CN101021315A - 一种防止高温腐蚀的低NOx旋流燃烧装置 - Google Patents

Abstract

一种防止高温腐蚀的低NOx旋流燃烧装置，它涉及一种燃烧装置。本发明的目的是为解决目前采用旋流燃烧器的大型煤粉锅炉在降低NOx排放的同时出现高温腐蚀的问题。本发明侧墙OFA喷口(4)设置在炉膛(1)内的两个侧墙(9)的上部，侧墙OFA喷口(4)下侧中心给粉旋流煤粉燃烧器(2)所在的炉膛(1)区域为主燃烧区(8)，侧墙OFA喷口(4)及旋流OFA喷口(5)所在的炉膛(1)区域为燃尽区(6)，多个中心给粉旋流煤粉燃烧器(2)分别设置在主燃烧区(8)一侧的前后墙上，旋流OFA喷口(5)设置在燃尽区(6)一侧的前后墙上。本发明煤粉在燃烧时，能够进一步的抑制NOx的生成，对于燃用烟煤的锅炉，NOx的排放量可降低80％以上，同时，可以彻底解决OFA喷口以下区域两侧墙和前后墙水冷壁发生高温腐蚀的问题。

Description

一种防止高温腐蚀的低NOx旋流燃烧装置

技术领域

本发明涉及一种燃烧装置，特别涉及一种以煤粉为燃料的燃烧装置。

背景技术

在我国运行的大容量电站锅炉中，高温腐蚀问题日益严重。水冷壁发生高温腐蚀后，壁厚减薄，强度降低，容易造成爆管和泄漏，危及锅炉安全运行。产生高温腐蚀的主要原因就是在被腐蚀的管壁附近呈现还原性气氛。近几年随着国家对电站锅炉NOx排放量要求的不断提高，许多大容量电站锅炉都采用了OFA(燃尽风)技术，也就是实现炉内空气分级，降低NOx排放量。应用OFA(燃尽风)技术后，主燃烧区域处于贫氧燃烧状态，呈现出还原性气氛，在降低NOx排放量的同时，却加剧了主燃烧区域水冷壁处的高温腐蚀。旋流燃烧器在我国电站锅炉及其它煤粉应用领域占有一定的比例。在我国采用旋流燃烧器的大型煤粉锅炉中在降低NOx排放的同时出现高温腐蚀严重的问题，危及锅炉的安全运行。因此，研究防止高温腐蚀的低NOx旋流燃烧技术对我国电力工业及整个国民经济的发展都是有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为解决目前采用旋流燃烧器的大型煤粉锅炉在降低NOx排放的同时出现高温腐蚀的问题，提供一种防止高温腐蚀的低NOx旋流燃烧装置。本发明包含炉膛1、多个中心给粉旋流煤粉燃烧器2、前墙3、侧墙OFA(燃尽风)喷口4、旋流OFA(燃尽风)喷口5、燃尽区6、后墙7、主燃烧区8和两个侧墙9；前墙3、后墙7和两个侧墙9之间形成炉膛1，侧墙OFA(燃尽风)喷口4设置在炉膛1内的两个侧墙9的上部，侧墙OFA(燃尽风)喷口4下侧中心给粉旋流煤粉燃烧器2所在的炉膛1区域为主燃烧区8，侧墙OFA(燃尽风)喷口4及旋流OFA(燃尽风)喷口5所在的炉膛1区域为燃尽区6，多个中心给粉旋流煤粉燃烧器2分别设置在主燃烧区8一侧的前后墙上，旋流OFA(燃尽风)喷口5设置在燃尽区6一侧的前后墙上。

本发明的有益效果是：采用带有OFA(燃尽风)的技术方案后，主燃烧区过量空气系数小于1，处于贫氧燃烧状态，抑制了主燃烧区燃料型NOx的形成。但是，采用OFA(燃尽风)技术会导致主燃烧区过量空气系数小于1，处于贫氧燃烧状态，呈现出还原性气氛，容易使OFA(燃尽风)喷口以下区域两侧墙和前后墙水冷壁发生高温腐蚀。在炉膛的两侧墙上开设OFA(燃尽风)喷口，一方面可以降低NOx的生成，另一方面可以破坏喷口以下区域两侧墙水冷壁的还原性气氛，形成氧化性气氛，进一步防止喷口以下区域两侧墙水冷壁高温腐蚀的发生。中心给粉旋流煤粉燃烧器将浓煤粉气流正对燃烧器的中心回流区中心部分喷入炉膛。因此穿越中心回流区的煤粉量增加，煤粉的穿越时间延长，使煤粉在还原性气氛下燃烧，可有效控制燃料型NOx的形成。在采用OFA(燃尽风)技术使主燃烧区域过量空气系数小于1的情况下，中心回流区内会形成更强的还原性气氛，煤粉在穿越中心回流区燃烧时，在更强的还原性气氛下能够进一步的抑制NOx的生成。中心给粉旋流煤粉燃烧器将浓煤粉气流集中在燃烧器的中心，不会有较多的煤粉因二次风的旋转而被甩到炉膛侧墙水冷壁上，保证了主燃烧区域侧墙和前后墙水冷壁处的氧化性气氛，即使在加装OFA(燃尽风)喷口引起主燃烧区域过量空气系数小于1情况下，仍能保证主燃烧区域侧墙和前后墙附近的氧化性气氛，有效地防止了主燃烧区域两侧墙和前后墙水冷壁发生高温腐蚀。因此，采用防止高温腐蚀的低NOx旋流燃烧装置可以彻底解决OFA(燃尽风)喷口以下区域两侧墙和前后墙水冷壁发生高温腐蚀的问题。

单纯采用中心给粉旋流煤粉燃烧器能保证炉膛主燃烧区域两侧墙和前后墙水冷壁的氧化性气氛，防止高温腐蚀的发生。同时，中心给粉旋流煤粉燃烧器将浓煤粉气流正对燃烧器的中心回流区中心部分喷入炉膛。因此穿越中心回流区的煤粉量增加，煤粉的穿越时间延长，使煤粉在还原性气氛下燃烧，在一定程度上抑制燃料型NOx的形成。但是，由于主燃烧区域过量空气系数较高，不能大幅度的降低NOx的排放，工业试验表明，对于燃用烟煤的锅炉，采用中心给粉旋流煤粉燃烧器后，NOx的排放量可降低20％左右。单纯采用OFA(燃尽风)技术能够实现炉内的空气分级，有效地控制NOx的形成，对于燃用烟煤的锅炉，采用OFA(燃尽风)技术后，NOx的排放量可降低40％左右。但是，采用OFA(燃尽风)技术会使主燃烧区域过量空气系数小于1，处于贫氧燃烧状态，导致OFA(燃尽风)喷口以下两侧墙和前后墙水冷壁发生高温腐蚀，危及锅炉的安全运行。而采用防止高温腐蚀的低NOx旋流燃烧装置后，在采用OFA(燃尽风)技术使主燃烧区过量空气系数小于1的情况下，中心回流区内会形成更强的还原性气氛，煤粉在穿越中心回流区燃烧时，能够进一步地抑制NOx的生成。因此采用防止高温腐蚀的低NOx旋流燃烧装置能大幅度的降低NOx的排放，对于燃用烟煤的锅炉，NOx的排放量可降低80％以上。同时，采用防止高温腐蚀的低NOx旋流燃烧装置可以彻底解决OFA(燃尽风)喷口以下区域两侧墙和前后墙水冷壁发生高温腐蚀的问题。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是中心给粉旋流煤粉燃烧器的结构示意图，图3是旋流OFA(燃尽风)喷口的结构示意图，图4是图1的A-A剖视图，图5是具体实施方式四的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：(见图1、图4)本实施方式由炉膛1、多个中心给粉旋流煤粉燃烧器2、前墙3、侧墙OFA(燃尽风)喷口4、旋流OFA(燃尽风)喷口5、燃尽区6、后墙7、主燃烧区8和两个侧墙9组成；前墙3、后墙7和两个侧墙9之间形成炉膛1，侧墙OFA(燃尽风)喷口4设置在炉膛1内的两个侧墙9的上部，侧墙OFA(燃尽风)喷口4下侧中心给粉旋流煤粉燃烧器2所在的炉膛1区域为主燃烧区8，侧墙OFA(燃尽风)喷口4及旋流OFA(燃尽风)喷口5所在的炉膛1区域为燃尽区6，多个中心给粉旋流煤粉燃烧器2分别设置在主燃烧区8一侧的前后墙上，旋流OFA(燃尽风)喷口5设置在燃尽区6一侧的前后墙上。本实施方式全部的煤粉、一次风和大部分二次风通过中心给粉旋流煤粉燃烧器2在主燃烧区8内燃烧，余下的小部分二次风通过侧墙OFA(燃尽风)喷口4和旋流OFA(燃尽风)喷口5进入燃尽区6参与燃烧。

具体实施方式二：(见图2)本实施方式的中心给粉旋流煤粉燃烧器2由火嘴2-2、三个锥形的分离环2-3、外旋流器2-4、内旋流器2-5、一次风管2-8、输粉管道2-9、内风门挡板2-10、外风门挡板2-12、燃烧器壳体2-13和桶形的隔板2-14组成，燃烧器壳体2-13与前墙3或后墙7固定连接，一次风管2-8设置在燃烧器壳体2-13的中心处，一次风管2-8位于燃烧器壳体2-13内的一端是火嘴2-2，输粉管道2-9设置在燃烧器壳体2-13的外面，输粉管道2-9与一次风管2-8固定连接，一次风管2-8内设有三个锥形的分离环2-3，三个锥形的分离环2-3朝着火嘴2-2方向直径依次减小，且每个分离环2-3的小直径端朝向火嘴2-2，在一次风管2-8的外面设有二次风道2-11，二次风道2-11内由桶形的隔板2-14隔成内二次风道2-7和外二次风道2-6，在内二次风道2-7和外二次风道2-6内分别设置有内旋流器2-5和外旋流器2-4，在内二次风道2-7和外二次风道2-6的进风口处还设有内风门挡板2-10和外风门挡板2-12。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：(参见图3)本实施方式的旋流OFA(燃尽风)喷口5由中心二次风道5-1，旋流器5-3，风门挡板5-4，二次风道5-5，中心二次风喷口5-6和二次风喷口5-7组成，中心二次风道5-1固定在前墙3、后墙7或侧墙9上，二次风喷口5-7设置在中心二次风道5-1的中心二次风喷口5-6一侧，二次风喷口5-7和中心二次风道5-1之间固定有旋流器5-3，风门挡板5-4设置在旋流器5-3一侧的二次风喷口5-7的外部，二次风喷口5-7和中心二次风道5-1之间形成二次风道5-5。进入中心二次风道5-1的气流是直流射流，进入二次风道5-5的气流经旋流器5-3后产生旋转，旋转强度可通过风门挡板5-4调节，旋转气流经二次风喷口5-7进入炉膛。中心二次风是直流射流可以保证射流的刚性，延长射流行程，实现较好的炉内充满度；旋转的二次风产生较大的扩展角，加大了燃尽风和高温烟气的接触面积，同时二次风的旋转增强了燃尽区气流的扰动，实现了高温烟气和OFA(燃尽风)较好的混合，因此能将主燃烧区未燃尽的燃料充分燃尽。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：(参见图5)本实施方式与具体实施方式三的不同点在于增加了外二次风喷口5-8、外二次风通道5-9、外二次风旋流器5-10和外二次风风门挡板5-11，外二次风喷口5-8固定在二次风喷口5-7的外侧，外二次风旋流器5-10固定在外二次风喷口5-8进风一侧的二次风喷口5-7上，外二次风风门挡板5-11固定在外二次风旋流器5-10上，二次风喷口5-7和外二次风喷口5-8之间形成外二次风通道5-9。进入中心二次风道5-1的气流是直流射流，二次风经二次风通道5-5和外二次风通道5-9进入炉膛，二次风风门挡板5-4和外二次风风门挡板5-11可以调节内、外旋流二次风的比例，由二次风旋流器5-3和外二次风旋流器5-10使二次风产生旋转。中心二次风是直流射流可以保证射流的刚性，延长射流行程，实现较好的炉内充满度；将旋转的二次风分成内、外两部分，可以调节内、外二次风的比例，增加OFA(燃尽风)的风量，进一步降低NOx的排放，同时还能产生更大的扩展角，进一步加大燃尽风和高温烟气的接触面积，进一步增强燃尽区气流的扰动，实现了高温烟气和OFA(燃尽风)更好的混合，因此能将主燃烧区未燃尽的燃料更充分燃尽。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。

Claims (4)

1、一种防止高温腐蚀的低NOx旋流燃烧装置，它包含炉膛(1)、多个中心给粉旋流煤粉燃烧器(2)、前墙(3)、侧墙OFA喷口(4)、旋流OFA喷口(5)、燃尽区(6)、后墙(7)、主燃烧区(8)和两个侧墙(9)；前墙(3)、后墙(7)和两个侧墙(9)之间形成炉膛(1)，其特征在于侧墙OFA喷口(4)设置在炉膛(1)内的两个侧墙(9)的上部，侧墙OFA喷口(4)下侧中心给粉旋流煤粉燃烧器(2)所在的炉膛(1)区域为主燃烧区(8)，侧墙OFA喷口(4)及旋流OFA喷口(5)所在的炉膛(1)区域为燃尽区(6)，多个中心给粉旋流煤粉燃烧器(2)分别设置在主燃烧区(8)一侧的前后墙上，旋流OFA喷口(5)设置在燃尽区(6)一侧的前后墙上。

2、根据权利要求1所述的一种防止高温腐蚀的低NOx旋流燃烧装置，其特征在于中心给粉旋流煤粉燃烧器(2)由火嘴(2-2)、三个锥形的分离环(2-3)、外旋流器(2-4)、内旋流器(2-5)、一次风管(2-8)、输粉管道(2-9)、内风门挡板(2-10)、外风门挡板(2-12)、燃烧器壳体(2-13)和桶形的隔板(2-14)组成，燃烧器壳体(2-13)与前墙(3)或后墙(7)固定连接，一次风管(2-8)设置在燃烧器壳体(2-13)的中心处，一次风管(2-8)位与燃烧器壳体(2-13)内的一端是火嘴(2-2)，输粉管道(2-9)设置在燃烧器壳体(2-13)的外面，输粉管道(2-9)与一次风管(2-8)固定连接，一次风管(2-8)内设有三个锥形的分离环(2-3)，三个锥形的分离环(2-3)朝着火嘴(2-2)方向直径依次减小，且每个分离环(2-3)的小直径端朝向火嘴(2-2)，在一次风管(2-8)的外面设有二次风道(2-11)，二次风道(2-11)内由桶形的隔板(2-14)隔成内二次风道(2-7)和外二次风道(2-6)，在内二次风道(2-7)和外二次风道(2-6)内分别设置有内旋流器(2-5)和外旋流器(2-4)，在内二次风道(2-7)和外二次风道(2-6)的进风口处还设有内风门挡板(2-10)和外风门挡板(2-12)。

3、根据权利要求2所述的一种防止高温腐蚀的低NOx旋流燃烧装置，其特征在于旋流OFA喷口(5)由中心二次风道(5-1)，旋流器(5-3)，风门挡板(5-4)，二次风道(5-5)，中心二次风喷口(5-6)和二次风喷口(5-7)组成，中心二次风道(5-1)固定在前墙(3)、后墙(7)或侧墙(9)上，二次风喷口(5-7)设置在中心二次风道(5-1)的中心二次风喷口(5-6)一侧，二次风喷口(5-7)和中心二次风道(5-1)之间固定有旋流器(5-3)，风门挡板(5-4)设置在旋流器(5-3)一侧的二次风喷口(5-7)的外部，二次风喷口(5-7)和中心二次风道(5-1)之间形成二次风道(5-5)。

4、根据权利要求3所述的一种防止高温腐蚀的低NOx旋流燃烧装置，其特征在于它还包含外二次风喷口(5-8)、外二次风通道(5-9)、外二次风旋流器(5-10)和外二次风风门挡板(5-11)，外二次风喷口(5-8)固定在二次风喷口(5-7)的外侧，外二次风旋流器(5-10)固定在外二次风喷口(5-8)进风一侧的二次风喷口(5-7)上，外二次风风门挡板(5-11)固定在外二次风旋流器(5-10)上，二次风喷口(5-7)和外二次风喷口(5-8)之间形成外二次风通道(5-9)。

Images