切圓煤粉燃燒鍋爐中煤粉射流的中下遊的燃燒組織方法與流程

2023-05-24 13:01:51

本發明的切圓煤粉燃燒鍋爐中煤粉射流的中下遊的燃燒組織方法，涉及鍋爐煤粉燃燒技術領域；特別涉及具有低NOx生成排放要求、或高效燃燒節能要求、或防止鍋爐結焦和防止水冷壁高溫腐蝕要求的鍋爐煤粉燃燒發電領域；具體涉及採用煤粉射流及熱空氣射流形成爐內切圓燃燒流場組織的鍋爐煤粉燃燒技術領域。

背景技術：

在切圓煤粉鍋爐燃燒技術領域和以此為基礎的鍋爐煤粉燃燒發電的工程應用中，攜帶煤粉的風粉混合物通過一次風煤粉燃燒器出口射流和燃燒所需的熱空氣通過二次風噴嘴出口射流，構成在爐內水平截面穩定的旋轉燃燒組織方式，是國內外所有煤粉燃燒鍋爐的最主要燃燒組織方式之一。在我國採用切圓煤粉燃燒組織的鍋爐佔有燃煤火力發電機組鍋爐的50％以上容量，特別在600MW及以下容量的火力發電機組的鍋爐中，更是佔有高達80％以上的煤粉鍋爐採用切圓燃燒的組織方式。

煤粉鍋爐的切圓燃燒組織，主要由直流一次風煤粉射流和直流二次風射流構成，主要分成兩種形式，一是絕大部分切圓燃燒鍋爐採用的水平截面「四角切圓」的射流燃燒組織方式，二是某些切圓燃燒鍋爐採用的水平截面「四牆切圓」的射流燃燒組織方式。

所謂的「四角切圓」煤粉燃燒鍋爐的射流組織方式，是將攜帶煤粉的一次風煤粉燃燒器、提供燃燒所需空氣的二次風噴嘴，以及在熱風送粉系統中的三次風燃燒器布置在爐膛的四個角部位置，每個角部位置的多個一次風燃燒器、多個二次風噴嘴以及或有的三次風燃燒器沿爐膛高度方向上相鄰布置，分別構成爐膛各角部的燃燒器組合裝置。由四個角部的燃燒器組合裝置包圍的爐膛空間稱為爐膛主燃燒區域。四個角部的同層一次風燃燒器以及同層二次風噴嘴的出口射流中心線分別與位於爐膛水平截面中心的假想圓同向相切，構成了爐膛水平截面的順時針或者逆時針旋轉的爐內流場組織。為了保證煤粉的穩定著火燃燒，爐膛主燃燒區域的水平截面必須形成穩定的順時針或者逆時針旋轉流場，以實現切圓煤粉燃燒鍋爐的爐內水平截面「鄰角點燃、四角相互支撐」的燃燒組織要求。

而所謂的「四牆切圓」煤粉燃燒鍋爐的射流組織方式，就是將「四角切圓」鍋爐布置在爐膛四個角部位置的由一次風煤粉燃燒器、二次風噴嘴以及或有的三次風燃燒器構成燃燒器組合裝置由角部位置移到爐膛的四面牆的某個位置，其餘的布置方式以及燃燒流場組織都與「四角切圓」煤粉燃燒鍋爐的射流組織方式相同。對於相同爐膛的水平截面尺寸，由於四牆布置的同層相鄰的兩組燃燒器噴嘴出口位置之間距離比四角布置的更近，有利於煤粉切圓燃燒的「鄰角點燃」燃燒支撐，在600MW的煤粉切圓燃燒鍋爐中也有少量應用。

在切圓煤粉燃燒鍋爐的燃燒技術領域，至今已經過了80多年的研究發展和大量工程應用，鍋爐燃煤發電也一直佔有我國發電量的60％以上，至今仍然是我國最主要的能源利用形式。特別是從上世紀80年代末至今，為滿足節能和環保的要求，國內外對鍋爐切圓煤粉燃燒的理論研究、工程研發和工程應用都有了極大的發展。

在切圓煤粉燃燒鍋爐的一次風煤粉燃燒器技術領域，從最初的鈍體回流燃燒器、船型燃燒器、垂直濃淡分離燃燒器到水平濃淡分離燃燒器等等各種煤粉燃燒器的開發和應用，在實現煤粉的安全穩定著火方面取得了很好的效果，並且通過一次風煤粉濃淡分離實現分級燃燒在降低NOx生成方面也取得了一定的效果。

在鍋爐煤粉燃燒系統的燃燒組織技術領域，為實現更低的NOx排放，開發了帶有「分離型燃盡風(簡稱SOFA)」的爐膛燃燒系統組織方法和各種SOFA燃燒設備。該組織方法是沿爐膛高度方向將佔有鍋爐總進風量一部分的熱空氣移到遠離煤粉燃燒器的爐膛上部，通過布置在爐膛上部的燃盡風噴嘴進入爐膛，實現爐膛高度方向上煤粉燃燒的整體後期組織。這樣沿爐膛高度方向，可以將爐膛燃燒分成三個區域，在爐膛下部由一次風煤粉燃燒器和二次風噴嘴以及或有的三次風乏氣燃燒器的燃燒器組合裝置包圍構成的爐膛主燃燒區域，該區域進入爐膛的熱空氣僅佔煤粉燃燒所需理論空氣量的85％左右；在爐膛上部是由通過分離型燃盡風SOFA噴嘴的熱空氣射流組織構成了爐膛燃盡區域，該區域進入的熱空氣佔煤粉燃燒所需理論空氣量的35％左右；在爐膛主燃燒區域與燃盡區域之間的爐膛中部稱為爐膛還原區域，用來實現在主燃燒區域煤粉缺氧燃燒之後的NOx還原反應的時間需求。利用帶有「分離型燃盡風」的爐膛燃燒系統組織方法，可以在爐膛出口較好地實現將40％～70％的NO還原成N2，從而實現煤粉鍋爐燃燒的低NOx排放需求。

在切圓煤粉燃燒鍋爐爐膛水平截面的燃燒射流組織技術中，為了滿足低NOx生成要求和穩定著火需求，從上世紀90年代中期，在一次風垂直濃淡分離的煤粉燃燒器基礎上開發了水平濃淡分離的煤粉燃燒器，在爐膛的水平截面上，一次風煤粉射流分成濃淡兩股射流，其濃側煤粉射流布置並指向上遊熱煙氣來流側(簡稱向火側)先著火燃燒，淡側煤粉射流在背火側。該技術在一定程度上也實現了煤粉出口的分級燃燒的效果，不僅降低了燃燒器出口位置煤粉燃燒的NOx生成，對煤粉著火穩定更有較好效果。在爐膛水平截面的一次風和二次風射流的切圓組織方面，也開發了各種一、二次風射流指向不同切圓大小的射流組織形式，期望實現分級燃燒降低NOx生成並獲得爐內水平截面的「風包粉」流場組織。

隨著對於燃煤發電鍋爐汙染物排放的環保要求日益嚴格，自從2007年開始至今，國內絕大部分燃煤發電機組的切圓煤粉燃燒鍋爐都採用了帶有」分離型燃盡風SOFA」的低氮燃燒技術和各種低氮燃燒設備，以滿足環保要求和儘可能地實現安全高效的運行要求。通過近10年來的工程應用，發現鍋爐燃燒在實現降低NOx排放的基礎上都不同程度地出現了以下問題：

1、在爐膛主燃燒區域及還原區，燃燒器射流向火側的爐膛水冷壁出現不同嚴重程度的水冷壁高溫腐蝕發生；

2、在爐膛主燃燒區域和還原區，燃燒器射流向火側的爐膛水冷壁出現不同程度的結渣或結焦，特別在燃用低揮發分的貧瘦煤，或者灰熔點較低的煤質時，經常性出現爐膛嚴重結焦從而影響鍋爐的安全穩定運行；

3、爐膛出口的飛灰含碳量和爐膛底部出口的大渣含碳量在燃用低揮發份燃煤時都有不同程度上升，導致鍋爐煤粉燃燒效率不同程度有所下降；

4、鍋爐燃用低灰熔點、或低揮發份燃煤的適應能力下降，影響鍋爐的燃煤採購成本上升。

上述問題在煤粉切圓燃燒鍋爐中更是廣泛發生，主要有以下兩個方面的原因。

首先，在帶有「分離型燃盡風」低氮燃燒系統的爐膛主燃燒區域和還原區，由於煤粉燃燒所需空氣量僅佔煤粉燃燒理論空氣量的85％左右，爐膛該區域平均處於缺氧狀態而呈現還原性氣氛，如果高濃度還原性氣氛出現在爐膛四牆水冷壁附近或者煤粉貼壁燃燒，將必然導致水冷壁結焦和高溫腐蝕的發生；

第二，在目前的爐膛切圓燃燒系統組織中，不論是「四角切圓」還是「四牆切圓」的煤粉燃燒鍋爐，爐膛四周分布的各燃燒器組合裝置中，同一組中的一、二次風噴嘴出口都基本布置在爐膛水平截面投影的相同位置。根據切圓煤粉鍋爐的燃燒組織技術原理，首先，一次風煤粉燃燒器出口的煤粉射流著火及燃燒初期所需氧氣主要由攜帶煤粉的一次風提供，相鄰的二次風噴嘴射流過早進入一次風煤粉射流反而會降低煤粉濃度——從而影響煤粉射流燃燒初期的安全穩定著火性能；其次，二次風射流在切圓燃燒組織系統中的主要作用是提供煤粉燃燒的中後期所需氧氣和形成爐內穩定的切圓燃燒流場組織。由於同一組燃燒裝置中的二次風射流與一次風煤粉射流都在爐膛水平截面上相同投影位置進入爐膛，因此在一次風煤粉射流下遊的燃燒區間——即靠近下遊相鄰燃燒器的向火側區間，由於二次風射流到達該區間需經過較長的距離，二次風射流的高濃度氧氣基本完全擴散，導致在一次風煤粉射流下遊燃燒區間的氧濃度很低，實際運行中該區間的水冷壁附近經常性的呈現氧氣濃度為零而CO濃度極高的還原性氣氛，從而導致該區間煤粉燃燒速率變慢，並且還在爐內旋轉流場離心動量的作用下，很容易在該區間的爐膛水冷壁附近出現煤粉緩慢燃燒和貼壁燃燒的狀況。在具有低氮燃燒系統的煤粉鍋爐中，由於爐膛主燃燒區域又整體處於缺氧狀態，將導致這種狀況更加嚴重，這是導致各組燃燒器向火側區間水冷壁容易出現嚴重結焦和發生高溫腐蝕的關鍵因素。

針對上述問題，發明人在認真而充分的調查、了解、分析、總結已有公知技術和現狀的基礎上，發現至今所有的切圓煤粉燃燒鍋爐的燃燒組織技術以及各種低氮燃燒技術，都是研究關注的煤粉燃燒器射流出口附近的著火和燃燒初期的射流燃燒組織，以及研究關注的爐膛高度方向上的煤粉燃燒的後期燃燒組織，並進行了大量的技術研究和設備開發，而至今還沒有發現針對爐膛水平截面上煤粉射流的中下遊區間的燃燒組織進行技術研究和設備開發，這是導致目前鍋爐煤粉燃燒中上述問題廣泛發生的根本原因。

近10年來，特別是為滿足低氮排放需求而採用的低氮燃燒系統和技術的廣泛應用，以及電廠為了降低發電成本嘗試擴大煤種範圍而採用低揮發分、低灰熔點燃煤的應用，迫切需要鍋爐煤粉燃燒在滿足低NOx生成排放的基礎上，解決因爐膛結焦和高溫腐蝕帶來的安全問題，滿足鍋爐安全穩定的運行要求，並可以實現煤粉燃燒更低的NOx生成排放，更高的燃燒效率，擴大鍋爐燃燒煤種適應性以降低發電成本的燃燒技術。

本發明適用於所有切圓煤粉燃燒鍋爐，特別適用於目前廣泛應用的帶有分離型燃盡風SOFA的低氮燃燒系統的切圓煤粉燃燒鍋爐，以及燃用低揮發分、低灰熔點煤質的切圓煤粉燃燒鍋爐；在目前國內外廣泛應用的帶有分離型燃盡風的低氮燃燒系統的基礎上，通過本發明提出的煤粉射流的中下遊的燃燒組織方法，實現切圓煤粉燃燒鍋爐的防止水冷壁結焦和高溫腐蝕的發生，並進一步地提高煤粉的安全穩定著火性能、提高煤粉燃燒效率、降低NOx生成排放，並且擴大燃煤鍋爐的適燒煤種，降低發電運行成本。它是燃煤發電鍋爐技術領域的關鍵燃燒組織技術，在實現清潔、安全、高效的燃煤鍋爐發電產業領域具有非常重要的意義。

技術實現要素：

通過本發明達到的目的是：①、補充和完善切圓煤粉燃燒鍋爐的燃燒組織方法，實現切圓燃燒鍋爐中煤粉射流的中下遊區間的燃燒組織和控制；②、提高切圓煤粉燃燒鍋爐對低灰熔點及低揮發分燃煤的適應能力，實現安全穩定、清潔低氮和高效燃燒運行要求，降低燃料採購成本；③、對目前帶有「分離型燃盡風SOFA」的低氮燃燒系統的切圓煤粉燃燒鍋爐，提供可以同時實現著火穩定、高效燃盡、更低的NOx排放、並且防止爐膛水冷壁高溫腐蝕和結焦的煤粉射流中下遊的燃燒組織方法。

為實現上述目的，在現有公知的切圓煤粉燃燒鍋爐的低氮燃燒系統的燃燒組織技術的基礎上，本發明提出的切圓煤粉燃燒鍋爐的煤粉射流中下遊的燃燒組織方法，其特徵為：

在切圓煤粉燃燒鍋爐的爐膛主燃燒區域，分別對應一次風煤粉燃燒器，在距其出口煤粉射流的中下遊位置較近的爐膛水冷壁中布置對應的牆式風噴嘴，在牆式風噴嘴中分別引入一部分熱風，以射流形式直接噴入對應的一次風煤粉燃燒器射流的中下遊區間，進行煤粉射流的中下遊燃燒組織，直接阻止煤粉射流的中下遊區間的貼壁發生和提高煤粉射流的中下遊區間的氧氣濃度和煤粉燃燒速率。

所述的切圓煤粉燃燒鍋爐的煤粉射流中下遊的燃燒組織方法中，在爐膛水平截面上，各牆式風噴嘴射流出口中心線與位於爐膛中央的假想圓同側相切，並構成與爐內切圓流場相同旋向的射流組織，與爐膛原燃燒器組合裝置的一次風、二次風射流共同構成爐內穩定的切圓旋轉燃燒流場。

所述的切圓煤粉燃燒鍋爐的煤粉射流中下遊的燃燒組織方法中，所述的牆式風噴嘴位於爐膛四牆水冷壁的開孔中，其位置在水平方向上位於對應的一次風煤粉燃燒器和同層相鄰下遊的一次風煤粉燃燒器之間，在垂直方向上位於對應的一次風煤粉燃燒器和相鄰上層一次風煤粉燃燒器之間，對應爐膛的最上層一次風煤粉燃燒器，牆式風噴嘴位置在垂直方向上位於距最上層一次風煤粉燃燒器水平中心線的上部1.5米以內，該牆式風噴嘴的最佳位置是在距離對應的一次風煤粉燃燒射流的中下遊最近的水冷壁位置附近；

所述的切圓煤粉燃燒鍋爐的煤粉射流中下遊的燃燒組織方法中，，對於採用直吹式制粉系統的鍋爐，所述的一部分熱風是來自經過鍋爐空氣預熱器加熱後的熱空氣。

所述的切圓煤粉燃燒鍋爐的煤粉射流中下遊的燃燒組織方法中，對於採用中儲式制粉系統熱風送粉燃燒的鍋爐，所述的一部分熱風既可以來自經過鍋爐空氣預熱器加熱後的熱空氣，也可以來自製粉系統出口的乏氣。

所述的切圓煤粉燃燒鍋爐的煤粉射流中下遊的燃燒組織方法中，所述的分別引入牆式風噴嘴的一部分熱風的風量，是牆式風噴嘴對應的一次風煤粉燃燒器出口的煤粉燃燒所需理論空氣量的10％～30％，在實際應用中根據煤質特性的不同和對應的一次風煤粉燃燒器出口煤粉量的變化進行調節；

所述的切圓煤粉燃燒鍋爐的爐膛水平截面的燃燒中後期組織方法中，牆式風噴嘴射流的出口速度是對應的一次風煤粉燃燒器出口速度的1.0到2.5倍之間。

所述的切圓煤粉燃燒鍋爐的煤粉射流中下遊的燃燒組織方法中所述的牆式風噴嘴的出口可採用矩形噴口或橢圓形噴口，根據對應的一次風煤粉燃燒器射流著火性能的不同，噴口的高寬比在1.2～3.0之間。

所述的切圓煤粉燃燒鍋爐的煤粉射流中下遊的燃燒組織方法中，在所述的牆式風噴嘴的入口布置有風量調節裝置，可以根據對應一次風煤粉燃燒器的負荷變化調節牆式風噴嘴射流出口速度和風量的大小。

所述的切圓煤粉燃燒鍋爐的煤粉射流中下遊的燃燒組織方法中所述的牆式風噴嘴在爐膛水冷壁開孔中可以在垂直方向、水平方向擺動，在實際運行中可以調節牆式風噴嘴射流進入煤粉射流的中下遊區間的具體位置實現最佳的燃燒組織。

本發明的優點在於：在現有公知的切圓煤粉燃燒鍋爐的低氮燃燒系統燃燒組織技術的基礎上，採用本發明提出的切圓煤粉燃燒鍋爐的煤粉射流的中下遊的燃燒組織方法，在爐膛主燃燒區域，分別對應一次風煤粉燃燒器，在距該燃燒器出口煤粉射流的中下遊位置較近的爐膛水冷壁中布置對應的牆式風噴嘴，在牆式風噴嘴中分別引入一部分熱風，以射流形式直接噴入對應的一次風煤粉燃燒器射流的中下遊區間，進行煤粉射流中下遊的燃燒組織，直接提高煤粉射流中下遊區間的氧氣濃度和煤粉燃燒速率，並防止煤粉的貼壁燃燒。與已有公知技術相比，獲得了如下有益效果：

1、由於本發明將一部分熱風通過牆式風噴嘴進入煤粉燃燒射流的中下遊區間，而這部分熱風或者是採用進入爐膛各燃燒器組合裝置中的二次風噴嘴的一部分熱空氣，或者在中儲式制粉系統熱風送粉鍋爐中，這部分熱風也可以採用一部分乏氣和部分熱空氣。首先，相當於減少了爐膛燃燒器組合裝置中的一次風煤粉射流出口附近的熱空氣量，這不僅相對提高了一次風煤粉射流出口的著火穩燃能力，還實現了煤粉射流燃燒初期更低的NOx生成；其次，在熱風送粉鍋爐中還相當於大幅度減少了隨乏氣(三次風)進入爐膛燃燒區上部的三次風量，將部分乏氣作為牆式風進入煤粉射流的中下遊組織燃燒，提高了該部分乏氣中煤粉的爐內燃燒停留時間，降低了煤粉燃燒的未燃盡碳損失，提高了燃燒效率。

2、由於本發明的牆式風噴嘴射流在實際工程中以最短或較短距離直接進入煤粉射流的中下遊區間，相對於目前已有的公知技術，極大地提高了該區間的煤粉燃燒的氧氣濃度，加快了燃燒反應速率，提高了該區間的煤粉的燃盡性能，同時牆式風射流還極大地避免了切圓燃燒鍋爐中的煤粉射流衝刷爐膛水冷壁和貼壁燃燒的發生，並有利於在該區間也即燃燒器射流向火側區間的水冷壁附近形成氧化性氣氛，防止了爐膛水冷壁的結焦和高溫腐蝕的發生。

3、由於本發明牆式風噴嘴採用了噴口高寬比在1.2～3.0之間矩形噴口或橢圓形噴口，更有利於牆式風噴嘴射流對煤粉射流的中下遊區間在垂直方向上的覆蓋性，以取得更佳的煤粉燃盡性能。

4、由於本發明牆式風噴嘴射流可以根據實際運行情況進行風速調節，射流出口位置和方向可以也通過垂直擺動和水平擺動進行調節，可以獲得牆式風射流在煤粉射流的中下遊區間的最佳燃燒組織方式，取得上述特點的最佳效果。

5、綜合本發明的技術特點，在目前國內外廣泛應用的帶有分離型燃盡風的低氮燃燒系統的基礎上，通過本發明提出的煤粉射流中下遊的燃燒組織方法，實現切圓煤粉燃燒鍋爐的防止水冷壁結焦和高溫腐蝕的發生，並進一步地提高煤粉的安全穩定著火性能、提高煤粉燃燒效率、降低NOx生成排放，擴大切圓煤粉燃燒鍋爐對燃用低揮發分、低灰熔點煤質的適燒能力，降低發電運行成本。

附圖說明

圖1為布置有牆式風噴嘴的直吹式制粉系統切園低氮燃燒鍋爐在爐膛高度方向的燃燒裝置布置示意圖。

圖2為布置有牆式風噴嘴的中儲式制粉系統熱風送粉切園低氮燃燒鍋爐在爐膛高度方向上的的燃燒裝置布置示意圖。

圖3為布置有牆式風噴嘴的四角切圓爐膛主燃燒區域水平截面的燃燒組織示意圖。

圖4為布置有牆式風噴嘴的四牆切圓爐膛主燃燒區域水平截面的燃燒組織示意圖。

圖中各部分標號如下：1、一次風煤粉燃燒器；2、二次風噴嘴；3、燃燒器風箱；4、分離型燃盡風風箱；5、分離型燃盡風噴嘴；6、爐膛主燃燒區；7、爐膛還原區；8、爐膛燃盡區；901、熱空氣牆式風噴嘴；902、乏氣牆式風噴嘴；10、鍋爐水冷壁；11、一次風、二次風、乏氣(三次風)噴嘴射流出口中心線；12、牆式風噴嘴射流出口中心線；13、乏氣(三次風)燃燒器

具體實施方式

下面結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。

具體實施方式一

如圖1、圖3所示，為採用直吹式制粉系統，並帶有分離型燃盡風系統的四角切圓煤粉燃燒鍋爐中，實施煤粉射流的中下遊燃燒組織的爐膛燃燒系統示意圖。在本實施例中，鍋爐為300MW四角切圓煤粉燃燒鍋爐，制粉系統採用中速磨正壓直吹系統，煤質為次煙煤和貧煤混燒，入爐煤質的乾燥無灰基揮發分23％左右，低位熱值21MJ/kg左右，灰熔點ST在1210℃，鍋爐原燃燒系統組織就採用了帶有分離型燃盡風的低氮燃燒技術。

如圖1所示，同目前所有帶有分離型燃盡風系統的爐膛低氮燃燒系統整體布置形式一樣，沿爐膛高度方向將爐膛燃燒分成三個區域：下部是爐膛的主燃燒區6，從最下層分離型燃盡風噴嘴5至爐膛出口截面為燃盡區8，主燃燒區和燃盡區之間區域為還原區7。

在本實施例原鍋爐設計中，一次風攜帶進入的煤粉量佔總煤粉量的100％，爐膛總進風量為煤粉燃燒理論空氣量的120％，其中主燃燒區6中總共進入煤粉燃燒所需85％的理論空氣量，其中一次風佔煤粉燃燒理論空氣量的24％，二次風佔煤粉燃燒理論空氣量的61％；另外煤粉燃燒所需35％的理論空氣量由分離型燃盡風噴嘴5進入爐膛上部燃盡區8。

在本實施例採用本發明後的設計中，煤粉仍全部從爐膛主燃燒區的一次風煤粉燃燒器1進入爐膛。爐膛總進風量仍然為煤粉燃燒理論空氣量的120％，其中主燃燒區6中仍然總共進入煤粉燃燒所需85％的理論空氣量，其中一次風煤粉燃燒器1風量仍佔煤粉燃燒理論空氣量的24％，二次風分成兩部分，其中一部分通過二次風噴嘴2的風量佔煤粉燃燒理論空氣量的40％，另一部分通過牆式風噴嘴901的風量佔煤粉燃燒理論空氣量的21％；另外煤粉燃燒所需35％的理論空氣量由分離型燃盡風5進入爐膛上部燃盡區8。

如圖1、圖3所示，在爐膛主燃燒區，分別布置有位於爐膛四個角部的燃燒器組合裝置，每組燃燒器組合裝置由多層一次風煤粉燃燒器1和多層二次風噴嘴2以上下相鄰間隔或集中的布置方式和燃燒器角部風箱3構成；在爐膛水平截面上，如圖3所示，四個角部的各層一次風煤粉燃燒器1的射流出口中心線11和二次風噴嘴2的射流出口中心線11都與爐膛中央的一個假想圓右側相切，構成以爐膛中央為圓心的逆時針旋轉流場組織。

如圖1、圖3所示，在主燃燒區，還分別對應每隻一次風煤粉燃燒器1，在距其出口煤粉射流的中下遊位置較近的爐膛水冷壁10中布置對應的熱空氣牆式風噴嘴901，理論上該牆式風噴嘴901的最佳位置是在距離對應的一次風煤粉燃燒1射流的中下遊最近的水冷壁10位置附近。在本例中如圖3所示，在爐膛水平截面上，牆式風噴嘴901出口射流中心線12垂直於爐膛水冷壁10，各牆式風噴嘴901的射流出口中心線12都與位於爐膛中央的另一個假想圓右側相切，並構成與爐內切圓流場相同逆時針旋轉的流場組織，與爐膛燃燒器組合裝置的一次風1、二次風2射流共同構成爐內穩定的切圓旋轉燃燒流場。

如圖1、圖3所示，在本例中每隻牆式風噴嘴901的具體位置為：在水平方向上，位於對應的一次風煤粉燃燒器1和同層相鄰下遊的一次風煤粉燃燒器1之間，並靠近下遊一次風煤粉燃燒器1一側，在爐膛水平截面上，以垂直於兩相鄰一次風煤粉燃燒器1之間水冷壁的爐膛中心線為基線，在靠近下遊一次風煤粉燃燒器1一側，做與該爐膛中心線距離為牆式風假想圓半徑的平行線與爐膛水冷壁的交點為牆式風噴嘴在水冷壁上的的水平位置，該平行線也即牆式風噴嘴901的射流出口中心線；在垂直方向上位於對應的一次風煤粉燃燒器1和相鄰上層一次風煤粉燃燒器1之間，對應爐膛的最上層一次風煤粉燃燒器1，牆式風噴嘴901位置在垂直方向上位於距最上層一次風煤粉燃燒器1中心線的上部1.5米以內。

本發明的設計中，按照燃用煤質特性的不同，牆式風風量佔煤粉燃燒理論空氣量的10％～30％之間，其中對於乾燥無灰基揮發份35％及以上煙煤，牆式風風量在10％～15％之間，對於乾燥無灰基揮發份20％～35％之間的次煙煤和煙煤，牆式風風量在15％～25％之間，對於乾燥無灰基揮發份15％及以下的貧煤及無煙煤，牆式風風量在25～30％之間。

在本實施例中，從鍋爐熱風道引出佔煤粉燃燒理論空氣量的21％熱空氣分別進入各個熱空氣牆式風噴嘴901，以射流形式直接噴入對應的一次風煤粉燃燒器1射流的中下遊區間，進行煤粉射流的中下遊燃燒組織，直接提高煤粉射流的中下遊區間的氧氣濃度和煤粉燃燒速率，並防止煤粉的貼壁燃燒。

在本實施例中，設計的一次風煤粉燃燒器1噴嘴出口速度為25m/s，二次風噴嘴2出口速度為47m/s，燃盡風噴嘴5出口速度為50m/s，牆式風噴嘴901出口速度在對應的一次風煤粉燃燒器出口速度的1.0到2.5倍之間，本實施例中根據煤粉燃燒特性和一次風煤粉燃燒器的著火性能，確定牆式風噴嘴901出口速度為40m/s。

在本實施例中，熱空氣牆式風噴嘴901的出口(簡稱牆式風噴口)可採用矩形截面或橢圓形截面，根據對應的一次風煤粉燃燒器1射流著火性能的不同，牆式風901噴口高寬比在1.2～3.0之間，對於橢圓形噴口，其高為高度方向的長徑，寬為水平方向的短徑，在本實施例中根據煤粉燃燒特性確定的牆式風噴嘴901的噴口高寬比為2.0。

在本實施例中，在各個牆式風噴嘴901的入口布置有風量調節裝置，可以根據其對應的一次風煤粉燃燒器1在實際運行中的負荷大小即煤粉量多少調節牆式風噴嘴901射流出口速度和風量的大小，煤粉量越多牆式風噴嘴901出口速度越高，相應牆式風噴嘴901出口風量就越大。

在本實施例中，牆式風噴嘴901在爐膛水冷壁開孔中可以在垂直方向和水平方向進行擺動，微調其噴嘴具體位置和射流出口方向，在實際運行中可以通過調節牆式風噴嘴射流進入煤粉射流的中下遊區間的具體位置來實現最佳的燃燒組織。

在本實施例中，採用本發明進行現場鍋爐燃燒系統加裝牆式風燃燒系統改造試驗，運行結果表明：在300MW機組採用直吹式制粉系統的四角切園煤粉燃燒鍋爐中，實際燃用煤質為次煙煤和貧煤的摻混，入爐煤質的乾燥無灰基揮發分23％左右，採用本發明，鍋爐的NOx排放相對改造前再降低了25％左右，由改造前的省煤器出口平均400mg/Nm3左右降到了平均300mg/Nm3左右，飛灰含碳量由改造前的2.8％左右降到了2.0％左右，鍋爐的低負荷著火穩燃能力也有一定程度提高，最低不投油穩燃負荷達到了35％MCR工況，最突出的優點是很好地解決了過去在運行期間鍋爐嚴重的水冷壁結焦和高溫腐蝕問題，電廠的運行安全性大幅提高，原來因為結焦不敢燃用的低灰熔點煤也能夠在本發明實施後的鍋爐上應用，極大地降低了燃煤採購成本。

具體實施方式二

如圖2、圖4所示，為採用中儲式熱風送粉系統，並帶有分離型燃盡風系統的四牆切圓煤粉燃燒鍋爐中，實施煤粉射流的中下遊燃燒組織的爐膛燃燒系統示意圖。在本實施例中，鍋爐為350MW四牆切圓煤粉燃燒鍋爐，制粉系統採用鋼球磨中儲式熱風送粉系統，煤質為貧煤、次煙煤和部分無煙煤混燒，入爐煤質的乾燥無灰基揮發分14％左右，低位熱值20MJ/kg左右，灰熔點ST在1300℃，鍋爐原燃燒系統組織就採用了帶有分離型燃盡風的低氮燃燒技術。

如圖2所示，同目前所有帶有分離型燃盡風系統的爐膛低氮燃燒系統整體布置形式一樣，沿爐膛高度方向將爐膛燃燒分成三個區域：下部是爐膛的主燃燒區6，從最下層分離型燃盡風噴嘴5至爐膛出口截面為燃盡區8，主燃燒區和燃盡區之間區域為還原區7。

在本實施例的原鍋爐設計中，一次風攜帶進入的煤粉量佔總煤粉量的88％，制粉系統出口乏氣攜帶的煤粉量佔總煤粉量的12％。爐膛總進風量為煤粉燃燒理論空氣量的125％，其中主燃燒區6中總共進入煤粉燃燒所需90％的理論空氣量，其中一次風佔煤粉燃燒理論空氣量的20％，制粉系統出口乏氣佔煤粉燃燒理論空氣量的24％，二次風佔煤粉燃燒理論空氣量的46％；另外煤粉燃燒所需35％的理論空氣量由分離型燃盡風5進入爐膛上部燃盡區8。

在本實施例採用本發明後的設計中，煤粉仍然全部從爐膛主燃燒區6進入爐膛，其中通過一次風攜帶的煤粉量佔總煤粉量的88％，制粉系統出口乏氣分成兩部分，一部分通過爐膛主燃燒區上部的一層乏氣(三次風)燃燒器13攜帶的煤粉量佔總煤粉量的6％，另一部分含有的6％的煤粉量的乏氣通過爐膛主燃燒區的兩層乏氣牆式風噴嘴902進入爐膛。爐膛總進風量仍然為煤粉燃燒理論空氣量的125％，其中主燃燒區6中仍然總共進入煤粉燃燒所需90％的理論空氣量，其中一次風佔煤粉燃燒理論空氣量的20％，制粉系統出口乏氣分成兩部分，一部分通過一層乏氣(三次風)燃燒器13進入的乏氣佔煤粉燃燒理論空氣量的12％，另一部分通過乏氣牆式風噴嘴902進入的乏氣佔煤粉燃燒理論空氣量的12％，二次風分成兩部分，其中一部分通過二次風噴嘴2的風量佔煤粉燃燒理論空氣量的30％，另一部分通過熱空氣牆式風噴嘴901風量佔煤粉燃燒理論空氣量的16％；另外煤粉燃燒所需35％的理論空氣量由分離型燃盡風5進入爐膛上部燃盡區8。

如圖2、圖4所示，在本實施例中，在爐膛主燃燒區，有分別布置位於爐膛四牆水冷壁位置的燃燒器組合裝置，每組燃燒器組合裝置由多層一次風煤粉燃燒器1、多層二次風噴嘴2以上下相鄰間隔或集中布置方式，以及布置在最上層一次風煤粉燃燒器上部的一層乏氣(三次風)燃燒器13和燃燒器角部風箱3構成；在爐膛水平截面上，如圖4所示，爐膛四牆位置的各層一次風煤粉燃燒器1射流出口中心線11、二次風噴嘴射流出口中心線11以及乏氣(三次風)燃燒器13射流出口中心線11都與爐膛中央的一個假想圓右側相切，構成以爐膛中央為圓心的逆時針旋轉流場組織。

如圖2、圖4所示，在主燃燒區，還分別對應每隻一次風煤粉燃燒器1，在距其出口煤粉射流的中下遊位置較近的爐膛水冷壁10中布置對應的熱空氣牆式風噴嘴901和乏氣牆式風噴嘴902，理論上該牆式風噴嘴901和902的最佳位置是在距離對應的一次風煤粉燃燒1射流的中下遊最近的水冷壁10位置附近。在本例中如圖4所示，在四牆切園燃燒的爐膛水平截面上，牆式風噴嘴901和902射流出口中心線12與爐膛水冷壁10有一定夾角，各牆式風噴嘴901和902出口的射流方向中心線12都與位於爐膛中央的另一個假想圓右側相切，並構成與爐內切圓流場相同逆時針旋轉的流場組織，與爐膛燃燒器組合裝置的一次風1、二次風2、乏氣(三次風)13射流共同構成爐內穩定的切圓旋轉燃燒流場。

如圖2、圖4所示，在本例中每隻牆式風噴嘴901和902的具體位置為：在水平方向上，位於對應的一次風煤粉燃燒器1和相鄰下遊同層的一次風煤粉燃燒器1之間，並靠近下遊一次風煤粉燃燒器1一側，在爐膛水平截面上，取兩相鄰一次風煤粉燃燒器1出口中心的連接線的垂直平分線，在靠近下遊一次風煤粉燃燒器1一側，做與該垂直平分線距離為牆式風假想圓半徑的平行線與爐膛水冷壁的交點為牆式風噴嘴在水冷壁上的的水平位置，該平行線也即牆式風噴嘴901和902的射流出口中心線；在垂直方向上，位於對應的一次風煤粉燃燒器1和相鄰上層一次風煤粉燃燒器1之間，在本實施例中，對應五層一次風煤粉燃燒器1布置有五層牆式風噴嘴901和902，其中底部兩層為熱空氣牆式風噴嘴901，其上部兩層為乏氣牆式風噴嘴902，對應爐膛的最上層一次風煤粉燃燒器1，仍為熱空氣牆式風噴嘴901，其垂直方向上位置在距最上層一次風煤粉燃燒器1中心線上部1.5米以內。

本發明設計中，按照燃用煤質特性的不同，牆式風風量佔煤粉燃燒理論空氣量的10％～30％之間。其中對於乾燥無灰基揮發份35％及以上煙煤，牆式風風量在10％～15％之間；對於乾燥無灰基揮發份20％～35％之間的次煙煤和煙煤，牆式風風量在15％～25％之間；對於乾燥無灰基揮發份小於15％的貧煤及無煙煤，牆式風風量在25～30％之間。

在本實施例中，牆式風風量佔煤粉燃燒理論空氣量的28％，其中從鍋爐熱風道引出佔煤粉燃燒理論空氣量16％的熱空氣分別進入三層熱空氣牆式風噴嘴901，以及制粉系統出口一部分佔理論空氣量12％的乏氣進入兩層乏氣牆式風噴嘴902。所有牆式風噴嘴901和902都以射流形式直接噴入各自對應的一次風煤粉燃燒器1射流的中下遊區間，進行煤粉射流的中下遊燃燒組織，直接提高煤粉射流的中下遊區間的氧氣濃度和煤粉燃燒速率，並防止煤粉的貼壁燃燒。

在本實施例中，一次風煤粉燃燒器1噴嘴出口速度為23m/s，二次風噴嘴2出口速度為47m/s，燃盡風噴嘴5出口速度為51m/s，牆式風噴嘴出口速度為對應的一次風煤粉燃燒器出口速度的1.0到2.5倍之間，本實施例中根據煤粉燃燒特性和一次風煤粉燃燒器的著火性能，確定牆式風噴嘴901和902的出口速度為47m/s。

牆式風噴嘴901和902的出口可採用矩形噴口901或橢圓形噴口902，根據對應的一次風煤粉燃燒器1射流著火性能的不同，噴口的高寬比在1.2～3.0之間，在本實施例中根據煤粉燃燒特性確定的噴口高寬比為2.2。

在本實施例中，在各個牆式風噴嘴901、902的入口布置有風量調節裝置，可以根據其對應的一次風煤粉燃燒器1在實際運行中的負荷大小即煤粉量多少調節牆式風噴嘴901和902射流出口速度和風量的大小。

在本實施例中，牆式風噴嘴901和902在爐膛水冷壁開孔中可以在垂直方向和水平方向進行擺動，微調其噴嘴具體位置和射流出口方向，在實際運行中可以通過調節牆式風噴嘴射流進入煤粉射流的中下遊區間的具體位置來實現最佳的燃燒組織。

在本實施例中，採用本發明進行現場鍋爐燃燒系統加裝牆式風燃燒系統改造試驗，運行結果表明：在350MW機組採用中儲式制粉系統熱風送粉的四牆切園的煤粉燃燒鍋爐中，實際燃用煤質為貧煤、次煙煤和部分無煙煤的摻混，入爐煤質的乾燥無灰基揮發分14％左右，採用本發明，鍋爐的NOx排放相對改造前再降低了24％左右，由改造前的省煤器出口平均550mg/Nm3左右降到了平均420mg/Nm3左右，飛灰含碳量由改造前的4.5％左右降到了2.8％左右，鍋爐的低負荷著火穩燃能力也有一定程度提高，最低不投油穩燃負荷達到了40％MCR工況，最突出的優點是很好地解決了過去在運行期間鍋爐嚴重的水冷壁結焦和高溫腐蝕問題，電廠的運行安全性大幅提高，原來因為結焦不敢燃用的低揮發分或低灰熔點煤也能夠在本發明實施後的鍋爐上應用，極大地降低了燃煤採購成本。

以上所述僅為本發明的典型實施例，並非對本發明作任何形式上的限制；凡本行業的普通技術人員，均可按以上所述和說明書附圖所示而順暢地實施本發明；但凡在不脫離本發明技術方案而作出的更動、修飾與演變的等同變化，均為本發明的等效實施例，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍。