專利名稱：一種w型火焰鍋爐燃盡風(fēng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于W型火焰鍋爐燃燒技術(shù)，具體涉及一種W型火焰鍋爐燃盡風(fēng)裝置。
背景技術(shù)：
W型火焰鍋爐是燃用低揮發(fā)分貧煤和無煙煤的主力爐型，具有如下特點一次風(fēng)煤粉氣流和二次風(fēng)從縮腰的前后墻拱上向下噴出，三次風(fēng)沿火焰形程逐漸加入已著火的煤粉氣流，從而實現(xiàn)分級送風(fēng)，符合低揮發(fā)分貧煤和無煙煤燃燒延緩的特點；火焰行程長，可延長煤粉顆粒在爐內(nèi)的停留時間；下爐膛四周布置了水冷壁，使下爐膛燃燒溫度較高。這些特點有利于低揮發(fā)分貧煤和無煙煤的著火、穩(wěn)定燃燒和燃盡。
運行狀況表明，W型火焰鍋爐基本解決了利用低揮發(fā)分煤發(fā)電大型鍋爐運行的穩(wěn)定性和可靠性。但是仍然存在以下主要問題燃燒效果普遍較差，飛灰可燃物達到8～20％，個別鍋爐甚至高達40％；高負荷下增加風(fēng)量時，燃燒不穩(wěn)，鍋爐被迫在低氧量下(≤2％)運行，導(dǎo)致燃燒效率降低(白少林等.提高大型低揮發(fā)分煤鍋爐運行經(jīng)濟性的研究.第四屆全國火力發(fā)電技術(shù)學(xué)術(shù)年會論文，2003，47-59.)。同時，由于W型火焰燃燒方式因爐膛火焰集中，又敷設(shè)衛(wèi)燃帶以提高爐溫，因此其NOx的排放量要明顯高于具有降低NOx措施的常規(guī)煤粉燃燒方式(四角燃燒和墻式燃燒)。
W型火焰鍋爐結(jié)構(gòu)如附圖1所示(圖中燃燒器只畫了后墻部分，前墻為對稱布置，1--前墻，2--后墻，3--一次風(fēng)及二次風(fēng)噴口，4--三次風(fēng)噴口)。W型火焰鍋爐截面及流場如附圖2所示(圖中箭頭方向表示氣流速度方向，1--前墻，2--后墻，6--一次風(fēng)及二次風(fēng)，7--三次風(fēng)，9--燃燒區(qū)，10--燃盡區(qū))。
煤粉氣流進入爐膛著火以后，在下沖和轉(zhuǎn)折上行的過程中，煤粉迅速燃燒釋放大量的熱量在下爐膛中心形成高溫區(qū)，同時消耗大量的氧氣，導(dǎo)致爐膛中心區(qū)域沿爐膛高度方向煙氣氧濃度較低。文獻(Fan J R.，et a1.Modeling of coal combustion and NOxformation in a W-shaped boiler furnace.Chemical Engineering Journal，1998，71233-242)研究表明，W型火焰鍋爐燃燒時在下爐膛中心形成了火焰中心高溫區(qū)，爐膛中心區(qū)域沿高度方向氧濃度較低。爐膛溫度高，碳的化學(xué)反應(yīng)速率大，但煙氣氧濃度低導(dǎo)致煤粉燃燒中后期低氧或缺氧燃燒，抑制了碳的進一步燃盡，使飛灰可燃物含量升高，燃燒效率降低。因此，較低的煙氣氧濃度成為抑制煤粉燃燒速率的主要因素。
為了降低鍋爐煙氣中NOx的排放量，而且能保證高的燃燒效率，四角切圓燃燒鍋爐采用了分段燃燒法(徐旭常等，燃燒理論與燃燒設(shè)備，機械工業(yè)出版社，1988)。分段燃燒法是將爐內(nèi)燃燒過程分為兩個階段，燃燒器所在區(qū)域稱為第一段燃燒區(qū)，燃燒器頂部1.5～3m以上區(qū)域為第二段燃盡區(qū)。將入爐總空氣量的約15％從設(shè)置在燃盡區(qū)的燃盡風(fēng)(Over Fire Air，簡稱OFA)噴口送入爐膛，補充煤粉燃盡所需要的空氣。采用這種二段燃燒后，由于一段燃燒區(qū)內(nèi)空氣量不足，燃料不能完全燃燒，火焰溫度較低，而且煙氣含氧量較低，高溫型的NOx生成減少；由于空氣量不足，燃料型的NOx生成也降低。待燃盡風(fēng)噴入時，由于火焰對水冷壁的輻射傳熱，煙氣溫度已有所降低，熱反應(yīng)型的NOx生成速率已很低，剩余可燃物繼續(xù)燃盡時產(chǎn)生的就很少。分段燃燒法既保證燃燒效率，又有效地降低了燃燒過程中NOx生成量。四角切圓燃燒鍋爐結(jié)構(gòu)及燃盡風(fēng)噴口位置如附圖3所示(圖中1’--前墻，2’--后墻，3’--燃燒器，4’--燃盡風(fēng)噴口，5’--燃燒區(qū)，6’--燃盡區(qū))。但到目前為止，還沒有將這種燃盡風(fēng)技術(shù)用于W型火焰鍋爐燃燒中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有W型火焰鍋爐燃燒過程中存在的問題，提供W型火焰鍋爐燃盡風(fēng)裝置，可以提高煤粉顆粒的燃燒速率，增加其燃盡率，同時能夠降低NOx的生成量。
本發(fā)明提供的一種W型火焰鍋爐燃盡風(fēng)裝置，其特征在于在W型火焰鍋爐前后墻拱上燃燒器一次風(fēng)煤粉噴口上部喉口處設(shè)置一排燃盡風(fēng)噴口。
本發(fā)明通過在W型火焰鍋爐前后墻拱上喉口處設(shè)置一排燃盡風(fēng)噴口，增加煤粉燃燒中后期爐內(nèi)擾動混合，強化氧氣向顆粒表面的擴散和補充氧量，提高煤粉顆粒的燃燒速率，增加其燃盡率，同時由于燃燒區(qū)送風(fēng)量減少和煙氣溫度降低，能夠降低NOx的生成量，從而提高W型火焰鍋爐燃燒效率，減少NOx的排放量。具體而言，燃盡風(fēng)送入爐膛后，起到如下作用(1)增加煤粉燃燒中后期爐內(nèi)擾動混合，強化氧氣向煤粉顆粒表面的擴散和補充氧量，提高煤粉顆粒燃燒中后期燃燒速率；(2)燃盡風(fēng)氣流也可起到壓制火焰中心的作用，防止火焰短路和火焰中心上移，增加煤粉顆粒在燃燒室的停留時間；(3)減少了燃燒區(qū)風(fēng)量，能夠減少燃燒區(qū)NOx的生成量；同時，將部分溫度較低的空氣噴入燃盡區(qū)高溫?zé)煔庵?，會降低煙氣氣流的溫度，也會降低NOx的生成量。因此能夠減少NOx的排放。


圖1為無燃盡風(fēng)W型火焰鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖(燃燒器只畫了后墻部分，前墻為對稱布置)；圖2為無燃盡風(fēng)W型火焰鍋爐截面及流場示意圖(箭頭方向表示氣流速度方向)；圖3為四角切圓燃燒鍋爐結(jié)構(gòu)及燃盡風(fēng)噴口位置示意圖；圖4為加燃盡風(fēng)W型火焰鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖(燃燒器只畫了后墻部分，前墻為對稱布置)；圖5為加燃盡風(fēng)W型火焰鍋爐截面及流場示意圖(箭頭方向表示氣流速度方向)。
具體實施方式
加燃盡風(fēng)W型火焰鍋爐結(jié)構(gòu)如附圖4所示，圖中燃燒器只畫了后墻部分，前墻為對稱布置，前墻1，后墻2，一次風(fēng)及二次風(fēng)噴口3位于前后墻拱上，三次風(fēng)噴口4位于下爐膛垂直前后墻上，燃盡風(fēng)噴口5位于前后墻拱上燃燒器一次風(fēng)煤粉噴口上部喉口處。不同公司生產(chǎn)的不同容量的W型火焰鍋爐，燃燒器類型和數(shù)量各不相同，因此燃盡風(fēng)噴口的數(shù)量和大小也不相同，需要具體設(shè)計。燃盡風(fēng)噴口5的形狀不限。加燃盡風(fēng)W型火焰鍋爐截面及流場如附圖5所示，圖中箭頭方向表示氣流速度方向，前墻1，后墻2，一次風(fēng)及二次風(fēng)6由一次風(fēng)及二次風(fēng)噴口向下噴入下爐膛，三次風(fēng)7由三次風(fēng)噴口水平噴入下爐膛，燃盡風(fēng)8由燃盡風(fēng)噴口斜向下噴入下爐膛上部，燃燒區(qū)9位于下爐膛中心，燃盡區(qū)10位于下爐膛上部及上爐膛。
向上述燃盡風(fēng)噴口送入燃盡風(fēng)，其風(fēng)量占入爐總風(fēng)量的5～10％，燃盡風(fēng)氣流與水平方向成10～45度角向下送入下爐膛上部區(qū)域，風(fēng)速較高為30～60m/s，風(fēng)溫與二次風(fēng)風(fēng)溫相同。這樣可以達到燃盡風(fēng)的效果。
對于一臺由美國福斯特惠勒公司生產(chǎn)的300MW的W型火焰鍋爐，在前后墻拱上燃燒器一次風(fēng)煤粉噴口上部喉口處設(shè)置一排矩形燃盡風(fēng)噴口，數(shù)量為48個，面積為0.021m2。將入爐總風(fēng)量的5～10％從燃盡風(fēng)噴口送入下爐膛上部區(qū)域，燃盡風(fēng)氣流方向與水平方向成一定角度向下，在10～45度角范圍內(nèi)可調(diào)，風(fēng)速在30～60m/s范圍內(nèi)可調(diào)，風(fēng)溫與二次風(fēng)風(fēng)溫相同。根據(jù)鍋爐設(shè)計參數(shù)，模擬計算無燃盡風(fēng)和加燃盡風(fēng)的運行工況，得到如表一所示結(jié)果，燃盡率提高了1.45～2.22％。
表一


在運行中，根據(jù)煤種、負荷及燃燒狀況對燃盡風(fēng)風(fēng)量、燃盡風(fēng)氣流方向和速度進行調(diào)整，以達到提高燃燒效率，減少煙氣中NOx排放的效果。
權(quán)利要求1.一種W型火焰鍋爐燃盡風(fēng)裝置，其特征在于在W型火焰鍋爐前后墻拱上燃燒器一次風(fēng)煤粉噴口上部喉口處設(shè)置一排燃盡風(fēng)噴口。
專利摘要本實用新型提出了一種W型火焰鍋爐燃盡風(fēng)(OFAW)裝置，它屬于W型火焰鍋爐燃燒技術(shù)。在W型火焰鍋爐前后墻拱上燃燒器一次風(fēng)煤粉噴口上部喉口處設(shè)置一排燃盡風(fēng)噴口，將入爐總風(fēng)量的5～10％由此噴口與水平方向成10～45度角向下送入下爐膛上部區(qū)域，風(fēng)速為30～60m/s，風(fēng)溫與二次風(fēng)風(fēng)溫相同。燃盡風(fēng)能增加煤粉燃燒中后期爐內(nèi)擾動混合，強化氧氣向顆粒表面的擴散和補充氧量，提高煤粉顆粒燃燒中后期的燃燒速率，增加其燃盡率，提高W型火焰鍋爐燃燒效率；同時由于燃燒區(qū)送風(fēng)量減少和燃盡區(qū)煙氣溫度降低，能夠降低煙氣中NO
文檔編號F23C7/00GK2709805SQ200420076058
公開日2005年7月13日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月22日
發(fā)明者周懷春, 方慶艷, 姚斌 申請人:華中科技大學(xué)