切圆煤粉燃烧锅炉中煤粉射流的中下游的燃烧组织方法技术

切圆煤粉燃烧锅炉的煤粉射流中下游的燃烧组织方法，是在煤粉燃烧锅炉的炉膛主燃烧区域，分别对应一次风煤粉燃烧器，在距其出口煤粉射流的中下游位置较近的炉膛水冷壁中布置对应的墙式风喷嘴，在墙式风喷嘴中分别引入一部分热风，以射流形式直接喷入对应的一次风煤粉射流的中下游区间，进行煤粉射流的中下游燃烧组织，提高煤粉射流的中下游区间的氧气浓度和煤粉燃烧速率，直接阻止煤粉射流的中下游区间的贴壁发生和。本方法实现了煤粉射流的中下游区间的燃烧组织和控制，防止水冷壁结焦和高温腐蚀的发生，并进一步地提高煤粉燃烧效率、降低NOx生成排放，扩大煤粉燃烧锅炉对燃用低挥发分、低灰熔点煤质的适烧能力，降低了燃料采购成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的切圆煤粉燃烧锅炉中煤粉射流的中下游的燃烧组织方法，涉及锅炉煤粉燃烧
；特别涉及具有低NOx生成排放要求、或高效燃烧节能要求、或防止锅炉结焦和防止水冷壁高温腐蚀要求的锅炉煤粉燃烧发电领域；具体涉及采用煤粉射流及热空气射流形成炉内切圆燃烧流场组织的锅炉煤粉燃烧

技术介绍
在切圆煤粉锅炉燃烧
和以此为基础的锅炉煤粉燃烧发电的工程应用中，携带煤粉的风粉混合物通过一次风煤粉燃烧器出口射流和燃烧所需的热空气通过二次风喷嘴出口射流，构成在炉内水平截面稳定的旋转燃烧组织方式，是国内外所有煤粉燃烧锅炉的最主要燃烧组织方式之一。在我国采用切圆煤粉燃烧组织的锅炉占有燃煤火力发电机组锅炉的50％以上容量，特别在600MW及以下容量的火力发电机组的锅炉中，更是占有高达80％以上的煤粉锅炉采用切圆燃烧的组织方式。煤粉锅炉的切圆燃烧组织，主要由直流一次风煤粉射流和直流二次风射流构成，主要分成两种形式，一是绝大部分切圆燃烧锅炉采用的水平截面“四角切圆”的射流燃烧组织方式，二是某些切圆燃烧锅炉采用的水平截面“四墙切圆”的射流燃烧组织方式。所谓的“四角切圆”煤粉燃烧锅炉的射流组织方式，是将携带煤粉的一次风煤粉燃烧器、提供燃烧所需空气的二次风喷嘴，以及在热风送粉系统中的三次风燃烧器布置在炉膛的四个角部位置，每个角部位置的多个一次风燃烧器、多个二次风喷嘴以及或有的三次风燃烧器沿炉膛高度方向上相邻布置，分别构成炉膛各角部的燃烧器组合装置。由四个角部的燃烧器组合装置包围的炉膛空间称为炉膛主燃烧区域。四个角部的同层一次风燃烧器以及同层二次风喷嘴的出口射流中心线分别与位于炉膛水平截面中心的假想圆同向相切，构成了炉膛水平截面的顺时针或者逆时针旋转的炉内流场组织。为了保证煤粉的稳定着火燃烧，炉膛主燃烧区域的水平截面必须形成稳定的顺时针或者逆时针旋转流场，以实现切圆煤粉燃烧锅炉的炉内水平截面“邻角点燃、四角相互支撑”的燃烧组织要求。而所谓的“四墙切圆”煤粉燃烧锅炉的射流组织方式，就是将“四角切圆”锅炉布置在炉膛四个角部位置的由一次风煤粉燃烧器、二次风喷嘴以及或有的三次风燃烧器构成燃烧器组合装置由角部位置移到炉膛的四面墙的某个位置，其余的布置方式以及燃烧流场组织都与“四角切圆”煤粉燃烧锅炉的射流组织方式相同。对于相同炉膛的水平截面尺寸，由于四墙布置的同层相邻的两组燃烧器喷嘴出口位置之间距离比四角布置的更近，有利于煤粉切圆燃烧的“邻角点燃”燃烧支撑，在600MW的煤粉切圆燃烧锅炉中也有少量应用。在切圆煤粉燃烧锅炉的燃烧
，至今已经过了80多年的研究发展和大量工程应用，锅炉燃煤发电也一直占有我国发电量的60％以上，至今仍然是我国最主要的能源利用形式。特别是从上世纪80年代末至今，为满足节能和环保的要求，国内外对锅炉切圆煤粉燃烧的理论研究、工程研发和工程应用都有了极大的发展。在切圆煤粉燃烧锅炉的一次风煤粉燃烧器
，从最初的钝体回流燃烧器、船型燃烧器、垂直浓淡分离燃烧器到水平浓淡分离燃烧器等等各种煤粉燃烧器的开发和应用，在实现煤粉的安全稳定着火方面取得了很好的效果，并且通过一次风煤粉浓淡分离实现分级燃烧在降低NOx生成方面也取得了一定的效果。在锅炉煤粉燃烧系统的燃烧组织
，为实现更低的NOx排放，开发了带有“分离型燃尽风(简称SOFA)”的炉膛燃烧系统组织方法和各种SOFA燃烧设备。该组织方法是沿炉膛高度方向将占有锅炉总进风量一部分的热空气移到远离煤粉燃烧器的炉膛上部，通过布置在炉膛上部的燃尽风喷嘴进入炉膛，实现炉膛高度方向上煤粉燃烧的整体后期组织。这样沿炉膛高度方向，可以将炉膛燃烧分成三个区域，在炉膛下部由一次风煤粉燃烧器和二次风喷嘴以及或有的三次风乏气燃烧器的燃烧器组合装置包围构成的炉膛主燃烧区域，该区域进入炉膛的热空气仅占煤粉燃烧所需理论空气量的85％左右；在炉膛上部是由通过分离型燃尽风SOFA喷嘴的热空气射流组织构成了炉膛燃尽区域，该区域进入的热空气占煤粉燃烧所需理论空气量的35％左右；在炉膛主燃烧区域与燃尽区域之间的炉膛中部称为炉膛还原区域，用来实现在主燃烧区域煤粉缺氧燃烧之后的NOx还原反应的时间需求。利用带有“分离型燃尽风”的炉膛燃烧系统组织方法，可以在炉膛出口较好地实现将40％～70％的NO还原成N2，从而实现煤粉锅炉燃烧的低NOx排放需求。在切圆煤粉燃烧锅炉炉膛水平截面的燃烧射流组织技术中，为了满足低NOx生成要求和稳定着火需求，从上世纪90年代中期，在一次风垂直浓淡分离的煤粉燃烧器基础上开发了水平浓淡分离的煤粉燃烧器，在炉膛的水平截面上，一次风煤粉射流分成浓淡两股射流，其浓侧煤粉射流布置并指向上游热烟气来流侧(简称向火侧)先着火燃烧，淡侧煤粉射流在背火侧。该技术在一定程度上也实现了煤粉出口的分级燃烧的效果，不仅降低了燃烧器出口位置煤粉燃烧的NOx生成，对煤粉着火稳定更有较好效果。在炉膛水平截面的一次风和二次风射流的切圆组织方面，也开发了各种一、二次风射流指向不同切圆大小的射流组织形式，期望实现分级燃烧降低NOx生成并获得炉内水平截面的“风包粉”流场组织。随着对于燃煤发电锅炉污染物排放的环保要求日益严格，自从2007年开始至今，国内绝大部分燃煤发电机组的切圆煤粉燃烧锅炉都采用了带有”分离型燃尽风SOFA”的低氮燃烧技术和各种低氮燃烧设备，以满足环保要求和尽可能地实现安全高效的运行要求。通过近10年来的工程应用，发现锅炉燃烧在实现降低NOx排放的基础上都不同程度地出现了以下问题：1、在炉膛主燃烧区域及还原区，燃烧器射流向火侧的炉膛水冷壁出现不同严重程度的水冷壁高温腐蚀发生；2、在炉膛主燃烧区域和还原区，燃烧器射流向火侧的炉膛水冷壁出现不同程度的结渣或结焦，特别在燃用低挥发分的贫瘦煤，或者灰熔点较低的煤质时，经常性出现炉膛严重结焦从而影响锅炉的安全稳定运行；3、炉膛出口的飞灰含碳量和炉膛底部出口的大渣含碳量在燃用低挥发份燃煤时都有不同程度上升，导致锅炉煤粉燃烧效率不同程度有所下降；4、锅炉燃用低灰熔点、或低挥发份燃煤的适应能力下降，影响锅炉的燃煤采购成本上升。上述问题在煤粉切圆燃烧锅炉中更是广泛发生，主要有以下两个方面的原因。首先，在带有“分离型燃尽风”低氮燃烧系统的炉膛主燃烧区域和还原区，由于煤粉燃烧所需空气量仅占煤粉燃烧理论空气量的85％左右，炉膛该区域平均处于缺氧状态而呈现还原性气氛，如果高浓度还原性气氛出现在炉膛四墙水冷壁附近或者煤粉贴壁燃烧，将必然导致水冷壁结焦和高温腐蚀的发生；第二，在目前的炉膛切圆燃烧系统组织中，不论是“四角切圆”还是“四墙切圆”的煤粉燃烧锅炉，炉膛四周分布的各燃烧器组合装置中，同一组中的一、二次风喷嘴出口都基本布置在炉膛水平截面投影的相同位置。根据切圆煤粉锅炉的燃烧组织技术原理，首先，一次风煤粉燃烧器出口的煤粉射流着火及燃烧初期所需氧气主要由携带煤粉的一次风提供，相邻的二次风喷嘴射流过早进入一次风煤粉射流反而会降低煤粉浓度——从而影响煤粉射流燃烧初期的安全稳定着火性能；其次，二次风射流在切圆燃烧组织系统中的主要作用是提供煤粉燃烧的中后期所需氧气和形成炉内稳定的切圆燃烧流场组织。由于同一组燃烧装置中的二次风射流与一次风煤粉射流都在炉膛水平截面上相同投影位本文档来自技高网...

【技术保护点】
切圆煤粉燃烧锅炉中煤粉射流的中下游的燃烧组织方法，其特征为：在切圆煤粉燃烧锅炉的炉膛主燃烧区域，分别对应一次风煤粉燃烧器，在距其出口煤粉射流的中下游位置较近的炉膛水冷壁中布置对应的墙式风喷嘴，在墙式风喷嘴中分别引入一部分热风，以射流形式直接喷入对应的一次风煤粉燃烧器射流的中下游区间，进行该煤粉射流的中下游燃烧组织，直接阻止煤粉射流在其中下游区间的贴壁发生和提高煤粉射流的中下游区间的氧气浓度和煤粉燃烧速率。

【技术特征摘要】
1.切圆煤粉燃烧锅炉中煤粉射流的中下游的燃烧组织方法，其特征为：在切圆煤粉燃烧锅炉的炉膛主燃烧区域，分别对应一次风煤粉燃烧器，在距其出口煤粉射流的中下游位置较近的炉膛水冷壁中布置对应的墙式风喷嘴，在墙式风喷嘴中分别引入一部分热风，以射流形式直接喷入对应的一次风煤粉燃烧器射流的中下游区间，进行该煤粉射流的中下游燃烧组织，直接阻止煤粉射流在其中下游区间的贴壁发生和提高煤粉射流的中下游区间的氧气浓度和煤粉燃烧速率。2.根据权利要求1所述的切圆煤粉燃烧锅炉中煤粉射流的中下游的燃烧组织方法，其特征在于：在炉膛水平截面上，各墙式风喷嘴射流出口中心线与位于炉膛中央的假想圆同侧相切，并构成与炉内切圆流场相同旋向的射流组织，与炉膛燃烧器组合装置的一次风、二次风射流共同构成炉内稳定的切圆旋转燃烧流场。3.根据权利要求1所述的切圆煤粉燃烧锅炉中煤粉射流的中下游的燃烧组织方法，其特征在于：所述的墙式风喷嘴位于炉膛四墙水冷壁的开孔中，其位置在水平方向上位于对应的一次风煤粉燃烧器和同层相邻下游的一次风煤粉燃烧器之间，在垂直方向上位于对应的一次风煤粉燃烧器和上层相邻一次风煤粉燃烧器之间，对于炉膛的最上层一次风煤粉燃烧器，对应的墙式风喷嘴位置在垂直方向上位于距最上层一次风煤粉燃烧器中心线的上部1.5米以内，墙式风喷嘴的最佳位置是在距离各自对应的一次风煤粉燃烧射流的中下游区间最近的水冷壁位置附近。4.根据权利要求1所述的切圆煤粉燃烧锅炉中煤粉射流的中下游的燃烧组织方法，其特征在于：对于采用直吹式制粉系统的锅炉，所述的一部分热风是来自经过锅炉空气预热器加热后的热空气。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽，
申请(专利权)人：中节环北京能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11