CN111457360B - 一种布置防结渣风的w火焰锅炉 - Google Patents

一种布置防结渣风的w火焰锅炉 Download PDF

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Abstract

一种布置防结渣风的W火焰锅炉，本发明涉及一种W火焰锅炉，本发明的目的是为了以解决现有的W火焰锅炉运行中存在的火焰下深度较浅，煤粉燃尽率低，锅炉前后墙结渣严重的问题。它还包括风机、再循环烟气管道和两组防结渣风喷口；两组防结渣风喷口呈一字型排列对称安装在下炉膛的前墙和下炉膛的后墙上,两组分级风喷口呈一字型排列对称安装在下炉膛的前墙和下炉膛的后墙上,每组防结渣风喷口位于每组分级风喷口的上方，风机安装在再循环烟气管道上，再循环烟气管道的一端与两组防结渣风喷口连通，再循环烟气管道的另一端与锅炉烟道连通，每个二次风箱分别与一组防结渣风喷口和一组分级风喷口。本发明属于锅炉领域。

Description

一种布置防结渣风的W火焰锅炉
技术领域
本发明涉及一种W火焰锅炉，具体涉及一种布置防结渣风的W火焰锅炉。属于W型火焰锅炉燃烧技术领域。
背景技术
中国是世界上最大的煤炭生产和消费国，据统计2017年世界总煤炭产量为77.3亿吨，其中约35亿吨产自中国，同年国内的煤炭消费中火力发电约占49％。然而，我国的动力用煤中无烟煤和贫煤等低挥发分煤种储量丰富，但是由于其挥发分含量低，灰分含量高，在燃用过程中往往存在着火难和燃尽难的问题。为了利用无烟煤和贫煤，20世纪90年代起， W火焰锅炉开始从西欧和北非等地区引入我国，到目前为止，我国现役和在建的W火焰锅炉总数已经达到130台。根据制造商的不同W火焰锅炉可以被分为4个流派，即福斯特惠勒W火焰锅炉、巴威W火焰锅炉、斯坦因W火焰锅炉和斗巴W火焰锅炉。其中，福斯特惠勒型W火焰锅炉所占的市场份额最大，约为65％。
传统福斯特惠勒型W火焰锅炉的结构如图1所示，煤粉气流自锅炉拱部燃烧器喷口喷入后在分级风的引射作用下进入下炉膛燃烧。最终，未燃尽的煤粉颗粒进入上炉膛与燃尽风充分混合，进一步燃烧。在电厂的实际应用中锅炉拱部风率仅占入炉总风率的20％左右，煤粉气流的风速较低刚性较弱，并且煤粉气流在下冲过程中易冲刷锅炉前后墙侧的水冷壁造成结渣。长期的运行结果表明，福斯特惠勒型W火焰锅炉在运行中普遍存在火焰下深度较浅，炉膛火焰充满度低，飞灰可燃物含碳量高等问题。满负荷条件下燃用无烟煤时300MWe 飞灰可燃物的含碳量可以达到6％以上。此外，锅炉下炉膛前后墙结渣严重，有些电厂甚至因此出现了燃烧器停运的情况。为了解决上述问题，提高锅炉效率，保证锅炉安全运行，有必要开发出新型的防结渣煤粉燃烧技术。
发明内容
本发明的目的是为了以解决现有的W火焰锅炉运行中存在的火焰下深度较浅，煤粉燃尽率低，锅炉前后墙结渣严重的问题。进而本发明提出一种布置防结渣风的W火焰锅炉。
本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：
它包括上炉膛、下炉膛、前炉拱、后炉拱、两个二次风箱、两组分级风喷口和多个双旋风筒煤粉浓淡分离式燃烧器，上炉膛、前炉拱、下炉膛和后炉拱构成炉体，它还包括风机、再循环烟气管道和两组防结渣风喷口；多个双旋风筒煤粉浓淡分离式燃烧器呈一字型排列对称安装在前炉拱和后炉拱上,两组防结渣风喷口呈一字型排列对称安装在下炉膛的前墙和下炉膛的后墙上,两组分级风喷口呈一字型排列对称安装在下炉膛的前墙和下炉膛的后墙上,每组防结渣风喷口位于每组分级风喷口的上方，风机安装在再循环烟气管道上，再循环烟气管道的一端与两组防结渣风喷口连通，再循环烟气管道的另一端与锅炉烟道连通，每个二次风箱分别与一组防结渣风喷口和一组分级风喷口连通。
本发明的有益效果：
1、本发明可有效缓解W火焰锅炉前后墙结渣的问题
如图1所示，传统福斯特惠勒W火焰锅炉采用双拱形炉膛。炉膛由前、后拱3,4划分为上炉膛1和下炉膛2两部分，其中下炉膛2为主燃区，上炉膛1为燃尽区。双旋风筒煤粉浓淡分离式燃烧器8错列布置在锅炉前后拱上。锅炉下炉膛前后墙由上到下依次设有D 层和E层二次风及水平布置的F层二次风。D层和E层二次风及F层二次风均与二次风箱连接。煤粉气流靠近前墙水冷壁和后墙水冷壁喷入，且煤粉气流与下炉膛前、后墙水冷壁间除了风率较低的DE层二次风外并无其它气流阻隔。煤粉颗粒下冲过程中冲刷水冷壁，高温的熔融态挥发性灰分的冷凝和微小颗粒的热迁移沉积导致水冷壁结渣，严重威胁锅炉的安全稳定运行，一些电厂甚至出现了因前后墙结渣导致燃烧器停运。与传统福斯特惠勒型W火焰锅炉相比，如图2所示，本发明在锅炉下炉膛前墙和后墙顶部布置大倾角防结渣风。防结渣风喷口11同时与再循环烟气管道6和二次风箱7连接，风速可达25m/s以上。防结渣风中再循环烟气和空气的比例可通过再循环烟气阀门和二次风阀门控制。再循环烟气和二次风在防结渣风中的所占比例根据锅炉的实际运行情况和结渣特性可在10～40％、 60～90％范围内灵活调整。通过布置防结风，本发明可在以下三个方面防止锅炉前后墙结渣：
降低锅炉前后墙近壁侧风温，加速飞灰凝结，防止结渣。
在锅炉的实际运行中，为了提高锅炉效率，减少无效的热量损耗，二次风在喷入炉膛前均经过空预器的加热，温度可达到300摄氏度以上。熔融态的煤粉颗粒下冲至炉膛近壁侧时在高温气流的作用下一直保持高温熔融态，冲刷水冷壁时容易粘附在水冷壁或卫燃带上，造成结渣。本发明将除尘器处理过的尾部烟气经风机引导进入再循环烟气管道内，由于经过充分的换热，烟气温度已经下降至100摄氏度左右。再循环烟气和二次风混合形成防结渣风并通过下炉膛前后墙顶部的防结渣风喷口11喷入炉内，通过调整再循环烟气阀门9和二次风阀门10开度，下炉膛前后墙近壁侧的温度与传统福斯特惠勒型W火焰锅炉相比可降低150摄氏度左右。下冲的粒煤粉颗未与前后墙水冷壁接触前首先便在低温防结渣风的作用下开始冷却凝结，粘附性大幅度降低，从而起到有效防止结渣的作用。
在锅炉前后墙近壁侧形成高速风幕，防止飞灰冲刷水冷壁，造成结渣。
对于传统福斯特惠勒型W火焰锅炉，拱部风率仅为入炉总风率的20％左右。大量二次风自拱下D层、E层及F层二次风喷口水平喷入炉膛。实际运行表明：当风速达到5m/s以上时，D层和E层二次风将对下冲煤粉气流起到显著的拦截作用。因此，在实际运行中电厂通常仅将D层和E层二次风作为冷却位使用，风率不足入炉总风率的5％，对煤粉颗粒的阻隔作用较弱。浓煤粉气流自前后墙近壁侧喷入炉膛后在下冲过程中极易冲刷水冷壁造成结渣。本发明在锅炉下炉膛前后墙顶部沿炉膛宽度方向呈一字型布置防结渣风喷口。防结渣风率约为入炉总风率的25％，风速可达25m/s以上。防结渣风喷入炉膛后在煤粉气流与前后墙水冷壁间形成一层高速的低温风幕。煤粉气流喷入炉膛后受防结渣风的阻隔作用，熔融的煤粉颗粒无法直接与水冷壁接触从而有效防止结渣现象的发生。
改变锅炉前后墙近壁侧的还原性气氛，加速飞灰冷却，防止结渣。
由于传统福斯特惠勒型W火焰锅炉的D层和E层二次风率较低，仅有少量空气自锅炉前后墙顶部喷入，导致该区域内煤粉燃烧不充分，CO等还原性气体聚集。在该气氛下，煤粉中的灰熔点降低，易被加热至熔融态，粘附在水冷壁或卫燃带上造成结渣。采用本发明后，锅炉前后墙顶部区域布置防结渣风喷口11，再循环烟气和二次风混合后由防结渣风喷口喷入炉内。由于再循环烟气的主要成分为N2、CO2和水蒸气，氧气基本消失。通过调整再循环烟气阀门9和二次风阀门10开度，防结渣风中的氧气浓度可大幅度降低至5％以下，下炉膛前后墙近壁侧N2、CO2和水蒸气所占总比例可达95％以上，CO等还原性气体的含量大幅度降低至3％以下，煤粉的灰熔点提高。并且，在该气氛下，熔融的煤粉颗粒无法继续燃烧，迅速冷却为固态灰渣随高速防结渣二次风喷入下炉膛，进一步阻碍结渣现象的发生。
2、本发明可有效改善W火焰锅炉火焰下深度较浅，飞灰可燃物高的问题
如图1所示，传统福斯特惠勒W火焰锅炉运行过时拱部风率约为入炉总风率的20％左右。大量二次风自拱下D层、E层及F层二次风喷口水平喷入炉膛，在实际运行中电厂通常仅将D层和E层二次风作为冷却位使用，F层二次风率可达到入炉总风率的60％以上，风速可达到25m/s以上。由于锅炉拱部煤粉气流的风速较低，煤粉颗粒下射动量不足，刚性较弱。此外，拱部燃烧器与F层二次风之间再无其它气流引射。煤粉气流自燃烧器喷口喷出后快速衰减，达到F层二次风喷口附近时气流的峰值速度降低至5m/s以下，在高速F层二次风的拦截作用下，煤粉气流转折上行，在炉内高温区内的停留时间较短，不利于煤粉的燃尽。
本发明W火焰锅炉锅炉的截面流场如图2所示。相比于传统福斯特惠勒型W火焰锅炉，本发明将拱部风率提高为入炉总风率的40％左右，拱部风速可达20m/s以上，煤粉气流的下冲刚性大大增强。此外，本发明在下炉膛前后墙顶端增设防结渣风喷口，防结渣风率约为入炉总风率的25％，风速可达到25m/s以上。由于防结渣风与双旋风筒浓淡煤粉燃烧器均靠近下炉膛前后墙布置，煤粉气流喷入炉膛后很快与高速的防结渣风混合。在防结渣风的引射作用下，煤粉气流的下冲刚性进一步增强，在炉膛内的下冲深度和燃尽距离大幅增加，有利于促进煤粉燃尽。
此外，防结渣风采用大角度下倾布置，防结渣风喷口与下炉膛前后墙连接处设有可调节下倾装置，根据锅炉的燃尽效果，防结渣风喷入方向与水平方向的夹角在60～80°范围内可灵活调整，在总风量一定的情况下，下倾角度越大防结渣风的纵向速度分量越大，下冲刚性越强。同时，水平速度分量越小，对下冲煤粉气流的混合和拦截作用越弱。由于锅炉负荷和煤粉颗粒物理性质的差异，防结渣风对煤粉气流的最佳引射角度有所差异。本发明W火焰锅炉可根据锅炉的实际运行情况灵活调整防结渣风的下倾角度，从而充分发挥防结渣风的引射作用，最大限度地延长煤粉气流在炉膛内的燃烧行程，保证煤粉燃尽。
附图说明
图1是传统FW型W火焰锅炉流场和结构示意图。
图2是本发明W火焰锅炉流场和结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种布置防结渣风的W火焰锅炉，它包括上炉膛1、下炉膛2、前炉拱3、后炉拱4、两个二次风箱7、两组分级风喷口12和多个双旋风筒煤粉浓淡分离式燃烧器8，上炉膛1、前炉拱3、下炉膛2和后炉拱 4构成炉体，它还包括风机5、再循环烟气管道6和两组防结渣风喷口11；多个双旋风筒煤粉浓淡分离式燃烧器8呈一字型排列对称安装在前炉拱3和后炉拱4上,两组防结渣风喷口11呈一字型排列对称安装在下炉膛2的前墙和下炉膛2的后墙上,两组分级风喷口 12呈一字型排列对称安装在下炉膛2的前墙和下炉膛2的后墙上,每组防结渣风喷口11 位于每组分级风喷口12的上方，风机5安装在再循环烟气管道6上，再循环烟气管道6 的一端与两组防结渣风喷口11连通，再循环烟气管道6的另一端与锅炉烟道连通，且再循环烟气管道6上设有除尘***，每个二次风箱7分别与一组防结渣风喷口11和一组分级风喷口12连通。每组防结渣风喷口11角度可调。
具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种布置防结渣风的W 火焰锅炉，每组防结渣风喷口11包括多个防结渣风喷口11，每组分级风喷口12包括多个分级风喷口12；下炉膛2的前墙上多个防结渣风喷口11靠近下炉膛2的前墙顶部安装在前墙上，下炉膛2的前墙上多个分级风喷口12靠近下炉膛2的前墙底部安装在前墙上，下炉膛2的后墙上多个防结渣风喷口11靠近下炉膛2的后墙顶部安装在后墙上，下炉膛 2的后墙上多个分级风喷口12靠近下炉膛2的后墙底部安装在后墙上，其它方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种布置防结渣风的W 火焰锅炉，它还包括两个再循环烟气阀门9和两个二次风阀门10；每个二次风箱7上安装有一个二次风阀门10，每组防结渣风喷口11通过一个二次风阀门10与一个二次风箱7 连通，再循环烟气管道6分别通过一个再循环烟气阀门9与每组防结渣风喷口11连接，防结渣风中再循环烟气和空气的供入比例分别由再循环烟气阀门9和二次风阀门10控制。其它方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种布置防结渣风的W 火焰锅炉，一组分级风喷口12的多个分级风喷口12均水平安装在下炉膛2的前墙上并与炉体连通，另一组分级风喷口12的多个分级风喷口12均水平安装在下炉膛2的后墙上并与炉体连通。其它方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种布置防结渣风的W 火焰锅炉，每个防结渣风喷口11中心线与水平方向所成角度在60°～80°，防结渣风率约为入炉总风率的25％，风速为25m/s。其它方法与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种布置防结渣风的W火焰锅炉，所述防结渣风由再循环烟气和二次风混合组成，再循环烟气风率占防结渣风率的10～40％，二次风占防结渣风的60～90％。防结渣风中供入的再循环烟气风率和防结渣二次风率通过再循环烟气阀门9和二次风阀门10可调。其它方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种布置防结渣风的W 火焰锅炉，所述锅炉下炉膛2的前墙和后墙设置的两组分级风喷口12，分级风率为入炉总风率的35％，分级风速为20m/s。其它方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种布置防结渣风的W 火焰锅炉，锅炉拱部风率约为入炉总风率的40％，风速为20m/s，其它方法与具体实施方式一相同。
工作原理
煤粉气流自双旋风筒煤粉浓淡分离式燃烧器的喷口喷出后着火燃烧。锅炉尾部烟道内的烟气经空预器、除尘器等结构后，在其出口位置经风机5引入再循环烟气管道6并与二次风混合，自防结渣风喷口喷11入炉膛。煤粉气流下冲过程中首先受到大倾角防结渣风的引射作用，气流的动量和刚性进一步增强。煤粉气流在下炉膛(2)内的下射深度增大。同时，再循环烟气和二次风混合而成的防结渣风在浓煤粉气流和前后墙水冷壁之间形成一层由 N2、CO2和水蒸气组成的低温风幕，抑制煤粉中的灰分受热融化并阻隔熔融态的灰分冲刷前后墙两侧的水冷壁。经防结渣风引射后煤粉气流继续下射到达分级风喷口区域。在水平喷入分级风的拦截作用下，煤粉气流向炉膛中心区域偏转并转折上行，防止煤粉气流下冲深度过大，火焰冲刷冷灰斗，造成冷灰斗区域超温。最终，未燃尽的煤粉颗粒进入上炉膛继续燃烧。
实施例
本发明已经在某电厂一台由美国福斯特惠勒公司生产的300MW FW W火焰锅炉上应用，锅炉前后拱对称布置有12组双旋风筒浓淡分离式煤粉燃烧器。采用本发明后，锅炉下炉膛前后墙顶端呈一字形布置12个长660mm，宽130mm，高500mm的防结渣风喷口，防结渣风喷口与炉膛连接处设有可调节下倾角度的装置。同时锅炉尾部烟道出口处增设再循环烟气管道。防结渣风喷口同时与再循环烟气管道和二次风箱连接。锅炉运行过程中，防结渣风率约占入炉总风率的25％，其中，再循环烟气风率占防结渣风率的30％，二次风率约占防结渣风率的70％。
采用本发明前，煤粉气流自燃烧器喷口喷出后快速衰减，经实验测量，炉内煤粉气流达到F层二次风喷口附近时气流的峰值速度降低至5m/s以下，飞灰可燃物含量约为11％。锅炉前后墙水冷壁结渣严重，每年需要多次停炉清灰。
采用本发明后，经实验测量，炉内煤粉气流达到F层二次风喷口附近时气流的峰值速度提高至20m/s左右。满负荷工况下，燃用改造前相似煤质时，炉膛出口的飞灰可燃物含量降低至6％左右。并且炉膛前后墙水冷壁结渣现象基本消失，未发生因结渣而影响锅炉正常运行的问题。

Claims (6)

1.一种布置防结渣风的W火焰锅炉，它包括上炉膛(1)、下炉膛(2)、前炉拱(3)、后炉拱(4)、两个二次风箱(7)、两组分级风喷口(12)和多个双旋风筒煤粉浓淡分离式燃烧器(8)，上炉膛(1)、前炉拱(3)、下炉膛(2)和后炉拱(4)构成炉体，其特征在于：它还包括风机(5)、再循环烟气管道(6)、两组防结渣风喷口(11)、两个再循环烟气阀门(9)和两个二次风阀门(10)；每组防结渣风喷口(11)包括多个防结渣风喷口(11)，每组分级风喷口(12)包括多个分级风喷口(12)；多个双旋风筒煤粉浓淡分离式燃烧器(8)呈一字型排列对称安装在前炉拱(3)和后炉拱(4)上,两组防结渣风喷口(11)呈一字型排列对称安装在下炉膛(2)的前墙和下炉膛(2)的后墙上,两组分级风喷口(12)呈一字型排列对称安装在下炉膛(2)的前墙和下炉膛(2)的后墙上,每组防结渣风喷口(11)位于每组分级风喷口(12)的上方，风机(5)安装在再循环烟气管道(6)上，再循环烟气管道(6)的一端与两组防结渣风喷口(11)连通，再循环烟气管道(6)的另一端与锅炉烟道连通，每个二次风箱(7)分别与一组防结渣风喷口(11)和一组分级风喷口(12)连通，每组防结渣风喷口(11)角度可调，下炉膛(2)的前墙上多个防结渣风喷口(11)靠近下炉膛(2)的前墙顶部安装在前墙上，下炉膛(2)的前墙上多个分级风喷口(12)靠近下炉膛(2)的前墙底部安装在前墙上，下炉膛(2)的后墙上多个防结渣风喷口(11)靠近下炉膛(2)的后墙顶部安装在后墙上，下炉膛(2)的后墙上多个分级风喷口(12)靠近下炉膛(2)的后墙底部安装在后墙上，每个二次风箱(7)上安装有一个二次风阀门(10)，每组防结渣风喷口(11)通过一个二次风阀门(10)与一个二次风箱(7)连通，再循环烟气管道(6)分别通过一个再循环烟气阀门(9)与每组防结渣风喷口(11)连接。
2.根据权利要求1所述一种布置防结渣风的W火焰锅炉，其特征在于：一组分级风喷口(12)的多个分级风喷口(12)均水平安装在下炉膛(2)的前墙上并与炉体连通，另一组分级风喷口(12)的多个分级风喷口(12)均水平安装在下炉膛(2)的后墙上并与炉体连通。
3.根据权利要求1所述一种布置防结渣风的W火焰锅炉，其特征在于：每个防结渣风喷口(11)中心线与水平方向所成角度在60°～80°，防结渣风率约为入炉总风率的25％，风速为25m/s。
4.根据权利要求1所述一种布置防结渣风的W火焰锅炉，其特征在于：所述防结渣风由再循环烟气和二次风混合组成，再循环烟气风率占防结渣风率的10～40％，二次风占防结渣风的60～90％。
5.根据权利要求1所述一种布置防结渣风的W火焰锅炉，其特征在于：所述锅炉下炉膛(2)的前墙和后墙设置的两组分级风喷口(12)，分级风率为入炉总风率的35％，分级风速为20m/s。
6.根据权利要求1所述一种布置防结渣风的W火焰锅炉，其特征在于：锅炉拱部风率约为入炉总风率的40％，风速为20m/s。
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