專利名稱：電站鍋爐側(cè)壁的腐蝕保護(hù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種降低燃煤電站鍋爐側(cè)壁的腐蝕速度的方法。
背景技術(shù)：
大型燃煤發(fā)電設(shè)備通常利用蒸汽來驅(qū)動渦輪機(jī)并產(chǎn)生電能。蒸汽在具有由其內(nèi)通有水的管子所組成的多個側(cè)壁的鍋爐中形成。當(dāng)煤在鍋爐中燃燒時，熱被傳遞給鍋爐的側(cè)壁來加熱包含在管子中的水，以便產(chǎn)生所需要的蒸汽。
這種燃煤發(fā)電設(shè)備的一個問題是控制排放，特別是在燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)的排放。談到這個問題，將燃燒過程“分級”已經(jīng)很普遍了，這樣，燃燒在富燃料條件下開始，并通過在初始燃燒下游加入化學(xué)當(dāng)量的空氣來完成燃燒。這種富燃料燃燒延遲并幾乎避免了在富燃料區(qū)由于大氣中的N2或是由于燃料中的結(jié)合氮而形成NOx。這種機(jī)理如此有效，以致它被應(yīng)用在幾乎各種爐子和鍋爐的低NOx燃燒裝置中。
分級燃燒既可以通過燃料分級也可以通過空氣分級來實(shí)現(xiàn)，所述的空氣分級是更普遍的方法?？諝夥旨壍牟煌椒ò☉?yīng)用過燒空氣口、應(yīng)用控制混合的燃燒器和操作只含有空氣而沒有燃料的一些燃燒器。在所有這些方法中，燃燒部分在一種富燃料的環(huán)境下進(jìn)行。
分級燃燒過程中的富燃料環(huán)境使鍋爐內(nèi)部形成一種還原氣氛。
如果在加入燒盡空氣之前，還原性氣氛與鍋爐壁接觸，將不可避免地發(fā)生所述壁的腐蝕。其腐蝕速度取決于一些因素的變化，這些因素包括還原氣體的濃度(例如一氧化碳和硫化氫)、側(cè)壁金屬的溫度、操作溫度和環(huán)境溫度之間的循環(huán)變化、在管壁上或靠近管壁處液態(tài)灰分的存在以及還原和氧化氣氛之間的循環(huán)變化。
每年修復(fù)或替換由于這種腐蝕而損壞的電站鍋爐側(cè)壁的費(fèi)用估計為一千萬美元。因此，已經(jīng)采用了降低由分級燃燒所帶來的腐蝕的各種方法。其中一些方法包括通過側(cè)壁底部的孔添加空氣，希望該空氣將爐壁與富燃料條件屏蔽開，并在燃燒完成之前保持與和火焰混合的空氣分隔開。
作為
背景技術(shù)：
，已知通常的燃燒過程存在著過剩空氣，因此燃燒產(chǎn)物包含O2。氧將管子中所含的鐵氧化為Fe2O3，它在管子上形成致密的氧化皮，延遲了附加氧或其他有害氣體向管子表面的擴(kuò)散。這樣，氧化皮防止了或大體上延遲了附加腐蝕。具有較低爐管金屬溫度的低壓鍋爐可使用十年或更長而沒有明顯的腐蝕。除了采用低NOx操作外，高壓鍋爐、特別是具有較高爐管金屬溫度的超臨界蒸汽發(fā)生器每年以5-20密爾的速度腐蝕。在低NOX燃燒期間，在高壓鍋爐和超臨界蒸汽發(fā)生器的一些區(qū)域中被腐蝕的金屬的損失是過量的。
每年60-120密爾的腐蝕速度經(jīng)常發(fā)生在產(chǎn)生還原條件的超臨界單元的一些區(qū)域中。這樣的腐蝕速度是不能被接受的。在燃煤或燃燒殘余油的單元中，燃料中的硫被氧化為SO2氣體或被還原成H2S氣體。當(dāng)存在過?？諝鈺r產(chǎn)生SO2，并且這通常不是問題；然而，其與碳在兩級過程中可以與Fe2O3反應(yīng)形成FeS。碳的存在是由于空氣不足或混合不足導(dǎo)致的。通過還原條件，H2S由SO2、碳和燃料形成，并且與氧化鐵或鐵反應(yīng)形成FeS。硫化鐵(FeS)形成一種保護(hù)爐管的氧化皮，但是它不保護(hù)氧化鐵。這樣，當(dāng)FeS作為保護(hù)涂層時，腐蝕被加速。當(dāng)在任何位置氧化和還原氣體條件交替出現(xiàn)時即會產(chǎn)生最惡劣的條件。首先，一種保護(hù)涂層以及另一保護(hù)涂層被破壞。保護(hù)涂層的每次再生都降低了管子中的鐵成分。通過改變條件除去了管金屬。通常情況下，由于白天到夜間的負(fù)荷的變化，幾乎不可能維持任何區(qū)域處在連續(xù)的還原條件下。腐蝕繼續(xù)非常迅速。
鍋爐管的氯腐蝕也是很常見并且很嚴(yán)重的。例如，在《煤燃燒的礦物雜質(zhì)》(Mineral Impurities in Coal Combustion)(1985)一書中，ErichRaask討論了爐壁氯腐蝕的幾種情況。在還原條件下，HCl將與保護(hù)氧化層和氫或一氧化碳如下反應(yīng)
這些反應(yīng)分解保護(hù)氧化層，并且一旦保護(hù)層為多孔的，HCl、O2、SO2、H2S和其他的反應(yīng)氣體則能夠迅速地向管子表面擴(kuò)散并與管金屬反應(yīng)形成FeS、FeO和FeCl2。
FeCl2有較高的蒸汽壓力，因此它將不在過熱器金屬管表面上聚積。然而，F(xiàn)eCl2和FeCl3可能聚積在水管表面上。它們都是低熔點(diǎn)的并對引起液體灰侵蝕的低熔點(diǎn)液體產(chǎn)生影響。一旦形成這些材料，它們可以作為一種熔劑來促進(jìn)灰沉積中的液相的形成。
通過在安裝爐壁前選擇可作為爐管的可替代金屬、在爐壁上噴涂涂層或?qū)t壁部分滲鉻能夠在某種程度上控制過量的腐蝕。然而，這些技術(shù)還非常昂貴并且這些方法的有效性還沒有完全形成。
不考慮腐蝕問題，燃燒的空氣分級仍然是燃油或燃煤的爐子和蒸汽發(fā)生器中控制NOX排放的主要方法。這樣，可以看出還需要不斷提出控制鍋爐和蒸汽發(fā)生器側(cè)壁管腐蝕的改進(jìn)方法。本發(fā)明解決了這種需要。
發(fā)明概述本發(fā)明提出了一種降低燃煤電站鍋爐的側(cè)壁腐蝕速率的方法。該方法最好在鍋爐的至少一個側(cè)壁上包括一些側(cè)壁狹縫，其中側(cè)壁狹縫基本上位于鍋爐底板之上。通過所述的側(cè)壁狹縫“幕簾空氣”流被引入鍋爐，其中幕簾空氣在一個可通過來自燃燒器的上升氣流有效將其向上推動的位置被引入鍋爐，由此提供一個防止側(cè)壁腐蝕的空氣幕簾。通過利用燃燒器的上升氣流，側(cè)壁的幕簾空氣能夠以足以確保側(cè)壁空氣不與主要燃燒空氣混合以減少NOX廢物的速度引入。
本發(fā)明的目的是提供一種避免電站鍋爐側(cè)壁腐蝕的方法。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中體現(xiàn)出來。
附圖簡述

圖1示出了已有技術(shù)中的側(cè)壁幕簾空氣孔的布置，這種布置沒有在由來自燃燒器的上升氣流將空氣有效向上推動的位置上引入側(cè)壁空氣。
圖2是一個電站鍋爐的透視圖，它示出了本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)壁狹縫布置。
圖3是一個電站鍋爐的立視圖，它示出了本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)壁狹縫布置。
圖4是一個電站鍋爐的透視圖，它示出了本發(fā)明第二個優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)壁狹縫布置。
圖5是一個電站鍋爐的立視圖，它示出了本發(fā)明第二個優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)壁狹縫的布置。
圖6是一個電站鍋爐的透視圖，它示出了本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施例的邊緣空氣孔和側(cè)壁狹縫的布置。
圖7示出了在實(shí)施例1的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖8示出了由于頂部和上部燃燒器而在側(cè)壁和角上形成的流場，它顯示了燃燒器的氣流如何在中心碰撞并流向壁面，在所述的側(cè)壁上形成一種展開的效果。
圖9示出了在實(shí)施例2的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖10示出了在實(shí)施例3的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖11示出了在實(shí)施例4的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖12示出了在實(shí)施例5的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖13示出了一個具有邊緣空氣孔和側(cè)壁狹縫的電站鍋爐，該側(cè)壁狹縫的位置能在可通過來自燃燒器的上升氣流有效向上推動空氣的位置引入側(cè)壁空氣。
圖14示出了在實(shí)施例6的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖15示出了一種具有如實(shí)施例7所指出的標(biāo)準(zhǔn)邊緣空氣孔和一個大邊緣空氣孔的電站鍋爐，其側(cè)壁狹縫的位置能在通過來自燃燒器的上升氣流有效向上推動空氣的位置上引入側(cè)壁空氣。
圖16示出了在實(shí)施例7的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖17示出了在實(shí)施例8的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖18示出了在實(shí)施例9的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖19示出了在實(shí)施例10的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖20示出了在實(shí)施例11的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖21示出了在實(shí)施例12的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖22示出了帶有如實(shí)施例12所設(shè)置的側(cè)壁狹縫的流場(即在燃燒面之間的中間點(diǎn))，并且示出了一個縱剖面圖，其中在燃燒器的下部沿側(cè)壁向上的流動是相對滯流的，而隨著縱截面升高，由于從來自燃燒器的空氣流中獲得了動量，向上的流動速度增加。
圖23示出了在實(shí)施例13的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖24示出了在實(shí)施例14的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖25示出了在實(shí)施例15的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
圖26示出了在實(shí)施例16的條件下操作時與鍋爐的前(北)、后(南)和側(cè)(東)壁接觸的氣氛的燃料混合系數(shù)的分布。
優(yōu)選實(shí)施方案描述為了進(jìn)一步理解本發(fā)明的原理，下面將參照優(yōu)選實(shí)施例并使用具體的語言來進(jìn)行描述。但是應(yīng)該認(rèn)為并未由此限制本發(fā)明，通常本發(fā)明領(lǐng)域的技術(shù)人員會設(shè)想出所示裝置的替代物和進(jìn)一步的改進(jìn)，并設(shè)想出對其中所例舉的本發(fā)明原理的進(jìn)一步應(yīng)用。
如上所述，本發(fā)明涉及一種降低燃煤電站鍋爐側(cè)壁腐蝕速度的方法。本發(fā)明的方法包括提供一些側(cè)壁空氣狹縫，使其可將保護(hù)空氣幕簾引入鍋爐，在該鍋爐中可以通過燃燒器的上升流來向上推動空氣。相反已有技術(shù)中的方法是通過位于鍋爐底板附近的側(cè)壁狹縫將幕簾空氣引入鍋爐的。在已有技術(shù)的方法中，通過所述側(cè)壁狹縫引入的空氣沒有被燃燒器提供的上升氣流向上推動，因此不能有效地避免側(cè)壁的腐蝕。
更具體地描述優(yōu)選實(shí)施例，現(xiàn)代蒸汽發(fā)生器的壁通常是由管子形成的，這些管子間用金屬連接板隔開兩個管直徑的距離(中心到中心)。形成這種組件并將它們焊接在一起成為一個連續(xù)的件。水在管子中向上流動并被加熱直至變成蒸汽。連接板是爐壁的一個整體組成部分。
本發(fā)明的方法將空氣輸送到管子/連接板的外側(cè)，并將一些連接板割開，空氣通過管子間的狹縫(最好是空氣口或通風(fēng)口)流入爐子。通過切割開連接板而形成的狹縫最好其寬度小于約一英寸。流過這些狹縫的空氣將不會有很大的動量，并且由燃燒產(chǎn)物流向上推動以便停留在爐壁的附近。這樣，少量的空氣將使較大區(qū)域的爐壁處在貧燃料區(qū)。這種空氣可以取自過燒空氣，并且，如果需要，這種改向幾乎不引起NOX排放的增加。
由于本發(fā)明的方法基本是在鍋爐底板上方位置上引入側(cè)壁空氣，所述的側(cè)壁空氣不會迅速地與主火焰混合并且不增加NOX的排放。事實(shí)上，它的作用非常象代替二次空氣以便還原NOX的過燒空氣。由于該空氣是以較低的動量引入的，因此，該空氣一般停留在爐壁附近并更有效地保護(hù)爐壁。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中，所述的爐壁狹縫以一水平排的方式設(shè)置在與最低的鍋爐燃燒器高度近似相等的位置上。在另一個優(yōu)選實(shí)施例中，所述的側(cè)壁狹縫設(shè)置成一個向上的弧度，而該弧的最低點(diǎn)(端部)設(shè)置在最低燃燒器的高度處或靠近該高度。在所有實(shí)施例中，狹縫的設(shè)置減少了還原條件的區(qū)域并降低了還原條件的程度。由此設(shè)計和設(shè)置的狹縫將側(cè)壁空氣推回并沿著爐壁向上流動。透入的空氣不會保護(hù)爐壁，而且，如果在燃燒器下面混合則將消除低NOX分級。此外，本發(fā)明側(cè)壁狹縫的大小和設(shè)置位置避免了在燃燒器下面的混合。
本發(fā)明還可以應(yīng)用在有過燒空氣孔的鍋爐上。在這種情況下，還提供適當(dāng)?shù)厥共糠侄慰諝鈴倪^燒空氣孔改向進(jìn)入縫式空氣狹縫的輸送通道。在這個實(shí)施例中，最高約一半的過燒空氣被改向進(jìn)入側(cè)壁狹縫。在傳統(tǒng)的過燒空氣技術(shù)中，大約總空氣量的20％的空氣通過過燒空氣孔，而在本發(fā)明的實(shí)施例中，使總空氣量的大約5％-15％的空氣通過過燒空氣孔，并且使總空氣量5％-15％的空氣通過側(cè)壁狹縫。
另外，還應(yīng)該平衡通過過燒空氣孔和側(cè)壁狹縫的空氣流，使NOX的排放達(dá)到最小并使腐蝕速度降到最小。如果通過過燒空氣孔進(jìn)入的空氣太多，則腐蝕速度將很大。如果通過側(cè)壁狹縫進(jìn)入的空氣太多，則NOX的排放體積將很多。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中，鍋爐還帶有位于燃燒器和側(cè)壁之間的前和/或后壁上的邊緣空氣孔。這些邊緣空氣孔類似于側(cè)壁狹縫，他們提供一種將側(cè)壁與靠近燃燒器存在的還原氣氛屏蔽開的氣體保護(hù)層。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，應(yīng)用了計算流體力學(xué)模型(CFD)來確定爐子中的還原區(qū)域。此外，該CFD模型與交錯位置上各種流量的狹縫空氣配合使用來發(fā)現(xiàn)新的空氣流是否控制一種富燃料條件。通過這種方法，確定了適當(dāng)數(shù)量和位置的狹縫以及適當(dāng)?shù)目諝鈮毫Α?br> 應(yīng)用CFD分析時，可以確定發(fā)生最嚴(yán)重腐蝕問題的地方的還原氣氛是最強(qiáng)的，并且這里的燃料混合比大于115％的化學(xué)當(dāng)量混合比(即，這里的燃料與總空氣的比大于115％的化學(xué)當(dāng)量混合比)。此外，在一個優(yōu)選實(shí)施例中，側(cè)壁狹縫的大小和位置使得與燃料混合比大于115％的化學(xué)當(dāng)量混合比的氣氛相接觸的側(cè)壁區(qū)最小。
現(xiàn)在參照附圖，鍋爐10最好包括一個前壁11、一個后壁12、一個第一側(cè)壁13和一個第二側(cè)壁14。還包括一個底板15，并且該底板可向下傾斜以便裝備一個收集渣的料斗。
多個燃燒器16位于前壁11和/或后壁12上。最好將燃燒器設(shè)置成由幾列和幾排形成的一組，以便提供足夠的火焰來對鍋爐內(nèi)部加熱。還可以設(shè)置過燒空氣孔17，特別是在不使用低NOX燃燒器的時候。
側(cè)壁狹縫18設(shè)置在側(cè)壁13和14中的一個或兩個側(cè)壁上。所述的側(cè)壁狹縫的設(shè)置使通過其引入的側(cè)壁空氣與來自燃燒器的上升氣流匯集，并沿著側(cè)壁將側(cè)壁空氣向上推。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，側(cè)壁狹縫18以一個或多個水平行的方式設(shè)置在位置最低的燃燒器的高度處或靠近該高度。在另一個優(yōu)選實(shí)施例中，所述的側(cè)壁狹縫19設(shè)置成一個或多個弧，其中所述最低的側(cè)壁狹縫(優(yōu)選靠近弧的端部)位于最低燃燒器的高度處或靠近該高度。
在圖3和5中，來自燃燒器的空氣流由箭頭20表示，過燒空氣流由箭頭21表示。來自側(cè)壁狹縫的空氣流由箭頭22表示。這樣，可以看出通過所述側(cè)壁狹縫的空氣流與來自燃燒器的上升氣流匯集，并且被保持在側(cè)壁上以便保護(hù)側(cè)壁。由于側(cè)壁狹縫設(shè)置在底板的上方，側(cè)壁空氣不與主空氣混合，減少了空氣分級。
下面將參照利用上述工藝的特定的例子進(jìn)行描述。應(yīng)該認(rèn)為提供這些例子可更好地描述優(yōu)選實(shí)施例，但不限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1實(shí)施例1示出了已有技術(shù)的實(shí)施例，其中鍋爐上沒設(shè)置側(cè)壁狹縫。在下述表中給出了輸入條件，并示出了高腐蝕程度的情況。在該實(shí)施例中的模擬設(shè)備有一組將空氣引入側(cè)壁的現(xiàn)有邊緣空氣孔。對每個燃燒器高度有一個與之相應(yīng)的孔(根據(jù)低NOx改型之前的原設(shè)計)。
對這種情況來說，可認(rèn)為若現(xiàn)有的邊緣空氣孔被完全阻塞則不向側(cè)壁提供空氣。因此，這種情況表示了氣流運(yùn)行的一種最壞的狀態(tài)。

實(shí)施例2除了過燒空氣被設(shè)定為零之外，實(shí)施例2的條件與實(shí)施例1的條件一樣。設(shè)定過燒空氣為零取消了爐子中的分級。這樣導(dǎo)致側(cè)壁上非常小的區(qū)域暴露在還原條件下。從表中可以看出，取消過燒空氣引起NOX的水平高于目前所允許的值。

實(shí)施例3除了現(xiàn)有的邊緣空氣孔起作用之外，實(shí)施例3與實(shí)施例2的條件一樣。在下面的表中概括了該情況的條件。

在這個實(shí)施例中，現(xiàn)有的邊緣空氣孔是由風(fēng)箱經(jīng)直徑為6英寸的管子供給空氣的。所述的6英寸直徑被用來計算風(fēng)箱開口的面積和確定引入的空氣量。其計算的結(jié)果為2％的爐子所用空氣是通過邊緣孔引入的。
由于邊緣孔被設(shè)置在和原始燃燒器的高度相同的高度上，可以認(rèn)為其最初的目的是保護(hù)側(cè)壁不受燃燒器火焰的侵蝕。由于過燒空氣不起作用并存在邊緣空氣孔，因此側(cè)壁幾乎完全被氧化。
實(shí)施例4實(shí)施例4與實(shí)施例1的條件一樣，但是可以認(rèn)為現(xiàn)有的邊緣空氣孔是起作用的。該種情況的條件概括在下面的表中。

實(shí)施例4作為與本發(fā)明的側(cè)壁空氣的實(shí)施例相比較的原始資料，并用于確認(rèn)這種比較。歷來的觀察表明預(yù)示出具有一個大于0.084的混合系數(shù)的區(qū)域?qū)?yīng)于已知呈現(xiàn)較高損壞速度的側(cè)壁區(qū)域。對這個實(shí)施例來說，大約0.073的燃料混合比即為化學(xué)當(dāng)量混合比。
在壁的圖象中大于0.084的區(qū)域通過陰影表示。以確認(rèn)的歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，一個較好區(qū)域的判斷標(biāo)準(zhǔn)是排除那些混合系數(shù)大于0.084的區(qū)域(圖象中陰影指示區(qū))。
實(shí)施例5實(shí)施例5示出了增加現(xiàn)有邊緣空氣的例子。對這種情況來說，邊緣空氣流增加到二次空氣量的10％、或總空氣量的8.5％。從過燒空氣而不是從燃燒器改向來模擬該附加空氣。該種情況的條件概括在下面的表中。

在暴露于還原條件的總區(qū)域的還原區(qū)域中，這種附加空氣是很好的。然而，仍然在側(cè)壁的中心區(qū)域存在一個暴露在強(qiáng)還原條件下的區(qū)域。由于現(xiàn)有配置而增加了的空氣流壓縮了向著壁中心的燃料濃度。
實(shí)施例6實(shí)施例6示出了通過新的配置引入所述側(cè)壁狹縫空氣的例子。這種配置在圖13中示出了，大約在爐子料斗上方32英尺(高度450英尺)。建議的這種“幕簾空氣”將通過在水墻連接板上切開的狹縫引入。它是通過在爐子寬度方向上均勻地引入空氣來在模型中進(jìn)行模擬的。
對于這種情況，幕簾空氣流被設(shè)置為二次空氣量的10％、或總空氣量的8.6％?，F(xiàn)有的邊緣空氣剩下總空氣量的1.3％。該幕簾空氣是按照從過燒空氣而不是燃燒器改向來模擬的。這種情況的條件概括在下面的表中。
實(shí)施例6

實(shí)施例7實(shí)施例7示出了通過新的、較大的邊緣空氣孔引入空氣的例子。這種較大的邊緣空氣孔的設(shè)置在圖15中示出。
對該實(shí)施例來說，較大的邊緣空氣孔流被設(shè)置為二次空氣量的10％、或總空氣量的8.5％。與前述的情況相同，現(xiàn)有的邊緣空氣剩下1.3％。這種情況的條件概括在下面的表中。

從較大的邊緣空氣孔引入的空氣使暴露在還原條件下的區(qū)域稍有減少。
實(shí)施例8實(shí)施例8結(jié)合了實(shí)施例6和7的方案。對于這個實(shí)施例，同時使用較大的邊緣空氣孔和側(cè)壁狹縫。轉(zhuǎn)向的空氣是二次空氣量的15％，或是總空氣量的12.8％。這種情況的條件概括在下面的表中。

轉(zhuǎn)向的空氣只在側(cè)壁空氣狹縫和較大的邊緣空氣孔之間分布?，F(xiàn)有的邊緣空氣孔不變。上表示出這種空氣的較大轉(zhuǎn)向?qū)OX的排放有顯著影響。
可以預(yù)示，引入較大的空氣量減小了暴露在還原條件下的區(qū)域。當(dāng)與實(shí)施例6或7相比時，實(shí)施例8還增加了還原條件的強(qiáng)度。
實(shí)施例9實(shí)施例9示出了通過側(cè)壁空氣狹縫增加引入空氣量的例子。對這種情況來說，幕簾空氣流(通過側(cè)壁狹縫提供的)被增加到二次空氣量的20％，或總空氣量的17％。這種情況的條件概括在下面的表中。

增加的空氣流有利地限制了暴露在燃燒器區(qū)中還原條件下的區(qū)域，但也限制了爐子上部中的附加作用(與實(shí)施例2相比)。
實(shí)施例10實(shí)施例10示出了增加較大邊緣孔空氣的例子。對于這種情況，較大的邊緣孔空氣流被增加到二次空氣的20％，或總空氣的17％。該實(shí)施例的條件概括在下面的表中。

較大的邊緣孔空氣的增加限制了沿著側(cè)壁的還原條件。沒有存留實(shí)施例3中的強(qiáng)還原條件的痕跡(混合系數(shù)大于0.084)。還原條件的平方英尺面積如實(shí)施例10的表所示已經(jīng)被減小了。
然而，這種大量空氣的轉(zhuǎn)向已經(jīng)對NOX的排放起了相反的作用。這是由于一些邊緣空氣返回至主燃燒器區(qū)域中引起的，其大大降低了分級燃燒的效果。
實(shí)施例11實(shí)施例11重復(fù)了實(shí)施例8，但是通過側(cè)壁狹縫和較大的邊緣孔引入的空氣量增加了。對這個實(shí)施例來說，空氣流增加到二次空氣量的20％，或總空氣量的17％。該空氣流只分布在側(cè)壁空氣狹縫和較大邊緣孔之間。該情況的條件概括在下面的表中。

與實(shí)施例10類似，實(shí)施例11的結(jié)構(gòu)也增加了NOX的排放量。然而，這種結(jié)構(gòu)基本上限制了暴露在還原條件下的區(qū)域。增加幕簾和較大邊緣孔空氣的結(jié)合完全消除了燃燒器區(qū)域高度處的還原條件。還原條件將只保持在爐子上部區(qū)域沿著爐壁的地方。
實(shí)施例12除了將側(cè)壁狹縫設(shè)置在較高的位置上外，實(shí)施例12與實(shí)施例6的條件一樣。對于這種情況，(與實(shí)施例4相比)幕簾空氣流被維持在二次空氣的10％，或總空氣的8.5％。側(cè)壁狹縫的位置被設(shè)置在475英尺的高度上。在前述的實(shí)施例中，側(cè)壁狹縫已經(jīng)被設(shè)置在458-460英尺的高度上。最低燃燒器的高度設(shè)置在470英尺，而鍋爐底板的高度為426英尺。料斗的高度為452英尺。
能夠看出幕簾空氣位置的變化對沿著壁的還原條件有強(qiáng)烈的作用。幾乎整個爐壁已經(jīng)具有從實(shí)施例6降低的還原條件(混合系數(shù)小于0.079)。這種情況的條件概括在下面的表中。

在燃燒器區(qū)域的下方，發(fā)現(xiàn)在一個高度上沿側(cè)壁向上的流動是相對滯流的。隨著高度的增加，氣流向上的速度也增加了，在流速最快的區(qū)域，實(shí)施例12中從燃燒器氣流得到的動量大于從實(shí)施例6中得到的動量。這樣使更多的空氣回流并附著在側(cè)壁上。
實(shí)施例13實(shí)施例13示出了通過現(xiàn)有邊緣空氣孔所引入空氣的分布的改變。與實(shí)施例5類似，現(xiàn)存的邊緣空氣流被增加到二次空氣的10％，或總空氣的8.5％，但對實(shí)施例13來說，只使用底部兩個邊緣孔。這種情況的條件概括在下面的表中。

空氣位置的變化減小了暴露在還原條件下的區(qū)域(如上表所示)，但是沒有消除實(shí)施例5中在所述爐子下部的強(qiáng)還原條件。
實(shí)施例14實(shí)施例14示出了位于實(shí)施例6和實(shí)施例12的高度之間的中間位置上的側(cè)壁狹縫。對這種情況來說，幕簾空氣流維持在二次空氣的10％，或總空氣的8.5％。該實(shí)施例的條件概括在下面的表中。

460英尺高度上的幕簾空氣在實(shí)施例12和實(shí)施例6之間產(chǎn)生一種兼顧的方案。象實(shí)施例12一樣，它在燃燒器區(qū)的高度上有相同的布局，但是限制了實(shí)施例12中燃燒器下方所發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)還原區(qū)域。與實(shí)施例6相比，實(shí)施例14在爐子的上部有較高程度的還原氣氛，但是實(shí)施例14是對實(shí)施例6的一種改進(jìn)。
實(shí)施例15實(shí)施例15重復(fù)了實(shí)施例14，但是通過側(cè)壁空氣狹縫引入的空氣量減少。對于這種情況，幕簾空氣流減少到二次空氣的5％，或總空氣的4.1％。該情況的條件概括在下面的表中。

實(shí)施例15被用來確定在460英尺的高度上引入較少的空氣是否能產(chǎn)生與在450英尺的高度上引入較多空氣所產(chǎn)生的相同效果。
實(shí)施例16實(shí)施例16示出了側(cè)壁空氣狹縫的兩種高度。對這種情況來說，幕簾空氣流被增加到15％。在450英尺的高度上通過側(cè)壁空氣狹縫引入10％的二次空氣或8.5％的總空氣，并在475英尺的高度上通過狹縫引入5％的二次空氣或4.3％的總空氣。這種條件概括在下面的表中。

實(shí)施例16與實(shí)施例12進(jìn)行了比較。在兩種高度上引入15％的幕簾空氣的結(jié)構(gòu)相對于通過幕簾空氣狹縫和較大邊緣孔引入15％幕簾空氣的結(jié)構(gòu)形成一種可比的分布。
從上述情況能夠看出，建立了兩種設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(1)消除混合系數(shù)大于0.084的區(qū)域(即，消除燃料混合比大于115％的化學(xué)當(dāng)量比的區(qū)域)；以及(2)限制暴露在還原條件下的區(qū)域。依照這些標(biāo)準(zhǔn)，對于下述一系列情況可得出下面的推斷A.實(shí)施例5和14示出通過現(xiàn)有的孔增加質(zhì)量流量的方法對于消除強(qiáng)還原條件而言是不成功的。然而，實(shí)施例14在減小暴露于還原條件下的區(qū)域大小方面是非常好的。
B.實(shí)施例6和7通過兩種不同的方法提供了相同量的引入空氣。二者都完全消除了暴露在強(qiáng)還原條件下的區(qū)域。未對暴露在還原條件下的總區(qū)域形成很大的影響，也未對NOX的排放產(chǎn)生大的影響。
C.實(shí)施例5、6和7與實(shí)施例9和10的比較表示當(dāng)空氣流動增加時幕簾空氣孔的設(shè)計與較大的邊緣空氣孔相比要好。在空氣量相同的情況下，實(shí)施例9(幕簾空氣狹縫)已經(jīng)將富燃料區(qū)從7,050英尺2降到5,155英尺2，而實(shí)施例10(較大的邊緣孔)只將其減小到5,737英尺2。
D.實(shí)施例8與實(shí)施例6-10的比較表示邊緣空氣孔與幕簾空氣狹縫的結(jié)合與只有邊緣孔/狹縫相比的情況，前者對NOx排放的影響要更為顯著。實(shí)施例8將12.8％的空氣改向到邊緣孔處，此時NOx的排放增加到386ppm，而實(shí)施例9和10只將17％的空氣改向，此時NOx的排放只為347ppm。
E.實(shí)施例11示出的是較大量的邊緣空氣和幕簾空氣與17％的空氣的結(jié)合，這種結(jié)合將NOX的排放增加到?jīng)]有過燒空氣時所得到的排放水平以上。它指示17％的空氣被混合返回到主燃燒器區(qū)。
F.實(shí)施例12與實(shí)施例7的比較表示增加引入幕簾空氣的高度會產(chǎn)生與在較低的高度上增加流量一樣的優(yōu)點(diǎn)，并且NOX的排放降低了。此外，圖18和21的比較盡管表示它們有大約相同大小的還原條件區(qū)，但實(shí)施例12具有一種總體較低程度的還原條件。
G.實(shí)施例6，12和14示出了暴露在還原條件下的區(qū)域與幕簾空氣狹縫高度幾乎成線性的相關(guān)關(guān)系。
H.實(shí)施例15和16進(jìn)一步示出了當(dāng)使用幕簾空氣狹縫的設(shè)計時，對于大小相同的還原區(qū)，在較高的高度上只需要較少的空氣。
此外，在本發(fā)明中，側(cè)壁空氣狹縫盡可能靠近燃燒器區(qū)的高度設(shè)置。通過這種設(shè)置，保護(hù)性幕簾空氣在可有效地在由來自燃燒器的上升氣流將其向上推的位置被引入鍋爐中，由此提供幕簾空氣來避免側(cè)壁腐蝕。
雖然上面詳細(xì)地示出和描述了本發(fā)明，但是它們只是一種說明性的而不是限制性的，應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明只示出和描述了優(yōu)選實(shí)施例，所有包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的變化和改進(jìn)應(yīng)受到保護(hù)。
權(quán)利要求書按照條約第19條的修改空氣孔；所述的方法包括(a)在至少一個所述壁上設(shè)置多個幕簾空氣孔；(b)通過所述燃燒器將煤粉和亞化學(xué)當(dāng)量的主空氣氣流噴入鍋爐；(c)在鍋爐內(nèi)燃燒所述煤粉和主空氣的氣流；(d)通過所述至少一個過燒空氣孔將過燒空氣引入鍋爐，其中所述過燒空氣包括提供給鍋爐的總空氣的大約5％-20％；(e)通過幕簾空氣孔將幕簾空氣引入鍋爐，其中所述幕簾空氣包括提供給鍋爐的總空氣的大約5％-20％；以及(f)通過所述過燒空氣孔和幕簾空氣孔均衡空氣流，使得幕簾空氣與過燒空氣的比足夠小，足以維持燃燒分級并確保NOX的排放水平小于約0.50磅/106Btu，還使該比足夠大，足以在鄰近所述爐壁的氣氛中維持燃料混合比小于約115％的化學(xué)當(dāng)量比。
10.一種降低燃煤電站鍋爐的側(cè)壁腐蝕速度的方法，所述鍋爐包括一對安裝有燃燒器的爐壁、一對側(cè)壁和一底板，至少一個安裝有燃燒器的爐壁安裝了多個將煤粉和空氣的燃燒混合物引入鍋爐的燃燒器；所述方法包括(a)在至少一個側(cè)壁上設(shè)置有多個側(cè)壁狹縫，所述側(cè)壁狹縫位于基本上在所述鍋爐底板之上并且在最低燃燒器之下約10-12英尺的高度上；以及(b)通過所述側(cè)壁狹縫將所述側(cè)壁空氣流引入鍋爐；其特征在于，所述側(cè)壁空氣在可有效地由來自燃燒器的上升氣流將其向上推的位置引入鍋爐，由此提供一種幕簾空氣來保護(hù)側(cè)壁免受腐蝕。
權(quán)利要求
1.一種降低燃煤電站鍋爐側(cè)壁腐蝕速度的方法，所述的鍋爐包括一對安裝有燃燒器的爐壁，一對側(cè)壁和一底板，至少一個所述安裝燃燒器的爐壁上設(shè)置有多個用于將煤粉和空氣的燃燒混合物引入鍋爐中的燃燒器；所述方法包括(a)在至少一個所述側(cè)壁上設(shè)置多個側(cè)壁狹縫，所述側(cè)壁狹縫基本上位于所述鍋爐底板上方；以及(b)通過所述的側(cè)壁狹縫將側(cè)壁空氣引入鍋爐；其特征在于，所述側(cè)壁空氣在可有效地由來自燃燒器的上升氣流將其向上推的位置引入鍋爐，并由此提供一種幕簾空氣來保護(hù)側(cè)壁免受腐蝕。
2.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述側(cè)壁狹縫以一個第一大致水平行的方式設(shè)置在與最低鍋爐燃燒器的高度大致相等的位置上。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還另外設(shè)置和利用以一個第二大致水平行設(shè)置的側(cè)壁狹縫，所述第二行側(cè)壁狹縫基本上處在最低鍋爐燃燒器的高度以上的高度位置上。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的側(cè)壁狹縫設(shè)置成一個向上凸的弧形，最低的狹縫基本上處在與最低鍋爐燃燒器的高度相等的位置上、或者高于該高度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還另外設(shè)置和利用一些設(shè)置在低于最低鍋爐燃燒器高度位置上的側(cè)壁狹縫。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還另外設(shè)置和利用至少一個將邊緣空氣引入鍋爐的邊緣空氣孔。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還另外設(shè)置和利用至少一個將過燒空氣引入鍋爐的過燒空氣孔。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的過燒空氣孔將約直至20％的二次空氣引入鍋爐。
9.一種降低燃煤電站鍋爐的側(cè)壁腐蝕速度并不斷降低NOX排放水平的方法，所述的燃煤電站鍋爐包括多個相互連接形成爐殼的爐壁，其中至少一個爐壁安裝有多個將煤粉和主空氣的混合物引入鍋爐的燃燒器，所述燃煤電站鍋爐還包括至少一個將過燒空氣引入鍋爐的過燒空氣孔；所述的方法包括(a)在至少一個所述壁上設(shè)置多個幕簾空氣孔；(b)通過所述燃燒器將煤粉和亞化學(xué)當(dāng)量的主空氣氣流噴入鍋爐；(c)在鍋爐內(nèi)燃燒所述煤粉和主空氣的氣流；(d)通過所述過燒空氣孔將過燒空氣引入鍋爐，其中所述過燒空氣包括提供給鍋爐的總空氣的大約5％-20％；(e)通過幕簾空氣孔將幕簾空氣引入鍋爐，其中所述幕簾空氣包括提供給鍋爐的總空氣的大約5％-20％；以及(f)通過所述過燒空氣孔和幕簾空氣孔均衡空氣流，使得幕簾空氣與過燒空氣的比足夠小，足以維持燃燒分級并確保NOx的排放水平小于約0.50磅/106Btu，還使該比足夠大，足以在鄰近所述爐壁的氣氛中維持燃料混合比小于約115％的化學(xué)當(dāng)量比。
10.一種降低燃煤電站鍋爐的側(cè)壁腐蝕速度的方法，所述鍋爐包括一對安裝有燃燒器的爐壁、一對側(cè)壁和一底板，至少一個安裝有燃燒器的爐壁安裝了多個將煤粉和空氣的燃燒混合物引入鍋爐的燃燒器；所述方法包括(a)在至少一個側(cè)壁上設(shè)置有多個側(cè)壁狹縫，所述側(cè)壁狹縫位于基本上在所述鍋爐底板之上并且在最低燃燒器之下約10-12英尺的高度上；以及(b)通過所述側(cè)壁狹縫將所述側(cè)壁空氣流引入鍋爐；其特征在于，所述側(cè)壁空氣在可有效地由來自燃燒器的上升氣流將其向上推的位置引入鍋爐，由此提供一種幕簾空氣來保護(hù)側(cè)壁免受腐蝕。
全文摘要
一種在燃煤電站鍋爐(10)中降低其側(cè)壁腐蝕速度的方法。在鍋爐的側(cè)壁(14)上設(shè)置多個側(cè)壁狹縫(18)，因此，通過該狹縫(18)引入一個空氣保護(hù)層(22)，并由來自燃燒器(16)的上升氣流將該空氣保護(hù)層向上推。
文檔編號F23L9/02GK1240021SQ97180485
公開日1999年12月29日 申請日期1997年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月15日
發(fā)明者E·D·克拉默, J·A·烏里希, K·S·羅克哈特, B·P·布林, J·E·加布里爾森 申請人:西納吉技術(shù)有限公司, 能源系統(tǒng)聯(lián)合公司