CN204254662U - 采取分段送风的锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采取分段送风的锅炉，所述锅炉包括炉膛、除尘器、空气预热器和多个送风段。所述分段送风锅炉可以有效控制锅炉的过量空气系数，进而有效控制大量燃料型和热力型NOx的生成，从而减少了脱硝费用，达到节能环保目的，提高锅炉热效率，减少烟尘排放。

Description

采取分段送风的锅炉

技术领域

本实用新型属于锅炉领域，涉及一种层燃锅炉，尤其涉及一种采取分段送风的锅炉。

背景技术

目前市场上的锅炉产品，通常采用只有炉排下部的一次风送风技术。这样的锅炉在低负荷运行时，炉内供氧不足，燃烧不充分，对流管束及空气预热器易积灰，增加了引风机的电耗，不利于设备的经济运行；并且还导致锅炉出口烟气中NOx初始排放浓度及飞灰可燃物含量升高，NOx浓度为400-500mg/Nm³甚至更高。随着目前环保要求的日益严格，后期极大地增加了脱硝的费用，不利于经济环保目标。

CN2526682Y公开了一种节能环保型层燃锅炉,本实用新型包括给煤装置、燃烧设备、煤渣出口、炉膛、锅筒、锅炉管束、锅炉烟气出口等，炉膛由前墙、后墙、左侧墙、隔墙、锅筒、前拱、后拱、燃烧设备所构成的空间组成，炉膛下部的绝热燃烧室为燃烧设备、煤闸门前拱、后拱、前后拱两侧的撑墙所够成的空间，其特点是：在炉膛的右上侧沿锅炉纵向设有高温循环燃烬室，隔墙的后上部设有烟气进口，燃烬室为炉膛前墙、后墙、隔墙、右侧墙所构成的空间。

CN202281219U公开了一种低温等离子体直流煤粉炉炉内深度分级低NOx燃烧系统，包括锅炉以及呈四角布置在锅炉炉膛主燃区的四组低温等离子直流煤粉点火燃烧器，每组低温等离子直流煤粉点火燃烧器的一次风喷口均与炉膛主燃区相连，且炉膛主燃区与二次风主管道喷口连接，锅炉的炉膛燃尽区安装分段风喷嘴，二次风主管道配置二次风支管，分段风喷嘴与二次风支管连接，即其在燃料燃烧前对燃料进行热裂化处理，提高燃烧效果，在燃料炉内燃烧中采用分级配风，从而降低NOx生成。

CN203784993U公开一种扼制氮氧化物生成的七区段燃烧炉膛结构涉及燃煤工业锅炉技术领域，该结构利用氮气必须在高温和氧化环境下才能生成氮氧化物的特性，在炉膛内的前拱与后拱之间特制一“┐”形中拱，把炉膛分成了前、后、上三个区域共七个区段，并赋予了不同的功能，使之在不同的区段通过分段供风装置控制不同的风量和温度，从而达到扼制氮氧化物-NOx的生成量，实现减少污染排放的目的。

CN101055075A公开了一种降低锅炉NO_X排放的方法,组织多段主煤粉燃烧器缺氧燃烧,然后在主燃烧器下游的火焰中心喷入分级燃料，分级燃料在高温缺氧条件下迅速分解生成大量CH₁基团，CH₁基团随之将主燃烧器区域生成的NO_X还原成N₂，同时在火焰平均温度为850～1150℃的截面上用氮基进行NO_X的选择性非催化还原，可用碱金属盐进行增效,最后用燃尽风使未燃燃料燃尽。

CN2641471Y公开了一种燃烧室明显分段的具有曲线往复运动炉排结构和高效除尘器的新型锅筒式机械炉排散煤蒸汽锅炉，其结构由上煤机、锅炉本体、炉排、炉座、炉拱、除尘器、除渣机、烟囱所组成；加煤斗下方的进煤口入口处连接有送煤活塞机构，与加煤斗共同组成自动加煤机构；燃烧室分为气化干馏区和焦碳燃烧区；若干个固定炉排和若干个与偏心机构相连的活动炉排纵向间隔排列，共同组成曲线往复运动炉排；除尘器与锅炉本体上部相连通;底座下端与除渣机连接。

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WO2010037088A2公开了一种用于锅炉的燃烧旋转系统，利用该燃烧旋转系统，将不平衡的燃油喷射流导向到燃烧器的燃料喷射动力锅炉中，如煤粉，燃油或燃气锅炉，实现内侧/外侧（I/O）燃烧物或其它类型的燃烧质量的混合旋转，使得燃料喷射燃烧的旋转系统也可以控制，并通过主控制系统自动地控制锅炉操作，使得燃烧物更高效和有效地发生多涡流旋转。

JP2006132826A公开了一种多燃烧器的烧结机点火炉与应对烧结机的操作波动的方法，便于流量调节阀的调整作业，消除在烧结机的两侧加热的不足，并且减少维护和维修成本，其中将多个双层管燃烧器的每个喷嘴与设置有旋转叶片同心布置在燃料喷射管2的外周的主排气管3中，其呈直线地布置或锯齿状布置，使得燃料喷射管向主空气供给管的内径D与间距P的比值为2.2-3.5，提供直缝形状的二次空气排气口，以容纳在每个喷嘴之间，和二次空气与比主排气速度高的速度供给。

US2004244367A1公开了一种燃烧容器，它包含：燃烧区；位于燃烧区下游的燃烧中止区；位于燃烧中止区旁的容器壁板上的空气舱，其中所述空 气舱包含上游喷射器和下游喷射器，和至少一个用来将选择性还原剂喷射到燃烧中止区中的还原剂喷射器，其中所述喷射器贯穿下游空气喷射器。

“参数自寻优模糊控制技术在锅炉送风控制系统中的应用”，冯严冰，工业设计，2012年第2期，公开了一种提高锅炉燃烧效率的方法，认为该方法的关键在于保证最优的风煤比，并且应用模糊自寻优控制技术在线调整风煤最佳配比，设计了一种适合我国国产中小型电站锅炉特点的模糊自寻优控制器，运用在锅炉送风控制系统中，以实现锅炉经济燃烧的目的。

“提升锅炉送风机出力的节能改造”，闵浩等，第八届长三角电机、电力科技分论坛论文集，2011年11月上海，公开了一种提升锅炉送风机出力的节能改造的方法，其中针对两台125MW机组存在的锅炉送风机出力不足问题，通过大量现场试验、性能测试以及理论计算，分析出了造成送风机出力不足的原因，并制定了可行的技术改造方案。

然而，在现有技术中，通常仅在锅炉炉排下部一次送风或者仅采用两段送风，即使采用多段送风，送风段的设置通常使燃烧效果的提高也非常有限，另外没有认识到各个送风位置之间的配合关系的重要性，也没有认识到如何合理协同控制各个送风位置的操作，导致不能够保证锅炉出口烟气中NOx初始排放浓度的有效降低，并且在低负荷运行时现有技术中的这种缺陷表现得尤为明显。因此，本领域需要一种能够有效降低锅炉出口烟气中NOx初始排放浓度的锅炉及方法。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明人经过深入研究和大量实验，提出了如下技术方案：

在一方面，提供了一种采取分段送风的锅炉，其特征在于，包括炉膛、除尘器、空气预热器和多个送风段。

优选地，所述锅炉包括3个送风段，每个送风段由一个或多个送风嘴组成，其中：

第一送风段可设置在炉排下部，用于供给Ⅰ段风，使Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛；

第二送风段可设置在锅炉后拱上部并且向下贴着后拱朝向炉膛，用于供给Ⅱ段风，使Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风；和

第三送风段可设置在炉膛出烟口下部，用于供给Ⅲ段风，使Ⅲ段风由炉膛出烟口下部供给。

所述除尘器优选为布袋除尘器。

本发明人经过大量研究发现，在多段送风中，送风段的综合设置或整体设置非常关键，因此经过反复试验和研究，在上述三个位置设置了送风段（送风方向如图1中各个送风段的箭头所例示）。这样的设置方式在现有技术中未有记载，例如在现有的锅炉中，尚未发现在锅炉后拱上部设置送风段，并且在锅炉后拱上部设置送风段的同时在炉膛出烟口下部设置送风段。本发明人发现，通过上述三个特定位置的送风段，可以有效地控制锅炉的过量空气系数，最有效地降低锅炉出口烟气中NOx初始排放浓度。此外，还出人意料地发现，第二送风段必须设置在锅炉后拱上部并且向下贴着后拱朝向炉膛，使Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风，如果不贴着后拱朝向炉膛，例如如果垂直于后拱壁向炉膛内送风，则降低NOx初始排放浓度的效果显著降低。通过在锅炉中设置本实用新型这样的送风段，可以使锅炉出口烟气中NOx的浓度由常规锅炉的400-500mg/Nm³降至350mg/Nm³以下，优选降至250mg/Nm³以下，最优选降至150mg/Nm³以下，从而提高了锅炉效率，降低了后期脱硝成本，有利于节能环保。同时，这种送风段设置，不需要对现有锅炉作出很大结构改变，从而极大地节约了设备成本。

在一个优选方面，第二送风段的送风嘴由耐热合金制成，所述耐热合金为铜基合金。这是因为，在第二送风段中，炉膛内的温度非常高，而第二送风段送入的是冷风，这就对第二送风段的送风嘴的耐高温强度、耐热冲击强度提出很高的要求，而通常的铁质或钢质送风嘴难以满足要求，往往寿命较短。在本实用新型中，为了满足所述苛刻要求，通过大量研究以及与科研院所的合作，研制出一种铜基合金送风嘴。所述铜基合金包含：基于该铜合金的总重量计，1.5-2.5质量%的Mn， 0.05质量％-0.15质量％的Ti，1.5-2.5质量%的Fe，0.2-0.4质量%的Ni，0.2-0.4质量%的Si，0.01-0.15质量%的P，并且V含量限制在0.0020％以下，其中Fe与P的质量之比满足关系Fe/P=15-20，余量为Cu和不可避免的杂质。

在该铜基合金中，Ti的加入可以非常有效地提高送风嘴的抗热冲击性，这是先前所未曾预料到的。通过限制可能存在的V的含量在一定限度内，可以降低V元素对耐高温强度的不利影响。Fe的加入可以抑制加热过程中合金晶粒粗化，使得可以极大地提高合金的热传导率。Mn的加入可以使合金获得良好的固溶强化。适量P的加入可以有效弥补Fe的加入对合金强度的不利影响。本发明人通过深入研究，出人意料地发现，Fe与P的质量之比必须满足关系Fe/P=15-20，才能够实现强度和热传导率之间的良好性能平衡。

经过检测发现，由所述铜基合金制成的送风嘴在第二送风段中使用时，其寿命是本领域常规铁质或钢质送风嘴寿命的12倍以上。

优选地，本发明人还对用所述铜基合金制成的送风嘴（即送风嘴制件）进行了回火与低温连续处理，所述回火与低温连续处理包括如下依次步骤：

步骤（1）：将送风嘴进行回火处理；步骤（2）：将送风嘴进行低温处理；步骤（3）：将送风嘴进行再次回火处理；和步骤（4）：将送风嘴进行再次低温处理；其中：

步骤（1）的回火处理为低温回火，处理温度为90～150℃，处理时间为1～5h，优选1～4h；步骤（2）的低温处理温度为-40℃～-75℃，处理时间为10min～5h，优选30min～1h；步骤（3）的回火处理为高温回火，处理温度为400～600℃，处理时间为1～6h，优选2-4h；步骤（4）的低温处理温度为-190℃～-210℃，处理时间为20min～4h，优选30min～1h；

并且，其中：在步骤（2）的低温处理后，控制送风嘴回温至室温，升温速率为5～8℃/ min；在步骤（4）的低温处理后，控制送风嘴回温至室温，升温速率为1～2℃/ min；并且重复上述步骤（1）至（4）至少2个循环，优选3个以上的循环。

研究发现，在上述方法中，通过先进行低温回火和低温处理、再进行高温回火和更低温度的低温处理这样的有机协同组合，有效克服了送风嘴制件材料组织结构可能由于使用过程中温差较大而劣化的可能。同时，通过大量繁复的试验，严格筛选、优化并控制低温回火、低温处理、高温回火和更低温度的低温处理所采用的温度，以及每次低温处理后回温至室温的速率，既有效、充分地减少了残余奥氏体，使残余应力得到更好的消除从而改善尺寸稳定性，避免在热冲击情况下变形，析出超细微碳化物，硬度增加，而且还由于低温回火和低温处理与高温回火和更低温度的低温处理的有机协同作用和多个循环，非常有效地控制了送风嘴的第二类残余应力和第三类残余应力，避免使送风嘴中发生残余内应力的松弛，极大提高抗热冲击并且有效避免了宏观裂纹等缺陷。

同时，本发明人经过大量研究还发现，必须仔细控制步骤（2）和步骤（4）低温处理后送风嘴制件回温至室温的升温速率在上述适当范围内，以及控制步骤（4）低温处理后送风嘴制件回温至室温的升温速率小于步骤（2）低温处理后送风嘴制件回温至室温的升温速率，只有如此才能够获得送风嘴抗热冲击性、冲击韧性和强度的良好综合改善。步骤（2）和步骤（4）低温处理后送风嘴金属件回温至室温的升温速率优选呈直线升温形式。

在另一方面，本实用新型还提供了操作上述锅炉进行送风的方法，其特征在于，Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛，Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送入炉膛，Ⅲ段风由炉膛出烟口下部送入炉膛，同时控制各段送风的风量及风速。

优选地，锅炉启动时，只供给Ⅰ段风，Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛，运行平稳后，Ⅰ段风下调至总供风量的70-80%，风速<10 m/s，使得控制在炉排面上形成富氧积累，同时开启Ⅱ段风和Ⅲ段风，Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风，风速控制在喉口处烟气上升速度的2-4倍，主要用以破坏主燃区的温度场，同时对主燃区进行燃料的补氧和降温，Ⅱ段风采用冷风，送风风量（优选最大送风风量）设定为总风量的5-8%；Ⅲ段风采用冷风，从炉膛出烟口下部供给，使得对烟气进行扰动，降低原始排尘浓度，对未燃尽气体及碳粒进行补氧助燃，以及降低炉膛温度，进而控制NOx的生成，Ⅲ段风的送风量为总风量的10-15%，风速为烟气炉膛出口烟速的2-4倍。

本发明人经过大量研究还发现，通过在不同运行时段控制各送风段的送风与否并且合理控制各个送风段的风量分配和风速，可以有效抑制NOx的生成。这样的操作方式在现有技术中没有记载，也不是本领域的常规技术手段，本领域中也没有给出任何技术启示或教导。通过这样的操作方法，可以使锅炉出口烟气中NOx的浓度由常规锅炉的400-500降至350mg/Nm³以下，优选降至200mg/Nm³以下，最优选降至100mg/Nm³以下。

优选地，Ⅱ段风的风速控制在喉口处烟气上升速度的3倍，Ⅲ段风的风速为烟气炉膛出口烟速的3倍。

优选地，Ⅱ段风的风速控制在约20m/s，Ⅲ段风的风速为约30m/s。

优选地，Ⅰ段风的送风量为总供风量的80%，Ⅱ段风的送风量为总风量的8%，Ⅲ段风的送风量为总风量的12%。

在又一方面，本实用新型还提供了所述锅炉或者所述操作方法在降低出口烟气中NOx浓度中的应用，其用于使锅炉出口烟气中Nox的浓度降低到350mg/Nm³以下，优选250mg/Nm³以下，优选200mg/Nm³以下，更优选150mg/Nm³以下，最优选100mg/Nm³以下。

通过采取本实用新型的分段送风设置和方法，可以有效地控制锅炉的过量空气系数，进而有效控制大量燃料型和热力型NOx的生成，从而减少了脱硝费用，达到节能环保的目的，提高锅炉热效率，减少烟尘排放。

附图说明

图1是根据本实用新型的采取分段送风的锅炉的纵截面示意图。

其中，1：炉膛；2：除尘器；3：空气预热器；4：第一送风段；5：第二送风段；6：第三送风段。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种采取分段送风的锅炉，其特征在于，包括炉膛1、除尘器2、空气预热器3和三个送风段4、5、6，每个送风段由一个或多个送风嘴组成，其中：第一送风段4设置在炉排下部，用于供给Ⅰ段风，使Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛；第二送风段5设置在锅炉后拱上部并且向下贴着后拱朝向炉膛，用于供给Ⅱ段风，使Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风；和，第三送风段6设置在炉膛出烟口下部，用于供给Ⅲ段风，使Ⅲ段风由炉膛出烟口下部供给。

对比例1

该锅炉与实施例1基本相同，不同之处仅在于不设置第二送风段。

对比例2

该锅炉与实施例1基本相同，不同之处仅在于不设置第三送风段。

对比例3

该锅炉与实施例1基本相同，不同之处仅在于第二送风段设置在锅炉后拱上部并且垂直于后拱壁向炉膛内送风。

实施例2

使用实施例1的锅炉，在锅炉启动时，只供给Ⅰ段风，Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛，运行平稳后，Ⅰ段风下调至总供风量的80%，风速为5 m/s，使得控制在炉排面上形成富氧积累，同时开启Ⅱ段风和Ⅲ段风，Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风，风速控制在喉口处烟气上升速度的3倍，即20m/s，主要用以破坏主燃区的温度场，同时对主燃区进行燃料的补氧和降温，Ⅱ段风采用冷风，最大送风风量设定为总风量的8%；Ⅲ段风采用冷风，从炉膛出烟口下部供给，使得对烟气进行扰动，降低原始排尘浓度，对未燃尽气体及碳粒进行补氧助燃，以及降低炉膛温度，进而控制NOx的生成，Ⅲ段风的送风量为总风量的12%，风速为烟气炉膛出口烟速的3倍，即30m/s。锅炉出口烟气中NOx的浓度为128mg/Nm³。

对比例4

使用对比例1的锅炉，在锅炉启动时，只供给Ⅰ段风，Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛，运行平稳后，Ⅰ段风下调至总供风量的80%，风速为5 m/s，使得控制在炉排面上形成富氧积累，同时开启Ⅲ段风，Ⅲ段风采用冷风，从炉膛出烟口下部供给，使得对烟气进行扰动，降低原始排尘浓度，对未燃尽气体及碳粒进行补氧助燃，以及降低炉膛温度，进而控制NOx的生成，Ⅲ段风的送风量为总风量的20%，风速为烟气炉膛出口烟速的3倍，即30m/s。锅炉出口烟气中NOx的浓度为412mg/Nm³。

对比例5

使用对比例2的锅炉，在锅炉启动时，只供给Ⅰ段风，Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛，运行平稳后，Ⅰ段风下调至总供风量的80%，风速为5 m/s，使得控制在炉排面上形成富氧积累，同时开启Ⅱ段风，Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风，风速控制在喉口处烟气上升速度的3倍，即20m/s，主要用以破坏主燃区的温度场，同时对主燃区进行燃料的补氧和降温，Ⅱ段风采用冷风，最大送风风量设定为总风量的20%。锅炉出口烟气中NOx的浓度为339mg/Nm³。

对比例6

使用对比例3的锅炉，在锅炉启动时，只供给Ⅰ段风，Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛，运行平稳后，Ⅰ段风下调至总供风量的80%，风速为5 m/s，使得控制在炉排面上形成富氧积累，同时开启Ⅱ段风和Ⅲ段风，Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风，风速控制在喉口处烟气上升速度的3倍，即20m/s，主要用以破坏主燃区的温度场，同时对主燃区进行燃料的补氧和降温，Ⅱ段风采用冷风，最大送风风量设定为总风量的8%；Ⅲ段风采用冷风，从炉膛出烟口下部供给，使得对烟气进行扰动，降低原始排尘浓度，对未燃尽气体及碳粒进行补氧助燃，以及降低炉膛温度，进而控制NOx的生成，Ⅲ段风的送风量为总风量的12%，风速为烟气炉膛出口烟速的3倍，即30m/s。锅炉出口烟气中NOx的浓度为309mg/Nm³。

对比例7

使用实施例1的锅炉，在锅炉启动时，只供给Ⅰ段风，Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛，运行平稳后，Ⅰ段风下调至总供风量的50%，风速为5 m/s，使得控制在炉排面上形成富氧积累，同时开启Ⅱ段风和Ⅲ段风，Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风，风速控制在喉口处烟气上升速度的3倍，即20m/s，主要用以破坏主燃区的温度场，同时对主燃区进行燃料的补氧和降温，Ⅱ段风采用冷风，最大送风风量设定为总风量的20%；Ⅲ段风采用冷风，从炉膛出烟口下部供给，使得对烟气进行扰动，降低原始排尘浓度，对未燃尽气体及碳粒进行补氧助燃，以及降低炉膛温度，进而控制NOx的生成，Ⅲ段风的送风量为总风量的30%，风速为烟气炉膛出口烟速的3倍，即30m/s。锅炉出口烟气中NOx的浓度为315mg/Nm³。

通过上述实施例和对比例明显可以看出，当采用本实用新型的三段送风设置以及采用本实用新型的送风操作方法时，锅炉出口烟气中NOx的浓度最低，达到了128mg/Nm³这样低的程度，显著低于采取其它送风设置方式和操作方法的NOx浓度，这样的效果是根据现有技术所无法预料到的。

本书面描述使用实例来公开本实用新型，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本实用新型。本实用新型的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例旨在处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。

Claims (1)

1.一种采取分段送风的锅炉，其特征在于，包括炉膛（1）、除尘器（2）、空气预热器（3）和3个送风段（4、5、6），每个送风段由一个或多个送风嘴组成，其中：

第一送风段（4）设置在炉排下部，用于供给Ⅰ段风，使Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛；

第二送风段（5）设置在锅炉后拱上部并且向下贴着后拱朝向炉膛，用于供给Ⅱ段风，使Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风；和

第三送风段（6）设置在炉膛出烟口下部，用于供给Ⅲ段风，使Ⅲ段风由炉膛出烟口下部供给。

2. 根据权利要求1所述的采取分段送风的锅炉，其特征在于，第二送风段（5）的送风嘴由耐热合金制成。

3. 根据权利要求2所述的采取分段送风的锅炉，其特征在于，由耐热合金制成的第二送风段（5）的送风嘴经过回火与低温连续处理。