四角切圆煤粉燃烧锅炉及燃煤发电系统的制作方法

本发明涉及燃煤发电设备领域，尤其是一种煤粉燃烧锅炉。

背景技术

我国目前电站锅炉存在污染物排放高，单位发电量煤耗较高等问题。我国能源消费占世界的8％～9％，但so2排放占到世界的15.1％，nox占到10.1％，co2占到13.2％。其中，我国煤燃烧所释放的so2占到全国总排放的85％，co2占到85％，nox占到60％，粉尘占到70％。酸雨地域己超过国土面积的40％。因此，电站锅炉的改良对我国“节能减排”目标的实现起着重要作用。

一种典型的燃煤发电系统包括制粉系统和煤粉燃烧锅炉等设备，在中间储仓式钢球磨煤机热风送粉制粉系统中，根据该类型磨煤机制粉系统特点，在细粉分离器出口有一股单独的乏气(一些场合也叫三次风)，此乏气带有少量的煤粉，如果排空，将造成大气的污染同时造成能源浪费；如果通过排空时回收煤粉的技术手段，则将增加煤粉收集投资维护成本等，一种简单的方法是将此乏气单独引出后送入锅炉内燃烧，这股乏气一般占锅炉总风量的15％～30％；也有一些其它类型制粉系统，分离器出口没有单独的乏气引出，但在煤粉管道或者燃烧器入口，通过浓淡分离装置，独立分离出一股三次风，单独送入炉内燃烧。

在常规的四角切圆煤粉燃烧锅炉中，这股乏气通常布置在一次风喷口正上方一定位置；对于带有燃尽风的锅炉，一般布置在一次风喷口正上方与燃尽风喷口之间；具体布置方式可以参见公开号为cn203131804u的专利文献所公开的“四角切圆燃烧煤粉锅炉”的结构。

在一些技改技术中，将三次风布置到燃烧器下部位置，也即燃烧器最上层一次风喷和最下层一次风喷口中间的一定位置；也有一些技改措施将该乏气喷口进行浓淡分离，浓煤粉引入到下部燃烧区域位置，氮煤粉引入到燃尽风位置作为燃尽风使用。

如上所述，为了实现社会经济的可持续发展，我们对环境保护提出越来越严格的要求，目前的电站锅炉已经很难适应当前或未来环境保护的需求。如何减少电站锅炉的污染物排放，提高锅炉效率，应当成为本领域的重要研究课题。

技术实现要素：

为进一步降低有乏气引入的四角切圆煤粉燃烧锅炉的nox排放、飞灰及大渣，提高锅炉效率，本发明提供了一种四角切圆煤粉燃烧锅炉。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：四角切圆煤粉燃烧锅炉，包括炉膛和设置在炉膛的四个对角的角部燃烧器组，由角部角部燃烧器组进入炉膛的气流在炉膛中心形成角式切圆；所述炉膛的四面墙上均设置有墙式乏气喷口，乏气由墙式乏气喷口喷射进入炉膛后在炉膛中心形成墙式切圆；所述墙式切圆的直径大于角式切圆的直径。

发明人提出，虽然背景技术中介绍的方案采用了不同的技术手段，但他们的相同之处都是这股乏气喷射进入炉膛后在炉内的切圆大小及方向与由角部燃烧器组进入炉膛的一次风相同，而由于这种乏气风温低、含粉量低(煤粉浓度低)、风量大，乏气喷入炉内后，一方面吸收了其它煤粉燃烧产生的热量，导致燃烧区域的温度水平降低，影响常规煤粉的燃尽；另一方面，由于乏气喷口煤粉浓度低，该部分煤粉在富氧下燃烧，产生了大量的nox；另外，由于该股气流风量比较大，导致其它二次风量比较小，不能有效的进行炉内分级燃烧，虽然采取了多种技术手段，但这股气流送入炉内后，炉膛充满度不好，大比例的乏气导致气流上升速度快，煤粉气流在主燃烧区域的停留时间短，对炉内燃烧依然影响较大，nox排放、飞灰、大渣依然高，对当前环保及锅炉提效等带来较大的压力。

因此，发明人提出本发明的方案，通过在炉膛的四面墙上均设置墙式乏气喷口，使得乏气喷入炉膛后在炉膛中心形成与由角部燃烧器组形成的角式切圆直径不同的墙式切圆，且墙式切圆的直径大于角式切圆的直径。

由于角部燃烧器四股气流相切的作用，产生螺旋上升的气流，产生的气流大部分集中到炉膛的中心区域，不能很好的覆盖整个炉膛截面；而墙式乏气产生的气流在本身气流动量及角式产生的螺旋上升气流的作用下，也形成螺旋上升的气流；由于墙式切圆的直径大于角式切圆的直径，墙式切圆螺旋上升气流“包裹”着角式切圆形成的螺旋上升气流；另外，乏气单独从墙式送入，减少了角式切圆形成的螺旋上升气流动量，增加了该气流在主燃烧区域的停留时间，在不同直径切圆的作用下，炉内充满度更好；由于“包裹”的抑制作用和主气流动量的减少，增加了主气流在主燃烧区的停留时间，并延迟乏气混入主气流的时间，进一步改善了炉内燃烧，进一步降低了nox、飞灰和大渣，进一步提升锅炉效率。

需要注意的是，角式切圆产生的气流是主气流，墙式切圆的直径大于角式切圆后，从墙式乏气喷口进入的气流才会提前被角部产生的气流带走，才能进一步加强炉内的混合；如果墙式切圆直径小于角式切圆直径，一方面会形成墙式气流的对冲，另一方面会破坏角式切圆的气流，导致上升气流不稳定。

作为本发明的进一步改进，所述墙式切圆的气流方向与角式切圆的气流方向相反，由于角式切圆产生的主气流逆向带动墙式喷入炉内的气流，形成乏气“包裹”煤粉的风包粉现象，结合墙式喷入的气流产生的“逆流”现象，进一步加强炉内的混合。

作为本发明的进一步改进，炉膛的四面墙上在竖直方向上至少设置有两层墙式乏气喷口。通过多层乏气喷口的布置，减少单只乏气喷口风量，实现分段燃烧，减少对原主燃烧的影响。墙式乏气喷口的具体布置层数可根据制粉系统乏气量确定。

作为本发明的进一步改进，所述墙式乏气喷口可在水平方向上摆动，从而调整乏气进入炉膛的方向。该方案可根据燃烧工况情况，改变墙式切圆的大小，从而改变乏气的混入时间和空间，进一步改善炉内燃烧情况，达到能够根据实际工况进行设备调整，从而进一步降低nox、飞灰和大渣的目的。

同时，本发明也可以在炉膛的四个对角也设置有角式乏气喷口，形成角式切圆燃烧与墙式切圆燃烧的耦合燃烧。

本发明还公开了一种使用上述四角切圆煤粉燃烧锅炉的燃煤发电系统。该燃煤发电系统的制粉系统可以包括细粉分离器，所述细粉分离器的乏气出口与所述四角切圆煤粉燃烧锅炉的墙式乏气喷口连通；或者所述细粉分离器的乏气出口与所述四角切圆煤粉燃烧锅炉的墙式乏气喷口和角式乏气喷口连通。当然，容易理解的，所述制粉系统还可以采用本领域已知的任何结构，只要制粉系统产生的乏气能够通过墙式乏气喷口进入炉膛即可。

本发明的有益效果是：将乏气从四面墙送入，形成乏气墙式切圆燃烧，通过与直径不同的，由角部燃烧器组形成的角式切圆的耦合，使得煤粉在不同直径的气流切圆作用下，形成乏气“包裹”煤粉的风包粉现象，达到分段混合和分级燃烧的目的，从而克服了乏气喷射进入炉膛后在炉内的切圆大小及方向与一次风相同而引起气流上升速度快、主燃烧区域停留时间短，混合效果差的固有缺陷，进而进一步降低带有乏气的四角切圆煤粉燃烧锅炉的nox排放、飞灰及大渣，进一步提高了锅炉效率。

附图说明

图1是本发明的燃煤发电系统结构示意图。

图2是本发明的四角切圆煤粉燃烧锅炉的角部燃烧器组和墙式乏气喷口布置结构示意图，图中可见由角部燃烧器组进入的气流形成的角式切圆与墙式乏气喷口进入的气流形成的直径更大的墙式切圆耦合。

图3是墙式乏气喷口水平摆动效果示意图。

图4是实施例二的燃煤发电系统结构示意图。

图5是实施例三和实施例四的燃煤发电系统结构示意图。

图中标记为：1-炉膛，2-给煤机，3-干燥管，4-磨煤机，5-粗粉分离器，6-细粉分离器，7-煤粉仓，8--排粉风机，9-预热器，10-角部燃烧器组，11-角式燃尽风组，12-墙式乏气喷口，12-1-第一层墙式乏气喷口，12-2-第二层墙式乏气喷口，13-角式切圆，14-墙式切圆，15-乏气摆动射流，16-角式乏气喷口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例一：

如图1、图2所示，以常规典型布置的带有中间储仓式钢球磨煤机热风送粉制粉系统的四角切圆燃烧锅炉为例(本例所涉及的系统设备只是整个系统中的主要设备，没有列举全部设备)。

煤粉从给煤机2进入干燥管3与预热器9出来进入干燥管3的热空气混合后进入磨煤机4，从干燥管3出来的风粉经过磨煤机4研磨后进入粗粉分离器5，不合格的煤粉返回给煤机2，合格的煤粉进入细粉分离器6，经过细粉分离器6后，合格的煤粉进入煤粉仓7，在其它设备的作用下，从预热器9出来热空气携带煤粉仓7出来的煤粉一起进入角部燃烧器10，然后进入锅炉1内燃烧。在排粉风机8的作用下，制粉系统产生乏气，在其它设备的作用下，乏气进入墙式乏气喷口12，然后进入锅炉1进行燃烧。

墙式乏气喷口12布置在炉膛1的四面墙上，乏气喷入炉内后，形成墙式切圆14，所述墙式切圆14的气流方向为顺时针方向，角部燃烧器组10布置在锅炉的四个角，粉煤气流喷入炉内后，形成角式切圆13，所述角式切圆13的气流方向为逆时针方向，且墙式切圆14的直径大于角式切圆13的直径。在不同切圆的作用下，炉内充满度更好，进一步改善炉内燃烧，进一步降低nox、飞灰和大渣，进一步提升锅炉效率。

实施例二：

如图2、图4所示，在实施例一基础上，炉膛1的四面墙上在竖直方向上设置有两层墙式乏气喷口，包括第一层墙式乏气喷口12-1和第二层墙式乏气喷口12-2。

实施例三：

如图2、图5所示，在实施例二的基础上进一步增加了设置在炉膛1的四个对角的角式乏气喷口16。乏气进入炉膛后形成角式切圆燃烧与墙式切圆燃烧的耦合燃烧。

实施例四：

如图3、图5所示，在实施例三的基础上将第一层墙式乏气喷口12-1和第二层墙式乏气喷口12-2设计为可水平摆动。本实施例中，将墙式乏气喷口的射流方向调节到乏气摆动射流15的位置，根据燃烧工况情况，改变墙式切圆14的大小，从而改变乏气的混入时间和空间，进一步改善炉内燃烧情况，达到进一步降低nox、飞灰和大渣的目的。