CN101995015A - 直流燃烧器的四角切圆低Nox燃烧技术 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流四角切圆燃烧主燃区空气分级的低Nox燃烧技术，炉膛(1)内的燃烧***分别由一次风和二次风喷口(2)、燃尽风喷口(3)组成，其中一次风喷口和二次风喷口为间隔布置，一次风和二次风喷口分为上下两组或两组以上，每组进行不均等配风，每组上下均布置有底二次风和顶二次风且其风量远大于中间二次风喷口风量。各喷口布置在炉膛四角，炉膛内形成切圆燃烧方式。本发明优点在于：从主燃区便开始进行煤粉和空气混合的控制，即从煤粉开始着火就进行煤粉和空气的混合控制，有效控制Nox的生成；同时采用强化燃烧的措施，实现煤粉的高效燃烧，有效的降低了排烟损失；同时在水冷壁区域形成氧化性气氛，有效防止炉内高温腐蚀和结渣。

Description

直流燃烧器的四角切圆低Nox燃烧技术

技术领域：

本发明涉及燃煤锅炉低Nox燃烧技术，特别是涉及到一种应用在直流燃烧器的四角切圆低Nox燃烧技术。

背景技术：

氮氧化物(Nox)是造成大气污染的主要污染物，它除形成酸雨，破坏生态环境，还能形成光化学烟雾，危害人体健康，而燃煤电厂煤炭燃烧是Nox产生的主要来源之一。按新GB 13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》，要求燃煤锅炉自2004年1月1日起，需满足Vdaf＞20％，其Nox＜450mg/Nm3，10％＜Vdaf＜20％，其Nox＜650mg/Nm3，Vdaf＜10％，其Nox＜1100mg/Nm3；并且在排放浓度达标的前提下要对Nox排放总量进行收费，故尽量减少燃烧时产生的Nox量，对于减轻脱硝装置的运行费用具有明显的经济优势。

传统的直流燃烧技术要么快速着火、高温燃烧以达到充分燃尽的目的；要么采用燃料与燃烧空气推迟混合的方法以达到减少NOX产生的目的。然而，这两类燃烧器技术有其明显的弊端，前者会产生大量的NOX，并且易于产生炉内结渣和高温腐蚀，而后者则会使燃烧效率降低。目前的直流燃烧低NOx技术采用了空气分级技术，将燃烧过程分为3个区域(燃烧区，NOx还原区，燃尽区)或者新三区(即稳定燃烧区，深度低氧燃烧及还原区，燃尽区)。目前的低NOx技术中的空气分级技术往往是在煤粉的主燃区后实施的，没有从燃烧初期开始进行空气的分级，这样严重限制了空气分级的效果，是其技术的一个明显的缺陷或不足。

因此，研究从煤粉着火初期即进行空气分级燃烧的低Nox排放技术，最大化空气分级降低NOx的能力，并强化着火和低负荷稳燃性能的直流燃烧技术对实现我国经济的和谐发展，创建节约型社会意义重大。

发明内容：

针对上述技术存在的缺陷或不足，本发明提供了一种直流四角切圆燃烧的低Nox燃烧技术，设置水平浓淡分离煤粉燃烧器，通过将主燃区分组和煤粉浓淡分离燃烧，适时、按需配风，分级燃烧，达到低Nox排放和高效燃烧以及有效防止炉内腐蚀和结渣的目的。

为了最大化空气分级降低NOx的能力，本发明通过下述技术方案得以实现：直流燃烧器的四角切圆低Nox燃烧技术，炉膛(1)内的燃烧***分别由一次风和二次风喷口(2)、燃尽风喷口(3)组成，其特征在于：其中一次风喷口和二次风喷口为间隔布置，适时送风，一次风和二次风喷口分为上下两组或两组以上，有效控制切圆燃烧炉内各角的氧量均匀，每组上下均布置有底二次风和顶二次风；由于喷口的布置方式，炉内燃烧被分为3个区域：主燃区(4)(包含主燃区I，主燃区II或主燃区III等)，还原区(5)，燃尽区(6)；主燃区、燃尽区的所有一次风喷口，二次风喷口，分体燃尽风喷口布置在四角切圆锅炉的四个角上；每组主燃区的喷口布置形式为2层或3层一次风，二次风布置在一次风之间，并且每组上下均布置有底二次风和顶二次风，采用2/1/2/1/2或者2/1/2/1/2/1/2的形式；每组主燃区的二次风喷口采用不均等配风布置，在中间的二次风采用均等配风的形式，底二次风和顶二次风风量、风速均大于中间层二次风；每组燃烧器的一次风喷口左右侧均配有辅助燃烧的空气喷口，并且一次风喷口和辅助风喷口均具有一定的射流角度；二次风喷口为外扩式喷口结构(7)，使喷口水冷壁区域有充足的氧量，形成局部氧化性气氛，有效防止炉内水冷壁区域的结渣和高温腐蚀；燃尽风喷口(3)切圆旋向与主燃区切圆旋向相反，有效防止炉顶烟温偏差，燃尽风喷口(3)可垂直摆动，调节燃尽距离和出口烟温。

本发明的有益效果：

1、提出了一种在四角切圆燃烧锅炉中煤粉气流着火初期就进行空气分级，在燃烧过程中控制煤粉气流和空气的混合，进行实时、按需配风的低NOx燃烧技术。通过推迟煤粉气流和空气的混合，使煤粉气流更容易在局部形成缺氧区域，有利于形成还原性气氛，降低NOx同时，通过强化着火，抵消了煤粉和空气延迟混合的负面影响，使低NOx和高效燃烧实现了技术路线的统一。

2、将主燃区分组且每组主燃区的二次风喷口采用不均等配风布置，在中间的二次风采用均等配风的形式，底二次风和顶二次风风量、风速均大于中间层二次风，一般大于1倍以上。通过该布置方式，使煤粉气流在每组中间的氧量低于底部和顶部，有利于在每组中间形成还原性气氛，实现了在主燃区的煤粉气流着火初期即进行NOx的还原的功能。每组底部二次风量大于中间，可以使煤粉气流更易被底部二次风托着，随煤粉气流燃烧，减少煤粉掉入炉膛底部的可能，提高了燃烧效率，同时，该部分风随旋转气流逐步混入着火气流中，适时配风。顶部二次风相当于对该组燃烧器形成燃尽风，起到了在主燃区实现整体分级的技术。

3、为实现适时、按需配风，强化燃烧，本发明采用了独特的喷***流结构。使一次风喷口煤粉气流，一次风喷口周界风，二次风喷口气流都有一定的角度，实现二次风逐步混入着火的煤粉气流中，一方面该方式由于推迟了空气的混合，有利于煤粉气流的着火；同时喷口结构有利于形成热烟气的回流，使煤粉气流也容易着火。着火的强化加快了氧的消耗，使还原性区域扩大，更利于NOx的还原。

4、为更好的发挥空气分级的效果，在主燃区上方还设置了分体式燃尽风***，形成在理论上主燃区整体处于缺氧状态。燃尽风喷口与主燃区喷口切圆方向相反，均衡炉膛出口烟温，燃尽风喷口并能垂直摆动±30°，有效调节燃尽区高度和炉膛出口烟温。分体式燃尽风的喷口采用单通道或双通道结构。双通道结构中，内通道为高速直流风，外通道布置有固定式漩流叶片，形成旋转气流。直流风容易达到炉膛中心，漩流风容易在炉膛壁面形成氧化性气氛，有效防止结渣和高温腐蚀。

5、由于采用了强化燃烧技术，独特的主燃区喷口布置及结构形式，使本技术的炉膛出口过量空气系数低于常规的四角切圆燃烧锅炉。通常在燃用烟煤时，可控制炉膛出口氧量1.14-1.2，主燃区氧量控制在0.75-0.9。

6、主燃区、燃尽区的一次风喷口，二次风喷口等通过射流角度的不同，在炉内可按不同切圆进行组合，在炉膛内形成不同直径的切圆燃烧，实现在炉膛截面范围内的煤粉和空气的均匀分布，提高燃烧效率，降低NOx。

附图说明：

图1为本发明的低Nox燃烧技术***结构示意图

图2为图1的A-A向视图

图3为图1中B部局部视图(主燃区单组按2/1/2/1/2/1/2布置)

图4为图1中B部局部视图(主燃区单组按2/1/2/1/2布置)

图5为B向视图的C-C视图

图6为B向视图的D-D视图

1.炉膛     2.一次风和二次风喷口     3.燃尽风喷口    4.主燃区

5.还原区    6.燃尽区   7.外扩式喷口结构   8.顶二次风喷口

9.中间二次风喷口     10.底二次风喷口    11.周界风

具体实施方式：参阅图1，炉膛(1)内的燃烧***分别由一次风和二次风喷口(2)、燃尽风喷口(3)组成，其中一次风喷口和二次风喷口为间隔布置，一次风和二次风喷口分为上下两组，每组上下均布置有底二次风和顶二次风，各喷口布置在炉膛四角，炉膛内形成切圆燃烧方式。由于喷口的布置方式，炉内燃烧被分为3个区域：主燃区(4)(包括主燃区I、主燃区II、主燃区III等)、还原区(5)和燃尽区(6)。一次风喷口和二次风喷口均为外扩式喷口结构(7)，能有效防止炉内高温腐蚀和结渣。燃尽风喷口(3)切圆旋向与主燃区切圆旋向相反，有效防止炉顶烟温偏差。燃尽风喷口(3)可垂直摆动，调节燃尽距离和出口烟温。

下面例举几种实施的方法：

实施例1

整个炉膛的燃烧***被分为三个燃烧区：主燃区(4)(包括主燃区I、主燃区II、主燃区III等)、Nox还原区(5)和燃尽区(6)，通过控制炉膛出口氧量1.14-1.2，主燃区氧量控制在0.75-0.9，在炉内实现燃烧***分级配风，主燃区为缺氧燃烧，限制了燃料氮的氧化，同时限制了主燃区的温度，控制了高温型Nox的生成，在还原区，生成的大量还原性介质可将已经生成的Nox进行还原反应，进一步降低Nox。在燃尽区补充燃料燃尽所需氧量。同时主燃区进行分组，且每组主燃区的二次风喷口采用不均等配风布置，在中间的二次风采用均等配风的形式，底二次风和顶二次风风量、风速均大于中间层二次风。通过该布置方式，使煤粉气流在每组中间的氧量低于底部和顶部，有利于在每组中间形成还原性气氛，实现了在主燃区的煤粉气流着火初期即进行NOx的还原的功能。

实施例2

主燃区喷口分为上下两组或两组以上，有效均衡了炉内各角氧量，防止火焰偏斜和刷墙，一次风喷口和二次风喷口均为外扩式结构(7)，参加图2，在提供燃烧所需空气的同时，在喷口水冷壁区域形成氧化性气氛，有效防止结渣和高温腐蚀。各周界风和二次风可根据煤质结渣性，可燃性等情况利用调节风门进行调整风量大小，对易结渣、易稳燃煤质可加大二次风量，反之减少二次风量。

实施例3

在炉内主燃区的上方适当距离布置燃尽风喷口，燃尽风喷口均匀布置在炉内四角，在炉内的燃尽风假想切圆旋向和主燃区一次风、二次风旋向相反，能有效减弱炉膛出口的烟气旋流强度，使整个炉膛截面烟温更加均匀。燃尽风喷口可垂直方向摆动±30°，调节炉膛出口烟温和燃尽区的高度。当出口烟温偏高或煤质变化为更难燃尽时，喷口可下摆一角度，使火焰中心下偏，同时增加了燃尽区高度，当炉膛出口烟温偏低或煤质较易燃尽时，喷口可上摆一角度，使火焰中心上偏，同时降低了燃尽区高度。

Claims (5)

1.直流燃烧器的四角切圆低Nox燃烧技术，其特征在于：在炉膛四角布置多层一次风喷口和二次风喷口(2)，在炉膛上方布置燃尽风喷口(3)；

2.如权利要求1所述的燃烧技术，其特征在于：在整个炉内形成3个燃烧阶段，即主燃区(4)，还原区(5)，燃尽区(6)，控制炉膛出口氧量1.14-1.2，主燃区氧量控制在0.75-0.9；

3.如权利要求1所述的低Nox燃烧技术，其特征在于：将主燃区分组且每组主燃区的二次风喷口采用不均等配风布置，在中间的二次风采用均等配风的形式，底二次风和顶二次风风量、风速均大于中间层二次风，一般大于1倍以上；

4.如权利要求3所述的一次风喷口和二次风喷口，其特征在于：一次风喷口采用水平浓淡分离燃烧方式，一次风、二次风喷口为外扩式喷口结构(7)，外扩角度α为20°-60°；

5.如权利要求1、2所述的低Nox燃烧技术，其特征在于：炉膛上方布置的燃尽风喷口与下方一次风喷口和二次风喷口切圆方向相反，并能在垂直方向上摆动，摆角为±30°。

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