CN110906359A - 一种可调节二次风温度的燃烧装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调节二次风温度的燃烧装置和控制方法，属于煤清洁高效利用技术领域；燃烧装置包括二次风进风管、空气预热器、二次风出风管、旁路风管、闸阀和调节阀；本发明通过增加二次风风道旁路，并在旁路风道上增设闸阀、调节阀，在不改变总的二次风流量的情况下，通过调节旁路的二次风冷风的流量，起到调节二次风风温的作用，使燃烧器中碳的燃尽得到加强，同时使还原气氛下的CO等气体含量得到下降，解决目前采用二次风形式的低氮燃烧器中管材表面的高温腐蚀的技术问题。

Description

一种可调节二次风温度的燃烧装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种可调节二次风温度的燃烧装置及使用方法，属于煤的清洁高效利用技术领域。

背景技术

目前，我国燃煤机组的送风主流形式分为一次风形式、二次风形式，其中少数机组锅炉还有采用三次风的形式。主流的燃煤机组300MW、600MW和1000MW等级的机组锅炉以一次风和二次风为主，不含三次风形式。一次风的作用是携带研磨合格的煤粉进入炉膛，二次风的作用是供给燃烧所需的空气量。为了提高煤粉的燃烧效率，所设计的一、二次风在进入炉膛前，均需要经过空气预热器进行加热，从常温加热至300℃以上。

对于一次风，具有加热原煤的功能，当携带煤粉离开磨煤机时，为保障煤粉气流的安全(不着火、不爆燃)，磨煤机出口温度不宜过高(比如磨制褐煤的磨煤机，其出口不宜超过75℃)，在设计时，相关的国标规程给出了详细的指导意见，故在设计时必须考虑一路旁路冷风(不经过空气预热器)，该段冷风在空气预热器出口和经过空气预热器的一次风进行混合，以调节进入磨煤机的一次风温度。

对于二次风，目前所有的设计均为考虑不设旁路，这主要是因为两个方面的原因：第一，二次风是助燃空气，温度越高，炉膛内部的燃烧效率越高；第二，二次风量占所有空气量的60％-75％，这些空气经过空气预热器后，和烟气换热，降低空气预热器的排烟温度，空气量经过空气预热器越多，烟气温度降幅越大，锅炉的热效率越高。

上述是目前燃煤机组供风的主流设计方式。但是随着前几年全国普遍性的燃煤机组锅炉低氮燃烧器改造完成以及投运几年后，目前发现炉膛水冷壁高温腐蚀较为严重，火电厂不得不在检修期间大面积更换被腐蚀的水冷壁管材。这是因为：低氮燃烧器的燃烧本质机理是降低燃烧器区域(燃烧器位于水冷壁内)的含氧量，减少主燃区的氧量，对煤粉进行缺氧燃烧，在还原气氛中降低主燃区的NOx，然后再在主燃区上方布置燃尽风(二次风的一部分)，用以燃尽在主燃区未燃尽的煤粉。这种低氮燃烧方式是目前的主流形式，尽管降低了炉膛生成的NOx，但是由于主燃区的还原气氛，使得主燃区附近的水冷壁管材表面形成了高温腐蚀，加速了管材的削薄，影响了管材的使用寿命。

如附图1所示，高温时煤粉燃烧生成CO含量，CO₂含量和煤粉表面O₂含量变化的示意图。造成这种现象的主要机理是，在高温时，煤粉的燃烧主要生成了大量的CO。

煤粉的燃烧，主要是碳粒的燃烧，是煤炭高效燃烧的关键，一次反应如下：

C+O→CO₂,2C+O₂→2CO

而二次反应只能在高温下进行：

C+CO₂→2CO,2CO+O₂→2CO₂

从上述反应和图1可以看出，在高温下，碳表面生成的CO多，此时在低氮燃烧方式下，由于主燃区的氧量进一步降低，导致CO不完全燃烧，CO的存在使得煤灰颗粒里面的Fe₂O₃被还原成FeO，这是一种强溶剂，使得煤灰的灰熔点下降200℃左右。除此以外，还原气氛下，H₂S的生成含量增大，这些气体和熔融的灰颗粒依附在水冷壁管材表面，和金属发生化学反应，一步步削弱管材的厚度，形成了管材表面的高温腐蚀。

发明内容

本发明的目的是为解决目前采用二次风形式的低氮燃烧器中管材表面的高温腐蚀的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种可调节二次风温度的燃烧装置，包括二次风进风管、空气预热器、二次风出风管、旁路风管和调节阀；所述的二次风进风管连接空气预热器，空气预热器设有二次风出风管；所述的旁路风管的一端连接二次风进风管，旁路风管的另一端连接二次风出风管；旁路风管中设有调节阀。

优选地，所述的旁路风管中设有闸阀。

本发明还提供一种可调节二次风温度的燃烧装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对燃煤机组运行负荷进行各项数据采集和统计。

步骤2：对燃煤机组所需二次风热风总风量、温度进行数据采集和统计。

步骤3：对燃煤机组所需二次风旁路风量进行数据采集和统计。

步骤4：根据步骤1、步骤2、步骤3的统计结果进行分析，旁路风的风量作为目标值，机组负荷作为前馈值，混合后的二次风温度作为反馈值，旁路二次风风路的调节阀作为执行机构进行运行控制。

步骤5：在总二次风流量不变的前提下，旁路部分出来的二次风风量可以根据调节阀调节，从而改变混合后的总二次风温度。

步骤6：随着机组负荷降低，逐步关闭旁路二次风风路的调节阀；或者随着机组负荷增大至高负荷，逐步开度该旁路的调节阀。若该旁路不投入使用时，可以利用闸阀直接关闭该旁路。

本发明的目的是提供一种缓解高温腐蚀的燃烧装置和使用方法。其原理是：由于CO的大幅生成主要是在高温阶段(高负荷)，而锅炉在中、低炉膛温度(中低负荷)段生成的CO量并不多。那么可以在高负荷时，将二次风温降低，中低负荷时维持原设计。其涉及的机理是，当二次风温度降低后，二次风的空气密度会增大，当二次风量不变时，二次风的动量会增大，二次风的穿透强度得以提升，能够穿透到CO和碳颗粒的表面，进一步将CO和H₂S燃尽，降低还原性气体的含量；其次，在高温下，燃烧的速度受到氧气扩散的影响，此时如何更好的将空气扩散至碳表面，显得十分重要；最后，碳颗粒燃烧时其表面温度高于周围的烟气温度，在高负荷时适当降低风温，可以降低碳颗粒的表面温度，减缓颗粒形成灰渣的熔融强度。

上述的机理对应基本公式是：

m₂w₂/m₁w₁＝ρ₂w₂/ρ₁w₂

上述m₂、m₁是二次风、一次风量；w₂、w₁是二次风、一次风速度；ρ₂和ρ₁是对应的空气密度。当风温降低，空气密度增大，若保持二次风质量总体不变，则二次风的速度、动量均有所提升。结合上述机理可知，碳的燃尽得到加强，还原气氛下的CO等气体含量得到缓解。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

通过增加二次风风道旁路，并在这一旁路风道上增设闸阀、调节阀，旁路出来的二次风冷风的流量可以调节。随着流量的调节，旁路出来的二次风冷风和经过空气预热器的主二次风风道出口的二次风热风汇合后，起到调节风温的作用，同时不改变总的二次风流量。二次风总流量不变且风的温度可调，使燃烧器中碳的燃尽得到加强，同时还原气氛下的CO等气体含量得到下降，解决目前采用二次风形式的低氮燃烧器中管材表面的高温腐蚀的技术问题。

附图说明

图1为高温时煤粉燃烧生成CO含量，CO₂含量和煤粉表面O₂含量变化的示意图。

X轴：表示与煤表面距离

Y轴：表示不同气体含量的体积百分比

图2为本发明一种可调节二次风温度的燃烧装置组成结构示意图。

附图标记：1.二次风进风管2.空气预热器3.二次风出风管4.旁路风管5.闸阀6.调节阀

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

如图1所示，可以看出，在高温下，碳表面生成的CO多，此时在低氮燃烧方式下，由于主燃区的氧量进一步降低，导致CO不完全燃烧，CO的存在使得煤灰颗粒里面的Fe₂O₃被还原成FeO，这是一种强溶剂，使得煤灰的灰熔点下降200℃左右，除此以外，还原气氛下，H₂S的生成含量增大，这些气体和熔融的灰颗粒依附在水冷壁管材表面，和金属发生化学反应，一步步削弱管材的厚度，形成了管材表面的高温腐蚀。

如图2所示，本发明提供一种可调节二次风温度减缓高温腐蚀的燃烧装置，包括二次风进风管1、空气预热器2、二次风出风管3、旁路风管4、闸阀5和调节阀6；二次风进风管1连接空气预热器2，二次风冷风进入空气预热器2经换热后加热成为热风，从与空气预热器2连接的二次风出风管3排出；增加的旁路风管4的一端连接二次风进风管1，旁路风管4的另一端连接二次风出风管3；旁路风管4中设置有闸阀5和调节阀6。

本发明针对高温下水冷壁管材表面容易腐蚀等问题，提出了低风温燃烧技术,在主二次风风路中,采用旁路风管分流二次风冷风的方法,使总二次风流量不变，旁路风管部分出来的二次风风量可以使用调节阀6调节，从而改变混合后的总二次风温度。随着机组负荷降低，逐步关闭旁路风管二次风风路的调节阀6；而随着机组负荷增大至高负荷，逐步开度该旁路风管的调节阀6。若该旁路风管不投入使用时，可以利用闸阀5直接关闭该旁路，回到最初的设计。

本发明提供的一种可调节二次风温度的燃烧装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：对燃煤机组运行负荷进行各项数据采集和统计。

步骤2：对燃煤机组所需二次风热风总风量、温度进行数据采集和统计。

步骤3：对燃煤机组所需二次风旁路风量进行数据采集和统计。

步骤4：根据步骤1、步骤2、步骤3的统计结果进行分析，旁路风的风量作为目标值，机组负荷作为前馈值，混合后的二次风温度作为反馈值，旁路二次风风路的调节阀作为执行机构进行运行控制。

步骤5：在总二次风流量不变的前提下，旁路部分出来的二次风风量可以根据调节阀调节，从而改变混合后的总二次风温度。

步骤6：随着机组负荷降低，逐步关闭旁路二次风风路的调节阀；或者随着机组负荷增大至高负荷，逐步开度该旁路的调节阀。若该旁路不投入使用时，可以利用闸阀直接关闭该旁路。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种可调节二次风温度的燃烧装置，其特征在于：包括二次风进风管(1)、空气预热器(2)、二次风出风管(3)、旁路风管(4)和调节阀(6)；所述的二次风进风管(1)连接空气预热器(2)，空气预热器(2)设有二次风出风管(3)；所述的旁路风管(4)的一端连接二次风进风管(1)，旁路风管(4)的另一端连接二次风出风管(3)；旁路风管(4)中设有调节阀(6)。

2.一种可调节二次风温度的燃烧装置，其特征在于：所述的旁路风管(4)中设有闸阀(5)。

3.一种可调节二次风温度燃烧装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：对燃煤机组运行负荷进行各项数据采集和统计；

步骤2：对燃煤机组所需二次风热风总风量、温度进行数据采集和统计；

步骤3：对燃煤机组所需二次风旁路风量进行数据采集和统计；

步骤4：根据步骤1、步骤2、步骤3的统计结果进行分析，旁路风的风量作为目标值，机组负荷作为前馈值，混合后的二次风温度作为反馈值，旁路二次风风路的调节阀作为执行机构进行运行控制；

步骤5：在总二次风流量不变的前提下，旁路部分出来的二次风风量可以根据调节阀调节，从而改变混合后的总二次风温度；

步骤6：随着机组负荷降低，逐步关闭旁路二次风风路的调节阀；或者随着机组负荷增大至高负荷，逐步开度该旁路的调节阀；若该旁路不投入使用时，可以利用闸阀直接关闭该旁路。

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