[发明专利]一种侧墙主导对称燃烧的低氮高效燃尽W火焰锅炉

说明书

本发明公开了一种侧墙主导对称燃烧的低氮高效燃尽W火焰锅炉，于左右墙侧设置炉拱(布置燃烧器)、分级风和喉口燃尽风，并在前后墙侧设置乏燃烧器和墙部燃尽风。利用“上炉膛不对称结构效应对称作用于两拱侧下行煤粉气流”条件、高深度折焰角压制上炉膛烟气流后倾行为、以及乏燃烧器的细煤粉烟气流和墙部燃尽风对上行W型火焰后倾行为的钳制作用，营造了侧墙主导对称W型火焰燃烧条件；对称燃烧容许强化分级燃烧和减少局部高温区，乏燃烧器的细煤粉烟气流组织再燃，燃尽区耦合喉口燃尽风和墙部燃尽风，构建了深度低氮燃烧条件；对称燃烧确保左右侧达到同等燃尽，细煤粉烟气流和墙部燃尽风强化燃烧后期的气流扰动和物料混合，营造了高效燃尽条件。

技术领域

本发明涉及一种W火焰锅炉，具体涉及一种侧墙主导对称燃烧的低氮高效燃尽W火焰锅炉，属于W火焰锅炉燃烧技术领域。

背景技术

W火焰锅炉近三十年来在我国得到较广应用。这种锅炉通过前后拱部燃烧器给入下射型煤粉气流，沿火焰行程逐步给入燃烧所需的二次风和分级风，以组织沿炉深方向的对称W火焰燃烧并借助分级燃烧控制NOx排放。然而，现有业绩来表明，多数W火焰锅炉在炉内燃烧表观上偏离了其构建对称W型火焰的设计理念，呈现出一侧燃烧好、另一侧燃烧明显差的不对称燃烧特征，造成锅炉前后墙侧热负荷分布极不对称、燃烧稳定性较差(严重时导致灭火频繁)和燃尽低等问题；与此同时，分级燃烧可用程度低、二次风与煤粉气流过早混合、燃料中焦炭/挥发分比值高、炉膛整体烟温水平高和不对称燃烧形成局部高温区等因素的综合作用，最终导致NOx排放超高。

据相关报道，W火焰锅炉炉内流场偏斜导致了燃烧不对称，而流场偏斜成因在于：上行气流在炉膛中心交汇时存在内部挤压作用，在上炉膛不对称结构效应的导向作用下(即折焰角和炉膛出口位于后墙侧，后墙侧下行气流距炉膛出口较近，易被导引而提前上行)，最终诱使一侧气流在其下行扩展并折转上行过程中挤向另一侧气流，从而形成偏斜流场。为有效隔断“上炉膛不对称结构效应的导向作用”这一流场偏斜诱因对前后拱下煤粉气流行程的负面影响，中国发明专利《一种对称燃烧的W型火焰锅炉》(专利号ZL201410543855.9、授权公告日2009.08.24，下称“文件一”)通过在拱下靠炉膛中心侧布置对称的水冷壁分隔墙，将下射煤粉气流框定在前后拱下区域下行，保证一侧煤粉气流下射行程免受另一侧煤粉气流的压迫，进而强制组织对称燃烧。然而，“文件一”中的拱下分隔墙技术在应用中仍存在增加锅炉造价和引发水冷壁分隔墙结渣及热疲劳等问题。

在控制W火焰锅炉NOx排放方面，中国发明专利《在炉拱上布置有缝隙式燃尽风喷口的W型火焰锅炉》(专利号ZL200910309113.9，授权公告日2011.02.16，下称“文件二”)和《一种高效低污染的W型火焰锅炉燃尽风装置及方法》(专利号ZL201310619621.3，授权公告日2016.01.20，下称“文件三”)提出了在近喉口区域或上炉膛下部区域增设燃尽风来强化炉内分级燃烧的方法，而中国发明专利《多次引射分级燃烧的方法》(中国专利号ZL201010149634.5，授权公告日2013.03.27，下称“文件四”)提出了多股高速二次风射流依次引射煤粉气流下射的方法(旨在推迟拱下燃烧器区域风粉混合，抑制燃料型NOx生成)。鉴于“文件二”至“文件四”涉及的低NOx燃烧方法仍存在NOx降幅有限(<50％，常规条件下NOx排放仍>800mg/m³)和影响燃尽的问题，中国发明专利《一种耦合空气分级和燃料分级低NOx四拱型W火焰锅炉》(专利号ZL201410661599.3，授权公告日2016.12.07，下称“文件五”)提出了设置两级炉拱以耦合深度空气分级和燃料分级的低氮燃烧方法，以期将NOx排放进一步降至600mg/m³以下，同时借助显著拉长的火焰行程来补偿低氮燃烧引起的燃尽损失，但系统复杂性提升、锅炉造价增加和潜在的不对称燃烧是该方法应用中需要解决的问题。

可见，上述现有技术局限于单一的抑制不对称燃烧或者控制W火焰锅炉NOx排放上，且“文件一”所述构建对称燃烧技术亦存在增加锅炉本体造价的问题，在不显著增加锅炉本体造价的基础上全面解决不对称燃烧并显著降低NOx排放方面，则未见公开报道。