一种对冲燃烧煤粉锅炉炉内燃烧组织方法与流程

本发明涉及对冲燃烧煤粉锅炉炉内燃烧组织方法，属于锅炉煤粉燃烧技术领域。

背景技术：

在我国，目前300mw及以下等级的机组正逐步被大机组所替换，因此，600mw及其以上等级的超临界和超超临界机组在燃煤火电机组中所占的比例一直在增大。其中，大部分机组的锅炉采用的是前后墙对冲燃烧方式。

但近年来，随着对燃煤发电锅炉污染物排放的环保要求日益严格，绝大部分发电机组采用低氮燃烧技术和低氮燃烧设备，以满足环保要求。其中，低氮燃烧技术主要是空气分级燃烧技术，即主燃区实行富燃料燃烧，降低nox生成；燃尽区为富氧燃烧，保证炉膛高度方向的煤粉在后期能够燃尽；主燃区和燃尽区之间为还原区，为nox还原反应提供足够的时间，从而实现低nox排放。而低氮燃烧设备主要是低氮燃烧器，其中对冲煤粉燃烧锅炉中最常见的是旋流煤粉燃烧器，即在炉膛的水平截面上，一、二次煤粉气流通过旋转叶片形成旋转射流进入炉膛，一次风形成内回流区，卷吸高温烟气，率先着火，火焰向外回流区传播。与此同时，二次风形成外回流区，为煤粉燃烧提供氧量。该技术实现了燃烧器出口分级燃烧的效果，降低了燃烧器区域的nox生成，对煤粉稳燃也有很好效果。

但目前已有研究都只是关注煤粉燃烧器射流出口附近的着火和燃烧初期的射流燃烧组织(如设置喷口周界风，贴壁风等)，以及关注炉膛高度方向上的煤粉燃烧的后期燃烧组织(如前后墙增加侧燃尽风)，设计复杂，不易于控制，也不能有效解决锅炉侧墙水冷壁高温腐蚀的问题。因此，很有必要对水平方向的燃烧组织方法进行优化，并寻求一种简单高效的燃烧方式来实现煤粉锅炉清洁稳定地运行。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种对冲燃烧煤粉锅炉炉内燃烧组织方法，使其在原有低氮燃烧技术的基础上进一步降低氮氧化物的排放；同时解决水平烟道底部积灰问题，提高锅炉顶部水平烟道入口处飞灰的均匀分布程度，减轻积灰所带来的锅炉运行稳定性问题。

本发明的技术方案如下：

一种对冲燃烧煤粉锅炉炉内燃烧组织方法，该方法在锅炉主燃区设置前后墙旋流煤粉燃烧器，在燃尽区设置分离型燃尽风喷嘴，实现主燃区为富燃料燃烧，燃尽区为富氧燃烧，其特征在于，所述方法是在煤粉锅炉炉膛的主燃区左右两侧的侧墙上增设侧墙燃料喷口，燃烧所需的部分燃料通过侧墙燃料喷口以射流形式直接喷入炉膛，与所述前后墙旋流煤粉燃烧器所产生的热烟气混合并燃烧，其余燃料仍通过前后墙旋流煤粉燃烧器进入炉膛并燃烧。

所述的一种对冲燃烧煤粉锅炉炉内燃烧组织方法，其特征在于：在相同时间内从侧墙燃料喷口加入的燃料总发热量最高为锅炉燃料总发热量的30％。

所述的一种对冲燃烧煤粉锅炉炉内燃烧组织方法，其特征在于：侧墙燃料喷口喷入的燃料为煤、生物质、煤热解产物、生物质热解产物、天然气、液化石油气或高炉煤气中的一种或几种组合。

的一种对冲燃烧煤粉锅炉炉内燃烧组织方法，其特征在于：所述侧墙燃料喷口在锅炉炉膛左右两侧侧墙上对称布置。

所述的一种对冲燃烧煤粉锅炉炉内燃烧组织方法，其特征在于：在每个侧墙燃料喷口的入口处设有用于调节侧墙燃料喷口射流出口速度和风量大小的调节装置。

所述的一种对冲燃烧煤粉锅炉炉内燃烧组织方法，其特征在于：左右两侧侧墙上的侧墙燃料喷口沿炉膛高度方向上的层数为1-4层；在同一层上左右两侧侧墙上分别设置1-3个侧墙燃料喷口，当数量为一个时，位于侧墙水冷壁中心处；当数量为两个时，分别位于侧墙水冷壁中心两侧对称位置；当数量为三个时，一个位于侧墙水冷壁中心处，另外两个分别位于侧墙水冷壁中心两侧的对称位置。

所述的一种对冲燃烧煤粉锅炉炉内燃烧组织方法，其特征在于：所述侧墙燃料喷口的出口形状为矩形或者椭圆形。

本发明与现有技术相比，具有以下优势：①将部分燃料通过侧墙加入，实现了局部燃料分级燃烧的组织方式，可以在原有低氮燃烧技术的基础上进一步减排nox；②原有前后墙对冲燃烧方式，锅炉横截面燃烧区域远离锅炉两侧侧墙，也就是燃料燃烧主要集中在锅炉左右方向的中间区域，造成顶部水平烟道入口处飞灰浓度的偏差，以及由此带来的水平烟道底部积灰问题。本发明通过将主燃区燃料分布的水平截面均匀化，提高锅炉顶部水平烟道入口处飞灰的均匀分布程度，减轻积灰所带来的锅炉运行稳定性问题。③侧墙燃料喷口可为锅炉加入其他燃料(如生物质热解半焦或者高炉煤气等)，实现多燃料燃烧方式，不仅进一步降低炉内nox生成量，且可减少细颗粒物的排放。本发明设计简单，便于控制，综合运行成本低。

附图说明

图1为在炉膛主燃区左右两侧的侧墙布置有侧墙燃料喷口的对冲燃烧煤粉锅炉的结构原理示意图。

图2为图1中a-a方向视图。

图中：1-前后墙旋流煤粉燃烧器；2-分离型燃尽风喷嘴(即sofa喷嘴)；3-侧墙燃料喷口；4-锅炉炉膛主燃区；5-锅炉炉膛还原区；6-锅炉炉膛燃尽区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的原理及具体实施过程做进一步的说明和解释，并且随着对本发明更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。

图1为在炉膛主燃区左右两侧的侧墙布置有侧墙燃料喷口的对冲燃烧煤粉锅炉的结构原理示意图，表示出了在炉膛高度方向上侧墙燃料喷口3的分布。锅炉原低氮燃烧系统同目前所有带有燃尽风的炉膛低氮燃烧系统整体布置形式相近，沿炉膛高度方向将炉膛燃烧分成三个区域：下部是锅炉炉膛主燃区4，从分离型燃尽风喷嘴最下层至炉膛出口截面为锅炉炉膛燃尽区6，锅炉炉膛主燃区4和锅炉炉膛燃尽区6之间区域为锅炉炉膛还原区5。在锅炉炉膛主燃区4的前后墙锅炉水冷壁上设置前后墙旋流煤粉燃烧器1，锅炉炉膛燃尽区6布置分离型燃尽风喷嘴(即sofa喷嘴)2，实现主燃区为富燃料燃烧，燃尽区为富氧燃烧，其目的是实现低氮燃烧；本发明提供的一种对冲燃烧煤粉锅炉炉内燃烧组织方法，是在此基础上，还在煤粉锅炉炉膛的主燃区左右两侧的侧墙上增设侧墙燃料喷口3，将部分燃烧所需的燃料通过侧墙燃料喷口以射流形式直接喷入炉膛，与所述前后墙旋流煤粉燃烧器所产生的热烟气混合并燃烧，其余燃料仍通过前后墙燃烧器进入炉膛并燃烧。将部分燃料通过侧墙加入，实现了局部燃料分级燃烧的组织方式，可以在原有低氮燃烧技术的基础上进一步减排nox。

为了将主燃区燃料分布的水平截面均匀化，所述侧墙燃料喷口在锅炉炉膛左右两侧侧墙上最好为对称布置。左右两侧侧墙上的侧墙燃料喷口3沿炉膛高度方向上的层数一般为1-4层；在同一层上左右两侧侧墙上分别设置1-3个侧墙燃料喷口，当数量为一个时，位于侧墙水冷壁中心处；当数量为两个时，分别位于侧墙水冷壁中心两侧对称位置；当数量为三个时，一个位于侧墙水冷壁中心处，另外两个分别位于侧墙水冷壁中心两侧的对称位置。

所述侧墙燃料喷口3的出口形状通常为矩形或者椭圆形。在每个侧墙燃料喷口的入口处还可设置用于调节侧墙燃料喷口射流出口速度和风量大小的调节装置，侧墙燃料喷口出口射流方向可以在垂直方向及水平方向摆动，在实际运行中可以调节气流射流角度，实现炉内最佳的燃烧组织。

在燃烧过程中，通过侧墙燃料喷口3进入的燃料不宜太多，一般情况下，在相同时间内从侧墙燃料喷口加入的燃料总发热量最高为锅炉燃料总发热量的30％。侧墙燃料喷口喷入的燃料可为煤、生物质、煤热解产物、生物质热解产物、天然气、液化石油气或高炉煤气中的一种或几种组合。

实施例：

以一台1000mw对冲燃烧煤粉锅炉为例，对本发明煤质为烟煤和贫煤混烧，入炉煤质灰熔点在1200℃左右，低位发热量为20mj/kg左右，锅炉原燃烧系统采用了带燃尽风的低氮燃烧技术。

在原锅炉设计中，一次风携带全部煤粉进入炉膛，炉膛总进风量为煤粉燃烧理论空气量的120％，其中锅炉炉膛主燃区4中总共进入煤粉燃烧所需85％的理论空气量，其中一次风占煤粉燃烧理论空气量的24％，二次风占煤粉燃烧理论空气量的61％；另外煤粉燃烧所需35％的理论空气量由分离型燃尽风喷嘴2进入炉膛上部锅炉炉膛燃尽区6。

在该实例采用本发明后，将一次风分成两部分，其中一部分通过前后墙旋流煤粉燃烧器1，占煤粉燃烧理论空气量的20％左右，另一部分通过侧墙燃料喷口3，占煤粉燃烧理论空气量的4％左右，二次风量和燃尽风量占所需理论空气量的比例不发生变化，分别为61％和35％。此时，侧墙燃料喷口3加入的燃料总发热量占锅炉燃料总发热量的份额约为17％。

如图1和图2所示，在炉膛主燃区，一次风同时从前后墙旋流煤粉燃烧器1和侧墙燃料喷口3进入炉膛，实现燃料分级燃烧，降低nox排放。同时，侧墙燃料喷口3的射流可有效防止前后墙旋转射流在中下游发生刷墙流动。其中，沿炉膛高度方向上，侧墙燃料喷口3与同层前后墙旋流煤粉燃烧器1的高度一样；在水平方向上，侧墙燃料喷口3位于侧墙水冷壁中心处。在本实例中，前后墙一次风速为18m/s，内二次风速为30m/s，外二次风速为35m/s，燃尽风速为36m/s，侧墙燃料喷口风速为24m/s左右。

在本实例中，侧墙燃料喷口3的出口采用矩形喷口，根据前后墙旋流煤粉燃烧器1着火情况的不同，喷口的高宽比在1.0～4.0之间。且侧墙燃料喷口3在炉膛水冷壁的开孔射流可以在垂直方向及水平方向摆动，并且可调节侧墙燃料喷口3出口的射流角度，来优化炉内燃烧组织。

对本实例进行模拟改造后发现，采用本发明，锅炉的nox排放相对改造前降低了10％左右，而且锅炉顶部水平烟道积灰程度减轻。

如果侧墙燃料喷口3加入的燃料与一次风所携带的煤粉不同时，例如生物质半焦与煤的混合物，则应保证其燃烧所需空气量与相同条件下通入煤粉所需空气量相同。实际过程还发现，煤粉燃烧过程中加入生物质半焦后，相比于低氮分级燃烧，可进一步减少nox排放，且具有减少细颗粒物原始排放的效果。