CN1587799A - W型火焰锅炉燃尽风装置及方法 - Google Patents

W型火焰锅炉燃尽风装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种W型火焰锅炉燃尽风(OFAW)装置及方法，它属于W型火焰锅炉燃烧技术。在W型火焰锅炉前后墙拱上燃烧器一次风煤粉喷口上部喉口处设置一排燃尽风喷口，将入炉总风量的5～10％由此喷口与水平方向成10～45度角向下送入下炉膛上部区域，风速为30～60m/s，风温与二次风风温相同。燃尽风能增加煤粉燃烧中后期炉内扰动混合，强化氧气向颗粒表面的扩散和补充氧量，提高煤粉颗粒燃烧中后期的燃烧速率，增加其燃尽率，提高W型火焰锅炉燃烧效率；同时由于燃烧区送风量减少和燃尽区烟气温度降低，能够降低烟气中NOx的排放量。

Description

W型火焰锅炉燃尽风装置及方法
技术领域
本发明属于W型火焰锅炉燃烧技术，具体涉及一种W型火焰锅炉燃尽风装置及方法。
背景技术
W型火焰锅炉是燃用低挥发分贫煤和无烟煤的主力炉型，具有如下特点：一次风煤粉气流和二次风从缩腰的前后墙拱上向下喷出，三次风沿火焰形程逐渐加入已着火的煤粉气流，从而实现分级送风，符合低挥发分贫煤和无烟煤燃烧延缓的特点；火焰行程长，可延长煤粉颗粒在炉内的停留时间；下炉膛四周布置了水冷壁，使下炉膛燃烧温度较高。这些特点有利于低挥发分贫煤和无烟煤的着火、稳定燃烧和燃尽。
运行状况表明，W型火焰锅炉基本解决了利用低挥发分煤发电大型锅炉运行的稳定性和可靠性。但是仍然存在以下主要问题：燃烧效果普遍较差，飞灰可燃物达到8～20％，个别锅炉甚至高达40％；高负荷下增加风量时，燃烧不稳，锅炉被迫在低氧量下(≤2％)运行，导致燃烧效率降低(白少林等。提高大型低挥发分煤锅炉运行经济性的研究。第四届全国火力发电技术学术年会论文，2003，47-59.)。同时，由于W型火焰燃烧方式因炉膛火焰集中，又敷设卫燃带以提高炉温，因此其NOx的排放量要明显高于具有降低NOx措施的常规煤粉燃烧方式(四角燃烧和墙式燃烧)。
W型火焰锅炉结构如附图1所示(图中：燃烧器只画了后墙部分，前墙为对称布置，1--前墙，2--后墙，3--一次风及二次风喷口，4--三次风喷口)。W型火焰锅炉截面及流场如附图2所示(图中：箭头方向表示气流速度方向，1--前墙，2--后墙，6--一次风及二次风，7--三次风，9--燃烧区，10--燃尽区)。
煤粉气流进入炉膛着火以后，在下冲和转折上行的过程中，煤粉迅速燃烧释放大量的热量在下炉膛中心形成高温区，同时消耗大量的氧气，导致炉膛中心区域沿炉膛高度方向烟气氧浓度较低。文献(Fan J R.，et al.Modeling of coal combustion and NOx formation in a W-shaped boiler furnace.Chemical Engineering Journal，1998，71：233-242)研究表明，W型火焰锅炉燃烧时在下炉膛中心形成了火焰中心高温区，炉膛中心区域沿高度方向氧浓度较低。炉膛温度高，碳的化学反应速率大，但烟气氧浓度低导致煤粉燃烧中后期低氧或缺氧燃烧，抑制了碳的进一步燃尽，使飞灰可燃物含量升高，燃烧效率降低。因此，较低的烟气氧浓度成为抑制煤粉燃烧速率的主要因素。
为了降低锅炉烟气中NOx的排放量，而且能保证高的燃烧效率，四角切圆燃烧锅炉采用了分段燃烧法(徐旭常等，燃烧理论与燃烧设备，机械工业出版社，1988)。分段燃烧法是将炉内燃烧过程分为两个阶段，燃烧器所在区域称为第一段燃烧区，燃烧器顶部1.5～3m以上区域为第二段燃尽区。将入炉总空气量的约15％从设置在燃尽区的燃尽风(Over Fire Air，简称OFA)喷口送入炉膛，补充煤粉燃尽所需要的空气。采用这种二段燃烧后，由于一段燃烧区内空气量不足，燃料不能完全燃烧，火焰温度较低，而且烟气含氧量较低，高温型的NOx生成减少；由于空气量不足，燃料型的NOx生成也降低。待燃尽风喷入时，由于火焰对水冷壁的辐射传热，烟气温度已有所降低，热反应型的NOx生成速率已很低，剩余可燃物继续燃尽时产生的就很少。分段燃烧法既保证燃烧效率，又有效地降低了燃烧过程中NOx生成量。四角切圆燃烧锅炉结构及燃尽风喷口位置如附图3所示(图中：1’--前墙，2’--后墙，3’--燃烧器，4’--燃尽风喷口，5’--燃烧区，6’--燃尽区)。但到目前为止，还没有将这种燃尽风技术用于W型火焰锅炉燃烧中。
发明内容
本发明的目的在于克服现有W型火焰锅炉燃烧过程中存在的问题，提供W型火焰锅炉燃尽风装置及方法，可以提高煤粉颗粒的燃烧速率，增加其燃尽率，同时能够降低NOx的生成量。
本发明提供的一种W型火焰锅炉燃尽风装置，其特征在于：在W型火焰锅炉前后墙拱上燃烧器一次风煤粉喷口上部喉口处设置一排燃尽风喷口。
一种用于上述装置的方法，其特征在于：向上述燃尽风喷口送入燃尽风，其风量占入炉总风量的5～10％，燃尽风气流与水平方向成10～45度角向下送入下炉膛上部区域，风速较高为30～60m/s，风温与二次风风温相同。
本发明通过在W型火焰锅炉前后墙拱上喉口处设置一排燃尽风喷口，增加煤粉燃烧中后期炉内扰动混合，强化氧气向颗粒表面的扩散和补充氧量，提高煤粉颗粒的燃烧速率，增加其燃尽率，同时由于燃烧区送风量减少和烟气温度降低，能够降低NOx的生成量，从而提高W型火焰锅炉燃烧效率，减少NOx的排放量。具体而言，燃尽风送入炉膛后，起到如下作用：(1)增加煤粉燃烧中后期炉内扰动混合，强化氧气向煤粉颗粒表面的扩散和补充氧量，提高煤粉颗粒燃烧中后期燃烧速率；(2)燃尽风气流也可起到压制火焰中心的作用，防止火焰短路和火焰中心上移，增加煤粉颗粒在燃烧室的停留时间；(3)减少了燃烧区风量，能够减少燃烧区NOx的生成量；同时，将部分温度较低的空气喷入燃尽区高温烟气中，会降低烟气气流的温度，也会降低NOx的生成量。因此能够减少NOx的排放。
附图说明
图1为无燃尽风W型火焰锅炉结构示意图(燃烧器只画了后墙部分，前墙为对称布置)；
图2为无燃尽风W型火焰锅炉截面及流场示意图(箭头方向表示气流速度方向)；
图3为四角切圆燃烧锅炉结构及燃尽风喷口位置示意图；
图4为加燃尽风W型火焰锅炉结构示意图(燃烧器只画了后墙部分，前墙为对称布置)；
图5为加燃尽风W型火焰锅炉截面及流场示意图(箭头方向表示气流速度方向)。
具体实施方式
加燃尽风W型火焰锅炉结构如附图4所示，图中燃烧器只画了后墙部分，前墙为对称布置，前墙1，后墙2，一次风及二次风喷口3位于前后墙拱上，三次风喷口4位于下炉膛垂直前后墙上，燃尽风喷口5位于前后墙拱上燃烧器一次风煤粉喷口上部喉口处。不同公司生产的不同容量的W型火焰锅炉，燃烧器类型和数量各不相同，因此燃尽风喷口的数量和大小也不相同，需要具体设计。燃尽风喷口5的形状不限。加燃尽风W型火焰锅炉截面及流场如附图5所示，图中箭头方向表示气流速度方向，前墙1，后墙2，一次风及二次风6由一次风及二次风喷口向下喷入下炉膛，三次风7由三次风喷口水平喷入下炉膛，燃尽风8由燃尽风喷口斜向下喷入下炉膛上部，燃烧区9位于下炉膛中心，燃尽区10位于下炉膛上部及上炉膛。
对于一台由美国福斯特惠勒公司生产的300MW的W型火焰锅炉，在前后墙拱上燃烧器一次风煤粉喷口上部喉口处设置一排矩形燃尽风喷口，数量为48个，面积为0.021m2。将入炉总风量的5～10％从燃尽风喷口送入下炉膛上部区域，燃尽风气流方向与水平方向成一定角度向下，在10～45度角范围内可调，风速在30～60m/s范围内可调，风温与二次风风温相同。根据锅炉设计参数，模拟计算无燃尽风和加燃尽风的运行工况，得到如表一所示结果，燃尽率提高了1.45～2.22％。
                                     表一
                  工况  燃尽率     燃尽率增加
                  无燃尽风  92.50％     /
  5％燃尽风 气流角度10度 速度30m/s  94.43％     1.93％
  5％燃尽风 气流角度30度 速度30m/s  94.60％     2.10％
  5％燃尽风 气流角度45度 速度30m/s  94.72％     2.22％
  7.5％燃尽风 气流角度10度 速度45m/s  94.19％     1.69％
  7.5％燃尽风 气流角度30度 速度45m/s  94.30％     1.80％
7.5％燃尽风 气流角度45度 速度45m/s  94.41％     1.91％
10％燃尽风 气流角度10度 速度60m/s  93.95％     1.45％
10％燃尽风 气流角度30度 速度60m/s  94.03％     1.53％
10％燃尽风 气流角度45度 速度60m/s  94.10％     1.60％
在运行中，根据煤种、负荷及燃烧状况对燃尽风风量、燃尽风气流方向和速度进行调整，以达到提高燃烧效率，减少烟气中NOx排放的效果。

Claims (2)

1、一种W型火焰锅炉燃尽风装置，其特征在于：在W型火焰锅炉前后墙拱上燃烧器一次风煤粉喷口上部喉口处设置一排燃尽风喷口。
2、一种用于权利要求1所述装置的燃尽风方法，其特征在于：向上述燃尽风喷口送入燃尽风，其风量占入炉总风量的5～10％，燃尽风气流与水平方向成10～45度角向下送入下炉膛上部区域，风速较高为30～60m/s，风温与二次风风温相同。
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