CN209540869U - 一种煤粉锅炉精准配风系统 - Google Patents

一种煤粉锅炉精准配风系统 Download PDF

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陈兴冰
张永和
欧宗建
周鹏
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邵伟亮
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本实用新型涉及锅炉领域,尤其涉及一种煤粉锅炉精准配风系统,包括总风道、环形风道、角式二次风道、墙式二次风道、角式燃尽风道、墙式燃尽风道、角式二次风喷口、墙式二次风喷口、角式燃尽风喷口、墙式燃尽风喷口、一次风喷口和炉墙水冷壁管;所述主风道末端与环形风道连通,所述环形风道的整体外形为圆角正方形,环形风道垂直方向上设置有分支风道,设置在环形风道四条边中点位置的为墙式风道,设置在环形风道四个角位置的为角式风道;本实用新型的优点在于:通过炉膛外部的环形风箱与炉膛内部的助燃风喷口配套使用,以实现炉膛不同区域的精准配风和全炉膛全空间覆盖。

Description

一种煤粉锅炉精准配风系统
技术领域
本实用新型涉及锅炉领域,尤其涉及一种煤粉锅炉精准配风系统。
背景技术
火电厂燃煤锅炉采用的燃烧设备称为煤粉燃烧器。其主要作用为:(1)向锅炉炉膛内输送燃料和空气;(2)组织燃料和空气及时、充分混合;(3)保证燃料尽快着火、燃尽。
煤粉燃烧器分为直流式燃烧器和旋流式燃烧器两种。当锅炉采用直流式燃烧器时,煤粉气流从喷口射出后形成直流射流,在炉膛中心产生切向旋转火焰,即所谓的四角切园燃烧方式。煤粉燃烧所需的空气分为一次风和二次风,即燃料风和助燃风。一次风的作用是将煤粉送进炉膛,并供给煤粉着火阶段挥发分燃烧所需的氧量;二次风在煤粉气流着火后混入,供给煤中焦炭和残留挥发分燃尽所需的氧量,以保证煤粉完全燃烧。
锅炉采用低氮燃烧方式可以有效地抑制煤粉燃烧过程中NOx的生成,最终降低NOx排放浓度。目前的低氮燃烧技术主要是空气分级燃烧技术,通过改变锅炉燃烧器结构及配风方式,在炉膛高度方向上形成主燃烧器区、还原区及燃尽区。在主燃烧器区布置一次风和二次风,风量约占总风量的70-80%,保证煤粉初期燃烧;在主燃烧器上方布置燃尽风,约占总风量的20-30%,保证煤粉后期燃尽;在主燃烧器区与燃尽区之间形成了主还原区。
采用空气分级燃烧技术以后,通过改变锅炉配风方式,一部分空气被分离至燃烧器顶部作为燃尽风,在炉膛高度方向上形成主燃烧器区、还原区及燃尽区,抑制煤粉燃烧过程中NOx的生成,有效降低炉膛出口的NOx排放浓度。但是主燃烧器区为缺氧燃烧,煤粉着火推迟,燃烧效率下降,CO浓度、飞灰含碳量升高、负荷响应速度降低;在高温近壁区产生大量还原性气氛易造成水冷壁结焦、高温腐蚀;热流密度分布改变易造成炉膛出口烟温升高、汽温异常、减温水量增大、管壁温度升高;另外,因锅炉配风系统缺陷造成主燃烧器区风量过大而燃尽区风量过小,低氮燃烧效果不佳,炉膛出口的NOx排放浓度偏高,尤其在低负荷工况明显升高,时常超出脱硝装置极限值。
燃煤锅炉应用低氮燃烧技术之后,锅炉出口的NOx排放浓度达到200~500mg/Nm3。若配合烟气脱硝技术,可使燃煤机组NOx排放达到50mg/Nm3以下。目前低氮燃烧技术以空气分级为核心,在炉内组织燃烧温度、气氛与停留时间,促成早期的、强烈的煤粉快速着火欠氧燃烧,利用燃烧过程产生的氨基中间产物来抑制或还原已经生成的NOx
专利文献(申请号:201210236354.7)《具有附壁二次风和网格燃尽风的煤粉锅炉》提出了一种具有附壁二次风和网格燃尽风的煤粉锅炉,实现燃烧效率不降低、炉膛不结渣、烟温偏差小前提下的NOx超低排放,但主燃区的附壁二次风远离煤粉主射流不能很好掺混助燃,还原区的附壁二次风会破坏NOx还原效果并引起喷口四周区域挂焦,缺少与之相配套的配风系统(二次风箱)以实现二次风和燃尽风的合理分配。
专利文献(申请号:201210236354.7)《一种二次风墙式深度分级低NOx燃烧方法及装置》和专利文献(申请号:201420748890.X)《设置偏置二次风喷嘴的炉体》都是提出了将部分二次风从炉墙喷入炉膛,防止水冷壁超温、结渣及腐蚀,没有将整个炉膛大空间作为对象综合考虑,且燃尽风充满度不够、覆盖面有限将影响到煤粉后期燃尽。
专利文献(申请号:201520721770.5)《切圆锅炉空气分级燃烧垂直水平组合布置的燃尽风装置》和专利文献(申请号:201320824147.3)《四角切圆锅炉复合式燃尽风系统》都提出了角式和墙式燃尽风组合的复合式燃尽风系统,保证降低氮氧化物的同时提高煤粉燃尽效率,但没有以炉膛大空间为对象将防结渣、防腐蚀、高效燃烧作为降低NOx前提条件综合考虑,特别当主燃烧器区域配风不合理时将导致低氮燃烧效果欠佳。
现有的空气分级燃烧当中,炉膛角部区域为过氧低温低效区,在较高氧浓度条件下挥发份燃烧的同时大量生成NO,但温度较低焦炭燃烧速率并不高;炉膛水冷壁附近形成低氧低温低效区,此区域存在大量残炭,在低温低氧条件下燃烧基本处于停滞状态,增加残炭附着水冷壁风险。由于在炉膛内部形成了多个特性不匹配的低效区,燃烧可控性急剧下降,主燃区风粉掺混湍流度下降,炉膛内有效利用空间进一步减小,出现了较多的风粉浓度、温度不匹配区,炉内燃烧速率及燃烧强度大幅降低。
空气分级技术优劣取决于锅炉配风系统,其核心在于助燃风的分配。因此需要着眼全炉膛全空间,在合理的位置送入适量的助燃风,提高进入炉内助燃风的有效利用效率,大幅提高炉内有效利用空间,并提高炉内火焰充满度,最终形成全空间组合射流超低NOx燃烧。为此需要有一套全新的锅炉配风系统,来实现炉膛不同区域的精准配风和全炉膛全空间覆盖。
实用新型内容
为解决上述问题,我们提出了一种煤粉锅炉精准配风系统,通过炉膛外部的环形风箱与炉膛内部的助燃风喷口配套使用,以实现炉膛不同区域的精准配风和全炉膛全空间覆盖。
为实现上述需求,本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的:一种煤粉锅炉精准配风系统,包括总风道、环形风道、角式二次风道、墙式二次风道、角式燃尽风道、墙式燃尽风道、角式二次风喷口、墙式二次风喷口、角式燃尽风喷口、墙式燃尽风喷口、一次风喷口和炉墙水冷壁管;
所述总风道末端与环形风道连通,所述环形风道的整体外形为圆角正方形,环形风道垂直方向上设置有分支风道,设置在环形风道四条边中点位置的为墙式风道,设置在环形风道四个角位置的为角式风道;
所述墙式风道垂直设置在环形风道下方的为墙式二次风道,所述墙式风道垂直设置在环形风道上方的为墙式燃尽风道;所述角式风道垂直设置在环形风道下方的为角式二次风道,所述角式风道垂直设置在环形风道上方的为角式燃尽风道;
所述墙式二次风道上设置有墙式二次风喷口,墙式燃尽风道上设置有墙式燃尽风喷口;所述角式二次风道上设置有一次风喷口和角式二次风喷口,角式燃尽风道上设置有角式燃尽风喷口;
锅炉内所述角式二次风道顶端和底端之间的区域为主燃烧区,所述角式二次风道顶端到角式燃尽风道底端之间的区域为还原区,所述角式燃尽风道底端到顶端之间的区域为燃尽区。
进一步地,煤粉锅炉精准配风系统,所述墙式风道设置有四条,所述墙式燃尽风道设置有四条,所述墙式二次风道设置有四条;所述角式风道设置有四条,所述角式燃尽风道设置有四条,所述角式二次风道设置有四条。
进一步地,煤粉锅炉精准配风系统,每条墙式二次风道上设置墙式二次风喷口数量≥1 个,每条墙式燃尽风道上设置墙式燃尽风喷口数量≥1个;每条角式二次风道上设置角式二次风喷口数量≥2个,一次风喷口数量≥1个,每条角式燃尽风道设置有角式燃尽风喷口数量≥1个。
进一步地,煤粉锅炉精准配风系统,主燃烧器区高度H1为0<H1≤40.0m;还原区高度 H2及燃尽区高度H3满足以下条件:0<H2/H1≤3.0和0<H3/H1≤2.0。
进一步地,煤粉锅炉精准配风系统,总风道高度H4为0<H4≤20m,环形风道高度H5、二次风道高度H6及燃尽风道高度H7满足以下条件:0<H5/H4≤5.0、0<H6/H5≤5.0和0<H7/H5≤5.0。
进一步地,煤粉锅炉精准配风系统,所述总风道宽度D1、环形风道宽度D2及环形风道与炉墙间距D3的比例范围满足以下条件:0<D1≤10.0m、0<D2/D1≤1.0和0<D3/D1≤2.0。
进一步地,煤粉锅炉精准配风系统,二次风道宽度L1和二次风喷口宽度L2的比例范围满足以下条件:0<L1≤5.0m和0<L2/L1≤1.0;燃尽风道宽度L3和燃尽风喷口宽度L4的比例范围满足以下条件:0<L3≤0.5m和0<L4/L3≤1。
进一步地,煤粉锅炉精准配风系统,墙式二次风喷口与炉墙夹角α1、墙式燃尽风喷口与炉墙夹角α2的比例范围满足以下条件:0°≤α1≤180°和0°≤α2≤180°。
本实用新型提供的一种煤粉锅炉精准配风系统,通过炉膛外部的环形风箱与炉膛内部的助燃风喷口配套使用,以实现炉膛不同区域的精准配风和全炉膛全空间覆盖。该配风系统不仅仅似传统的空气分级燃烧技术那样在炉膛高度方向上形成主燃烧器区、还原区及燃尽区,更进一步地将全炉膛空间分为多个功能小区,即高温低氧还原区、低温高氧高效区、高温高氧燃尽区;将炉内燃烧全过程分为多个功能反应环涡,从而在炉内空间和燃烧化学反应过程中形成高效节能(Efficient)、排放可控(Emission control)、防结渣腐蚀(Erosion resistance)三大功能一体化。
本实用新型提供一种煤粉锅炉精准配风系统,通过炉膛外部的环形风箱与炉膛内部的助燃风喷口配套使用,以实现炉膛不同区域的精准配风和全炉膛全空间覆盖;煤粉燃烧所需的助燃风全部由总风道进入环形风道,形成等压空间,保证配风均匀;角式二次风道与角式二次风喷口配套使用,向炉膛下部四角区域送入助燃风,既满足煤粉初期燃烧所需氧量、又促使挥发分完全析出以实现NO还原,形成高温低氧还原区;墙式二次风道与墙式二次风喷口配套使用,向炉膛下部壁面区域送入助燃风,与炉膛中心切向旋转气流充分掺混形成驻涡,延长煤粉停留时间、强化焦炭燃烧,同时防止结焦和高温腐蚀,形成低温高氧高效区;角式燃尽风道与角式燃尽风喷口配套使用,向炉膛上部四角区域送入燃尽风,提供煤粉后期燃尽所需氧量保证燃尽效率,同时消除切圆燃烧所形成的旋转余量,形成高温高氧燃尽区;墙式燃尽风道与墙式燃尽风喷口配套使用,向炉膛上部壁面区域送入燃尽风,实现燃尽风网格化覆盖,消除边壁区的C、CO,形成低温高氧高效区。
本实用新型的有益效果在于:通过炉膛外部的环形风箱与炉膛内部的助燃风喷口配套使用,以实现炉膛不同区域的精准配风和全炉膛全空间覆盖。
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,下面描述中的附图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为煤粉锅炉精准配风系统实施例1的正面示意图。图中的箭头表示了风道内流体的流动方向;
图2为煤粉锅炉精准配风系统实施例1的侧面示意图;
图3为煤粉锅炉精准配风系统实施例1的二次风道和二次风喷口布置示意图;
图4为煤粉锅炉精准配风系统实施例1的总风道和环形风道布置示意图;
图5为煤粉锅炉精准配风系统实施例1的燃尽风道和燃尽风喷口布置示意图;
图6为煤粉锅炉精准配风系统实施例2的二次风道和二次风喷口布置示意图;
图7为煤粉锅炉精准配风系统实施例3的总风道和环形风道布置示意图;
图8为煤粉锅炉精准配风系统实施例4的二次风道和二次风喷口布置示意图;
图中,总风道1、环形风道2、角式二次风道3、墙式二次风道4、角式燃尽风道5、墙式燃尽风道6、角式二次风喷口7、墙式二次风喷口8、角式燃尽风喷口9、墙式燃尽风喷口10、一次风喷口11、炉墙水冷壁管12。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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。
实施例1:
一种煤粉锅炉精准配风系统,包括总风道1、环形风道2、角式二次风道3、墙式二次风道4、角式燃尽风道5、墙式燃尽风道6、角式二次风喷口7、墙式二次风喷口8、角式燃尽风喷口9、墙式燃尽风喷口10、一次风喷口11和炉墙水冷壁管12;
所述总风道末端与环形风道连通,所述环形风道的整体外形为圆角正方形,环形风道垂直方向上设置有分支风道,设置在环形风道四条边中点位置的为墙式风道,设置在环形风道四个角位置的为角式风道;
所述墙式风道垂直设置在环形风道下方的为墙式二次风道,所述墙式风道垂直设置在环形风道上方的为墙式燃尽风道;所述角式风道垂直设置在环形风道下方的为角式二次风道,所述角式风道垂直设置在环形风道上方的为角式燃尽风道;
所述墙式二次风道上设置有墙式二次风喷口,墙式燃尽风道上设置有墙式燃尽风喷口;所述角式二次风道上设置有一次风喷口和角式二次风喷口,角式燃尽风道上设置有角式燃尽风喷口;
锅炉内所述角式二次风道顶端和底端之间的区域为主燃烧区,所述角式二次风道顶端到角式燃尽风道底端之间的区域为还原区,所述角式燃尽风道底端到顶端之间的区域为燃尽区。
所述墙式风道设置有四条,所述墙式燃尽风道设置有四条,所述墙式二次风道设置有四条;所述角式风道设置有四条,所述角式燃尽风道设置有四条,所述角式二次风道设置有四条。
每条墙式二次风道上设置墙式二次风喷口数量3个,每条墙式燃尽风道上设置墙式燃尽风喷口数量2个;每条角式二次风道上设置角式二次风喷口数量4个,一次风喷口数量3 个,每条角式燃尽风道设置有角式燃尽风喷口数量2个。
主燃烧器区高度H1为40.0m;还原区高度H2及燃尽区高度H3满足以下条件:H2/H1=3.0 和H3/H1=2.0。
总风道高度H4为20m,环形风道高度H5、二次风道高度H6及燃尽风道高度H7满足以下条件:H5/H4=5.0、H6/H5=5.0和H7/H5=5.0。
所述总风道宽度D1、环形风道宽度D2及环形风道与炉墙间距D3的比例范围满足以下条件:D1=10.0m、D2/D1=1.0和D3/D1=2.0。
二次风道宽度L1和二次风喷口宽度L2的比例范围满足以下条件:L1=5.0m和 L2/L1=1.0;燃尽风道宽度L3和燃尽风喷口宽度L4的比例范围满足以下条件:L3=0.5m和 L4/L3=1。
墙式二次风喷口与炉墙夹角α1、墙式燃尽风喷口与炉墙夹角α2的比例范围满足以下条件:α1=90°和α2=90°。
本实施例提供的一种煤粉锅炉精准配风系统,通过炉膛外部的环形风箱与炉膛内部的助燃风喷口配套使用,以实现炉膛不同区域的精准配风和全炉膛全空间覆盖。该配风系统不仅仅似传统的空气分级燃烧技术那样在炉膛高度方向上形成主燃烧器区、还原区及燃尽区,更进一步地将全炉膛空间分为多个功能小区,即高温低氧还原区、低温高氧高效区、高温高氧燃尽区;将炉内燃烧全过程分为多个功能反应环涡,从而在炉内空间和燃烧化学反应过程中形成高效节能(Efficient)、排放可控(Emission control)、防结渣腐蚀(Erosion resistance)三大功能一体化。
本实施例提供一种煤粉锅炉精准配风系统,通过炉膛外部的环形风箱与炉膛内部的助燃风喷口配套使用,以实现炉膛不同区域的精准配风和全炉膛全空间覆盖;煤粉燃烧所需的助燃风全部由总风道进入环形风道,形成等压空间,保证配风均匀;角式二次风道与角式二次风喷口配套使用,向炉膛下部四角区域送入助燃风,既满足煤粉初期燃烧所需氧量、又促使挥发分完全析出以实现NO还原,形成高温低氧还原区;墙式二次风道与墙式二次风喷口配套使用,向炉膛下部壁面区域送入助燃风,与炉膛中心切向旋转气流充分掺混形成驻涡,延长煤粉停留时间、强化焦炭燃烧,同时防止结焦和高温腐蚀,形成低温高氧高效区;角式燃尽风道与角式燃尽风喷口配套使用,向炉膛上部四角区域送入燃尽风,提供煤粉后期燃尽所需氧量保证燃尽效率,同时消除切圆燃烧所形成的旋转余量,形成高温高氧燃尽区;墙式燃尽风道与墙式燃尽风喷口配套使用,向炉膛上部壁面区域送入燃尽风,实现燃尽风网格化覆盖,消除边壁区的C、CO,形成低温高氧高效区。
本实施例的有益效果在于:通过炉膛外部的环形风箱与炉膛内部的助燃风喷口配套使用,以实现炉膛不同区域的精准配风和全炉膛全空间覆盖。
实施例2:
相对于实施例1进行的技术替换方案,如图1-6所示,墙式二次风道4与墙式二次风喷口8可布置在炉墙中心线的一侧或两侧,即根据实际燃烧配风需要在四面炉墙上分别布置一列或者两列墙式二次风喷口8。
实施例3:
相对于实施例1进行的技术替换方案,如图1-7所示,煤粉燃烧所需的助燃风全部由布置在炉膛两侧的总风道1进入到环形风道2。而环形风道2可以采用非等截面设计:炉膛两侧墙的风道较大而前后墙的风道较小,即两侧墙风道为主风道、前后墙风道为联络风道。
实施例4:
相对于实施例1进行的技术替换方案,如图1-8所示,墙式燃尽风道6与墙式燃尽风喷口10可布置在炉墙中心线的一侧或两侧,即根据实际燃烧配风需要在四面炉墙上分别布置一列或者两列墙式燃尽风喷口10。

Claims (8)

1.一种煤粉锅炉精准配风系统,其特征在于:包括总风道、环形风道、角式二次风道、墙式二次风道、角式燃尽风道、墙式燃尽风道、角式二次风喷口、墙式二次风喷口、角式燃尽风喷口、墙式燃尽风喷口、一次风喷口和炉墙水冷壁管;
所述总风道末端与环形风道连通,所述环形风道的整体外形为圆角正方形,环形风道垂直方向上设置有分支风道,设置在环形风道四条边中点位置的为墙式风道,设置在环形风道四个角位置的为角式风道;
所述墙式风道垂直设置在环形风道下方的为墙式二次风道,所述墙式风道垂直设置在环形风道上方的为墙式燃尽风道;所述角式风道垂直设置在环形风道下方的为角式二次风道,所述角式风道垂直设置在环形风道上方的为角式燃尽风道;
所述墙式二次风道上设置有墙式二次风喷口,墙式燃尽风道上设置有墙式燃尽风喷口;所述角式二次风道上设置有一次风喷口和角式二次风喷口,角式燃尽风道上设置有角式燃尽风喷口;
锅炉内所述角式二次风道顶端和底端之间的区域为主燃烧区,所述角式二次风道顶端到角式燃尽风道底端之间的区域为还原区,所述角式燃尽风道底端到顶端之间的区域为燃尽区。
2.如权利要求1所述的煤粉锅炉精准配风系统,其特征在于:所述墙式风道设置有四条,所述墙式燃尽风道设置有四条,所述墙式二次风道设置有四条;所述角式风道设置有四条,所述角式燃尽风道设置有四条,所述角式二次风道设置有四条。
3.如权利要求2所述的煤粉锅炉精准配风系统,其特征在于:每条墙式二次风道上设置墙式二次风喷口数量≥1个,每条墙式燃尽风道上设置墙式燃尽风喷口数量≥1个;每条角式二次风道上设置角式二次风喷口数量≥2个,一次风喷口数量≥1个,每条角式燃尽风道设置有角式燃尽风喷口数量≥1个。
4.如权利要求1所述的煤粉锅炉精准配风系统,其特征在于:主燃烧器区高度H1为0<H1≤40.0m;还原区高度H2及燃尽区高度H3满足以下条件:0<H2/H1≤3.0和0<H3/H1≤2.0。
5.如权利要求1所述的煤粉锅炉精准配风系统,其特征在于:总风道高度H4为0<H4≤20m,环形风道高度H5、二次风道高度H6及燃尽风道高度H7满足以下条件:0<H5/H4≤5.0、0<H6/H5≤5.0和0<H7/H5≤5.0。
6.如权利要求1所述的煤粉锅炉精准配风系统,其特征在于:所述总风道宽度D1、环形风道宽度D2及环形风道与炉墙间距D3的比例范围满足以下条件:0<D1≤10.0m、0<D2/D1≤1.0和0<D3/D1≤2.0。
7.如权利要求1所述的煤粉锅炉精准配风系统,其特征在于:二次风道宽度L1和二次风喷口宽度L2的比例范围满足以下条件:0<L1≤5.0m和0<L2/L1≤1.0;燃尽风道宽度L3和燃尽风喷口宽度L4的比例范围满足以下条件:0<L3≤0.5m和0<L4/L3≤1。
8.如权利要求1所述的煤粉锅炉精准配风系统,其特征在于:墙式二次风喷口与炉墙夹角α1、墙式燃尽风喷口与炉墙夹角α2的比例范围满足以下条件:0°≤α1≤180°和0°≤α2≤180°。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109578991A (zh) * 2018-11-30 2019-04-05 深圳妈湾电力有限公司 一种煤粉锅炉精准配风系统

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CN109578991A (zh) * 2018-11-30 2019-04-05 深圳妈湾电力有限公司 一种煤粉锅炉精准配风系统

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