一種前后墻對沖燃燒鍋爐的貼壁風系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種前后墻對沖燃燒鍋爐的貼壁風系統(tǒng)，包括通過貼壁風風道依次連接的供風源裝置和貼壁風噴嘴，所述貼壁風噴嘴設于對沖燃燒鍋爐的前墻和后墻的邊緣處；供風源裝置包括高壓氣源以及串聯(lián)的一次風機、空氣預熱器，所述空氣預熱器和高壓氣源并聯(lián)設置；所述貼壁風噴嘴包括通過轉動軸活動連接的殼體和一對整流葉片。該貼壁風系統(tǒng)結構簡單、實施方便，通過將貼壁風系統(tǒng)設置于前墻和后墻的邊緣，能夠使貼壁風平行于側壁水冷壁流動，通過采用高壓氣源和特定的噴嘴，能夠保證貼壁風穿透深度，防止沖刷磨損水冷壁，從而有效防止水冷壁結焦及高溫腐蝕的問題。
【專利說明】一種前后墻對沖燃燒鍋爐的貼壁風系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于火力發(fā)電設備領域，涉及一種能夠有效防止前后墻對沖燃燒鍋爐水冷壁結焦及高溫腐蝕的貼壁風系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]前后墻對沖燃燒鍋爐因其燃燒設備和受熱面布置方面的優(yōu)勢，已成為國內超臨界和超超臨界鍋爐主要采用的燃燒設備之一，在國內在役火電機組中應用廣泛。為了實現(xiàn)高效、經(jīng)濟、環(huán)保運行，該類爐型通常采用空氣分級燃燒的方式控制NOx排放。所謂空氣分級燃燒就是將燃料燃燒所需空氣分級送入爐膛?？諝夥旨壢紵仩t通常包括主燃區(qū)、還原區(qū)和燃盡區(qū)三部分。在主燃區(qū)，即燃燒器所在區(qū)域，給入燃料燃燒所需風量的70?90%，燃料在缺氧條件下燃燒，不僅可以控制熱力型NOx的生成，還能夠還原部分燃料型NOx ;主燃區(qū)和燃盡區(qū)之間為氧濃度極低的還原區(qū)，主燃區(qū)生成的NOx在該區(qū)段被CxHy、C0、煤焦及H2等還原性物質還原為N2 ;在距頂層燃燒器上部一定距離的燃盡區(qū)，給入燃料完全燃燒所需的余下空氣，主燃區(qū)未燃盡的焦炭及氣體組分在該區(qū)域富氧條件下完全燃燒。通過空氣分級燃燒可以使NOx排放降低30%?50%。
[0003]然而，爐內強還原區(qū)的形成雖然可以降低NOx的排放，但是也給鍋爐的安全運行帶來一些列的問題。首先，還原區(qū)氣體中含有大量強腐蝕性氣體，如45402等；這些氣體在一定條件下極易破壞水冷壁表面的氧化鐵保護膜，從而導致水冷壁出現(xiàn)嚴重的硫酸鹽和硫化物型高溫腐蝕。其次，隨著爐內氣氛還原性增強，煤的灰熔點將大幅度降低，這不僅會造成該區(qū)域水冷壁嚴重結渣，而且還會加速受熱面的高溫腐蝕。另外，隨著NOx排放要求的日益提高，電廠為了進一步降低NOx排量，不斷增強空氣分級的程度，降低主燃區(qū)和還原區(qū)氧量，加大燃盡風的比例，這種做法使得水冷壁結渣和高溫腐蝕問題更加突出。如何在保證前后墻對沖燃燒鍋爐低NOx排放的同時，確保爐膛水冷壁不發(fā)生高溫腐蝕和結渣，成為該類鍋爐亟待解決的問題。
[0004]目前，針對前后墻對沖鍋爐水冷壁高溫腐蝕及結渣問題，出現(xiàn)了一些解決的措施和方法。其中，合理組織爐膛內空氣動力場、增加水冷壁區(qū)域氧量，是解決前后墻對沖鍋爐水冷壁結渣和高溫腐蝕問題最經(jīng)濟的方式。但是，研究發(fā)現(xiàn)，由于前后墻對沖燃燒鍋爐的燃燒器和燃盡風噴口均布置在爐膛的前、后墻上，在兩側墻上均未布置任何空氣補給裝置，通過爐內空氣動力場的優(yōu)化調整，只能解決前后墻水冷壁結渣和高溫腐蝕問題，難以解決兩側墻水冷壁結渣和高溫腐蝕問題。
[0005]為了解決側墻水冷壁高溫腐蝕和結渣問題，國內外高校、電科院及鍋爐廠家也提出了許多措施。中國專利200520020312.5公開了一種防止水冷壁高溫腐蝕和結渣的燃燒器墻式布置的鍋爐裝置，指出將鍋爐主燃區(qū)側墻水冷壁鰭片取下形成縫隙噴口，將部分二次風從此噴入爐膛內，從而實現(xiàn)向側墻水冷壁區(qū)域補氧防結渣的目的，但是由于縫隙內沒有布置貼壁風通道，二次風經(jīng)縫隙垂直于水冷壁直接噴入爐膛，并不能形成貼壁風幕。另夕卜，該縫隙僅布置在主燃區(qū)，無法抑制最上層燃燒器與燃盡風噴口之間還原區(qū)的高溫腐蝕及結渣問題。此外，取下鰭片形成的縫隙尺寸過小(一般6?7mm)，阻力大，噴入爐膛的氣流剛性差，也極易被主氣流卷吸，很難形成穩(wěn)定的貼壁風。
[0006]為了使噴入爐膛內的氣流沿著壁面流動，中國專利200810044352.1公開了一種前后墻對沖燃燒鍋爐爐膛及在側墻上設置空氣噴嘴的方法，提出將部分二次風通過布置在側墻上的外旋流內直流噴嘴送入爐膛，從而實現(xiàn)對爐膛中心補氧的同時，形成貼側壁流動的貼壁風。但是由于旋流噴口阻力大，當風量較小時，旋流效果較差，噴入爐內的旋轉氣流極易被逐氣流卷吸，造成壁面區(qū)域補氧不足，不能解決側墻高溫腐蝕和結渣的問題。當風量較大時，旋流強度雖然可以增強，但過早的將大量氧氣補給到爐膛中，破壞了空氣分級燃燒的初衷，不利于降低NOx排量。
[0007]中國專利201210577062.X公開了一種貼壁風分段送入爐體結構，中國專利201210373292.4公開了一種前后墻對沖燃燒鍋爐側墻貼壁風添加裝置，均提出通過在側墻水冷壁內側安裝擋板和噴嘴，從而使得二次風沿著水冷壁流動形成穩(wěn)定的貼壁風。這種方式雖能解決貼壁風沿水冷壁平行流動的問題，但是在水冷壁內側安裝內構件會給鍋爐安全運行帶來影響。另外，采用擋板直接將二次風阻擋流向水冷壁，會導致水冷壁的磨損。
[0008]綜合以上分析，現(xiàn)有技術對于前后墻對沖燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕及結渣問題的解決方法，主要存在以下幾方面的問題:
[0009](I)貼壁風剛性不足
[0010]現(xiàn)有技術中使用的貼壁風絕大多數(shù)以二次風作為風源，而電站鍋爐中二次風風壓較低，作為貼壁風直接噴入爐膛，由于壓力低、剛性不足，會及早混入主燃區(qū)，破壞還原區(qū)氣氛，不利于分級燃燒降低NOx ;另外，氣流的剛性不足還會造成貼壁風在距離噴口極短的距離內即偏離水冷壁，從而影響貼壁風的有效覆蓋范圍。
[0011](2)貼壁風沖刷磨損水冷壁
[0012]現(xiàn)有技術采用的貼壁風布置方式中，要么貼壁風與水冷壁之間的距離太近，要么通過擋板直接將貼壁風阻擋流向水冷壁，由此會造成貼壁風直接沖刷水冷壁。由于二次風中含有煙氣漏來的飛灰，直接沖刷水冷壁會造成水冷壁磨損，導致爆管，影響鍋爐安全運行。
[0013](3)內構件磨損嚴重且影響鍋爐運行
[0014]為了使噴入爐內的貼壁風平行于水冷壁流動，現(xiàn)有技術采用的在側墻水冷壁內側安裝導流裝置，該種方式雖然可以保證貼壁風貼壁流動，但是由于內構件凸出水冷壁，不僅使其磨損嚴重，而且還導致該位置容易掛焦結渣，影響鍋爐安全運行。
[0015]綜上所述，針對前后墻對沖燃燒鍋爐水冷壁高溫腐蝕及結渣問題，現(xiàn)有的一些解決措施和方法均存在一定的局限性，在應用過程中無法從根本上解決該問題。如何在保證消除水冷壁貼壁煙氣中的還原性氣體條件下，盡可能地減少貼壁風風量，不影響爐膛中心的燃燒，不破壞爐膛中心的還原性氣氛，不沖刷磨損水冷壁表面，是解決前后墻對沖鍋爐水冷壁結渣和高溫腐蝕,實現(xiàn)低NOx排放的基本原則。

【發(fā)明內容】

[0016]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是提供一種能夠有效防止前后墻對沖燃燒鍋爐水冷壁結焦及高溫腐蝕的貼壁風系統(tǒng)。[0017]技術方案:本發(fā)明提供的一種前后墻對沖燃燒鍋爐的貼壁風系統(tǒng)，包括通過貼壁風風道(52)依次連接的風源裝置(2)和貼壁風噴嘴(51)，所述貼壁風噴嘴(51)設于對沖燃燒鍋爐的前墻(11)和后墻(12 )的邊緣處。
[0018]將前后墻對沖燃燒鍋爐的貼壁風布置在前墻和后墻上，能夠保證在爐膛內部不加內構件的前提下實現(xiàn)貼壁風平行于側墻水冷壁流動，從而有效解決了貼壁風布置于側墻氣流難以平行于水冷壁流動的問題，能夠有效增大水冷壁近表面氧氣濃度，減弱對爐膛中心還原性氣氛的破壞作用，大大降低水冷壁結焦及高溫腐蝕的風險。
[0019]作為改進，所述風源裝置(2)包括高壓氣源(22)以及串聯(lián)的一次風機(23)、空氣預熱器(21)，所述空氣預熱器(21)和高壓氣源(22)并聯(lián)設置；根據(jù)使用條件及出風壓力，貼壁風系統(tǒng)5的風源具有多種選擇:空氣預熱器21的熱一次風，或者高壓氣源22的出風，或者空氣預熱器21的熱一次風與高壓氣源22的出風的混合；從而確保貼壁風噴口氣流具有較大的剛性，保證其沿水冷壁的穿透深度，實現(xiàn)用少量的風覆蓋盡可能大的區(qū)域的目的。此外，采用熱一次風作為貼壁風源，可降低空預器出口排煙溫度，提高鍋爐效率。
[0020]作為另一種改進，所述貼壁風噴嘴(51)包括通過轉動軸(513)活動連接的殼體(511)和一對整流葉片(512);采用帶有可調整流葉片的貼壁風噴嘴，通過調節(jié)貼壁風噴嘴內部整流葉片的擺角，可改變噴嘴出口縫隙的寬度，實現(xiàn)對貼壁風沿水冷壁穿透深度及其與水冷壁之間距離的調節(jié)，從而有效解決貼壁風沖刷水冷壁和穿透深度有限的問題。
[0021]作為另一種改進，所述整流葉片(512)距殼體(511)底部距離為50-100mm ;這樣的結構一方面能夠保證上部密封，另一方面在其底部留有足夠的空間，從而能夠使飛灰隨氣流排出，以防飛灰堵塞葉片。
[0022]作為另一種改進，所述貼壁風風道(52)上設有流量測量裝置和控制閥。
[0023]作為另一種改進，還包括一組02/C0濃度測量裝置(8)，02/C0濃度測量裝置(8)設于左側墻(13)的中部和右側墻(14)的中部。
[0024]有益效果:本發(fā)明提供的前后墻對沖燃燒鍋爐的貼壁風系統(tǒng)結構簡單、實施方便，通過將貼壁風系統(tǒng)設置于前墻和后墻的邊緣，能夠使貼壁風平行于側壁水冷壁流動，通過采用高壓氣源和特定的噴嘴，能夠保證貼壁風穿透深度，防止沖刷磨損水冷壁，從而有效預防水冷壁結焦及高溫腐蝕的問題。
[0025]具體而言，本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有以下突出的優(yōu)勢:
[0026]( I)本發(fā)明首次采用將前后墻對沖燃燒鍋爐的貼壁風布置在前墻和后墻上，能夠保證在爐膛內部不加內構件的前提下實現(xiàn)貼壁風平行于側墻水冷壁流動，從而有效解決了貼壁風布置于側墻氣流平行于水冷壁流動難的問題。
[0027](2)本發(fā)明首次提出采用空氣預熱器出口熱一次風和高壓空氣作為前后墻對沖燃燒鍋爐貼壁風的氣源，增加了貼壁風的剛性，提高了其沿水冷壁的穿透深度，從而實現(xiàn)了用少量的風覆蓋盡可能大的區(qū)域的目的。此外，采用熱一次風作為貼壁風源，可降低空預器出口排煙溫度，提高鍋爐效率。
[0028](3)本發(fā)明首次提出采用帶有可調整流葉片的貼壁風噴嘴調節(jié)貼壁風穿透深度及其與水冷壁之間的距離，通過調節(jié)貼壁風噴嘴內部整流葉片的擺角，可改變噴嘴出口縫隙的寬度，實現(xiàn)對貼壁風沿水冷壁穿透深度及其與水冷壁之間距離的調節(jié)，從而有效解決貼壁風沖刷水冷壁和穿透深度有限的問題?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0029]圖1是前后墻對沖燃燒鍋爐的結構示意圖；
[0030]圖2是前后墻對沖燃燒鍋爐的縱截面結構示意圖；
[0031]圖3是前后墻對沖燃燒鍋爐的水平截面結構示意圖；
[0032]圖4是貼壁風噴嘴的縱截面結構示意圖；
[0033]圖5是貼壁風噴嘴的水平截面結構圖；
[0034]圖6是貼壁風噴嘴的一種安裝方式示意圖；
[0035]圖7是貼壁風噴嘴的另一種安裝方式示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖對本發(fā)明的前后墻對沖燃燒鍋爐的貼壁風系統(tǒng)做出進一步說明。
[0037]前后墻對沖燃燒鍋爐，包括本發(fā)明的貼壁風系統(tǒng)5，見圖1至圖3，包括爐膛1、二次風系統(tǒng)3、燃盡風系統(tǒng)4、包括風源裝置2的貼壁風系統(tǒng)5、燃燒器6、冷灰斗7、C0/02測量裝置8。
[0038]二次風系統(tǒng)3、燃盡風系統(tǒng)4、貼壁風系統(tǒng)5均與風源裝置2連接；燃燒器6設于二次風系統(tǒng)3內，每行4-6個；冷灰斗7設于爐膛I底部。左側墻13的中部和右側墻14的中部均設有一組02/C0濃度測量裝置8。
[0039]爐膛I包括前墻11、后墻12、左側墻13和右側墻14 ;爐膛I的前墻11、后墻12、左側墻13和右側墻14均由緊密連接的水冷壁管15以及設于水冷壁管上的鰭片16組成。
[0040]爐膛I的前墻11和后墻12的下部外側相對設有與爐膛I內連通的二次風系統(tǒng)3 ；二次風系統(tǒng)3包括依次連接的二次風門31和二次風室32。本發(fā)明中，二次風室32的數(shù)量為3個，可選地，其數(shù)量也可以根據(jù)需要合理設置，優(yōu)選I至5個。
[0041]爐膛I的前墻11和后墻12的上部相對設有燃盡風系統(tǒng)4，且與二次風系統(tǒng)3間隔一定距離設置；燃盡風系統(tǒng)4包括燃盡風噴口 43以及依次連接的燃盡風風門41和燃盡風風室42，燃盡風噴口 43設于燃盡風風室42內。
[0042]爐膛I的前墻11和后墻12邊緣處相對設有貼壁風系統(tǒng)5 ;貼壁風系統(tǒng)5，見圖4至5，包括通過貼壁風風道52連接的風源裝置2和貼壁風噴嘴51，貼壁風風道52上設有流量測量裝置和控制閥；貼壁風噴嘴51包括通過轉動軸513活動連接的殼體511和一對整流葉片512 ;整流葉片512距殼體511底部距離為75mm，可選地，其距離也可以根據(jù)需要合理設置，優(yōu)選50-100_。
[0043]風源裝置2可僅為空氣預熱器21，也可包括并聯(lián)的空氣預熱器21和高壓氣源22 ；熱一次風與高壓空氣氣源串聯(lián)，可以有效解決熱一次風風量或壓力不足造成的貼壁風剛性減弱，影響貼壁風沿水冷壁穿透深度有限的問題。
[0044]貼壁風噴嘴51在前墻11和后墻12上的布置方式根據(jù)水冷壁管15的設置方式不同有多種可行的方式，下面給出兩種典型的方式:
[0045]其一，見圖6，水冷壁管垂直布置時，貼壁風噴嘴51在水冷壁管15形成的水冷壁上的布置方式是將與前墻11和后墻12垂直的鰭片16取下，然后左右側后拉，形成方形空洞，然后將噴口放入。貼壁風噴嘴51的高度可與二次風室32、燃盡風風室42的高度相同。[0046]其二，見圖7，水冷壁管螺旋布置時，貼壁風噴嘴51在水冷壁管15形成的水冷壁上布置方式是將前墻11和后墻12的鰭片16取下，然后上下側后拉，將噴口放入。貼壁風噴嘴51高度較小，貼壁風覆蓋的面積有限，為了彌補這個缺點，在二次風室32、燃盡風風室42沿高度方向上布置多個噴嘴，二次風室32、燃盡風風室42內貼壁風噴嘴51的數(shù)量可根據(jù)水冷壁壁面區(qū)域氣氛的分布特征確定。
[0047]使用時，空氣預熱器21設有熱一次風出口、熱二次風出口，熱二次風出口的二次風通入二次風系統(tǒng)3和燃盡風系統(tǒng)4，噴入爐膛；熱一次風分成兩部分，一部分通入磨煤機干燥、攜帶煤粉進入燃燒器，另一部分作為貼壁風風源之一，通過貼壁風風道，進入貼壁風噴嘴。根據(jù)使用條件及出風壓力，貼壁風系統(tǒng)5的風源具有多種選擇:空氣預熱器21出口的熱一次風，或者高壓氣源22的高壓空氣，或者空氣預熱器21的熱一次風與高壓氣源22的高壓空氣的混合；通過各管道上的閥門控制流量，二次風系統(tǒng)3在爐膛I下部形成主燃區(qū)，燃料在缺氧條件下燃燒，不僅可以控制熱力型NOx的生成，還能夠還原部分燃料型NOx ;燃燒產(chǎn)物上升至二次風系統(tǒng)3和燃盡風系統(tǒng)4之間形成的還原區(qū)內，主燃區(qū)生成的NOx在該區(qū)段被CxHy、CO、煤焦及H2等還原性物質還原為N2 ;產(chǎn)物上升至燃盡風系統(tǒng)4形成的燃盡區(qū)內，給入燃料完全燃燒所需的余下空氣，主燃區(qū)未燃盡的焦炭及氣體組分在該區(qū)域富氧條件下完全燃燒。主燃區(qū)、還原區(qū)、燃盡區(qū)內均設有貼壁風系統(tǒng)5，根據(jù)CO和O2流量測量裝置測得的值，調整貼壁風噴嘴51的貼壁風的流量，預防前后墻對沖燃燒鍋爐水冷壁結焦及高溫腐蝕。
【權利要求】
1.一種前后墻對沖燃燒鍋爐的貼壁風系統(tǒng)，其特征在于:所述貼壁風系統(tǒng)(5)包括通過貼壁風風道(52)依次連接的風源裝置(2)和貼壁風噴嘴(51)，所述貼壁風噴嘴(51)設于對沖燃燒鍋爐的前墻(11)和后墻(12)的邊緣處。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種前后墻對沖燃燒鍋爐的貼壁風系統(tǒng)，其特征在于:所述風源裝置(2)包括高壓氣源(22)以及串聯(lián)的一次風機(23)、空氣預熱器(21)，所述空氣預熱器(21)和高壓氣源(22)并聯(lián)設置。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種前后墻對沖燃燒鍋爐的貼壁風系統(tǒng)，其特征在于:所述貼壁風噴嘴(51)包括通過轉動軸(513 )活動連接的殼體(511)和一對整流葉片(512)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種前后墻對沖燃燒鍋爐的貼壁風系統(tǒng)，其特征在于:所述整流葉片(512)距殼體(511)底部距離為50-100mm。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種前后墻對沖燃燒鍋爐的貼壁風系統(tǒng)，其特征在于:所述貼壁風風道(52)上設有流量測量裝置和控制閥。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種前后墻對沖燃燒鍋爐的貼壁風系統(tǒng)，其特征在于:還包括一組02/C0濃度測量裝置(8)，02/C0濃度測量裝置(8)設于前后墻對沖燃燒鍋爐的左側墻(13)的中部和右側墻(14)的中部。
【文檔編號】F23C7/00GK103438437SQ201310324904
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權日:2013年7月30日
【發(fā)明者】劉建民, 黃啟龍, 戴維葆, 陳國慶 申請人:國電科學技術研究院