CN101315184B - 一种墙式布置的水平浓淡直流燃烧装置 - Google Patents

一种墙式布置的水平浓淡直流燃烧装置 Download PDF

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Abstract

一种墙式布置的水平浓淡直流燃烧装置，它涉及一种水平浓淡直流燃烧装置。针对直流燃烧器四角切圆布置，煤粉气流两侧补气条件不同，易发生偏斜而引发结渣和高温腐蚀问题。炉膛(5)的四面水冷壁(6)上分别设置有浓、淡一次风喷口和二次风喷口(3)并组合构成一组燃烧器(7)，二次风喷口(3)的中心线(31)和淡一次风喷口(2)的中心线(21)在向火侧方向与其所在的水冷壁(6)之间的夹角分别为α1和α2，浓一次风喷口(1)的中心线(11)与淡一次风喷口(2)的中心线(21)之间的夹角为α3，水冷壁(6)上或者炉膛(5)的每个棱角处设置有燃尽风喷口(4)，燃尽风喷口(4)设置在燃烧器(7)的上方。本发明合理组织煤粉和空气的混合，同时防止煤粉气流偏斜，利于对锅炉的稳燃、低负荷及低NOx排放。

Description

一种墙式布置的水平浓淡直流燃烧装置
技术领域
本发明涉及一种水平浓淡直流燃烧装置，具体涉及燃煤锅炉技术领域。
背景技术
直流燃烧器四角切圆布置与旋流燃烧器前墙或对冲布置是世界范围内应用最为广泛的两大煤粉燃烧方式之一。四角切圆布置的燃烧方式是将煤粉(一次风)和二次风在炉膛四角与炉膛中心一假想切圆相切的方式喷入炉膛，实现煤粉的切圆燃烧。四角切圆直流燃烧技术形成的四角火焰可以相互支持，燃烧产生的烟气在炉内旋转上升，具有火焰行程长、炉内混合好、燃烧经济性高、煤种适应性广等特点，并易于实现空气分级供风、燃料分级燃烧，降低NOx排放，因此直流燃烧器四角切圆布置在大型火力发电机组中被广泛采用。
直流燃烧器四角切圆布置锅炉在运行中也暴露出一些影响安全运行的问题，比如炉膛出口烟温偏差较大，水冷壁结渣，燃烧高硫煤时容易发生高温腐蚀等，这些问题和直流燃烧器四角布置方式有关。直流燃烧器布置在炉膛角部，因射流方向与炉膛中心一假想切圆相切，燃烧器射流方向与两相邻水冷壁夹角不同。燃烧器射流离开燃烧器喷口后不断卷吸两侧的烟气，炉膛角部区域空间较小，射流方向与相邻水冷壁夹角又不同，小角度一侧(射流背火侧)比大角度一侧(射流向火侧)补气条件差，因射流卷吸造成射流两侧的压力差，使射流偏向小角度一侧(射流背火侧)，这样未燃尽的煤粉颗粒冲刷煤粉射流背火侧的水冷壁，容易发生结渣和高温腐蚀。对于大容量锅炉，角部距炉膛中心距离较大，为保证足够的射流深度，要求较高的射流速度，这也加剧了因射流旋转形成的炉膛出口烟温偏差。
近年来我国动力用煤品质有所下降，火力发电厂的煤质多变，使得稳燃问题比较突出，同时适应电网负荷和环保需求对锅炉的低负荷能力和低NOx排放性能的要求不断提高。专利公开号为CN 1069560A、公开日为1993年3月3日的发明专利公开了《一种浓缩煤粉燃烧器》，此燃烧器对缓解上述问题起到了很好的作用。水平浓淡燃烧技术是通过专门的浓缩装置将一次风分为浓、淡两股气流，浓、淡两股一次风气流分别在同一水平面上成一定角度四角切向射入炉膛，形成不同切圆，在向火侧布置浓一次风气流，而在背火侧布置淡一次风气流。浓一次风易于着火，对稳燃和低负荷是有利的，一次风浓淡分离实现分级燃烧对降低NOx是有效的，一次风“内浓外淡”的结构可以减轻高温腐蚀和结渣。该技术可同时解决高效、稳燃、低负荷、低NOx排放的要求。目前水平浓淡燃烧技术的燃烧器都是采用炉膛四角布置，煤粉气流容易发生偏斜，在一定程度上限制了水平浓淡燃烧技术的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种墙式布置的水平浓淡直流燃烧装置，以解决直流燃烧器四角切圆布置，煤粉气流两侧补气条件不同，易发生偏斜而引发结渣和高温腐蚀问题。同时还能满足煤粉锅炉高效、稳燃、低负荷、低NOx排放的要求。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的燃烧装置由炉膛、多个浓一次风喷口、多个淡一次风喷口、多个二次风喷口和四组燃尽风喷口组成，所述炉膛由四面水冷壁围成；所述炉膛的四面水冷壁上分别设置有多个浓一次风喷口、多个淡一次风喷口和多个二次风喷口，所述每个水冷壁上设置的多个浓一次风喷口、多个淡一次风喷口和多个二次风喷口组合构成一组燃烧器，所述四组燃烧器分别设置在同一水平面上，所述每组燃烧器中的二次风喷口与浓一次风喷口和淡一次风喷口上下交替设置，每组燃烧器中相邻的浓一次风喷口和淡一次风喷口设置在同一水平面内，所述二次风喷口的中心线在向火侧方向与其所在的水冷壁之间的夹角为α1，所述淡一次风喷口的中心线在向火侧方向与其所在的水冷壁之间的夹角为α2，浓一次风喷口的中心线与淡一次风喷口的中心线之间的夹角为α3，所述每面水冷壁上或者炉膛的每个棱角处设置有一组燃尽风喷口，且燃尽风喷口设置在燃烧器的上方，从炉膛上方向下俯视观看的时候，所述设置在炉膛的每个棱角上的燃尽风喷口的中心线在顺时针方向与其相邻一侧水冷壁之间的夹角为α4，所述设置在每个水冷壁上的燃尽风喷口的中心线在向火侧方向与其所在水冷壁的夹角为α5。
本发明的有益效果是：本发明将传统布置在炉膛四角的直流燃烧器布置在炉膛四面墙壁上，炉膛墙壁附近空间比角部空间的补气条件大大改善，尤其是射流两侧的补气条件相近，这样可以大大减小因射流两侧补气条件不同造成的气流偏斜，减轻因此而产生的水冷壁结渣和高温腐蚀。燃烧器四面墙壁上布置形成切圆所需要的射流距离小于角式布置射流形成切圆所需要的射流距离，燃烧器可以采用较小的一、二次风速，从而减小了射流形成的漩涡强度和因旋流产生的炉膛出口的烟温偏差。此外，由于本发明采用的直流燃烧器为水平浓淡燃烧器，利于对锅炉的稳燃、低负荷及低NOx排放，同时水平浓淡燃烧器布置在炉膛四面墙壁上，燃烧器附近的热流密度大于布置在炉膛角部的热流密度，有利于煤粉着火，便于实施分级燃烧，可以进一步强化水平浓淡燃烧稳燃、低负荷以及减轻结渣、高温腐蚀和低NOx排放的优势，水平浓淡燃烧效果好。直流燃烧器墙式布置，一次风喷口中心线、二次风喷口中心线在炉膛内形成的假想切圆一般比角式布置的假想切圆大，对燃烧器各喷口和水冷壁夹角的要求要比角式布置低，便于安装定位。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视图，图2是浓一次风喷口1、淡一次风喷口2和二次风喷口3组合在一起的主剖视图，图3是图2的A-A剖面图，图4是装在炉膛5的四面水冷壁6上的浓一次风喷口1、淡一次风喷口2和二次风喷口3的中心线的俯视图(淡一次风喷口2和二次风喷口3的中心线在向火侧方向分别与其所在的水冷壁6所成的夹角大于54°小于等于90°)，图5是设置在炉膛5的每个棱角上的燃尽风喷口4的中心线41在顺时针方向与其相邻一侧水冷壁6之间所成夹角的俯视图，图6是装在炉膛5的四面水冷壁6上的燃尽风喷口4的中心线41的俯视图(燃尽风喷口4的中心线41在向火侧方向与其所在水冷壁6之间所成的夹角大于54°小于等于90°)，图7是装在炉膛5的四面水冷壁6上的燃尽风喷口4的中心线41的俯视图(燃尽风喷口4的中心线41在向火侧方向与其所在水冷壁6之间所成的夹角大于等于90°小于127°)，图8是装在炉膛5的四面水冷壁6上的浓一次风喷口1、淡一次风喷口2和二次风喷口3的中心线的俯视图(淡一次风喷口2和二次风喷口3的中心线在向火侧方向分别与其所在的水冷壁6所成的夹角大于等于90°小于127°)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图8说明本实施方式，本实施方式由炉膛5、多个浓一次风喷口1、多个淡一次风喷口2、多个二次风喷口3和四组燃尽风喷口4组成，所述炉膛5由四面水冷壁6围成，所述炉膛5的四面水冷壁6上分别设置有多个浓一次风喷口1、多个淡一次风喷口2和多个二次风喷口3，所述每个水冷壁6上设置的多个浓一次风喷口1、多个淡一次风喷口2和多个二次风喷口3组合构成一组燃烧器7，所述四组燃烧器7分别设置在同一水平面上，所述每组燃烧器7中的二次风喷口3与浓一次风喷口1和淡一次风喷口2上下交替设置，每组燃烧器7中相邻的浓一次风喷口1和淡一次风喷口2设置在同一水平面内，所述二次风喷口3的中心线31在向火侧方向与其所在的水冷壁6之间的夹角为α1，所述淡一次风喷口2的中心线21在向火侧方向与其所在的水冷壁6之间的夹角为α2，浓一次风喷口1的中心线11与淡一次风喷口2的中心线21之间的夹角为α3，所述每面水冷壁6上或者炉膛5的每个棱角处设置有一组燃尽风喷口4，且燃尽风喷口4设置在燃烧器7的上方，从炉膛5上方向下俯视观看的时候，所述设置在炉膛5的每个棱角上的燃尽风喷口4的中心线41在顺时针方向与其相邻一侧水冷壁6之间的夹角为α4，所述设置在每个水冷壁6上的燃尽风喷口4的中心线41在向火侧方向与其所在水冷壁6的夹角为α5。
本实施方式中，各组燃烧器7布置在四面水冷壁6上的位置和各喷口中心线在向火侧方向与其所在水冷壁6的夹角相同。浓一次风喷口1和淡一次风喷口2分别通过煤粉浓度差别较大的煤粉气流，燃尽风喷口4的中心线41在垂直方向上距最上层一次风中心线距离保证烟气停留时间为0.3～1.2s。
本实施方式中，所述浓一次风喷口1的数量为二～十个，所述淡一次风喷口2的数量为二～十个，所述二次风喷口3的数量为三～十一个，所述每组燃尽风喷口4的数量为一至六个。
具体实施方式二：结合图1、图4和图8说明本实施方式，本实施方式设置在每个水冷壁6上的二次风喷口3的中心线31与其所在的水冷壁6上的相交点距最近的炉膛5的棱角处的距离为L1，1/5Lk≤L1≤1/2Lk；或者1/5Ls≤L1≤1/2Ls，所述Lk为炉膛宽度，所述Ls为炉膛深度。本实施方式的二次风喷口3的中心线31在向火侧方向与其所在的水冷壁6的夹角为54°≤α1≤127°，所述淡一次风喷口2的中心线21在向火侧方向与其所在的水冷壁6的夹角为54°≤α2≤127°，所述浓一次风喷口1的中心线11与淡一次风喷口2的中心线21之间的夹角0°≤α3≤15°，浓一次风射流布置在向火侧，淡一次风射流布置在背火侧，燃尽风份额占总风量的10％～40％。本实施方式的设置在每个水冷壁6上的燃尽风喷口4的中心线41与其所在的水冷壁6上的相交点距最近的炉膛5的棱角处的距离为L2，1/5Lk≤L2≤1/2Lk；或者1/5Ls≤L2≤1/2Ls，所述Lk为炉膛宽度，所述Ls为炉膛深度。在每个水冷壁6上的燃尽风喷口4的中心线41在向火侧方向与其所在水冷壁6的夹角为54°≤α5≤127°燃尽风喷口4的中心线41布置位置和与其所在水冷壁6的夹角与二次风喷口3的中心线31布置位置和与其所在水冷壁6的夹角相同。如此设置，可减少结渣和高温腐蚀的发生，满足煤粉锅炉高效、稳燃、低负荷、低NOx排放的要求。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图5说明本实施方式，本实施方式的燃尽风喷口4设置在炉膛5的每个棱角上，从炉膛5上方向下俯视观看的时候，燃尽风喷口4的中心线41在顺时针方向与其相邻一侧水冷壁6之间的夹角为20°≤α4≤70°。如此设置，燃尽风布置便于实现，燃烧气流的炉膛充满度较好。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1、图4和图8说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二的不同点是：本实施方式的设置在每个水冷壁6上的二次风喷口3的中心线31与其所在的水冷壁6上的相交点距最近的炉膛5的棱角处的距离L1＝1/4炉膛宽度Lk或炉膛深度Ls。每条二次风喷口3的中心线31在向火侧方向与其所在的水冷壁6的夹角α1＝90°，即每条二次风喷口3的中心线31垂直于所在水冷壁壁面，淡一次风喷口2的中心线21在向火侧方向与其所在的水冷壁6的夹角α2＝90°，即每条淡一次风喷口2的中心线21垂直于所在水冷壁，每条浓一次风喷口1的中心线11垂直所在水冷壁6的方向设置，本实施例中的浓一次风、淡一次风和二次风射流均垂直于四面水冷壁6，射流两侧的补气条件相近，可以有效防止由于射流两侧补气条件不同引起的气流偏斜，从而减轻炉膛5发生高温腐蚀和结渣。并且烟气气流充满度好，利于煤粉燃尽率。
具体实施方式五：结合图1、图4和图8说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四的不同点是：本实施方式的淡一次风喷口2的中心线21在向火侧方向与其所在的水冷壁6的夹角为α2＝85°，浓一次风喷口1的中心线11与淡一次风喷口2的中心线21之间的夹角为α3＝0°。如此设置，二次风在炉膛5内的假想切圆大于浓一次风和淡一次风在炉膛5内的假想切圆，形成“风包粉”的气流结构，可以有效防止高温腐蚀和水冷壁结渣，二次风的水平方向推迟混入燃烧气流，可以减小NOx的生成，NOx排放可以在具体实施方式四的基础上降低2％～5％。
具体实施方式六：结合图1、图4和图8说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四的不同点是：本实施方式的淡一次风喷口2的中心线21在向火侧方向与其所在的水冷壁6的夹角为α2＝82°。如此设置，浓一次风和淡一次风在炉膛5内的假想切圆较具体实施方式五小，二次风的水平方向推迟混入燃烧气流，可以进一步减小NOx的生成，NOx的排放可以在具体实施方式五的基础上降低2％～3％。
具体实施方式七：结合图1、图4和图8说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四的不同点是：本实施方式的淡一次风喷口2的中心线21在向火侧方向与其所在的水冷壁6的夹角为α2＝78°。如此设置，浓一次风和淡一次风在炉膛5内的假想切圆较具体实施方式五小，二次风的水平方向推迟混入燃烧气流，可以进一步减小NOx的生成，NOx的排放可以在具体实施方式六的基础上降低2％～3％。
具体实施方式八：结合图1、图4和图8说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六的不同点是：本实施方式的浓一次风喷口1的中心线11与淡一次风喷口2的中心线21之间的夹角α3＝5°。如此设置，二次风、淡一次风和浓一次风在炉膛5内分别形成直径大小不同的假想切圆，二次风的假想切圆最大、淡一次风次之，浓一次风的假想切圆最小，形成“风包粉”的气流结构，可以有效防止高温腐蚀和水冷壁结渣，二次风、淡一次风和浓一次风射流角度不同在水平方向推迟了空气混入燃烧气流，可以减小NOx的生成，NOx的排放可以在具体实施方式六的基础上降低2％～3％。
具体实施方式九：结合图1、图4和图8说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二的不同点是：本实施方式的设置在每个水冷壁6上的二次风喷口3的中心线31与其所在的水冷壁6上的相交点距最近的炉膛5的棱角处的距离L1＝1/2炉膛宽度Lk或炉膛深度Ls。如此设置，即二次风喷口3布置在水冷壁6的中心线上。水冷壁6附近的热负荷最大，有利于煤粉的稳燃，适用于难燃煤种，相同条件下本实施方式的最低稳燃负荷低于燃烧器角式布置的最低稳燃负荷10％～20％。

Claims (6)

1.一种墙式布置的水平浓淡直流燃烧装置，所述燃烧装置由炉膛(5)、多个浓一次风喷口(1)、多个淡一次风喷口(2)、多个二次风喷口(3)和四组燃尽风喷口(4)组成，所述炉膛(5)由四面水冷壁(6)围成；其特征在于所述炉膛(5)的四面水冷壁(6)上分别设置有多个浓一次风喷口(1)、多个淡一次风喷口(2)和多个二次风喷口(3)，所述每面水冷壁(6)上设置的多个浓一次风喷口(1)、多个淡一次风喷口(2)和多个二次风喷口(3)组合构成一组燃烧器(7)，四组燃烧器(7)分别设置在同一水平面上，所述每组燃烧器(7)中的二次风喷口(3)与浓一次风喷口(1)和淡一次风喷口(2)上下交替设置，每组燃烧器(7)中相邻的浓一次风喷口(1)和淡一次风喷口(2)设置在同一水平面内，所述二次风喷口(3)的中心线(31)在向火侧方向与其所在的水冷壁(6)之间的夹角为α1，所述淡一次风喷口(2)的中心线(21)在向火侧方向与其所在的水冷壁(6)之间的夹角为α2，浓一次风喷口(1)的中心线(11)与淡一次风喷口(2)的中心线(21)之间的夹角为α3，所述每面水冷壁(6)上或者炉膛(5)的每个棱角处设置有一组燃尽风喷口(4)，且燃尽风喷口(4)设置在燃烧器(7)的上方，从炉膛(5)上方向下俯视观看的时候，所述设置在炉膛(5)的每个棱角上的燃尽风喷口(4)的中心线(41)在顺时针方向与其相邻一侧水冷壁(6)之间的夹角为α4，所述设置在每面水冷壁(6)上的燃尽风喷口(4)的中心线(41)在向火侧方向与其所在水冷壁(6)的夹角为α5。
2.根据权利要求1所述的一种墙式布置的水平浓淡直流燃烧装置，其特征在于所述设置在每个面水冷壁(6)上的二次风喷口(3)的中心线(31)与其所在的水冷壁(6)上的相交点距最近的炉膛(5)的棱角处的距离为L1，1/5 Lk≤L1≤1/2Lk；或者1/5 Ls≤L1≤1/2Ls，所述Lk为炉膛宽度，所述Ls为炉膛深度。
3.根据权利要求1所述的一种墙式布置的水平浓淡直流燃烧装置，其特征在于所述二次风喷口(3)的中心线(31)在向火侧方向与其所在的水冷壁(6)的夹角为54°≤α1≤127°，所述淡一次风喷口(2)的中心线(21)在向火侧方向与其所在的水冷壁(6)的夹角为54°≤α2≤127°，所述浓一次风喷口(1)的中心线(11)与淡一次风喷口(2)的中心线(21)之间的夹角0°≤α3≤15°，浓一次风射流布置在向火侧，淡一次风射流布置在背火侧。
4.根据权利要求1所述的一种墙式布置的水平浓淡直流燃烧装置，其特征在于从炉膛(5)上方向下俯视观看的时候，所述设置在炉膛(5)的每个棱角上的燃尽风喷口(4)的中心线(41)在顺时针方向与其相邻一侧水冷壁(6)之间的夹角为20°≤α4≤70°。
5.根据权利要求1所述的一种墙式布置的水平浓淡直流燃烧装置，其特征在于所述设置在每个水冷壁(6)上的燃尽风喷口(4)的中心线(41)与其所在的水冷壁(6)上的相交点距最近的炉膛(5)的棱角处的距离为L2，1/5 Lk≤L2＜≤1/2Lk；或者1/5 Ls≤L2≤1/2Ls，所述Lk为炉膛宽度，所述Ls为炉膛深度。
6.根据权利要求1所述的一种墙式布置的水平浓淡直流燃烧装置，其特征在于所述设置在每个水冷壁(6)上的燃尽风喷口(4)的中心线(41)在向火侧方向与其所在水冷壁(6)的夹角为54°≤α5≤127°。
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