一种二次风分级燃烧锅炉的制作方法

本发明属于电站四墙切圆燃烧锅炉，具体涉及一种二次风水平方向分级燃烧锅炉。

背景技术：

2015年世界煤炭总产量为78.61亿吨，比2014年下降4％，中国煤炭产量占世界总产量的47.7％，相比于2014年上升了0.5％，煤炭仍是我国能源的主要来源，其中，46％的煤炭用于热力发电。目前，我国煤炭发电占总发电量的75％左右，比国际水平高出28％。

煤炭在燃烧过程中会产生各种污染物，其中氮氧化物(NOx)对环境和人体的危害尤为显著，NOx与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐进而形成酸雨；NOx被人体吸入后会危害呼吸道引起各种疾病；NOx与其他污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染；NOx能破坏臭氧层引起温室效应。火电机组的NOx减排是迫在眉睫的任务。

目前燃煤电厂控制NOx排放的主流技术为燃烧后脱硝(烟气脱硝技术)和燃烧中脱硝(低NOx燃烧技术)。

烟气脱硝技术通过对烟气中NOx的吸附和还原来降低烟气中的NOx含量，根据原理的不同分为选择性催化还原技术(SCR)和选择性非催化还原技术(SNCR)。SNCR脱硝效率在25％至50％,效率较低，还原剂消耗大，一般很少单独采用。与SNCR相比较，SCR具有很高的脱硝效率(90％以上)且装置简单、便于维护，在全世界均有广泛应用。但SCR对烟气温度区间有要求，初始投资成本高，运行寿命短。

低NOx燃烧技术是根据燃烧过程中NOx的生成机理，调整炉膛内部的燃烧环境和燃烧过程，减少燃料的NOx的生成量或利用还原性的燃烧产物来还原已生成的NOx。目前常用的低NOx燃烧技术主要有低NOx燃烧器、低氧燃烧、燃料分级、空气分级和烟气再循环等技术。其中空气分级技术因效果明显、成本较低而广泛应用于燃煤机组的NOx排放控制。

空气分级技术分为垂直方向空气分级和水平方向空气分级。

现有四墙切圆锅炉如图1(a)、图1(b)所示，包括锅炉本体1，锅炉本体1的横截面为矩形，由前墙1A、后墙1B、左墙1C和右墙1D形成矩形封闭空间，前墙1A、后墙1B、左墙1C和右墙1D上分别均设有沿纵向交替布置的一次风喷嘴2和二次风喷嘴3(图1(a)仅标示出某一墙的一次风喷嘴2及其上下相邻的二次风喷嘴3)；所述前墙1A、后墙1B、左墙1C和右墙1D上沿纵向交替布置的一次风喷嘴2和二次风喷嘴3上方，分别均可以设置有燃尽风喷嘴5。

现有四墙切圆锅炉的燃烧过程中，垂直方向空气分级是指将一次风和二次风总风量的70～90％通过一次风喷嘴和二次风喷嘴喷入主燃区，主燃区的过量空气系数小于1，形成富燃料的燃烧环境，有效降低了NOx的生成量。剩下总风量的10％～30％通过燃尽风喷嘴以二次风形式喷入炉膛，供未燃尽的煤粉颗粒继续燃烧；这种方式应用广泛且效果明显，但过高的分级程度(燃尽风率)会导致炉膛出口飞灰含碳量增加，锅炉效率降低，因而垂直方向空气分级控制NOx排放存在局限性。

水平方向空气分级则是指部分二次风的入射角度与一次风的角度存在偏差，如图1(b)所示，二次风分为两部分，一部分与一次风的入射角度相同；剩下的部分与一次风形成偏置，与一次风成γ角，(0°≤γ≤25°)，旋转方向相同，该部分二次风形成的实际切圆大于一次风的实际切圆，形成风包粉的燃烧方式，该燃烧方式延迟了一次风粉和二次风的混合，降低了燃烧初期的NOx生成量。该部分偏置二次风也能起到空气分级和保护水冷壁的效果，但该部分二次风和一次风均从墙式喷口射入炉膛，偏置角度有限制，不能偏转过大，空气分级程度且喷口之间距离较小，此外，二次风的风速及风率明显高于一次风，其对一次风的卷吸作用也非常明显，往往会导致一次风气流产生偏斜而冲刷水冷壁，引起水冷壁面超温、腐蚀、结渣等问题出现。

技术实现要素：

本发明提供一种二次风分级燃烧锅炉，解决现有四墙切圆燃烧锅炉二次风对一次风粉卷吸作用过强、水平方向空气分级程度不够的问题，加深水平方向空气分级程度以降低NOx排放和减轻一次风偏斜。

本发明所提供的一种二次风分级燃烧锅炉，包括锅炉本体，锅炉本体的横截面为矩形，由前墙、后墙、左墙和右墙形成矩形封闭空间，前墙、后墙、左墙和右墙上分别均设有沿纵向交替布置的一次风喷嘴和二次风喷嘴，一次风喷嘴喷出的一次风气流方向与一次风喷嘴所在墙壁成β角，β≤90°，其特征在于：

在由前墙、后墙、左墙和右墙形成的矩形封闭空间四角，分别设有沿纵向布置的二次风角喷嘴，其喷出的二次风量占总二次风量的10％～40％；

二次风角喷嘴喷出的二次风气流方向与气流下游最接近的墙壁成α角，α＜β。

二次风角喷嘴喷出的二次风量可以通过改变二次风角喷嘴截面积进行调整。

所述的二次风分级燃烧锅炉，其进一步特征在于：

所述前墙、后墙、左墙和右墙上沿纵向交替布置的一次风喷嘴和二次风喷嘴上方，分别均设置有燃尽风喷嘴，其用于将总风量的10-30％以二次风形式喷入炉膛，起到深度空气分级燃烧的作用，从而进一步降低炉内NO_x的生成。

所述的二次风分级燃烧锅炉，其更进一步特征在于：

50°≤β≤90°，10°≤α≤50°。

本发明保持传统四墙切圆锅炉的前，后，左，右四墙上交错布置一次风和二次风喷口的结构，实现垂直方向上的空气分级，同时，在锅炉的四角上布置二次风角喷嘴，将10％到40％的二次风通过四角上的二次风角喷嘴喷入炉膛，实现水平方向上的深度空气分级。

二次风角喷嘴喷出的二次风气流方向与气流下游最接近的墙壁成α角，一次风喷嘴喷出的一次风气流方向与一次风喷嘴所在墙壁成β角，其中α角小于β角，这样，在实际燃烧过程中角式二次风形成的切圆会大于一次风粉形成的切圆，达到深度空气分级和保护水冷壁的效果。

与现有技术相比，本发明有益技术效果体现在：

(1)将10～40％的总二次风风量分配至新设置的位于炉膛四角的二次风角喷嘴，二次风由墙式二次风喷嘴和二次风角喷嘴同时喷入炉膛，这种二次风分配方式可以加强煤粉燃烧初期的空气在水平方向上的分级程度，延迟煤粉与二次风的混合，有效抑制燃烧初期NO_x的生成，实现低NO_x排放。

(2)现有四墙切圆燃烧锅炉全部二次风均由墙式二次风喷嘴喷入炉膛，二次风相比于一次风风率较大，动量较大的二次风对一次风粉有卷吸作用，造成火焰偏斜于水冷壁方向，火焰对水冷壁的冲刷引起水冷壁超温、结渣或腐蚀。相比之下，本发明将总二次风量的10％到40％通过炉膛四角的二次风角喷嘴喷入炉膛，减小了每个喷口的二次风动量，同时喷出的二次风气入射角α小于一次风入射角β，更大的偏置角度削弱了二次风对一次风的卷吸作用，因而大大减小了火焰冲刷水冷壁的趋势，同时可以在水冷壁附近形成一层富氧气氛的保护气膜，可以有效防止煤粉气流产生较大偏斜而冲刷水冷壁，防止水冷壁超温、结渣和腐蚀。

附图说明

图1(a)是现有的四角切圆锅炉主视图；

图1(b)为图1(a)的俯视图，其中一次风入射角度为β，二次风分为两部分，一部分为直吹风，与一次风角度β相同，另一部分二次风相较一次风偏转角度γ；

图2(a)为本发明的主视图；

图2(b)为本发明的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。

如图2(a)、图2(b)所示，本发明包括锅炉本体1，锅炉本体1的横截面为矩形，由前墙1A、后墙1B、左墙1C和右墙1D形成矩形封闭空间，前墙1A、后墙1B、左墙1C和右墙1D上分别均设有沿纵向交替布置的一次风喷嘴2和二次风喷嘴3，一次风喷嘴2喷出的一次风气流方向与一次风喷嘴所在墙壁成β角，β≤90°；

在由前墙1A、后墙1B、左墙1C和右墙1D形成的矩形封闭空间四角，分别设有沿纵向布置的二次风角喷嘴4，其喷出的二次风量占总二次风量的10％～40％；所述二次风角喷嘴4喷出的二次风气流方向与气流下游最接近的墙壁成α角，α＜β。

二次风角喷嘴4喷出的二次风气流形成的假想切圆略大于一次风的假想切圆。二次风角喷嘴4位于炉膛四角，一次风喷嘴位于炉膛四墙，距离较远，二次风对一次风的偏置和煤粉卷吸作用减弱，且二次风角喷嘴喷出的二次风入射角度调节灵活度大，因而能够大大延迟一、二次风的混合，降低煤粉燃烧初期化学当量比，抑制NO_x的生成，同时形成一层气膜保护水冷壁，防止水冷壁超温，预防结渣和腐蚀。在实际运行过程中，可通过控制器调整二次风角喷嘴喷出的二次风的入射角度α以达到理想的运行效果。

应用本发明时，可以对现有的四墙切圆锅炉进行改造，保持本体四墙的一次风喷嘴和二次风喷嘴位置不变，仅需减小四墙二次风喷嘴的出口面积，在炉膛四角增加二次风角喷嘴即可。

作为实施例，前墙1A、后墙1B、左墙1C和右墙1D上分别均设有沿纵向交替布置的一次风喷嘴2和二次风喷嘴3，一次风喷嘴为5只，二次风喷嘴为6只；

一次风入射方向一般在50°～90°之间，二次风角喷嘴喷出的二次风气流方向在10°～50°之间。

所述前墙1A、后墙1B、左墙1C和右墙1D上沿纵向交替布置的一次风喷嘴2和二次风喷嘴3上方，分别均可以设置有燃尽风喷嘴5，其用于将总风量的10％-30％以二次风形式喷入炉膛，起到深度空气分级燃烧的作用，从而进一步降低炉内NO_x的生成。