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CN111550771A - 均匀热负荷的超临界co2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体 - Google Patents

均匀热负荷的超临界co2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体 Download PDF

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CN111550771A
CN111550771A CN202010361542.7A CN202010361542A CN111550771A CN 111550771 A CN111550771 A CN 111550771A CN 202010361542 A CN202010361542 A CN 202010361542A CN 111550771 A CN111550771 A CN 111550771A
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周敬
朱萌
赵志刚
陈磊
苏胜
胡松
汪一
江龙
徐俊
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Huazhong University of Science and Technology
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Huazhong University of Science and Technology
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Abstract

本发明涉及一种均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体，锅炉炉膛包括燃烧器腔，燃烧器腔内腔横截面为圆形或椭圆形；燃烧器腔内沿轴向设有至少一层燃烧器组件，燃烧器组件包括自下而上依次间隔开设于燃烧器腔腔壁上的第一偏转二次风喷口、一次风喷口、第二偏转二次风喷和直流二次风喷口；燃烧器腔腔壁上设有SOFA风喷口；风路系统包括一次风风机、二次风风机、磨煤机、二次风配风器；一次风风机的出口以及磨煤机的煤粉出口通过一次风管与一次风喷口连接；二次风风机的出风口分别与第一偏转二次风喷口、第二偏转二次风喷、直流二次风喷口和SOFA风喷口连接。优点：锅炉炉膛内的热负荷沿轴向与径向分布均匀，避免锅炉炉膛受热面超温。

Description

均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉运行技术领域，特别涉及一种均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体。
背景技术
超临界CO2燃煤发电系统由于其系统发电效率高、系统结构紧凑、透平尺寸小等优势受到国内外广泛的关注。然而由于超临界CO2锅炉内工质物化性质发生了变化，传热性能较常规蒸汽锅炉低，平均吸热温度较常规蒸汽锅炉高，因此传统的锅炉结构并不能完全适用于超临界CO2锅炉。常规的燃煤切圆锅炉是单炉膛切圆、双炉膛双切圆结构，锅炉燃烧器区域截面为正方形或者矩形结构，这样结构导致外墙中心靠火焰近的区域热流密度大，辐射受热面高温腐蚀结焦结渣严重。解决常规炉膛沿轴向和纵向热负荷分布不均，能有效解决超临界CO2锅炉受热面超温的难题。因此，有必要提出一种更加先进的均匀超临界CO2锅炉炉膛热负荷的创新性超临界CO2切圆锅炉炉体结构与燃烧器布置设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体，有效的克服了现有技术的缺陷。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体，包括锅炉炉膛和风路系统，上述锅炉炉膛包括自下而上依次连接的灰斗燃烧器腔和上炉膛，上述燃烧器腔内腔横截面为圆形或椭圆形，上述灰斗和上炉膛内腔均为正方体形或长方体形，并与上述燃烧器腔内腔相切；上述燃烧器腔内沿其轴向设有至少一层燃烧器组件，上述燃烧器组件包括自下而上依次间隔开设于上述燃烧器腔腔壁上的第一偏转二次风喷口、一次风喷口、第二偏转二次风喷和直流二次风喷口；上述燃烧器腔腔壁上位于燃烧器组件上方的位置设有SOFA风喷口；上述风路系统包括一次风风机、二次风风机和磨煤机；上述一次风风机的出口以及磨煤机的煤粉出口通过一次风管与上述一次风喷口连接；上述二次风风机的出风口分别与上述第一偏转二次风喷口、第二偏转二次风喷、直流二次风喷口和SOFA风喷口连接。
本发明的有益效果是：结构设计合理，将燃烧器组巧妙的布置在超临界CO2锅炉炉膛圆形及椭圆的燃烧腔室中，同时沿炉膛高度设置不同数不同功率的燃烧器组，使得锅炉炉膛内的热负荷沿轴向与径向分布均匀，避免锅炉炉膛受热面超温，极大地延长了冷却壁的使用寿命，保证了锅炉安全经济运行。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，每层上述燃烧器组件均设有至少三组，并沿上述燃烧器腔腔壁的周向均匀间隔分布。
采用上述进一步方案的有益效果是，结构设计合理，在超临界CO2锅炉炉膛圆形及椭圆的燃烧腔室中，燃烧器组件可设有多组，并沿燃烧器腔腔壁的周向均匀间隔分布，能有效组织煤粉在多燃烧器组件下沿炉膛切圆燃烧，保证更均匀热负荷。
进一步，上述二次风风机的出风口连接有二次风配风器，上述二次风配风器通过多根管路分别与上述第一偏转二次风喷口、第二偏转二次风喷、直流二次风喷口和SOFA风喷口连接。
采用上述进一步方案的有益效果是，结构设计合理，以上风路系统能有效配合煤粉在超临界CO2锅炉炉膛圆形及椭圆的燃烧腔室中组织燃烧，在一次风喷口上下设置两层偏转二次风喷口，通过燃烧/空气分级来减少NOx产生。同时在燃烧腔室壁形成富空气区，有效防止炉内结渣以及高温腐蚀。
进一步，上述燃烧器组件还包括设置于上述燃烧器腔腔壁上的底二次风喷口和/或OFA风喷口，上述底二次风喷口位于上述第一偏转二次风喷口的下方，并通过管路连接上述二次风配风器，上述OFA风喷口位于上述直流二次风喷口的上方，并通过管路连接上述二次风配风器。
采用上述进一步方案的有益效果是，结构设计合理，燃烧器腔腔壁上的底二次风喷口能起到“脱粉”的作用，减少煤粉不完全燃烧损失；燃烧器腔腔壁上的OFA风喷口，在顶端燃烧器组件上进一步补充空气，起到分级燃烧的目的，便于稳燃和降低NOx排放。
进一步，上述一次风喷口、SOFA风喷口和直流二次风喷口吹出的风向均沿上述燃烧器腔内腔的径向偏转α角度，且风向一致，上述第一偏转二次风喷口和第二偏转二次风喷吹出的风向均沿上述燃烧器腔内腔的径向反切β角度，且风向一致，其中，0<α<30°，0<β<60°，其中α<β。
进一步，上述一次风喷口、SOFA风喷口和直流二次风喷口以及底二次风喷口和/或OFA风喷口吹出的风向均沿上述燃烧器腔内腔的径向同向偏转α角度，且风向一致，上述第一偏转二次风喷口和第二偏转二次风喷吹出的风向均沿上述燃烧器腔内腔的径向同向反切β角度，且风向一致，其中，0<α<30°，0<β<60°，且α<β。
采用上述进一步方案的有益效果是，结构设计合理，采用同心反切圆的燃烧方式，第一偏转二次风喷口和第二偏转二次风在水平上分级，在初始燃烧阶段推出空气和煤粉的混合，形成贫氧区，减少NOx生成。
附图说明
图1为本发明的均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体结构的结构示意图；
图2为本发明的均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体结构中各风口的风向角度布局图一；
图3为本发明的均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体结构中各风口的风向角度布局图二；
图4为本发明的均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体结构中各风口的风向角度布局图三；
图5为本发明的均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体结构中各风口的风向角度布局图四。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、灰斗，2、燃烧器腔，3、上炉膛，6、SOFA风喷口，31、烟道，41、第一偏转二次风喷口，42、一次风喷口，43、第二偏转二次风喷，44、直流二次风喷口，45、底二次风喷口，46、OFA风喷口，51、一次风风机，52、二次风风机，53、磨煤机，54、二次风配风器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例：如图1所示，本实施例提供一种均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体，包括锅炉炉膛和风路系统，其中，上述锅炉炉膛包括自下而上依次连接的灰斗1、燃烧器腔2和上炉膛3，上述燃烧器腔2内腔横截面为圆形或椭圆形，上述灰斗1和上炉膛3内腔均为正方体形或长方体形，并与上述燃烧器腔2内腔相切；上述燃烧器腔2内沿其轴向设有至少一层燃烧器组件，上述燃烧器组件包括自下而上依次间隔开设于上述燃烧器腔2腔壁上的第一偏转二次风喷口41、一次风喷口42、第二偏转二次风喷43和直流二次风喷口44；上述燃烧器腔2腔壁上位于燃烧器组件上方的位置设有SOFA风喷口6；上述风路系统包括一次风风机51、二次风风机52和磨煤机53；上述一次风风机51的出口以及磨煤机53的煤粉出口通过一次风管与上述一次风喷口42连接；上述二次风风机52的出风口分别与上述第一偏转二次风喷口41、第二偏转二次风喷43、直流二次风喷口44和SOFA风喷口6连接。
该实施方式中，超临界CO2锅炉炉体燃烧器腔2内腔横截面为圆形或椭圆形，这样能保证煤粉在燃烧器腔2中切圆燃烧时，锅炉炉膛沿周向距离火焰中心距离一致，从而保证炉膛周向热负荷分布均匀；同时每层燃烧器组件组数不受燃烧器腔2形状的限制，在高热负荷炉膛区域下，可设置功率小组数多的燃烧器组件，在低热负荷炉膛区域，可设置功率大组数少的燃烧器组件，这样可保证炉膛轴向热负荷分布均匀。超临界CO2锅炉的风路系统能有效配合煤粉在超临界CO2锅炉在燃烧腔室中组织燃烧，燃烧采用同心反切圆的燃烧方式，在一次风喷口上下设置第一偏转二次风喷口和第二偏转二次风喷口，通过燃烧/空气分级来减少NOx产生。同时在燃烧腔室壁形成富空气区，有效防止炉内结渣以及高温腐蚀。
其中，上述一次风喷口42、SOFA风喷口6和直流二次风喷口44吹出的风向均沿上述燃烧器腔2内腔的径向偏转α角度，且风向一致，上述第一偏转二次风喷口41和第二偏转二次风喷43吹出的风向均沿上述燃烧器腔2内腔的径向反切β角度，且风向一致，其中，0<α<30°，0<β<60°，且α<β。
作为一种优选的实施方式，每层上述燃烧器组件均设有多组，并沿上述燃烧器腔2腔壁的周向均匀间隔分布。
该实施方式中，燃烧器组件布局合理，在超临界CO2锅炉炉膛圆形及椭圆的燃烧腔室中，燃烧器组件可设有多组，并沿燃烧器腔腔壁的周向均匀间隔分布，能有效组织煤粉在多燃烧器组件下沿炉膛切圆燃烧，保证更均匀热负荷。
具体的，以燃烧器腔2内上下设有6层燃烧器组件为例，热流由于底部低，所以燃烧器腔内最佳布局为，底部两层均设置4组燃烧器组件，中间两层设置6组燃烧器组件，最上面两层分别设置8组燃烧器组件。
作为一种优选的实施方式，上述二次风风机52的出风口连接有二次风配风器54，上述二次风配风器54通过多根管路分别与上述第一偏转二次风喷口41、第二偏转二次风喷43、直流二次风喷口44和SOFA风喷口6连接。
该实施方式中，通过二次风配风器54的设置，使得二次风风机52出来的风能够有效的分流经第一偏转二次风喷口41、第二偏转二次风喷43、直流二次风喷口44和SOFA风喷口6吹出。
作为一种优选的实施方式，上述燃烧器组件还包括设置于上述燃烧器腔2腔壁上的底二次风喷口45和/或OFA风喷口46，上述底二次风喷口45位于上述第一偏转二次风喷口41的下方，并通过管路连接上述二次风配风器54，上述OFA风喷口46位于上述直流二次风喷口44的上方，并通过管路连接上述二次风配风器54。
该实施方式中，整体结构设计合理，燃烧器腔2腔壁上的底二次风喷口45能起到“脱粉”的作用，减少煤粉不完全燃烧损失；燃烧器腔2腔壁上的OFA风喷口46，在顶端燃烧器组件上进一步补充空气，起到分级燃烧的目的，便于稳燃和降低NOx排放。
在燃烧器组件包含底二次风喷口45和/或OFA风喷口46时，上述一次风喷口42、SOFA风喷口6和直流二次风喷口44以及底二次风喷口45和/或OFA风喷口46吹出的风向均沿上述燃烧器腔2内腔的径向同向偏转α角度，且风向一致，上述第一偏转二次风喷口41和第二偏转二次风喷43吹出的风向均沿上述燃烧器腔2内腔的径向同向反切β角度，且风向一致，其中，0<α<30°，0<β<60°，且α<β。
具体的：
以四组燃烧器组件为例，其布局见附图2，燃烧器腔2内腔横截面为圆形；
以六组燃烧器组件为例，其布局见附图3，燃烧器腔2内腔横截面为圆形；
以八组燃烧器组件为例，其布局见附图4，燃烧器腔2内腔横截面为圆形；
以八组燃烧器组件为例，其布局见附图5，燃烧器腔2内腔横截面为椭圆形。
需要说明的是：附图中1#，2#、3#、4#......N#指代燃烧器组件的组件代号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体，包括锅炉炉膛和风路系统，其特征在于：
所述锅炉炉膛包括自下而上依次连接的灰斗(1)、燃烧器腔(2)和上炉膛(3)，所述燃烧器腔(2)内腔横截面为圆形或椭圆形，所述灰斗(1)和上炉膛(3)内腔均为正方体形或长方体形，并与所述燃烧器腔(2)内腔相切；
所述燃烧器腔(2)内沿其轴向设有至少一层燃烧器组件，所述燃烧器组件包括自下而上依次间隔开设于所述燃烧器腔(2)腔壁上的第一偏转二次风喷口(41)、一次风喷口(42)、第二偏转二次风喷(43)和直流二次风喷口(44)；
所述燃烧器腔(2)腔壁上位于燃烧器组件上方的位置设有SOFA风喷口(6)；
所述风路系统包括一次风风机(51)、二次风风机(52)和磨煤机(53)；所述一次风风机(51)的出口以及磨煤机(53)的煤粉出口通过一次风管与所述一次风喷口(42)连接；所述二次风风机(52)的出风口分别与所述第一偏转二次风喷口(41)、第二偏转二次风喷(43)、直流二次风喷口(44)和SOFA风喷口(6)连接。
2.根据权利要求1所述的一种均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体，其特征在于：每层所述燃烧器组件均设有至少三组，并沿所述燃烧器腔(2)腔壁的周向均匀间隔分布。
3.根据权利要求1所述的一种均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体，其特征在于：所述二次风风机(52)的出风口连接有二次风配风器(54)，所述二次风配风器(54)通过多根管路分别与所述第一偏转二次风喷口(41)、第二偏转二次风喷(43)、直流二次风喷口(44)和SOFA风喷口(6)连接。
4.根据权利要求3所述的一种均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体，其特征在于：所述燃烧器组件还包括设置于所述燃烧器腔(2)腔壁上的底二次风喷口(45)和/或OFA风喷口(46)，所述底二次风喷口(45)位于所述第一偏转二次风喷口(41)的下方，并通过管路连接所述二次风配风器(54)，所述OFA风喷口(46)位于所述直流二次风喷口(44)的上方，并通过管路连接所述二次风配风器(54)。
5.根据权利要求1至3任一项所述的一种均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体，其特征在于：所述一次风喷口(42)、SOFA风喷口(6)和直流二次风喷口(44)吹出的风向均沿所述燃烧器腔(2)内腔的径向偏转α角度，且风向一致，所述第一偏转二次风喷口(41)和第二偏转二次风喷(43)吹出的风向均沿所述燃烧器腔(2)内腔的径向反切β角度，且风向一致，其中，0<α<30°，0<β<60°，且α<β。
6.根据权利要求4所述的一种均匀热负荷的超临界CO2圆形及椭圆切圆式锅炉炉体，其特征在于：所述一次风喷口(42)、SOFA风喷口(6)和直流二次风喷口(44)以及底二次风喷口(45)和/或OFA风喷口(46)吹出的风向均沿所述燃烧器腔(2)内腔的径向同向偏转α角度，且风向一致，所述第一偏转二次风喷口(41)和第二偏转二次风喷(43)吹出的风向均沿所述燃烧器腔(2)内腔的径向同向反切β角度，且风向一致，其中，0<α<30°，0<β<60°，且α<β。
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