CN202598491U - 水煤浆低氮旋流燃烧锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水煤浆低氮旋流燃烧锅炉，该锅炉包括炉膛、水冷壁管、对流管束、锅筒和尾部烟道，其中，炉膛包括稳燃室(1)和燃烬室(2)，稳燃室(1)设置在炉膛的入口处，稳燃室(1)的前墙(e)上设置有至少一个燃烧器(7)，稳燃室(1)的出口与燃烬室(2)对接，燃烬室(2)为立式布置，燃烬室(2)内设置水冷壁管(5)，燃烬室(2)的出口处设置对流管束(3)和锅筒(6)，锅筒(6)采用双锅筒横置方式，对流管束(3)后设置有烟道(4)。本实用新型的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉结构紧凑、安全可靠、燃烧稳定，提高了锅炉效率，降低了NO_x排放。

Description

水煤浆低氮旋流燃烧锅炉

技术领域

本实用新型涉及一种工业锅炉，尤其涉及一种以水煤浆为燃料的低氮旋流燃烧锅炉。

背景技术

水煤浆是一种洁净的煤基液体燃料，其燃烧后的烟尘、SO₂、NO_x排放都低于燃油和燃煤，是较好的以煤代油的燃料。现阶段，我国已步入“十二五”时期，国家发展改革委制定的“十二五”规划中对利用清洁能源、治理大气污染提出了更高的要求。

目前，国内工业锅炉的水煤浆燃料的突出特点是“二低一高”，即热值低、灰熔点低、水分高(位热值＜17MJ/kg、灰熔点＜1250℃、水分＞35％)。现役的水煤浆工业锅炉普遍存在的问题是：燃烧效率偏低(飞灰含碳量和灰渣含碳量偏高)、结焦、NO_x排放值偏高、锅炉管束传热效率低。

究其原因，燃烧效率和结焦的问题是由于现有的工业锅炉炉膛设计方面没有兼顾水煤浆燃尽和结焦两者矛盾的对立统一性；导致NO_x排放值偏高，工业锅炉若采用SCR烟气脱硝方式，则由于设备和运行费用高昂，不现实，因此主要以燃烧方式降氮，而目前现有的工业锅炉水煤浆燃烧设备均没有实施空气分级燃烧。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种安全、节能、高效、低氮、低负荷燃烧稳定的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉。

本实用新型的一种水煤浆低氮旋流燃烧锅炉的具体技术方案为：

一种水煤浆低氮旋流燃烧锅炉，包括炉膛、水冷壁管、对流管束、锅筒和尾部烟道，其中，炉膛包括稳燃室和燃烬室，稳燃室设置在炉膛的入口处，稳燃室的前墙上设置有至少一个燃烧器，稳燃室的出口与燃烬室对接，燃烬室为立式布置，燃烬室内设置水冷壁管，燃烬室的出口处设置对流管束和锅筒，锅筒采用双锅筒横置方式，对流管束后设置有烟道。

进一步，稳燃室的顶部形成有仰角炉拱顶，炉拱顶的仰角α的角度为10°～20°。

进一步，稳燃室的前墙的下部设置有三次风口。

进一步，燃烬室前侧的水冷壁管在稳燃室的出口处形成稀疏水冷壁。

进一步，稳燃室的底部设置有防结焦热灰斗，稳燃室的顶部设置有卫燃带。

进一步，燃烬室后侧的水冷壁管在燃烬室出口的下缘向内凸起形成折焰角。

进一步，燃烬室的两侧墙上设置有分离燃尽风口。

进一步，对流管束的两个侧壁上分别设置有一个横向烟气挡板，高温烟气三行程横向冲刷对流管束，烟气的流动过程呈S形。

进一步，稳燃室的前墙上设置有一只燃烧器，燃烧器布置在前墙的几何中心处；或者，稳燃室的前墙上设置有两只燃烧器，燃烧器水平对称或垂直对称布置在前墙上；或者，稳燃室的前墙上设置有三只燃烧器，燃烧器在前墙上呈正三角布置；或者，稳燃室的前墙上设置有四只燃烧器，燃烧器在前墙上呈正方形布置。

进一步，稳燃室的前墙上的上面或下面两台燃烧器向炉内的倾角β为5°～7°。

本实用新型的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉既能提高安全稳定性、燃烧换热效率，又实现了分级燃烧，有效地抑制NO_x的生成，低氮环保排放，而且水煤浆燃料的煤种适应性更宽，低负荷稳燃调整更方便，与传统的水煤浆燃烧方式相比，大大降低了NO_x的排放，NO_x可减少至200～300mg/m³(干基、标态、6％O₂)以下，符合我国节能减排的要求。

附图说明

图1为本实用新型的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉的结构示意图；

图2a为本实用新型的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉中的燃烧器第一种布置图；

图2b为本实用新型的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉中的燃烧器第二种布置图；

图2c为本实用新型的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉中的燃烧器第三种布置图；

图2d为本实用新型的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉中的燃烧器第四种布置图；

图3为燃烧器的俯视图。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的一种水煤浆低氮旋流燃烧锅炉做进一步详细的描述。

如图1所示本实用新型的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉包括炉膛、水冷壁管5、锅筒6、对流管束3和尾部烟道4等结构。其中，本实用新型的重点改进在于炉膛包括稳燃室1和燃烬室2，工作时，水煤浆首先喷入稳燃室1中进行燃烧，随后烟气携带未燃烬的水煤浆颗粒进入燃烬室2中燃烬及冷却，由此保证了低负荷稳定燃烧。

本实用新型的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉将现有锅炉的前置预燃室改造成前置稳燃室，这是因为水煤浆前期燃烧困难，水煤浆中的水份会吸收煤粉燃烧释放的部分热量，产生大量水蒸汽，使得炉内火焰温度下降，不利于水煤浆的早中期的稳燃。而本实用新型的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉使得水煤浆在稳燃室释放的热量集中，并在进入冷却室前已基本燃烬，而不是在炉膛出口处才燃烬，有效提高了水煤浆的燃烬度。

下面对本实用新型的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉的具体结构进一步描述：本实用新型的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉的炉膛包括稳燃室1和燃烬室2，稳燃室1设置在炉膛的入口处，稳燃室1的出口与燃烬室2对接，燃烬室2为立式布置。

其中，稳燃室1的前墙e及两侧墙为重型炉墙结构，且前墙e上设置有一个或多个燃烧器7；稳燃室1的顶部设置有仰角炉拱顶101，以及敷设有卫燃带102；稳燃室1的出口处布置有稀疏水冷壁103；稳燃室1的底部设置防结焦热灰斗105。

具体来说，参考图1至3，稳燃室1的前墙e上设置有至少一个燃烧器7，燃烧器7具体的布置形式可参见图2a至2d。其中，图2a显示了稳燃室1的前墙e上设置有单只燃烧器7，此时燃烧器7优选布置在稳燃室1的前墙e的几何中心处；图2b显示了稳燃室1的前墙e上设置有两只燃烧器7，此时燃烧器7优选水平对称或垂直对称布置在前墙e上；图2c显示了稳燃室1的前墙e上设置有三只燃烧器7，此时燃烧器7在前墙e上优选呈正三角布置，且下面两台燃烧器7向炉内的倾角β优选为5°～7°，可参见图3；图2d显示了稳燃室1的前墙e上设置有四只燃烧器7，此时燃烧器在前墙e上优选呈正方形布置，且上、下两台燃烧器7向炉内倾角β都优选为5°～7°，可参见图3。

具体到实际生产中，对于相对较大吨位的工业锅炉，其稳燃室1的前墙e上的燃烧器7优选布置为呈正三角形，即图2c中所示；而吨位更大些的工业锅炉，则其稳燃室1的前墙e上的燃烧器7优选布置为呈正方形，即图2d中所示。而且，这两种布置方式中的下面两台或上、下两台燃烧器7向炉内倾角β都优选为5°～7°，如此，可以使得水煤浆火焰互相支持，在保证水煤浆稳燃的同时，并能有效防止两侧墙结焦现象。另外，这种燃烧器的布置方式，使得锅炉对水煤浆燃料的煤种适应性更宽，并且更适用于低负荷稳燃调整。

上述燃烧器7优选采用专利CN201120081644.X(名称为水煤浆低氮旋流燃烧器)中公开的旋流燃烧器，以便达到更好的燃烧效果。而且稳燃室1的前墙e的下部还可设置有三次风口104，通过三次风口104输入三次风，既起到托粉的作用，减少水煤浆的机械不完全燃烧损失，又可以使稳燃室1的底部处于氧化性气氛，防止结焦。

另外，稳燃室1顶部设置炉拱顶101可以使得稳燃室1内的热量更好的集中，本实施例中炉拱顶101仰角α的角度优选为10°～20°。且稳燃室1顶部设置卫燃带102可以提高稳燃室1内的燃烧区域的温度，帮助燃料着火，稳定燃烧，同时还能减小燃料对该区域水冷壁管的磨损。

接下来，如图1所示，稳燃室1的出口与燃烬室2对接，燃烬室2为立式布置，且燃烬室2为轻型炉墙结构。燃烬室2的前侧和后侧设置有多根水冷壁管5，水冷壁管5的布置形式可以参见本领域中常用的布置形式。应注意的是，本实用新型的稳燃室1中并没有设置水冷壁管等换热结构，因为水煤浆初期燃烧释放的热量被水份蒸发吸收，烟气温度水平较低，故本实用新型中的水冷壁管仅设置在燃烬室2内，因此称之为稳燃室。

其中，燃烬室2前侧的水冷壁管5在稳燃室1的出口处形成稀疏水冷壁103。为保证稳燃室的燃烧效率，本实用新型的稀疏水冷壁103布置相比现有技术要稀疏，以减少此区域水冷壁的热量吸收，便于焦炭燃烬并防止水冷壁结焦。以中型锅炉为例，稀疏水冷壁103的水冷管之间设置间隙为150～200mm。

燃烬室2后侧的水冷壁管5在燃烬室2出口的下缘向内凸起形成折焰角201，折焰角201的尺寸根据燃烬室2的深度尺寸具体设定，本实施例中折焰角201的长度L优选为800～1200mm。折焰角201既可提高烟气在燃烬室2内的充满度，又可延长火焰行程，有利于水煤浆的燃烬。

此外，燃烬室2的两侧墙上还设置有分离燃烬风口106，分离燃烬风从分离燃烬风口106进入燃烬室2内部，分离燃烬风可加强未燃尽的焦炭与空气的混合，同时还可提高焦炭在燃烬室2内的停留时间，即保证了水煤浆的燃烬，又有利于降低NO_x的生成。

燃烬室2的出口处设置有对流管束3和两个锅筒6，且本实用新型的锅筒6采用双锅筒横置方式，对流管束3为轻型炉墙结构。

本实用新型的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉属于中、低压力锅炉，中、低压力锅炉(蒸汽压力3.8MPa.g及以下)为工业锅炉范畴，对蒸汽的过热度要求不高，工质在锅炉内的主要过程为(给水加热→炉水蒸发为水蒸汽)，锅炉主要为蒸发吸热(即将饱和水吸热蒸发为饱和蒸汽)，由于炉膛出口烟气温度的限制，单靠炉膛的辐射吸热无法满足锅炉要求的蒸发吸热量，因此增加对流受热面(对流管束)帮助锅炉蒸发吸热成为必然。

因此，现有技术中出现了两种对流管束布置型式：纵向布置(指锅筒沿长度方向的轴线与锅炉对称中心线平行)和横向布置(指锅筒沿长度方向的轴线与锅炉对称中心线垂直)，对流管束和上下锅筒连接，一部分对流管束作为下降管，一部分对流管束作为蒸发受热面，由此出现两种锅炉布置型式：双锅筒纵置和双锅筒横置。双锅筒纵置主要用于蒸发量10t/h及以下，卧式快装布置。双锅筒横置主要用于蒸发量10t/h以上，立式布置，优点是：炉膛火焰行程长，锅炉效率比锅炉卧式布置高。因此，本实用新型采用双锅筒横置的方式。

此外，本实用新型中的对流管束3的两个侧壁上分别设置有一个横向烟气挡板202，两个横向烟气挡板202把高温烟气流向分成三个行程，使得高温烟气可以横向冲刷对流管束，高温烟气经过三个转折后流入后续尾部烟道4，烟气在对流管束3中的整个流动过程呈S形。本实用新型的锅炉采用三回程横向冲刷，可以加强对流管束3的传热效果，同时还可减轻对流管束区域的积灰现象。

如图1所示，对流管束3后还设置有烟道4，冲刷过对流管束3的烟气经尾部烟道4内的其他受热面后，最终排出本实用新型的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉，进入脱硫除尘装置或烟囱。且本实用新型中的烟道4与炉膛基本上呈对称设置，使得锅炉整体形成倒U形状，有效减小了锅炉的整体体积，节省了空间和材料。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。

Claims (10)

1.一种水煤浆低氮旋流燃烧锅炉，包括炉膛、水冷壁管、对流管束、锅筒和尾部烟道，其特征在于，炉膛包括稳燃室(1)和燃烬室(2)，稳燃室(1)设置在炉膛的入口处，稳燃室(1)的前墙(e)上设置有至少一个燃烧器(7)，稳燃室(1)的出口与燃烬室(2)对接，燃烬室(2)为立式布置，燃烬室(2)内设置水冷壁管(5)，燃烬室(2)的出口处设置对流管束(3)和锅筒(6)，锅筒(6)采用双锅筒横置方式，对流管束(3)后设置有烟道(4)。

2.根据权利要求1所述的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉，其特征在于，稳燃室(1)的顶部形成有仰角炉拱顶(101)，炉拱顶(101)的仰角的角度为10°～20°。

3.根据权利要求1或2所述的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉，其特征在于，稳燃室(1)的前墙(e)的下部设置有三次风口(104)。

4.根据权利要求1所述的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉，其特征在于，燃烬室(2)前侧的水冷壁管(5)在稳燃室(1)的出口处形成稀疏水冷壁(103)。

5.根据权利要求1或2所述的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉，其特征在于，稳燃室(1)的底部设置有防结焦热灰斗(105)，稳燃室(1)的顶部设置有卫燃带(102)。

6.根据权利要求1或4所述的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉，其特征在于，燃烬室(2)后侧的水冷壁管(5)在燃烬室(2)出口的下缘向内凸起形成折焰角(201)。

7.根据权利要求6所述的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉，其特征在于，燃烬室(2)的两侧墙上设置有分离燃尽风口(106)。

8.根据权利要求1所述的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉，其特征在于，对流管束(3)的两个侧壁上分别设置有一个横向烟气挡板(202)，高温烟气三行程横向冲刷对流管束(3)，烟气的流动过程呈S形。

9.根据权利要求1所述的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉，其特征在于，稳燃室(1)的前墙(e)上设置有一只燃烧器(7)，燃烧器(7)布置在前墙(e)的几何中心处；或者，稳燃室(1)的前墙(e)上设置有两只燃烧器(7)，燃烧器(7)水平对称或垂直对称布置在前墙(e)上；或者，稳燃室(1)的前墙(e)上设置有三只燃烧器(7)，燃烧器(7)在前墙(e)上呈正三角布置；或者，稳燃室(1)的前墙(e)上设置有四只燃烧器(7)，燃烧器(7)在前墙(e)上呈正方形布置。

10.根据权利要求9所述的水煤浆低氮旋流燃烧锅炉，其特征在于，稳燃室(1)的前墙(e)上的上面或下面两台燃烧器(7)向炉内的倾角β为5°～7°。

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