一種燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器的製作方法
2023-12-06 17:58:31 1
專利名稱：一種燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種煤粉燃燒裝置，特別涉及一種燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒O背景技術
我國已探明的煤炭儲量約為6400億噸，其中低揮發份無煙煤約佔煤炭總儲量的 14. 6%。我國火電廠燃用無煙煤約佔發電用煤總量的3%，這一數字還在增加。無煙煤的揮發份含量低，含氫量低，著火溫度高，火焰傳播速度較慢，如燃燒組織得不好，易發生低負荷燃燒不穩定，煤質變差時鍋爐高負荷容易熄火的情況，燃燒效率一般也較低。
目前國內外燃用無煙煤一般採用W火焰鍋爐，四角切向燃燒鍋爐，以及前後牆對衝旋流燃燒鍋爐。W火焰鍋爐最大容量為600MW等級，四角切向燃燒鍋爐以及前後牆對衝旋流燃燒鍋爐最大容量為300MW等級，還未有600MW及以上等級四角切向燃燒無煙煤鍋爐的設計和運行業績。
我國電站鍋爐製造廠家從70年代初開始設計、製造專燒無煙煤的鍋爐。隨著機組容量發展到600MW 1300MW等級，鍋爐的爐膛熱力參數較125MW、300MW等級的無煙煤鍋爐有較大變化。首先是爐膛容積熱負荷qv降低，煤粉在爐膛內停留時間延長，有利於無煙煤的燃盡。但同時燃燒器區域壁面熱負荷降低，雖然斷面熱負荷qF有所升高，但是總的燃燒器區域水冷壁的吸熱量是增加的，導致燃燒器區域的溫度水平下降，對無煙煤的及時、穩定著火不利。特別是容量增加到800MW 1300MW等級後，由於受到單個煤粉噴嘴熱功率的限制，單臺磨煤機對應的煤粉噴嘴的數量相對於300MW 600MW鍋爐需要增加50%到100%，由 4個增加到6個或8個。因此，例如對1000MW超超臨界鍋爐來說，在配備6臺中速磨或雙進雙出磨煤機情況下，單臺磨煤機對應的煤粉噴嘴的數量為8個，總的煤粉噴嘴的數量達到 48個。在採用直流燃燒器四角切圓布置的情況下，單角一次風煤粉噴嘴的數量為12個，再加上燃燒器在垂直方向上分為2到3組，這樣導致燃燒器最上和最下2個一次風煤粉噴嘴的間距較大，燃燒器區域壁面熱負荷較低，該區域燃燒溫度較低，不利於無煙煤粉氣流的及時、穩定著火及鍋爐不投油低負荷穩燃。
以圖1和圖2所示的1000MW超超臨界塔式鍋爐為例，來說明現有燃燒器切圓布置方式，圖2為圖1的II-II剖視圖，圖1為圖2的I-I剖視圖。該種燃燒器包含一個鍋爐本體1』，為其配置了六臺磨煤機3』，分別編號為A、B、C、D、E、F。鍋爐的爐膛2』由四面水冷壁9』圍成，該爐膛2』的每個角上各自布置有一個燃燒器組，經由這四個角上的燃燒器組噴射出的風粉在爐膛2』的中心形成一個假想切圓11』。
每個燃燒器組又包含沿垂直方向、間隔一定距離布置的三組燃燒器10』。每組燃燒器10』進一步包含四個一次風煤粉噴嘴6』和六個二次風噴嘴8』，該些噴嘴相互配合，構成了相鄰的兩個燃燒器部分。其中三個二次風噴嘴8，和兩個一次風煤粉噴嘴6』為一個燃燒器部分，這兩個一次風煤粉噴嘴6』布置在這三個二次風噴嘴8』之間；另外的那些噴嘴以相同的布置方式構成了另一個燃燒器部分。即是說，在爐膛2』的每個角上豎直布置有18個二次風噴嘴8』和12個一次風煤粉噴嘴6』。例如，將位於1號角的12個一次風煤粉噴嘴6』， 自下而上編號為 A1-1, Al-2, B1-1, Bl-2, Cl-1，Cl-2，Dl-1，Dl-2，E1-1，E1-2，Fl-1，F1-2 ； 將4號角上12個一次風煤粉噴嘴6』編號為Α4-1，Α4-2到F4_1，F4_2。其他角上噴嘴的編號方法與之類似。
另外，每臺磨煤機3』的出口設置有四根煤粉管道5』，每根煤粉管道5』通過一個煤粉分配器4』與爐膛2』的同一個角上、同一個燃燒器部分的兩個一次風煤粉噴嘴6』對應連接。例如，編號為A的磨煤機3』與爐膛2』四個角上，編號為Al-I及Al-2，A2-1及A2-2， A3-1及A3-2，A4-1及A4-2的八個所述一次風煤粉噴嘴6』連接。也就是說，六臺磨煤機3』 各自有一條煤粉管道5』連接煤粉分配器4』後分為兩路，對應連接至爐膛2』每個角上的12 個一次風煤粉噴嘴6』。例如在1號角上，編號Al-I及A1-2的一次風煤粉噴嘴連接A號磨煤機3』的其中一條煤粉管道5』及其煤粉分配器4』 ；編號Bl-I及B1-2的其中一次風煤粉噴嘴連接B號磨煤機3』的一條煤粉管道5』及其煤粉分配器4』，其他噴嘴與磨煤機的配對連接與之類似。然而，這種布置方式使得噴嘴的間距較大，造成燃燒器區域壁面熱負荷較低，不能適應無煙煤燃燒的要求。
國內已經成功投運的大量50麗、125麗和300麗無煙煤鍋爐，幾乎全部採用上述的中間倉儲制熱風送粉系統，該系統一次風粉混合溫度可高達220 250° C，一次風比率 14 15%，並能夠將含有水份的乏氣從一次風中分離出來，從燃燒器上部送入爐膛，從而減少煤粉著火熱，採用中間倉儲制熱風送粉系統，是在50 300MW鍋爐上成功燃用無煙煤的關鍵。但是對於中間倉儲制熱風送粉系統，由於國產鋼球磨出力最大約為50t/h，對600MW 及以上機組，每臺爐要布置6 8臺磨，該系統本身較為複雜，再加上龐大的煤粉倉，使得設計院設計布置較為困難，佔地也較大。因此在機組容量增大到600MW後，一般就不再採用該系統。發明內容
本發明的內容是提供一種燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器，通過改變煤粉濃淡的分離布置形式，在滿足整臺鍋爐熱功率的前提下，增加了濃煤粉區域的煤粉濃度，使下部燃燒器區域壁面熱負荷較高，從而使該區域燃燒溫度能夠達到無煙煤著火穩燃的要求，保證無煙煤粉氣流的及時著火及鍋爐不投油低負荷穩燃。
為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供一種燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器，其包含一個鍋爐本體，其爐膛由四面水冷壁圍成；所述水冷壁兩兩相交的位置形成位所述爐膛的四個夾角；四個燃燒器組，對應布置在所述爐膛的四個夾角上；經由所述四個夾角上的燃燒器組噴射出的煤粉氣流，在該爐膛的中心形成一個假想切圓；每個燃燒器組還在垂直方向上，有間隔地布置有兩組燃燒器 第一組燃燒器是一次風/濃煤粉燃燒器，其處在所述爐膛的下部；所述第一組燃燒器向爐膛內的下部發送濃煤粉氣流，從而在爐膛的該位置形成一個濃煤粉燃燒區域；第二組燃燒器是一次風/淡煤粉燃燒器，其處在所述爐膛的上部，且位於所述第一組燃燒器的上方；所述第二組燃燒器向所述爐膛內的上部發送淡煤粉氣流，從而在所述爐膛的該位置形成一個淡煤粉燃燒區域。
所述第一組燃燒器在垂直方向上，進一步包含有多個二次風噴嘴和多個一次風/ 濃煤粉噴嘴，使各個所述一次風/濃煤粉噴嘴對應穿插布置在該些二次風噴嘴之間。
所述第二組燃燒器在垂直方向上，進一步包含有多個二次風噴嘴和多個一次風/ 淡煤粉噴嘴，使各個所述一次風/淡煤粉噴嘴對應穿插布置在該些二次風噴嘴之間。
優選的，所述第一組燃燒器包含七個二次風噴嘴和六個一次風/濃煤粉噴嘴；所述第二組燃燒器包含另外七個二次風噴嘴和六個一次風/淡煤粉噴嘴。
所述四角直流燃燒器，還包含有至少一臺磨煤機；每臺所述磨煤機的出口設置有四根煤粉管道；每根煤粉管道連接至一個濃淡分離器， 由所述濃淡分離器對一次風/煤粉氣流進行濃淡分離處理；同一個所述濃淡分離器輸出的濃淡不同的兩路氣流，分別被輸送到所述爐膛同一個夾角上的第一組燃燒器和第二組燃燒器上；其中一路濃煤粉氣流被輸送至所述第一組燃燒器的其中一個一次風/濃煤粉噴嘴；另一路淡煤粉氣流被輸送至所述第二組燃燒器的其中一個一次風/淡煤粉噴嘴。
從同一個所述磨煤機輸出，並由四個濃淡分離器分別分離形成的四路濃煤粉氣流，對應輸送至所述爐膛四個夾角上位於同一水平面的四個一次風/濃煤粉噴嘴；分離形成的四路淡煤粉氣流，對應輸出至所述爐膛四個夾角上位於同一水平面的四個一次風/淡煤粉噴嘴。
每一路所述濃煤粉氣流，包含從所述一次風/煤粉氣流中分離出的80%的煤粉和 50%的一次風；每一路所述淡煤粉氣流，包含從所述一次風/煤粉氣流中剩餘的20%的煤粉和50%的一次風；所述四角直流燃燒器的各個噴嘴周圍設置有周界風；二次風設置為偏置風。
在所述爐膛的垂直方向上，最上面的一次風/淡煤粉噴嘴與最下面的一次風/濃煤粉噴嘴的間距，由所述爐膛各個夾角上第一組燃燒器和第二組燃燒器的間距來控制。
與現有技術相比，本發明所述燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器，其優點在於1、本發明通過採用「帶煤粉濃淡分離裝置的中速磨或雙進雙出直吹式制粉系統」，分別在爐膛內的上部和下部形成了淡煤粉和濃煤粉的燃燒區域。因而，使得其中一次風/濃煤粉的風粉比和一次風比率，均要優於現有技術中使用中間倉儲制熱風送粉系統時的相應參數。同時，將含有一半水份的50%—次風分離出來，從燃燒器上部的一次風/淡煤粉噴嘴送入爐膛，雖然一次風粉的混合溫度，要比採用中間倉儲制熱風送粉系統的一次風粉的混合溫度低，但是這樣的設計，通過理論計算可知，與採用中間倉儲制熱風送粉系統相比，(濃) 煤粉氣流的著火熱是基本一樣的，從而保證了濃煤粉氣流的穩定著火。
2、本發明通過使每臺磨煤機出口的煤粉氣流，與一層共4隻一次風/濃煤粉噴嘴， 以及一層共4隻淡一次風/煤粉噴嘴對應連接的布置方式，可以在滿足整臺鍋爐熱功率的前提下，增加濃煤粉區域的煤粉濃度，此時下部的燃燒區域壁面熱負荷Cfe較高，使該區域燃燒溫度能達到無煙煤著火穩燃的要求，保證無煙煤粉氣流的及時著火及鍋爐不投油低負荷穩燃。
3、燃燒器最上面的一次風/淡煤粉噴嘴和最下面的一次風/濃煤粉噴嘴的間距控制在理想的範圍內的時候，可以在同樣滿足最上面的一次風淡煤粉噴嘴到爐膛出口屏底間距和無煙煤燃燒效率的前提下，使得鍋爐氮氧化物的排放量減少。
4、四組燃燒器布置在鍋爐四面水冷壁的四個夾角上，在各個煤粉噴嘴的四周設置周界風，二次風設置偏置風，形成「風包粉」的燃燒形式，因此，不容易發生一次風煤粉貼牆的現象，有利於防止爐膛結渣和高溫腐蝕，對煤種變化的適應性也較好。
圖1、圖2分別是現有燃燒器的平面圖和立面圖，其中，圖1是圖2在I-I向的剖視圖，圖2是圖1在II-II向的剖視圖；圖3是本發明中使用的帶煤粉濃淡分離裝置的中速磨或雙進雙出直吹式制粉系統的工作原理示意圖；圖4、圖5分別是本發明所述燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器的平面圖和立面圖， 並示出了該燃燒器中煤粉濃淡的分離布置形式；圖4是圖5在I-I向的剖視圖，圖5是圖4 在II-II向的剖視圖。
具體實施方式
以下結合
本發明的具體實施方式
。
參見圖3所示，本發明所述燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器，採用了「帶煤粉濃淡分離裝置的中速磨或雙進雙出直吹式制粉系統」，其主要原理是在磨煤機30出口的每根煤粉管道50上，增加一個煤粉濃淡分離裝置40，將一次風/煤粉進行濃淡分離，分成一路 80%煤粉和50% —次風的「濃」煤粉氣流，和一路剩餘的20%煤粉和50% —次風的「淡」煤粉氣流，這兩股煤粉氣流分別通過燃燒器的「一次風/濃煤粉」噴嘴60和「一次風/淡煤粉」 噴嘴70，送入爐膛20內相應的濃燃燒區域21和淡燃燒區域22組織燃燒。
以下將結合圖4、圖5，說明本發明所述燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器的具體結構及其中各個濃淡煤粉的分離布置形式，其中圖4是圖5在I-I向的剖視圖，圖5是圖 4在II-II向的剖視圖。
所述四角直流燃燒器包含一個鍋爐本體1，為其配置有六臺磨煤機3，分別編號為 A、B、C、D、E、F。該鍋爐的爐膛2由四面水冷壁9圍成，在爐膛2的每個夾角上各自布置有一個燃燒器組，經由這四個夾角上的燃燒器組噴射出的煤粉氣流在爐膛2的中心形成一個假想切圓11。為了方便描述，下文中將相鄰兩個水冷壁9側邊相交形成的夾角中，位於圖4 所示左下角的那個夾角稱為1號角，以順時針排序將其他夾角依次稱為2號角到4號角。
每個燃燒器組在垂直方向上，有間隔地布置有兩組燃燒器。第一組燃燒器稱為「一次風/濃煤粉」燃燒器，其位於爐膛下部，並進一步包含有七個二次風噴嘴8，以及穿插布置在該些二次風噴嘴8之間的六個一次風/濃煤粉噴嘴6。第二組燃燒器稱為「一次風/淡煤粉」燃燒器，其位於第一組燃燒器的上方，並進一步包含有另外七個二次風噴嘴8，以及穿插布置在該些二次風噴嘴8之間的六個一次風/淡煤粉噴嘴7。
為了方便描述，將位於1號角下部的第一組燃燒器中，六個一次風/濃煤粉噴嘴6 編號為Al-1，B1-1, Cl-1，Dl-1，El_l，Fl-I ；將位於1號角上部的第二組燃燒器中，六個一次風/淡煤粉噴嘴7編號為Al-2，Bl-2, Cl-2，Dl_2，El_2，F1-2。而將4號角上第一組燃燒器中的六個一次風/濃煤粉噴嘴6，編號為A4-fF4-l ；將4號角上第二組燃燒器中的六個一次風/淡煤粉噴嘴7，編號為A4-2>4-2。對爐膛2的其他夾角上，各組「一次風/濃煤粉」和「一次風/淡煤粉」的噴嘴，以類似方式進行編號。
每臺磨煤機3的出口設置有四根煤粉管道5，每根煤粉管道5通過一個濃淡分離器4後，分別與爐膛2的同一個夾角上的一個一次風/濃煤粉噴嘴6及一個一次風/淡煤粉噴嘴7對應連接。
舉例來說，編號為A的磨煤機3的輸出，經過四個濃淡分離器4處理後，得到兩種濃淡不同的各四路煤粉氣流。其中四路濃煤粉氣流，分別在爐膛2下部的第一燃燒器中，與編號為Al-1，A2-1，A3-1，A4-1的四個一次風/濃煤粉噴嘴6對應連接，這四個一次風/濃煤粉噴嘴6應當是位於爐膛2四個夾角下部的同一水平面上。另外四路淡煤粉氣流，分別在爐膛2上部的第二燃燒器中，與編號為Al-2，A2-2，A3-2，A4-2的一次風/淡煤粉噴嘴7 對應連接，這四個一次風/淡煤粉噴嘴7應當是位於爐膛2四個夾角上部的同一水平面上。 其他編號的磨煤機3輸出的煤粉氣流，與各個噴嘴的連接關係，與之類似；在附圖中省略了相關的煤粉管道、濃淡分離器及其與噴嘴的連接線。
經由上述的分離布置，使得各個磨煤機3的輸出中，所有分離出的濃煤粉氣流都被發送至整個爐膛2內的下半部分，從而在該位置形成了一個濃煤粉燃燒區；而分離出的淡煤粉氣流會被發送至爐膛2內的上半部分，並在該位置形成了一個淡煤粉燃燒區，符合圖3所示的系統原理。因此，能夠在滿足整臺鍋爐熱功率的前提下，增加濃煤粉區域的煤粉濃度，使下部燃燒器區域壁面熱負荷較高，該區域燃燒溫度能達到無煙煤著火穩燃的要求，保證無煙煤粉氣流的及時著火及鍋爐不投油低負荷穩燃。
優選的，在同時滿足最上面一個一次風煤粉噴嘴到爐膛2出口屏底之間的間距， 以及煙煤燃燒效率的前提下，可以對各個夾角上第一組和第二組燃燒器之間的間距進行設定，使得最上面的一個一次風/淡煤粉噴嘴和最下面的一個一次風/濃煤粉噴嘴的間距，被控制在理想的範圍內，從而可以使鍋爐的氮氧化物的排放量減少。
另外，本發明還在爐膛2的四個夾角上，通過為各個煤粉噴嘴的四周設置周界風， 二次風設置偏置風，形成「風包粉」的燃燒形式，從而防止一次風煤粉貼牆的現象發生，有利於防止爐膛結渣和高溫腐蝕，對煤種變化的適應性也較好。
儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器，其特徵在於，包含一個鍋爐本體(1)，其爐膛(2)由四面水冷壁(9)圍成；所述水冷壁(9)兩兩相交的位置形成為所述爐膛(2)的四個夾角；四個燃燒器組，對應布置在所述爐膛(2)的四個夾角上；經由所述四個夾角上的燃燒器組噴射出的煤粉氣流，在該爐膛(2)的中心形成一個假想切圓(11)；每個燃燒器組還在垂直方向上，有間隔地布置有兩組燃燒器第一組燃燒器是一次風/濃煤粉燃燒器，其處在所述爐膛(2)的下部；所述第一組燃燒器向爐膛(2)內的下部發送濃煤粉氣流，從而在爐膛(2)的該位置形成一個濃煤粉燃燒區域；第二組燃燒器是一次風/淡煤粉燃燒器，其處在所述爐膛(2)的上部，且位於所述第一組燃燒器的上方；所述第二組燃燒器向所述爐膛(2)內的上部發送淡煤粉氣流，從而在所述爐膛(2)的該位置形成一個淡煤粉燃燒區域。
2.如權利要求1所述燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器，其特徵在於，所述第一組燃燒器在垂直方向上，進一步包含有多個二次風噴嘴(8)和多個一次風/ 濃煤粉噴嘴(6)，使各個所述一次風/濃煤粉噴嘴(6)對應穿插布置在所述二次風噴嘴(8) 之間。
3.如權利要求2所述燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器，其特徵在於，所述第二組燃燒器在垂直方向上，進一步包含有多個二次風噴嘴(8)和多個一次風/ 淡煤粉噴嘴(7)，使各個所述一次風/淡煤粉噴嘴(7)對應穿插布置在所述二次風噴嘴(8) 之間。
4.如權利要求3所述燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器，其特徵在於，所述第一組燃燒器包含七個二次風噴嘴(8)和六個一次風/濃煤粉噴嘴(6);所述第二組燃燒器包含另外七個二次風噴嘴(8)和六個一次風/淡煤粉噴嘴(7)。
5.如權利要求3或4所述燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器，其特徵在於，所述四角直流燃燒器，還包含有至少一臺磨煤機(3)；每臺所述磨煤機(3 )的出口設置有四根煤粉管道(5 )；每根煤粉管道(5 )連接至一個濃淡分離器(4)，由所述濃淡分離器(4)對一次風/煤粉氣流進行濃淡分離處理；同一個所述濃淡分離器(4)輸出的煤粉濃淡不同的兩路氣流，分別被輸送到所述爐膛 (2)同一個夾角上的第一組燃燒器和第二組燃燒器上；其中一路濃煤粉氣流被輸送至所述第一組燃燒器的其中一個一次風/濃煤粉噴嘴(6); 另一路淡煤粉氣流被輸送至所述第二組燃燒器的其中一個一次風/淡煤粉噴嘴(7)。
6.如權利要求5所述燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器，其特徵在於，從同一個所述磨煤機(3)輸出，並由四個濃淡分離器(4)各自分離形成的四路濃煤粉氣流，對應輸送至所述爐膛(2)四個夾角上位於同一水平面的四個一次風/濃煤粉噴嘴 (6)；分離形成的四路淡煤粉氣流，對應輸出至所述爐膛(2)四個夾角上位於同一水平面的四個一次風/淡煤粉噴嘴(7)。
7.如權利要求6所述燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器，其特徵在於，每一路所述濃煤粉氣流，包含從所述一次風/煤粉氣流中分離出的80%的煤粉和50%的一次風；每一路所述淡煤粉氣流，包含從所述一次風/煤粉氣流中剩餘的20%的煤粉和50%的一次風；所述四角直流燃燒器的各個噴嘴周圍設置有周界風；二次風設置為偏置風。
8.如權利要求1所述燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器，其特徵在於， 在所述爐膛(2)的垂直方向上，最上面的一次風/淡煤粉噴嘴(7)與最下面的一次風 /濃煤粉噴嘴(6)的間距，由所述爐膛(2)各個夾角上第一組燃燒器和第二組燃燒器的間距來控制。
全文摘要
一種燃用無煙煤的單火球四角直流燃燒器，包含置於爐膛四個角上的四個燃燒器組，其噴射的煤粉氣流在爐膛中心形成假想切圓；每個燃燒器組豎直有間隔地布置有兩組燃燒器；還包含至少一臺磨煤機，每臺磨煤機出口設置的四根煤粉管道，對應連接至四個濃淡分離器；將分離出的四路濃煤粉氣流送至爐膛四個夾角下部位於同一水平面的四個一次風/濃煤粉噴嘴；將分離出的四路淡煤粉氣流送至爐膛四個夾角上部位於同一水平面的四個一次風/淡煤粉噴嘴。本發明在滿足整臺鍋爐熱功率的前提下，增加了濃煤粉區域的煤粉濃度，使下部燃燒器區域壁面熱負荷qHr較高，從而使該區域燃燒溫度能夠達到無煙煤著火穩燃的要求，保證無煙煤粉氣流的及時著火及鍋爐不投油低負荷穩燃。
文檔編號F23C7/00GK102494333SQ20111035827
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者張建文, 張翔, 柳公權, 陳飛 申請人:上海鍋爐廠有限公司