一種採用旋流煤粉燃燒器的多次引射分級W火焰鍋爐的製作方法

2023-10-11 08:43:24 3

本發明涉及一種鍋爐，具體涉及一種採用旋流煤粉燃燒器的多次引射分級W火焰鍋爐。

背景技術：

現有技術中旋流燃燒器的W火焰鍋爐是一種專為燃用無煙煤、貧煤而設計的鍋爐，這種鍋爐在實際運行過程中普遍存在以下問題。

採用旋流燃燒器的W火焰鍋爐的拱上風佔總風量的60％以上，煤粉燃燒初期氧化性強，NOx排放量高。NOx對動物和人體有致毒作用，是形成酸雨的主要物質之一，也是形成大氣中光化學煙霧的重要物質和破壞大氣臭氧層的一個重要因素。根據《火電廠大氣汙染物排放標準》GB13223-2011，W火焰鍋爐NOx最高允許排放濃度為200mg/m3，由於W火焰鍋爐爐膛出口NOx排放量超高，僅靠尾部脫硝難以達到這一排放標準，迫切需要對採用旋流燃燒器的W火焰鍋爐的燃燒系統進行全新設計。

採用旋流燃燒器的W火焰鍋爐燃用低揮發分煤種，煤粉氣流著火晚，主煤粉氣流下衝深度小，飛灰可燃物含量高，煤粉燃盡率低。飛灰可燃物含量高不僅造成鍋爐不完全燃燒損失增加，降低鍋爐熱效率，而且對鍋爐的安全運行構成嚴重的威脅，易帶來過熱器結渣和煙道二次燃燒、低溫腐蝕和磨損等問題，使鍋爐運行的安全性和經濟性受到影響。

中國發明專利《多次引射分級燃燒的方法及實現該方法的W火焰鍋爐裝置》公開日為2010年9月15日、申請號為201010149634.5、申請日為2010年4月19日，提出採用縫隙式直流燃燒器的W火焰鍋爐的多次引射分級燃燒方法，一定程度上降低了NOx排放量和飛灰可燃物含量，爐內結渣輕微。但是，由於沒有燃盡風，在實際運行中NOx排放量仍高達1000mg/m3，且飛灰可燃物含量仍處於一個較高水平。中國發明專利《旋流煤粉燃燒器一、二次風偏心布置的W火焰鍋爐》公開日為2016年5月4日、申請號為201511007686.8、申請日為2015年12月28日，提出W火焰鍋爐的旋流燃燒器的一、二次風管偏心布置的方法，實現二次風部分偏置可以一定程度上降低NOx排放量和飛灰可燃物含量，防止下爐膛前後牆水冷壁結渣，但是僅僅採用二次風部分偏置的旋流燃燒器，並未解決拱上和拱下的風量配比，拱上風量依然佔總風量的60％以上，未能完全顯現出燃燒器的低NOx特性，實際運行中NOx排放量高達950mg/m3，飛灰可燃物含量高達9％。為了進一步降低NOx生成量和飛灰可燃物含量，針對這種採用旋流燃燒器的W火焰鍋爐，提出了一種全新的多次引 射分級燃燒的鍋爐。

技術實現要素：

本發明為了進一步降低採用旋流煤粉燃燒器的W火焰鍋爐的NOx排放量和飛灰可燃物含量的問題，進而提供一種採用旋流煤粉燃燒器的多次引射分級W火焰鍋爐。

本發明為解決上述問題採取的技術方案是：它包括下爐膛、上爐膛、前爐拱和後爐拱，它還包括N個前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器、N個後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器、N個前乏氣風噴口、N個後乏氣風噴口、N個前分級風噴口、N個後分級風噴口、2N組前燃盡風噴口和2N組後燃盡風噴口；上爐膛、下爐膛、前爐拱和後爐拱構成爐膛，N個前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器均布布置在前爐拱上，N個後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器均布布置在後爐拱上，且前爐拱上的每個前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器分別與後爐拱上的一個後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器對應設置，每個前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器下方水冷壁處分別由上至下依次設有一個前乏氣風噴口和一個前分級風噴口，每個後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器下方水冷壁處分別由上至下依次設有一個後乏氣風噴口和一個後分級風噴口，上爐膛的前牆上均布設置有2N組前燃盡風噴口，每個前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器分別對應設置有兩組前燃盡風噴口，兩組前燃盡風噴口由上至下傾斜設置在上爐膛的前牆上，上爐膛的後牆上均布設置有2N組後燃盡風噴口，每個後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器分別對應設置有兩組後燃盡風噴口，兩組後燃盡風噴口由上至下傾斜設置在上爐膛的後牆上。

本發明的有益效果是：

1本發明大幅度降低了NOx排放量

本發明的旋流煤粉燃燒器二次風完全偏置後，靠近爐膛中心一側燃燒器二次風量減少，使靠近爐膛中心一側的煤粉氣流在富燃料低氧的環境中燃燒，有效的抑制了NOx的生成。與原燃燒系統相比，採用本發明多次引射分級燃燒系統，在加熱條件以及接收熱量都相同的情況下，靠近爐膛中心一側的煤粉氣流升溫更快，煤粉著火及時，而原有的旋流燃燒器的一次風和二次風是同軸的，由於煤粉氣流著火晚，導致煤粉氣流著火前一、二次風開始混合，旋流燃燒器的空氣分級效果較差，而採用本發明後，燃燒器二次風完全偏置實現了空氣分級，有利於降低NOx。靠近後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器下方水冷壁2-1一側和靠近前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器下方水冷壁2-2一側的外二次風量增加，下衝動量增大，靠近後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器下方水冷壁2-1一側和靠近前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器下方水冷壁2-2一側氣流升溫速度相對較慢， 二次風溫相對較低，剛性較強，靠近後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器下方水冷壁2-1一側和靠近前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器下方水冷壁2-2一側的外二次風在下射較大深度後才與一次風和內二次風的混合氣流相混並攜帶一次風粉繼續深入，煤粉氣流長時間在還原性氣氛中燃燒，有利於降低NOx。同時，拱上二次風、乏氣風、分級風及雙層燃盡風使得爐內深度分級燃燒，改變了原有拱上風率為60％以上的燃燒組織方式，拱上風率降為45％左右，有利於降低NOx的排放量。

2本發明大幅度降低了飛灰可燃物含量

本發明的旋流煤粉燃燒器二次風完全偏置後，一次風與爐內高溫回流煙氣直接接觸，煤粉著火及時並穩定燃燒，從而提高煤粉燃盡率，同時內二次風先攜帶一次風下行，在一次風粉和內二次風衰減至一定程度後再由外二次風攜帶下射，使下射程度更深，延長了一次風粉的行程而提高燃盡，從而降低飛灰可燃物含量。以一定角度入射的乏氣和分級風能攜帶煤粉進一步下射而延長了一次風粉的行程，使一次風粉深入冷灰鬥區域，煤粉顆粒在高溫的下爐膛具備足夠的停留時間而獲得較好燃盡效果，降低飛灰可燃物含量。另外，在拱上靠近喉口位置和上爐膛前後牆增設雙層燃盡風最大程度地使煤粉充分燃燒，有效地提高了煤粉的燃盡率，減少了飛灰可燃物含量。

此外，本發明與背景技術公開日為2010年9月15日、申請號為201010149634.5、申請日為2010年4月19日《多次引射分級燃燒的方法及實現該方法的W火焰鍋爐裝置》和公開日為2016年5月4日、申請號為201511007686.8、申請日為2015年12月28日《旋流煤粉燃燒器一、二次風偏心布置的W火焰鍋爐》相比，在技術方案上有以下不同：

A、與申請號為201010149634.5專利的不同之處有以下幾點：

結構上的不同：①「申請號為201010149634.5專利」採用縫隙式直流燃燒器，拱上依次布置有濃煤粉噴口、內二次風噴口、淡煤粉噴口、外二次風噴口，而本發明採用二次風完全偏置的旋流燃燒器。②本發明採用乏氣下置的布置方式，並在拱上靠近喉口位置和上爐膛前後牆增設雙層燃盡風。

燃燒組織原理不同：①「申請號為201010149634.5專利」採用縫隙式直流燃燒器，而本發明採用旋流燃燒器，二次風是旋流風，與縫隙式直流燃燒器相比，旋流燃燒器的一、二次風混合相對更加強烈，能夠及時補充一次風燃燒初期所需要的氧氣，使鍋爐燃盡率較高，進一步地降低了飛灰可燃物含量，同時旋流燃燒器對周圍介質具有高卷吸率，在出口處能快速混合，氣流旋轉強烈，形成高溫回流區，提高了火焰的穩定性；②本發明採用的旋流燃燒器本身能夠形成空氣分級燃燒，同時煤粉氣流在爐內進一步分級燃燒，有利於降 低NOx排放量；③本發明採用乏氣下置的布置方式，並在拱上靠近喉口位置和上爐膛前後牆增設雙層燃盡風，強化了爐膛內空氣分級燃燒，有利於進一步降低NOx排放量。④「申請號為201010149634.5專利」中運用風速來衡量爐膛內分級燃燒水平，風速本身不能體現出爐膛內的分級燃燒水平，而採用風率能夠準確保證每一級分級燃燒所需的風量，採用風率對鍋爐的實際運行和新型鍋爐的設計適用性更強。⑤「申請號為201010149634.5專利」的拱上二次風率為60％左右，風率高，不利於降低NOx，而本發明拱上二次風量佔總風量的45％左右，煤粉燃燒初期處於還原性氣氛中，使爐膛出口NOx排放量大幅度降低。

B、與「申請號為201511007686.8專利」的不同之處有以下幾點：

結構上的不同：「申請號為201511007686.8專利」僅在旋流燃燒器靠近爐膛中心一側的內、外二次風噴口處加裝擋塊形成二次風部分偏置，靠近爐膛中心一側燃燒器二次風量部分減少，而本發明二次風管相對於一次風管向遠離爐膛中心一側偏移，最終內二次風管、外二次風管和一次風管的管壁接觸，形成二次風完全偏置，靠近爐膛中心一側的二次風量大幅度減少。與「申請號為201511007686.8專利」相比，採用本發明後，一次風與爐內高溫煙氣直接接觸，煤粉氣流和爐內高溫煙氣對流換熱增強，一次風煤粉氣流升溫速率加快，煤粉著火進一步提前。「申請號為201511007686.8專利」是針對爐內燃燒系統的某一部分而言，而本發明是針對W火焰鍋爐爐內的整個燃燒系統。

燃燒組織原理不同：①「申請號為201511007686.8專利」的旋流煤粉燃燒器二次風部分偏置，而本發明的旋流煤粉燃燒器二次風完全偏置，靠近爐膛中心一側的二次風量大幅度減少，煤粉著火進一步提前，飛灰可燃物含量進一步降低。②「申請號為201511007686.8專利」僅僅採用二次風部分偏置的旋流燃燒器，並未解決拱上和拱下的風量配比，拱上風量依然佔總風量的60％以上，煤粉燃燒初期依然處於氧化性氣氛中，不能完全顯現其低NOx特性，而本發明採用爐內深度分級燃燒後，拱上燃燒器的二次風量佔總風量的45％左右，煤粉燃燒初期處於還原性氣氛中，使爐膛出口NOx排放量大幅度降低。③本發明在拱上靠近喉口位置和上爐膛前後牆增設雙層燃盡風，強化了爐膛內空氣分級燃燒，有利於進一步降低NOx排放量。

C、與「申請號為201010149634.5專利」和「申請號為201511007686.8專利」整合後的不同：

①「申請號為201511007686.8專利」的旋流煤粉燃燒器二次風部分偏置，無法體現爐內引射分級燃燒效果。②「申請號為201010149634.5專利」和「申請號為201511007686.8專利」均未設有燃盡風，爐內分級效果較差。③拱上風率的的不同：「申請號為 201010149634.5專利」和「申請號為201511007686.8專利」的拱上二次風率為60％左右，而本發明拱上風率為45％左右。

附圖說明

圖1是本發明整體結構主視圖，圖中箭頭方向為氣流運動方向，圖2是圖1中A向示意圖，圖3是圖1中前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1-圖3說明本實施方式，本實施方式所述一種採用旋流煤粉燃燒器的多次引射分級W火焰鍋爐，它包括下爐膛1、上爐膛2、前爐拱3和後爐拱17，它還包括N個前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器、N個後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器、N個前乏氣風噴口10、N個後乏氣風噴口13、N個前分級風噴口11、N個後分級風噴口12、2N組前燃盡風噴口15和2N組後燃盡風噴口16；上爐膛2、下爐膛1、前爐拱3和後爐拱17構成爐膛，N個前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器均布布置在前爐拱3上，N個後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器均布布置在後爐拱17上，且前爐拱3上的每個前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器分別與後爐拱17上的一個後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器對應設置，每個前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器下方水冷壁2-2處分別由上至下依次設有一個前乏氣風噴口10和一個前分級風噴口11，每個後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器下方水冷壁2-1處分別由上至下依次設有一個後乏氣風噴口13和一個後分級風噴口12，上爐膛2的前牆上均布設置有2N組前燃盡風噴口15，每個前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器分別對應設置有兩組前燃盡風噴口15，兩組前燃盡風噴口15由上至下傾斜設置在上爐膛2的前牆上，上爐膛2的後牆上均布設置有2N組後燃盡風噴口16，每個後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器分別對應設置有兩組後燃盡風噴口16，兩組後燃盡風噴口16由上至下傾斜設置在上爐膛2的後牆上。遠離爐膛中心一側的內二次風和外二次風逐級引射並攜帶濃煤粉氣流下射，實現第一、第二級分級燃燒，乏氣風引射煤粉氣流下射實現第三級分級燃燒，拱下分級風引射煤粉氣流下射實現第四級分級燃燒，之後高溫煤粉氣流折轉180°向上流動，形成W火焰，煤粉氣流繼續上行，燃盡風引入爐膛實現第五級、第六級分級燃燒，這樣拱上布置有旋流煤粉燃燒器的W火焰鍋爐實現了多次引射分級燃燒。

具體實施方式二：結合圖1-圖2說明本實施方式，本實施方式所述一種採用旋流煤粉燃燒器的多次引射分級W火焰鍋爐，前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器包括前一次風管5、前內二次風管6和前外二次風管7，前一次風管5、前內二次風管6和前外二次 風管7均垂直安裝在前爐拱3上，前外二次風管7和前內二次風管6由外向內依次套裝在前一次風管5上，前一次風管5的外側壁與前內二次風管6的內側壁貼合，前內二次風管6的外側壁與前外二次風管7的內側壁貼合，前一次風管5靠近上爐膛2前牆設置，前外二次風管7遠離上爐膛2前牆設置，其它組成及連接關係與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述一種採用旋流煤粉燃燒器的多次引射分級W火焰鍋爐，後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器包括後一次風管8、後內二次風管9和後外二次風管4，後一次風管8、後內二次風管9和後外二次風管4均垂直安裝在後爐拱17上，後內二次風管9和後外二次風管4由外向內依次套設在後一次風管8上，後一次風管8的外側壁與後內二次風管9的內側壁貼合，後內二次風管9的外側壁與後外二次風管4的內側壁貼合，後一次風管8靠近上爐膛2後牆設置，後外二次風管4遠離上爐膛2後牆設置，其它組成及連接關係與具體實施方式一相同。

具體實施方式四：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述一種採用旋流煤粉燃燒器的多次引射分級W火焰鍋爐，前乏氣風噴口10向下傾斜設置，多個前乏氣風噴口10的中心線位於同一平面內，且每個前乏氣風噴口10的中心線與水平面所成的角度為a，後乏氣風噴口13向下傾斜設置，多個後乏氣風噴口13的中心線位於同一平面內，且每個後乏氣風噴口13的中心線與水平面所成的角度為b，a的數值與b的數值相等，b的取值範圍為25°-45°，本發明中乏氣風風率為8％-10％，其它組成及連接關係與具體實施方式一相同。

具體實施方式五：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述一種採用旋流煤粉燃燒器的多次引射分級W火焰鍋爐，前分級風噴口11向下傾斜設置，多個前分級風噴口11的中心線位於同一平面內，且每個前分級風噴口11的中心線與水平面所成的角度為c，後分級風噴口12向下傾斜設置，多個後分級風噴口12的中心線位於同一平面內，且每個後分級風噴口12的中心線與水平面所成的角度為d，c的數值和d的數值相等，d的取值範圍為25°-45°，本發明中分級風風率為13％-20％，其它組成及連接關係與具體實施方式一相同。

具體實施方式六：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述一種採用旋流煤粉燃燒器的多次引射分級W火焰鍋爐，每個前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器對應設置的兩個上前燃盡風噴口15的中心線平行設置，且前燃盡風噴口15的中心線與水平面所成的角度為e，每個後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器對應設置的兩個後燃盡風噴口16的中心線平行設置，且後燃盡風噴口16的中心線與水平面所成的角度為f，e的數值與f 的數值相等，e的取值範圍為35°-45°本發明中燃盡風風率為18％-25％，其它組成及連接關係與具體實施方式一相同。

工作原理

在爐膛的前爐拱3上從爐膛中心側到前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器下方水冷壁2-2之間布置多個前爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器，以及在爐膛的後爐拱17上從爐膛中心側到爐膛的後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器下方水冷壁2-1之間布置多個後爐拱二次風完全偏置旋流煤粉燃燒器，本發明採用二次風完全偏置的旋流煤粉燃燒器，前內二次風管6和前外二次風管7相對於前一次風管5向遠離爐膛中心一側偏移，後內二次風管9和後外二次風管4相對於後一次風管8向遠離爐膛中心一側偏移，形成二次風完全偏置。前一次風管5和後一次風管8內的一次風均攜帶濃煤粉進入下爐膛1內，遠離爐膛中心的前內二次風管6和後內二次風管9及前外二次風管7和後外二次風管4逐級引射並攜帶濃煤粉氣流下射，實現第一、第二級分級燃燒，乏氣風經前乏氣風噴口10和後乏氣風噴口13進一步引射煤粉氣流下行，實現第三級分級燃燒，拱下分級風經前分級風噴口11和後分級風噴口12進入下爐膛1內，進一步引射煤粉氣流下行，實現第四級分級燃燒，之後高溫煤粉氣流折轉180°向上流動，形成W火焰，煤粉氣流繼續上行，燃盡風經前燃盡風噴口15和後燃盡風噴口16進入爐膛內，實現第五級、第六級分級燃燒。採用這種方式可以保證煤粉氣流在下爐膛有足夠的下射深度，在提高燃盡率的同時減少NOx的生成。

本發明的應用實例：本實例對一臺採用旋流煤粉燃燒器的300MW W火焰鍋爐進行現場工業試驗。當採用原燃燒系統時，冷態示蹤試驗測得燃燒器主氣流下衝深度為3.2m，熱態試驗測得煤粉氣流在距燃燒器噴口1.3m的位置著火，鍋爐NOx排放量1300mg/m3，飛灰可燃物含量11％，鍋爐滿負荷時主燃區溫度1450℃～1500℃。當採用本發明多次引射分級燃燒系統後，冷態示蹤試驗測得燃燒器主氣流下衝深度為5.1m，熱態試驗測得煤粉氣流在距燃燒器噴口0.5m的位置著火，鍋爐NOx排放量760mg/m3，飛灰可燃物含量7.9％，鍋爐滿負荷時主燃區溫度1550℃～1600℃。試驗結果表明，與原燃燒系統相比，採用本發明多次引射分級燃燒系統後，下衝深度增加了1.9m，煤粉氣流提前0.8m著火，NOx排放量降低了540mg/m3，飛灰可燃物含量降低了3.1個百分點，主燃區溫度升高了100℃左右。