CN204513364U - 两段式燃尽风系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种两段式燃尽风系统，包括：锅炉本体，炉膛，炉膛水平出口屏式过热器，多个磨煤机，主燃烧器，低位分离燃尽风风箱，高位分离燃尽风风箱及空气预热器；炉膛从下至上分为主燃烧区、还原区、第一燃尽区及第二燃尽区；在第二燃尽区，炉膛的四个角上分别设置有一列高位分离燃尽风风箱；在第一燃尽区，炉膛的四个角上分别设置有一列低位分离燃尽风风箱；在主燃烧区，炉膛的四个角上分别设置有一列主燃烧器；磨煤机出口设置有多根煤粉管道，与一次风煤粉喷嘴相连接；二次风从空气预热器引出，部分通过一第一二次风道进入主燃烧器，部分通过一第二二次风道进入低位分离燃尽风风箱，部分通过第二二次风道进入高位分离燃尽风风箱。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃尽风技术，尤其涉及一种两段式燃尽风系统。
背景技术
随着我国电力工业的迅猛发展，由燃煤发电产生的污染越来越重，并导致了严重的环境问题。高效、清洁地利用能源已经成为政府和人们关注的头等大事，为此，环保部于2011年7月出台了最新的《火力发电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，对我国现有和新建火力发电机组污染物排放提出了严格的要求。氮氧化物是燃煤锅炉产生的重要污染物之一，通常包括NO、NO2、N2O等，是大气中酸雨和雾霾的重要来源之一，对人体健康和环境有较大危害，也是新标准重点控制的对象之一。在锅炉NOx排放方面，标准规定自2014年1月1日起，对2003年12月31日以后建成的火力发电锅炉，NOx排放不大于100mg/Nm3(O2＝6％)，对2003年12月31日前建成的火力发电锅炉，NOx排放不大于200mg/Nm3(O2＝6％)。自2012年1月1日起，所有新建火力发电锅炉，NOx排放不大于100mg/Nm3(O2＝6％)。为达到最新的环保指标，绝大部分火力发电厂采用选择性尾部催化还原技术(SCR技术)，但SCR技术的投资成本和运行成本较高，如果不采用低NOx燃烧技术，而直接采用SCR技术，将使得电厂的运行成本过大。所以我国仍然需要同时依靠从燃烧角度解决NOx污染问题，采用低NOx燃烧技术+SCR技术的路线来满足最新的环保要求。目前常用的低氮燃烧技术有燃料分级燃烧技术、空气分级燃烧技术、烟气再循环技术。
在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm时，会发生NO的还原反应，反应式为：
4NO+CH4＝2N2+CO2+2H2O
2NO+2CnHm+(2n+m/2-1)O2＝N2+2nCO2+mH2O
2NO+2CO＝N2+2CO2
2NO+2C＝N2+2CO
2NO+2H2＝N2+2H2O
利用上述原理，将80-85％的燃料送入第一级燃烧区，在α>1条件下，燃烧并生成NOx。送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料，其余15-20％的燃料则在主燃烧器的上部送入二级燃烧区，在α<1的条件下形成很强的还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成的NOx在二级燃烧区内被还原成氮分子，二级燃烧区又称再燃区，送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料，或称再燃燃料。在再燃区中不仅使得已生成的NOx得到还原，还抑制了新的NOx的生成，可使NOx的排放浓度进一步降低。
一般，采用燃料分级可使NOx的排放浓度降低50％以上。在再燃区的上面还需布置"火上风"喷口，形成第三级燃烧区(燃尽区)，以保证再燃区中生成的未完全燃烧产物的燃尽，这种再燃烧法又称为燃料分级燃烧。
上述的燃料分级燃烧技术可以有效地降低锅炉NOx排放，但也存在着较多的缺点，限制了它的应用，其中最大的缺点是再燃燃料的选取。燃料分级燃烧时所使用的二次燃料可以是和一次燃料相同的燃料，也可以是碳氢类气体，如天然气。如煤粉炉可以采用天然气作为二次燃料，也可以选用煤粉作为二次燃料。
因为二次燃料占整个锅炉燃烧份额的15～20％左右，采用天然气作为二次燃料，存在燃料成本过高的问题。
采用煤粉作为二次燃料也存在较大的问题。因为二次燃料在再燃区内的停留时间较短，用煤粉作为二次燃料，燃烧效率不高，易导致锅炉飞灰含碳量上升。因此，二次燃料只能选用挥发份高、燃尽性好的煤种。
例如煤粉炉可以利用煤粉作为二次燃料。但目前煤粉炉更多采用碳氢类气体或液体燃料作为二次燃料，这是因为和空气分级燃烧相比，燃料分级燃烧在炉膛内需要有三级燃烧区，这合行燃料和烟气在再燃区内的仪时间相对较短，所以二次燃料宜于选用煤粉作为二次燃料，也要采用高挥发分易燃的煤种，而且要磨得更细。这需要在现有的制粉系统之外，另加一套超细粉制粉系统，使得工艺流程、成本均增加较多。且使用超细粉再燃的过程中也易导致结渣、高温腐蚀等问题。
图1为常规空气分级燃烧技术示意图，空气分级技术基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成。在第一阶段，将燃烧所需的空气量分成两次分别送入炉膛。减少从主燃烧器供入炉膛的空气，使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此时主燃烧器区域内过量空气系数α＜1，因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。因此，不但延迟了燃烧过程，而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率，抑制了NOx在这一燃烧中的生成量。为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的其余空气则通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA(over fire air)――称为"火上风"喷口送入炉膛，与第一级燃烧区在"贫氧燃烧"条件下所产生的烟气混合，在α＞1的条件下完成全部燃烧过程。由于整个燃烧过程所需空气是分两级供入炉内，故称为空气分级燃烧法。
上述空气分级燃烧技术成本低，效果好。但也存在一定的问题：由于主燃区空气较少，燃烧推迟，易导致锅炉飞灰含碳量升高，降低锅炉燃烧效率。一般说来，分离燃尽风的风量越大，位置越高，锅炉降氮效果越好，但同时锅炉的飞灰含碳量也越高，锅炉效率越低。
实用新型内容
本实用新型提供一种两段式燃尽风系统，以在获得低的NOx生成量的同时将飞灰含碳量控制在合理的水平。
根据本申请实施例的一方面，公开了一种两段式燃尽风系统，所述的两段式燃尽风系统包括：锅炉本体，炉膛，炉膛水平出口屏式过热器，多个磨煤机，主燃烧器，低位分离燃尽风风箱，高位分离燃尽风风箱及空气预热器；
所述炉膛从下至上分为主燃烧区、还原区、第一燃尽区及第二燃尽区；
在所述第二燃尽区，所述炉膛的四个角上分别设置有一列所述高位分离燃尽风风箱，每列所述高位分离燃尽风风箱中设置有多个高位分离燃尽风喷嘴；
在所述第一燃尽区，所述炉膛的四个角上分别设置有一列所述低位分离燃尽风风箱，每列所述低位分离燃尽风风箱中设置有多个低位分离燃尽风喷嘴；
在所述主燃烧区，所述炉膛的四个角上分别设置有一列所述主燃烧器，每列所述主燃烧器中设置有多个二次风喷嘴，相邻的二次风喷嘴之间设置有一个一次风煤粉喷嘴；
所述磨煤机出口设置有多根煤粉管道，所述磨煤机通过所述煤粉管道与所述一次风煤粉喷嘴相连接；
二次风从所述空气预热器引出，部分通过一第一二次风道进入所述主燃烧器；部分通过一第二二次风道进入所述低位分离燃尽风风箱，通过设置在所述低位分离燃尽风风箱中的所述低位分离燃尽风喷嘴喷入所述炉膛；部分通过所述第二二次风道进入所述高位分离燃尽风风箱，通过设置在所述高位分离燃尽风风箱中的所述高位分离燃尽风喷嘴喷入所述炉膛。
一实施例中，所述炉膛由四面水冷壁组成。
一实施例中，所述低位分离燃尽风风箱的中心到最上排所述一次风煤粉喷嘴的中心的距离h1与最上排所述一次风煤粉喷嘴的中心到所述炉膛水平出口屏式过热器底部的距离H的比例为0.3：1。
一实施例中，所述高位分离燃尽风风箱的中心到所述低位分离燃尽风风箱的中心的距离h2与所述距离H的比例为0.2：1。
一实施例中，所述低位分离燃尽风喷嘴能左右水平摆动各25度。
一实施例中，所述高位分离燃尽风喷嘴能左右水平摆动各25度。
一实施例中，所述磨煤机的台数为六台。
一实施例中，每台所述磨煤机出口设置有四根煤粉管道，四根煤粉管道分别与同一个标高的四个一次风煤粉喷嘴对应连接。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本实用新型通过采用两段分离燃尽风的布置方式，运行中通过调节主燃区、第一燃尽区和第二燃尽区的过量空气系数，在获得低的NOx生成量的同时，能将飞灰含碳量控制在合理的水平，与传统的一段分离燃尽风布置方式相比，增加了现场调节的灵活性，能更好地适应煤种和负荷变化。
本实用新型通过采用两段分离燃尽风布置方式，能够强化分离燃尽风与炉内高温烟气和未燃尽焦碳的湍流混合，提高燃烧效率。
本实用新型通过采用两段分离燃尽风布置方式，能更有效地消除炉膛出口的烟气残余旋流强度，提高高温受热面的工作可靠性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为常规空气分级燃烧技术示意图；
图2为本实用新型实施例的两段式燃尽风系统的结构示意图；
图3为本实用新型实施例中炉膛的分区示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图2为本实用新型实施例的两段式燃尽风系统的结构示意图，如图2所示，该两段式燃尽风系统包括：锅炉本体1，炉膛2，炉膛水平出口屏式过热器18，多个磨煤机3，主燃烧器8，低位分离燃尽风风箱10，高位分离燃尽风风箱16以及空气预热器13。
炉膛2由四面水冷壁7组成。如图2及图3所示，炉膛2从下至上分为主燃烧区a1、还原区a2、第一燃尽区a3及第二燃尽区a4。
如图3所示，在第二燃尽区a4，炉膛2的四个角上分别设置有一列高位分离燃尽风风箱16，每列高位分离燃尽风风箱16中设置有多个高位分离燃尽风喷嘴17。
一实施例中，多个高位分离燃尽风喷嘴17均能左右水平摆动各25度，摆动角度可以在左右25度的范围内任意调节。
在第一燃尽区a3，炉膛2的四个角上分别设置有一列所述低位分离燃尽风风箱10，每列低位分离燃尽风风箱10中设置有多个低位分离燃尽风喷嘴12。
一实施例中，多个低位分离燃尽风喷嘴12均能左右水平摆动各25度，摆动角度可以在左右25度的范围内任意调节。
通过调节高位分离燃尽风喷嘴17及低位分离燃尽风喷嘴12，使得两段燃尽风的摆动角度均单独可调，另外，两段燃尽风风量也单独可调。
在主燃烧区a1，炉膛2的四个角上分别设置有一列主燃烧器8，每列主燃烧器8中设置有多个二次风喷嘴6，相邻的二次风喷嘴6之间均设置有一个一次风煤粉喷嘴5。四个角的燃烧器8的一次风煤粉喷嘴5的中心线在炉膛2内能够形成假想切圆。
磨煤机3出口设置有多根煤粉管道4，磨煤机3通过煤粉管道4与所述一次风煤粉喷嘴相连接。在一实施例中，磨煤机3的台数为六台，每台磨煤机3出口设置有四根煤粉管道4，四根煤粉管道4分别与同一个标高的四个一次风煤粉喷嘴5对应连接。
二次风从空气预热器13中引出，部分二次风通过第一二次风道14进入主燃烧器8，进入燃烧器8中的二次风喷嘴6，以及一次风煤粉喷嘴5四周的间隙。需要说明的是，这部分二次风加上一次风的总的燃烧空气量，小于通过一次风煤粉喷嘴5喷入炉膛2的煤粉完全燃烧所需要的理论空气量，也就是主燃烧器8区域的过量空气系数小于1.0。
除了进入主燃烧器8的二次风，剩余的二次风中，部分通过第二二次风道15进入低位分离燃尽风风箱10，通过设置在低位分离燃尽风风箱10中的低位分离燃尽风喷嘴12喷入炉膛2；另外一部分通过第二二次风道15进入高位分离燃尽风风箱16，通过设置在高位分离燃尽风风箱16中的高位分离燃尽风喷嘴17喷入炉膛2，完成整个燃烧的过程。
一实施例中，低位分离燃尽风风箱10的中心到最上排一次风煤粉喷嘴5的中心的距离h1与最上排一次风煤粉喷嘴5的中心到炉膛水平出口屏式过热器18底部的距离H的比例为0.3：1。低位分离燃尽风喷嘴12通过的空气质量占锅炉燃烧总空气质量的比例为15％。
另一实施例中，低位分离燃尽风风箱10的中心到最上排一次风煤粉喷嘴5的中心的距离h1与最上排一次风煤粉喷嘴5的中心到炉膛水平出口屏式过热器18底部的距离H的比例为0.1：1～0.5：1，低位分离燃尽风喷嘴12通过的空气质量占锅炉燃烧总空气质量的比例为5％～25％。
一实施例中，高位分离燃尽风风箱16的中心到低位分离燃尽风风箱10的中心的距离h2与距离H的比例为0.2：1。高位分离燃尽风喷嘴17通过的空气质量占锅炉燃烧总空气质量的比例为15％。
另一实施例中，高位分离燃尽风风箱16的中心到低位分离燃尽风风箱10的中心的距离h2与距离H的比例为0.1：1～0.3：1，高位分离燃尽风喷嘴通过的空气质量占锅炉燃烧总空气质量的比例为5％～25％。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本实用新型的两段式燃尽风系统的布置方式为具有低氮氧化物排放量、低飞灰含碳量和低炉膛出口烟温偏差的高低位两段式分离燃尽风布置方式。
本实用新型通过采用两段分离燃尽风的布置方式，运行中通过调节主燃区、第一燃尽区和第二燃尽区的过量空气系数，在获得低的NOx生成量的同时，能将飞灰含碳量控制在合理的水平，与传统的一段分离燃尽风布置方式相比，增加了现场调节的灵活性，能更好地适应煤种和负荷变化。
本实用新型通过采用两段分离燃尽风布置方式，能够强化分离燃尽风与炉内高温烟气和未燃尽焦碳的湍流混合，提高燃烧效率。
本实用新型通过采用两段分离燃尽风布置方式，能更有效地消除炉膛出口的烟气残余旋流强度，提高高温受热面的工作可靠性。
总之，本实用新型能够解决炉内整体空气分级技术带来的飞灰可燃物高，炉膛出口的烟气速度和温度偏差大等问题，同时增加了针对不同煤种和负荷变化的运行调节性能。
本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (8)
1.一种两段式燃尽风系统，其特征在于，所述的两段式燃尽风系统包括：锅炉本体，炉膛，炉膛水平出口屏式过热器，多个磨煤机，主燃烧器，低位分离燃尽风风箱，高位分离燃尽风风箱及空气预热器；
所述炉膛从下至上分为主燃烧区、还原区、第一燃尽区及第二燃尽区；
在所述第二燃尽区，所述炉膛的四个角上分别设置有一列所述高位分离燃尽风风箱，每列所述高位分离燃尽风风箱中设置有多个高位分离燃尽风喷嘴；
在所述第一燃尽区，所述炉膛的四个角上分别设置有一列所述低位分离燃尽风风箱，每列所述低位分离燃尽风风箱中设置有多个低位分离燃尽风喷嘴；
在所述主燃烧区，所述炉膛的四个角上分别设置有一列所述主燃烧器，每列所述主燃烧器中设置有多个二次风喷嘴，相邻的二次风喷嘴之间设置有一个一次风煤粉喷嘴；
所述磨煤机出口设置有多根煤粉管道，所述磨煤机通过所述煤粉管道与所述一次风煤粉喷嘴相连接；
二次风从所述空气预热器引出，部分通过一第一二次风道进入所述主燃烧器；部分通过一第二二次风道进入所述低位分离燃尽风风箱，通过设置在所述低位分离燃尽风风箱中的所述低位分离燃尽风喷嘴喷入所述炉膛；部分通过所述第二二次风道进入所述高位分离燃尽风风箱，通过设置在所述高位分离燃尽风风箱中的所述高位分离燃尽风喷嘴喷入所述炉膛。
2.根据权利要求1所述的两段式燃尽风系统，其特征在于，所述炉膛由四面水冷壁组成。
3.根据权利要求1所述的两段式燃尽风系统，其特征在于，所述低位分离燃尽风风箱的中心到最上排所述一次风煤粉喷嘴的中心的距离h1与最上排所述一次风煤粉喷嘴的中心到所述炉膛水平出口屏式过热器底部的距离H的比例为0.3：1。
4.根据权利要求1所述的两段式燃尽风系统，其特征在于，所述高位分离燃尽风风箱的中心到所述低位分离燃尽风风箱的中心的距离h2与所述距离H的比例为0.2：1。
5.根据权利要求1所述的两段式燃尽风系统，其特征在于，所述低位分离燃尽风喷嘴能左右水平摆动各25度。
6.根据权利要求1所述的两段式燃尽风系统，其特征在于，所述高位分离燃尽风喷嘴能左右水平摆动各25度。
7.根据权利要求1所述的两段式燃尽风系统，其特征在于，所述磨煤机的台数为六台。
8.根据权利要求7所述的两段式燃尽风系统，其特征在于，每台所述磨煤机出口设置有四根煤粉管道，四根煤粉管道分别与同一个标高的四个一次风煤粉喷嘴对应连接。
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| CN108167860A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-06-15 | 天津水泥工业设计研究院有限公司 | 一种烧成系统梯度燃烧自脱硝工艺方法 |
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