CN105423294B - 一种用于w火焰锅炉的二次风偏置的旋流煤粉燃烧器 - Google Patents
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Abstract
一种用于W火焰锅炉的二次风偏置的旋流煤粉燃烧器，为解决拱上布置有旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉NOx排放量高、飞灰可燃物含量高、下炉膛前后墙水冷壁的结渣、高温腐蚀的问题。旋流煤粉燃烧器的一次风和内二次风的分割圆筒上内二次风内加装沿圆周方向的圆环形内二次风挡块，圆环形内二次风挡块沿圆周方向的角度为180°，在内二次风和外二次风的分割圆筒上外二次风内加装沿圆周方向圆环形外二次风挡块，圆环形外二次风挡块沿圆周方向的角度为180°，圆环形内二次风挡块和圆环形外二次风挡块沿直径方向的边界线与锅炉的前、后墙平行，圆环形内二次风挡块和圆环形外二次风挡块安装在靠近炉膛中心一侧。本发明应用于W火焰锅炉。
Description
技术领域
本发明涉及一种W火焰锅炉旋流煤粉燃烧器，具体涉及一种用于W火焰锅炉的二次风偏置的旋流煤粉燃烧器，属于W火焰锅炉低氮氧化物燃烧技术领域。
背景技术
目前，国内部分电厂锅炉是拱上布置有旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉。W火焰锅炉是一种为燃用无烟煤、贫煤而设计的锅炉。这种锅炉在运行过程中普遍存在NOx排放量高、飞灰可燃物含量高、下炉膛前后墙水冷壁易高温腐蚀和结渣等问题。
W火焰锅炉NOx排放量较高，可达1500～1800mg/m3。NOx对动物和人体有致毒作用，是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和破坏大气臭氧层的一个重要因素。NOx在大气中被进一步氧化将形成细微的硝酸盐颗粒，是雾霾的重要来源。
W火焰锅炉由于燃用煤种为挥发分低的无烟煤和贫煤，煤粉不易燃尽，易造成飞灰可燃物含量高。飞灰可燃物含量高会造成锅炉不完全燃烧损失增加，降低锅炉热效率。
W火焰锅炉水冷壁结渣和高温腐蚀一直是锅炉运行中存在的严重问题。锅炉水冷壁结渣会导致传热热阻增加，传热减弱，工质吸热量减少，锅炉排烟温度升高，排烟热损失增加，锅炉效率下降，会使水冷壁各部分受热不均，导致水冷壁破坏；锅炉水冷壁高温腐蚀使水冷壁变薄，形成安全运行的严重隐患，增加锅炉的临时性检修和大修的工作量，造成很大的经济浪费；锅炉水冷壁高温腐蚀易发生水冷壁管突发性爆炸事故，造成紧急停炉检修，增加额外的检修费用，直接影响电厂效益。
发明内容
本发明为解决拱上布置有旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉NOx排放量高、飞灰可燃物含量高、下炉膛前后墙水冷壁的结渣和高温腐蚀的问题，而提出一种用于W火焰锅炉的二次风偏置的旋流煤粉燃烧器。
本发明为解决上述问题采用的技术方案是：
一种用于W火焰锅炉的二次风偏置的旋流煤粉燃烧器，其组成包括旋流煤粉燃烧器，所述旋流煤粉燃烧器的一次风和内二次风的分割圆筒上内二次风内加装沿圆周方向的圆环形内二次风挡块，圆环形内二次风挡块沿圆周方向的角度为180°，在内二次风和外二次风的分割圆筒上外二次风内加装沿圆周方向圆环形外二次风挡块，圆环形外二次风挡块沿圆周方向的角度为180°，圆环形内二次风挡块和圆环形外二次风挡块沿直径方向的边界线与锅炉的前、后墙平行，圆环形内二次风挡块和圆环形外二次风挡块安装在靠近炉膛中心一侧。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
(1)、本发明有利于煤粉气流提前着火，火焰稳定性提高
W火焰锅炉是一种为燃用无烟煤、贫煤而设计的锅炉，无烟煤、贫煤属于难燃煤，挥发分含量低，着火困难，所以W火焰锅炉炉膛内火焰稳定性差，并且火焰容易熄灭。
燃烧器喷口未加装挡块时，靠近炉膛中心一侧的内、外二次风喷口的流通面积分别与靠近前、后墙水冷壁一侧的内、外二次风喷口流通面积相等，靠近炉膛中心一侧的内、外二次风喷口的气流平均速度、风量分别与靠近前、后墙水冷壁一侧的内、外二次风喷口的气流平均速度、风量相等。靠近炉膛中心一侧的总二次风量与靠近前、后墙水冷壁一侧的总二次风量相等，各占燃烧器总二次风量的50％。而旋流煤粉燃烧器内、外二次风喷口靠近炉膛中心一侧分别加装圆环形内、外二次风挡块，圆环形内、外二次风挡块沿圆周方向的角度均为180°，在一次风管轴线方向上，内二次风挡块所阻挡的气流流通面积占燃烧器未加装挡块时内二次风喷口靠近炉膛中心一侧的气流流通面积的50％～90％，外二次风挡块所阻挡的气流流通面积占燃烧器未加装挡块时外二次风喷口靠近炉膛中心一侧的气流流通面积的50％～90％，内、外二次风挡块所阻挡的总面积占燃烧器未加装挡块时靠近炉膛中心一侧的二次风总流通面积的50％～90％，内、外二次风喷口靠近炉膛中心一侧的气流平均速度分别与靠近前、后墙水冷壁一侧的内、外二次风喷口的气流平均速度相等，那么，靠近炉膛中心线一侧的总二次风量与靠近前、后墙水冷壁一侧的总二次风量的比值为0.1～0.5，则靠近炉膛中心线一侧的总二次风量占燃烧器总二次风量的9.1％～33.3％，在保持燃烧器总二次风量不变的情况下，内、外二次风喷口靠近炉膛中心一侧加装挡块后，靠近炉膛中心一侧的总二次风量占燃烧器总二次风量比例由50％减少到9.1％～33.3％，减少了16.7％～40.9％。一次风携带煤粉从燃烧器喷口喷出，二次风包裹在一次风粉的外围，受到来自炉膛中心火焰的辐射加热以及来自高温气流的对流加热，二次风和被包裹的煤粉气流的温度逐渐升高，当二者同时达到着火温度时，煤粉才开始着火。内、外二次风喷口靠近炉膛中心一侧加装挡块后，靠近炉膛中心一侧的总二次风量减少了16.7％～40.9％，在加热条件相同、接收热量不变的情况下，煤粉气流升温加快，使得煤粉着火提前，W火焰锅炉炉膛内火焰稳定性提高。
(2)、本发明有利于降低NOx生成量
①煤粉燃烧过程中形成的NOx分为热力型NOx和燃料型NOx，其中燃料型NOx是燃烧过程中最主要的生成方式，在煤粉燃烧NOx产物中占60～80％。燃料型NOx是由燃料中含氮化合物在燃烧中氧化而成，富氧条件下燃料型NOx生成量较多，而低氧、还原性气氛下能够抑制燃料型NOx生成。与旋流煤粉燃烧器喷口未加装挡块相比，内、外二次风喷口在靠近炉膛中心一侧加装挡块后，靠近炉膛中心一侧的总二次风量减少了16.7％～40.9％，使得靠近炉膛中心一侧的煤粉气流在富燃料低氧的气氛中燃烧，有效地抑制了燃料型NOx的形成，从而使总NOx生成量大幅度降低。②与旋流煤粉燃烧器喷口未加装挡块相比，内、外二次风喷口在靠近炉膛中心一侧加装挡块后，靠近炉膛中心一侧的总二次风量减少了16.7％～40.9％，在加热条件以及接收热量相同的情况下，靠近炉膛中心一侧的煤粉气流升温加快，煤粉着火提前，由于着火时，煤粉气流靠近炉膛中心一侧二次风量少，煤粉气流提前着火会使燃烧过程提前进入低氧、还原性气氛中，能够有效地降低NOx的生成。③与旋流煤粉燃烧器喷口未加装挡块相比，内、外二次风喷口在靠近炉膛中心一侧加装挡块后，靠近炉膛中心一侧的总二次风量减少了16.7％～40.9％，则靠近前、后墙水冷壁一侧的总二次风量增加了16.7％～40.9％，在加热条件和接收热量相同的情况下，与燃烧器喷口未加装挡块相比，靠近前、后墙水冷壁一侧气流升温速度相对较慢，靠近前、后墙水冷壁一侧的二次风温相对较低，刚性较强，使得靠近前、后墙水冷壁一侧的二次风携带煤粉气流下射深度增加，则靠近炉膛中心一侧的煤粉气流燃烧过程包围在还原性气氛中的时间也相应加长，有利于降低NOx的生成。
(3)、本发明有效地减少了飞灰可燃物含量
与旋流煤粉燃烧器喷口未加装挡块相比，内、外二次风喷口在靠近炉膛中心一侧加装挡块后，靠近炉膛中心一侧的总二次风量减少了16.7％～40.9％，在加热条件以及接收热量相同的情况下，煤粉气流升温加快，煤粉着火提前，同时内、外二次风喷口在靠近炉膛中心一侧加装挡块后，靠近前、后墙水冷壁一侧的二次风量增加了16.7％～40.9％，与旋流煤粉燃烧器喷口未加装挡块相比，在加热条件和接收热量相同的情况下，靠近前、后墙水冷壁一侧的气流升温速度相对较慢，靠近前、后墙水冷壁一侧的二次风温相对较低，刚性较强，使得靠近前、后墙水冷壁一侧的二次风携带煤粉气流下射深度增加。煤粉气流不仅提前着火而且燃烧行程增大，所以煤粉能够较充分燃烧，有效地提高了煤粉的燃尽率，减少了飞灰可燃物含量。
(4)、本发明能够有效地防止下炉膛水冷壁结渣，减少高温腐蚀
①在高温煤粉气流冲刷水冷壁时，煤粉气流中的熔融状灰渣会因温度降低而凝固在水冷壁表面，黏结并聚集发展成一层难于清除的灰渣层，在还原性气氛中，灰的熔点降低，结渣可能性增大。与旋流煤粉燃烧器的内、外二次风喷口未加装挡块相比，内、外二次风喷口在靠近炉膛中心一侧加装挡块后，靠近前、后墙水冷壁一侧的二次风量增加了16.7％～40.9％，靠近前、后墙水冷壁一侧的氧气含量高，下炉膛前、后墙水冷壁附近处于相对较强的氧化性气氛中，灰的熔点升高，有效地防止水冷壁结渣。②W火焰锅炉下炉膛水冷壁出现高温腐蚀现象的原因是：W火焰锅炉运行过程中，高温水冷壁与还原性气体(H2、H2S等)反应，使金属管壁减薄，发生高温腐蚀。与旋流煤粉燃烧器的内、外二次风喷口未加装挡块相比，内、外二次风喷口在靠近炉膛中心一侧加装挡块后，靠近前、后墙水冷壁一侧的总二次风量增加了16.7％～40.9％，氧气量充足，处于氧化性气氛中，防止了水冷壁的高温腐蚀。
附图说明
图1是本发明的一种用于W火焰锅炉的二次风偏置的旋流煤粉燃烧器的示意图(各股喷入炉内气流的速度方向均采用箭头标出，附图标记2为下炉膛)；
图2是图1的A向视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的旋流煤粉燃烧器4的一次风14和内二次风15的分割圆筒上内二次风内加装沿圆周方向的圆环形内二次风挡块8，圆环形内二次风挡块8沿圆周方向的角度为180°，在内二次风15和外二次风16的分割圆筒上外二次风内加装沿圆周方向圆环形外二次风挡块9，圆环形外二次风挡块9沿圆周方向的角度为180°，圆环形内二次风挡块8和圆环形外二次风挡块9沿直径方向的边界线与锅炉的前、后墙平行，圆环形内二次风挡块8和圆环形外二次风挡块9安装在靠近炉膛中心2-1一侧。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的内二次风挡块8内圆壁面紧贴一次风管外壁，外二次风挡块9内圆壁面紧贴内二次风管外壁。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1和图2说明本实施方式，本实施方式的在燃烧器4的一次风管轴线方向上，内二次风挡块8和外二次风挡块9前端均与内二次风喷口6端部齐平。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和图2说明本实施方式，本实施方式的内二次风挡块8所阻挡的气流流通面积满足：S1′/(0.5S1)＝50％～90％，其中：S1—未加装挡块时，在一次风管轴线方向上，内二次风15的流通面积；S1′—加装挡块时，在一次风管沿轴线方向上，内二次风挡块8所阻挡的气流流通面积。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的外二次风挡块9所阻挡的气流流通面积满足：S2′/0.5S2＝50％～90％，其中：S2—未加装挡块时，在一次风管轴线方向上，外二次风16的流通面积；S2′—加装挡块时，在一次风管沿轴线方向上，外二次风挡块9所阻挡的气流流通面积。
应用本发明所述的二次风偏置的旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉的工作过程如下：
在炉膛的前炉拱3上从炉膛中心2-1到炉膛的前墙水冷壁2-2之间以及在后炉拱17上从炉膛中心2-1到炉膛的后墙水冷壁2-3之间各依次设置多个旋流煤粉燃烧器4，在前墙水冷壁2-2上由上到下依次设置了多个乏气风喷口10和多个分级风喷口11，在后墙水冷壁2-3上由上到下依次设置了多个乏气风喷口13和多个分级风喷口12。一次风14携带煤粉气流由一次风喷口5喷入下炉膛1内，内二次风15由内二次风喷口6喷入下炉膛1内，外二次风16由外二次风喷口7喷入下炉膛1内，乏气风由乏气风喷口10和乏气风喷口13喷入下炉膛1，分级风由分级风喷口11和分级风喷口12喷入下炉膛1内，在下炉膛1内的煤粉气流在下冲过程中不断混入二次风，当煤粉气流与乏气风和分级风混合后，煤粉气流继续下行，随后高温煤粉气流经180°折转向上流动，形成W型火焰。
本发明的应用实例
本实例是对一台300MW的W火焰锅炉进行现场测量，该W火焰锅炉所采用的原二次风未偏置的旋流煤粉燃烧器和本发明二次风偏置的旋流煤粉燃烧器各通道管径均相同，一次风通道外径为368mm，内二次风通道内径为864mm，内二次风通道外径为880mm，外二次风通道内径为1112mm。该W火焰锅采用原未加装挡块的旋流燃烧器时，靠近炉膛中心一侧的总二次风量与靠近前、后墙水冷壁一侧的总二次风量相等，各占燃烧器总二次风量的50％，冷态示踪试验测得燃烧器主气流下冲深度为3.2m，热态试验测得煤粉气流在距燃烧器喷口1.3m的位置着火，锅炉NOx排放量1300mg/m3，飞灰可燃物含量为11％。该W火焰锅炉改用本发明中提供的一种二次风偏置的旋流煤粉燃烧器后，在一次风管轴线方向上，内、外二次风挡块所阻挡的总流通面积占燃烧器未加装挡块时靠近炉膛中心一侧的二次风总流通面积的50％，靠近炉膛中心线一侧的总二次风量占燃烧器总二次风量的33.3％，那么，靠近炉膛中心一侧的总二次风量占燃烧器总二次风量比例减少了16.7％，靠近前、后墙水冷壁一侧的总二次风量占燃烧器总二次风量比例增加了16.7％，冷态示踪试验测得燃烧器主气流下冲深度为4.5m，下冲深度增加了1.3m；热态试验测得煤粉气流在距燃烧器喷口0.7m的位置着火，煤粉气流提前0.6m着火；锅炉NOx排放量900mg/m3，NOx排放量降低了400mg/m3；飞灰可燃物含量为8.7％，飞灰可燃物含量降低了2.3个百分点。
Claims (3)
1.一种用于W火焰锅炉的二次风偏置的旋流煤粉燃烧器，其组成包括旋流煤粉燃烧器(4)，其特征在于：所述旋流煤粉燃烧器(4)的一次风(14)和内二次风(15)的分割圆筒上内二次风内加装沿圆周方向的圆环形内二次风挡块(8)，圆环形内二次风挡块(8)沿圆周方向的角度为180°，在内二次风(15)和外二次风(16)的分割圆筒上外二次风内加装沿圆周方向圆环形外二次风挡块(9)，圆环形外二次风挡块(9)沿圆周方向的角度为180°，圆环形内二次风挡块(8)和圆环形外二次风挡块(9)沿直径方向的边界线与锅炉的前、后墙平行，圆环形内二次风挡块(8)和圆环形外二次风挡块(9)安装在靠近炉膛中心(2-1)一侧；内二次风挡块(8)内圆壁面紧贴一次风管外壁，外二次风挡块(9)内圆壁面紧贴内二次风管外壁；在燃烧器(4)的一次风管轴线方向上，内二次风挡块(8)和外二次风挡块(9)前端均与内二次风喷口(6)端部齐平。
2.根据权利要求1所述一种用于W火焰锅炉的二次风偏置的旋流煤粉燃烧器，其特征在于：内二次风挡块(8)所阻挡的气流流通面积满足：S1'/(0.5S1)＝50％～90％，其中：S1—未加装挡块时，在一次风管轴线方向上，内二次风(15)的流通面积；S1'—加装挡块时，在一次风管沿轴线方向上，内二次风挡块(8)所阻挡的气流流通面积。
3.根据权利要求1或2所述一种用于W火焰锅炉的二次风偏置的旋流煤粉燃烧器，其特征在于：外二次风挡块(9)所阻挡的气流流通面积满足：S2'/0.5S2＝50％～90％，其中：S2—未加装挡块时，在一次风管轴线方向上，外二次风(16)的流通面积；S2'—加装挡块时，在一次风管沿轴线方向上，外二次风挡块(9)所阻挡的气流流通面积。
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