[发明专利]一种前后墙对冲燃烧锅炉的贴壁风系统

说明书

技术领域

本发明属于火力发电设备领域，涉及一种能够有效防止前后墙对冲燃烧锅炉水冷壁结焦及高温腐蚀的贴壁风系统。

背景技术

前后墙对冲燃烧锅炉因其燃烧设备和受热面布置方面的优势，已成为国内超临界和超超临界锅炉主要采用的燃烧设备之一，在国内在役火电机组中应用广泛。为了实现高效、经济、环保运行，该类炉型通常采用空气分级燃烧的方式控制NO_x排放。所谓空气分级燃烧就是将燃料燃烧所需空气分级送入炉膛。空气分级燃烧锅炉通常包括主燃区、还原区和燃尽区三部分。在主燃区，即燃烧器所在区域，给入燃料燃烧所需风量的70～90%，燃料在缺氧条件下燃烧，不仅可以控制热力型NO_x的生成，还能够还原部分燃料型NO_x；主燃区和燃尽区之间为氧浓度极低的还原区，主燃区生成的NO_x在该区段被CxHy、CO、煤焦及H₂等还原性物质还原为N₂；在距顶层燃烧器上部一定距离的燃尽区，给入燃料完全燃烧所需的余下空气，主燃区未燃尽的焦炭及气体组分在该区域富氧条件下完全燃烧。通过空气分级燃烧可以使NO_x排放降低30%～50%。

然而，炉内强还原区的形成虽然可以降低NO_x的排放，但是也给锅炉的安全运行带来一些列的问题。首先，还原区气体中含有大量强腐蚀性气体，如H₂S、SO₂等；这些气体在一定条件下极易破坏水冷壁表面的氧化铁保护膜，从而导致水冷壁出现严重的硫酸盐和硫化物型高温腐蚀。其次，随着炉内气氛还原性增强，煤的灰熔点将大幅度降低，这不仅会造成该区域水冷壁严重结渣，而且还会加速受热面的高温腐蚀。另外，随着NO_x排放要求的日益提高，电厂为了进一步降低NO_x排量，不断增强空气分级的程度，降低主燃区和还原区氧量，加大燃尽风的比例，这种做法使得水冷壁结渣和高温腐蚀问题更加突出。如何在保证前后墙对冲燃烧锅炉低NO_x排放的同时，确保炉膛水冷壁不发生高温腐蚀和结渣，成为该类锅炉亟待解决的问题。

目前，针对前后墙对冲锅炉水冷壁高温腐蚀及结渣问题，出现了一些解决的措施和方法。其中，合理组织炉膛内空气动力场、增加水冷壁区域氧量，是解决前后墙对冲锅炉水冷壁结渣和高温腐蚀问题最经济的方式。但是，研究发现，由于前后墙对冲燃烧锅炉的燃烧器和燃尽风喷口均布置在炉膛的前、后墙上，在两侧墙上均未布置任何空气补给装置，通过炉内空气动力场的优化调整，只能解决前后墙水冷壁结渣和高温腐蚀问题，难以解决两侧墙水冷壁结渣和高温腐蚀问题。

为了解决侧墙水冷壁高温腐蚀和结渣问题，国内外高校、电科院及锅炉厂家也提出了许多措施。中国专利200520020312.5公开了一种防止水冷壁高温腐蚀和结渣的燃烧器墙式布置的锅炉装置，指出将锅炉主燃区侧墙水冷壁鳍片取下形成缝隙喷口，将部分二次风从此喷入炉膛内，从而实现向侧墙水冷壁区域补氧防结渣的目的，但是由于缝隙内没有布置贴壁风通道，二次风经缝隙垂直于水冷壁直接喷入炉膛，并不能形成贴壁风幕。另外，该缝隙仅布置在主燃区，无法抑制最上层燃烧器与燃尽风喷口之间还原区的高温腐蚀及结渣问题。此外，取下鳍片形成的缝隙尺寸过小（一般6～7mm），阻力大，喷入炉膛的气流刚性差，也极易被主气流卷吸，很难形成稳定的贴壁风。

为了使喷入炉膛内的气流沿着壁面流动，中国专利200810044352.1公开了一种前后墙对冲燃烧锅炉炉膛及在侧墙上设置空气喷嘴的方法，提出将部分二次风通过布置在侧墙上的外旋流内直流喷嘴送入炉膛，从而实现对炉膛中心补氧的同时，形成贴侧壁流动的贴壁风。但是由于旋流喷口阻力大，当风量较小时，旋流效果较差，喷入炉内的旋转气流极易被逐气流卷吸，造成壁面区域补氧不足，不能解决侧墙高温腐蚀和结渣的问题。当风量较大时，旋流强度虽然可以增强，但过早的将大量氧气补给到炉膛中，破坏了空气分级燃烧的初衷，不利于降低NO_x排量。

中国专利201210577062.X公开了一种贴壁风分段送入炉体结构，中国专利201210373292.4公开了一种前后墙对冲燃烧锅炉侧墙贴壁风添加装置，均提出通过在侧墙水冷壁内侧安装挡板和喷嘴，从而使得二次风沿着水冷壁流动形成稳定的贴壁风。这种方式虽能解决贴壁风沿水冷壁平行流动的问题，但是在水冷壁内侧安装内构件会给锅炉安全运行带来影响。另外，采用挡板直接将二次风阻挡流向水冷壁，会导致水冷壁的磨损。