一种采用旋流煤粉燃烧器的多次引射分级W火焰锅炉

摘要

一种采用旋流煤粉燃烧器的多次引射分级W火焰锅炉，本发明涉及一种锅炉，本发明为了进一步降低采用旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉的NOx排放量和飞灰可燃物含量。本发明W火焰锅炉采用二次风完全偏置的旋流煤粉燃烧器，二次风管相对于一次风管向远离炉膛中心一侧偏移，最终内二次风管、外二次风管和一次风管的管壁接触，形成二次风完全偏置，远离炉膛中心的内、外二次风逐级引射并携带浓煤粉气流下射，实现第一、二级分级燃烧，乏气、分级风和燃尽风喷口均采用下倾布置，实现第三、四、五、六级分级燃烧，采用旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉实现了多次引射分级燃烧。本发明属于W火焰锅炉燃烧技术领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种锅炉，具体涉及一种采用旋流煤粉燃烧器的多次引射分级W火焰锅炉。

背景技术

现有技术中旋流燃烧器的W火焰锅炉是一种专为燃用无烟煤、贫煤而设计的锅炉，这种锅炉在实际运行过程中普遍存在以下问题。

采用旋流燃烧器的W火焰锅炉的拱上风占总风量的60％以上，煤粉燃烧初期氧化性强，NO_x排放量高。NO_x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。根据《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2011，W火焰锅炉NO_x最高允许排放浓度为200mg/m³，由于W火焰锅炉炉膛出口NO_x排放量超高，仅靠尾部脱硝难以达到这一排放标准，迫切需要对采用旋流燃烧器的W火焰锅炉的燃烧系统进行全新设计。

采用旋流燃烧器的W火焰锅炉燃用低挥发分煤种，煤粉气流着火晚，主煤粉气流下冲深度小，飞灰可燃物含量高，煤粉燃尽率低。飞灰可燃物含量高不仅造成锅炉不完全燃烧损失增加，降低锅炉热效率，而且对锅炉的安全运行构成严重的威胁，易带来过热器结渣和烟道二次燃烧、低温腐蚀和磨损等问题，使锅炉运行的安全性和经济性受到影响。

中国发明专利《多次引射分级燃烧的方法及实现该方法的W火焰锅炉装置》公开日为2010年9月15日、申请号为201010149634.5、申请日为2010年4月19日，提出采用缝隙式直流燃烧器的W火焰锅炉的多次引射分级燃烧方法，一定程度上降低了NO_x排放量和飞灰可燃物含量，炉内结渣轻微。但是，由于没有燃尽风，在实际运行中NO_x排放量仍高达1000mg/m³，且飞灰可燃物含量仍处于一个较高水平。中国发明专利《旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉》公开日为2016年5月4日、申请号为201511007686.8、申请日为2015年12月28日，提出W火焰锅炉的旋流燃烧器的一、二次风管偏心布置的方法，实现二次风部分偏置可以一定程度上降低NO_x排放量和飞灰可燃物含量，防止下炉膛前后墙水冷壁结渣，但是仅仅采用二次风部分偏置的旋流燃烧器，并未解决拱上和拱下的风量配比，拱上风量依然占总风量的60％以上，未能完全显现出燃烧器的低NO_x特性，实际运行中NO_x排放量高达950mg/m³，飞灰可燃物含量高达9％。为了进一步降低NO_x生成量和飞灰可燃物含量，针对这种采用旋流燃烧器的W火焰锅炉，提出了一种全新的多次引>

发明内容

本发明为了进一步降低采用旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉的NO_x排放量和飞灰可燃物含量的问题，进而提供一种采用旋流煤粉燃烧器的多次引射分级W火焰锅炉。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：它包括下炉膛、上炉膛、前炉拱和后炉拱，它还包括N个前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器、N个后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器、N个前乏气风喷口、N个后乏气风喷口、N个前分级风喷口、N个后分级风喷口、2N组前燃尽风喷口和2N组后燃尽风喷口；上炉膛、下炉膛、前炉拱和后炉拱构成炉膛，N个前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器均布布置在前炉拱上，N个后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器均布布置在后炉拱上，且前炉拱上的每个前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器分别与后炉拱上的一个后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器对应设置，每个前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器下方水冷壁处分别由上至下依次设有一个前乏气风喷口和一个前分级风喷口，每个后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器下方水冷壁处分别由上至下依次设有一个后乏气风喷口和一个后分级风喷口，上炉膛的前墙上均布设置有2N组前燃尽风喷口，每个前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器分别对应设置有两组前燃尽风喷口，两组前燃尽风喷口由上至下倾斜设置在上炉膛的前墙上，上炉膛的后墙上均布设置有2N组后燃尽风喷口，每个后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器分别对应设置有两组后燃尽风喷口，两组后燃尽风喷口由上至下倾斜设置在上炉膛的后墙上。

本发明的有益效果是：

1本发明大幅度降低了NO_x排放量

本发明的旋流煤粉燃烧器二次风完全偏置后，靠近炉膛中心一侧燃烧器二次风量减少，使靠近炉膛中心一侧的煤粉气流在富燃料低氧的环境中燃烧，有效的抑制了NO_x的生成。与原燃烧系统相比，采用本发明多次引射分级燃烧系统，在加热条件以及接收热量都相同的情况下，靠近炉膛中心一侧的煤粉气流升温更快，煤粉着火及时，而原有的旋流燃烧器的一次风和二次风是同轴的，由于煤粉气流着火晚，导致煤粉气流着火前一、二次风开始混合，旋流燃烧器的空气分级效果较差，而采用本发明后，燃烧器二次风完全偏置实现了空气分级，有利于降低NO_x。靠近后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器下方水冷壁2-1一侧和靠近前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器下方水冷壁2-2一侧的外二次风量增加，下冲动量增大，靠近后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器下方水冷壁2-1一侧和靠近前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器下方水冷壁2-2一侧气流升温速度相对较慢，>x。同时，拱上二次风、乏气风、分级风及双层燃尽风使得炉内深度分级燃烧，改变了原有拱上风率为60％以上的燃烧组织方式，拱上风率降为45％左右，有利于降低NO_x的排放量。

2本发明大幅度降低了飞灰可燃物含量

本发明的旋流煤粉燃烧器二次风完全偏置后，一次风与炉内高温回流烟气直接接触，煤粉着火及时并稳定燃烧，从而提高煤粉燃尽率，同时内二次风先携带一次风下行，在一次风粉和内二次风衰减至一定程度后再由外二次风携带下射，使下射程度更深，延长了一次风粉的行程而提高燃尽，从而降低飞灰可燃物含量。以一定角度入射的乏气和分级风能携带煤粉进一步下射而延长了一次风粉的行程，使一次风粉深入冷灰斗区域，煤粉颗粒在高温的下炉膛具备足够的停留时间而获得较好燃尽效果，降低飞灰可燃物含量。另外，在拱上靠近喉口位置和上炉膛前后墙增设双层燃尽风最大程度地使煤粉充分燃烧，有效地提高了煤粉的燃尽率，减少了飞灰可燃物含量。

此外，本发明与背景技术公开日为2010年9月15日、申请号为201010149634.5、申请日为2010年4月19日《多次引射分级燃烧的方法及实现该方法的W火焰锅炉装置》和公开日为2016年5月4日、申请号为201511007686.8、申请日为2015年12月28日《旋流煤粉燃烧器一、二次风偏心布置的W火焰锅炉》相比，在技术方案上有以下不同：

A、与申请号为201010149634.5专利的不同之处有以下几点：

结构上的不同：①“申请号为201010149634.5专利”采用缝隙式直流燃烧器，拱上依次布置有浓煤粉喷口、内二次风喷口、淡煤粉喷口、外二次风喷口，而本发明采用二次风完全偏置的旋流燃烧器。②本发明采用乏气下置的布置方式，并在拱上靠近喉口位置和上炉膛前后墙增设双层燃尽风。

燃烧组织原理不同：①“申请号为201010149634.5专利”采用缝隙式直流燃烧器，而本发明采用旋流燃烧器，二次风是旋流风，与缝隙式直流燃烧器相比，旋流燃烧器的一、二次风混合相对更加强烈，能够及时补充一次风燃烧初期所需要的氧气，使锅炉燃尽率较高，进一步地降低了飞灰可燃物含量，同时旋流燃烧器对周围介质具有高卷吸率，在出口处能快速混合，气流旋转强烈，形成高温回流区，提高了火焰的稳定性；②本发明采用的旋流燃烧器本身能够形成空气分级燃烧，同时煤粉气流在炉内进一步分级燃烧，有利于降 低NO_x排放量；③本发明采用乏气下置的布置方式，并在拱上靠近喉口位置和上炉膛前后墙增设双层燃尽风，强化了炉膛内空气分级燃烧，有利于进一步降低NO_x排放量。④“申请号为201010149634.5专利”中运用风速来衡量炉膛内分级燃烧水平，风速本身不能体现出炉膛内的分级燃烧水平，而采用风率能够准确保证每一级分级燃烧所需的风量，采用风率对锅炉的实际运行和新型锅炉的设计适用性更强。⑤“申请号为201010149634.5专利”的拱上二次风率为60％左右，风率高，不利于降低NO_x，而本发明拱上二次风量占总风量的45％左右，煤粉燃烧初期处于还原性气氛中，使炉膛出口NO_x排放量大幅度降低。

B、与“申请号为201511007686.8专利”的不同之处有以下几点：

结构上的不同：“申请号为201511007686.8专利”仅在旋流燃烧器靠近炉膛中心一侧的内、外二次风喷口处加装挡块形成二次风部分偏置，靠近炉膛中心一侧燃烧器二次风量部分减少，而本发明二次风管相对于一次风管向远离炉膛中心一侧偏移，最终内二次风管、外二次风管和一次风管的管壁接触，形成二次风完全偏置，靠近炉膛中心一侧的二次风量大幅度减少。与“申请号为201511007686.8专利”相比，采用本发明后，一次风与炉内高温烟气直接接触，煤粉气流和炉内高温烟气对流换热增强，一次风煤粉气流升温速率加快，煤粉着火进一步提前。“申请号为201511007686.8专利”是针对炉内燃烧系统的某一部分而言，而本发明是针对W火焰锅炉炉内的整个燃烧系统。

燃烧组织原理不同：①“申请号为201511007686.8专利”的旋流煤粉燃烧器二次风部分偏置，而本发明的旋流煤粉燃烧器二次风完全偏置，靠近炉膛中心一侧的二次风量大幅度减少，煤粉着火进一步提前，飞灰可燃物含量进一步降低。②“申请号为201511007686.8专利”仅仅采用二次风部分偏置的旋流燃烧器，并未解决拱上和拱下的风量配比，拱上风量依然占总风量的60％以上，煤粉燃烧初期依然处于氧化性气氛中，不能完全显现其低NO_x特性，而本发明采用炉内深度分级燃烧后，拱上燃烧器的二次风量占总风量的45％左右，煤粉燃烧初期处于还原性气氛中，使炉膛出口NO_x排放量大幅度降低。③本发明在拱上靠近喉口位置和上炉膛前后墙增设双层燃尽风，强化了炉膛内空气分级燃烧，有利于进一步降低NO_x排放量。

C、与“申请号为201010149634.5专利”和“申请号为201511007686.8专利”整合后的不同：

①“申请号为201511007686.8专利”的旋流煤粉燃烧器二次风部分偏置，无法体现炉内引射分级燃烧效果。②“申请号为201010149634.5专利”和“申请号为201511007686.8专利”均未设有燃尽风，炉内分级效果较差。③拱上风率的的不同：“申请号为 201010149634.5专利”和“申请号为201511007686.8专利”的拱上二次风率为60％左右，而本发明拱上风率为45％左右。

附图说明

图1是本发明整体结构主视图，图中箭头方向为气流运动方向，图2是图1中A向示意图，图3是图1中前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种采用旋流煤粉燃烧器的多次引射分级W火焰锅炉，它包括下炉膛1、上炉膛2、前炉拱3和后炉拱17，它还包括N个前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器、N个后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器、N个前乏气风喷口10、N个后乏气风喷口13、N个前分级风喷口11、N个后分级风喷口12、2N组前燃尽风喷口15和2N组后燃尽风喷口16；上炉膛2、下炉膛1、前炉拱3和后炉拱17构成炉膛，N个前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器均布布置在前炉拱3上，N个后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器均布布置在后炉拱17上，且前炉拱3上的每个前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器分别与后炉拱17上的一个后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器对应设置，每个前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器下方水冷壁2-2处分别由上至下依次设有一个前乏气风喷口10和一个前分级风喷口11，每个后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器下方水冷壁2-1处分别由上至下依次设有一个后乏气风喷口13和一个后分级风喷口12，上炉膛2的前墙上均布设置有2N组前燃尽风喷口15，每个前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器分别对应设置有两组前燃尽风喷口15，两组前燃尽风喷口15由上至下倾斜设置在上炉膛2的前墙上，上炉膛2的后墙上均布设置有2N组后燃尽风喷口16，每个后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器分别对应设置有两组后燃尽风喷口16，两组后燃尽风喷口16由上至下倾斜设置在上炉膛2的后墙上。远离炉膛中心一侧的内二次风和外二次风逐级引射并携带浓煤粉气流下射，实现第一、第二级分级燃烧，乏气风引射煤粉气流下射实现第三级分级燃烧，拱下分级风引射煤粉气流下射实现第四级分级燃烧，之后高温煤粉气流折转180°向上流动，形成W火焰，煤粉气流继续上行，燃尽风引入炉膛实现第五级、第六级分级燃烧，这样拱上布置有旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉实现了多次引射分级燃烧。

具体实施方式二：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种采用旋流煤粉燃烧器的多次引射分级W火焰锅炉，前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器包括前一次风管5、前内二次风管6和前外二次风管7，前一次风管5、前内二次风管6和前外二次 风管7均垂直安装在前炉拱3上，前外二次风管7和前内二次风管6由外向内依次套装在前一次风管5上，前一次风管5的外侧壁与前内二次风管6的内侧壁贴合，前内二次风管6的外侧壁与前外二次风管7的内侧壁贴合，前一次风管5靠近上炉膛2前墙设置，前外二次风管7远离上炉膛2前墙设置，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说明本实施方式，本实施方式所述一种采用旋流煤粉燃烧器的多次引射分级W火焰锅炉，后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器包括后一次风管8、后内二次风管9和后外二次风管4，后一次风管8、后内二次风管9和后外二次风管4均垂直安装在后炉拱17上，后内二次风管9和后外二次风管4由外向内依次套设在后一次风管8上，后一次风管8的外侧壁与后内二次风管9的内侧壁贴合，后内二次风管9的外侧壁与后外二次风管4的内侧壁贴合，后一次风管8靠近上炉膛2后墙设置，后外二次风管4远离上炉膛2后墙设置，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种采用旋流煤粉燃烧器的多次引射分级W火焰锅炉，前乏气风喷口10向下倾斜设置，多个前乏气风喷口10的中心线位于同一平面内，且每个前乏气风喷口10的中心线与水平面所成的角度为a，后乏气风喷口13向下倾斜设置，多个后乏气风喷口13的中心线位于同一平面内，且每个后乏气风喷口13的中心线与水平面所成的角度为b，a的数值与b的数值相等，b的取值范围为25°-45°，本发明中乏气风风率为8％-10％，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种采用旋流煤粉燃烧器的多次引射分级W火焰锅炉，前分级风喷口11向下倾斜设置，多个前分级风喷口11的中心线位于同一平面内，且每个前分级风喷口11的中心线与水平面所成的角度为c，后分级风喷口12向下倾斜设置，多个后分级风喷口12的中心线位于同一平面内，且每个后分级风喷口12的中心线与水平面所成的角度为d，c的数值和d的数值相等，d的取值范围为25°-45°，本发明中分级风风率为13％-20％，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种采用旋流煤粉燃烧器的多次引射分级W火焰锅炉，每个前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器对应设置的两个上前燃尽风喷口15的中心线平行设置，且前燃尽风喷口15的中心线与水平面所成的角度为e，每个后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器对应设置的两个后燃尽风喷口16的中心线平行设置，且后燃尽风喷口16的中心线与水平面所成的角度为f，e的数值与f 的数值相等，e的取值范围为35°-45°本发明中燃尽风风率为18％-25％，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理

在炉膛的前炉拱3上从炉膛中心侧到前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器下方水冷壁2-2之间布置多个前炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器，以及在炉膛的后炉拱17上从炉膛中心侧到炉膛的后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器下方水冷壁2-1之间布置多个后炉拱二次风完全偏置旋流煤粉燃烧器，本发明采用二次风完全偏置的旋流煤粉燃烧器，前内二次风管6和前外二次风管7相对于前一次风管5向远离炉膛中心一侧偏移，后内二次风管9和后外二次风管4相对于后一次风管8向远离炉膛中心一侧偏移，形成二次风完全偏置。前一次风管5和后一次风管8内的一次风均携带浓煤粉进入下炉膛1内，远离炉膛中心的前内二次风管6和后内二次风管9及前外二次风管7和后外二次风管4逐级引射并携带浓煤粉气流下射，实现第一、第二级分级燃烧，乏气风经前乏气风喷口10和后乏气风喷口13进一步引射煤粉气流下行，实现第三级分级燃烧，拱下分级风经前分级风喷口11和后分级风喷口12进入下炉膛1内，进一步引射煤粉气流下行，实现第四级分级燃烧，之后高温煤粉气流折转180°向上流动，形成W火焰，煤粉气流继续上行，燃尽风经前燃尽风喷口15和后燃尽风喷口16进入炉膛内，实现第五级、第六级分级燃烧。采用这种方式可以保证煤粉气流在下炉膛有足够的下射深度，在提高燃尽率的同时减少NO_x的生成。

本发明的应用实例：本实例对一台采用旋流煤粉燃烧器的300MW W火焰锅炉进行现场工业试验。当采用原燃烧系统时，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NO_x排放量1300mg/m³，飞灰可燃物含量11％，锅炉满负荷时主燃区温度1450℃～1500℃。当采用本发明多次引射分级燃烧系统后，冷态示踪试验测得燃烧器主气流下冲深度为5.1m，热态试验测得煤粉气流在距燃烧器喷口0.5m的位置着火，锅炉NO_x排放量760mg/m³，飞灰可燃物含量7.9％，锅炉满负荷时主燃区温度1550℃～1600℃。试验结果表明，与原燃烧系统相比，采用本发明多次引射分级燃烧系统后，下冲深度增加了1.9m，煤粉气流提前0.8m着火，NO_x排放量降低了540mg/m³，飞灰可燃物含量降低了3.1个百分点，主燃区温度升高了100℃左右。