多功能切圆燃烧煤粉锅炉的燃烧装置及控制方法

摘要

本发明提供了一种多功能切圆燃烧煤粉锅炉的燃烧装置，在炉膛内垂直空间的布局自下而上依次为稳燃功能区、还原功能区、氧化功能区、火焰缓冲功能区、还原功能区、氧化功能区、燃尽功能区、火焰缓冲功能区和燃尽功能区；稳燃功能区、还原功能区的一次风喷口为矩形，一次风喷口内周边为异型钝齿结构，中间为齿形钝体。本发明通过炉内燃烧装置内各功能区域的合理布置和一次风喷口的独特结构设计，加上对炉内空气或燃料分级的精确控制，解决了切圆煤粉锅炉燃烧的煤种适应性差、燃烧稳定性差、炉膛水冷壁结渣、水冷壁高温腐蚀等问题。本发明可以使燃烧尾气中氮氧化物排放浓度降到200mg/m3以下，对于300MW以上机组，锅炉效率可达93%。

说明书

技术领域

本发明属于电站锅炉洁净煤燃烧技术领域，涉及一种多功能切圆燃烧煤粉锅炉的燃烧装置；本发明同时还涉及一种多功能切圆燃烧煤粉锅炉燃烧装置的控制方法。

背景技术

近年来，随着煤电供需矛盾的突出，大多数大型动力锅炉和电站锅炉实际燃用煤质都偏离设计和校核煤种且呈严重劣化趋势，大量劣质煤用于电站煤粉锅炉燃烧，容易导致燃烧失稳、炉膛结渣、燃烧效率低下等问题，对锅炉机组的安全、稳定、经济运行都构成严重威胁，同时，锅炉尾部烟气中高浓度的NOx排放，对环境造成巨大污染。大幅拓宽锅炉对煤种的适应性、明显提升锅炉对劣质煤的稳燃能力、抑制炉膛结渣、实现炉内深度低氮燃烧、降低锅炉辅机厂用电率以及提升锅炉燃烧效率，已经受到各火电企业和国家的高度重视。单一功能的切圆煤粉燃烧设备都不能满足大型电站锅炉运行过程中普遍存在的上述问题。近十多年来，我国逐步采用引进低NOx燃烧技术，是目前国内减少NOx排放主要技术来源，自主研发方面虽然已取得不少成果，但大多数由于没很好地解决影响火电厂安全、稳定、经济运行的问题，同时，引进的燃烧器技术不但价格昂贵，而且对煤种的适应性比较差，不能够适应煤种多变的我国国情，无法兼顾低氮燃烧效果和燃烧效率间的矛盾。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种煤种适应性强、燃烧稳定性好、燃烧效率高的多功能切圆燃烧煤粉锅炉的燃烧装置。

本发明的另一目的是提供一种多功能切圆燃烧煤粉锅炉燃烧装置的控制方法。

本发明多功能切圆燃烧煤粉锅炉的燃烧装置，在炉膛内垂直空间的布局自下而上依次为稳燃功能区、还原功能区氧化功能区、火焰缓冲功能区、还原功能区、氧化功能区、燃尽功能区、火焰缓冲功能区和燃尽功能区。所述稳燃功能区、还原功能区的一次风喷口为矩形，其内周边为异形钝齿结构，中间为齿形钝体。九个功能区在炉膛断面空间上形成还原性气氛和弱氧化性气氛两个区域，使得在炉内三维空间上实现多种功能区。一次风喷口采用异型钝齿和齿形钝体结构，增加与炉膛热烟气的接触周界面，在喷口中间形成负压区域，促使卷吸炉内热烟气对一次煤粉风气流根部进行加热，燃烧稳定性好。

在稳燃功能区域的一次风管内设置有煤粉浓淡分离挡块，该煤粉浓淡分离挡块与风管中心线的夹角为10～15度。煤粉浓淡分离挡块对煤粉气流实行水平浓淡分离，向火侧为浓相，背火侧为稀相，在火焰中心区形成燃料富集，提高了燃烧效率。

在燃烧装置相关参数控制技术上，根据所燃烧的煤种，将稳燃功能区内的一次风喷口气流的速度控制在与该煤种相匹配的范围内，保证该层煤粉气流的着火距离，以改善煤粉气流的补气条件，到达稳燃的功能。具体如下：对于燃烧介质为贫煤的，其一次风喷口气流速度控制在 22～24m/s；对于燃烧介质为烟煤的，其一次风喷口气流速度控制在 28～30m/s；对于燃烧介质为褐煤的，其一次风喷口气流速度控制在 30～32m/s。

上述各功能区域的具体划分如下：自炉膛冷渣拐点起，稳燃功能区沿炉膛的高度为6～8米，还原功能区沿炉膛的高度为8～10米，氧化功能区沿炉膛的高度为10～12米，火焰缓冲功能区沿炉膛的高度为12～14米，还原功能区沿炉膛的高度为14～16米，氧化功能区沿炉膛的高度16～18米，燃尽功能区沿炉膛的高度为18～19米，火焰缓冲功能区沿炉膛的高度为20～24米，燃尽功能区沿炉膛的高度为24～26米。

本发明多功能切圆燃烧煤粉锅炉的燃烧装置的控制方法如下：

所述稳燃功能区的一次风气流与下游侧水冷壁面的夹角α为39～45度，一次风气流与上游侧水冷壁面的夹角φ为45～51度，且φ与α互补；

所述还原功能区的一、二次风的差角ξ为10~12度；同时将该区域内的过剩空气系数控制在0.65～0.7；

所述氧化功能区的过量空气系数控制在0.85～0.9；

所述燃尽功能区内的过剩空气系数控制在1.0～1.05；

所述燃尽功能区内的过剩空气系数控制在1.1～1.15。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

1、通过炉内燃烧装置内各功能区域的合理布置一次风喷口的独特结构设计，加上对炉内空气分级或燃料分级燃烧的精确控制，在切圆炉内三维空间上充分发挥各功能区域的作用，解决了困扰切圆煤粉锅炉燃烧的煤种适应性差、燃烧稳定性差、燃烧尾气中氮氧化物排放浓度高、炉膛水冷壁结渣、水冷壁高温腐蚀、燃烧效率低下、锅炉三大风机的电耗高等问题。

2、煤种适应性强，可适应可燃基挥发份Vdaf：8~50%、灰分Aad：5~45%、发热量Qar：15~28Mj/kg范围内变化的煤种；烟气中氮氧化物排放浓度达到200mg/m³以下（折算到6%O₂）。

3、锅炉长期运行不结渣；水冷壁受热面高温腐蚀消除；最低不投油稳燃负荷达到50%以下。本发明对于300MW以上机组，在燃用煤质稳定的情况下，可以使燃烧尾气中氮氧化物排放浓度降到200mg/m³以下（折算到6%O₂）、锅炉效率可达93%，解决了业界长期无法兼顾低氮燃烧效果和燃烧效率间的矛盾。

4、本发明适用于各种容量下的切圆燃烧锅炉，对于老机组的改造，保持锅炉本体外形不变，施工简单；对于新建机组，不增加任何设备和投资。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为本发明矩形风喷口的断面结构示意图；

图3 为本发明稳燃功能区域一次风管内煤粉浓淡分离挡块的布置图；

图4 为本发明锅炉炉膛断面示意图；

其中，α为一次风气流与下游侧水冷壁面的夹角；φ为一次风气流与上游侧水冷壁面的夹角，φ与α互补，ξ为一、二次风的差角；

图5 为本发明炉内过量空气系数分布示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明多功能切圆燃烧煤粉锅炉的燃烧装置及其控制方法做进一步说明。

（一）多功能切圆燃烧煤粉锅炉的燃烧装置

在炉膛内垂直空间的布局自下而上依次为稳燃功能区1、还原功能区2、氧化功能区3、火焰缓冲功能区4、还原功能区5、氧化功能区6、燃尽功能区7、火焰缓冲功能区8和燃尽功能区9九个功能区（参见图1）。

以300MW机组为实例，各功能区域的具体划分如下：

自炉膛冷渣拐点起，稳燃功能区1沿炉膛的高度为6～8米，还原功能区2沿炉膛的高度为8～10米，氧化功能区3沿炉膛的高度为10～12米，火焰缓冲功能区4沿炉膛的高度为12～14米，还原功能区5沿炉膛的高度为14～16米，氧化功能区6沿炉膛的高度16～18米，燃尽功能区7沿炉膛的高度为18～19米，火焰缓冲功能区8沿炉膛的高度为20～24米，燃尽功能区9沿炉膛的高度为24～26米。

稳燃功能区1、还原功能区2、5的一次风喷口为矩形，其内周边为异形钝齿结构10，中间为齿形钝体11（参见图2）。其他区域的一次风喷口与常规的一次风喷口相同。

稳燃功能区1和还原功能区2两区域内布置有2～3层一次风喷口，在还原功能区5，布置2层一次风喷口，各区一次风喷口的位置在炉膛四角。

在稳燃功能区的一次风管内设置有煤粉浓淡分离挡块12，其与风管中心线的夹角为12～15度。

上述九个功能区在炉膛断面空间上形成还原性气氛和弱氧化性气氛两个区域，使得在炉内三维空间上实现多种功能区。

（二）多功能切圆燃烧煤粉锅炉的燃烧装置的控制

本发明各区域的技术参数控制方法如下：

稳燃功能区1的一次风气流与下游侧水冷壁面的夹角α为39～45度，φ为一次风气流与上游侧水冷壁面的夹角φ为45～51度，且φ与α互补，保证了该层煤粉气流的着火距离在0.8～1.2米，改善煤粉气流的补气条件，到达稳燃的功能。

还原功能区2的一、二次风的差角ξ为10~12度，尽可能减少了二次风对一次风的干扰；同时将该区域内的过剩空气系数控制到0.65～0.7之间，在火焰中心区域形成强烈的还原性气氛，这样就能够大大抑制燃料型氮氧化物生成，对该区域的燃烧温度也得到有效控制，从而热力型氮氧化物的生成量也大幅度减少。

氧化功能区3的过量空气系数控制到0.85～0.9之间，保证焦炭颗粒在该区域燃烧所必须的空气量。

火焰缓冲功能区4、8内没有一二次风进入，下部燃烧火焰上升到该区域以后进行缓冲，一方面，延缓火焰的上升速度，给焦炭颗粒的燃尽创造时间条件，另一方面，为火焰有效瘦身，防止燃烧过于集中而导致水冷壁结焦。

还原功能区5、氧化功能区6两个功能区域分别与上述还原功能区2、氧化功能区3的作用及工艺参数一致，目的在于将整个主燃烧区域内的过剩空气系数控制成类正弦曲线态势，这样既能保证深度低氮燃烧，又能保证炉膛水冷壁不结渣，还能保证焦炭颗粒在主燃烧区域具有较高的燃尽率。

燃尽功能区7内的过剩空气系数控制在1.0～1.05间，进一步补充焦炭颗粒燃烧所必须的空气量。

燃尽功能区9距离主燃烧区域顶部约8～9米的高度，该区域的过剩空气系数控制在1.1～1.15，以保证焦炭颗粒的充分燃尽，较常规燃烧方式炉内过剩空气系数偏小0.1～0.15。