O2 3.0
边缘空气 1.3％
幕帘空气 无
较大边缘孔 8.5％
过烧空气 18％
富燃料区 6,931英尺2
出口NOx 317ppm
出口NOx 0.440磅/106Btu
从较大的边缘空气孔引入的空气使暴露在还原条件下的区域稍有减少。
                          实施例8
实施例8结合了实施例6和7的方案。对于这个实施例，同时使用较大的边缘空气孔和侧壁狭缝。转向的空气是二次空气量的15％，或是总空气量的12.8％。这种情况的条件概括在下面的表中。
           实施例8
负荷 640MW
出口O2 3.0
边缘空气 1.3％
幕帘空气 6.3％
较大边缘孔 6.3％
过烧空气 12.6％
富燃料区 5,608英尺2
出口NOX 386ppm
出口NOx 0.540磅/106Btu
转向的空气只在侧壁空气狭缝和较大的边缘空气孔之间分布。现有的边缘空气孔不变。上表示出这种空气的较大转向对NOX的排放有显著影响。
可以预示，引入较大的空气量减小了暴露在还原条件下的区域。当与实施例6或7相比时，实施例8还增加了还原条件的强度。
                        实施例9
实施例9示出了通过侧壁空气狭缝增加引入空气量的例子。对这种情况来说，幕帘空气流(通过侧壁狭缝提供的)被增加到二次空气量的20％，或总空气量的17％。这种情况的条件概括在下面的表中。
          实施例9
负荷 640MW
出口O2 3.0
边缘空气 1.3％
幕帘空气 17％
较大边缘孔 无
过烧空气 8.2％
富燃料区 5,155英尺2
出口NOx 347ppm
出口NOX 0.482磅/106Btu
增加的空气流有利地限制了暴露在燃烧器区中还原条件下的区域，但也限制了炉子上部中的附加作用(与实施例2相比)。
                        实施例10
实施例10示出了增加较大边缘孔空气的例子。对于这种情况，较大的边缘孔空气流被增加到二次空气的20％，或总空气的17％。该实施例的条件概括在下面的表中。
         实施例10
负荷 640MW
出口O2 3.0
边缘空气 1.3％
幕帘空气 无
较大边缘孔 17％
过烧空气 8.2％
富燃料区 5,737英尺2
出口NOx 347ppm
出口NOX 0.482磅/106Btu
较大的边缘孔空气的增加限制了沿着侧壁的还原条件。没有存留实施例3中的强还原条件的痕迹(混合系数大于0.084)。还原条件的平方英尺面积如实施例10的表所示已经被减小了。
然而，这种大量空气的转向已经对NOX的排放起了相反的作用。这是由于一些边缘空气返回至主燃烧器区域中引起的，其大大降低了分级燃烧的效果。
                          实施例11
实施例11重复了实施例8，但是通过侧壁狭缝和较大的边缘孔引入的空气量增加了。对这个实施例来说，空气流增加到二次空气量的20％，或总空气量的17％。该空气流只分布在侧壁空气狭缝和较大边缘孔之间。该情况的条件概括在下面的表中。
         实施例11
负荷 640MW
出口O2 3.0
边缘空气 1.3％
幕帘空气 8.5％
较大边缘孔 8.5％
过烧空气 8.2％
富燃料区 3,433英尺2
出口NOX 450ppm
出口NOX 0.625磅/106Btu
与实施例10类似，实施例11的结构也增加了NOX的排放量。然而，这种结构基本上限制了暴露在还原条件下的区域。增加幕帘和较大边缘孔空气的结合完全消除了燃烧器区域高度处的还原条件。还原条件将只保持在炉子上部区域沿着炉壁的地方。
                        实施例12
除了将侧壁狭缝设置在较高的位置上外，实施例12与实施例6的条件一样。对于这种情况，(与实施例4相比)幕帘空气流被维持在二次空气的10％，或总空气的8.5％。侧壁狭缝的位置被设置在475英尺的高度上。在前述的实施例中，侧壁狭缝已经被设置在458-460英尺的高度上。最低燃烧器的高度设置在470英尺，而锅炉底板的高度为426英尺。料斗的高度为452英尺。
能够看出幕帘空气位置的变化对沿着壁的还原条件有强烈的作用。几乎整个炉壁已经具有从实施例6降低的还原条件(混合系数小于0.079)。这种情况的条件概括在下面的表中。
          实施例12
负荷 640MW
出口O2 3.0
边缘空气 1.3％
幕帘空气 8.5％
较大边缘孔 无
过烧空气 17％
富燃料区 5,091英尺2
出口NOX 314ppm
出口NOX 0.436磅/106Btu
在燃烧器区域的下方，发现在一个高度上沿侧壁向上的流动是相对滞流的。随着高度的增加，气流向上的速度也增加了，在流速最快的区域，实施例12中从燃烧器气流得到的动量大于从实施例6中得到的动量。这样使更多的空气回流并附着在侧壁上。
                          实施例13
实施例13示出了通过现有边缘空气孔所引入空气的分布的改变。与实施例5类似，现存的边缘空气流被增加到二次空气的10％，或总空气的8.5％，但对实施例13来说，只使用底部两个边缘孔。这种情况的条件概括在下面的表中。
          实施例13
负荷 640MW
出口O2 3.0
边缘空气 8.5％
幕帘空气 无
较大边缘孔 无
过烧空气 18％
富燃料区 3,778英尺2
出口NOX 306ppm
出口NOX 0.425磅/106Btu
空气位置的变化减小了暴露在还原条件下的区域(如上表所示)，但是没有消除实施例5中在所述炉子下部的强还原条件。
                          实施例14
实施例14示出了位于实施例6和实施例12的高度之间的中间位置上的侧壁狭缝。对这种情况来说，幕帘空气流维持在二次空气的10％，或总空气的8.5％。该实施例的条件概括在下面的表中。
           实施例14
负荷 640MW
出口O2 3.0
边缘空气 1.3％
幕帘空气 8.5％
较大边缘孔 无
过烧空气 17％
富燃料区 6,017英尺2
出口NOx 325ppm
出口NOX 0.451磅/106Btu
460英尺高度上的幕帘空气在实施例12和实施例6之间产生一种兼顾的方案。象实施例12一样，它在燃烧器区的高度上有相同的布局，但是限制了实施例12中燃烧器下方所发现的强还原区域。与实施例6相比，实施例14在炉子的上部有较高程度的还原气氛，但是实施例14是对实施例6的一种改进。
                        实施例15
实施例15重复了实施例14，但是通过侧壁空气狭缝引入的空气量减少。对于这种情况，幕帘空气流减少到二次空气的5％，或总空气的4.1％。该情况的条件概括在下面的表中。
           实施例15
负荷 640MW
出口O2 3.0
边缘空气 1.3％
幕帘空气 4.1％
较大边缘孔 无
过烧空气 21％
富燃料区 6,469英尺2
出口NOx  311ppm
出口NOx  0.432磅/106Btu
实施例15被用来确定在460英尺的高度上引入较少的空气是否能产生与在450英尺的高度上引入较多空气所产生的相同效果。
                        实施例16
实施例16示出了侧壁空气狭缝的两种高度。对这种情况来说，幕帘空气流被增加到15％。在450英尺的高度上通过侧壁空气狭缝引入10％的二次空气或8.5％的总空气，并在475英尺的高度上通过狭缝引入5％的二次空气或4.3％的总空气。这种条件概括在下面的表中。
                 实施例16
负荷 640MW
出口O2 3.0
边缘空气 1.3％
在450英尺高度上的幕帘空气 8.5％
在475英尺高度上的幕帘空气 4.3％
过烧空气 12.5％
富燃料区 4,424英尺2
出口NOX 326ppm
出口NOx 0.453磅/106Btu
实施例16与实施例12进行了比较。在两种高度上引入15％的幕帘空气的结构相对于通过幕帘空气狭缝和较大边缘孔引入15％幕帘空气的结构形成一种可比的分布。
从上述情况能够看出，建立了两种设计标准：
(1)消除混合系数大于0.084的区域(即，消除燃料混合比大于115％的化学当量比的区域)；以及
(2)限制暴露在还原条件下的区域。依照这些标准，对于下述一系列情况可得出下面的推断：
A.实施例5和14示出通过现有的孔增加质量流量的方法对于消除强还原条件而言是不成功的。然而，实施例14在减小暴露于还原条件下的区域大小方面是非常好的。
B.实施例6和7通过两种不同的方法提供了相同量的引入空气。二者都完全消除了暴露在强还原条件下的区域。未对暴露在还原条件下的总区域形成很大的影响，也未对NOX的排放产生大的影响。
C.实施例5、6和7与实施例9和10的比较表示当空气流动增加时幕帘空气孔的设计与较大的边缘空气孔相比要好。在空气量相同的情况下，实施例9(幕帘空气狭缝)已经将富燃料区从7,050英尺2降到5,155英尺2，而实施例10(较大的边缘孔)只将其减小到5,737英尺2。
D.实施例8与实施例6-10的比较表示边缘空气孔与幕帘空气狭缝的结合与只有边缘孔/狭缝相比的情况，前者对NOx排放的影响要更为显著。实施例8将12.8％的空气改向到边缘孔处，此时NOx的排放增加到386ppm，而实施例9和10只将17％的空气改向，此时NOx的排放只为347ppm。
E.实施例11示出的是较大量的边缘空气和幕帘空气与17％的空气的结合，这种结合将NOX的排放增加到没有过烧空气时所得到的排放水平以上。它指示17％的空气被混合返回到主燃烧器区。
F.实施例12与实施例7的比较表示增加引入幕帘空气的高度会产生与在较低的高度上增加流量一样的优点，并且NOX的排放降低了。此外，图18和21的比较尽管表示它们有大约相同大小的还原条件区，但实施例12具有一种总体较低程度的还原条件。
G.实施例6，12和14示出了暴露在还原条件下的区域与幕帘空气狭缝高度几乎成线性的相关关系。
H.实施例15和16进一步示出了当使用幕帘空气狭缝的设计时，对于大小相同的还原区，在较高的高度上只需要较少的空气。
此外，在本发明中，侧壁空气狭缝尽可能靠近燃烧器区的高度设置。通过这种设置，保护性幕帘空气在可有效地在由来自燃烧器的上升气流将其向上推的位置被引入锅炉中，由此提供幕帘空气来避免侧壁腐蚀。
虽然上面详细地示出和描述了本发明，但是它们只是一种说明性的而不是限制性的，应该认为本发明只示出和描述了优选实施例，所有包括在本发明范围内的变化和改进应受到保护。
权利要求书
按照条约第19条的修改
空气孔；所述的方法包括：
(a)在至少一个所述壁上设置多个幕帘空气孔；
(b)通过所述燃烧器将煤粉和亚化学当量的主空气气流喷入锅炉；
(c)在锅炉内燃烧所述煤粉和主空气的气流；
(d)通过所述至少一个过烧空气孔将过烧空气引入锅炉，其中所述过烧空气包括提供给锅炉的总空气的大约5％-20％；
(e)通过幕帘空气孔将幕帘空气引入锅炉，其中所述幕帘空气包括提供给锅炉的总空气的大约5％-20％；以及
(f)通过所述过烧空气孔和幕帘空气孔均衡空气流，使得幕帘空气与过烧空气的比足够小，足以维持燃烧分级并确保NOX的排放水平小于约0.50磅/106Btu，还使该比足够大，足以在邻近所述炉壁的气氛中维持燃料混合比小于约115％的化学当量比。
10.一种降低燃煤电站锅炉的侧壁腐蚀速度的方法，所述锅炉包括一对安装有燃烧器的炉壁、一对侧壁和一底板，至少一个安装有燃烧器的炉壁安装了多个将煤粉和空气的燃烧混合物引入锅炉的燃烧器；所述方法包括：
(a)在至少一个侧壁上设置有多个侧壁狭缝，所述侧壁狭缝位于基本上在所述锅炉底板之上并且在最低燃烧器之下约10-12英尺的高度上；以及
(b)通过所述侧壁狭缝将所述侧壁空气流引入锅炉；
其特征在于，所述侧壁空气在可有效地由来自燃烧器的上升气流将其向上推的位置引入锅炉，由此提供一种幕帘空气来保护侧壁免受腐蚀。

Claims (10)

1.一种降低燃煤电站锅炉侧壁腐蚀速度的方法，所述的锅炉包括一对安装有燃烧器的炉壁，一对侧壁和一底板，至少一个所述安装燃烧器的炉壁上设置有多个用于将煤粉和空气的燃烧混合物引入锅炉中的燃烧器；所述方法包括：
(a)在至少一个所述侧壁上设置多个侧壁狭缝，所述侧壁狭缝基本上位于所述锅炉底板上方；以及
(b)通过所述的侧壁狭缝将侧壁空气引入锅炉；
其特征在于，所述侧壁空气在可有效地由来自燃烧器的上升气流将其向上推的位置引入锅炉，并由此提供一种幕帘空气来保护侧壁免受腐蚀。
2.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述侧壁狭缝以一个第一大致水平行的方式设置在与最低锅炉燃烧器的高度大致相等的位置上。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还另外设置和利用以一个第二大致水平行设置的侧壁狭缝，所述第二行侧壁狭缝基本上处在最低锅炉燃烧器的高度以上的高度位置上。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的侧壁狭缝设置成一个向上凸的弧形，最低的狭缝基本上处在与最低锅炉燃烧器的高度相等的位置上、或者高于该高度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还另外设置和利用一些设置在低于最低锅炉燃烧器高度位置上的侧壁狭缝。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还另外设置和利用至少一个将边缘空气引入锅炉的边缘空气孔。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还另外设置和利用至少一个将过烧空气引入锅炉的过烧空气孔。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的过烧空气孔将约直至20％的二次空气引入锅炉。
9.一种降低燃煤电站锅炉的侧壁腐蚀速度并不断降低NOX排放水平的方法，所述的燃煤电站锅炉包括多个相互连接形成炉壳的炉壁，其中至少一个炉壁安装有多个将煤粉和主空气的混合物引入锅炉的燃烧器，所述燃煤电站锅炉还包括至少一个将过烧空气引入锅炉的过烧空气孔；所述的方法包括：
(a)在至少一个所述壁上设置多个幕帘空气孔；
(b)通过所述燃烧器将煤粉和亚化学当量的主空气气流喷入锅炉；
(c)在锅炉内燃烧所述煤粉和主空气的气流；
(d)通过所述过烧空气孔将过烧空气引入锅炉，其中所述过烧空气包括提供给锅炉的总空气的大约5％-20％；
(e)通过幕帘空气孔将幕帘空气引入锅炉，其中所述幕帘空气包括提供给锅炉的总空气的大约5％-20％；以及
(f)通过所述过烧空气孔和幕帘空气孔均衡空气流，使得幕帘空气与过烧空气的比足够小，足以维持燃烧分级并确保NOx的排放水平小于约0.50磅/106Btu，还使该比足够大，足以在邻近所述炉壁的气氛中维持燃料混合比小于约115％的化学当量比。
10.一种降低燃煤电站锅炉的侧壁腐蚀速度的方法，所述锅炉包括一对安装有燃烧器的炉壁、一对侧壁和一底板，至少一个安装有燃烧器的炉壁安装了多个将煤粉和空气的燃烧混合物引入锅炉的燃烧器；所述方法包括：
(a)在至少一个侧壁上设置有多个侧壁狭缝，所述侧壁狭缝位于基本上在所述锅炉底板之上并且在最低燃烧器之下约10-12英尺的高度上；以及
(b)通过所述侧壁狭缝将所述侧壁空气流引入锅炉；
其特征在于，所述侧壁空气在可有效地由来自燃烧器的上升气流将其向上推的位置引入锅炉，由此提供一种幕帘空气来保护侧壁免受腐蚀。
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