無煙煤燃燒方法
2023-12-01 12:39:21 2
專利名稱：無煙煤燃燒方法
技術領域：
本發明涉及的是一種用於能源技術領域的方法，具體是一種無煙煤燃燒方法。
背景技術：
我國能源生產和消費歷來以煤為主，低揮發份的劣質貧煤和無煙煤在動力用煤中所佔的比例日漸增多，燃燒這類煤必須要解決著火、穩燃、防止結渣、提高燃盡度等方面問題。我國燃燒低揮發份煤的鍋爐大多採用傳統的四角切向燃燒方式，在上述問題上很難得到綜合解決。目前，國內已開發出一些主要針對解決著火穩燃等問題的燃燒技術，特別是濃淡燃燒技術，用於高揮發份煤的效果比較明顯，而用於低揮發份的貧煤、無煙煤效果較差。想用濃淡燃燒技術解決貧煤、無煙煤的燃燒問題是很困難的，往往還必須依靠衛燃帶敷設、合理的制粉配風來解決，但這又不利於防結渣。國際上對貧煤、無煙煤傾向於採用「U」、「W」型火焰燃燒方式，但從採用這種類型燃燒方式鍋爐運行情況來看，其存在設計、製造複雜、投資大、不同運行條件維持火焰形狀困難、下爐膛易結渣、倉儲式制粉系統安全問題、設備維護工作量大、NOX排放高等問題。
經對現有技術的文獻檢索發現，申請人三菱重工業株式會社，中國專利公開號CN1051970A，該專利的技術特點是把燃燒器從四角移到了靠近各牆中心線的爐牆上，並且燃燒器進行了適當下傾。其技術思路是燃燒器布置在爐牆熱負荷分布最高區域(爐牆中部區域)，燃燒器出口一次風的著火條件得到了很大提高(環境溫度高)；各列燃燒器噴出的各股射流相互作用強烈，並且射流下射可望增加行程，利於煤粉顆粒的後期燃盡。但是，這些技術設想並不能完全實現。原因是當燃燒器布置在四面牆上，燃燒器與爐膛角之間有一段較長距離，在其背火側形成了較大的角部自由空間，射流離開噴口後，射流背火側很大的自由空間裡形成大量卷吸氣體的流動，由於卷吸量較一般角置燃燒器的情況大得多，於是同層四角射流易發生嚴重偏轉，形成明顯的角渦運動。從各次風的偏轉程度來看，往往一次風由於動量小而偏轉程度最大。從爐內整體流動來看，氣流進入主漩渦的較少，即旋轉較弱，爐膛中部未能形成較強的旋轉流動。角渦的形成會帶來一系列燃燒問題一、二次風易發生分離，一次風進入角部，在角部燃燒會帶來嚴重的火焰貼壁，由於缺氧，在角部水冷壁面可能產生嚴重結渣和高溫腐蝕問題；角渦中的一次風煤粉顆粒會呈現兩種運動趨勢，較小顆粒隨上升氣流從角部通道迅速進入爐膛上部，在爐內停留時間縮短，難以燃盡，而較大顆粒會掉入冷灰鬥，增加灰渣不完全燃燒損失，在爐膛中部可能形成冷爐狀態。這樣一次風在自己下遊獨自燃燒，互不影響，失去了四角燃燒方式各角射流相互衝擊、點燃、相互支持燃燒的最大優勢。另外爐內充滿度的降低也不利於燃燒和傳熱的均勻。
發明內容
本發明針對現有技術的不足和缺陷，提出了一種無煙煤燃燒方法，使其在完全繼承了傳統的四角切向燃燒技術優點的基礎上，把燃燒器布置方式做了重大改進形成的，能實現無煙煤進入爐內穩定燃燒、不易結渣、燃燒效率高、氮氧化物排放較低等優點。
本發明是通過以下技術方案實現的，方法如下四列燃燒器完全由一次風噴口組成，設置在鍋爐下爐膛靠近四牆中心線的爐牆上，噴口中心軸線垂直於爐牆或成某一夾角，且四列噴口軸線以爐膛中心為圓心形成一假想切圓，為防止下層噴口掉粉，可在最下層一次風噴口下加一層二次風噴口；另四列燃燒器由二次風噴口組成，設置在爐膛四角上，四角噴口中心軸線以爐膛中心為圓心形成一假想切圓，並使二次風噴口與一次風噴口在同一水平高度。為防止下層噴口掉粉，在最下層一次風噴口下加一層二次風噴口。布置在爐牆上的四列一次風噴口和角上的四列二次風噴口構成燃料的主燃區，一、二次風射流在爐內形成內外兩個同心切圓旋轉運動，二次風將包裹一次風。依靠角部二次風的補氣和支撐，一次風不會形成角渦，且一次風中大量氣流流向爐膛中心區域，從而保證一次風攜帶的大量煤粉也進入爐膛中心區域燃燒，形成集中的高溫區，二次風在水冷壁附近形成氧化性氣氛的氣幕，極利於穩燃，又避免了煤粉貼壁結渣。三次風和燃盡風噴口布置在主燃區上部的角部，形成四角切向射流，加強爐膛上部區域的擾動和後期混合，保證煤粉顆粒的燃盡。
本發明方法中燃燒器具體布置位置和噴口結構特徵與鍋爐容量、煤種及煤質特性、制粉系統、噴口氣流參數等因素有關，可根據具體的使用要求來具體確定。由一次風噴口組成的四列燃燒器設置在靠近四牆中心線的爐牆上，其噴口中心軸線離爐牆中心線的距離r即為一次風假想切圓半徑，該半徑與爐牆半寬R的比值r/R可在0～0.35之間。r/R取較小值將得到較小的假想切圓直徑，使射流更易射向爐膛中心；射流處於熱負荷最高的爐牆中部射出，也得到較好的著火條件。另外，同層相鄰噴口之間的作用距離會較短，上、下遊射流點火作用較強。
當然，r/R取較小值會對噴口的保護提出更高要求，且對小容量鍋爐也不適用，否則同層射流衝撞點太近反而會削弱煤粉氣流相互點燃作用。布置在爐膛四角上的由二次風噴口組成的燃燒器噴口中心軸線在爐膛中心形成的假想切圓直徑按煤粉爐四角切圓燃燒方式選取，可比一次風的假想切圓直徑大，當然比它小也能保證在爐內二次風整體包裹一次風旋轉。一、二、三次風噴口具體結構形式可按通常設計規範和上述提到的因素確定，特別是對一次風也可輔助採用其它的穩燃技術，如濃淡燃燒技術，一次風噴口還可採用穩燃鈍體和穩燃齒等結構，為防止噴口燒損，可採用周界風以及適當提高風速等措施。
本發明從根本上解決了無煙煤及貧煤著火穩燃問題，同時又能兼顧防結渣、低汙染、高燃燒效率等技術特點。與其它技術相比，該技術不是從某一方面去解決問題而又帶來其它負面問題，它是解決無煙煤及貧煤燃燒問題的綜合技術，其燃燒器布置方式和爐內射流作用過程都是傳統煤粉燃燒技術的重大改進，使無煙煤鍋爐運行更加安全、可靠、高效、經濟、環保。
圖1為本發明中各次風作用示意2為燃燒器的切圓布置示意3為燃燒器噴口的布置示意圖具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
如圖1所示，為各次風作用示意圖，圖中一次風射流用內含剖面線輪廓線表示，二次風射流用空白輪廓線表示。
如圖2所示，為燃燒器的切圓布置示意圖。圖中一次風燃燒器組1；二次風燃燒器組2；水冷壁3；一次風噴口射流軸線4；二次風噴口射流軸線5；一次風假想切圓6；二次風假想切圓7；一次風噴口中心軸線離爐牆中心線的距離(一次風假想切圓半徑)r；爐牆半寬R。
如圖3所示，為燃燒器噴口的布置示意圖，圖中左側列燃燒器組即為圖2所示的標記為1的一次風燃燒器組，右側列燃燒器組即為圖2所示的標記為2的二次風燃燒器組。
由一次風噴口組成的四列燃燒器1設置在鍋爐下爐膛靠近四牆中心線的爐牆上，噴口中心軸線垂直於爐牆，爐牆中心線的距離r與爐牆半寬R的比值-r/R通常可在0～0.35之間，且四列噴口軸線以爐膛中心為圓心形成一假想切圓6。由二次風噴口組成的四列燃燒器2設置在爐膛四角上，四角噴口中心軸線以爐膛中心為圓心形成一假想切圓7，並使二次風噴口與一次風噴口在同一水平高度(如圖3)。一、二次風射流在爐內形成內外兩個同心切圓旋轉運動，二次風包裹一次風。依靠角部二次風的補氣和支撐，一次風中大量氣流流向爐膛中心區域，使一次風攜帶的大量煤粉進入爐膛中心區域燃燒，形成集中的高溫穩燃區。二次風在水冷壁3附近形成了氧化性氣氛的氣幕，避免煤粉貼壁結渣和壁面高溫腐蝕。三次風和燃盡風噴口布置在主燃區上部的角部，形成四角切向射流，加強爐膛上部區域的擾動和後期混合，保證煤粉顆粒的燃盡。
本實施例與現有無煙煤燃燒技術，特別是傳統的四角切向燃燒技術相比，具有如下優點1)一次風噴口布置在熱負荷分布最高的爐牆中部區域，且一次風出口射流離高溫的爐膛中心火焰最近，極有利於煤粉著火穩燃；2)一次風同層相鄰噴口之間的作用距離會較短，上、下遊射流點火作用很強；3)一、二次風相對分離，推遲了一、二次風初期混合，保證在一次風噴口出口一定範圍煤粉濃度相對較高，減少了著火熱，有利於煤粉著火穩燃；4)由於一、二次風相對分離，由傳統的四列燃燒器變成了八列，燃燒器組的高寬比將大大降低，亦即燃燒器區域的高度大幅度降低使燃料燃燒釋熱更集中，該區域截面和容積熱負荷將提高，很利於煤粉著火穩燃，而不必像其它燃燒方式在該區域的水冷壁上敷設衛燃帶；5)一、二次風噴口的布置方式使爐內形成內外兩個同心切圓，二次風包裹一次風，依靠角部二次風的補氣和支撐，以及燃燒器組的高寬比降低使一次風射流剛性提高的作用，一次風中大量氣流流向爐膛中心區域，保證了一次風攜帶的大量煤粉進入爐膛中心區域燃燒，避免了煤粉貼壁結渣；同時，二次風在水冷壁附近形成了一層較厚的氧化性氣氛的氣幕，這不僅提高了此處煤灰熔點，同樣也阻止了顆粒的貼壁運動，共同起到了防結渣的作用；同樣對防止燃燒器區域水冷壁高溫腐蝕起作用；6)一、二次風相對分離，以及一、二次風混合的推遲，使一次風中煤粉初期偏離化學當量比燃燒，並結合燃燒器上部的燃盡風技術能有效抑制NOX形成，大大降低NOX排放，減少燃煤大氣汙染；7)燃燒器組的高寬比大大降低，使燃燒器區域的截面和容積熱負荷提高，很利於無煙或劣質煤粉高效率燃燒；燃燒器組的高寬比的降低也使燃燒器組離爐膛出口距離增加，這使煤粉在爐內停留時間相應延長，再加上三次風和燃盡風在主燃區上部區域的擾動，加強後期混合，能保證煤粉顆粒的後期燃盡率高，飛灰含炭量低；8)燃燒器組高度的降低使燃燒器組離爐膛出口距離增加，爐膛出口殘餘旋轉將減小，利於降低爐膛出口的煙溫偏差；9)燃燒器組高度的降低使下爐膛區域熱負荷提高，增加了下爐膛區域水冷壁吸熱量，另外，燃燒器區域無需布置衛燃帶穩燃，也使該區域水冷壁能充分吸熱，這可降低爐膛受熱面的布置成本。
權利要求
1.一種無煙煤燃燒方法，其特徵在於，四列燃燒器完全由一次風噴口組成，設置在鍋爐下爐膛靠近四牆中心線的爐牆上，噴口中心軸線垂直於爐牆或成某一夾角，且四列噴口軸線以爐膛中心為圓心形成一假想切圓，另四列燃燒器由二次風噴口組成，設置在爐膛四角上，四角噴口中心軸線以爐膛中心為圓心形成一假想切圓，並使二次風噴口與一次風噴口在同一水平高度，布置在爐牆上的四列一次風噴口和角上的四列二次風噴口構成燃料的主燃區，一、二次風射流在爐內形成內外兩個同心切圓旋轉運動，二次風包裹一次風，一次風中大量氣流流向爐膛中心區域，保證一次風攜帶的大量煤粉也進入爐膛中心區域燃燒，二次風在水冷壁附近形成氧化性氣氛的氣幕，避免煤粉貼壁結渣，三次風和燃盡風噴口布置在主燃區上部的角部，形成四角切向射流，加強爐膛上部區域的擾動和後期混合，保證煤粉顆粒的燃盡。
2.根據權利要求1所述的無煙煤燃燒方法，其特徵是，為防止下層噴口掉粉，在最下層一次風噴口下加一層二次風噴口。
3.根據權利要求1所述的無煙煤燃燒方法，其特徵是，由一次風噴口組成的四列燃燒器設置在靠近四牆中心線的爐牆上，其噴口中心軸線離爐牆中心線的距離r與爐牆半寬R的比值r/R在0～0.35之間。
4.根據權利要求1或3所述的無煙煤燃燒方法，其特徵是，布置在爐膛四角上的由二次風噴口組成的燃燒器噴口中心軸線在爐膛中心形成的假想切圓直徑按煤粉爐四角切圓燃燒方式選取，比一次風的假想切圓直徑大或小。
全文摘要
一種無煙煤燃燒方法，用於能源技術領域。本發明由一次風噴口組成的四列燃燒器設置在鍋爐下爐膛靠近四牆中心線的爐牆上，由二次風噴口組成另四列燃燒器設置在爐膛四角上，二次風噴口與一次風噴口在同一水平高度，一、二次風射流在爐內形成內外兩個同心切圓旋轉運動，二次風包裹一次風，一次風中大量氣流流向爐膛中心區域，二次風在水冷壁附近形成氧化性氣氛的氣幕，三次風和燃盡風噴口布置在主燃區上部的角部，形成四角切向射流。本發明可從根本上解決了無煙煤及貧煤著火穩燃問題，同時又能兼顧防結渣、低汙染、高燃燒效率等特點，是解決無煙煤及貧煤燃燒問題的綜合技術。
文檔編號F23C5/00GK1959205SQ200610118898
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月30日 優先權日2006年11月30日
發明者範衛東, 章明川, 周月桂, 範浩傑, 于娟 申請人:上海交通大學