CN203454111U

CN203454111U - 一种新型前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风装置

Info

Publication number: CN203454111U
Application number: CN201320459189.1U
Authority: CN
Inventors: 刘建民; 黄启龙; 戴维葆; 陈国庆
Original assignee: Guodian Science and Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: Guodian Science and Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2023-07-30

Abstract

本实用新型提供的一种新型前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风装置，包括通过贴壁风风道依次连接的供风源装置和贴壁风喷嘴，所述贴壁风喷嘴设于对冲燃烧锅炉的前墙和后墙的边缘处；供风源装置包括高压气源以及串联的一次风机、空气预热器，所述空气预热器和高压气源并联设置；所述贴壁风喷嘴包括通过转动轴活动连接的壳体和一对整流叶片。该贴壁风系统结构简单、实施方便，通过将贴壁风系统设置于前墙和后墙的边缘，能够使贴壁风平行于侧壁水冷壁流动，通过采用高压气源和特定的喷嘴，能够保证贴壁风穿透深度，防止冲刷磨损水冷壁，从而有效防止水冷壁结焦及高温腐蚀的问题。

Description

一种新型前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风装置

技术领域

本实用新型属于火力发电设备领域，涉及一种能够有效防止前后墙对冲燃烧锅炉水冷壁结焦及高温腐蚀的贴壁风系统。

背景技术

前后墙对冲燃烧锅炉因其燃烧设备和受热面布置方面的优势，已成为国内超临界和超超临界锅炉主要采用的燃烧设备之一，在国内在役火电机组中应用广泛。为了实现高效、经济、环保运行，该类炉型通常采用空气分级燃烧的方式控制NO_x排放。所谓空气分级燃烧就是将燃料燃烧所需空气分级送入炉膛。空气分级燃烧锅炉通常包括主燃区、还原区和燃尽区三部分。在主燃区，即燃烧器所在区域，给入燃料燃烧所需风量的70～90%，燃料在缺氧条件下燃烧，不仅可以控制热力型NO_x的生成，还能够还原部分燃料型NO_x；主燃区和燃尽区之间为氧浓度极低的还原区，主燃区生成的NO_x在该区段被CxHy、CO、煤焦及H₂等还原性物质还原为N₂；在距顶层燃烧器上部一定距离的燃尽区，给入燃料完全燃烧所需的余下空气，主燃区未燃尽的焦炭及气体组分在该区域富氧条件下完全燃烧。通过空气分级燃烧可以使NO_x排放降低30%～50%。

然而，炉内强还原区的形成虽然可以降低NO_x的排放，但是也给锅炉的安全运行带来一些列的问题。首先，还原区气体中含有大量强腐蚀性气体，如H₂S、SO₂等；这些气体在一定条件下极易破坏水冷壁表面的氧化铁保护膜，从而导致水冷壁出现严重的硫酸盐和硫化物型高温腐蚀。其次，随着炉内气氛还原性增强，煤的灰熔点将大幅度降低，这不仅会造成该区域水冷壁严重结渣，而且还会加速受热面的高温腐蚀。另外，随着NO_x排放要求的日益提高，电厂为了进一步降低NO_x排量，不断增强空气分级的程度，降低主燃区和还原区氧量，加大燃尽风的比例，这种做法使得水冷壁结渣和高温腐蚀问题更加突出。如何在保证前后墙对冲燃烧锅炉低NO_x排放的同时，确保炉膛水冷壁不发生高温腐蚀和结渣，成为该类锅炉亟待解决的问题。

目前，针对前后墙对冲锅炉水冷壁高温腐蚀及结渣问题，出现了一些解决的措施和方法。其中，合理组织炉膛内空气动力场、增加水冷壁区域氧量，是解决前后墙对冲锅炉水冷壁结渣和高温腐蚀问题最经济的方式。但是，研究发现，由于前后墙对冲燃烧锅炉的燃烧器和燃尽风喷口均布置在炉膛的前、后墙上，在两侧墙上均未布置任何空气补给装置，通过炉内空气动力场的优化调整，只能解决前后墙水冷壁结渣和高温腐蚀问题，难以解决两侧墙水冷壁结渣和高温腐蚀问题。

为了解决侧墙水冷壁高温腐蚀和结渣问题，国内外高校、电科院及锅炉厂家也提出了许多措施。中国专利200520020312.5公开了一种防止水冷壁高温腐蚀和结渣的燃烧器墙式布置的锅炉装置，指出将锅炉主燃区侧墙水冷壁鳍片取下形成缝隙喷口，将部分二次风从此喷入炉膛内，从而实现向侧墙水冷壁区域补氧防结渣的目的，但是由于缝隙内没有布置贴壁风通道，二次风经缝隙垂直于水冷壁直接喷入炉膛，并不能形成贴壁风幕。另外，该缝隙仅布置在主燃区，无法抑制最上层燃烧器与燃尽风喷口之间还原区的高温腐蚀及结渣问题。此外，取下鳍片形成的缝隙尺寸过小（一般6～7mm），阻力大，喷入炉膛的气流刚性差，也极易被主气流卷吸，很难形成稳定的贴壁风。

为了使喷入炉膛内的气流沿着壁面流动，中国专利200810044352.1公开了一种前后墙对冲燃烧锅炉炉膛及在侧墙上设置空气喷嘴的方法，提出将部分二次风通过布置在侧墙上的外旋流内直流喷嘴送入炉膛，从而实现对炉膛中心补氧的同时，形成贴侧壁流动的贴壁风。但是由于旋流喷口阻力大，当风量较小时，旋流效果较差，喷入炉内的旋转气流极易被逐气流卷吸，造成壁面区域补氧不足，不能解决侧墙高温腐蚀和结渣的问题。当风量较大时，旋流强度虽然可以增强，但过早的将大量氧气补给到炉膛中，破坏了空气分级燃烧的初衷，不利于降低NO_x排量。

中国专利201210577062.X公开了一种贴壁风分段送入炉体结构，中国专利201210373292.4公开了一种前后墙对冲燃烧锅炉侧墙贴壁风添加装置，均提出通过在侧墙水冷壁内侧安装挡板和喷嘴，从而使得二次风沿着水冷壁流动形成稳定的贴壁风。这种方式虽能解决贴壁风沿水冷壁平行流动的问题，但是在水冷壁内侧安装内构件会给锅炉安全运行带来影响。另外，采用挡板直接将二次风阻挡流向水冷壁，会导致水冷壁的磨损。

综合以上分析，现有技术对于前后墙对冲燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀及结渣问题的解决方法，主要存在以下几方面的问题：

（1）贴壁风刚性不足

现有技术中使用的贴壁风绝大多数以二次风作为风源，而电站锅炉中二次风风压较低，作为贴壁风直接喷入炉膛，由于压力低、刚性不足，会及早混入主燃区，破坏还原区气氛，不利于分级燃烧降低NO_x；另外，气流的刚性不足还会造成贴壁风在距离喷口极短的距离内即偏离水冷壁，从而影响贴壁风的有效覆盖范围。

（2）贴壁风冲刷磨损水冷壁

现有技术采用的贴壁风布置方式中，要么贴壁风与水冷壁之间的距离太近，要么通过挡板直接将贴壁风阻挡流向水冷壁，由此会造成贴壁风直接冲刷水冷壁。由于二次风中含有烟气漏来的飞灰，直接冲刷水冷壁会造成水冷壁磨损，导致爆管，影响锅炉安全运行。

（3）内构件磨损严重且影响锅炉运行

为了使喷入炉内的贴壁风平行于水冷壁流动，现有技术采用的在侧墙水冷壁内侧安装导流装置，该种方式虽然可以保证贴壁风贴壁流动，但是由于内构件凸出水冷壁，不仅使其磨损严重，而且还导致该位置容易挂焦结渣，影响锅炉安全运行。

综上所述，针对前后墙对冲燃烧锅炉水冷壁高温腐蚀及结渣问题，现有的一些解决措施和方法均存在一定的局限性，在应用过程中无法从根本上解决该问题。如何在保证消除水冷壁贴壁烟气中的还原性气体条件下，尽可能地减少贴壁风风量，不影响炉膛中心的燃烧，不破坏炉膛中心的还原性气氛，不冲刷磨损水冷壁表面，是解决前后墙对冲锅炉水冷壁结渣和高温腐蚀，实现低NO_x排放的基本原则。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种能够有效防止前后墙对冲燃烧锅炉水冷壁结焦及高温腐蚀的贴壁风系统。

技术方案：本实用新型提供的一种新型前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风装置，包括通过贴壁风风道（52）依次连接的风源装置（2）和贴壁风喷嘴（51），所述贴壁风喷嘴（51）设于对冲燃烧锅炉的前墙（11）和后墙（12）的边缘处。

将前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风布置在前墙和后墙上，能够保证在炉膛内部不加内构件的前提下实现贴壁风平行于侧墙水冷壁流动，从而有效解决了贴壁风布置于侧墙气流难以平行于水冷壁流动的问题，能够有效增大水冷壁近表面氧气浓度，减弱对炉膛中心还原性气氛的破坏作用，大大降低水冷壁结焦及高温腐蚀的风险。

作为改进，所述风源装置（2）包括高压气源（22）以及串联的一次风机（23）、空气预热器（21），所述空气预热器（21）和高压气源（22）并联设置；根据使用条件及出风压力，贴壁风系统5的风源具有多种选择：空气预热器21的热一次风，或者高压气源22的出风，或者空气预热器21的热一次风与高压气源22的出风的混合；从而确保贴壁风喷口气流具有较大的刚性，保证其沿水冷壁的穿透深度，实现用少量的风覆盖尽可能大的区域的目的。此外，采用热一次风作为贴壁风源，可降低空预器出口排烟温度，提高锅炉效率。

作为另一种改进，所述贴壁风喷嘴（51）包括通过转动轴（513）活动连接的壳体（511）和一对整流叶片（512）；采用带有可调整流叶片的贴壁风喷嘴，通过调节贴壁风喷嘴内部整流叶片的摆角，可改变喷嘴出口缝隙的宽度，实现对贴壁风沿水冷壁穿透深度及其与水冷壁之间距离的调节，从而有效解决贴壁风冲刷水冷壁和穿透深度有限的问题。

作为另一种改进，所述整流叶片（512）距壳体（511）底部距离为50-100mm；这样的结构一方面能够保证上部密封，另一方面在其底部留有足够的空间，从而能够使飞灰随气流排出，以防飞灰堵塞叶片。

作为另一种改进，所述贴壁风风道（52）上设有流量测量装置和控制阀。

作为另一种改进，还包括一组O₂/CO浓度测量装置（8），O₂/CO浓度测量装置（8）设于左侧墙（13）的中部和右侧墙（14）的中部。

有益效果：本实用新型提供的新型前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风装置结构简单、实施方便，通过将贴壁风系统设置于前墙和后墙的边缘，能够使贴壁风平行于侧壁水冷壁流动，通过采用高压气源和特定的喷嘴，能够保证贴壁风穿透深度，防止冲刷磨损水冷壁，从而有效预防水冷壁结焦及高温腐蚀的问题。

具体而言，本实用新型相对于现有技术，具有以下突出的优势：

（1）本实用新型首次采用将前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风布置在前墙和后墙上，能够保证在炉膛内部不加内构件的前提下实现贴壁风平行于侧墙水冷壁流动，从而有效解决了贴壁风布置于侧墙气流平行于水冷壁流动难的问题。

（2）本实用新型首次提出采用空气预热器出口热一次风和高压空气作为前后墙对冲燃烧锅炉贴壁风的气源，增加了贴壁风的刚性，提高了其沿水冷壁的穿透深度，从而实现了用少量的风覆盖尽可能大的区域的目的。此外，采用热一次风作为贴壁风源，可降低空预器出口排烟温度，提高锅炉效率。

（3）本实用新型首次提出采用带有可调整流叶片的贴壁风喷嘴调节贴壁风穿透深度及其与水冷壁之间的距离，通过调节贴壁风喷嘴内部整流叶片的摆角，可改变喷嘴出口缝隙的宽度，实现对贴壁风沿水冷壁穿透深度及其与水冷壁之间距离的调节，从而有效解决贴壁风冲刷水冷壁和穿透深度有限的问题。

附图说明

图1是前后墙对冲燃烧锅炉的结构示意图；

图2是前后墙对冲燃烧锅炉的纵截面结构示意图；

图3是前后墙对冲燃烧锅炉的水平截面结构示意图；

图4是贴壁风喷嘴的纵截面结构示意图；

图5是贴壁风喷嘴的水平截面结构图；

图6是贴壁风喷嘴的一种安装方式示意图；

图7是贴壁风喷嘴的另一种安装方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的新型前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风装置做出进一步说明。

前后墙对冲燃烧锅炉，包括本实用新型的贴壁风系统5，见图1至图3，包括炉膛1、二次风系统3、燃尽风系统4、包括风源装置2的贴壁风系统5、燃烧器6、冷灰斗7、CO/O₂测量装置8。

二次风系统3、燃尽风系统4、贴壁风系统5均与风源装置2连接；燃烧器6设于二次风系统3内，每行4-6个；冷灰斗7设于炉膛1底部。左侧墙13的中部和右侧墙14的中部均设有一组O₂/CO浓度测量装置8。

炉膛1包括前墙11、后墙12、左侧墙13和右侧墙14；炉膛1的前墙11、后墙12、左侧墙13和右侧墙14均由紧密连接的水冷壁管15以及设于水冷壁管上的鳍片16组成。

炉膛1的前墙11和后墙12的下部外侧相对设有与炉膛1内连通的二次风系统3；二次风系统3包括依次连接的二次风门31和二次风室32。本实用新型中，二次风室32的数量为3个，可选地，其数量也可以根据需要合理设置，优选1至5个。

炉膛1的前墙11和后墙12的上部相对设有燃尽风系统4，且与二次风系统3间隔一定距离设置；燃尽风系统4包括燃尽风喷口43以及依次连接的燃尽风风门41和燃尽风风室42，燃尽风喷口43设于燃尽风风室42内。

炉膛1的前墙11和后墙12边缘处相对设有贴壁风系统5；贴壁风系统5，见图4至5，包括通过贴壁风风道52连接的风源装置2和贴壁风喷嘴51，贴壁风风道52上设有流量测量装置和控制阀；贴壁风喷嘴51包括通过转动轴513活动连接的壳体511和一对整流叶片512；整流叶片512距壳体511底部距离为75mm，可选地，其距离也可以根据需要合理设置，优选50-100mm。

风源装置2可仅为空气预热器21，也可包括并联的空气预热器21和高压气源22；热一次风与高压空气气源串联，可以有效解决热一次风风量或压力不足造成的贴壁风刚性减弱，影响贴壁风沿水冷壁穿透深度有限的问题。

贴壁风喷嘴51在前墙11和后墙12上的布置方式根据水冷壁管15的设置方式不同有多种可行的方式，下面给出两种典型的方式：

其一，见图6，水冷壁管垂直布置时，贴壁风喷嘴51在水冷壁管15形成的水冷壁上的布置方式是将与前墙11和后墙12垂直的鳍片16取下，然后左右侧后拉，形成方形空洞，然后将喷口放入。贴壁风喷嘴51的高度可与二次风室32、燃尽风风室42的高度相同。

其二，见图7，水冷壁管螺旋布置时，贴壁风喷嘴51在水冷壁管15形成的水冷壁上布置方式是将前墙11和后墙12的鳍片16取下，然后上下侧后拉，将喷口放入。贴壁风喷嘴51高度较小，贴壁风覆盖的面积有限，为了弥补这个缺点，在二次风室32、燃尽风风室42沿高度方向上布置多个喷嘴，二次风室32、燃尽风风室42内贴壁风喷嘴51的数量可根据水冷壁壁面区域气氛的分布特征确定。

使用时，空气预热器21设有热一次风出口、热二次风出口，热二次风出口的二次风通入二次风系统3和燃尽风系统4，喷入炉膛；热一次风分成两部分，一部分通入磨煤机干燥、携带煤粉进入燃烧器，另一部分作为贴壁风风源之一，通过贴壁风风道，进入贴壁风喷嘴。根据使用条件及出风压力，贴壁风系统5的风源具有多种选择：空气预热器21出口的热一次风，或者高压气源22的高压空气，或者空气预热器21的热一次风与高压气源22的高压空气的混合；通过各管道上的阀门控制流量，二次风系统3在炉膛1下部形成主燃区，燃料在缺氧条件下燃烧，不仅可以控制热力型NO_x的生成，还能够还原部分燃料型NO_x；燃烧产物上升至二次风系统3和燃尽风系统4之间形成的还原区内，主燃区生成的NO_x在该区段被C_xH_y、CO、煤焦及H₂等还原性物质还原为N₂；产物上升至燃尽风系统4形成的燃尽区内，给入燃料完全燃烧所需的余下空气，主燃区未燃尽的焦炭及气体组分在该区域富氧条件下完全燃烧。主燃区、还原区、燃尽区内均设有贴壁风系统5，根据CO和O₂流量测量装置测得的值，调整贴壁风喷嘴51的贴壁风的流量，预防前后墙对冲燃烧锅炉水冷壁结焦及高温腐蚀。

Claims

1.一种新型前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风装置，其特征在于：所述贴壁风系统（5）包括通过贴壁风风道（52）依次连接的风源装置（2）和贴壁风喷嘴（51），所述贴壁风喷嘴（51）设于对冲燃烧锅炉的前墙（11）和后墙（12）的边缘处。

2.根据权利要求1所述的一种新型前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风装置，其特征在于：所述风源装置（2）包括高压气源（22）以及串联的一次风机（23）、空气预热器（21），所述空气预热器（21）和高压气源（22）并联设置。

3.根据权利要求1所述的一种新型前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风装置，其特征在于：所述贴壁风喷嘴（51）包括通过转动轴（513）活动连接的壳体（511）和一对整流叶片（512）。

4.根据权利要求1所述的一种新型前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风装置，其特征在于：所述整流叶片（512）距壳体（511）底部距离为50-100mm。

5.根据权利要求1所述的一种新型前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风装置，其特征在于：所述贴壁风风道（52）上设有流量测量装置和控制阀。

6.根据权利要求1所述的一种新型前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风装置，其特征在于：还包括一组O₂/CO浓度测量装置（8），O₂/CO浓度测量装置（8）设于前后墙对冲燃烧锅炉的左侧墙（13）的中部和右侧墙（14）的中部。