一種燃燒切圓可控的鍋爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種燃燒切圓可控的鍋爐，包括由多個墻面圍成的爐膛，爐膛包括主燃區(qū)和燃盡區(qū)，主燃區(qū)和燃盡區(qū)均設(shè)有燃燒器，燃燒器通過管道與噴口相連接，所述主燃區(qū)各相鄰墻面的拐角處分別設(shè)有多個豎向排列的角式一次風(fēng)噴口和角式二次風(fēng)噴口，所述主燃區(qū)的各個墻面的二次風(fēng)等高位置分別設(shè)有多個豎向排列的墻式二次風(fēng)噴口，所述各個噴口均朝向鍋爐內(nèi)部并且均可以調(diào)整射流方向。本發(fā)明中設(shè)有角式二次風(fēng)噴口和墻式二次風(fēng)噴口，鍋爐工作時可根據(jù)實(shí)際需要，調(diào)節(jié)墻式二次風(fēng)噴口和角式二次風(fēng)噴口的流量及射流方向來控制燃燒。這樣能十分有效地控制爐膛燃燒切圓大小，有效降低氮氧化物的生成，同時避免燃燒器近壁燃燒引起的爐膛結(jié)焦。
【專利說明】—種燃燒切圓可控的鍋爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃燒設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種燃燒切圓可控的鍋爐。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代鍋爐直流燃燒器的布置方式中，主要的布置方式是一次風(fēng)、二次風(fēng)燃燒器分別全部布置在爐膛四角的布置方式(簡稱角式布置)和全部布置在墻上的布置方式(簡稱墻式布置)，通過近年來眾多學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)這兩種布置方式在實(shí)際使用過程中各有利弊。角式布置在實(shí)際工作中由于受燃燒器兩側(cè)射流補(bǔ)氣條件差的影響較大，所以爐膛的燃燒切圓很難達(dá)到合適的大小，會出現(xiàn)偏小或偏大的情況。一般情況下，爐膛實(shí)際燃燒切圓以偏大居多，這樣一來，雖然爐膛火焰充滿度大，爐內(nèi)溫度高，燃燒強(qiáng)烈，著火穩(wěn)定性較好，火焰在爐內(nèi)行程長，停留時間長，也有利于炭粒燃盡，但是遇到灰熔點(diǎn)較低的煤種，爐膛水冷壁就容易產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)焦。而墻式布置燃燒器的特性則與此相反，因此，適用于易著火、結(jié)焦性偏強(qiáng)的煤種，所以燃用易著火，易結(jié)焦褐煤的大容量鍋爐中就較多采用墻式布置的燃燒器布置方式。另外，單一的角式或墻式布置中，一、二次風(fēng)在相近位置噴入爐膛的方式會導(dǎo)致一、二次風(fēng)之間較早的混合，這使得爐內(nèi)NOx的生成較多。考慮到鍋爐燃用煤質(zhì)往往是經(jīng)常變化的實(shí)際，因此，采用單一的角式或墻式布置就難以適應(yīng)這種現(xiàn)實(shí)，所以，如何讓鍋爐克服上述角式布置和墻式布置的不足，減少氮氧化物的生成就成為本領(lǐng)域亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種通過控制燃燒切圓進(jìn)而優(yōu)化燃燒組織，防止?fàn)t膛結(jié)焦，控制鍋爐內(nèi)的氮氧化物生成的鍋爐，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種燃燒切圓可控的鍋爐，包括爐膛，爐膛由多個墻面圍成，爐膛包括主燃區(qū)和主燃區(qū)上方的燃盡區(qū)，主燃區(qū)和燃盡區(qū)分別設(shè)有燃燒器，所述燃燒器通過管道與噴口相連接，所述主燃區(qū)各相鄰墻面的拐角處分別設(shè)有多個豎向排列的角式一次風(fēng)噴口和角式二次風(fēng)噴口，所述主燃區(qū)的各個墻面的二次風(fēng)等高位置分別設(shè)有多個豎向排列的墻式二次風(fēng)噴口，所述角式一次風(fēng)噴口、角式二次風(fēng)噴口和墻式二次風(fēng)噴口均朝向鍋爐內(nèi)部并且均可以調(diào)整射流方向。
[0005]優(yōu)選地，所述角式一次風(fēng)噴口和角式二次風(fēng)噴口交替設(shè)置。
[0006]優(yōu)選地，所述燃盡區(qū)的各個墻面上均設(shè)有多個燃盡風(fēng)噴口。
[0007]優(yōu)選地，所述角式一次風(fēng)噴口每個拐角設(shè)有2?8個，所述角式二次風(fēng)噴口在每個拐角設(shè)有3?20個。
[0008]優(yōu)選地，所述墻式二次風(fēng)噴口在每個墻面上分別設(shè)有3?20個。
[0009]如上所述，本發(fā)明一種燃燒切圓可控的鍋爐，具有以下有益效果:
[0010]I)本發(fā)明在實(shí)際工作時，爐膛燃燒切圓可以通過墻式二次風(fēng)噴口的設(shè)計(jì)位置、運(yùn)行擺角和投運(yùn)風(fēng)量來進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而有效地避免燃用低灰熔點(diǎn)煤時的結(jié)焦傾向。[0011]2)本發(fā)明改變了單一的角式或墻式布置方式中二次風(fēng)與一次風(fēng)在相近位置噴出的方式，本發(fā)明中一部分二次風(fēng)從墻面噴入正在燃燒的火焰中，有利于提高進(jìn)入燃盡區(qū)的這部分二次風(fēng)與煤粉氣流的湍流混合強(qiáng)度，從而促進(jìn)燃盡。
[0012]3)本發(fā)明中噴口的布置方式可以使空氣的供給方式由集中供給轉(zhuǎn)變?yōu)橄群蠊┙o，減少了燃燒初期的耗氧量，這樣一方面降低燃料型NOx的生成，另一方面避免了過于強(qiáng)烈的高溫燃燒，進(jìn)而有利于降低熱力型NOx的生成。
[0013]4)本發(fā)明可以使熱負(fù)荷沿爐膛寬度方向分布更加均勻，有利于減輕結(jié)焦，高溫腐蝕和水冷壁熱應(yīng)力集中，同時還可以減小爐膛出口煙溫偏差。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2為本發(fā)明的主視圖。
[0016]圖3為角式布置燃燒器速度場模擬圖。
[0017]圖4為本發(fā)明第一種速度場模擬圖。
[0018]圖5為本發(fā)明第二種速度場模擬圖。
[0019]圖6為角式布置燃燒器溫度場模擬圖。
[0020]圖7為本發(fā)明第一種溫度場模擬圖。
[0021]圖8為本發(fā)明第二種溫度場模擬圖。
[0022]圖中:I主燃區(qū) 2燃盡區(qū)
[0023]11角式一次風(fēng)噴口 12角式二次風(fēng)噴口
[0024]13墻式二次風(fēng)噴口 21燃盡風(fēng)噴口
【具體實(shí)施方式】
[0025]說明書附圖所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容所能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中間”等用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0026]本實(shí)施例中以褐煤煤粉為燃料，如圖1和2所示為本發(fā)明一種燃燒切圓可控的鍋爐，包括爐膛，爐膛由多個墻面圍成，在本實(shí)施例中以爐膛由四個墻面圍成為例，所述爐膛包括主燃區(qū)I和主燃區(qū)I上方的燃盡區(qū)2，主燃區(qū)I和燃盡區(qū)2分別設(shè)有燃燒器，所述燃燒器通過管道與噴口相連接，噴口設(shè)置在鍋爐上。本發(fā)明中所述主燃區(qū)I各相鄰墻面的拐角處分別設(shè)有多個豎向排列的角式一次風(fēng)噴口 11和角式二次風(fēng)噴口 12，所述主燃區(qū)I的各個墻面的二次風(fēng)等高位置分別設(shè)有多個豎向排列的墻式二次風(fēng)噴口 13，所述角式一次風(fēng)噴口
11、角式二次風(fēng)噴口 12和墻式二次風(fēng)噴口 13上的噴口均朝向鍋爐的內(nèi)部并且均可以調(diào)整射流方向，其中所述的墻式二次風(fēng)噴口 13可以左右移動調(diào)整位置。
[0027]在本實(shí)施例中，所述角式一次風(fēng)噴口 11和角式二次風(fēng)噴口 12交替設(shè)置，防止射流集中導(dǎo)致褐煤煤粉不能充分燃燒；此外，所述燃盡區(qū)2的各個墻面上均設(shè)有多個燃盡風(fēng)噴口 21，進(jìn)而達(dá)到褐煤煤粉充分燃燒、減少褐煤煤粉浪費(fèi)的效果。本發(fā)明中所述燃盡風(fēng)噴口21的風(fēng)量占二次風(fēng)總風(fēng)量的一部分。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述燃盡風(fēng)噴口 21也豎向排列，且每個墻面設(shè)有兩個。
[0028]在本實(shí)施例中，所述角式一次風(fēng)噴口 11在每個相鄰墻面的拐角分別設(shè)有2?8個，所述角式二次風(fēng)噴口 12在每個相鄰墻面的拐角分別設(shè)有3?20個。一般情況下，為了方便角式一次風(fēng)噴口 11和角式二次風(fēng)噴口 12交替設(shè)置，所述角式一次風(fēng)噴口 11和角式二次風(fēng)噴口 12的個數(shù)相等其他情況根據(jù)具體需要均勻交替設(shè)置。進(jìn)一步地，為了配合角式二次風(fēng)噴口 13，所述墻式二次風(fēng)噴口 13在每個墻面上也分別設(shè)有3?20個。在本實(shí)施例中，為了便于控制爐內(nèi)的燃燒切圓，避免火焰刷墻，所述各角式二次風(fēng)噴口 12和各墻式二次風(fēng)噴口 13在同一等高面上分別設(shè)有四個；在調(diào)整燃燒切圓時，通過調(diào)整角式二次風(fēng)噴口 12的射流方向、墻式二次風(fēng)噴口 13的射流方向以及位置來控制燃燒切圓的大小，使褐煤煤粉充分燃燒，進(jìn)而控制氮氧化物生成。同時，這種設(shè)置方式還有利于后期的補(bǔ)氧燃燒。
[0029]在本實(shí)施例中，為了方便左右調(diào)整，所述墻式二次風(fēng)噴口 13分別位于各個墻面的中間位置，在工作時，根據(jù)需要可以對墻式二次風(fēng)噴口 13位置進(jìn)行改造。
[0030]在實(shí)際操作時，保持二次風(fēng)總風(fēng)量不變的前提下，各個墻面的風(fēng)量之和占二次風(fēng)總風(fēng)量的20%?50%，角式二次風(fēng)噴口 12在大多數(shù)情況下作為主要的風(fēng)量輸出。
[0031]在實(shí)際工作時，角式一次風(fēng)噴口 11先將攜帶有褐煤煤粉的空氣噴入主燃區(qū)1，然后角式二次風(fēng)噴口 12和墻式二次風(fēng)噴口 13工作向主燃區(qū)噴射熱空氣，與此同時，燃盡風(fēng)噴口 21也作為二次風(fēng)輔助向燃盡區(qū)噴射熱空氣，以使得褐煤煤粉充分燃燒，進(jìn)而減少氮氧化物的產(chǎn)生，減少污染物的排放。角式二次風(fēng)噴口 12和墻式二次風(fēng)噴口 13在噴射過程中可以進(jìn)行噴射方向的調(diào)節(jié)。
[0032]發(fā)明人對現(xiàn)有技術(shù)中角式布置燃燒器方式和本發(fā)明兩種不同實(shí)施方式進(jìn)行如圖3-5所示速度場模擬和如圖6-8所示的溫度場模擬，從實(shí)際效果上做出明顯的對比，結(jié)合圖1，其中用GK1、GK2和GK3分別表示三種不同的布置方式，GKl在主燃區(qū)I角式布置，在燃盡區(qū)2布置三層燃盡風(fēng)噴口 21 ；GK2為本發(fā)明第一種布置方式，主燃區(qū)I每層八個噴口(角式二次風(fēng)噴口和墻式二次風(fēng)噴口個數(shù)之和)，每個噴口相對GKl中流量減半，在燃盡區(qū)2布置三層燃盡風(fēng)噴口 21，墻式二次風(fēng)噴口 12偏離中心一米；GK3為本發(fā)明主燃區(qū)第二種布置，主燃區(qū)I每層八個噴口，每個噴口相對GKl中流量減半，在燃盡區(qū)2布置三層燃盡風(fēng)噴口 21，墻式二次風(fēng)噴口 12偏離中心2米。
[0033]從速度場分布情況看，圖4的GK2相比于圖3的GKl增加了墻式布置，但是這仍舊能夠形成一定的速度切圓，但切圓不如GKl工況明顯，并且有所變小，爐膛充滿度有所下降；切圓圓周的最大速度由16m/s左右下降到12m/s左右；如圖5所示，GK3的實(shí)際切圓半徑要大于圖4中的GK2，并且切圓形成也更加良好，因此這種布置方式最為理想。
[0034]在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，如圖6-8所示的溫度場分布圖結(jié)果，如圖6所示，角式布置的燃燒切圓特征較為明顯，燃燒切圓圓周上燃燒溫度較高，爐膛中部廣大區(qū)域燃燒溫度較低；如圖7、8所示，燃燒劇烈的高溫區(qū)域基本集中在各噴口附近，沒有出現(xiàn)明顯的燃燒切圓，爐膛中部廣大區(qū)域的溫度高于角式布置方式的工況，整個截面溫度分布更加均勻，進(jìn)而可以控制爐膛內(nèi)整體的氮氧化物的水平，從而達(dá)到低氮排放，因此，這種布置方式最為理#0;Ll1、ο
[0035]此外，如果在墻面上再設(shè)置一次風(fēng)噴口其降低NOx的效果不明顯，而徒然增加管路布置的復(fù)雜程度與工程造價(jià)，因此發(fā)明人在經(jīng)過試驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出本發(fā)明的結(jié)論。
[0036]結(jié)合上述數(shù)值模擬數(shù)據(jù)得出本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理:在角式布置的鍋爐中，射流由燃燒器噴口射出后，不僅受到上流氣流的沖擊，也在不斷卷吸射流周圍空間的空氣，四股射流在爐膛中部匯集后形成明顯的切圓，使得氣體在爐膛里螺旋上升；然后隨著氣體量的不斷增大以及射流的卷吸作用，射流主體逐漸向爐膛邊壁偏斜，此時，如果射流剛度不足衰減過快，就會由于兩邊的壓差而貼近爐壁面流動；相反，如果射流剛度足夠，則旋流本身的周向速度提供向心力使得氣流在爐膛內(nèi)穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，氣流便不會刷墻。因此，實(shí)際鍋爐運(yùn)行中射流刷墻往往是因?yàn)闅饬髋c爐壁之間的補(bǔ)氣條件不足，而墻式布置噴口的方式正好處于這一空間，即使它的量很小，也能很好的改善補(bǔ)氣條件。
[0037]綜上所述，本發(fā)明一種燃燒切圓可控的鍋爐，一方面，爐膛切圓可以通過墻式燃燒器的設(shè)計(jì)位置、運(yùn)行擺角和投運(yùn)風(fēng)量來進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而有效地避免燃用低灰熔點(diǎn)煤時的結(jié)焦傾向；另外一方面，該發(fā)明改變了單一的角式或墻式布置方式中二次風(fēng)與一次風(fēng)在相近位置噴出的方式，一部分二次風(fēng)從墻面噴入正在燃燒的火焰中，有利于提高進(jìn)入燃盡區(qū)的這部分二次風(fēng)與煤粉氣流的湍流混合強(qiáng)度，從而促進(jìn)燃盡；除此之外，本發(fā)明的布置方式可以使空氣的供給方式由集中供給轉(zhuǎn)變?yōu)橄群蠊┙o，減少了燃燒初期的耗氧量，這樣一方面降低燃料型NOx的生成，另外一方面避免了過于強(qiáng)烈的高溫燃燒，進(jìn)而有利于降低熱力型NOx的生成，因此本發(fā)明能夠很好地解決鍋爐燃燒時氮氧化物產(chǎn)率過高、燃燒率低的問題。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的一些實(shí)際問題從而有很高的應(yīng)用價(jià)值。
[0038]上述實(shí)施方式僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明還有許多方面可以在不違背總體思想的前提下進(jìn)行改進(jìn)，對于熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，可對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種燃燒切圓可控的鍋爐，包括爐膛，爐膛由多個墻面圍成，爐膛包括主燃區(qū)(I)和主燃區(qū)(I)上方的燃盡區(qū)(2)，主燃區(qū)(I)和燃盡區(qū)(2)分別設(shè)有燃燒器，所述燃燒器通過管道與噴口相連接，其特征在于:所述主燃區(qū)(I)各相鄰墻面的拐角處分別設(shè)有多個豎向排列的角式一次風(fēng)噴口(11)和角式二次風(fēng)噴口(12)，所述主燃區(qū)(I)的各個墻面的二次風(fēng)等高位置分別設(shè)有多個豎向排列的墻式二次風(fēng)噴口(13)，所述角式一次風(fēng)噴口(11)、角式二次風(fēng)噴口(12)和墻式二次風(fēng)噴口(13)均朝向鍋爐內(nèi)部并且均可以調(diào)整射流方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃燒切圓可控的鍋爐，其特征在于:所述角式一次風(fēng)噴口(11)和角式二次風(fēng)噴口(12)交替設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃燒切圓可控的鍋爐，其特征在于:所述燃盡區(qū)(2)的各個墻面上均設(shè)有多個燃盡風(fēng)噴口(21)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃燒切圓可控的鍋爐，其特征在于:所述角式一次風(fēng)噴口(11)，每個拐角設(shè)有2?8個；所述角式二次風(fēng)噴口(12)在每個拐角設(shè)有3?20個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃燒切圓可控的鍋爐，其特征在于:所述墻式二次風(fēng)噴口(13)在每個墻面上分別設(shè)有3?20個。
【文檔編號】F23C7/00GK103994423SQ201410256479
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月10日
【發(fā)明者】繆正清, 王立睿, 彭彬彬, 韓寶駒 申請人:上海交通大學(xué)