膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法及其裝置製造方法

2023-05-26 02:26:56

膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法及其裝置製造方法
【專利摘要】一種膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法及其裝置，該方法在鍋爐水冷壁側牆上與爐膛主燃燒區相對應的區域內均勻布置多個風帽式噴嘴，在鍋爐水冷壁側牆外壁上設置為所有風帽式噴嘴提供風源的側牆風箱，從鍋爐主風道中引出一部分二次風進入到側牆風箱中，並通過若干個風帽式噴嘴緊貼鍋爐水冷壁側牆內壁平行噴出，在鍋爐水冷壁側牆內壁形成貼壁風保護膜，從而避免鍋爐高溫腐蝕和結焦。其裝置主要包括設置在鍋爐水冷壁側牆上的風帽式噴嘴，其伸入爐內一端沿周向均勻設計若干個噴射口。本設計結構簡單、工藝經濟，並且效果顯著的減少了因煤粉貼壁燃燒，導致水冷壁大面積高溫腐蝕和結焦的現象發生，有效的保證了鍋爐水冷壁側牆的安全，降低了檢修成本。
【專利說明】膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法及其裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及鍋爐燃燒【技術領域】，具體地指一種膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法及其裝置。
【背景技術】
[0002]在燃煤鍋爐的運行過程中，避免水冷壁的高溫腐蝕是電廠鍋爐安全經濟穩定運行的前提。在前後牆對衝燃燒的鍋爐中，由於大量煤粉顆粒對衝進入爐膛燃燒，容易在爐膛的兩側牆附近出現大量的煤粉貼壁燃燒，致使鍋爐兩側牆水冷壁壁面附近形成嚴重的還原性氣氛，從而導致鍋爐水冷壁大面積高溫腐蝕和結焦。特別是隨著火電廠環保要求的日益嚴格，煤粉低氮欠氧燃燒逐漸成為了電廠鍋爐燃燒的主要手段，這種現象更是日趨嚴重，此種情況的發生對鍋爐的安全穩定運行帶來了極大的隱患，同時也造成每年維修費用的大幅增加。
[0003]目前，針對上述情況，減小鍋爐兩側牆水冷壁高溫腐蝕的技術方式主要有以下三種:
[0004]其一，設置邊界風。方式是從二次風中抽取5%左右的風量作為邊界風，從爐膛的底部兩側牆逐漸向上爬升。但這種形式的邊界風在底部爬升的過程中已逐漸耗散殆盡，爬升到需要保護的主燃燒區域及以上時已寥寥無幾，這樣無法在水冷壁壁面上實現氧化性保護氣氛。
[0005]其二，在鍋爐前後牆燃燒區域布置多個側下燃盡風噴嘴。這種方式為達到噴嘴射流的穿透性，通常佔用的總風量在10%以上，極大地影響了燃燒用風量，容易導致鍋爐飛灰含碳量升高，鍋爐燃燒效率下降。同時該種方式不能實現水冷壁壁面的均勻保護，影響了低氮效果。
[0006]其三，水冷壁開孔漏風。在水冷壁兩側牆上直接開孔，利用爐膛負壓將爐外冷空氣從水冷壁開孔中直接吸入爐膛。但該方式經過多年的實際應用，發現這種漏風均是直接垂直水冷壁進入爐膛，根本無法在水冷壁壁面形成風膜。同時，漏風的風量也無法控制，導致鍋爐燃燒效率下降，影響鍋爐運行的經濟性。
[0007]近20年來，在前後牆對衝的爐型中，各種防止側牆水冷壁高溫腐蝕措施都無一成功。特別是近年來含有大量的鈉鉀鹼金屬的準東煤被大量利用，鍋爐燃燒更容易導致嚴重的水冷壁高溫腐蝕和結焦的發生。因此，需要一種在不影響鍋爐燃燒效率的情況下，避免側牆水冷壁的高溫腐蝕和結焦的解決辦法。

【發明內容】

[0008]本發明的目的就是要根除現有燃煤鍋爐在運行過程中煤粉貼壁燃燒導致的缺陷，提供一種膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法及其裝置。
[0009]為實現上述目的，本發明所設計的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法，其特殊之處在於，它包括以下步驟:[0010]I)在鍋爐水冷壁側牆上與爐膛主燃燒區相對應的區域內均勻布置若干個風帽式噴嘴，每個風帽式噴嘴伸入到鍋爐水冷壁側牆內壁的一端沿周向均勻設計若干個射流方向與鍋爐水冷壁側牆內壁平行的噴射口；
[0011]2)在鍋爐水冷壁側牆外壁上設置能罩住所有風帽式噴嘴並為其提供風源的側牆風箱，側牆風箱的進氣口通過連接風道與鍋爐主風道相連；
[0012]3 )開啟連接風道上的調節風門，從鍋爐主風道中弓丨出一部分二次風進入到側牆風箱中，並通過若干個風帽式噴嘴緊貼鍋爐水冷壁側牆內壁平行噴出，使其在鍋爐水冷壁側牆內壁形成向四周均勻流動擴散的貼壁風保護膜，從而保證主燃燒區附近的鍋爐水冷壁側牆內壁表面處於氧化性氣氛中，避免鍋爐高溫腐蝕和結焦。
[0013]優選地，所述步驟I)中，鍋爐水冷壁側牆上的風帽式噴嘴呈矩陣分布狀態，相鄰風帽式噴嘴之間的距離為200?600mm，最佳水平方向相鄰風帽式噴嘴之間的距離為380?420mm，豎直方向相鄰風帽式噴嘴之間的距離為330?370mm。這樣，可以使貼壁風均勻地分布在水冷壁側牆表面。
[0014]優選地，所述步驟3)中，側牆風箱內的風速控制在0.5?2.0m/s之間，最佳為
0.5?1.0m/s,以保證側牆風箱內的所有風帽式噴嘴射流流速均勻；風帽式噴嘴出口處的射流控制在5?20m/s之間,最佳為6?10m/s,以保證每個風帽式噴嘴出口處的射流緊靠水冷壁表面穩定流動。
[0015]優選地，所述步驟3)中，風帽式噴嘴噴出的貼壁風總量佔進入鍋爐爐膛總風量的
0.5?4%，最佳為0.5?1%。這樣，可以在不影響鍋爐燃燒的情況下，使貼壁風在水冷壁側牆表面形成保護風膜，實現水冷壁表面附近的氧化性氣氛。
[0016]為實現上述方法而設計的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦裝置，包括由交錯布置的水冷壁管和管間鰭片連接而成的鍋爐水冷壁側牆，其特殊之處在於:所述鍋爐水冷壁側牆上與爐膛主燃燒區相對應的區域內均勻分布有安裝通孔，所述安裝通孔開設在該區域內的管間鰭片上；所述安裝通孔上一一對應設置有風帽式噴嘴，所述風帽式噴嘴伸入到鍋爐水冷壁側牆內壁的一端頂部呈封蓋結構，且該端沿周向均勻分布有若干個射流方向與鍋爐水冷壁側牆內壁平行的噴射口 ；所述鍋爐水冷壁側牆外壁上設置有罩住所有風帽式噴嘴並為其提供風源的側牆風箱，所述側牆風箱的進氣口通過連接風道與鍋爐主風道相連，所述連接風道上設置有調節風門。
[0017]優選地，所述風帽式噴嘴的噴射口呈軸向條縫結構，其射流方向與噴口外圓切線之間的夾角為30?45°，其軸向長度為風帽式噴嘴總長度的2/5?3/5，其噴口面積佔風帽式噴嘴在對應軸向長度段外圓柱面積的50?70%。這樣，可以使所噴出的空氣緊貼鍋爐水冷壁側牆流動，形成穩定的旋流。
[0018]優選地，所述風帽式噴嘴的噴射口沿周向均勻分布有6?8個。這樣，可以使貼壁風從各個方向均勻分布，形成穩定可靠的保護性風膜。
[0019]優選地，所述安裝通孔及設置在其上的風帽式噴嘴呈矩陣分布狀態，相鄰風帽式噴嘴之間的距離為200?600mm，最佳為水平方向相鄰風帽式噴嘴之間的距離380?420mm，豎直方向相鄰風帽式噴嘴之間的距離330?370mm。這樣，可以使貼壁風更加均勻地分布在水冷壁側牆表面。
[0020]優選地，所述連接風道上設置有膨脹節。這樣，可以補償或修正側牆風箱的進氣口與鍋爐主風道的位移偏差。
[0021]優選地，所述側牆風箱上設置有檢修人孔。這樣，可以便於維修人員進入側牆風箱檢修。
[0022]本發明的優點在於:所設計的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法直接從鍋爐主風道引出一小部分二次風作為貼壁風風源，由風帽式噴嘴沿周向均布的噴射口噴出，均勻地緊靠鍋爐水冷壁側牆流動，從而在鍋爐水冷壁側牆表面形成保護性風膜，避免了煤粉在鍋爐水冷壁側牆附近缺氧燃燒形成的高溫和還原性氣氛，杜絕了鍋爐側牆水冷壁的高溫腐蝕和結焦隱患，有效地延長了鍋爐水冷壁側牆的使用壽命，降低了維護和檢修成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為一種膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦裝置的結構示意圖。
[0024]圖2為圖1中風帽式噴嘴在鍋爐水冷壁側牆上的安裝示意圖。
[0025]圖3為圖2中的局部放大結構示意圖。
[0026]圖4為圖3的A-A剖面結構示意圖。
[0027]圖中各部分標號如下:鍋爐水冷壁側牆I (其中:水冷壁管la，管間鰭片lb，安裝通孔Ic);風帽式噴嘴2 (其中:封蓋結構2a，噴射口 2b);側牆風箱3 (其中:檢修人孔3a);連接風道4 ;鍋爐主風道5 ;調節風門6 ;膨脹節7。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0029]如圖1?4所示的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦裝置，包括由交錯布置的水冷壁管Ia和管間鰭片Ib連接而成的鍋爐水冷壁側牆1，鍋爐水冷壁側牆I上與爐膛主燃燒區相對應的區域內均勻分布有安裝通孔lc，安裝通孔Ic開設在該區域內的管間鰭片Ib上。安裝通孔Ic上一一對應焊接有風帽式噴嘴2，其採用耐熱鋼材料，抗氧化溫度約為1200°C。風帽式噴嘴2外形上呈圓筒狀，其伸入到鍋爐水冷壁側牆I內壁的一端頂部呈封蓋結構2a，且該端沿周向均勻分布有8個射流方向與鍋爐水冷壁側牆I內壁平行的噴射口 2b。噴射口2b呈軸向條縫結構，其射流方向與噴口外圓切線之間的夾角為30?45°，其軸向長度設計為風帽式噴嘴2總長度的2/5?3/5，其噴口面積佔風帽式噴嘴2在對應軸向長度段外圓柱面積的50?70%，本實施例中，噴射口 2b軸向長度為風帽式噴嘴2總長度的3/5，噴口面積佔外圓柱面積的60%。在鍋爐水冷壁側牆I外壁上設置有罩住所有風帽式噴嘴2並為其提供風源的側牆風箱3，側牆風箱3的進氣口通過連接風道4與鍋爐主風道5相連，側牆風箱3下部設置有便於日常維護及檢修的檢修人孔3a。連接風道4上設置有調節風門6，可根據鍋爐內的燃燒情況調整進風量。為了修正側牆風箱的進氣口與鍋爐主風道的位移偏差，連接風道4上設有膨脹節7。
[0030]優化設計時，風帽式噴嘴2呈矩陣分布狀態，相鄰風帽式噴嘴2之間的距離為200?600mm,作為最佳方案,水平方向相鄰風帽式噴嘴2之間的距離為380?420mm,豎直方向相鄰風帽式噴嘴2之間的距離為330?370mm，本實施例中，鍋爐水冷壁側牆I對應於主燃燒區以水平方向400mm、豎直方向350mm為間隔設置有924個風帽式噴嘴2。
[0031]在膜式水冷壁鍋爐的運行過程中，開啟連接風道4上的調節風門6，從鍋爐主風道5中引出一部分二次風進入到側牆風箱3中，這些二次風會通過每個風帽式噴嘴2緊貼鍋爐水冷壁側牆I內壁平行噴出。一方面控制側牆風箱3內的風速在0.5?2.0m/s之間，最好是在1.0m/s以下；另一方面控制風帽式噴嘴2出口處的射流在5?20m/s之間，最好是在6?lOm/s之間，本實施例中測得風帽式噴嘴2出口處射流速度為9.86m/s。同時，控制風帽式噴嘴2噴出的貼壁風總量佔進入鍋爐爐膛總風量的0.5?4%，最好是在1%以下。即可在鍋爐水冷壁側牆I內壁形成向四周均勻流動擴散的貼壁風保護膜，從而保證主燃燒區附近的鍋爐水冷壁側牆I內壁表面處於氧化性氣氛中，避免鍋爐高溫腐蝕和結焦。
[0032]對本發明進行現場鍋爐改裝試驗，運行結果表明:在660MW機組煤粉燃燒鍋爐中，採用此種方法和裝置，很好地解決了過去在運行期間鍋爐兩側牆區域的水冷壁壁面發生高溫腐蝕和受煤粉氣流衝刷等問題，有效的保障了鍋爐水冷壁側牆的安全。
【權利要求】
1.一種膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法，其特徵在於:包括以下步驟: I)在鍋爐水冷壁側牆(I)上與爐膛主燃燒區相對應的區域內均勻布置若干個風帽式噴嘴(2)，每個風帽式噴嘴(2)伸入到鍋爐水冷壁側牆(I)內壁的一端沿周向均勻設計若干個射流方向與鍋爐水冷壁側牆(I)內壁平行的噴射口(2b)； 2)在鍋爐水冷壁側牆(I)外壁上設置能罩住所有風帽式噴嘴(2 )並為其提供風源的側牆風箱(3)，側牆風箱(3)的進氣口通過連接風道(4)與鍋爐主風道(5)相連； 3)開啟連接風道(4 )上的調節風門(6 )，從鍋爐主風道(5 )中引出一部分二次風進入到側牆風箱(3)中，並通過若干個風帽式噴嘴(2)緊貼鍋爐水冷壁側牆(I)內壁平行噴出，使其在鍋爐水冷壁側牆(I)內壁形成向四周均勻流動擴散的貼壁風保護膜，從而保證主燃燒區附近的鍋爐水冷壁側牆(I)內壁表面處於氧化性氣氛中，避免鍋爐高溫腐蝕和結焦。
2.根據權利要求1所述的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法，其特徵在於:所述鍋爐水冷壁側牆(I)上的風帽式噴嘴(2)呈矩陣分布狀態，相鄰風帽式噴嘴(2)之間的距離為200 ?600mmo
3.根據權利要求 1所述的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法，其特徵在於:所述鍋爐水冷壁側牆(I)上的風帽式噴嘴(2)呈矩陣分布狀態，水平方向相鄰風帽式噴嘴(2)之間的距離為380?420mm，豎直方向相鄰風帽式噴嘴(2)之間的距離為330?370mm。
4.根據權利要求1或2或3所述的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法，其特徵在於:所述側牆風箱(3)內的風速控制在0.5?2.0m/s之間，所述風帽式噴嘴(2)出口處的射流控制在5?20m/s之間。
5.根據權利要求4所述的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法，其特徵在於:所述側牆風箱(3)內的風速控制在0.5?1.0m/s之間，所述風帽式噴嘴(2)出口處的射流控制在6?IOm/s之間。
6.根據權利要求1或2或3所述的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法，其特徵在於:所述風帽式噴嘴(2)噴出的貼壁風總量佔進入鍋爐爐膛總風量的0.5?4%。
7.根據權利要求6所述的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦方法，其特徵在於:所述風帽式噴嘴(2)噴出的貼壁風總量佔進入鍋爐爐膛總風量的0.5?1%。
8.一種為實現權利要求1所述方法而設計的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦裝置，包括由交錯布置的水冷壁管(Ia)和管間鰭片(Ib)連接而成的鍋爐水冷壁側牆(1)，其特徵在於:所述鍋爐水冷壁側牆(I)上與爐膛主燃燒區相對應的區域內均勻分布有安裝通孔(lc)，所述安裝通孔(Ic)開設在該區域內的管間鰭片(Ib)上；所述安裝通孔(Ic)上一一對應設置有風帽式噴嘴(2)，所述風帽式噴嘴(2)伸入到鍋爐水冷壁側牆(I)內壁的一端頂部呈封蓋結構(2a)，且該端沿周向均勻分布有若干個射流方向與鍋爐水冷壁側牆(I)內壁平行的噴射口(2b);所述鍋爐水冷壁側牆(I)外壁上設置有罩住所有風帽式噴嘴(2)並為其提供風源的側牆風箱(3)，所述側牆風箱(3)的進氣口通過連接風道(4)與鍋爐主風道(5)相連，所述連接風道(4 )上設置有調節風門(6 )。
9.根據權利要求8所述的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦裝置，其特徵在於:所述風帽式噴嘴(2)的噴射口( 2b)呈軸向條縫結構，其射流方向與噴口外圓切線之間的夾角為30?45°，其軸向長度為風帽式噴嘴(2)總長度的2/5?3/5，其噴口面積佔風帽式噴嘴(2)在對應軸向長度段外圓柱面積的50?70%。
10.根據權利要求8或9所述的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦裝置，其特徵在於:所述風帽式噴嘴(2)的噴射口(2b)沿周向均勻分布有6?8個。
11.根據權利要求8或9所述的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦裝置，其特徵在於:所述安裝通孔(Ic)及設置在其上的風帽式噴嘴(2)呈矩陣分布狀態，相鄰風帽式噴嘴(2)之間的距離為200?600mm。
12.根據權利要求8或9所述的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦裝置，其特徵在於:所述安裝通孔(Ic)及設置在其上的風帽式噴嘴(2)呈矩陣分布狀態，水平方向相鄰風帽式噴嘴(2)之間的距離為380?420mm，豎直方向相鄰風帽式噴嘴(2)之間的距離為330?370mmo
13.根據權利要求8或9所述的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦裝置，其特徵在於:所述連接風道(4)上設置有膨脹節(7)。
14.根據權利要求8或9所述的膜式水冷壁鍋爐防高溫腐蝕結焦裝置，其特徵在於:所述側牆風箱(3)上設 置有檢修人孔(3a)。
【文檔編號】F23M5/08GK103438438SQ201310375338
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月26日 優先權日:2013年8月26日
【發明者】張澤, 梅晟東, 曹明俠 申請人:中節環立為（武漢）能源技術有限公司