CN111121006B - 卧式煤粉锅炉及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卧式煤粉锅炉及其控制方法，该锅炉包括依次相连的炉膛和尾部烟道，其中：所述炉膛设置为烟气在其内水平流动；且炉膛底部设置有底部布风装置。底部布风装置可以通入三次风。本发明也涉及一种卧式煤粉锅炉的控制方法，包括步骤：向炉膛内通入一次风、二次风，一次风携带煤粉以大致水平方向流过炉膛；和通过设置在炉膛底部的底部布风装置向炉膛内通入三次风。炉膛底部的三次风可起到担当减少NOx排放的燃尽风和/或防止飞灰堆积的输送风的作用。

Description

卧式煤粉锅炉及其控制方法

技术领域

本发明的实施例涉及锅炉领域，尤其涉及卧式煤粉锅炉及其控制方法。

背景技术

卧式锅炉是工业煤粉锅炉的主要形式之一，现主要应用于20t/h等级及以下的锅炉。但卧式煤粉锅炉存在的主要问题包括：1)炉膛底部存在沉粉现象，部分煤粉燃烧不完全，炉底需要水封槽和刮板机，锅炉燃烧效率和热效率均较低；2)配风主要采用燃烧器处集中配置一次风和二次风，锅炉NOx原始排放水平高；3)锅炉容量难以放大。

发明内容

为缓解或解决卧式煤粉锅炉上述问题中的至少一个方面，提出本发明。

根据本发明的实施例的一个方面，本发明提出一种卧式煤粉锅炉，包括依次相连的炉膛和尾部烟道，其中：所述炉膛设置为烟气在其内水平流动；且炉膛底部设置有底部布风装置。

可选的，炉膛与尾部烟道并排设置，炉膛与尾部烟道的烟气流道均水平布置且彼此相通而形成U形，炉膛内烟气流动方向与尾部烟道内烟气流动方向相反。进一步的，炉膛与尾部烟道共用一侧壁，且炉膛与尾部烟道通过所述侧壁上的开口相通。

可选的，炉膛与尾部烟道串联设置，炉膛内烟气流动方向与尾部烟道内烟气流动方向相同。

可选的，在烟气流动方向上，炉膛烟气流通截面积逐渐增大。进一步的，炉膛两侧壁的至少一部分之间的距离逐渐增大。

可选的，所述底部布风装置为带有风室与风帽的布风板，所述底部布风装置用于通入三次风；所述布风板构成炉膛的底部的至少一部分。进一步的，所述炉膛底部在全部长度方向上设置有所述底部布风装置。更进一步的，所述炉膛底部在全截面上设置有所述底部布风装置。

可选的，所述底部布风装置包括布风管以及设置在布风管上的风帽，用于通入三次风。

可选的，所述底部布风装置布置成垂直向上喷出三次风。

可选的，所述炉膛与烟气流动方向大致平行延伸的侧墙的下部朝向炉膛底部向内倾斜。进一步的，所述侧墙下部与垂直方向的夹角大于30度。可选的，所述侧墙下部设置有侧墙布风装置。

可选的，所述布风装置带有多个沿前后方向依次布置的风室，各风室的风量适于单独控制。

可选的，所述炉膛具有前墙，且所述前墙设置有一次风口与二次风口，来自一次风口的一次风携带煤粉以大致水平方向进入炉膛。

根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种卧式煤粉锅炉的控制方法，包括步骤：向炉膛内通入一次风、二次风，一次风携带煤粉以大致水平方向进入炉膛；和通过设置在炉膛底部的底部布风装置向炉膛内通入三次风。

可选的，还有一部分三次风通过设置在炉膛侧墙下部和/或中间墙下部的布风装置通入。

可选的，所述布风装置包括多个沿前后方向依次布置的风室，所述方法还包括步骤：单独控制各风室的风量。

可选的，在炉膛底部的整个截面上提供三次风。

可选的，煤粉燃烧的用风分为一次风、二次风和三次风，一次风占燃烧用风量比例为10-30％，二次风占燃烧用风量比例为20-40％，三次风占燃烧用风量比例为40-60％。

可选的，所述方法还包括步骤：将炉膛内煤粉燃烧的温度区间控制在1000-1200℃之间。

根据本发明的实施例的再一方面，提出了一种卧式煤粉锅炉，包括前墙、中间墙、后墙、炉膛侧墙、烟道侧墙以及顶棚，所述锅炉具有炉膛与尾部烟道，且炉膛与尾部烟道之间通过设置在中间墙上的通道连通，其中：炉膛侧墙下部与中间墙下部均朝向布风板向下倾斜；炉膛侧墙下部与中间墙下部均设置有布风装置。可选的，所述布风装置用于通入三次风。

附图说明

图1为根据本发明的一个示例性实施例的卧式煤粉锅炉的示意图；

图2为图1中的煤粉锅炉的炉膛下部俯视图；

图3为图1中的煤粉锅炉的侧视图；

图4为根据本发明的另一个示例性实施例的卧式煤粉锅炉的示意图；和

图5为根据本发明的再一个示例性实施例的卧式煤粉锅炉的炉膛下部俯视示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

图1-图3示出了本发明的一种示例性实施例的卧式煤粉锅炉的主体部分，包括炉膛前墙51、后墙52、侧墙53、中间墙54、侧墙55以及顶棚56，还包括位于炉底的布风板7；

炉膛前墙51、后墙52、侧墙53、中间墙54以及顶棚56、布风板7围合成炉膛4；前墙51上设有煤粉燃烧器41；

中间墙54、侧墙55、前墙51、后墙52以及顶棚56围合成尾部烟道6，中间墙54上设有形成通道的拉稀管，煤粉燃烧的高温烟气通过拉稀管转入尾部烟道6；

侧墙53下部和中间墙54下部与布风板的夹角大于90度小于150度，可选的，小于135度，此外，可选的，侧墙53和中间墙54关于炉膛中心线对称布置；

布风板7上设有风帽71，布风板7下方设有风室72，在可选的实施例中，还设有贯穿风室和布风板的排渣管731、732、733(如图1所示)，不过如图4所示，也可以不设置排渣管；

尾部烟道6中可安装旗式受热面61；

燃烧器包括一次风管1和二次风管2，风室72与三次风管3相连，三次风通过风室72、风帽71进入炉膛4。三次风从炉膛底部全截面供入炉内，实现逐级供氧燃烧。在可选的实施例中，可以设置布风管以及风帽来引入三次风。

在炉膛前墙51、后墙52、侧墙53、中间墙54以及顶棚56、布风板7围合成炉膛4的情况下，不需要设置卧式锅炉炉底排灰的水封槽和刮板机。

在附图示出的实施例中，炉膛与尾部烟道并排设置，炉膛与尾部烟道的烟气流道均水平布置且彼此相通而形成U形，炉膛内烟气流动方向与尾部烟道内烟气流动方向相反。不过，可选的，炉膛与尾部烟道串联设置，炉膛内烟气流动方向与尾部烟道内烟气流动方向相同。

需要指出的是，在烟气流动方向上，炉膛烟气流通截面积可逐渐增大。在进一步的实施例中，炉膛两侧壁的至少一部分之间的距离可逐渐增大。

下面示例性说明锅炉的具体工作方式。

携带煤粉的一次风通过一次风管1进入燃烧器41，二次风经二次风管2进入燃烧器41，三次风经设置于炉底的三次风管3通入炉膛，一次风、二次风呈水平方向喷出，三次风垂直向上喷出，二次风、三次风均可为空气、或空气与再循环烟气的混合气体。

煤粉通过水平布置的燃烧器点燃后，煤粉在炉膛内呈水平方向喷出，煤粉与二次风相遇后部分燃烧，未燃的气体和碳粒在向前喷射和流动的过程中，与炉膛全底面通入的三次风不断混合、燃烧，直至燃尽。煤粉在卧式炉膛内水平燃烧过程中，煤粉燃烧的飞灰跟随气流向前运动，因炉膛底部全截面设置了三次风，且炉底部面积小于等于炉膛上部面积，炉膛底部气流速度高于炉膛上部，煤粉燃烧的飞灰无法在炉内沉积，飞灰跟随烟气流入尾部烟道，参与换热，提高了锅炉的热效率。煤粉燃烧的飞灰经换热后进入系统尾部的布袋除尘器收集，收集的飞灰为干灰，便于运输和利用，炉底取消了水封槽和刮板机，彻底不外排湿灰，简化了设备结构，保障了系统的稳定安全和清洁。

煤粉燃烧的用风分为一次风、二次风和三次风，一次风比例为10-30％，二次风比例为20-40％，三次风比例为40-60％。例如，一次风比例为20％，二次风比例为40％，三次风比例为40％；一次风比例为10％，二次风比例为30％，三次风比例为60％；一次风比例为30％，二次风比例为20％，三次风比例为50％；一次风比例为15％，二次风比例为25％，三次风比例为60％。

由于三次风为炉底全截面均匀供入炉内，煤粉在炉膛内由常规的集中供风燃烧或普通的分级燃烧方式改变为逐级供氧燃烧，实现了全炉膛区域的无限分级燃烧。因煤粉还原燃烧区域大、时间长，大幅度抑制了燃料N向NOx的转化倾向。同时，煤粉逐级反应中，将煤粉燃烧的温度区间控制在1000-1200℃之间，有利的，1000～1100℃，可有效防止或降低热力型NOx的生成。可见，这种燃烧方式，可实现煤粉燃烧的超低NOx排放水平。

需要指出的是，只要在卧式煤粉锅炉的炉膛底部设置底部布风装置向炉膛内部供风，起到了降低NOx排放的作用，均在本发明的保护范围之内。

常规的卧式锅炉容量主要为20吨等级及以下锅炉，锅炉容量小，其主要原因在于原有卧式锅炉炉底沉粉严重，若采用炉膛底部带有布风板和风帽的供风结构或则布风装置后，炉内不存在或大大减少了沉粉现象，则锅炉容量可放大到75t/h等级及以上。

如图1-2所示，布风板7上设有风帽71，布风板7下方设有风室72，风室自左至右设置了三个分风室，分别为分风室721、分风室722和分风室723；

每个风室分别设置供风管，分风室721与三次风管31相连，分风室722与三次风管32相连，分风室723与三次风管33相连。

因三次风从炉底的多个风室供入炉内，每个风室的风量可分别通过调节阀控制和流量计计量，三次风的风量控制原则与炉膛温度有关，若供风区域处炉膛温度较高，则需要降低该处的风量，通过风量控制的原则调节炉膛温度，有效防止或减缓局部高温，避免或减少煤粉燃烧粘结和热力型NOx的生成。

采用多风室供风方式，风量易于调整，实现了全炉膛燃烧控制。

需要指出的是，虽然示例中采用了多个风室，也可仅仅设置一个风室。

虽然没有示出，也可以在炉膛侧墙下部和中间墙下部均设置布风装置，以实现NOx排放降低，所述炉膛侧墙下部和所述中间墙下部均朝向布风板向下倾斜设置。该布风装置可以通入三次风。炉膛侧墙下部、中间墙下部和炉膛底部可以均设置布风装置。在可选的方案中，也可以在炉膛侧墙下部、中间墙下部均设置布风装置，而炉膛底部设置炉底排灰的水封槽和刮板机。

下面示例性说明本发明实施例的技术效果。

因为在炉膛底部或炉膛下部设置布风装置向炉膛内部送风，避免了或减少了卧式锅炉炉膛内发生未燃煤粉和飞灰沉积现象；此外，在通过在炉膛底部全截面(不仅是截面的长度方向，而且包括截面的宽度方向上，设置有三次风用的布风装置)通入三次风的情况下，不需要设置卧式锅炉炉底排灰的水封槽和刮板机等，简化了锅炉结构，同时有效利用了煤粉燃烧飞灰显热，提高了卧式锅炉的热效率；

因为在炉膛底部设置布风装置向炉膛内部送风，煤粉水平运动燃烧过程中，部分未燃煤粉不会在炉膛底部沉积，延长了煤粉的燃尽时间，提高了煤粉燃烧效率，节约煤炭消耗；

通过在炉膛底部全截面通入三次风，实现了煤粉的深度分级燃烧或逐级燃烧，加大了煤粉还原燃烧时间和区域，大幅度抑制了燃料N向NOx的转化倾向；煤粉燃烧的温度分布为1000-1200℃之间，防止了热力型NOx的生成，大幅度降低了NOx原始排放；

在实现或者部分实现了煤粉在炉膛内全空间均匀燃烧且炉底不沉粉的情况下，易于锅炉容量放大。

基于以上，本发明提出了一种卧式煤粉锅炉，包括依次相连的炉膛和尾部烟道，其中：所述炉膛设置为烟气在其内水平流动；且炉膛底部设置有底部布风装置。

如图2或5所示，炉膛与尾部烟道并排设置，炉膛与尾部烟道的烟气流道均水平布置且彼此相通而形成U形，炉膛内烟气流动方向与尾部烟道内烟气流动方向相反。

虽然没有示出，炉膛与尾部烟道也可串联设置，炉膛内烟气流动方向与尾部烟道内烟气流动方向相同。

本发明也提出了一种卧式煤粉锅炉的控制方法，包括步骤：向炉膛内通入一次风、二次风，一次风携带煤粉以大致水平方向进入炉膛；和通过设置在炉膛底部的底部布风装置向炉膛内通入三次风。

在上述方法中，所述底部布风装置包括多个沿前后方向依次布置的风室，所述方法还包括步骤：单独控制各风室的风量。可选的，所述方法还包括步骤：在炉膛内实现逐级供氧燃烧。

本发明还提出了一种卧式煤粉锅炉，包括前墙、中间墙、后墙、炉膛侧墙、烟道侧墙以及顶棚，所述锅炉具有炉膛与尾部烟道，且炉膛与尾部烟道之间通过设置在中间墙上的通道连通，其中：炉膛侧墙下部与中间墙下部均朝向布风板向下倾斜；炉膛侧墙下部与中间墙下部均设置有布风装置。可选的，所述布风装置用于通入三次风。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化、要素组合，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (24)

1.一种卧式煤粉锅炉，包括依次相连的炉膛和尾部烟道，其中：

所述炉膛设置为烟气在其内水平流动；且

炉膛底部设置有底部布风装置,所述底部布风装置用于在炉膛底部向炉膛内部送风。

2.根据权利要求1所述的锅炉，其中：

炉膛与尾部烟道并排设置，炉膛与尾部烟道的烟气流道均水平布置且彼此相通而形成U形，炉膛内烟气流动方向与尾部烟道内烟气流动方向相反。

3.根据权利要求2所述的锅炉，其中：

炉膛与尾部烟道共用一侧壁，且炉膛与尾部烟道通过所述侧壁上的开口相通。

4.根据权利要求1所述的锅炉，其中：

炉膛与尾部烟道串联设置，炉膛内烟气流动方向与尾部烟道内烟气流动方向相同。

5.根据权利要求1所述的锅炉，其中：

在烟气流动方向上，炉膛烟气流通截面积逐渐增大。

6.根据权利要求5所述的锅炉，其中：

炉膛两侧壁的至少一部分之间的距离逐渐增大。

7.根据权利要求1所述的锅炉，其中：

所述底部布风装置为带有风室与风帽的布风板，所述底部布风装置用于通入三次风；

所述布风板构成炉膛的底部的至少一部分。

8.根据权利要求7所述的锅炉，其中：

所述炉膛底部在全部长度方向上设置有所述底部布风装置。

9.根据权利要求8所述的锅炉，其中：

所述炉膛底部在全截面上设置有所述底部布风装置。

10.根据权利要求1所述的锅炉，其中：

所述底部布风装置包括布风管以及设置在布风管上的风帽，用于通入三次风。

11.根据权利要求7所述的锅炉，其中：

所述底部布风装置布置成垂直向上喷出三次风。

12.根据权利要求10所述的锅炉，其中：

所述底部布风装置布置成垂直向上喷出三次风。

13.根据权利要求1所述的锅炉，其中：

所述炉膛与烟气流动方向大致平行延伸的侧墙的下部朝向炉膛底部向内倾斜。

14.根据权利要求13所述的锅炉，其中：

所述侧墙下部与垂直方向的夹角大于30度。

15.根据权利要求13所述的锅炉，其中：

所述侧墙下部设置有侧墙布风装置。

16.根据权利要求1所述的锅炉，其中：

所述布风装置带有多个沿前后方向依次布置的风室，各风室的风量适于单独控制。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的锅炉，其中：

所述炉膛具有前墙，且所述前墙设置有一次风口与二次风口，来自一次风口的一次风携带煤粉以大致水平方向进入炉膛。

18.一种卧式煤粉锅炉的控制方法，包括步骤：

向炉膛内通入一次风、二次风，一次风携带煤粉以大致水平方向进入炉膛；和

通过设置在炉膛底部的底部布风装置向炉膛内通入三次风。

19.根据权利要求18所述的方法，其中：

所述底部布风装置包括多个沿前后方向依次布置的风室，

所述方法还包括步骤：单独控制各风室的风量。

20.根据权利要求18所述的方法，其中：

在炉膛底部的整个截面上提供三次风。

21.根据权利要求18-20中任一项所述的方法，其中：

煤粉燃烧的用风分为一次风、二次风和三次风，一次风占燃烧用风量比例为10-30％，二次风占燃烧用风量比例为20-40％，三次风占燃烧用风量比例为40-60％。

22.根据权利要求21所述的方法，其中：

所述方法还包括步骤：将炉膛内煤粉燃烧温度控制在1000-1200℃之间。

23.一种卧式煤粉锅炉，包括前墙、中间墙、后墙、炉膛侧墙、烟道侧墙以及顶棚，所述锅炉具有炉膛与尾部烟道，且炉膛与尾部烟道之间通过设置在中间墙上的通道连通，其中：

炉膛侧墙下部与中间墙下部均朝向布风板向下倾斜；

炉膛侧墙下部与中间墙下部均设置有布风装置，所述布风装置用于在炉膛下部向炉膛内部送风。

24.根据权利要求23所述的锅炉，其中：

所述布风装置用于通入三次风。

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