减少锅炉炉膛出口氮氧化物含量的布风方法以及用于煤粉燃烧的锅炉与流程

本发明涉及锅炉低氮燃烧技术领域，尤其涉及锅炉的布风方法。

背景技术：

随着经济的发展，对于能源构成以煤炭为主的国家，煤炭的消耗量也不断加大，因此由煤炭燃烧所造成的大气污染也日趋严重，氮氧化物(nox)污染乃大气环境的主要污染物之一。为了降低燃烧中产生的nox、实现清洁燃烧，现有技术中采用了低氮燃烧技术来控制燃烧过程中nox的生成。低氮燃烧技术是通过降低燃烧反应温度，减少过量空气系数，缩短烟气在高温区的停留时间等手段达到控制nox的目的。由于低氮燃烧技术工艺成熟，投资及运行费用相对较低，已经得到了广泛的应用。

空气分级燃烧技术是目前使用最为普遍的低氮燃烧技术，其基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成。在主燃烧器区域供入少于理论空气量的空气，燃料在富燃料条件下燃烧，燃烧区温度水平降低，同时形成还原气氛降低氮氧化物的生成。在主燃烧器上方布置燃尽风喷口，燃尽风的引入可以提供足够的氧气，以燃尽来自还原区的未燃尽碳，保证燃烧效率，减小飞灰含碳量，而传统燃尽风的引入会导致还原区被迅速破坏，被还原的氮氧化物在后期燃尽区域会因未燃尽碳等燃烧再次生成。如果燃尽风设计和布置不合理，甚至会导致飞灰含碳量偏大，燃尽区水冷壁结渣，出口烟温偏差增大，同时还可能降低空气分级减排氮氧化物的作用。

技术实现要素：

本发明的目的旨在解决传统方式燃尽风的引入导致燃尽区域后期氮氧化物再次大幅度升高的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：减少锅炉炉膛出口氮氧化物含量的布风方法，该布风方法通过燃尽风的引入在炉膛的还原区形成涡流，该涡流能将部分已进入到燃尽区的烟气再次卷吸回流到还原区。

进一步的，所述的涡流由炉膛壁上上下相邻的两层燃尽风燃烧器对向错层喷入的燃尽风形成。

上述布风方法的有益效果是：由于燃尽风的引入合理，在还原区形成了涡流，涡流的循环流动能将部分燃尽区的烟气再次卷吸回流到还原区，从而形成炉内局部烟气循环，由于还原区是富燃料烟气，其仍然具有很强的还原性，因此烟气中的氮氧化物将会被再次还原，可强化空气分级作用，进一步降低炉膛出口氮氧化物的含量，与背景技术所述的传统燃尽风布置方式相比，可视为一种主动降低氮氧化物含量的布风方式，且烟气的回流能够夹带未燃颗粒，延长颗粒停留时间，可以在降低氮氧化物含量的同时降低炉膛出口co浓度和飞灰含碳量。

基于上述技术方案，本发明还具体提供了一种减少锅炉炉膛出口氮氧化物含量的布风方法，该锅炉主燃区的炉膛前后墙对冲布置有至少一层煤粉燃烧器，所述煤粉燃烧器之上的炉膛前后墙通过燃尽风燃烧器对向错层引入有燃尽风，该燃尽风包括由位于最下方的第一层燃尽风燃烧器引入的第一层燃尽风和由紧邻于第一层燃尽风燃烧器之上的第二层燃尽风燃烧器引入的第二层燃尽风；

其中，第一层燃尽风由炉膛的前墙或者后墙引入，第二层燃尽风由与第一层燃尽风引入侧相对的一侧引入；

第一层燃尽风喷入炉膛的速度为v1，第二层燃尽风喷入炉膛的内速度为v2，且v1＜v2；

紧邻于第一层燃尽风燃烧器之下的最顶层的煤粉燃烧器仅由与第一层燃尽风引入侧同侧的方向向炉膛喷入燃烧用风。

上述布风方法的有益效果是：由于第一层燃尽风与第二层燃尽风是对向错层引入炉膛的，因此两层燃尽风进入到炉膛后会在还原区形成涡流，该涡流与前一布风方法中的涡流的原理相同，该涡流能将部分燃尽区的烟气再次卷吸回流到还原区，由于还原区是富燃料烟气，其仍然具有很强还原性，因此可以将炉膛上部燃尽风通入后再次生成的nox重新卷吸到还原区进行还原，相对于传统前后墙燃尽风对冲送入的方式，可大幅降低炉膛出口处的nox含量。另一方面，由于烟气的回流能够夹带未燃颗粒，延长颗粒停留时间，因此可以在降低氮氧化物含量的同时降低出口co浓度和飞灰含碳量，提高燃烧效率。

进一步的，所述第一层燃尽风燃烧器的轴线与所述第二层燃尽风燃烧器的轴线之间的高度差为h，2.5m≤h≤5.5m；

进一步的，所述的燃尽风燃烧器还包括位于第二层燃尽风燃烧器之上的第三层燃尽风燃烧器，该第三层燃尽风燃烧器同时由炉膛的前墙和后墙引入燃尽风。

进一步的，所述的第一层燃尽风采用倾斜向下的方式喷入炉膛，该喷入方向与炉膛水平面的夹角为α1；所述的第二层燃尽风采用倾斜向上的方式喷入炉膛，该喷入方向与炉膛水平面的夹角为α2，且，0°≤α1≤45°，0°≤α2≤45°。

进一步的，所述的α1为0°-15°，所述的α2也为0°-15°。

进一步的，其中，30m/s≤v1≤60m/s，50m/s≤v2≤90m/s。

进一步的，引入所述第二层燃尽风的第二层燃尽风燃烧器配置有增压风机，增压风机用于提高第二层燃尽风喷入炉膛的速度。

基于上述的布风方法，本发明还提供了一种用于煤粉燃烧的锅炉，该锅炉的布风采用上述的布风方法。

附图说明

图1是实施例1的示意图；

图2是实施例2的示意图；

图3是实施例3的示意图；

图4是实施例4的示意图；

图5是实施例5中，其中一种实施方式的示意图；

图6是实施例6中，其中一种实施方式的示意图；

图中标记为：1-炉膛，2-煤粉燃烧器，3-第一层燃尽风燃烧器，4-第二层燃尽风燃烧器，5-第三层燃尽风燃烧器，6-增压风机，11-前墙，12-后墙。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细介绍，但本发明的实施方式不限于此。

本发明提供了一种减少锅炉炉膛出口氮氧化物含量的布风方法，该布风方法通过燃尽风的引入在炉膛的还原区形成涡流，该涡流能将部分已进入到燃尽区的烟气再次卷吸回流到还原区。

所述的涡流由炉膛壁上上下相邻的两层燃尽风燃烧器对向错层喷入的燃尽风形成。

通常锅炉主燃区的炉膛1前后墙对冲布置有至少一层煤粉燃烧器2，以下以三层煤粉燃烧器2为例。

依据上述的布风方法，本发明可以采用如下设计：

所述煤粉燃烧器2之上的炉膛1前后墙通过燃尽风燃烧器对向错层引入有燃尽风，该燃尽风包括由位于最下方的第一层燃尽风燃烧器3引入的第一层燃尽风和由紧邻于第一层燃尽风燃烧器3之上的第二层燃尽风燃烧器4引入的第二层燃尽风；

其中，第一层燃尽风由炉膛1的前墙或者后墙引入，第二层燃尽风由与第一层燃尽风引入侧相对的一侧引入；

第一层燃尽风喷入炉膛的速度为v1，第二层燃尽风喷入炉膛的内速度为v2，且，v1＜v2；

优选地，紧邻于第一层燃尽风燃烧器3之下的最顶层的煤粉燃烧器2仅由与第一层燃尽风引入侧同侧的方向向炉膛1喷入燃烧用风，该燃烧用风通常包括一次风和二次风。

基于上述设计，以下列举部分实施例加以说明。当然，基于上述设计，本发明包括但不限于以下所举实施例。

实施例1：

如图1所示，本实施例中煤粉燃烧器2同时布置在炉膛1的前后墙11、12，前墙11最顶层的煤粉燃烧器2运行，而后墙12最顶层的煤粉燃烧器2停运，第一层燃尽风燃烧器3仅布置在前墙11最顶层的煤粉燃烧器2的上方，其上方相邻层燃尽风燃烧器，即第二层燃尽风燃烧器4，则仅布置在后墙12。

由此，第一层燃尽风燃烧器3与第二层燃尽风燃烧器4在炉膛1高度方向上呈错层布置。该两层燃尽风燃烧器轴线之间的高度差为h，且，2.5m≤h≤5.5m。

第一层燃尽风燃烧器3引入第一层燃尽风，该第一层燃尽风喷入炉膛的速度为v1，且，30m/s≤v1≤60m/s；第二层燃尽风燃烧器4引入第二层燃尽风，该第二层燃尽风喷入炉膛的内速度为v2，且，50m/s≤v2≤90m/s。并且，v1＜v2。

另外，第二层燃尽风燃烧器4的上方布置有第三层燃尽风燃烧器5，第三层燃尽风燃烧器5采用前后墙对冲布置，即同时由炉膛1的前后墙引入燃尽风，该层燃尽风喷入炉膛的速度为v3，且，45m/s≤v3≤60m/s。

实施例2：

如图2所示，本实施例中煤粉燃烧器2同时布置在炉膛1的前后墙11、12，前墙11最顶层的煤粉燃烧器2停运，而后墙12最顶层的煤粉燃烧器2运行，第一层燃尽风燃烧器3仅布置在后墙12最顶层的煤粉燃烧器2的上方，其上方相邻层燃尽风燃烧器，即第二层燃尽风燃烧器4，则仅布置在前墙11。

由此，第一层燃尽风燃烧器3与第二层燃尽风燃烧器4在炉膛1高度方向上呈错层布置。该两层燃尽风燃烧器轴线之间的高度差为h，且，2.5m≤h≤5.5m。

第一层燃尽风燃烧器3引入第一层燃尽风，该第一层燃尽风喷入炉膛的速度为v1，且，30m/s≤v1≤60m/s；第二层燃尽风燃烧器4引入第二层燃尽风，该第二层燃尽风喷入炉膛的内速度为v2，且，50m/s≤v2≤90m/s。并且，v1＜v2。

另外，第二层燃尽风燃烧器4的上方布置有第三层燃尽风燃烧器5，第三层燃尽风燃烧器5采用前后墙对冲布置，即同时由炉膛1的前后墙引入燃尽风，该层燃尽风喷入炉膛1的速度为v3，且，45m/s≤v3≤60m/s。

实施例3：

如图3所示，本实施例中煤粉燃烧器2同时布置在炉膛1的前后墙11、12；第一层燃尽风燃烧器3布置在最顶层的煤粉燃烧器2的上方，采用前后墙对冲布置；第二层燃尽风燃烧器4布置在第一层燃尽风燃烧器3的上方，也采用前后墙对冲布置，该两层燃尽风燃烧器轴线之间的高度差为h，且，2.5m≤h≤5.5m。

运行时，前墙11最顶层的煤粉燃烧器2投运而后墙12最顶层的煤粉燃烧器2停运。第一层燃尽风燃烧3和第二层燃尽风燃烧器4采用错层投运方式，如图3所示，投运前墙11的第一层燃尽风燃烧器3而停运后墙12的第一层燃尽风燃烧器3；同时，投运后墙12的第二层燃尽风燃烧器4而停运前墙11的第二层燃尽风燃烧器4。

由此，前墙11的第一层燃尽风燃烧器3引入第一层燃尽风，该第一层燃尽风喷入炉膛的速度为v1，且，30m/s≤v1≤60m/s；后墙12的第二层燃尽风燃烧器4引入第二层燃尽风，该第二层燃尽风喷入炉膛的内速度为v2，且，50m/s≤v2≤90m/s。并且，v1＜v2。

另外，第二层燃尽风燃烧器4的上方布置有第三层燃尽风燃烧器5，第三层燃尽风燃烧器5采用前后墙对冲布置，即同时由炉膛1的前后墙引入燃尽风，该层燃尽风的引入速度为v3，且，45m/s≤v3≤60m/s。

实施例4：

如图4所示，与实施例3相同，本实施例中煤粉燃烧器2同时布置在炉膛1的前后墙11、12；第一层燃尽风燃烧器3布置在最顶层的煤粉燃烧器2的上方，采用前后墙对冲布置；第二层燃尽风燃烧器4布置在第一层燃尽风燃烧器3的上方，也采用前后墙对冲布置，该两层燃尽风燃烧器轴线之间的高度差为h，且，2.5m≤h≤5.5m。

运行时，后墙12最顶层的煤粉燃烧器2投运而前墙11最顶层的煤粉燃烧器2停运。第一层燃尽风燃烧3和第二层燃尽风燃烧器4采用错层投运方式，如图4所示，投运后墙12的第一层燃尽风燃烧器3而停运前墙11的第一层燃尽风燃烧器3；同时，投运前墙11的第二层燃尽风燃烧器4而停运后墙12的第二层燃尽风燃烧器4。

由此，后墙12的第一层燃尽风燃烧器3引入第一层燃尽风，该第一层燃尽风喷入炉膛的速度为v1，且，30m/s≤v1≤60m/s；前墙11的第二层燃尽风燃烧器4引入第二层燃尽风，该第二层燃尽风喷入炉膛的内速度为v2，且，50m/s≤v2≤90m/s。并且，v1＜v2。

另外，第二层燃尽风燃烧器4的上方布置有第三层燃尽风燃烧器5，第三层燃尽风燃烧器5采用前后墙对冲布置，即同时由炉膛1的前后墙引入燃尽风，该层燃尽风的引入速度为v3，且，45m/s≤v3≤60m/s。

可见，上述四个实施例中，虽然都是为了实现第一、第二层燃尽风对向错层喷入炉膛的目的，但是不同之处在于，实施例1和实施例2采用的是将两层燃尽风燃烧器3、4在前后墙错层布置来实现上述目的，而实施例3和实施例4则采用的是将对冲布置的两层燃尽风燃烧器3、4错层投运的方式来实现上述目的。

实施例5：

本实施例可以是基于以上实施例1-实施例4而设计的可选方案，如下：

在实施例1-实施例4中，所述的第一层燃尽风采用倾斜向下的方式喷入炉膛1，该喷入方向与炉膛1水平面的夹角为α1，所述的第二层燃尽风采用倾斜向上的方式喷入炉膛1，该喷入方向与炉膛1水平面的夹角为α2，如图5所示。

其中，0°≤α1≤45°，0°≤α2≤45°；优选0°≤α1≤15°，0°≤α2≤15°。

实施例6：

本实施例可以是基于以上实施例1-实施例5而设计的可选方案，如下：

在实施例1-实施例5中，引入所述第二层燃尽风的第二层燃尽风燃烧器4配置有增压风机6，增压风机6用于提高第二层燃尽风喷入炉膛的速度，以达到上述要求，如图6所示。

实施例7：

本实施例可以是基于以上实施例1-实施例6而设计的可选方案，如下：

在实施例1-实施例6中，可以不布置所述的第三层燃尽风燃烧器5，或者也可以在所述的第二层燃尽风燃烧器4之上布置多层燃尽风燃烧器。

在上述实施例1-实施例7中，由于相邻层燃尽风在前后墙错层引入，且上、下两层采用高速差射流形式喷入，由此会在炉膛的还原区形成涡流，该涡流能将部分燃尽区的烟气再次卷吸回流到还原区，由于还原区是富燃料烟气，其仍然具有很强还原性，因此可以将炉膛上部燃尽风通入后再次生成的nox重新卷吸到还原区进行还原，相对于传统前后墙燃尽风对冲送入的方式，可降低nox含量10%左右。另一方面，由于烟气的回流能够夹带未燃颗粒，延长颗粒停留时间，因此可以在降低氮氧化物含量的同时降低出口co浓度和飞灰含碳量，提高燃烧效率。

实施例8：

本发明还提供了一种用于煤粉燃烧的锅炉，该锅炉的布风采用上述实施例1-实施例7中所述的布风方法。