本發(fā)明屬于鍋爐領(lǐng)域，尤其涉及煤粉鍋爐爐膛。

背景技術(shù)：

大型常規(guī)煤粉鍋爐(指煤粉氣流和助燃劑送入方向與爐膛內(nèi)煙氣流向垂直的煤粉鍋爐，與之對(duì)應(yīng)的是的拱式燃燒鍋爐)采用的爐型主要有П型布置和塔型布置，也有少數(shù)T型鍋爐。與之匹配的燃燒方式有墻式燃燒和切向燃燒，其中墻式燃燒又包括單側(cè)的墻式燃燒和對(duì)沖燃燒，切向燃燒包括單切圓和雙切圓燃燒方式。現(xiàn)有常規(guī)煤粉鍋爐都采用燃燒區(qū)域等截面積爐膛結(jié)構(gòu)。

對(duì)于附圖1所示的典型П型布置鍋爐，圖中豎直向上箭頭為煙氣流動(dòng)方向，爐膛水冷壁和頂棚等部件包圍的空腔稱為爐膛，在爐膛出口及以后的煙道中布置有過熱器、再熱器等各種受熱面。在爐膛下部，前后墻水冷壁傾斜一定角度組成冷灰斗，在冷灰斗底部，留有間隙作為排渣出口。爐膛上部，有時(shí)會(huì)將后墻水冷壁彎曲成一個(gè)向爐膛內(nèi)突出的形狀，稱為折焰角。在爐膛下部布置了燃燒設(shè)備，包括燃燒器、風(fēng)箱、燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器、燃盡風(fēng)箱等，燃燒所需的燃料及空氣或氧氣等助燃劑從燃燒設(shè)備送入爐膛，并在爐膛內(nèi)發(fā)生熱解、氣化、燃燒等一系列反應(yīng)，釋放出燃料的化學(xué)能，生成高溫?zé)煔?。隨后高溫?zé)煔獾臒崃勘凰浔诘仁軣崦嫖铡?/p>

對(duì)于附圖2所示的典型塔型布置鍋爐，圖中豎直向上箭頭為煙氣流動(dòng)方向，除了爐內(nèi)受熱面布置型式，其爐膛結(jié)構(gòu)與П型布置鍋爐是相似的。

無論哪種布置型式和燃燒方式，常規(guī)煤粉鍋爐下部爐膛(本專利中指爐膛屏區(qū)受熱面以下部分的爐膛)均由四面垂直的水冷壁組成，各層燃燒器位置的爐膛截面積均相等。在爐膛底部，水冷壁前后墻傾斜一定角度形成冷灰斗。冷灰斗底部有間隙作為排渣口。

隨著國家能源局發(fā)布《關(guān)于下達(dá)火電靈活性改造試點(diǎn)項(xiàng)目的通知》的要求，要進(jìn)一步增加機(jī)組的調(diào)峰能力，即供熱機(jī)組增加20％額定容量的調(diào)峰能力，最小技術(shù)出力達(dá)到40％-50％額定容量；純凝機(jī)組增加15％-20％額定容量的調(diào)峰能力，最小技術(shù)出力達(dá)到30％-35％額定容量，要求機(jī)組不投油穩(wěn)燃時(shí)純凝工況最小技術(shù)出力達(dá)到20％-25％，針對(duì)鍋爐而言則需要滿足20-25％BMCR不投油穩(wěn)燃負(fù)荷的要求，并長期穩(wěn)定運(yùn)行，而現(xiàn)有常規(guī)煤粉鍋爐爐膛型式和燃燒器布置雖然技術(shù)很成熟，但要滿足20-25％BMCR不投油穩(wěn)燃負(fù)荷還是存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

1)現(xiàn)有鍋爐方案設(shè)計(jì)時(shí)均需要考慮滿負(fù)荷的煤種適應(yīng)能力和防結(jié)渣能力，因此鍋爐爐膛熱力指標(biāo)取的較低，因此在投運(yùn)單臺(tái)磨/單層燃燒器時(shí)，整個(gè)爐膛溫度水平和環(huán)境溫度較低，難以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)磨穩(wěn)燃，通常需要2臺(tái)磨相互配合，才能達(dá)到30％BMCR的穩(wěn)燃能力；

2)由于現(xiàn)有技術(shù)下層燃燒器區(qū)域燃燒強(qiáng)度較低，爐膛溫度不夠高，使下層燃燒器送入的煤粉燃盡率偏低，降低了鍋爐效率；

3)鍋爐點(diǎn)火升負(fù)荷期間是逐臺(tái)投入磨煤機(jī)的，一般先投運(yùn)與下層燃燒器對(duì)應(yīng)的磨煤機(jī)，如果爐膛溫度不夠高，煤粉進(jìn)入爐膛不會(huì)點(diǎn)燃，因此在投入煤粉之前往往要先投入輔助燃料油或者天然氣使?fàn)t膛內(nèi)溫度升高到允許投煤的條件，由于現(xiàn)有技術(shù)爐膛溫度升高緩慢，這樣就造成大量燃油或天然氣的消耗，使每次啟動(dòng)的成本居高不下。

4)由于冷灰斗的傾斜角度有一定要求，一般不小于55度，使得現(xiàn)有技術(shù)冷灰斗高度很大。因煤粉燃盡需要在爐膛內(nèi)有合理的停留時(shí)間，對(duì)上層燃燒器到爐膛出口的距離也有要求。這兩個(gè)因素造成了鍋爐高度很大，鍋爐制造成本高。

5)冷灰斗下半部分的煙氣溫度低，造成這個(gè)區(qū)域的水冷壁換熱強(qiáng)度低，受熱面利用不充分。

6)現(xiàn)有爐膛型式斷面積大，下組燃燒器區(qū)域煙氣溫度低，煤粉氣流加熱速度更慢，不利于揮發(fā)份快速析出，NOx控制不夠理想。研究表明，使煤中的揮發(fā)份快速析出有利于降低NOx生成，揮發(fā)份快速析出需要高的溫度，因此普遍采用制造回流區(qū)，讓回流的煙氣加熱煤粉氣流的技術(shù)，但是回流煙氣的溫度與爐膛內(nèi)的燃燒溫度相關(guān)，在下組燃燒器區(qū)域不易獲得理想的高溫回流煙氣；另一方面，現(xiàn)代鍋爐普遍采用空氣深度分級(jí)技術(shù)降低NOx的排放，燃燒區(qū)域供應(yīng)的空氣比煤粉完全燃燒所需的空氣量少時(shí)，也就是形成還原性氣氛時(shí)，NOx會(huì)被還原成N2，NOx的生成量會(huì)降低。在還原性氣氛下，根據(jù)阿累尼烏斯定律，提高煙氣溫度能加快還原反應(yīng)速度，減少NOx生成?，F(xiàn)有爐膛結(jié)構(gòu)的下組燃燒器區(qū)域煙氣溫度較低，還原反應(yīng)速度受到抑制，該區(qū)域的NOx不能得到充分還原。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提出一種燃燒區(qū)變截面積爐膛結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有常規(guī)煤粉鍋爐爐膛型式存在的上述問題，特別是單臺(tái)磨穩(wěn)燃的能力，可使鍋爐達(dá)到單臺(tái)磨穩(wěn)燃，達(dá)到20％BMCR的不投油穩(wěn)燃能力。

本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種燃燒器區(qū)域變截面適應(yīng)靈活性調(diào)峰的煤粉鍋爐爐膛，不同燃燒器層的爐膛截面積不完全相同，燃燒器區(qū)域的爐膛截面積沿?zé)煔饬飨蛑饾u擴(kuò)大，變截面段爐膛截面積與其下游燃燒器對(duì)應(yīng)的爐膛截面積比值為0.7～0.95。

本專利中，所述“燃燒器區(qū)域的爐膛截面積沿?zé)煔饬飨蛑饾u擴(kuò)大”并不限制要求爐膛截面積必須隨煙氣流向嚴(yán)格遞增，而是只需要總體上遞增即可，即允許部分爐膛截面積隨煙氣流量不變。其中特定控制變截面段爐膛截面積與其下游燃燒器對(duì)應(yīng)的爐膛截面積比值，若太小可能造成局部易結(jié)渣，更優(yōu)選0.75～0.9。

作為選擇，在爐膛燃燒器區(qū)域設(shè)置一級(jí)或多級(jí)斜坡段，形成變截面積爐膛，斜坡段與冷灰斗之間直連或垂直段過渡，斜坡段設(shè)置在某一面水冷壁，或者設(shè)置在多面水冷壁。作為一種變截面的方式，本方案中采用一級(jí)或多級(jí)斜坡段，形成變截面積爐膛。

作為選擇，斜坡段可以是前后墻或左右側(cè)墻對(duì)稱的，也可以是不對(duì)稱的。但優(yōu)先采用對(duì)稱布置。

作為選擇，各斜坡段之間由垂直段過渡，燃燒器可以安裝在垂直段水冷壁上，也可以安裝在斜坡段。優(yōu)先安裝在垂直段，減少噴口上端結(jié)渣。

作為選擇，爐膛立式布置，斜坡段與煙氣流向的傾斜角度夾角在5～35°范圍，可避免本專利的斜坡段積灰或堆渣，更優(yōu)選15～35°。若爐膛為臥式布置(煙氣橫向經(jīng)過爐膛，燃燒器沿水平分布)，此斜度不做限制。

作為選擇，燃燒器的煙氣下游設(shè)置有一層或多層燃盡風(fēng)。

本專利的爐膛深度減小，冷灰斗高度可相應(yīng)減小，比傳統(tǒng)技術(shù)可降低1～5米，在相同煤粉停留時(shí)間條件下，本專利鍋爐的高度比常規(guī)鍋爐降低，節(jié)約了鍋爐制造成本。如果采用與常規(guī)爐膛相同的高度，在下組燃燒器與冷灰斗距離相同的條件下，新型爐膛結(jié)構(gòu)鍋爐的燃燒器標(biāo)高可以降低，煤粉在爐內(nèi)的燃燒時(shí)間更長，鍋爐效率更高。

前述本發(fā)明主方案及其各進(jìn)一步選擇方案可以自由組合以形成多個(gè)方案，均為本發(fā)明可采用并要求保護(hù)的方案；且本發(fā)明，(各非沖突選擇)選擇之間以及和其他選擇之間也可以自由組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員在了解本發(fā)明方案后根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和公知常識(shí)可明了有多種組合，均為本發(fā)明所要保護(hù)的技術(shù)方案，在此不做窮舉。

本發(fā)明的有益效果：本專利的創(chuàng)新點(diǎn)在于進(jìn)入過熱器/再熱器之前的爐膛區(qū)域采用多級(jí)布置，因此該結(jié)構(gòu)既適用于П型鍋爐，也適用于塔型鍋爐/T型鍋爐，既適用于立式布置鍋爐，也適用于臥式布置鍋爐。新型變截面爐膛結(jié)構(gòu)提高了爐膛下部的燃燒強(qiáng)度，優(yōu)先應(yīng)用于燃高灰熔點(diǎn)燃料的固態(tài)排渣鍋爐。采用本專利的爐膛結(jié)構(gòu)，可以解決現(xiàn)有爐膛型式存在的問題，有以下有益效果：

1)新型爐膛使下組燃燒器區(qū)域的燃燒強(qiáng)度加強(qiáng)，煙氣溫度提高，低負(fù)荷穩(wěn)燃能力提高，最低穩(wěn)燃負(fù)荷比現(xiàn)有技術(shù)可降低10％BMCR，可實(shí)現(xiàn)單臺(tái)磨穩(wěn)燃，實(shí)現(xiàn)機(jī)組20％BMCR工況的不投油穩(wěn)燃能力，滿足機(jī)組靈活性調(diào)峰的要求。

2)由于鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃能力提高，機(jī)組啟停階段消耗的輔助燃料或能源減少，降低了電廠運(yùn)行成本。

3)提高了下層燃燒器區(qū)域的爐膛煙氣溫度，送入爐膛的煤粉燃盡率提高，鍋爐效率得以改善。

4)本專利相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)冷灰斗高度可減小，在相同煤粉停留時(shí)間條件下，鍋爐的高度比常規(guī)鍋爐降低，節(jié)約了鍋爐制造成本。如果采用與常規(guī)爐膛相同的高度，在下組燃燒器與冷灰斗距離相同的條件下，新型爐膛結(jié)構(gòu)鍋爐的燃燒器標(biāo)高可以降低，煤粉在爐內(nèi)的燃燒時(shí)間更長，鍋爐效率更高。

5)冷灰斗比常規(guī)鍋爐小，爐膛內(nèi)水冷壁受熱面利用更充分。

6)下組燃燒器區(qū)域的煙氣溫度提高，由于采用空氣分級(jí)燃燒技術(shù)，該區(qū)域?yàn)榍费鯀^(qū)，還原反應(yīng)速度隨溫度升高而加快，強(qiáng)化了NOx還原，減少燃料型NOx的生成?；亓鳠煔鉁囟雀叽龠M(jìn)了煤中更多的揮發(fā)份析出，也有利于NOx控制。由于燃料型NOx占總NOx的70％以上，下組燃燒器區(qū)域的煙溫適當(dāng)提高但不足以使熱力型NOx飛升，因此總的NOx會(huì)比常規(guī)爐膛降低。

附圖說明

圖1是常規(guī)П型煤粉爐爐膛結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2時(shí)常規(guī)塔式煤粉鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中1爐膛、2爐膛出口及以后的煙道、3排渣出口、10爐膛水冷壁、20斜坡段、30頂棚、50受熱面、11冷灰斗、12折焰角、101燃燒器、102風(fēng)箱、103燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器、104燃盡風(fēng)箱。

具體實(shí)施方式

下列非限制性實(shí)施例用于說明本發(fā)明。

實(shí)施例1：

參考圖3所示，一種燃燒器區(qū)域變截面適應(yīng)靈活性調(diào)峰的煤粉鍋爐爐膛，不同燃燒器層的爐膛截面積不完全相同，燃燒器區(qū)域的爐膛截面積沿?zé)煔饬飨蛑饾u擴(kuò)大(即A2<A1<A0)，變截面段爐膛截面積與其下游燃燒器對(duì)應(yīng)的爐膛截面積比值為0.75～0.95(即A2:A0＝0.75～0.95，A1:A0＝0.75～0.95)。作為優(yōu)選，在爐膛燃燒器區(qū)域設(shè)置一級(jí)或多級(jí)斜坡段，形成變截面積爐膛，斜坡段與冷灰斗之間直連或垂直段過渡，斜坡段設(shè)置在某一面水冷壁，或者設(shè)置在多面水冷壁。如本實(shí)施例圖3所示，П型煤粉爐爐膛，在爐膛燃燒器區(qū)域設(shè)置一級(jí)斜坡段，斜坡段與冷灰斗之間直連，斜坡段前后墻對(duì)稱布置。斜坡段與煙氣流向(圖中為豎直向上方向)的傾斜角度夾角在5～35°范圍。燃燒器包括布置于變截面段爐膛的2層燃燒器，以及之上的1層上層燃燒器(下游燃燒器)。燃燒器的煙氣下游設(shè)置有一層燃盡風(fēng)。

實(shí)施例2：

參考圖4所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，其區(qū)別在于：在爐膛燃燒器區(qū)域設(shè)置2級(jí)斜坡段，形成變截面積爐膛，斜坡段與冷灰斗之間垂直段過渡，各斜坡段之間由垂直段過渡，變截面段爐膛的2層燃燒器安裝在垂直段水冷壁上，其上還有1層上層燃燒器(下游燃燒器)。

實(shí)施例3：

參考圖5所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，其區(qū)別在于：在爐膛燃燒器區(qū)域設(shè)置1級(jí)斜坡段，形成變截面積爐膛(即A1<A0，且A1:A0＝0.75～0.95)，斜坡段與冷灰斗之間垂直段過渡，變截面段爐膛的1層燃燒器安裝在垂直段水冷壁上，其上還有2層上層燃燒器(下游燃燒器)。

實(shí)施例4：

參考圖6所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，其區(qū)別在于：為塔式煤粉爐爐膛，在爐膛燃燒器區(qū)域設(shè)置2級(jí)斜坡段，形成變截面積爐膛，斜坡段僅設(shè)置在前墻。斜坡段與冷灰斗之間垂直段過渡，變截面段爐膛的2層燃燒器安裝在垂直段水冷壁上，其上還有1層上層燃燒器(下游燃燒器)。

應(yīng)用示例：

以660MW燃高灰熔點(diǎn)煤的超臨界墻式對(duì)沖燃燒煤粉鍋爐為例，結(jié)合附圖1、5說明如下：

1)常規(guī)設(shè)計(jì)(圖1)：

爐膛寬約22米，爐膛深15.5米，冷灰斗傾斜角度(與水平夾角)為55°，爐膛截面面積約340平方米。配6臺(tái)磨煤機(jī)，每臺(tái)磨煤機(jī)匹配6只燃燒器，燃燒器層間距約4.5米，燃燒器單只功率～50MW，燃燒器口徑約1100mm，火炬長度不超過4倍燃燒器口徑，即～4.5米，啟動(dòng)時(shí)先投對(duì)應(yīng)下層燃燒器的磨煤機(jī)，一臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)斷面熱負(fù)荷為0.882MW/m²，滿負(fù)荷時(shí)爐膛斷面熱負(fù)荷為4.41MW/m²?？梢妴?dòng)階段斷面燃燒強(qiáng)度比滿負(fù)荷時(shí)有很大差距。

2)本專利方案設(shè)計(jì)(圖5)：

第二層燃燒器以上爐膛斷面與常規(guī)設(shè)計(jì)相同，仍為22米寬，15.5米深。在下層燃燒器與第二層燃燒器之間設(shè)置一高度為2米、傾斜角度為60°的斜坡(斜坡段與煙氣流向的夾角為30°)，下層燃燒器位置的爐膛深度為13.19米，深度減小了2.31米，爐膛深度仍可滿足前后墻獨(dú)立火炬不互相干擾，爐膛斷面積減小為上層燃燒器斷面的85％。下層燃燒器到冷灰斗拐點(diǎn)的距離按與常規(guī)設(shè)計(jì)相同設(shè)計(jì)，冷灰斗高度減小了1.649米。對(duì)應(yīng)一臺(tái)磨的斷面熱負(fù)荷為1.036MW/m²，比常規(guī)設(shè)計(jì)方案提高了18％，穩(wěn)燃能力大大增強(qiáng)。變截面區(qū)域爐膛煙溫比傳統(tǒng)技術(shù)提高50～100℃”和“氮氧化物降低10％。在維持相同燃燒效率的情況下，爐膛高度可降低至少1米，鍋爐成本可降低約100萬元。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。