大中型煤粉锅炉宽负荷运行下的低低氮燃烧器及使用方法

技术领域

本发明属于工程热物理领域，具体涉及一种大中型煤粉锅炉宽负荷运行下的低低氮燃烧器及使用方法。

背景技术

随着我国能源结构调整并逐渐推进，风能、太阳能等新能源技术所生产电能逐渐加大，大型火力发电厂锅炉调峰幅度增加，低负荷长时间运行成为常态化。为了满足高峰或者新能源不足时间段的电能需求，大中型火力发电厂锅炉必须足够大，满足25%-100%的调峰范围，额定蒸发量范围为670 t/h（对应额定发电量为600 MW）~ 3000 t/h，以满足大负荷运行的发电工况。在满足环保要求和节能运行情况下，目前大型火力电厂锅炉调控负荷普遍较窄。由于炉膛尺寸较大，低负荷经济运行经常遇到炉内燃烧不稳定、煤粉炉膛氧量过大，氮氧化物生成量明显增加，环保排放不达标或者为降低氮氧化物而使喷氨量增加的问题。低负荷低氧量运行时，炉内生成的一氧化碳浓度普遍过高，排放烟气中一氧化碳浓度过高，燃煤能源利用率下降。同时，煤燃烧不充分会使炉膛温度不达标，过热器主蒸汽温度过低，汽轮机热电转换效率也会随之降低。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种大中型煤粉锅炉宽负荷运行下的低低氮燃烧器及使用方法，针对大中型煤粉锅炉，通过增加中间主燃烧区域煤粉浓度来抑制氮氧化物生成，通过增加炉膛上部空气量来使高浓度一氧化碳在低于热力型氮生成温度的条件下充分燃烧，实现炉膛中部为高温还原性气氛环境，炉膛上部为相对低温氧化性环境，达到大中型蒸发量670 t/h ~ 3000 t/h煤粉锅炉在低负荷稳燃高效运行时充分抑制热力型氮氧化物生成的目的。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种大中型煤粉锅炉宽负荷运行下的低低氮燃烧器，其特征在于，包括：

在炉膛燃烧器竖直方向中部位置设置的、在任意负荷或煤种工况下满足该位置的炉膛横截面内部始终为高浓度煤粉区域且能稳定燃烧不结焦的一次风系统，高浓度大小标准满足该高浓度煤粉区域属于锅炉主要燃烧区域；

在炉膛燃烧器上的一次风系统的上侧设置的、构成送入炉膛的二次配送风的燃尽风口，燃尽风口的送风量大小选取标准为：在送风量上限满足燃尽风口位置处炉膛横截面区域附近空间内不发生过氧量燃烧的条件时，根据运行负荷要求及汽温变化进行升降调节并且保证火焰中心位置满足汽温变化需要；

在炉膛燃烧器竖直方向上部位置和燃尽风口位置上侧设置的、向上部位置的炉膛横截面内部空间喷射空气的补燃风系统。

优选地，一次风系统包括连接炉膛燃烧器中部位置炉膛壁的第一个一次风口、连接炉膛燃烧器最底部位置炉膛壁的第二个一次风口、用于煤粉量切换调节的第一个风阀和第二个风阀、用于输送煤粉的第一个一次风道和第二个一次风道和第一个一次风主管道、第一个磨煤机，第一个一次风口和第二个一次风口位于燃尽风口的下侧，其中：

第一个一次风口、第一个风阀、第一个一次风道、第一个一次风主管道和第一个磨煤机依次连接成贯通的煤粉输送通路；

第二个一次风口、第二个风阀、第二个一次风道、第一个一次风主管道和第一个磨煤机依次连接成贯通的煤粉输送通路。

优选地，补燃风系统包括安装在炉膛两平行侧墙上的正对的补燃风口、用于空气量调节的补燃风阀门和用于输送空气的补燃风管道，补燃风口位于燃尽风口的上侧，其中，补燃风口通过补燃风阀门连接到补燃风管道，补燃风管道与燃尽风口对应连接的燃尽风管道相连。

优选地，大中型煤粉锅炉额定负荷蒸发量为670t/h ~ 3000 t/h。

一种大中型煤粉锅炉宽负荷运行下的低低氮燃烧器的使用方法，其特征在于，包括：

在大中型煤粉锅炉低负荷工况运行过程中，打开第一个风阀并且关闭第二个风阀，第一个磨煤机只为第一个一次风口输送煤粉；

在大中型煤粉锅炉高负荷工况运行过程中，打开第二个风阀并且关闭第一个风阀，第一个磨煤机只为第二个一次风口输送煤粉；

在补燃风区域，通过调控补燃风阀门开度来调控补燃风口和燃尽风口喷向炉膛内的空气量。

有益效果：本发明具有如下显著的有益效果：

本发明提供的一种火力发电厂锅炉宽负荷运行下的低低氮燃烧器及使用方法，能够在改造现有或设计新建大中型煤粉锅炉过程中，使其在低负荷运行过程中实现显著的低低氮燃烧效果：在低负荷运行时，炉膛燃烧器竖直方向中部位置对应的炉膛空间内，都能保持足够大浓度的煤粉，保持该区域的还原性气氛，所产生的足够多一氧化碳将最大可能抑制氮氧化物的形成；在上部补燃风区域，通过调控空气量，保证调控后的氧气一方面与一氧化碳充分燃烧，另一方面同时保证该区域内温度低于氮氧化物的生成温度，最终实现：炉膛燃烧器中间区域为缺氧高温燃烧区域，该“高温”指实际运行温度高于氮氧化物产生的温度，且炉膛燃烧器上部补燃风区域为富氧相对低温燃烧区域，该“相对低温”指实际运行温度低于氮氧化物产生的温度。本发明能够用于大中型锅炉燃烧器低负荷稳定不结焦燃烧的设计和改造，具有在提高燃煤利用率的同时降低炉内氮氧化物生成量的优点，炉膛中部和上部互补调控配风，降低了炉内结焦的风险。

附图说明

图1为本发明大中型煤粉锅炉（蒸发量670 t/h ~ 3000 t/h）示意图；

图2为本发明大中型煤粉锅炉低低氮燃烧器示意图；

图3为本发明大中型锅炉煤粉四角输送系统和空气二次风输送系统示意图；

图4为本发明大中型煤粉锅炉一次风口和供应煤粉磨煤机序号对应示意图；

图5位本发明大中型煤粉锅炉一次风口、二次风口、燃尽风口、补燃风口位置示意图；

图中：2-一次风系统；21-第一个一次风口；211-第二个一次风口；22-第一个一次风道；221-第二个一次风道；23-第一个风阀；231-第二个风阀；24-第一个磨煤机；25-第一个一次风主管道；3-补燃风系统；31-补燃风口；32-补燃风阀门；33-补燃风管道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明公开了一种大中型煤粉锅炉宽负荷运行条件下的低低氮燃烧器，对应大中型煤粉锅炉额定负荷蒸发量为670 t/h ~3000 t/h，包括：在炉膛燃烧器竖直方向中部位置设置的一次风系统2，一次风系统2能够在任意负荷或任意煤种工况下，满足该位置的炉膛横截面内部始终为高浓度煤粉区域且能够稳定燃烧不结焦，高浓度大小标准满足该高浓度煤粉区域属于锅炉主要燃烧区域。

一次风系统2包括连接炉膛燃烧器中部位置炉膛壁的第一个一次风口21、连接炉膛燃烧器最底部位置炉膛壁的第二个一次风口211、用于煤粉量切换调节的第一个风阀23和第二个风阀231、用于输送煤粉的第一个一次风道22和第二个一次风道221和第一个一次风主管道25、第一个磨煤机24；

将第一个一次风口21、第一个风阀23、第一个一次风道22、第一个一次风主管道25和第一个磨煤机24依次连接成贯通的煤粉输送通路；

将第二个一次风口211、第二个风阀231、第二个一次风道221、第一个一次风主管道25和第一个磨煤机24依次连接成贯通的煤粉输送通路。

第一个风阀23和第二个风阀231的运行和安装标准为：满足第一个磨煤机24向第一个一次风口21和第二个一次风口211经煤粉输送通路输送的煤粉量的切换调节。

在炉膛燃烧器上的一次风口的上部设置燃尽风口，构成送入炉膛的二次配送风，一次风口包括第一个一次风口21和第二个一次风口211，二次配送风的送风量大小选取标准为：在送风量上限满足燃尽风口位置的炉膛横截面区域附近空间内不发生过氧量燃烧的条件下，根据运行负荷要求及汽温变化可以进行升降调节并且保证火焰中心位置满足汽温变化需要。燃尽风口对应设置燃尽风管道。

在炉膛燃烧器竖直方向上部位置和燃尽风口位置上部设置能够向上部位置的炉膛横截面内部空间喷射空气的补燃风系统3，补燃风系统3包括安装在炉膛两平行侧墙上的正对的多个补燃风口31、用于空气量调节的补燃风阀门32和与燃尽风管道相连的、用于输送空气的补燃风管道33，其中，补燃风口31位于燃尽风口位置上部，补燃风口31通过补燃风阀门32与补燃风管道33相连。

在本发明的一种实施例中，一种大中型煤粉锅炉宽负荷运行下的低低氮燃烧器还包括二次风口，一次风系统2的一次风口还包括其他一次风口。

一次风系统2的一次风口、二次风口和燃尽风口全部安装在炉膛的四个炉膛角上，补燃风口31对称地安装在炉膛的左右两个侧墙的上部，燃尽风口全部位于一次风口和二次风口的上侧，补燃风口31全部位于一次风口、二次风口和燃尽风口的上侧，四个炉膛角上的最底部一次风口的中心位于同一个水平面。

燃尽风口与补燃风口31之间经补燃风阀门32、补燃风管道33和燃尽风管道相连通，工作时，通过调整补燃风阀门32开度大小，来划分进入每个补燃风口31和每个燃尽风口的风量比例和速率。

针对每个炉膛角上，任意两个一次风口之间设置至少一个二次风口，四个炉膛角上的二次风口的数量相等，从炉膛最底部开始一直到炉膛最上部结束，对每个炉膛角上的二次风口分别进行计数，相同序号的二次风口位于同一水平面；四个炉膛角上的一次风口的数量相等，从炉膛最底部开始一直到炉膛最上部结束，对每个炉膛角上的一次风口分别进行计数，四个炉膛角上的相同序号的一次风口位于同一水平面。

针对四个炉膛角中的任意一个，位于炉膛最底部的一次风口为第二个一次风口211，位于炉膛最底部的一次风口和炉膛最上部的一次风口的中间位置的一次风口为第一个一次风口21，其中，针对每个炉膛角上，第二个一次风口211和第一个一次风口21之间等间距设置两个其他一次风口；在第一个一次风口21和最上部的一次风口之间等间距设置三个其他一次风口。

针对四个炉膛角中的任意一个，第一个一次风口21和第二个一次风口211之间通过第一个风阀23、第一个一次风道22、第二个一次风道221和第二个风阀231进行连通。任意一个炉膛角的第一个一次风口21和第二个一次风口211分别通过风阀和相同管径的一次风道连接，一次风道在经分叉管三通汇总之后，通过第一个一次风主管道25与第一个磨煤机24相连通，这样，第一个磨煤机24通过第一个一次风主管道25共引出四根输煤管道，分别输送煤粉至四个炉膛角的不同高度的第一个一次风口21和第二个一次风口211：通过风阀开关切换，低负荷时第一个磨煤机24为第一个一次风口21输送煤粉并燃烧，同时第二个风阀231断开；高负荷时第一个磨煤机24为第二个一次风口211输送煤粉并燃烧，同时第一个风阀23断开。

在本发明的一种实施例中，从炉膛最底部开始一直到炉膛最上部结束，对每个炉膛角上的一次风口分别进行计数，除第一个一次风口21和第二个一次风口211外，四个炉膛角上的其他相同序号的一次风口分别与各自对应的一次风道连通，对应的一次风道再汇合通过一次风主管道连接到一个独立的磨煤机，与从下至上的计数相对应，分别为第二个磨煤机、第三个磨煤机、第四个磨煤机、第五个磨煤机、第六个磨煤机、第七个磨煤机。

在本发明的另一种实施例中，在每个炉膛角上，在第一个一次风口21和第二个一次风口211之间设置两个其他一次风口，四个炉膛角上的位于第一个一次风口21和第二个一次风口211之间的其他一次风口与各自对应的一次风道连通，对应的一次风道汇总后，通过一次风主管道连接到同一个磨煤机。

本发明公开了一种大中型煤粉锅炉宽负荷运行条件下的低低氮燃烧器的使用方法：

在大中型煤粉锅炉低负荷工况运行过程中，打开第一个风阀23并且关闭第二个风阀231，第一个磨煤机24只为第一个一次风口21输送煤粉，炉膛燃烧器竖直方向中部位置对应的炉膛空间内能保持足够大的煤粉浓度（煤粉浓度大小标准为保持该区域为还原性气氛，所产生的足够多一氧化碳将最大可能抑制氮氧化物的形成），炉膛燃烧器中间主要燃烧区域为缺氧的高温燃烧区域（该“高温”指实际运行温度等于或高于热力型氮氧化物产生的温度范围）；

在大中型煤粉锅炉高负荷工况运行过程中，打开第二个风阀231并且关闭第一个风阀23，第一个磨煤机24只为第二个一次风口211输送煤粉；

在上部补燃风区域，通过调控补燃风阀门32开度来调控补燃风口31和燃尽风口喷向炉膛内的空气量，且炉膛燃烧器上部补燃风区域为富氧的相对低温燃烧区域（该“相对低温”指实际运行温度低于热力型氮氧化物产生的温度），其中，空气量调控后要满足的标准为保证调控后的氧气与一氧化碳充分燃烧，同时保证该区域内温度低于氮氧化物的生成温度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。