改善低NOX燃烧锅炉侧墙贴壁还原性气氛的方法及系统

摘要

本发明公开了一种改善低NOX燃烧锅炉侧墙贴壁还原性气氛的方法及系统。本发明的方法包括：将所述对冲燃烧锅炉的燃煤以层为单位喷入炉膛燃烧，并保持各投运燃烧器层总煤量和总风量相同；在投运燃烧器层各煤粉管上的可调缩孔上加装电动阀，控制可调缩孔开度或在新建锅炉上使用粗细不等的煤粉管，使投运燃烧器层各燃烧器煤量由中间煤粉管向两侧煤粉管适度递减，形成“凸碟形”煤量分布；控制燃烧器层各燃烧器二次风叶片角度，使得投运燃烧器层各二次风喷口风量由中间喷口往两侧喷口逐渐增加，形成“凹碟形”二次风量分布。本发明可在保证煤粉燃尽率不降低和炉膛出口烟温偏差不大的前提下，有效改善侧墙水冷壁的贴壁还原性气氛。

说明书

技术领域

本发明属于电站锅炉技术领域，具体地说是一种用于改善低NO_X燃烧锅炉侧墙水冷壁贴壁还原性气氛的方法及系统。

背景技术

随着近年来国家环保要求的不断提高，国内已投运大型电站燃煤锅炉均进行了低NO_X燃烧改造，新建燃煤锅炉也同步安装了低NO_X燃烧器以满足超低排放的要求。这些低NO_X燃烧技术的使用，使得燃煤锅炉NO_X排放值明显下降，但带来了严重的水冷壁高温腐蚀问题，某些机组运行2-3y即需更换腐蚀严重的水冷壁管。

目前，国内对冲燃烧锅炉通常将同一燃烧器层的各煤粉管煤量均等分布，同时将各燃烧器的二次风叶片角度置于相同开度下运行，而二次风叶片角度在相同开度下运行往往又使得中间燃烧器的二次风量略高于两侧燃烧器的二次风量，这无疑不利于侧墙水冷壁的贴壁还原性气氛控制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于改善低NO_X燃烧锅炉侧墙水冷壁贴壁还原性气氛的方法及系统，其以国内较为常见的对冲燃烧锅炉为研究对象，在保证煤粉燃尽率不降低和炉膛出口烟温偏差不大的前提下，通过调整投运燃烧器层的煤量和二次风量分布，使得侧墙水冷壁贴壁还原性气氛有所改善。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：改善低NO_X燃烧锅炉侧墙贴壁还原性气氛的方法，其以电站对冲燃烧锅炉为研究对象，调整投运燃烧器层各燃烧器煤量与风量的分布；该方法包括：

将所述对冲燃烧锅炉的燃煤以层为单位喷入炉膛燃烧，并保持各投运燃烧器层总煤量和总风量相同；

根据各燃烧器目标煤量计算公式，对各燃烧器煤量进行计算；

在投运燃烧器层各煤粉管上的可调缩孔上加装电动阀，控制可调缩孔开度或在新建锅炉上使用粗细不等的煤粉管，使得煤粉管的通流面积呈中间大、两侧细的分布状态，按照目标煤量计算结果实时控制煤粉管煤量，由此使投运燃烧器层各燃烧器煤量由中间煤粉管向两侧煤粉管适度递减，形成“凸碟形”煤量分布；

根据各燃烧器目标燃烧器二次风量计算公式，对各燃烧器二次风量进行计算；

按照目标二次风量计算结果，控制燃烧器层各燃烧器二次风叶片角度，使得投运燃烧器层各二次风喷口风量由中间喷口往两侧喷口逐渐增加，形成“凹碟形”二次风量分布。

进一步地，所述投运燃烧器层总煤量的计量公式为：C_c＝C_z/m，其中，C_c表示投运燃烧器层总煤量，C_z表示锅炉所需总煤量，m表示投运燃烧器层数。

进一步地，所述投运燃烧器层各燃烧器的目标煤量的计量公式为：C_n＝γ_nC₃，n∈[1,2,4,5]，且C₁+C₂+C₃+C₄+C₅＝C_c；其中，C_n表示燃烧器的目标煤量，γ_n表示煤量偏差系数，C₃表示投运燃烧器层中间燃烧器的煤量，C_c表示投运燃烧器层总煤量。

进一步地，所述投运燃烧器层各燃烧器的目标二次风量的计量公式为：F_n＝(C_nα_n-C_nβ_n)τ_n，n∈[2,5]；其中，F_n表示燃烧器的目标二次风量，C_n表示燃烧器的目标煤量，α_n表示燃烧器的理论空气量，β_n表示燃烧器一次风粉混合物中的风/煤比，τ_n表示燃烧器的过量空气系数。

进一步地，所述锅炉总风量的计量公式为：F_z＝C_zα_zτ_z，其中，F_z表示锅炉总风量，C_z表示锅炉所需总煤量，α_z表示锅炉理论空气量，τ_z表示锅炉过量空气系数。

进一步地，燃尽风量的计量公式为：其中，F_r表示燃尽风量，m表示投运燃烧器层数。

本发明以国内较为常见的对冲燃烧锅炉为研究对象，在保证煤粉燃尽率不降低和炉膛出口烟温偏差不大的前提下，通过调整投运燃烧器层的煤量和二次风量分布，使得侧墙水冷壁贴壁还原性气氛有所改善。

本发明还提供另一种技术方案：改善低NO_X燃烧锅炉侧墙贴壁还原性气氛的系统，其以电站对冲燃烧锅炉为研究对象，调整投运燃烧器层各燃烧器煤量与风量的分布；该系统包括：分层单元、煤量控制单元和二次风量控制单元；

所述的分层单元，将对冲燃烧锅炉的燃煤以层为单位喷入炉膛燃烧，并保持各投运燃烧器层总煤量和总风量相同；

所述的煤量控制单元，在投运燃烧器层各煤粉管上的可调缩孔上加装电动阀，控制可调缩孔开度，使得煤粉管的通流面积呈中间大、两侧细的分布状态，按照目标煤量计算结果实时控制煤粉管煤量，由此使得投运燃烧器层各燃烧器煤量由中间煤粉管向两侧煤粉管适度递减，形成“凸碟形”煤量分布；通过控制可调缩孔上加装的电动阀，使得投运燃烧器层各燃烧器煤量由中间煤粉管向两侧煤粉管适度递减

所述的二次风量控制单元，按照目标二次风量计算结果，通过控制各燃烧器的二次风叶片角度，使得投运燃烧器层各二次风喷口风量由中间喷口往两侧喷口逐渐增加，形成“凹碟形”二次风量分布。

进一步地，上述改善低NO_X燃烧锅炉侧墙贴壁还原性气氛的系统还包括煤量计量单元，所述煤量计量单元包括煤量计算单元和煤量检测单元；

所述的煤量计算单元，各煤粉管煤量通过目标煤量计算公式进行计算；

所述的煤量检测单元，在各煤粉管上加装煤量测量装置，对各煤粉管煤量进行实时测量。

进一步地，上述改善低NO_X燃烧锅炉侧墙贴壁还原性气氛的系统还包括二次风量计量单元，所述二次风量计量单元包括二次风量计算单元和二次风量检测单元。

进一步地，所述的二次风量计算单元，各燃烧器二次风量通过目标二次风量公式进行计算；

所述的二次风量检测单元，在各燃烧器二次风喷口处加装风量测量装置，对各燃烧器二次风量进行实时测量。

与现有技术相比，本发明通过调整投运燃烧器层的煤量和二次风量分布，可以在保证煤粉燃尽率不降低和炉膛出口烟温偏差不大的前提下，使得水冷壁侧墙贴壁还原性气氛有所改善。

按照本发明调整后，使得投运燃烧器层各煤粉管煤量由中间煤粉管向两侧煤粉管适度递减，形成“凸碟形”煤量分布；同时将投运燃烧器层各二次风喷口风量由中间喷口往两侧喷口逐渐增加，形成“凹碟形”二次风量分布；此即所谓“碟形燃烧方式”。

附图说明

图1为现有技术在满负荷时，以5×6排燃烧器的锅炉为例，在每个燃烧器煤量、二次风叶片角度相同的条件下，每个燃烧器喷入煤量及二次风量分布示意图；

图2为本发明具体实施方式中的一种改善低NO_X燃烧锅炉侧墙贴壁还原性气氛的方法的流程图；

图3为本发明具体实施方式中的在满负荷时，以5×6排燃烧器的锅炉为例，在采用本发明方法的条件下，每个燃烧器喷入煤量及二次风量分布示意图；

图4为本发明具体实施方式中的一种用于改善低NO_X燃烧锅炉侧墙贴壁还原性气氛的系统的结构示意图。

具体实施方式

以下便结合本发明实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明的技术方案更易于理解、掌握。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种用于改善低NO_X燃烧锅炉侧墙水冷壁贴壁还原性气氛的方法，以国内较为常见的对冲燃烧锅炉为研究对象，在保证煤粉燃尽率不降低和炉膛出口烟温偏差不大的前提下，通过调整投运燃烧器层的煤量和二次风量分布，使得水冷壁侧墙贴壁还原性气氛有所改善；按照本发明调整后，使得投运燃烧器层各燃烧器煤量由中间煤粉管向两侧煤粉管适度递减，形成“凸碟形”煤量分布，同时将投运燃烧器层各二次风喷口风量由中间喷口往两侧喷口逐渐增加，形成“凹碟形”二次风量分布；此即所谓“碟形燃烧方式”。

请参阅附图2为本发明实施例公开的一种改善燃烧锅炉侧墙水冷壁贴壁还原性气氛的方法的流程图。本发明公开了一种改善燃烧锅炉侧墙水冷壁贴壁还原性气氛的方法，本发明主要以国内较为常见的对冲燃烧锅炉为研究对象，通过新型的方式调整投运燃烧器层各煤粉管煤量与风量的分布，其主要目的是使得低NO_X燃烧锅炉侧墙水冷壁贴壁还原性气氛有所改善，同时不影响煤粉燃尽率和炉膛出口烟温偏差，该方法包括具体步骤为：

步骤1：将所述对冲燃烧锅炉的燃煤以层为单位喷入炉膛燃烧，并保持各投运燃烧器层总煤量、总风量相同；

步骤2：根据各燃烧器目标煤量计算公式，对各燃烧器煤量进行计算；

步骤3：在投运燃烧器层各煤粉管上的可调缩孔上加装电动阀，控制可调缩孔开度或在新建锅炉上使用粗细不等的煤粉管，使得煤粉管的通流面积呈中间大、两侧细的分布状态，按照目标煤量计算结果实时控制煤粉管煤量，由此可使投运燃烧器层各燃烧器煤量由中间煤粉管向两侧煤粉管适度递减，形成“凸碟形”煤量分布。

步骤4：根据各燃烧器目标燃烧器二次风量计算公式，对各燃烧器二次风量进行计算；

步骤5：控制燃烧器层各燃烧器二次风叶片角度，使得投运燃烧器层各二次风喷口风量由中间喷口往两侧喷口逐渐增加，并根据目标二次风量计算结果实时控制叶片开度，形成“凹碟形”二次风量分布。

当上述步骤以后，若煤粉燃尽率有所下降，则通过优化磨煤机出口折向挡板开度、旋转分离器转速等手段调整磨煤机出口煤粉细度。

若炉膛出口烟温偏差有所增大，则通过调整燃尽风燃烧器风量分配等手段调整烟温偏差。

为实现本发明的意图，需对各煤粉管的煤量和二次风量进行计量，其可通过采取适当措施在各煤粉管上加装煤量和风量计量装置以进行实时测量。

本发明以某亚临界600MW对冲燃烧锅炉满负荷运行为例，该锅炉为5×6排燃烧器。通常该锅炉为投运燃烧器层各个燃烧器在煤量、二次风叶片角度相同的条件下运行，每个燃烧器喷入煤量及二次风量分布的大致情况如图1所示。

图1及图3中，1号～5号燃烧器的煤量分别以C₁、C₂、C₃、C₄、C₅表示，其单位为t/h。

图1及图3中，1号、2号、4号、5号燃烧器煤量与3号燃烧器的煤量偏差系数分别以γ₁、γ₂、γ₄、γ₅表示，其根据研究对象的不同，取值亦不相同，约在0.7～0.9之间，应综合考虑贴壁还原性气氛、煤粉燃尽率、炉膛出口烟温偏差后确定。通常情况下，γ₁＝γ₅<γ₂＝γ₄。

图1及图3中，1号～5号燃烧器一次风粉混合物中的风/煤比分别以β₁、β₂、β₃、β₄、β₅表示，其单位为t/h。

图1及图3中，1号～5号燃烧器的理论空气量分别以α₁、α₂、α₃、α₄、α₅表示，其单位为t/h干空气/t/h煤量。

图1及图3中，1号～5号燃烧器的过量空气系数分别以τ₁、τ₂、τ₃、τ₄、τ₅表示，其根据研究对象的不同，取值亦不相同，应考虑炉膛出口NO_X含量后确定，取值在0.6～1.0之间，通常情况下，τ₁＝τ₅>τ₂＝τ₄>τ₃。

对于该型锅炉，本发明提供了投运燃烧器层各燃烧器的目标煤量和目标二次风量的计算公式：

C_c＝C_z/m，

C_n＝γ_nC₃,n∈[1,2,4,5]，

C_c＝C₁+C₂+C₃+C₄+C₅，

F_n＝(C_nα_n-C_nβ_n)τ_n，n∈[2,5]，

根据上述公式和不同研究对象的煤量偏差系数和过量空气系数取值，亦可在确定投运燃烧器层总二次风量的情况下计算得到各煤粉管的目标煤量。

对于该型锅炉，本发明亦提供了目标总风量和目标燃尽风量的计算公式：

F_z＝C_zα_zτ_z，

其中，α_z为锅炉理论空气量，τ_z为锅炉过量空气系数。对于现代低NO_X燃烧锅炉而言，τ_z取值在1.05～1.15之间。

对于该型锅炉，其满负荷运行时，投运燃烧器层各煤粉管典型煤量分布如图1上半部分所示，典型二次风量分布如图1下半部分所示。

对于该型锅炉，其满负荷运行时，根据本发明改进后的燃烧概念如图3所示，投运燃烧器层各燃烧器煤量由中间煤粉管向两侧煤粉管适度递减，形成“凸碟形”煤量分布，投运燃烧器层各二次风喷口风量由中间喷口往两侧喷口逐渐增加，并根据目标二次风量计算结果实时控制叶片开度，形成“凹碟形”二次风量分布，此两者同时用于实践即形成“碟形燃烧方式”。

比较图1与图3的燃烧概念可知，在靠近侧墙1,5号煤粉管，“碟形燃烧方式”较常规燃烧方式煤量减少，而二次风量增多，这两方面的共同作用使得“碟形燃烧方式”在侧墙水冷壁区域过量空气系数较常规燃烧方式高出许多，这对于改善低NO_X燃烧锅炉侧墙水冷壁贴壁还原性气氛非常有利。

在炉膛中部区域的3号煤粉管，“碟形燃烧方式”较常规燃烧方式煤量增多，而二次风量减少，这使得炉膛中部区域过量空气系数减小，这对于煤粉燃尽率可能产生不利的影响。

此外，“碟形燃烧方式”较常规燃烧方式煤量更为集中，这可能会带来炉膛出口烟温偏差加大。

为了控制实施“碟形燃烧方式”可能造成的煤粉燃尽率降低问题，本发明可根据实际情况通过调整磨煤机出口折向挡板开度或者分离器转速进行优化。

为了控制实施“碟形燃烧方式”可能造成的炉膛出口烟温偏差增大的问题，本发明可根据实际情况通过调整燃尽风各燃烧器风量的分配进行优化。

下面以某电厂3号锅炉为例，该锅炉为亚临界压力、单炉膛、一次再热、自然循环、平行烟道、单汽包型箱式2045t/h煤粉炉，配用带中速磨的直吹式制粉系统，采用前后墙对冲燃烧方式，平衡通风，全钢架悬吊结构，半露天布置，固态排渣，配置有5×6排共30只低NO_X双调风旋流煤粉燃烧器，在距上层燃烧器3.4m处布置有2排燃尽风燃烧器。

该锅炉设计煤种如表1所示。若在设计煤种下，锅炉满负荷运行约需180t/h煤量。在常规燃烧方式下，投运燃烧器层各煤粉管煤量与风量分布分布如图1上半部分和下半部分所示。

表1锅炉设计煤种煤质分析

项目单位数值收到基挥发分V_ar％22.82收到基灰分A_ar％19.50收到基水分M_ar％9.60收到基碳C_ar％58.60收到基氢H_ar％3.33收到基氧O_ar％7.28收到基硫S_ar％0.90收到基氮N_ar％0.79收到基低位发热量Q_net,arkJ/kg22440

设计煤种下，锅炉满负荷运行时，“碟形燃烧方式”投运燃烧器层各煤粉管煤量与风量分布分布如图3上半部分和下半部分所示。

对于该锅炉而言，煤量偏差系数：γ₁＝γ₅＝0.7<γ₂＝γ₄＝0.8，过量空气系数：τ₁＝τ₅＝0.90>τ₂＝τ₄＝0.76>τ₃＝0.60。其煤量和风量可通过各煤粉管加装煤量测量装置和燃烧器二次风喷口处加装风量测量装置进行控制。

投运燃烧器层和燃尽风目标二次风量如表2所示，其风量可通过二次风箱和燃尽风箱入口处加装风量测量装置进行控制。

表2“碟形燃烧方式”投运燃烧器层和燃尽风目标二次风量

项目单位数值A层燃烧器t/h140B层燃烧器t/h140C层燃烧器t/h140D层燃烧器t/h140E层燃烧器t/h140燃尽风燃烧器t/h350

采用“碟形燃烧方式”后，根据实际情况，若为了控制可能造成的煤粉燃尽率降低问题，可根据实际情况通过调整磨煤机出口折向挡板开度或者分离器转速进行优化。同时，为了控制可能造成的炉膛出口烟温偏差增大的问题，可根据实际情况通过调整燃尽风各燃烧器风量的分配进行优化。

“碟形燃烧方式”和常规燃烧方式的应用效果比较如表3所示。采用“碟形燃烧方式”后侧墙水冷壁贴壁还原性气氛有了明显改善。

表3“碟形燃烧方式”和常规燃烧方式的应用效果比较

实施例2

请参阅附图4，为本发明实施例公开的一种用于改善低NO_X燃烧锅炉侧墙水冷壁贴壁还原性气氛的系统的示意图。本发明的系统以电站对冲燃烧锅炉为研究对象，调整投运燃烧器层各燃烧器煤量与风量的分布，该系统包括：分层单元，将所述对冲燃烧锅炉的燃煤以层为单位喷入炉膛燃烧；煤量控制单元，通过控制可调缩孔上加装的电动阀，使得投运燃烧器层各燃烧器煤量由中间煤粉管向两侧煤粉管适度递减，形成“凸碟形”煤量分布；煤量计量单元；二次风量控制单元，通过控制各燃烧器的二次风叶片角度，使得投运燃烧器层各二次风喷口风量由中间喷口往两侧喷口逐渐增加，形成“凹碟形”二次风量分布；二次风量计量单元。

优选的，上述煤量计量单元包括：煤量计算单元，所述各煤粉管煤量通过目标煤量计算公式进行计算；煤量检测单元，在各煤粉管上加装煤量测量装置，对各煤粉管煤量进行实时测量。

优选的，上述二次风量计量单元包括：二次风量计算单元，所述各燃烧器二次风量通过目标二次风量公式进行计算；二次风量检测单元，在各燃烧器二次风喷口处加装风量测量装置，对各燃烧器二次风量进行实时测量。

综上所述：本发明提供了一种改善燃烧锅炉侧墙水冷壁贴壁还原性气氛的方法及系统，以国内较为常见的对冲燃烧锅炉为研究对象，在保证煤粉燃尽率不降低和炉膛出口烟温偏差不大的前提下，通过调整投运燃烧器层的煤量和二次风量分布，使得水冷壁侧墙贴壁还原性气氛有所改善；按照本发明意图调整后，使得投运燃烧器层各燃烧器煤量由中间煤粉管向两侧煤粉管适度递减，形成“凸碟形”煤量分布，同时将投运燃烧器层各二次风喷口风量由中间喷口往两侧喷口逐渐增加，形成“凹碟形”二次风量分布；此即所谓“碟形燃烧方式”。

对所公开实施例的上述说明，使本领域专业人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的修改对本领域专业人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例。