一种采用循环烟气型缝隙式直流煤粉燃烧器的W火焰锅炉的制作方法

本发明涉及锅炉燃烧技术领域，具体涉及一种采用循环烟气型缝隙式直流煤粉燃烧器的w火焰锅炉。

背景技术：

随着我国经济社会的蓬勃发展，电力资源的需求量正不断扩大。近年来，各种新能源行业如风力发电、水力发电、太阳能发电等发展速度突飞猛进，也占据了一定的市场份额，但是，受到我国自然资源和地理环境的限制，有关技术尚未取得突破性的进展，燃煤火力发电在电力行业中仍是最主要的发电形式。低挥发分煤无烟煤和贫煤在我国电站锅炉燃用煤量中所占比例高达40％以上。低挥发分煤不易着火、燃尽困难，因此我国在上世纪60年代就开始引进国外四角切圆液态排渣炉，后来在上世纪90年代采用墙式对冲锅炉来燃烧难燃煤，与此同时，w火焰锅炉开始引进中国，高效的燃烧效率使得其迅速占领市场，并在几十年间迅速发展，成为国内燃煤电站燃用难燃煤的主力炉型。

w火焰锅炉在我国得到广泛应用，但在实际运行中仍暴露了一些问题，比较严重并且常见的有nox排放量高、稳燃差、飞灰可燃物含量高、下炉膛水冷壁超温、壁温偏差大和结渣严重。nox排放量高是因为w火焰锅炉中煤粉燃烧在高温富氧条件下进行，会促进燃料型nox的生成，尽管浓淡燃烧措施具有一定的改善效果，但仍与理论真正实现有很大差距。在实际运行中，为降低燃料成本，锅炉实际燃用煤质有时会比设计煤质差，如燃烧灰分较高的劣质煤，干燥基灰分ad大于40％，属于极难稳燃、中等难燃尽的煤。锅炉燃用高灰分的劣质煤时，煤粉着火晚、稳燃差，煤粉燃尽难以保证，使得飞灰可燃物含量偏高。w火焰锅炉采用垂直管屏型水冷壁，由于下炉膛尺寸大，水冷壁并联管屏数较多，相应地热偏差就较大，对炉膛热负荷的偏差较敏感。水冷壁局部热负荷分布不均会导致水冷壁温超温而爆管，壁温偏差大而鳍片拉裂，影响锅炉安全运行。同时，拱上二次风分布不合理也会导致沿炉膛宽度方向布置的燃烧器着火点位置不同，燃烧器火焰下冲深度不同，前后墙沿炉膛宽度方向的水冷壁壁温偏差较大。结渣严重是因为w火焰锅炉下炉膛温度较高，在水冷壁附近没有二次风或低温循环烟气冷却的情况下水冷壁附近温度也较高，容易结渣。

综上所述，现有的w火焰锅炉存在nox排放浓度高、稳燃差、飞灰可燃物含量高、下炉膛水冷壁超温、壁温偏差大和结渣的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有的w火焰锅炉存在nox排放浓度高、稳燃差、飞灰可燃物含量高、下炉膛水冷壁超温、壁温偏差大和结渣的问题，进而提供一种采用循环烟气型缝隙式直流煤粉燃烧器的w火焰锅炉。

本发明的技术方案是：

一种采用循环烟气型缝隙式直流煤粉燃烧器的w火焰锅炉，所述w火焰锅炉包括上炉膛1和下炉膛5，下炉膛5包括前拱2、后拱3、前墙4、后墙7、冷灰斗6和多个直流煤粉燃烧器，直流煤粉燃烧器为循环烟气型缝隙式直流煤粉燃烧器，多个直流煤粉燃烧器以炉膛中心线1-1为中心对称布置在前拱2和后拱3上，且多个直流煤粉燃烧器均与下炉膛5连通，每个直流煤粉燃烧器包括浓煤粉气流喷口12、淡煤粉气流喷口11、主循环烟气喷口18、外循环烟气喷口10和二次风喷口22，淡煤粉气流喷口11布置在靠近水冷壁侧，且淡煤粉气流喷口11布置在浓煤粉气流喷口12后方，主循环烟气喷口18布置在浓煤粉气流喷口12和淡煤粉气流喷口11的靠近直流煤粉燃烧器中心线侧，二次风喷口22布置在浓煤粉气流喷口12和淡煤粉气流喷口11的远离直流煤粉燃烧器中心线侧，外循环烟气喷口10沿炉膛宽度方向布置在靠近水冷壁侧，且外循环烟气喷口10布置在淡煤粉气流喷口11后方，淡煤粉气流喷口11、浓煤粉气流喷口12、主循环烟气喷口18、外循环烟气喷口10和二次风喷口22均与下炉膛5连通。

进一步地，直流煤粉燃烧器分为两类，其中靠近翼墙25侧的直流煤粉燃烧为侧部直流煤粉燃烧24，位于侧部直流煤粉燃烧24之间的直流煤粉燃烧器为中部直流煤粉燃烧23。

进一步地，布置在前拱2和后拱3上的多个直流煤粉燃烧器沿炉膛宽度方向的间距相等。

进一步地，每个直流煤粉燃烧器还包括主循环烟气管17和第一电动调节风门26，每个直流煤粉燃烧器中的主循环烟气喷口18为多个，多个主循环烟气喷口18沿炉膛深度方向对称布置在直流煤粉燃烧器中心线两侧，多个主循环烟气喷口18上端均与主循环烟气管17一端连通，主循环烟气管17另一端与炉膛出口14连通，且主循环烟气管17上设置第一电动调节风门26，主循环烟气由炉膛出口14处抽取，主循环烟气占总循环烟气的60％～75％，主循环烟气组分浓度为：o2：1.6％～4.6％；co：20ppm～250ppm；co2：13.5％～18％。

进一步地，每个直流煤粉燃烧器还包括外循环烟气管21和第二电动调节风门27，每个直流煤粉燃烧器中的外循环烟气喷口10为多个，多个外循环烟气喷口10沿炉膛宽度方向呈一字形等间距布置在靠近水冷壁侧，多个外循环烟气喷口10上端均与外循环烟气管21一端连通，外循环烟气管21另一端与省煤器15后的尾部烟道16连通，且外循环烟气管21上设置第二电动调节风门27，外循环烟气由省煤器15后的尾部烟道16中抽取，外循环烟气占总循环烟气的20％～30％，外循环烟气组分浓度为：o2：3％～5.6％；co：20ppm～200ppm；co2：13％～17％。

进一步地，每个侧部直流煤粉燃烧24还包括边界循环烟气喷口19，边界循环烟气喷口19靠近翼墙25布置在侧部直流煤粉燃烧24外侧。

进一步地，每个侧部直流煤粉燃烧24还包括边界循环烟气管20、第三电动调节风门28，每个侧部直流煤粉燃烧24中的边界循环烟气喷口19为多个，多个边界循环烟气喷口19沿炉膛深度方向呈一字形等间距设置，多个边界循环烟气喷口19上端均与边界循环烟气管20一端连通，边界循环烟气管20另一端与省煤器15后的尾部烟道16连通，且边界循环烟气管20上设置第三电动调节风门28，边界循环烟气由省煤器15后的尾部烟道16中抽取，边界循环烟气占总循环烟气的5％～10％，边界循环烟气组分浓度为：o2：3％～5.6％；co：20ppm～200ppm；co2：13％～17％。

进一步地，总再循环烟气包括主循环烟气、外循环烟气和边界循环烟气，总再循环烟气占总烟气的占比：70％～100％额定电负荷时为15％～20％，50％～70％额定电负荷时为10％～15％，50％以下额定电负荷时为0～10％。

进一步地，所述w火焰锅炉还包括多个三次风喷口8，下炉膛5的前墙4和后墙7外侧分别沿炉膛宽度方向设有多个三次风喷口8，多个三次风喷口8下端均与下炉膛5连通，每个三次风喷口8的中心线与水平之间的夹角为0°至45°。

进一步地，所述w火焰锅炉还包括多个燃尽风喷口13，下炉膛5的前拱2和后拱3靠近炉膛中心线1-1的位置分别设有多个燃尽风喷口13，多个燃尽风喷口13下端均与下炉膛5连通，每个多个燃尽风喷口13的中心线与水平之间的夹角为20°至45°。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明大幅度降低了炉膛出口nox排放量：

主循环烟气是煤粉燃烧后的气体和少量漏风的混合物，氧气含量低，布置在浓煤粉气流周围，降低了附近的氧气浓度，拱上过量空气系数由1.03降低至0.70，难以形成高温氧化性气氛，煤粉燃烧初期nox生成量显著减少；同时循环烟气风量可调，通过调整阀门开度可以有效控制混合比例，改变浓煤粉气流着火初期的供氧。循环烟气中还含有no，抽出后通入炉膛，与炉内产生的焦炭可以进行异相还原反应，将其转化为n2，从而降低整体nox排放。

2、本发明有利于煤粉快速着火与稳燃：

浓煤粉气流喷口周围布置有高温(800～1000℃)循环烟气，高温循环烟气能够加热浓煤粉气流，有利于浓煤粉气流内煤粉颗粒快速吸热、着火及稳燃。

3、本发明减少了飞灰可燃物含量：

w火焰锅炉主要燃用无烟煤、贫煤等难燃煤种，其本身特性导致燃烧效果差，难以充分燃尽，排入大气的烟气中含有较多未燃尽的碳。将一部分烟气抽出，再次通入炉内，一方面可使其中的未燃碳再燃，同时另一方面，浓煤粉气流受相邻的循环烟气加热，煤粉气流着火较早，相对来说延长了在炉内的燃尽行程，燃烧反应更加彻底，进而导致飞灰可燃物含量减少、锅炉效率得到提高。

4、本发明有利于减少下炉膛前后墙水冷壁热偏差和防止水冷壁结渣：

布置于靠近前后墙侧的外循环烟气有两个作用：(1)本身温度较低(250～350℃)，能够降低水冷壁附近温度；(2)能够阻隔煤粉气流向前后墙水冷壁流动，同时，本身氧气浓度较低，使得水冷壁附近煤粉颗粒燃烧放热减少，也能够降低水冷壁附近温度。循环烟气量可调，可改变燃烧器对应位置的下炉膛水冷壁附近煤粉燃烧份额。循环烟气量增大时，相应位置的下炉膛水冷壁附近低温烟气量增加，水冷壁附近煤粉燃烧份额减小，壁温降低，防止水冷壁超温和结渣。沿炉膛宽度方向布置的各燃烧器对应的循环烟气量配合调整，可以调整水冷壁壁温偏差，防止水冷壁鳍片拉裂。靠近翼墙侧的燃烧器喷口外侧增加一组低温边界循环烟气喷口，有利于防止翼墙水冷壁结渣。

附图说明

图1是本发明的炉膛结构和炉膛纵截面的流场示意图(图中下炉膛5流场分布以炉膛中心线1-1为对称面分布，图中气流方向采用箭头标出)；

图2是本发明的拱上喷口布置示意图；

图3是本发明的主循环烟气管17及其电动调节风门26示意图(图2中a-a截面)；

图4是本发明的外循环烟气管21及其电动调节风门27示意图(图2中b-b截面)；

图5是本发明的边界循环烟气管19及其电动调节风门28示意图(图2中c-c截面)。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种采用循环烟气型缝隙式直流煤粉燃烧器的w火焰锅炉，所述w火焰锅炉包括上炉膛1和下炉膛5，下炉膛5包括前拱2、后拱3、前墙4、后墙7、冷灰斗6和多个直流煤粉燃烧器，直流煤粉燃烧器为循环烟气型缝隙式直流煤粉燃烧器，多个直流煤粉燃烧器以炉膛中心线1-1为中心对称布置在前拱2和后拱3上，且多个直流煤粉燃烧器均与下炉膛5连通，每个直流煤粉燃烧器包括浓煤粉气流喷口12、淡煤粉气流喷口11、主循环烟气喷口18、外循环烟气喷口10和二次风喷口22，淡煤粉气流喷口11布置在靠近水冷壁侧，且淡煤粉气流喷口11布置在浓煤粉气流喷口12后方，主循环烟气喷口18布置在浓煤粉气流喷口12和淡煤粉气流喷口11的靠近直流煤粉燃烧器中心线侧，二次风喷口22布置在浓煤粉气流喷口12和淡煤粉气流喷口11的远离直流煤粉燃烧器中心线侧，外循环烟气喷口10沿炉膛宽度方向布置在靠近水冷壁侧，且外循环烟气喷口10布置在淡煤粉气流喷口11后方，淡煤粉气流喷口11、浓煤粉气流喷口12、主循环烟气喷口18、外循环烟气喷口10和二次风喷口22均与下炉膛5连通。

本实施方式的浓煤粉气流由多个浓煤粉气流喷口12喷入下炉膛5内。二次风由多个二次风喷口22喷入下炉膛5内。淡煤粉气流由多个淡煤粉气流喷口11喷入下炉膛5内。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的直流煤粉燃烧器分为两类，其中靠近翼墙25侧的直流煤粉燃烧为侧部直流煤粉燃烧24，位于侧部直流煤粉燃烧24之间的直流煤粉燃烧器为中部直流煤粉燃烧23。

如此设置，侧部直流煤粉燃烧24与中部直流煤粉燃烧23的区别在于，侧部直流煤粉燃烧24靠近翼墙25的外侧，布置有边界循环烟气喷口19，能够防止煤粉气流冲刷翼墙25水冷壁。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的布置在前拱2和后拱3上的多个直流煤粉燃烧器沿炉膛宽度方向的间距相等。

如此设置，保证通过直流煤粉燃烧器进入下炉膛5内的气体均匀且全面。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式的每个直流煤粉燃烧器还包括主循环烟气管17和第一电动调节风门26，每个直流煤粉燃烧器中的主循环烟气喷口18为多个，多个主循环烟气喷口18沿炉膛深度方向对称布置在直流煤粉燃烧器中心线两侧，多个主循环烟气喷口18上端均与主循环烟气管17一端连通，主循环烟气管17另一端与炉膛出口14连通，且主循环烟气管17上设置第一电动调节风门26，主循环烟气由炉膛出口14处抽取，主循环烟气占总循环烟气的60％～75％，主循环烟气组分浓度为：o2：1.6％～4.6％；co：20ppm～250ppm；co2：13.5％～18％。

如此设置，主循环烟气由炉膛出口14处抽取，温度较高，为800～1000℃，并由多个主循环烟气喷口18喷入下炉膛5内，在下炉膛5内，由风速较高的二次风携带风速较低的浓煤粉气流下射，温度远高于浓煤粉气流的主循环烟气离开喷口后即混入浓煤粉气流中，使浓煤粉温度迅速升高，并快速达到着火温度。主循环烟气量可根据锅炉实际运行情况通过第一电动调节风门26调节，用于调节浓煤粉气流着火初期的供氧。利用主循环烟气的温度和其中各组分的占比，对主循环烟气进行充分利用。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式的每个直流煤粉燃烧器还包括外循环烟气管21和第二电动调节风门27，每个直流煤粉燃烧器中的外循环烟气喷口10为多个，多个外循环烟气喷口10沿炉膛宽度方向呈一字形等间距布置在靠近水冷壁侧，多个外循环烟气喷口10上端均与外循环烟气管21一端连通，外循环烟气管21另一端与省煤器15后的尾部烟道16连通，且外循环烟气管21上设置第二电动调节风门27，外循环烟气由省煤器15后的尾部烟道16中抽取，外循环烟气占总循环烟气的20％～30％，外循环烟气组分浓度为：o2：3％～5.6％；co：20ppm～200ppm；co2：13％～17％。

如此设置，外循环烟气由省煤器15后的尾部烟道16中抽取，温度较低，为250～350℃，并由多个外循环烟气喷口10喷入下炉膛5内，低温外循环烟气靠近前后墙水冷壁，一方面阻隔了浓煤粉气流和淡煤粉气流向前墙4和后墙7水冷壁扩散而冲刷水冷壁，另一方面降低了水冷壁附近区域温度，低温再循环烟气量可通过第二电动调节风门27调节，可改变直流煤粉燃烧器对应位置的下炉膛5水冷壁附近煤粉燃烧份额。利用外循环烟气的温度和其中各组分的占比，对外循环烟气进行充分利用。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图1、图2和图5说明本实施方式，本实施方式的每个侧部直流煤粉燃烧24还包括边界循环烟气喷口19，边界循环烟气喷口19靠近翼墙25布置在侧部直流煤粉燃烧24外侧。

如此设置，能够防止煤粉气流冲刷翼墙25水冷壁。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图1、图2和图5说明本实施方式，本实施方式的每个侧部直流煤粉燃烧24还包括边界循环烟气管20、第三电动调节风门28，每个侧部直流煤粉燃烧24中的边界循环烟气喷口19为多个，多个边界循环烟气喷口19沿炉膛深度方向呈一字形等间距设置，多个边界循环烟气喷口19上端均与边界循环烟气管20一端连通，边界循环烟气管20另一端与省煤器15后的尾部烟道16连通，且边界循环烟气管20上设置第三电动调节风门28，边界循环烟气由省煤器15后的尾部烟道16中抽取，边界循环烟气占总循环烟气的5％～10％，边界循环烟气组分浓度为：o2：3％～5.6％；co：20ppm～200ppm；co2：13％～17％。

如此设置，边界循环烟气同样由省煤器15后的尾部烟道16中抽取，并由多个边界循环烟气喷口19喷入下炉膛5内，边界循环烟气量可以通过第三电动调节风门28调节，能够防止煤粉气流冲刷翼墙25水冷壁。利用边界循环烟气的温度和其中各组分的占比，对边界循环烟气进行充分利用。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：本实施方式的总再循环烟气包括主循环烟气、外循环烟气和边界循环烟气，总再循环烟气占总烟气的占比：70％～100％额定电负荷时为15％～20％，50％～70％额定电负荷时为10％～15％，50％以下额定电负荷时为0～10％。

如此设置，利用总再循环烟气在不同工况下的占比，对总再循环烟气进行充分利用。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述w火焰锅炉还包括多个三次风喷口8，下炉膛5的前墙4和后墙7外侧分别沿炉膛宽度方向设有多个三次风喷口8，多个三次风喷口8下端均与下炉膛5连通，每个三次风喷口8的中心线与水平之间的夹角为0°至45°。

如此设置，三次风由多个三次风喷口8喷入下炉膛5内，在二次风、浓煤粉气流、淡煤粉气流、主循环烟气和外循环烟气到达三次风喷口区域时，由风速较高的并与水平夹角呈0°至45°的三次风进一步引射煤粉气流下行，实现了分级燃烧。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。

具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述w火焰锅炉还包括多个燃尽风喷口13，下炉膛5的前拱2和后拱3靠近炉膛中心线1-1的位置分别设有多个燃尽风喷口13，多个燃尽风喷口13下端均与下炉膛5连通，每个多个燃尽风喷口13的中心线与水平之间的夹角为20°至45°。

如此设置，燃尽风由多个燃尽风喷口13通入下炉膛5内的上部，在拱下由下倾喷入的三次风引射携带煤粉气流下行后，折转上行的未燃尽煤粉气流在下炉膛5上部区域与下倾喷入的燃尽风混合。其它组成和连接关系与具体实施方式的一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。

工作原理

结合图1至图5说明本发明的一种采用循环烟气型缝隙式直流煤粉燃烧器的w火焰锅炉的工作原理：本发明的w火焰锅炉采用循环烟气型缝隙式直流煤粉燃烧器，高温再循环烟气布置于浓煤粉气流喷口侧方，低温再循环烟气布置于靠近前后墙和翼墙水冷壁侧。通过调整高温再循环烟气量，改变浓煤粉气流着火初期的供氧，有效控制nox的生成。高温(800～1000℃)再循环烟气能够加热浓煤粉气流，有利于浓煤粉气流着火及稳燃。煤粉气流着火较早，在炉内燃尽行程延长，有利于煤粉燃尽。同时，循环烟气中未燃尽的碳进入炉内再燃，也有利于降低飞灰可燃物含量。靠近前后墙水冷壁侧的低温(250～350℃)再循环烟气能够阻隔煤粉气流向前后墙水冷壁流动。低温再循环烟气量可调，可改变燃烧器对应位置的下炉膛水冷壁附近煤粉燃烧份额，调节下炉膛前后墙水冷壁壁温，防止水冷壁爆管、鳍片拉裂和结渣。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。