專利名稱：拱上單級引射分級燃燒的方法及實現該方法的w火焰鍋爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種分級燃燒的方法及W火焰鍋爐，屬于W火焰鍋爐燃燒技術領域。
背景技術：
W火焰燃燒鍋爐是一種專門為燃用無煙煤、貧煤而設計的鍋爐，為滿足這種難燃煤 著火和穩燃的需要，爐內必須保持較高的溫度水平，導致NOx排放水平明顯偏高。W火焰鍋 爐通常具有如下技術特點拱上布置濃煤粉氣流、淡煤粉氣流和二次風，拱下前墻和后墻水 冷壁上布置拱下二次風；采用濃淡燃燒，濃煤粉氣流中煤粉濃度較高，其煤粉含量約占總煤 粉量的85%，淡煤粉氣流煤粉濃度較低，其煤粉含量約占總煤粉量的15% ；濃煤粉氣流在拱 上靠近前墻和后墻水冷壁布置，在其兩側相間布置的高速二次風的攜帶下能深入下爐膛而 具有長火焰行程，淡煤粉氣流在靠爐膛中心側依靠自身動量下傾噴入爐膛中心區域，拱下 二次風從下爐膛前墻和后墻水冷壁下部水平噴入爐內而實現分級燃燒。然而，這種W火焰 鍋爐運行中普遍存在以下問題NOx排放量高達1600 1800mg/m3、飛灰可燃物含量高、下爐 膛前墻和后墻水冷壁結渣嚴重、煤粉氣流著火晚且火焰穩定性較差。
上述W火焰鍋爐常見的截面流場和拱上燃燒器噴口布置方式如圖4、圖5所示。 (圖4中各股噴入爐內氣流的速度方向均采用箭頭標出)，從結構上對以上所述三方面問題 進行分析，NOx排放量高的原因在于①濃煤粉氣流噴口 9和二次風噴口 10呈相間密集布 置，風速遠高于濃煤粉氣流的二次風離開噴口后即混入濃煤粉氣流中，使濃煤粉氣流速度 迅速升高并最終達到與二次風風速相等而整體下行，這就使得鍋爐運行時濃煤粉氣流長期 處于富氧燃燒狀態，從而生成了大量NOx ；②淡煤粉氣流靠近爐膛中心噴入，由于淡煤粉氣 流動量小，在受到拱下回流區13內的高溫回流煙氣的擠壓而偏轉向濃煤粉氣流側并與濃 煤粉氣流混合，在根本上失去了原設想采用濃淡燃燒以降低NOx生成的效果(說明組織濃 淡燃燒時將濃煤粉氣流粉濃縮成煤粉含量高、空氣量低的一股氣流，使濃煤粉氣流早期在 貧氧條件下燃燒，從而在一定程度上限制NOx生成)。飛灰可燃物含量高，其主要原因在于拱下二次風水平吹入，對下爐膛內下行的濃 煤粉氣流有攔截作用，使濃煤粉氣流在下爐膛內下射深度(即從濃煤粉氣流噴口的出口中 心處到下行氣流開始上行的拐點A處的垂直距離L1,以下均簡稱“下射深度”)較小，因而煤 粉顆粒在下爐膛內行程短而縮短了停留時間。此外，煤粉著火晚且火焰穩定性差也是引起 飛灰可燃物含量高的一個因素，從燃燒器布置結構上分析①濃煤粉氣流噴口 9靠近下爐 膛前墻和后墻水冷壁布置而遠離爐膛中心，而距離爐膛中心越遠，煙氣溫度越低，因而加熱 濃煤粉氣流的煙氣溫度相對較低，對著火不利；②濃煤粉氣流噴口 9呈狹長型，這使得爐膛 中心高溫煙氣加熱濃煤粉氣流時濃煤粉氣流的受熱面小，從而影響煤粉氣流的著火和火焰 穩定性；③濃煤粉氣流噴口 9上沿沒有與二次風噴口 10上沿平齊，濃煤粉氣流噴口 9上沿 與兩側突出的部分二次噴口之間區域無其它氣流，這使得濃煤粉氣流噴口 9兩側突出的部 分二次風極易向此區域擴散，從而在濃煤粉氣流5與靠近爐膛中心側的高溫煙氣之間形成 一道風膜，阻斷了靠近爐膛中心側的高溫煙氣與濃煤粉氣流5混合，從而引起著火延遲、燃燒不穩定；④淡煤粉氣流7靠近爐膛中心噴入靠近爐膛中心區域，一方面阻礙靠近爐膛中 心側的高溫煙氣與濃煤粉氣流5混合，另一方面低溫的淡煤粉氣流7降低了靠近爐膛中心 側的高溫煙氣的溫度，因而對著火和穩燃不利。下爐膛前墻和后墻水冷壁結渣嚴重是因為①濃煤粉氣流5靠近下爐膛前墻和 后墻水冷壁側噴入，且濃煤粉氣流噴口 9與前墻或后墻水冷壁之間空隙處無其它氣流，二 次風攜帶濃煤粉氣流5下沖過程中易向前墻和后墻水冷壁擴散而沖刷水冷壁，從而導致結 渣；②濃煤粉氣流5在下行過程中隨著溫度升高而體積膨脹，且同時受爐膛中心區域高溫 煙氣膨脹而施加的橫向推力作用，因而濃煤粉氣流5易向兩側的前墻和后墻水冷壁擴張而 沖刷前墻和后墻水冷壁而引起結渣。中國發明專利《一種拱下二次風向下偏置的W型火焰爐》(中國專利號為ZL 200610010085、授權公告日為200年6月24日、專利申請日為2006年5月26日，下稱“文 件一”)、中國發明專利申請《一種穩燃防結渣縫隙式W型火焰鍋爐裝置》(
公開日為200年 2月18日、申請號為200810137213. 3、申請日為2008年月27日，下稱“文件二”)和發明專 利申請《一種帶有增程二次風噴口的W型火焰鍋爐》(
公開日為2010年3月10日、申請號 為2001030100. 1、申請日為200年10月30日，下稱“文件三”)。在上述“文件一”、“文件 二”和“文件三”中均對W火焰鍋爐運行中普遍存在的問題提出了相應措施，使這些存在的 問題得到了一定程度的緩解，但是尚未能夠全面解決存在的問題。
發明內容
本發明的目的是為了解決W火焰鍋爐運行中存在N0X排放量高、飛灰可燃物含量 高、下爐膛前墻和后墻水冷壁結渣嚴重、煤粉氣流著火晚且火焰穩定性較差的問題，進而提 供一種拱上單級引射分級燃燒的方法及實現該方法的W火焰鍋爐。為便于理解，先就“引射”的定義進行闡述對于兩股風速不同的氣流，風速高的氣 流其靜壓小，而風速低的氣流其靜壓大，當這兩股氣流相隔一定間距平行噴入爐內時，在這 兩股氣流之間存在靜壓差，在靜壓差的作用下，風速低的那股氣流偏向風速高的那股氣流 流動并與風速高的那股氣流逐漸混合。由于風速低的氣流在風速高的氣流帶動下流動，風 速較低的氣流在爐內的行程得以延長。本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是本發明的拱上單級引射分級燃燒 的方法是這樣實現的在爐膛的前爐拱上從爐膛中心到爐膛的前墻水冷壁之間以及在爐膛 的后爐拱上從爐膛中心到爐膛的后墻水冷壁之間各依次布置有多個濃煤粉氣流噴口和多 個拱上二次風噴口，每個濃煤粉氣流噴口與其相對應的拱上二次風噴口相鄰設置，在爐膛 的前爐拱上從爐膛中心到爐膛的前墻水冷壁之間以及在爐膛的后爐拱上從爐膛中心到爐 膛的后墻水冷壁之間還設置有多個淡煤粉氣流噴口，在下爐膛的前墻水冷壁和后墻水冷壁 上設置了多個拱下二次風噴口，拱下二次風噴口的中心線與水平面之間的夾角為25° 45° ；濃煤粉氣流由多個濃煤粉氣流噴口噴入下爐膛內，拱上二次風由多個拱上二次風噴 口噴入下爐膛內，淡煤粉氣流由多個淡煤粉氣流噴口噴入下爐膛內，拱下二次風由多個拱 下二次風噴口噴入下爐膛內；在下爐膛內，由風速為35 65m/s的拱上二次風引射并攜帶 風速為10 20m/s的濃煤粉氣流下射，拱上二次風包裹于風速為20m/s的淡煤粉氣流四周 并同時攜帶淡煤粉氣流下射，在拱上二次風、濃煤粉氣流和淡煤粉氣流組成的煤粉氣流到達拱下二次風噴口區域時，由風速為35 65m/s并向下偏置25° 45°角的拱下二次風 進一步引射煤粉氣流下行，實現了分級燃燒，濃煤粉氣流噴口、拱上二次風噴口和淡煤粉氣 流噴口的形狀均為矩形或圓形。本發明的拱上單級引射分級燃燒的W火焰鍋爐包括由下爐膛、上爐膛和兩個爐拱 所構成的爐膛以及多個濃煤粉氣流噴口、多個淡煤粉氣流噴口和多個拱下二次風噴口，兩 個爐拱分別是前爐拱和后爐拱；所述W火焰鍋爐還包括多個拱上二次風噴口，在爐膛的前 爐拱上從爐膛中心到爐膛的前墻水冷壁之間以及在爐膛的后爐拱上從爐膛中心到爐膛的 后墻水冷壁之間各依次布置有多個濃煤粉氣流噴口和多個拱上二次風噴口，濃煤粉氣流噴 口與其相對應的拱上二次風噴口緊靠設置，在爐膛的前爐拱上從爐膛中心到爐膛的前墻水 冷壁之間以及在爐膛的后爐拱上從爐膛中心到爐膛的后墻水冷壁之間還設置有多個淡煤 粉氣流噴口，多個拱下二次風噴口沿爐膛的寬度方向設置在爐膛的前墻水冷壁和爐膛的后 墻水冷壁上，每個拱下二次風噴口的中心線與水平面之間的夾角為25° 45° ；多個濃煤 粉氣流噴口由多個濃煤粉氣流噴口組構成，每組濃煤粉氣流噴口由兩個緊靠在一起的濃煤 粉氣流噴口構成，多個濃煤粉氣流噴口組沿爐膛寬度方向呈一字形等間距設置；多個淡煤 粉氣流噴口呈一字形等間距設置；多個拱上二次風噴口呈一字形等間距設置；每個二次風 噴口的寬度與相對應的濃煤粉氣流噴口組的寬度一致，濃煤粉氣流噴口、拱上二次風噴口、 淡煤粉氣流噴口和拱下二次風噴口的形狀均為矩形或圓形，形狀為矩形的濃煤粉氣流噴口 的長寬比為4 5 1。本發明與現有技術相比具有以下有益效果N0X排放大幅度降低、飛灰可燃物含量 降低、前墻和后墻水冷壁結渣減輕、著火提前且燃燒穩定性增強，下面進行逐一介紹(1)N0X排放大幅度降低①在爐膛的前爐拱3上從爐膛中心2-1到爐膛的前墻水冷壁2-2之間以及在爐膛 的后爐拱15上從爐膛中心2-1到爐膛的后墻水冷壁2-3之間各依次布置有多個濃煤粉氣 流噴口和多個拱上二次風噴口 10，每個濃煤粉氣流噴口與其相對應的拱上二次風噴口 10 相鄰設置，在爐膛的前爐拱3上從爐膛中心2-1到爐膛的前墻水冷壁2-2之間以及在爐膛 的后爐拱15上從爐膛中心2-1到爐膛的后墻水冷壁2-3之間還設置有多個淡煤粉氣流噴 口 11，由風速為35 65m/s的拱上二次風6引射并攜帶風速為10 20m/s的濃煤粉氣流 5下射，拱上二次風6與濃煤粉氣流5離開噴口后兩股射流之間的接觸面積小，兩股氣流之 間的混合是一個逐步混合過程，至濃煤粉氣流5在下爐膛1內下射入較遠深度后拱上二次 風6才與濃煤粉氣流5完全混合，這就避免了二次風過早混入濃煤粉氣流中，使濃煤粉氣流 5長時間處于貧氧氣氛下燃燒，抑制了 N0X的生成。②風速為20m/s的淡煤粉氣流7四周由 風速為35 65m/s的拱上二次風6包裹，由于有拱上二次風6阻隔，濃煤粉氣流5和淡煤 粉氣流7的混合得以明顯延遲，實現了濃淡燃燒，從而減少了 N0X生成。③在拱上二次風6 和濃煤粉氣流5的混合氣流到達拱下二次風噴口 12附近區域時，風速高達35 65m/s的 拱下二次風8向下偏置25 45°角噴入，進一步引射煤粉氣流下行，實現了分級燃燒；此 外，向下偏置的拱下二次風8還推遲了煤粉氣流與拱下二次風8的混合，延長了煤粉氣流在 貧氧氣氛下的燃燒時間，減少了 N0X生成。由于在爐拱上形成濃煤粉氣流5與二次風分離， 濃煤粉氣流5先后受拱上二次風6和拱下二次風8引射下行，從而在爐內形成拱上單級引 射、拱下再次引射的兩級引射分級燃燒，濃煤粉氣流5長時間處于貧氧燃燒狀態，抑制了 N0X的生成；濃、淡兩股煤粉氣流實現了濃淡燃燒，因而NOx排放大幅度減少。(2)飛灰可燃物含量降低①濃煤粉氣流5靠近爐膛中心2-1側布置，因靠近爐膛中心區域溫度高，煤粉氣流噴入爐膛后能與拱下高溫回流煙氣混合，可及時著火和穩定燃燒而提高燃盡。②濃煤粉氣 流噴口由現有技術中長寬比為10 12 1的狹長縫隙形變換成長寬比為4 5 1的矩 形，這種結構變化一方面使得濃煤粉氣流5受高溫回流煙氣加熱時受熱面大，有利于及時 著火和穩定燃燒而提高燃盡，另一方面使濃煤粉氣流5在寬度方向更集中而延緩了射流衰 減，使得濃煤粉氣流5在下爐膛1內的行程得以延長而提高燃盡。③在爐拱上，風速10 20m/s的濃煤粉氣流5先由風速高達35 65m/s的拱上二次風6引射并攜帶下射，在煤粉 氣流到達拱下二次風噴口 12的附近區域時，再由風速達35 65m/s、向下偏置25 45° 角噴入的拱下二次風8進一步引射下行，濃煤粉氣流5在下爐膛1的下射深度大，煤粉顆粒 在爐內停留時間長，燃燒充分，飛灰可燃物含量低，鍋爐效率高。(3)前墻水冷壁和后墻水冷壁結渣減輕濃煤粉氣流5靠近爐膛中心，淡煤粉氣流7靠近前墻水冷壁2-2和后墻水冷壁2-3 側且為拱上二次風6所包裹，包裹于淡煤粉氣流7四周的拱上二次風6 —方面阻隔了淡煤 粉氣流7和濃煤粉氣流5中的煤粉顆粒沖刷水冷壁，另一方面降低了水冷壁附近區域溫度， 因而減輕了前墻水冷壁和后墻水冷壁結渣。(4)濃煤粉氣流著火提前且燃燒穩定性增強①濃煤粉氣流噴口靠近爐膛中心2-1側布置，在濃煤粉氣流5與爐膛中心2-1之 間再無二次風或淡煤粉氣流布置，一方面濃煤粉氣流5下方區域煙氣溫度高，另一方面濃 煤粉氣流5在著火前無二次風或淡煤粉氣流的稀釋，從而在濃煤粉氣流5下方區域形成了 高溫、高煤粉濃度區域，而煤粉濃度高，著火熱減小，著火溫度低，因而煤粉氣流著火提前且 火焰穩定性提高；②濃煤粉氣流噴口由現有技術中長寬比10 12 1的狹長縫隙形變換 成長寬比為4 5 1的矩形，這種結構變化使得濃煤粉氣流5受高溫回流煙氣加熱的受 熱面大，因而煤粉氣流著火提前且火焰穩定性提高。此外，本發明與背景技術(“文件一”、“文件二”和“文件三”)相比，在技術方案上 有以下不同之處A、與“文件一”對比①結構上“文件一”與本發明的不同之處在于“文件一”在拱上燃燒器噴口布置上未作改 動，而本發明依據引射分級燃燒的原理對燃燒器噴口進行了排列，在爐膛中心到前墻或后 墻水冷壁的前爐拱和后爐拱上布置濃煤粉氣流噴口、二次風噴口和淡煤粉氣流噴口。②性能上“文件一”與本發明的不同之處在于“文件一”拱上燃燒器布置上未作改動，濃煤 粉氣流與二次風相間布置，二次風離開噴口后即混入濃煤粉氣流中，使濃煤粉氣流長期處 于富氧燃燒狀態，同時靠近爐膛中心噴入的淡煤粉氣流在受到拱下高溫回流煙氣的擠壓而 偏轉向濃煤粉氣流側并與濃煤粉氣流混合，濃淡燃燒效果差，因而NOx排放量很高。“文件 一”中濃煤粉氣流靠近前墻或后墻水冷壁側，同時濃煤粉氣流噴口與前墻或后墻水冷壁之 間空隙處無其它氣流，二次風攜帶濃煤粉氣流下沖過程中易向前墻和后墻水冷壁擴散而沖刷水冷壁，從而導致前墻和后墻水冷壁結渣。“文件一”濃煤粉氣流靠近溫度低的前墻或后 墻水冷壁布置，濃煤粉氣流下方煙氣溫度低，且二次風離開噴口后即混入濃煤粉氣流中稀 釋了煤粉濃度，因而不能形成高溫、高煤粉濃度區域，煤粉氣流著火晚且火焰穩定性差，此 外，采用狹長型噴口的濃煤粉氣流在爐內的受熱面小，這也影響煤粉氣流的著火和燃燒穩 定性。本發明中濃煤粉氣流與二次風分離，在爐內形成了拱上高速的二次風先行引射、拱下 二次風再進一步引射濃煤粉氣流下行的兩次引射分級燃燒方式，使濃煤粉氣流長時間處于 貧氧燃燒狀態，同時由于包裹于淡煤粉氣流四周的二次風的阻隔，濃煤粉氣流和淡煤粉氣 流混合延遲而實現濃淡燃燒，因而N0X排放量大幅度減少。本發明中包裹于淡煤粉氣流四周 的二次風最靠近前墻或后墻水冷壁側布置，它一方面阻隔了煤粉顆粒沖刷前墻和后墻水冷 壁，另一方面降低了前墻和后墻水冷壁附近區域溫度，因而減輕前墻和后墻水冷壁結渣。本 發明中濃煤粉氣流靠近高溫的爐膛中心并無二次風或淡煤粉氣流的阻隔，煤粉濃度高，著 火熱減小，著火溫度低，形成了高溫、高煤粉濃度區域，煤粉氣流著火提前且火焰穩定性提 高；此外，濃煤粉氣流采用長寬比較小的矩形噴口并以每兩個噴口在爐寬方向緊靠而組成 一個噴口小組，這一方面增加了濃煤粉氣流的受熱面，另一方面是煤粉氣流的火焰集中，有 利于著火和穩定燃燒。B、與“文件二”對比①結構上“文件二”中濃煤粉氣流靠近爐膛中心而淡煤粉氣流靠近前墻和后墻水冷壁側布 置，在淡煤粉氣流與前墻或后墻水冷壁之間布置有防結渣二次風，二次風噴口與一次風噴 口相間布置，一次風噴口上沿與兩側的二次風噴口上沿平齊，拱上燃燒器布置方式如附圖 6所示9一濃煤粉氣流噴口、11-淡煤粉氣流噴口、10-1- 二次風噴口、10-2-防結渣二 次風噴口。“文件二”與本發明的不同之處在于a. “文件二”的濃、淡兩股煤粉氣流緊鄰 布置，而本發明中濃、淡兩股煤粉氣流之間拉開一定間距且在該間距內有部分二次風通入； b. “文件二”中濃、濃兩股煤粉氣流和二次風仍為相間布置，而本發明中二次風與濃煤粉氣 流分離，二次風布置于濃煤粉氣流與前墻或后墻水冷壁之間，將二次風噴口由狹長縫隙形 變換成矩形；c. “文件二”的濃煤粉氣流的噴口仍呈狹長型，而本發明采用了長寬比較小的 矩形噴口并以每兩個噴口在爐寬方向緊靠而組成一個噴口小組。②性能上“文件二”與本發明的不同之處在于a. “文件二”中濃煤粉氣流和二次風相間布 置方式，二次風離開噴口后即混入濃煤粉氣流中，使煤粉氣流長期處于富氧氣氛下燃燒，同 時淡煤粉氣流噴口緊靠濃煤粉氣流噴口布置而使濃、淡兩股煤粉氣流進入爐內后不久即混 合，濃淡燃燒效果有限，因而N0X排放量高的問題未得到解決。本發明中濃煤粉氣流與二次 風分離，在爐內形成了二次風在拱單級引射、拱下二次風再進一步引射濃煤粉氣流下行的 兩次引射分級燃燒方式，使濃煤粉氣流長時間處于貧氧燃燒狀態，同時由于包裹于淡煤粉 氣流四周的二次風的阻隔，使濃煤粉氣流和淡煤粉氣流混合延遲而實現濃淡燃燒，因而N0X 排放量大幅度減少。b. “文件二”僅依靠濃煤粉氣流噴口上沿與兩側二次風噴口上沿平齊， 使濃煤粉氣流直面來自爐膛中心的高溫煙氣而提前著火和改善火焰穩定性，但由于高速的 二次風仍與濃煤粉氣流相間布置，二次風離開噴口即混入濃煤粉氣流中，在稀釋濃煤粉氣 流的煤粉濃度的同時還降低了濃煤粉氣流下部的高溫煙氣的溫度，不能形成高溫、高濃度
8區而影響著火和燃燒穩定性，此外，濃煤粉氣流噴口仍呈狹長形，受爐膛中心高溫煙氣加熱 時濃煤粉氣流的受熱面小，這也影響到煤粉氣流著火和火焰穩定性。本發明中濃煤粉氣流靠 近高溫的爐膛中心且其兩側再無二次風或淡煤粉氣流的阻隔，煤粉濃度高，著火熱減小，著火 溫度低，形成了高溫、高濃度區域，煤粉氣流著火提前且火焰穩定性提高；此外，濃煤粉氣流 采用長寬比較小的矩形噴口并以每兩個噴口在爐寬方向緊靠而組成一個噴口小組，這一方面 增加了濃煤粉氣流的受熱面，另一方面使煤粉氣流的火焰集中，有利于著火和穩定燃燒。C、與“文件三”對比①結構上
“文件三”中拱上燃燒器布置方式如附圖7所示9一濃煤粉氣流噴口、10-3-增 程二次風噴口、11-淡煤粉氣流噴口、10-1-- 二次風噴口。“文件三”中采用長寬比較小的 濃煤粉氣流噴口且以每兩個噴口組成噴口小組，在拱上從靠近爐膛中心到前墻或后墻水冷 壁依次布置濃煤粉氣流、淡煤粉氣流和二次風，在每兩個濃煤粉氣流噴口小組之間布置有 增程二次風噴口。“文件三”與本發明的不同之處在于a.本發明中采用了長寬比較小的二 次風噴口，而“文件三”中二次風噴口仍為長寬比較大的狹長形；b.本發明中在濃、淡兩股 煤粉氣流之間隔有包裹于淡煤粉氣流四周的二次風，而“文件三”在此區域內無任何氣流布 置；c.本發明在每兩個濃煤粉氣流噴口小組之間區域不設置氣流，而“文件三”在此區域內 布置了增程二次風。②性能上“文件三”與本發明的不同之處在于a. “文件三”中增程二次風噴口與濃煤粉氣流 噴口小組相間布置，增程二次風離開噴口后即混入濃煤粉氣流中，為NOx的生成提供了有利 條件，此外濃、淡兩股煤粉氣流間無氣流布置，兩股煤粉氣流進入爐內后不久即混合，從而 影響濃淡燃燒效果，因而NOx排放量仍較高。本發明中濃煤粉氣流噴口小組間不布置二次 風或其他氣流，濃、淡兩股煤粉氣流之間所夾二次風延遲了兩股煤粉氣流的混合，因而NOx 排放下降幅度大。b. “文件三”中噴口數量少、風量有限，增程二次風對濃煤粉氣流的攜帶 作用有限，又因整體布置于靠近前墻或后墻水冷壁側的二次風離濃煤粉氣流較遠，布置在 二次風與濃煤粉氣流之間的淡煤粉氣流阻礙二次風引射攜帶濃煤粉氣流下行，且狹長形二 次風射流進入爐內后衰減較快，則二次風引射攜帶濃煤粉氣流的下行作用不強，造成濃煤 粉氣流在下爐膛的下射深度較小，煤粉顆粒在下爐膛停留時間縮短，飛灰可燃物含量高。本 發明中緊鄰濃煤粉氣流噴口下沿布置一排長寬比較小的二次風噴口，二次風剛性強且進入 爐內后不易衰減，二次風引射攜帶濃煤粉氣流下行過程中能保持較大的動量，同時被包裹 在二次風射流中心區域的淡煤粉氣流也不會阻礙二次風引射攜帶濃煤粉氣流，因而濃煤粉 氣流下射深度大，飛灰可燃物含量低。c. “文件三”中布置于濃煤粉氣流噴口小組之間的增 程二次風離開噴口后即混入濃煤粉氣流中，一方面稀釋濃煤粉氣流的煤粉濃度，另一方面 降低了濃煤粉氣流噴口下方區域的高溫煙氣的溫度，不利形成高溫、高煤粉濃度區域，因而 影響濃煤粉氣流著火和穩定燃燒。本發明在濃煤粉氣流噴口小組之間無其它氣流，濃煤粉 氣流噴口的下方形成了高溫、高煤粉濃度區域，煤粉氣流著火提前且火焰穩定性提高。
圖1是本發明的拱上單級引射分級燃燒的W火焰鍋爐的截面流場示意圖(圖中流場分布以爐膛中心2-1為對稱面，圖中各股噴入爐內氣流的速度方向均采用箭頭標出)，圖 2是圖1的A向局部示意圖，圖3是多個拱上二次風噴口 10與多個淡煤粉氣流噴口 11相 間布置示意圖，圖4是背景技術中所提及的W型火焰鍋爐的截面流場示意圖(圖中各股噴 入爐內氣流的速度方向均采用箭頭標出)，圖5是圖4的B向局部示意圖，圖6是“文件二” 中布置在前爐拱3上的燃燒器噴口示意圖，圖7是“文件三”中布置在前爐拱3上的燃燒器 噴口示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的拱上單級引射 分級燃燒的方法是這樣實現的在爐膛的前爐拱3上從爐膛中心2-1到爐膛的前墻水冷壁 2-2之間以及在爐膛的后爐拱15上從爐膛中心2-1到爐膛的后墻水冷壁2-3之間各依次布 置有多個濃煤粉氣流噴口和多個拱上二次風噴口 10，每個濃煤粉氣流噴口與其相對應的拱 上二次風噴口 10相鄰設置，在爐膛的前爐拱3上從爐膛中心2-1到爐膛的前墻水冷壁2-2 之間以及在爐膛的后爐拱15上從爐膛中心2-1到爐膛的后墻水冷壁2-3之間還設置有多 個淡煤粉氣流噴口 11，在下爐膛1的前墻水冷壁2-2和后墻水冷壁2-3上設置了多個拱下 二次風噴口 12，拱下二次風噴口 12的中心線與水平面之間的夾角a為25° 45° ；濃煤 粉氣流5由多個濃煤粉氣流噴口噴入下爐膛1內，拱上二次風6由多個拱上二次風噴口 10 噴入下爐膛1內，淡煤粉氣流7由多個淡煤粉氣流噴口 11噴入下爐膛1內，拱下二次風8由 多個拱下二次風噴口 12噴入下爐膛1內；在下爐膛1內，由風速為35 65m/s的拱上二次 風6引射并攜帶風速為10 20m/s的濃煤粉氣流5下射，拱上二次風6包裹于風速為20m/ s的淡煤粉氣流7四周并同時攜帶淡煤粉氣流7下射，在拱上二次風6、濃煤粉氣流5和淡 煤粉氣流7組成的煤粉氣流到達拱下二次風噴口 12區域時，由風速為35 65m/s并向下 偏置25° 45°角的拱下二次風8進一步引射煤粉氣流下行，實現了分級燃燒，濃煤粉氣 流噴口、拱上二次風噴口 10和淡煤粉氣流噴口 11的形狀均為矩形或圓形。
具體實施方式
二 結合圖1說明本實施方式，本實施方式的拱下二次風噴口 12的 中心線與水平面之間的夾角a為45°。拱下二次風8向下偏置角度過大時，將造成煤粉氣 流下射深度過大而沖刷冷灰斗4，從而引起冷灰斗4結渣，拱下二次風8向下偏置45°既可 保證濃煤粉氣流5在下爐膛1內有足夠的下射深度，又能避免冷灰斗4結渣。其它與實施 方式一相同。
具體實施方式
三結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的拱上單級引射分 級燃燒的W火焰鍋爐包括由下爐膛1、上爐膛2和兩個爐拱所構成的爐膛以及多個濃煤粉 氣流噴口、多個淡煤粉氣流噴口 11和多個拱下二次風噴口 12，兩個爐拱分別是前爐拱3和 后爐拱15 ；所述W火焰鍋爐還包括多個拱上二次風噴口 10，在爐膛的前爐拱3上從爐膛中 心2-1到爐膛的前墻水冷壁2-2之間以及在爐膛的后爐拱15上從爐膛中心2-1到爐膛的 后墻水冷壁2-3之間各依次布置有多個濃煤粉氣流噴口和多個拱上二次風噴口 10，濃煤粉 氣流噴口與其相對應的拱上二次風噴口 10緊靠設置，在爐膛的前爐拱3上從爐膛中心2-1 到爐膛的前墻水冷壁2-2之間以及在爐膛的后爐拱15上從爐膛中心2-1到爐膛的后墻水 冷壁2-3之間還設置有多個淡煤粉氣流噴口 11，多個拱下二次風噴口 12沿爐膛的寬度方 向設置在爐膛的前墻水冷壁2-2和爐膛的后墻水冷壁2-3上，每個拱下二次風噴口 12的中心線與水平面之間的夾角α為25° 45° ；多個濃煤粉氣流噴口由多個濃煤粉氣流噴口 組16構成，每組濃煤粉氣流噴口由兩個緊靠在一起的濃煤粉氣流噴口構成，多個濃煤粉氣 流噴口組16沿爐膛寬度方向呈一字形等間距設置；多個淡煤粉氣流噴口 11呈一字形等間 距設置；多個拱上二次風噴口 10呈一字形等間距設置；每個二次風噴口 10的寬度與相對 應的濃煤粉氣流噴口組16的寬度一致，濃煤粉氣流噴口、拱上二次風噴口 10、淡煤粉氣流 噴口 11和拱下二次風噴口 12的形狀均為矩形或圓形，形狀為矩形的濃煤粉氣流噴口 9的 長寬比為4 5 1。
具體實施方式
四結合圖2說明本實施方式，本實施方式的形狀為圓形的多個濃煤粉氣流噴口的總面積與形狀為矩形的多個濃煤粉氣流噴口的總面積相等；形狀為圓形的 多個淡煤粉氣流噴口 11的總面積與形狀為矩形的多個淡煤粉氣流噴口 11的總面積相等； 形狀為圓形的多個拱下二次風噴口 12的總面積與形狀為矩形的多個拱下二次風噴口 12的 總面積相等；形狀為圓形的多個拱上二次風噴口 10的總面積與形狀為矩形的多個拱上二 次風噴口 10的總面積相等。附圖2中只畫出了形狀為矩形的多個濃煤粉氣流噴口、多個二 次風噴口 10及多個淡煤粉氣流噴口 11。由圓形的多個濃煤粉氣流噴口噴入爐內的圓形濃 煤粉氣流、圓形的多個淡煤粉氣流噴口 11噴入爐內的圓形淡煤粉氣流、形狀為圓形的多個 拱上二次風噴口 10噴入爐內的圓形二次風和由形狀為圓形的多個拱下二次風噴口 12噴入 爐內的圓形拱下二次風的流射剛性強而不易衰減，可確保圓形濃煤粉氣流在下爐膛有足夠 的下射深度。其它與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五結合圖1說明本實施方式，本實施方式的前爐拱3上的多個濃煤 粉氣流噴口與后爐拱15上的多個濃煤粉氣流噴口相對于爐膛中心2-1對稱設置；前爐拱3 上的多個拱上二次風噴口 10與后爐拱15上的多個拱上二次風噴口 10相對于爐膛中心2-1 對稱設置；前爐拱3上的多個淡煤粉氣流噴口 11與后爐拱15上的多個淡煤粉氣流噴口 11 相對于爐膛中心2-1對稱設置。濃煤粉氣流5、淡煤粉氣流7、拱上二次風6和拱下二次風8 按爐膛中、心2-1對稱噴入爐內，使下爐膛1內前爐拱3和后爐拱15下的下行氣流能按爐 膛中心2-1形成對稱W型流場，保證了前爐拱3和后爐拱15下的煤粉氣流按爐膛中心2-1 進行對稱燃燒。其它與具體實施方式
三或四相同。
具體實施方式
六結合圖2說明本實施方式，本實施方式的每個淡煤粉氣流噴口 11布置在相應的拱上二次風噴口 10的中心區域內。如此設置，由于包裹于淡煤粉氣流四周 的二次風的阻隔，使濃煤粉氣流和淡煤粉氣流混合延遲而實現濃淡燃燒，因而NOx排放量大 幅度減少。其它與具體實施方式
三、四或五相同。
具體實施方式
七結合圖3說明本實施方式，本實施方式的多個淡煤粉氣流噴口 11與多個拱上二次風噴口 10沿爐膛的寬度方向相間布置。如此設置，由于包裹于淡煤粉氣 流四周的二次風的阻隔，使濃煤粉氣流和淡煤粉氣流混合延遲而實現濃淡燃燒，因而NOx排 放量大幅度減少。其它與具體實施方式
三、四或五相同。實施例本實例是對一臺300MW的W火焰鍋爐建立冷態模化試驗臺，對原鍋爐結 構下和燃燒器噴口分別采用現有技術中的三種布置方式(即“文件一”、“文件二”和“文件 三”)以及本發明中的拱上單級引射分級燃燒布置方式，進行冷態模化試驗測量濃煤粉氣流 的下射深度，測得原鍋爐結構下(即背景技術中提及的W火焰燃燒鍋爐)、“文件一”、“文件 二”和“文件三”的濃煤粉氣流下射深度分別為7. 5m、. 5m、. Im和8. 8m，在采用本發明中的拱上單級引射分級燃燒布置方式后，濃煤粉氣流5與拱上二次風6的混合點距濃煤粉氣流 噴口出口的距離Ii1 = 2. 7m，濃煤粉氣流5與拱上二次風6形成的混合氣流和拱下二次風8 的混合點距濃煤粉氣流噴口出口的距離h2 = 8. 3m,實現了拱上和拱下兩股二次風射流與濃 煤粉氣流的逐級混合；濃煤粉氣流下射深度L2有所增加，L2 = . m。對該臺鍋爐進行的熱態 數值模擬結果表明原鍋爐結構下和燃燒器采用現有技術中的三種布置方式時，鍋爐NOjJ^ 放量分別為1882mg/m3、1817mg/m3、1723mg/m3和1321mg/m3，飛灰可燃物含量為分別11. 2%、 8. 3%、5. 4%和5.8%，在采用本發明中的拱上單級引射分級燃燒布置方式后，鍋爐NOx排放 量降為710mg/m3，飛灰可燃物含量4. 0%，在大幅度降低NOx排放的同時鍋爐運行經濟性也 得到了保持。熱態數值模擬結果還得出了原鍋爐結構下和燃燒器采用現有技術中的三種布 置方式時，鍋爐在靠近前墻或后墻水冷壁區域內煙氣的平均溫度分別為72°C、807°C、703°C 和628°C，平均O2濃度分別為3. %、3. 2%、6. 4%和7. 8%，在采用本發明中引射分級燃燒布 置方式后，該區域內煙氣平均溫度降至625°C，平均O2濃度升至8. 0%,由于在靠近前墻水 冷壁2-2和后墻水冷壁2-3處形成了低溫、高氧濃度區，故而前墻水冷壁2-2和后墻水冷壁 2-3結渣減輕。 本發明的工作原理在爐拱上由高風速二次風逐級引射并攜帶低風速的濃煤粉氣流下射，再在爐拱下由風速高且向下偏置一定角度的拱下二次風進一步引射攜帶煤粉氣流 下行，從而實現引射分級燃燒，降低了 NOx生成；濃煤粉氣流靠近爐膛中心而淡煤粉氣流靠 近前墻水冷壁和后墻水冷壁的布置方式一方面有效組織了濃淡燃燒而降低NOx生成，另一 方面有利于濃煤粉氣流的著火和穩定燃燒；由于在靠近前墻水冷壁2-2和后墻水冷壁2-3 處形成了低溫、高氧濃度區，故而減輕了前墻水冷壁2-2和后墻水冷壁2-3的結渣。
權利要求
一種拱上單級引射分級燃燒的方法，其特征在于所述方法是這樣實現的在爐膛的前爐拱(3)上從爐膛中心(2-1)到爐膛的前墻水冷壁(2-2)之間以及在爐膛的后爐拱(15)上從爐膛中心(2-1)到爐膛的后墻水冷壁(2-3)之間各依次布置有多個濃煤粉氣流噴口(9)和多個拱上二次風噴口(10)，每個濃煤粉氣流噴口(9)與其相對應的拱上二次風噴口(10)相鄰設置，在爐膛的前爐拱(3)上從爐膛中心(2-1)到爐膛的前墻水冷壁(2-2)之間以及在爐膛的后爐拱(15)上從爐膛中心(2-1)到爐膛的后墻水冷壁(2-3)之間還設置有多個淡煤粉氣流噴口(11)，在下爐膛(1)的前墻水冷壁(2-2)和后墻水冷壁(2-3)上設置了多個拱下二次風噴口(12)，拱下二次風噴口(12)的中心線與水平面之間的夾角(α)為25°～45°；濃煤粉氣流(5)由多個濃煤粉氣流噴口(9)噴入下爐膛(1)內，拱上二次風(6)由多個拱上二次風噴口(10)噴入下爐膛(1)內，淡煤粉氣流(7)由多個淡煤粉氣流噴口(11)噴入下爐膛(1)內，拱下二次風(8)由多個拱下二次風噴口(12)噴入下爐膛(1)內；在下爐膛(1)內，由風速為35～65m/s的拱上二次風(6)引射并攜帶風速為10～20m/s的濃煤粉氣流(5)下射，拱上二次風(6)包裹于風速為20m/s的淡煤粉氣流(7)四周并同時攜帶淡煤粉氣流(7)下射，在拱上二次風(6)、濃煤粉氣流(5)和淡煤粉氣流(7)組成的煤粉氣流到達拱下二次風噴口(12)區域時，由風速為35～65m/s并向下偏置25°～45°角的拱下二次風(8)進一步引射煤粉氣流下行，實現了分級燃燒，濃煤粉氣流噴口(9)、拱上二次風噴口(10)和淡煤粉氣流噴口(11)的形狀均為矩形或圓形。
2.根據權利要求1所述拱上單級引射分級燃燒的方法，其特征在于拱下二次風噴口 (12)的中心線與水平面之間的夾角(a)為45°。
3.一種實現權利要求1所述方法的W火焰鍋爐，所述鍋爐包括由下爐膛(1)、上爐膛 (2)和兩個爐拱所構成的爐膛以及多個濃煤粉氣流噴口(9)、多個淡煤粉氣流噴口(11)和 多個拱下二次風噴口(12)，兩個爐拱分別是前爐拱(3)和后爐拱(15)；其特征在于所述W 火焰鍋爐還包括多個拱上二次風噴口(10)，在爐膛的前爐拱(3)上從爐膛中心(2-1)到爐 膛的前墻水冷壁(2-2)之間以及在爐膛的后爐拱(15)上從爐膛中心(2-1)到爐膛的后墻 水冷壁(2-3)之間各依次布置有多個濃煤粉氣流噴口(9)和多個拱上二次風噴口(10)，濃 煤粉氣流噴口(9)與其相對應的拱上二次風噴口(10)緊靠設置，在爐膛的前爐拱(3)上從 爐膛中心(2-1)到爐膛的前墻水冷壁(2-2)之間以及在爐膛的后爐拱(15)上從爐膛中心 (2-1)到爐膛的后墻水冷壁(2-3)之間還設置有多個淡煤粉氣流噴口(11)，多個拱下二次 風噴口(12)沿爐膛的寬度方向設置在爐膛的前墻水冷壁(2-2)和爐膛的后墻水冷壁(2-3) 上，每個拱下二次風噴口(12)的中心線與水平面之間的夾角(a)為25° 45° ；多個濃 煤粉氣流噴口(9)由多個濃煤粉氣流噴口組(16)構成，每組濃煤粉氣流噴口由兩個緊靠在 一起的濃煤粉氣流噴口(9)構成，多個濃煤粉氣流噴口組(16)沿爐膛寬度方向呈一字形等 間距設置；多個淡煤粉氣流噴口(11)呈一字形等間距設置；多個拱上二次風噴口(10)呈 一字形等間距設置；每個二次風噴口(10)的寬度與相對應的濃煤粉氣流噴口組(16)的寬 度一致，濃煤粉氣流噴口(9)、拱上二次風噴口(10)、淡煤粉氣流噴口(11)和拱下二次風噴 口(12)的形狀均為矩形或圓形，形狀為矩形的濃煤粉氣流噴口(9)的長寬比為4 5 1。
4.根據權利要求3所述拱上單級引射分級燃燒的W火焰鍋爐，其特征在于形狀為圓 形的多個濃煤粉氣流噴口(9)的總面積與形狀為矩形的多個濃煤粉氣流噴口(9)的總面積 相等；形狀為圓形的多個淡煤粉氣流噴口(11)的總面積與形狀為矩形的多個淡煤粉氣流噴口(11)的總面積相等；形狀為圓形的多個拱下二次風噴口(12)的總面積與形狀為矩形 的多個拱下二次風噴口(12)的總面積相等；形狀為圓形的多個拱上二次風噴口(10)的總 面積與形狀為矩形的多個拱上二次風噴口(10)的總面積相等。
5.根據權利要求3或4所述拱上單級引射分級燃燒的W火焰鍋爐，其特征在于前爐 拱(3)上的多個濃煤粉氣流噴口(9)與后爐拱(15)上的多個濃煤粉氣流噴口(9)相對于 爐膛中心(2-1)對稱設置；前爐拱(3)上的多個拱上二次風噴口(10)與后爐拱(15)上的 多個拱上二次風噴口(10)相對于爐膛中心(2-1)對稱設置；前爐拱(3)上的多個淡煤粉氣 流噴口(11)與后爐拱(15)上的多個淡煤粉氣流噴口(11)相對于爐膛中心(2-1)對稱設 置。
6.根據權利要求5所述拱上單級引射分級燃燒的W火焰鍋爐，其特征在于每個淡煤 粉氣流噴口(11)布置在相應的拱上二次風噴口(10)的中心區域內。
7.根據權利要求5所述拱上單級引射分級燃燒的W火焰鍋爐，其特征在于多個淡煤 粉氣流噴口(11)與多個拱上二次風噴口(10)沿爐膛的寬度方向相間布置。
全文摘要
拱上單級引射分級燃燒的方法及實現該方法的W火焰鍋爐，它涉及一種分級燃燒的方法及W火焰鍋爐。針對W火焰鍋爐NOx排放量高、飛灰可燃物含量高、下爐膛前、后墻水冷壁結渣嚴重、火焰穩定性差問題。本發明的方法是由風速為35～65m/s的拱上二次風逐級引射并攜帶風速為10～20m/s的濃煤粉氣流下射，風速為35～65m/s的拱下二次風由拱下二次風噴口噴入下爐膛內；本發明的鍋爐是在爐拱上從爐膛中心側到爐膛前、后墻水冷壁布置有濃煤粉氣流噴口、拱上二次風噴口、淡煤粉氣流噴口，濃煤粉氣流噴口與其相對應的拱上二次風噴口緊靠設置，在下爐膛的前、后墻水冷壁上沿爐膛寬度方向設有拱下二次風噴口。本發明用于W火焰鍋爐中，可使NOx排放大幅度降低、飛灰可燃物含量降低。
文檔編號F23C5/08GK101832548SQ20101014962
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月19日 優先權日2010年4月19日
發明者況敏, 劉春龍, 吳遠剛, 張佳, 徐善田, 曾令艷, 朱群益, 李爭起, 楊志強, 楊連杰, 申珊平, 胡志勇, 陳智超 申請人:哈爾濱工業大學