[发明专利]拱上单级引射分级燃烧的方法及实现该方法的W火焰锅炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种分级燃烧的方法及W火焰锅炉，属于W火焰锅炉燃烧技术领域。

背景技术

W火焰燃烧锅炉是一种专门为燃用无烟煤、贫煤而设计的锅炉，为满足这种难燃煤着火和稳燃的需要，炉内必须保持较高的温度水平，导致NO_x排放水平明显偏高。W火焰锅炉通常具有如下技术特点：拱上布置浓煤粉气流、淡煤粉气流和二次风，拱下前墙和后墙水冷壁上布置拱下二次风；采用浓淡燃烧，浓煤粉气流中煤粉浓度较高，其煤粉含量约占总煤粉量的85％，淡煤粉气流煤粉浓度较低，其煤粉含量约占总煤粉量的15％；浓煤粉气流在拱上靠近前墙和后墙水冷壁布置，在其两侧相间布置的高速二次风的携带下能深入下炉膛而具有长火焰行程，淡煤粉气流在靠炉膛中心侧依靠自身动量下倾喷入炉膛中心区域，拱下二次风从下炉膛前墙和后墙水冷壁下部水平喷入炉内而实现分级燃烧。然而，这种W火焰锅炉运行中普遍存在以下问题：NO_x排放量高达1600～1800mg/m³、飞灰可燃物含量高、下炉膛前墙和后墙水冷壁结渣严重、煤粉气流着火晚且火焰稳定性较差。

上述W火焰锅炉常见的截面流场和拱上燃烧器喷口布置方式如图4、图5所示。(图4中各股喷入炉内气流的速度方向均采用箭头标出)，从结构上对以上所述三方面问题进行分析，NO_x排放量高的原因在于：①浓煤粉气流喷口9和二次风喷口10呈相间密集布置，风速远高于浓煤粉气流的二次风离开喷口后即混入浓煤粉气流中，使浓煤粉气流速度迅速升高并最终达到与二次风风速相等而整体下行，这就使得锅炉运行时浓煤粉气流长期处于富氧燃烧状态，从而生成了大量NO_x；②淡煤粉气流靠近炉膛中心喷入，由于淡煤粉气流动量小，在受到拱下回流区13内的高温回流烟气的挤压而偏转向浓煤粉气流侧并与浓煤粉气流混合，在根本上失去了原设想采用浓淡燃烧以降低NO_x生成的效果(说明：组织浓淡燃烧时将浓煤粉气流粉浓缩成煤粉含量高、空气量低的一股气流，使浓煤粉气流早期在贫氧条件下燃烧，从而在一定程度上限制NO_x生成)。

飞灰可燃物含量高，其主要原因在于拱下二次风水平吹入，对下炉膛内下行的浓煤粉气流有拦截作用，使浓煤粉气流在下炉膛内下射深度(即从浓煤粉气流喷口的出口中心处到下行气流开始上行的拐点A处的垂直距离L₁，以下均简称“下射深度”)较小，因而煤粉颗粒在下炉膛内行程短而缩短了停留时间。此外，煤粉着火晚且火焰稳定性差也是引起飞灰可燃物含量高的一个因素，从燃烧器布置结构上分析：①浓煤粉气流喷口9靠近下炉膛前墙和后墙水冷壁布置而远离炉膛中心，而距离炉膛中心越远，烟气温度越低，因而加热浓煤粉气流的烟气温度相对较低，对着火不利；②浓煤粉气流喷口9呈狭长型，这使得炉膛中心高温烟气加热浓煤粉气流时浓煤粉气流的受热面小，从而影响煤粉气流的着火和火焰稳定性；③浓煤粉气流喷口9上沿没有与二次风喷口10上沿平齐，浓煤粉气流喷口9上沿与两侧突出的部分二次喷口之间区域无其它气流，这使得浓煤粉气流喷口9两侧突出的部分二次风极易向此区域扩散，从而在浓煤粉气流5与靠近炉膛中心侧的高温烟气之间形成一道风膜，阻断了靠近炉膛中心侧的高温烟气与浓煤粉气流5混合，从而引起着火延迟、燃烧不稳定；④淡煤粉气流7靠近炉膛中心喷入靠近炉膛中心区域，一方面阻碍靠近炉膛中心侧的高温烟气与浓煤粉气流5混合，另一方面低温的淡煤粉气流7降低了靠近炉膛中心侧的高温烟气的温度，因而对着火和稳燃不利。

下炉膛前墙和后墙水冷壁结渣严重是因为：①浓煤粉气流5靠近下炉膛前墙和后墙水冷壁侧喷入，且浓煤粉气流喷口9与前墙或后墙水冷壁之间空隙处无其它气流，二次风携带浓煤粉气流5下冲过程中易向前墙和后墙水冷壁扩散而冲刷水冷壁，从而导致结渣；②浓煤粉气流5在下行过程中随着温度升高而体积膨胀，且同时受炉膛中心区域高温烟气膨胀而施加的横向推力作用，因而浓煤粉气流5易向两侧的前墙和后墙水冷壁扩张而冲刷前墙和后墙水冷壁而引起结渣。