一種對(duì)稱燃燒的w型火焰鍋爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對(duì)稱燃燒得W型火焰鍋爐，在上、下爐膛交匯處布置有拱下連接墻，它在豎直向下延伸至接近冷灰斗區(qū)域，在爐寬方向延伸至鍋爐的左右側(cè)墻，從而在前后拱下形成半封閉區(qū)域，將燃燒器的風(fēng)粉混合物限定在這一半封閉區(qū)域內(nèi)擴(kuò)展下行并在最終到達(dá)冷灰斗的中上部區(qū)域后折轉(zhuǎn)上行，確保在前、后墻側(cè)形成兩個(gè)對(duì)稱的U型火焰，兩個(gè)U型火焰交匯于爐膛中心形成對(duì)稱W型火焰。拱下連接墻上部設(shè)有一排回流煙氣口，與拱部燃燒器沿爐寬方向一一對(duì)應(yīng)，以便拱下高溫回流煙氣加熱燃燒器區(qū)域內(nèi)的風(fēng)粉混合物；拱下連接墻高度尺寸滿足 l 1/ l 0=0.6~0.7，回流煙氣口高度方向定位滿足 l 2/ l 1=0.25~0.35，回流煙氣口寬度約為燃燒器噴口當(dāng)量直徑的2倍，且高寬比為1.5~2。
【專利說(shuō)明】一種對(duì)稱燃燒的W型火焰鍋爐

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種W型火焰鍋爐，具體涉及一種可確保爐內(nèi)形成對(duì)稱燃燒的W型火焰鍋爐，屬于W型火焰鍋爐燃燒【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]W型火焰鍋爐是歐美發(fā)達(dá)工業(yè)強(qiáng)國(guó)于上世紀(jì)五、六十年代專為燃用低揮發(fā)分燃料(如無(wú)煙煤、貧煤和石油焦等)而設(shè)計(jì)的一種鍋爐。從其爐膛結(jié)構(gòu)和燃燒組織上看，W型火焰鍋爐在燃用低揮發(fā)分煤上具有以下優(yōu)勢(shì):(a)獨(dú)特的雙拱形爐膛結(jié)構(gòu)來(lái)強(qiáng)化拱壁高溫對(duì)燃燒器區(qū)域的輻射；(b)燃燒器區(qū)域四周水冷壁上敷設(shè)大量衛(wèi)燃帶以維持著火區(qū)域高溫水平；(C)構(gòu)建W型火焰燃燒方式(對(duì)稱的下射型火焰折轉(zhuǎn)上行在爐膛中心交匯上升而形成W型火焰)以延長(zhǎng)煤粉顆粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間；(d)組織拱下高溫回流煙氣直接加熱煤粉而強(qiáng)化著火；(e)分級(jí)送風(fēng)控制NOx排放。因而W型火焰鍋爐被認(rèn)為是比較適用于燃用無(wú)煙煤和貧煤的爐型。由于無(wú)煙煤和貧煤在我國(guó)電站鍋爐燃用煤中比例較高，這使得近二十年來(lái)W型火焰鍋爐在我國(guó)得以較大規(guī)模引進(jìn)。然而，從現(xiàn)有運(yùn)行業(yè)績(jī)來(lái)看，多數(shù)W型火焰鍋爐并未如其設(shè)計(jì)理念般在爐內(nèi)形成對(duì)稱的W型火焰，而是形成了不對(duì)稱燃燒，其特征為:前后墻側(cè)火焰亮度和火檢信號(hào)強(qiáng)度總是呈現(xiàn)一側(cè)強(qiáng)而另一側(cè)弱，爐內(nèi)一側(cè)呈長(zhǎng)火焰而另一側(cè)呈短火焰，即使是采用風(fēng)、煤粉調(diào)平措施也無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)稱燃燒。針對(duì)W型火焰鍋爐爐內(nèi)燃燒不對(duì)稱問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外目前仍未見有涉及如何控制或消除不對(duì)稱燃燒的文獻(xiàn)報(bào)道，僅有少量涉及不對(duì)稱燃燒起因的研究報(bào)道。例如，文獻(xiàn)《W火焰鍋爐結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)火焰影響的數(shù)值模擬》認(rèn)為折焰角與水平煙道引起的結(jié)構(gòu)效應(yīng)是導(dǎo)致爐內(nèi)燃燒不對(duì)稱的一個(gè)關(guān)鍵因素。文獻(xiàn)《三次風(fēng)率對(duì)600MW超臨界W型火焰鍋爐爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)的影響》中得到W型火焰鍋爐形成“前長(zhǎng)后短、氣流整體偏向前墻側(cè)上行”的偏斜流場(chǎng)，而非依據(jù)設(shè)計(jì)理念構(gòu)建的對(duì)稱W型流場(chǎng)；偏斜流場(chǎng)的形成是導(dǎo)致爐內(nèi)燃燒不對(duì)稱的原因所在，而偏斜流場(chǎng)的形成原因在于:來(lái)自前后墻側(cè)的兩股上行氣流在爐膛中心交匯時(shí)，此兩股上行氣流間存在較大的相互擠壓作用，下爐膛分級(jí)風(fēng)的橫向推動(dòng)作用可強(qiáng)化這一擠壓作用，加之存在上爐膛內(nèi)不對(duì)稱結(jié)構(gòu)效應(yīng)的導(dǎo)向作用(折焰角和爐膛出口位于后墻側(cè))和較短上爐膛的影響，最終誘使一側(cè)的氣流在其下行擴(kuò)展并折轉(zhuǎn)上行過(guò)程中擠向另一側(cè)氣流，使得另一側(cè)的氣流擴(kuò)展受限，從而形成偏斜流場(chǎng)。
[0003]燃燒不對(duì)稱現(xiàn)象對(duì)W型火焰鍋爐的經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行危害較大,嚴(yán)重時(shí)爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定較差，爐膛負(fù)壓波動(dòng)較大，導(dǎo)致滅火事故頻繁；由于燃燒不對(duì)稱時(shí)爐內(nèi)一側(cè)燃燒狀況較好而另一側(cè)燃燒狀況較差，使得鍋爐飛灰可燃物含量偏高；此外，針對(duì)超臨界W型火焰鍋爐，燃燒不對(duì)稱還引起爐內(nèi)熱負(fù)荷分布不均勻，導(dǎo)致水冷壁壁溫偏差較大和壁溫超出允許值，水冷壁壁溫偏差過(guò)大和壁溫嚴(yán)重超出允許值將導(dǎo)致水冷壁鰭片拉裂甚至爆管事故。為改善W型火焰鍋爐的運(yùn)行狀況和提高燃盡，應(yīng)盡量將不對(duì)稱燃燒程度減輕或?qū)⑵鋸氐紫?br>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決【背景技術(shù)】提及的W型火焰鍋爐內(nèi)燃燒不對(duì)稱問(wèn)題，進(jìn)而提供了一種對(duì)稱燃燒的W型火焰鍋爐。本發(fā)明中在W型火焰鍋爐的兩個(gè)爐拱靠近爐膛中心側(cè)設(shè)置拱下連接墻(由雙面膜式水冷壁組成)，拱下連接墻在靠近燃燒器區(qū)域設(shè)有多個(gè)允許回流煙氣通過(guò)的流通口，其目的是為了將來(lái)自燃燒器的風(fēng)粉混合物的下行擴(kuò)展限制在拱下區(qū)域進(jìn)行，使兩側(cè)風(fēng)粉混合物擴(kuò)展形成的U型火炬較為對(duì)稱，避免一側(cè)火焰擠向另一側(cè)的偏斜火焰形成。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:一種對(duì)稱燃燒的W型火焰鍋爐，所述W型火焰鍋爐包含下爐膛和上爐膛兩部分，所述下爐膛由前拱、后拱、前墻、后墻和冷灰斗組成；多個(gè)燃燒器沿爐膛中心線對(duì)稱布置在前拱和后拱上并與下爐膛連通；所述W型火焰鍋爐還在上、下爐膛交匯處布置有豎直向下的前拱下連接墻和后拱下連接墻。
[0006]進(jìn)一步的，所述前拱下連接墻和后拱下連接墻在高度方向延伸至接近冷灰斗，滿足Λ/Λ=0.6^0.7，其中I1是拱下連接墻的上沿至下沿的距離'10是拱下連接墻起點(diǎn)至其延伸線與冷灰斗交點(diǎn)的距離。
[0007]進(jìn)一步的，所述前拱下連接墻和后拱下連接墻在寬度方向延伸至與鍋爐的左右側(cè)墻相連，使得前墻與前拱下連接墻/后墻與后拱下連接墻之間形成半封閉區(qū)域，將燃燒器下射的風(fēng)粉混合物限定在所述半封閉區(qū)域內(nèi)擴(kuò)展下行，在最終到達(dá)冷灰斗的中上部區(qū)域后折轉(zhuǎn)上行，確保在前后墻側(cè)形成兩個(gè)對(duì)稱的U型火焰，兩個(gè)U型火焰交匯于爐膛中心區(qū)域上行而構(gòu)建對(duì)稱W型火焰。
[0008]進(jìn)一步的，所述前拱下連接墻和后拱下連接墻的上部區(qū)域均開有一排沿爐膛寬度方向均勻布置的回流煙氣口，多個(gè)回流煙氣口與拱部的多個(gè)燃燒器沿爐寬方向一一對(duì)應(yīng)，以便回流煙氣通過(guò)而加熱拱下燃燒器區(qū)域內(nèi)的風(fēng)粉混合物。
[0009]進(jìn)一步的，拱下連接墻上沿至流煙氣口中心線的距離I2滿足J2ZV1=0.25、.35，回流煙氣口的寬度a與燃燒器的噴口當(dāng)量直徑V滿足a/i/?2，回流煙氣口的高寬比bla=l.5?2為回流煙氣口的高度。
[0010]進(jìn)一步的，所述上爐膛在靠近后墻的一側(cè)設(shè)有折焰角和水平煙道。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷及本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)所具有的有益效果如下:
a.在采用現(xiàn)有技術(shù)的W型火焰鍋爐中(圖3)，多個(gè)燃燒器3沿爐膛中心線1-1對(duì)稱布置在前爐拱I和后爐拱2上，用以在前后墻側(cè)對(duì)稱給入風(fēng)粉混合物12，分級(jí)風(fēng)13從前墻4和后墻5的下部對(duì)稱給入，風(fēng)粉混合物12與分級(jí)風(fēng)13在冷灰斗6的中上部區(qū)域混合后再折轉(zhuǎn)上行；因而從設(shè)計(jì)理念上看，在采用了對(duì)稱爐膛結(jié)構(gòu)和鍋爐配風(fēng)情況下，在前后墻側(cè)理應(yīng)形成兩個(gè)對(duì)稱的U型火焰，U型火焰交匯于爐膛中心區(qū)域，從而按設(shè)計(jì)理念構(gòu)建理想的對(duì)稱W型火焰14。然而，多臺(tái)采用現(xiàn)有技術(shù)的W型火焰鍋爐的冷態(tài)?；囼?yàn)、數(shù)值計(jì)算和工業(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，現(xiàn)有W型火焰鍋爐形成“前長(zhǎng)后短、氣流整體偏向前墻側(cè)上行”的偏斜流場(chǎng)14a (偏斜形式如圖4所示)，偏斜流場(chǎng)14a使得W型火焰鍋爐形成“一側(cè)燃燒狀況好而一側(cè)燃燒狀況差”的不對(duì)稱燃燒，并最終導(dǎo)致鍋爐燃盡效果差；現(xiàn)有W型火焰鍋爐中這一偏斜流場(chǎng)14a的形成歸結(jié)于:在對(duì)前墻側(cè)風(fēng)粉混合物12a和后墻側(cè)風(fēng)粉混合物12b的擴(kuò)展不施加控制的條件下(即這兩股風(fēng)粉混合物在前墻4或后墻5至爐膛中心線1-1之間區(qū)域不受限擴(kuò)展)，由下行的風(fēng)粉混合物折轉(zhuǎn)后形成的兩股上行氣流在爐膛中心交匯并進(jìn)入上爐膛時(shí)，此兩股上行氣流間存在較大的相互擠壓作用，前墻分級(jí)風(fēng)13a和后墻分級(jí)風(fēng)13b的橫向推動(dòng)作用可強(qiáng)化這一擠壓作用，加之較短的上爐膛8存在不對(duì)稱結(jié)構(gòu)效應(yīng)導(dǎo)向作用(折焰角9和水平煙道10位于后墻側(cè))，最終誘使一側(cè)的氣流在其下行擴(kuò)展并折轉(zhuǎn)上行過(guò)程中擠向另一側(cè)氣流，使得另一側(cè)的氣流擴(kuò)展受限，從而形成偏斜流場(chǎng)14a。
[0012]在采用本發(fā)明中的對(duì)稱燃燒W型火焰鍋爐后，下爐膛7內(nèi)在前墻4和后墻5至爐膛中心線之間對(duì)稱布置了前拱下連接墻Ia和后拱下連接墻2a，使得前墻4與前拱下連接墻la(以及后墻4與后拱下連接墻2a)之間形成只允許下行風(fēng)粉混合物12從冷灰斗6的中上部區(qū)域流出的半封閉區(qū)域，亦即將前后墻側(cè)的煤粉氣流12限定在拱下區(qū)域擴(kuò)展下行，以確保在前后墻側(cè)形成兩個(gè)對(duì)稱的U型火焰，避免了一側(cè)火焰過(guò)度擴(kuò)展而擠向另一側(cè)的偏斜火焰形成，兩個(gè)對(duì)稱的U型火焰交匯于爐膛中心區(qū)域進(jìn)而構(gòu)建對(duì)稱W型火焰14，對(duì)稱燃燒使得前后墻側(cè)煤粉均可達(dá)到較好燃盡，從而解決鍋爐因不對(duì)稱燃燒引起的燃盡差的問(wèn)題；前拱下連接墻Ia和后拱下連接墻2a的上部區(qū)域均開有多個(gè)回流煙氣口 11a，以允許回流煙氣11通過(guò)而加熱拱下燃燒器區(qū)域內(nèi)的風(fēng)粉混合物12，從而維持較好的著火提條件。由此可見，本發(fā)明有益于解決現(xiàn)有W型火焰鍋爐存在的流場(chǎng)偏斜、不對(duì)稱燃燒和燃盡差的問(wèn)題。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的爐膛結(jié)構(gòu)、燃燒組織及爐膛縱截面上流場(chǎng)示意圖(圖中流場(chǎng)分布以爐膛中心1-1為對(duì)稱面，圖中各股噴入爐內(nèi)氣流的速度方向均采用箭頭標(biāo)出)；
圖2是圖1中前拱下連接墻Ia(或后拱下連接墻2a)的A向局部示意圖；
圖3是現(xiàn)有W型火焰鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)、燃燒組織及依據(jù)設(shè)計(jì)理念而建立的對(duì)稱W型流場(chǎng)示意圖；
圖4是現(xiàn)有W型火焰鍋爐爐內(nèi)實(shí)際存在的偏斜流場(chǎng)意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施方式一
結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種對(duì)稱燃燒的W型火焰鍋爐其爐膛分為下爐膛7和上爐膛8兩部分，下爐膛7由前拱1、后拱2、前墻4、后墻5和冷灰斗6組成；多個(gè)燃燒器3沿爐膛中心線1-1對(duì)稱布置在前拱I和后拱2上并與下爐膛7連通，用以給入下射的風(fēng)粉混合物12 ;分級(jí)風(fēng)13從前墻4和后墻5的下部對(duì)稱給入以組織分級(jí)燃燒并調(diào)節(jié)火焰的下沖深度；在前拱1、后拱2與上爐膛8的交匯處分別連接有沿爐膛中心線1-1對(duì)稱布置的前拱下連接墻Ia和后拱下連接墻2a，前拱下連接墻Ia和后拱下連接墻2a在高度方向均豎直延伸至接近冷灰斗6，在寬度方向延伸至鍋爐的左右側(cè)墻，從而使得前墻4與前拱下連接墻Ia (以及后墻5與后拱下連接墻2a)之間形成只允許風(fēng)粉混合物12從冷灰斗6的中上部區(qū)域流出的半封閉區(qū)域，以便將前后墻側(cè)的煤粉氣流12均限定在拱下區(qū)域擴(kuò)展下行，以確保在前后墻側(cè)形成兩個(gè)對(duì)稱的U型火焰，兩個(gè)U型火焰交匯于爐膛中心區(qū)域上行而構(gòu)建對(duì)稱W型火焰14 ;上爐膛8的上部在靠近后墻5的一側(cè)設(shè)有折焰角9和水平煙道10。
[0015]所述前拱下連接墻Ia和后拱下連接墻2a均為雙面膜式水冷壁，其高度J1 (即圖2中所示拱下連接墻的上沿2-1至下沿2-2的距離)的取值對(duì)確保對(duì)稱W型火焰的形成和合適的火焰下沖深度極為關(guān)鍵，經(jīng)大量試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)Λ與Jtl (即拱下連接墻起點(diǎn)至其延伸線與冷灰斗交點(diǎn)的距離，圖1)的比值控制在0.6^0.7范圍內(nèi)。
[0016] 實(shí)施方式二
結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述W型火焰鍋爐在其前拱下連接墻Ia和后拱下連接墻2a的上部區(qū)域均開有一排沿爐膛寬度方向均勻布置的回流煙氣口 11a，多個(gè)回流煙氣口 Ila與拱部多個(gè)燃燒器3沿爐寬方向一一對(duì)應(yīng)，以允許回流煙氣11通過(guò)而加熱拱下燃燒器區(qū)域內(nèi)的風(fēng)粉混合物12 ;拱下連接墻上沿2-1至回流煙氣口 Ila中心線2-3的距離72應(yīng)滿足J2ZV1=0.25、.35，回流煙氣口 Ila的寬度a與燃燒器3的噴口當(dāng)量直徑i/滿足a/i/?2，回流煙氣口 Ila的高寬比6/a=1.5?2。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)稱燃燒的W型火焰鍋爐，所述W型火焰鍋爐包含下爐膛(7)和上爐膛(8)兩部分，所述下爐膛(7)由前拱(I)和后拱(2)、前墻(4)、后墻(5)和冷灰斗(6)組成；多個(gè)燃燒器(3)沿爐膛中心線(1-1)對(duì)稱布置在前拱(I)和后拱(2)上并與下爐膛(7)連通；其特征在于:所述W型火焰鍋爐還在上、下爐膛交匯處布置有豎直向下的前拱下連接墻(Ia)和后拱下連接墻(2a)。
2.如權(quán)利要求1所述的對(duì)稱燃燒的W型火焰鍋爐，其特征在于:所述前拱下連接墻(Ia)和后拱下連接墻(2a)在高度方向延伸至接近冷灰斗(6)，滿足J1ZVtl=0.6^0.7，其中I1是拱下連接墻的上沿(2-1)至下沿(2-2)的距離；Λ)是拱下連接墻起點(diǎn)至其延伸線與冷灰斗交點(diǎn)的距離。
3.如權(quán)利要求2所述的對(duì)稱燃燒的W型火焰鍋爐，其特征在于:所述前拱下連接墻(Ia)和后拱下連接墻(2a)在寬度方向延伸至與鍋爐的左、右側(cè)墻相連，使得前墻(4)與前拱下連接墻(Ia)/后墻(5)與后拱下連接墻(2a)之間形成半封閉區(qū)域，將燃燒器(3)下射的風(fēng)粉混合物(12)限定在所述半封閉區(qū)域內(nèi)擴(kuò)展下行，在最終到達(dá)冷灰斗(6)的中上部區(qū)域后折轉(zhuǎn)上行，確保在前、后墻側(cè)形成兩個(gè)對(duì)稱的U型火焰，兩個(gè)U型火焰交匯于爐膛中心區(qū)域上行而構(gòu)建對(duì)稱W型火焰(14)。
4.如權(quán)利要求1所述的對(duì)稱燃燒的W型火焰鍋爐，其特征在于:所述前拱下連接墻(Ia)和后拱下連接墻(2a)的上部區(qū)域均開有一排沿爐膛寬度方向均勻布置的回流煙氣口(11a)，多個(gè)回流煙氣口(Ila)與拱部的多個(gè)燃燒器(3)沿爐寬方向一一對(duì)應(yīng)，以便回流煙氣(11)通過(guò)而加熱拱下燃燒器區(qū)域內(nèi)的風(fēng)粉混合物(12)。
5.如權(quán)利要求4所述的對(duì)稱燃燒的W型火焰鍋爐，其特征在于:拱下連接墻上沿(2-1)至回流煙氣口(Ila)中心線(2-3)的距離JjiSJ2ZV1=0.25^0.35，回流煙氣口( Ila)的寬度a與燃燒器(3)的噴口當(dāng)量直徑i/滿足2，回流煙氣口(Ila)的高寬比6/a=l.5?2，辦為回流煙氣口(Ila)的高度。
6.如權(quán)利要求1所述的對(duì)稱燃燒的W型火焰鍋爐，其特征在于:所述上爐膛(8)在靠近后墻(5)的一側(cè)設(shè)有折焰角(9)和水平煙道(10)。
【文檔編號(hào)】F23C3/00GK104296129SQ201410543855
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】況敏, 凌忠錢, 曾憲陽(yáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院