CN218510870U - 一种大型煤粉锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种大型煤粉锅炉，包括锅炉炉膛，锅炉炉膛的底部设置至少一个储渣斗，储渣斗底部开设排渣口；锅炉炉膛的侧壁上开设若干配风口，每一个配风口均与第二鼓风机相连通；锅炉炉膛的侧壁上还开设若干煤粉喷口，每一个煤粉喷口均与送煤粉系统的送粉口相连通；锅炉炉膛的侧壁上还开设烟气出口，烟气出口的位置高于最上端的配风口和煤粉喷口的位置；锅炉炉膛的顶部中心设置燃烧机，燃烧机喷出的细长中心火炬贯穿锅炉炉膛，燃烧机通过进粉口与预混系统的送粉口相连通，燃烧机的配风口与第一鼓风机相连通，燃烧机内部还设置点火器。

Description

一种大型煤粉锅炉

技术领域

本实用新型属于燃烧设备技术领域，具体涉及一种大型煤粉锅炉。

背景技术

如图3所示，目前的大型煤粉锅炉包括锅炉炉膛，锅炉炉膛的底部设置储渣斗，锅炉炉膛的侧壁上开设配风口，每一个配风口均与鼓风机相连通，锅炉炉膛的侧壁上还开设若干煤粉喷口，每一个煤粉喷口均与送煤粉系统的送粉口相连通，锅炉炉膛的侧壁上还开设烟气出口，烟气出口的位置高于配风口和煤粉喷口的位置。目前的大型煤粉锅炉，煤粉必须依赖炉内的高温富氧环境来燃烧，如图4所示，传统大型煤粉锅炉在进行四角切圆煤粉燃烧时，其四角垂直排列吹入的多组煤粉和风形成了切圆燃烧的火焰，燃烧区内火焰的温度高于1200℃，高温富氧的环境下产生了大量的燃料型和高温型的NO_X，钙粉在此条件下已经无法脱硫。由于燃烧过程中产生了大量的SO₂和NO_X，必须配套炉膛外的末端烟气治理系统来消除。大量数据证明，可凝结颗粒物 (CPM)主要来自于燃煤烟气末端治理工艺，湿法脱硫和脱硝过量喷氨排放的湿烟气和氨气，产生了大量的二次可凝结颗粒物。目前PM2.5已经是我国大气污染深度治理的首要目标。因此，开发一种脱硫不用水、脱硝不喷氨的大型煤粉锅炉迫在眉睫。

为实现能源转型和双碳目标，火力发电将从主力电源逐步过渡为辅助调峰电源。传统煤粉锅炉的灵活性太差难以承担如此重任，原因是现在的火电锅炉每当波谷时段锅炉负荷低于30％时，因炉内温度偏低就有发生熄火事故的可能，需要投入喷油的大油枪等进行稳燃。负荷调节比太低严重制约了大型煤粉锅炉的灵活性，成为电网大量弃光、弃风的主要原因。迫切需要研发大比例调节负荷的大型煤粉锅炉为风光电新能源深度调峰。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种大型煤粉锅炉。该大型煤粉锅炉包括锅炉炉膛，锅炉炉膛的底部设置至少一个储渣斗，储渣斗底部开设排渣口；锅炉炉膛的侧壁上开设若干配风口，每一个配风口均与第二鼓风机相连通；锅炉炉膛的侧壁上还开设若干煤粉喷口，每一个煤粉喷口均与送煤粉系统的送粉口相连通；锅炉炉膛的侧壁上还开设烟气出口，烟气出口的位置远高于最上端的配风口和煤粉喷口的位置；锅炉炉膛的顶部设置燃烧机，燃烧机向下喷射的中心火炬贯穿所述锅炉炉膛，燃烧机通过进粉口与预混系统的送粉口相连通，燃烧机的配风口与第一鼓风机相连通，燃烧机内部还设置点火器；

锅炉炉膛的侧壁上的若干配风口沿锅炉炉膛的侧壁纵向垂直排列设置，若干配风口至少设置为两列，且每列配风口吹出的风都是同转向偏离锅炉炉膛中心；

锅炉炉膛的侧壁上的若干煤粉喷口沿锅炉炉膛的侧壁纵向垂直排列设置，若干煤粉喷口至少设置为两列，且每列煤粉喷口吹出的煤粉都是同转向偏离锅炉炉膛中心，由此形成炉内四角切圆并螺旋向上的外环火焰；

燃烧机上还设置烟气入口，通过烟气入口向燃烧机中输入外循环的烟气。

本实用新型送煤粉系统包括大煤粉仓，大煤粉仓的出口通过计量给粉器与送煤粉系统小粉罐的进口相连通，送煤粉系统小粉罐的出口与送煤粉系统送粉风机的送粉口相连通，送煤粉系统送粉风机的送粉口还与煤粉喷口相连通。

作为本实用新型进一步地改进，预混系统包括大煤粉仓和盛放脱硫钙粉的石粉仓，大煤粉仓和石粉仓分别与预混系统小粉罐的进口相连通，通过预混系统的送粉风机将小粉罐中的煤粉输送到燃烧机的进粉口处。具体来说，大煤粉仓和石粉仓分别通过计量给粉器与预混系统小粉罐的进口相连通，预混系统小粉罐的出口与预混系统送粉风机的送粉口相连通，预混系统送粉风机的送粉口还与燃烧机的进粉口相连通。

作为本实用新型进一步地改进，配风口与煤粉喷口纵向同列交叉设置，并且，配风口和煤粉喷口与锅炉炉膛侧壁的夹角近似相同。

作为本实用新型进一步地改进，燃烧机的输出功率与锅炉的额定功率比为1：5-1：20。

作为本实用新型进一步地改进，燃烧机产生的中心火炬的温度大于或等于1000℃，炉壁煤粉喷口产生的外环火焰的外侧温度小于或等于850℃。

作为本实用新型进一步地改进，大型煤粉锅炉中以最上方的煤粉喷口为界，以下部分的空气过剩系数整体小于或等于1。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种大型煤粉锅炉具有如下优点：

1、控制大型煤粉锅炉轴心和底部处于高温缺氧的还原氛围，从而还原大部分燃料型的NO_X，同时控制炉壁周边的外环火焰低于850℃即可抑制高温型NO_X的生成，又能使脱硫钙粉在低于850℃的条件下长时间与SO₂发生中和反应实现良好脱硫。

2、通过燃烧机在大型煤粉锅炉内部建立了点燃煤粉的长明火，由此将煤粉锅炉的负荷调节比提高到前所未有的高度，从而实现为风光电新能源的深度调峰。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例公开的一种大型煤粉锅炉的结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例公开的一种大型煤粉锅炉中炉膛内的火焰示意图；

图3为传统大型煤粉锅炉的结构示意图；

图4为传统大型煤粉锅炉中炉膛内的火焰示意图。

图中：

1：大煤粉仓；2：石粉仓；3：小粉罐；4：燃烧机；5：中心火炬；6：第一鼓风机；7：第二鼓风机；8：储渣斗；9：煤粉喷口；10：配风口；11：烟气出口；12：烟气入口；13：排渣口；14：送粉风机；15：外环火焰；16：进粉口。

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的一部分实施例，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的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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，炉膛侧壁的煤粉喷口与配风喷口还可以合二为一，共同喷入的煤粉和风的空气过剩系数小于或等于1。还需要说明的是，燃烧机也可以置于炉膛底部，本文中“上”和“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。并且，在本实用新型的描述中，“连通”一般是指通过管道进行连通。

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细描述：

如图1所示，本实用新型提供一种大型煤粉锅炉。该大型煤粉锅炉包括锅炉炉膛，锅炉炉膛垂直设置，并且锅炉炉膛的横截面可以是正方形、长方形、圆形或者类圆的多边形。锅炉炉膛的底部设置至少一个储渣斗8，储渣斗 8的具体数量及位置根据实际需要进行设置，储渣斗8的底部开设排渣口13，储渣斗8用于收集煤粉燃烧后产生的炉渣，并将炉渣通过排渣口13排出。锅炉炉膛的侧壁上开设若干配风口10，每一个配风口10均与第二鼓风机7相连通，锅炉炉膛的侧壁上的若干配风口10沿锅炉炉膛的侧壁纵向垂直排列设置，若干配风口10至少设置为两列，每列配风口10吹出的风都近似同转向偏离锅炉炉膛中心，由此形成炉内四角切圆的助燃风，这种设置方式有利于空气与相间喷出的煤粉充分混合，从而提高脱硫和低氮燃烧效果。并且，通过侧壁上方设置更多的配风口，从而提供煤粉的燃尽风，并均衡锅炉炉膛上下两端的温差。锅炉炉膛的侧壁上还开设若干煤粉喷口9，每一个煤粉喷口9均与送煤粉系统的送粉口相连通，锅炉炉膛侧壁上的若干煤粉喷口9沿锅炉炉膛的侧壁纵向垂直排列设置，若干煤粉喷口9至少设置为两列，煤粉喷口9与配风口10不仅可以合二为一设置在同一个位置，还可以将煤粉喷口9与配风口10纵向同列依次交叉设置，还可以将若干煤粉喷口9与不同数量的配风口 10纵向同列交叉设置，保证共同喷入的煤粉和风的空气过剩系数小于或等于 1。若干煤粉喷口9喷出的一次风和煤粉，与配风口10同转向偏离炉膛中心，由此形成炉膛内四角切圆螺旋向上的煤粉火焰。

送煤粉系统包括大煤粉仓1，大煤粉仓1的出口通过计量给粉器与送煤粉系统小粉罐3的进口相连通，送煤粉系统小粉罐3的出口与送煤粉系统送粉风机14的送粉口相连通，送煤粉系统送粉风机14的送粉口还与煤粉喷口9 相连通。每一列煤粉喷口9可以单独与一套送煤粉系统相连通，也可以多列煤粉喷口9共同使用一套送煤粉系统。如图2所示，配风口10与锅炉炉膛侧壁的夹角为0-90°，煤粉喷口9与锅炉炉膛侧壁的夹角为0-90°，这些夹角的设置可以通过现场的需要进行调试。锅炉炉膛的侧壁上还开设至少1个烟气出口11，烟气出口11能够将锅炉炉膛内的烟气顺畅排出。烟气出口11的位置远高于最上端的配风口10和煤粉喷口9的位置，能够为煤粉的燃尽提供足够的空间。锅炉炉膛的顶部中心或者近似中心处设置燃烧机4，燃烧机4喷出的细长中心火炬贯穿锅炉炉膛，燃烧机4通过进粉口16与预混系统的送粉口相连通，燃烧机4的配风口与第一鼓风机6相连通，燃烧机4内部还设置点火器，点火器用于冷态启动燃烧机时的自动点火。燃烧机4上还设置烟气入口12，通过烟气入口12向燃烧机4中输送燃烧后的烟气，以便更好地实现低氮燃烧。燃烧机4的输出功率与锅炉的额定功率比为1：5-1：20。如图2所示，燃烧机4产生的中心火炬5的温度大于或等于1000℃，煤粉喷口产生的外环火焰的外侧温度低于或等于850℃，并且通过煤粉喷口9和配风口10的设置能够在锅炉炉膛中产生切向燃烧的外环火焰15，通过微调配风口的角度使外环火焰15内侧处于高温缺氧的还原氛围，并使外环火焰15的外侧温度低于或等于850℃。预混系统包括大煤粉仓1和石粉仓2，大煤粉仓1和石粉仓2 分别通过计量给粉器与预混系统小粉罐3的进口相连通，预混系统小粉罐3 的出口与预混系统送粉风机14的送粉口相连通，预混系统送粉风机14的送粉口还与燃烧机的进粉口16相连通，石粉仓中盛放脱硫的石灰石粉。

大型煤粉锅炉的工作原理：

首先，大型煤粉锅炉的基本观点包括：1、脱硫钙粉可以在850℃左右的条件下良好脱硫；2、高温缺氧的条件下可以还原燃料型的NO_X；3、低于850℃的燃烧温度可以抑制高温型NO_X的生成；4、在炉膛的轴心建立稳定的高温区，就可消除低负荷熄火的后顾之忧。

满足上述前3个条件，就能实现燃烧阶段的高效脱硫与脱硝。为此需要控制锅炉轴心和煤粉喷口10下方处于高温缺氧的还原氛围，从而还原大部分燃料型的NO_X。同时控制炉壁周边的外环火焰低于850℃即可抑制高温型NO_X的生成，又能使脱硫钙镁粉在低于850℃的条件下长时间与SO₂发生中和反应实现良好脱硫。

满足上述第4个条件就相当于在锅炉内部建立了点燃煤粉的长明火，由此将煤粉锅炉的负荷调节比提高到前所未有的高度，从而实现为风光电新能源的深度调峰。

其次，如图1所示，本实用新型在传统大型煤粉锅炉的基础上，增加了顶置的煤粉气化燃烧机4和预混系统。煤粉气化燃烧机4将煤粉转变成CO气态火焰，其输出功率可选择在锅炉额定功率的1/5～1/20之间。由于煤粉气化燃烧机4喷入炉膛的是高温气态火焰，因此利用冷煤粉和冷风就能完成锅炉的冷态点火和烘炉。有了炉膛中心的长明火，低谷时段即便是将四角切圆的煤粉燃烧器全部退出，也能避免锅炉熄火的事故发生，正常运行中也可以根据负荷的需要，逐层启停四角切圆的煤粉和配风。

如图2所示，本实用新型四角切圆的直径远大于传统四角切圆的火焰直径，这样既为中心火炬5留出了向下喷射的空间，又可将火焰分割成高温欠氧的中心火炬5和中温富氧的外环火焰15。内环≥1000℃高温缺氧的燃烧环境，可将煤粉燃烧初期生成的燃料型NO_X大量还原，外环≤850℃中温富氧的氧化氛围，能够抑制高温型NO_X的生成。通过调节炉膛四壁不同高度吹入的切向风量，可以控制相邻层煤粉的缺氧燃烧环境，同时还可兼顾炉膛整体温度的均衡。就炉膛四周的配风量而言，以最上方的煤粉喷口9为界，以下部分的空气过剩系数整体≤1，以上部分的多级配风则能将烟气中的含氧量控制在2％以上并有较大的调节范围。这样通过火焰分割和风煤比的精细控制，实现低氮燃烧和炉膛整体的温度均衡，从而为煤粉的低氮燃烧和钙粉的高效脱硫提供良好的温场环境。与煤粉预先充分混合一同喷入炉内的脱硫石粉，经中心火炬的高温热解后快速进入中温区，在低于850℃的环境下氧化钙或氧化镁粉与烟气中的SO₂发生中和反应，实现了高效脱硫。

本实用新型提供的一种大型煤粉锅炉具有如下优点：

1、火焰分割的效果可以控制大型煤粉锅炉轴心和中部以下处于高温缺氧的还原氛围，从而还原大部分燃料型的NO_X，同时控制炉壁周边的外环火焰温度低于850℃即可抑制高温型NO_X的生成，又能使脱硫钙粉在低于850℃的条件下长时间与SO₂发生中和反应实现良好脱硫。

2、通过燃烧机在大型煤粉锅炉内部建立了点燃煤粉的长明火，由此将煤粉锅炉的负荷调节比大于8：1，甚至还能够将负荷调节比提高到前所未有的高度，从而实现为风光电新能源的深度调峰。

本实用新型中各部分的温度也会随着煤种和负荷的不同而变化，因此运行参数可以涵盖很大范围。在不脱离本实用新型清洁燃烧理念的情况下可以有各种更改和变化，并将其扩展应用到生物质、垃圾发电领域。凡在本实用新型的清洁燃烧理念和工作原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围内。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种大型煤粉锅炉，包括锅炉炉膛，所述锅炉炉膛的底部设置至少一个储渣斗，所述锅炉炉膛的侧壁上开设若干配风口，每一个所述配风口均与第二鼓风机相连通，所述锅炉炉膛的侧壁上还开设若干煤粉喷口，每一个所述煤粉喷口均与送煤粉系统的送粉口相连通，所述锅炉炉膛的侧壁上还开设烟气出口，所述烟气出口的位置高于最上端的所述配风口和煤粉喷口的位置，

所述大型煤粉锅炉其特征在于，所述锅炉炉膛的顶部设置燃烧机，所述燃烧机向下喷射的中心火炬贯穿所述锅炉炉膛，所述燃烧机通过进粉口与预混系统的送粉口相连通，所述燃烧机的配风口与第一鼓风机相连通，所述燃烧机内部还设置点火器；

所述锅炉炉膛的侧壁上的若干配风口沿所述锅炉炉膛的侧壁纵向垂直排列设置，所述若干配风口至少设置为两列，且每列所述配风口吹出的风都是同转向偏离所述锅炉炉膛中心；

所述锅炉炉膛的侧壁上的若干煤粉喷口沿所述锅炉炉膛的侧壁纵向排列垂直设置，所述若干煤粉喷口至少设置为两列，且每列所述煤粉喷口吹出的煤粉都是同转向偏离所述锅炉炉膛中心，由此形成炉内四角切圆并螺旋向上的外环火焰；

所述燃烧机上还设置烟气入口，通过所述烟气入口向所述燃烧机中输入外循环的烟气。

2.根据权利要求1所述的大型煤粉锅炉，其特征在于，所述送煤粉系统包括大煤粉仓，所述大煤粉仓与所述送煤粉系统小粉罐相连通，通过所述送煤粉系统的送粉风机将所述小粉罐中的煤粉输送到所述煤粉喷口处。

3.根据权利要求1所述的大型煤粉锅炉，其特征在于，所述预混系统包括大煤粉仓和石粉仓，所述大煤粉仓和石粉仓分别与所述预混系统小粉罐的进口相连通，通过所述预混系统的送粉风机将所述小粉罐中的煤粉输送到所述燃烧机的进粉口处：

所述石粉仓中盛放脱硫钙粉。

4.根据权利要求1所述的大型煤粉锅炉，其特征在于，所述配风口与所述煤粉喷口纵向同列交叉设置，并且，配风口和煤粉喷口与锅炉炉膛侧壁的夹角近似相同。

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