W型火焰鍋爐燃盡風裝置及方法
2023-04-22 22:44:01 2
專利名稱：W型火焰鍋爐燃盡風裝置及方法
技術領域：
本發明屬於W型火焰鍋爐燃燒技術，具體涉及一種W型火焰鍋爐燃盡風裝置及方法。
背景技術：
W型火焰鍋爐是燃用低揮發分貧煤和無煙煤的主力爐型，具有如下特點一次風煤粉氣流和二次風從縮腰的前後牆拱上向下噴出，三次風沿火焰形程逐漸加入已著火的煤粉氣流，從而實現分級送風，符合低揮發分貧煤和無煙煤燃燒延緩的特點；火焰行程長，可延長煤粉顆粒在爐內的停留時間；下爐膛四周布置了水冷壁，使下爐膛燃燒溫度較高。這些特點有利於低揮發分貧煤和無煙煤的著火、穩定燃燒和燃盡。
運行狀況表明，W型火焰鍋爐基本解決了利用低揮發分煤發電大型鍋爐運行的穩定性和可靠性。但是仍然存在以下主要問題燃燒效果普遍較差，飛灰可燃物達到8～20％，個別鍋爐甚至高達40％；高負荷下增加風量時，燃燒不穩，鍋爐被迫在低氧量下(≤2％)運行，導致燃燒效率降低(白少林等。提高大型低揮發分煤鍋爐運行經濟性的研究。第四屆全國火力發電技術學術年會論文，2003，47-59.)。同時，由於W型火焰燃燒方式因爐膛火焰集中，又敷設衛燃帶以提高爐溫，因此其NOx的排放量要明顯高於具有降低NOx措施的常規煤粉燃燒方式(四角燃燒和牆式燃燒)。
W型火焰鍋爐結構如附圖1所示(圖中燃燒器只畫了後牆部分，前牆為對稱布置，1--前牆，2--後牆，3--一次風及二次風噴口，4--三次風噴口)。W型火焰鍋爐截面及流場如附圖2所示(圖中箭頭方向表示氣流速度方向，1--前牆，2--後牆，6--一次風及二次風，7--三次風，9--燃燒區，10--燃盡區)。
煤粉氣流進入爐膛著火以後，在下衝和轉折上行的過程中，煤粉迅速燃燒釋放大量的熱量在下爐膛中心形成高溫區，同時消耗大量的氧氣，導致爐膛中心區域沿爐膛高度方向煙氣氧濃度較低。文獻(Fan J R.，et al.Modeling of coal combustion and NOx formation in a W-shaped boiler furnace.Chemical Engineering Journal，1998，71233-242)研究表明，W型火焰鍋爐燃燒時在下爐膛中心形成了火焰中心高溫區，爐膛中心區域沿高度方向氧濃度較低。爐膛溫度高，碳的化學反應速率大，但煙氣氧濃度低導致煤粉燃燒中後期低氧或缺氧燃燒，抑制了碳的進一步燃盡，使飛灰可燃物含量升高，燃燒效率降低。因此，較低的煙氣氧濃度成為抑制煤粉燃燒速率的主要因素。
為了降低鍋爐煙氣中NOx的排放量，而且能保證高的燃燒效率，四角切圓燃燒鍋爐採用了分段燃燒法(徐旭常等，燃燒理論與燃燒設備，機械工業出版社，1988)。分段燃燒法是將爐內燃燒過程分為兩個階段，燃燒器所在區域稱為第一段燃燒區，燃燒器頂部1.5～3m以上區域為第二段燃盡區。將入爐總空氣量的約15％從設置在燃盡區的燃盡風(Over Fire Air，簡稱OFA)噴口送入爐膛，補充煤粉燃盡所需要的空氣。採用這種二段燃燒後，由於一段燃燒區內空氣量不足，燃料不能完全燃燒，火焰溫度較低，而且煙氣含氧量較低，高溫型的NOx生成減少；由於空氣量不足，燃料型的NOx生成也降低。待燃盡風噴入時，由於火焰對水冷壁的輻射傳熱，煙氣溫度已有所降低，熱反應型的NOx生成速率已很低，剩餘可燃物繼續燃盡時產生的就很少。分段燃燒法既保證燃燒效率，又有效地降低了燃燒過程中NOx生成量。四角切圓燃燒鍋爐結構及燃盡風噴口位置如附圖3所示(圖中1』--前牆，2』--後牆，3』--燃燒器，4』--燃盡風噴口，5』--燃燒區，6』--燃盡區)。但到目前為止，還沒有將這種燃盡風技術用於W型火焰鍋爐燃燒中。
發明內容
本發明的目的在於克服現有W型火焰鍋爐燃燒過程中存在的問題，提供W型火焰鍋爐燃盡風裝置及方法，可以提高煤粉顆粒的燃燒速率，增加其燃盡率，同時能夠降低NOx的生成量。
本發明提供的一種W型火焰鍋爐燃盡風裝置，其特徵在於在W型火焰鍋爐前後牆拱上燃燒器一次風煤粉噴口上部喉口處設置一排燃盡風噴口。
一種用於上述裝置的方法，其特徵在於向上述燃盡風噴口送入燃盡風，其風量佔入爐總風量的5～10％，燃盡風氣流與水平方向成10～45度角向下送入下爐膛上部區域，風速較高為30～60m/s，風溫與二次風風溫相同。
本發明通過在W型火焰鍋爐前後牆拱上喉口處設置一排燃盡風噴口，增加煤粉燃燒中後期爐內擾動混合，強化氧氣向顆粒表面的擴散和補充氧量，提高煤粉顆粒的燃燒速率，增加其燃盡率，同時由於燃燒區送風量減少和煙氣溫度降低，能夠降低NOx的生成量，從而提高W型火焰鍋爐燃燒效率，減少NOx的排放量。具體而言，燃盡風送入爐膛後，起到如下作用(1)增加煤粉燃燒中後期爐內擾動混合，強化氧氣向煤粉顆粒表面的擴散和補充氧量，提高煤粉顆粒燃燒中後期燃燒速率；(2)燃盡風氣流也可起到壓制火焰中心的作用，防止火焰短路和火焰中心上移，增加煤粉顆粒在燃燒室的停留時間；(3)減少了燃燒區風量，能夠減少燃燒區NOx的生成量；同時，將部分溫度較低的空氣噴入燃盡區高溫煙氣中，會降低煙氣氣流的溫度，也會降低NOx的生成量。因此能夠減少NOx的排放。
圖1為無燃盡風W型火焰鍋爐結構示意圖(燃燒器只畫了後牆部分，前牆為對稱布置)；圖2為無燃盡風W型火焰鍋爐截面及流場示意圖(箭頭方向表示氣流速度方向)；圖3為四角切圓燃燒鍋爐結構及燃盡風噴口位置示意圖；圖4為加燃盡風W型火焰鍋爐結構示意圖(燃燒器只畫了後牆部分，前牆為對稱布置)；圖5為加燃盡風W型火焰鍋爐截面及流場示意圖(箭頭方向表示氣流速度方向)。
具體實施例方式
加燃盡風W型火焰鍋爐結構如附圖4所示，圖中燃燒器只畫了後牆部分，前牆為對稱布置，前牆1，後牆2，一次風及二次風噴口3位於前後牆拱上，三次風噴口4位於下爐膛垂直前後牆上，燃盡風噴口5位於前後牆拱上燃燒器一次風煤粉噴口上部喉口處。不同公司生產的不同容量的W型火焰鍋爐，燃燒器類型和數量各不相同，因此燃盡風噴口的數量和大小也不相同，需要具體設計。燃盡風噴口5的形狀不限。加燃盡風W型火焰鍋爐截面及流場如附圖5所示，圖中箭頭方向表示氣流速度方向，前牆1，後牆2，一次風及二次風6由一次風及二次風噴口向下噴入下爐膛，三次風7由三次風噴口水平噴入下爐膛，燃盡風8由燃盡風噴口斜向下噴入下爐膛上部，燃燒區9位於下爐膛中心，燃盡區10位於下爐膛上部及上爐膛。
對於一臺由美國福斯特惠勒公司生產的300MW的W型火焰鍋爐，在前後牆拱上燃燒器一次風煤粉噴口上部喉口處設置一排矩形燃盡風噴口，數量為48個，面積為0.021m2。將入爐總風量的5～10％從燃盡風噴口送入下爐膛上部區域，燃盡風氣流方向與水平方向成一定角度向下，在10～45度角範圍內可調，風速在30～60m/s範圍內可調，風溫與二次風風溫相同。根據鍋爐設計參數，模擬計算無燃盡風和加燃盡風的運行工況，得到如表一所示結果，燃盡率提高了1.45～2.22％。
表一
在運行中，根據煤種、負荷及燃燒狀況對燃盡風風量、燃盡風氣流方向和速度進行調整，以達到提高燃燒效率，減少煙氣中NOx排放的效果。
權利要求
1.一種W型火焰鍋爐燃盡風裝置，其特徵在於在W型火焰鍋爐前後牆拱上燃燒器一次風煤粉噴口上部喉口處設置一排燃盡風噴口。
2.一種用於權利要求1所述裝置的燃盡風方法，其特徵在於向上述燃盡風噴口送入燃盡風，其風量佔入爐總風量的5～10％，燃盡風氣流與水平方向成10～45度角向下送入下爐膛上部區域，風速較高為30～60m/s，風溫與二次風風溫相同。
全文摘要
本發明提出了一種W型火焰鍋爐燃盡風(OFAW)裝置及方法，它屬於W型火焰鍋爐燃燒技術。在W型火焰鍋爐前後牆拱上燃燒器一次風煤粉噴口上部喉口處設置一排燃盡風噴口，將入爐總風量的5～10％由此噴口與水平方向成10～45度角向下送入下爐膛上部區域，風速為30～60m/s，風溫與二次風風溫相同。燃盡風能增加煤粉燃燒中後期爐內擾動混合，強化氧氣向顆粒表面的擴散和補充氧量，提高煤粉顆粒燃燒中後期的燃燒速率，增加其燃盡率，提高W型火焰鍋爐燃燒效率；同時由於燃燒區送風量減少和燃盡區煙氣溫度降低，能夠降低煙氣中NO
文檔編號F23C7/02GK1587799SQ20041006062
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月22日 優先權日2004年7月22日
發明者周懷春, 方慶豔, 姚斌 申請人:華中科技大學