富氧燃燒鍋爐的配風方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種富氧燃燒鍋爐的配風方法，所述富氧燃燒鍋爐安裝有燃燒器(1)，該燃燒器(1)包括向所述富氧燃燒鍋爐的爐膛內輸送氣體的一次風風口，其中，所述燃燒器(1)輸送到所述爐膛內氣體的氧分壓為23?29％，并且所述燃燒器(1)通過所述一次風風口輸送到所述爐膛內氣體的氧分壓不大于18％。通過以上所述的配風方法，可以使得燃燒器輸送的氣流在爐膛內形成更為穩(wěn)定的燃燒氣流，提高燃燒效率和穩(wěn)定性，避免鍋爐水冷壁超溫、結渣、高溫腐蝕等情況的發(fā)生，節(jié)省燃料并充分利用能源。
【專利說明】
富氧燃燒鍋爐的配風方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及富氧燃燒領域，具體地，涉及一種富氧燃燒鍋爐的配風方法。
【背景技術】
[0002]富氧燃燒技術是在傳統(tǒng)的空氣燃燒技術的基礎上發(fā)展改進后的一種更為環(huán)境友好型技術。在傳統(tǒng)的空氣燃燒技術中，使用空氣作為助燃劑，燃燒后的尾氣中含有氮氧化物、二氧化硫等污染氣體，并且二氧化碳的含量較低，不利于集中處理。在富氧燃燒技術中，使用純氧或富氧作為助燃劑，因此，可以使燃料進行更為充分地燃燒，燃料燃燒后產生的廢氣中二氧化碳的含量很高，經除塵、冷凝處理后的尾氣中二氧化碳的含量可以達到80-98%，將高純度的二氧化碳通過管道導入存儲設備壓縮存儲，從而可以集中到二氧化碳進行處理。
[0003]富氧燃燒鍋爐通過燃燒器將燃料和氧氣的混合氣流送入爐膛中實現燃燒，其中，燃燒器包括多個出風口，例如一次風風口、二次風風口、周界風風口、冷卻風風口等，并且爐膛也需要設置多個燃燒器以使炮膛中的氣流更為均勻。與傳統(tǒng)的空氣燃燒相比，由于富氧燃燒時燃燒器送出的混合氣流中氧氣的含量明顯增加，氣流的物理特性也隨之變化，如果采用常規(guī)的配風設計，則很難保證富氧燃燒情況下燃料的穩(wěn)定充分燃燒。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種能夠在爐膛內形成穩(wěn)定流場的富氧燃燒鍋爐的配風方法。
[0005]為了實現上述目的，本發(fā)明提供一種富氧燃燒鍋爐的配風方法，所述富氧燃燒鍋爐安裝有燃燒器，該燃燒器包括向所述富氧燃燒鍋爐的爐膛內輸送氣體的一次風風口，其中，所述燃燒器輸送到所述爐膛內氣體的氧分壓為23-29%，并且所述燃燒器通過所述一次風風口輸送到所述爐膛內氣體的氧分壓不大于18%。
[0006]優(yōu)選地，所述一次風風口輸送氣體的風速為21-22m/s，溫度為77_78度，流量為52-53m3/s，并且所述一次風風口輸送氣體的流量為所述燃燒器輸送氣體流量的28-29%。
[0007]優(yōu)選地，所述一次風風口輸送的氣體為燃料、氧氣及所述富氧燃燒鍋爐的爐膛燃燒產生的煙氣的混合物。
[0008]優(yōu)選地，所述燃燒器包括二次風風口，所述一次風風口和所述二次風風口沿豎直方向彼此交替排列。
[0009]優(yōu)選地，所述燃燒器包括所述二次風風口和所述一次風風口的兩側均形成有周界風風口，從所述周界風風口噴出的氣流在所述二次風風口和所述一次風風口的兩側形成風墻以保護爐膛內壁，并且所述燃燒器的上部形成有冷卻風風口。
[0010]優(yōu)選地，所述二次風風口、所述周界風風口和所述冷卻風風口輸送的氣體均為氧氣和所述富氧燃燒鍋爐的爐膛燃燒產生的煙氣的混合物并且具有相同的氧分壓。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述二次風風口輸送氣體的風速為46-47m/s，溫度為329-330度，流量為177-178m3/s，并且所述二次風風口輸送氣體的流量為所述燃燒器輸送氣體流量的56-57 % ；所述周界風風口氣體的風速為30-3 lm/s，溫度為329-330度，流量為40_41m3/s，并且所述周界風風口輸送氣體的流量為所述燃燒器輸送氣體流量的12-13 所述冷卻風風口輸送氣體的風速為10-1 lm/s，溫度為329-330度，流量為7-8m3/s，并且所述冷卻風風口輸送氣體的流量為所述燃燒器輸送氣體流量的2-3%。
[0012]優(yōu)選地，所述燃燒器輸送的氣體在進入該燃燒器之前混合。
[0013]優(yōu)選地，所述爐膛平行于水平面的截面為矩形，所述富氧燃燒鍋爐包括分別位于所述矩形的四個角位置的四個所述燃燒器。
[0014]優(yōu)選地，四個所述燃燒器中的第一組彼此相對的燃燒器的一次風風口朝向分別與各自所在的所述矩形的長邊的第一夾角相同，以所述第一組彼此相對的所述燃燒器的一次風風口朝向為切線且以所述矩形的中心為圓心形成小切圓;所述四個燃燒器中的第二組彼此相對的燃燒器的一次風風口朝向分別與各自所在的所述矩形的長邊的第二夾角相同，以所述第二組彼此相對的燃燒器的一次風風口朝向為切線且以所述矩形的中心為圓心形成大切圓，其中所述第一夾角小于所述第二夾角。
[0015]優(yōu)選地，所述第一夾角為40-42度，所述第二夾角為44-45度，并且所述矩形的短邊不小于所述矩形的長邊的90%。
[0016]通過以上所述的配風方法，可以使得燃燒器輸送的氣流在爐膛內形成更為穩(wěn)定的燃燒氣流，提高燃燒效率和穩(wěn)定性，避免鍋爐水冷壁超溫、結渣、高溫腐蝕等情況的發(fā)生，節(jié)省燃料并充分利用能源。
[0017]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0018]附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0019]圖1是根據本發(fā)明的一種【具體實施方式】的富氧燃燒鍋爐的橫截面結構示意圖。
[0020]圖2a_2d是空氣燃燒及富氧燃燒工況下一次風風口處爐膛內部的速度分布示意圖，其中箭頭方向代表速度方向。
[0021]圖3a_3d是空氣燃燒及富氧燃燒工況下二次風風口處爐膛內部的速度分布示意圖，其中箭頭方向代表速度方向。
[0022]附圖標記說明
[0023]I燃燒器 2大切圓
[0024]3小切圓
【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0026]本發(fā)明提供了一種富氧燃燒鍋爐的配風方法，所述富氧燃燒鍋爐安裝有燃燒器I，該燃燒器I包括向所述富氧燃燒鍋爐的爐膛內輸送氣體的一次風風口，其中，所述燃燒器I輸送到所述爐膛內氣體的氧分壓為23-29 %，并且所述燃燒器I通過所述一次風風口輸送到所述爐膛內氣體的氧分壓不大于18%。
[0027]燃燒器I可以包括多種不同的風口，例如二次風風口、周界風風口、冷卻風風口等，以下將詳細說明這些風口的作用。其中，一次風風口主要用于通過氣流將細小顆粒狀的燃料(煤粉、燃油液滴等)送入鍋爐的爐膛內部進行燃燒，由于燃料的粒度很小很容易燃燒，為避免燃料在進入爐膛之前發(fā)生燃燒，因此需要控制氣體中的氧分壓不宜過高，例如以上所述的18 %以下，而整體的氧分壓可以為23-29 %，優(yōu)選為25-27 %，更優(yōu)選為26 %。
[0028]一般地，合理的鍋爐爐膛內的流場、溫度場能有效防止鍋爐水冷壁超溫、結渣、高溫腐蝕等情況的發(fā)生，而富氧燃燒下爐內高濃度的二氧化碳對火焰穩(wěn)定性以及輻射傳熱都有較大的影響，因此需要采用更為合適的氧分壓和煙氣再循環(huán)的比例，使得富氧燃燒工況鍋爐的輻射傳熱特性與較為成熟常規(guī)鍋爐的輻射傳熱特性更為接近。通過以上所述的燃燒器的整體氧分壓及一次風氧分壓設計，可以獲得與常規(guī)的空氣燃燒更為接近的流場，避免鍋爐水冷壁超溫、結渣、高溫腐蝕等情況的發(fā)生，也提高了燃燒效率。
[0029]另外，除了對一次風風口輸送氣體的氧分壓進行優(yōu)化設計外，也需要對該氣流的其他物理特性進行選擇，優(yōu)選地，所述一次風風口輸送氣體的風速為21-22m/s，溫度為77-78度，流量為52-53m3/s，并且所述一次風風口輸送氣體的流量為所述燃燒器I輸送氣體流量的28-29%。需要特別指出的是，一次風風口輸送氣流的溫度不宜過高，避免其中的燃料在進入爐膛之前燃燒。
[0030]具體地，如上所述，所述一次風風口輸送的氣體為燃料、氧氣及所述富氧燃燒鍋爐的爐膛燃燒產生的煙氣的混合物。其中，所述富氧燃燒鍋爐的爐膛燃燒產生的煙氣的主要成分為二氧化碳，可以通過再循環(huán)煙道返回到爐膛中，其返回過程中可以混入氧氣和燃料，起到平穩(wěn)氧分壓及攜帶燃料的作用，同時，也可以調節(jié)燃料與氧氣的比例，實現氧氣與燃料更為均勻的混合，從而使燃料充分地燃燒。其中，再循環(huán)的煙氣可以先與氧氣進行混合，再與燃料混合，例如通過磨煤機等，最后通過燃燒器I進入爐膛。
[0031 ]另外，如上所述，所述燃燒器I包括二次風風口，所述一次風風口和所述二次風風口沿豎直方向彼此交替排列。所述二次風風口輸送的氣體中一般不包括燃料，并且可以具有相對較高的氧分壓，從而可以將爐膛內的整體氧分壓調節(jié)到目標指數，例如以上所述的23-29%。另外，所述一次風風口和所述二次風風口的排列方式為交替排列的形式，即兩個一次風風口之間有且僅有一個二次風風口，并且兩個二次風風口之間有且僅有一個一次風風口；而爐膛大多情況下沿豎直方向延伸，其中燃料氣流從下向上逐漸地排出，因此，風口也沿豎直方向排列。
[0032]另外，所述燃燒器I包括所述二次風風口和所述一次風風口的兩側均形成有周界風風口，從所述周界風風口噴出的氣流在所述二次風風口和所述一次風風口的兩側形成風墻以保護爐膛內壁，并且所述燃燒器I的上部形成有冷卻風風口。周界風風口周界風形成的風墻可以阻擋所述一次風風口和所述二次風風口噴出的氣體向兩側運動，并主要朝向爐膛的中心噴射。而形成在燃燒器I上部的冷卻風風口輸送的氣體可以對燃燒后的氣流進行冷卻處理，避免排出后的煙氣溫度過高。
[0033]具體地，所述二次風風口、所述周界風風口和所述冷卻風風口輸送的氣體均為氧氣和所述富氧燃燒鍋爐的爐膛燃燒產生的煙氣的混合物并且具有相同的氧分壓。如上所述，所述富氧燃燒鍋爐的爐膛燃燒產生的煙氣在再循環(huán)煙道中與合適比例的氧氣混合后通過燃燒器輸送到爐膛中，由于通過不同類型的風口從而形成不同類型或功能的風，關于其具體功能不再重復。
[0034]具體地，所述二次風風口輸送氣體的風速為46-47m/s，溫度為329-330度，流量為177-178m3/s，并且所述二次風風口輸送氣體的流量為所述燃燒器I輸送氣體流量的56-57 % ；所述周界風風口氣體的風速為30-3 lm/s，溫度為329-330度，流量為40_41m3/s，并且所述周界風風口輸送氣體的流量為所述燃燒器I輸送氣體流量的12-13 所述冷卻風風口輸送氣體的風速為10-1 lm/s，溫度為329-330度，流量為7-8m3/s，并且所述冷卻風風口輸送氣體的流量為所述燃燒器I輸送氣體流量的2-3%。其中，由于所述二次風風口、所述周界風風口和所述冷卻風風口輸送的氣體一般不含有燃料，因此可以具有較高的溫度，對來源于燃燒產生的煙氣的冷卻要求可以較為寬松。另外，所述二次風風口、所述周界風風口和所述冷卻風風口輸送氣體的流量應當與所述一次風風口輸送氣體的流量成合適的比例，保證通過燃燒器I輸送的氣體的整體氧分壓為23-26%。
[0035]另外，如上所述，所述燃燒器I輸送的氣體在進入該燃燒器I之前混合，包括通過燃燒器I的一次風風口、二次風風口、周界風風口及冷卻風風口輸送的氣體。
[0036]如圖1所示，所述爐膛平行于水平面的截面為矩形，所述富氧燃燒鍋爐包括分別位于所述矩形的四個角位置的四個燃燒器I。通過大致朝向所述矩形的中心的四個燃燒器I，可以在所述爐膛中形成圍繞所述矩形的中心的旋轉氣流，這樣的旋轉氣流可以更為穩(wěn)定地存在并且可以使得所述一次風風口和所述二次風風口輸送的氣體能夠更為充分地混合并燃燒，提高燃燒效率。
[0037]具體地，所述四個燃燒器I中的第一組彼此相對的燃燒器I的一次風出口朝向分別與各自所在的所述矩形的長邊的第一夾角相同，以所述第一組彼此相對的燃燒器I的一次風風口朝向為切線且以所述矩形的中心為圓心形成小切圓3;所述四個燃燒器I中的第二組彼此相對的燃燒器I的一次風風口朝向分別與各自所在的所述矩形的長邊的第二夾角相同，以所述第二組彼此相對的燃燒器I的一次風風口朝向為切線且以所述矩形的中心為圓心形成大切圓2，其中所述第一夾角小于所述第二夾角。如圖2所示，由于矩形的長邊A和短邊B的長度不同，因此，通過兩組相對的燃燒器I的朝向作為切線形成的假想圓半徑不同，而在實際的流場中，這通過兩組燃燒器I形成的兩個氣流圓將彼此小幅度地干涉，因此可以在形成旋轉氣流的情況下，更為充分地混合爐膛內的氣體。
[0038]具體地，所述第一夾角為40-42度，所述第二夾角為44-45度，并且所述矩形的短邊不小于所述矩形的長邊的90%。如圖1所示，所述短邊B與所述長邊A的長度相差使得形成的兩個假想圓具有不同的半徑，但所述短邊B與所述長邊A的長度相差不宜過大，因為所述爐膛的矩形截面需要容納燃燒器I的輸送的氣體形成的旋轉氣流圓，如果所述短邊B與所述長邊A相差較大，所述短邊A將離所述旋轉氣流圓過遠，即鍋爐的水冷壁離燃燒氣流過遠，不利于吸收傳遞熱能。
[0039]另外，通過Fluent軟件，對空氣燃燒工況、富氧燃燒工況(整體氧分壓分別為23%、26 %、29 % )不同配風方式下的三維流場進行數值模擬計算。
[0040]其中，圖2a_圖2d分別為空氣燃燒工況、23%氧分壓富氧燃燒工況、26%氧分壓富氧燃燒工況及29%氧分壓富氧燃燒工況的一次風風口的爐膛橫截面的速度分布圖，四個工況下一次風都能在爐膛中心形成良好的切圓，并且富氧燃燒工況下一次風剛性良好，沒有出現沖墻或刷墻現象。
[0041 ]另外，圖3a_圖3d分別為空氣燃燒工況、23 %氧分壓富氧燃燒工況、26%氧分壓富氧燃燒工況及29%氧分壓富氧燃燒工況的二次風風口的爐膛橫截面的速度分布圖，各工況二次風能形成良好的切圓，沒有出現刷墻現象，特別地，富氧燃燒工況下氧分壓為26%時的二次風風速跟空氣工況下較為接近。
[0042]根據以上模擬結果，綜合考慮一次風及二次風的速度流場，可以優(yōu)選氧分壓為26%的富氧燃燒工況。
[0043]以上結合附圖詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0044]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0045]此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內容。
【主權項】
1.一種富氧燃燒鍋爐的配風方法，所述富氧燃燒鍋爐安裝有燃燒器(I)，該燃燒器(I)包括向所述富氧燃燒鍋爐的爐膛內輸送氣體的一次風風口，其特征在于，所述燃燒器(I)輸送到所述爐膛內氣體的氧分壓為23-29 %，并且所述燃燒器(I)通過所述一次風風口輸送到所述爐膛內氣體的氧分壓不大于18%。2.根據權利要求1所述的配風方法，其特征在于，所述一次風風口輸送氣體的風速為21-22m/s，溫度為77-78度，流量為52-53m3/s，并且所述一次風風口輸送氣體的流量為所述燃燒器(I)輸送氣體流量的28-29%。3.根據權利要求2所述的配風方法，其特征在于，所述一次風風口輸送的氣體為燃料、氧氣及所述富氧燃燒鍋爐的爐膛燃燒產生的煙氣的混合物。4.根據權利要求2所述的配風方法，其特征在于，所述燃燒器(I)包括二次風風口，所述一次風風口和所述二次風風口沿豎直方向彼此交替排列。5.根據權利要求4所述的配風方法，其特征在于，所述燃燒器(I)包括所述二次風風口和所述一次風風口的兩側均形成有周界風風口，從所述周界風風口噴出的氣流在所述二次風風口和所述一次風風口的兩側形成風墻以保護爐膛內壁，并且所述燃燒器(I)的上部形成有冷卻風風口。6.根據權利要求5所述的配風方法，其特征在于，所述二次風風口、所述周界風風口和所述冷卻風風口輸送的氣體均為氧氣和所述富氧燃燒鍋爐的爐膛燃燒產生的煙氣的混合物并且具有相同的氧分壓。7.根據權利要求6所述的配風方法，其特征在于，所述二次風風口輸送氣體的風速為46-47m/s，溫度為329-330度，流量為177-178m3/s，并且所述二次風風口輸送氣體的流量為所述燃燒器(I)輸送氣體流量的56-57 % ；所述周界風風口氣體的風速為30-31m/s，溫度為329-330度，流量為40-41m3/s，并且所述周界風風口輸送氣體的流量為所述燃燒器(I)輸送氣體流量的12-13% ;所述冷卻風風口輸送氣體的風速為10-1 lm/s，溫度為329-330度，流量為7-8m3/s，并且所述冷卻風風口輸送氣體的流量為所述燃燒器(I)輸送氣體流量的2-3 %。8.根據權利要求1所述的配風方法，其特征在于，所述燃燒器(I)輸送的氣體在進入該燃燒器(I)之前混合。9.根據權利要求1所述的配風方法，其特征在于，所述爐膛平行于水平面的截面為矩形，所述富氧燃燒鍋爐包括分別位于所述矩形的四個角位置的四個所述燃燒器(I)。10.根據權利要求9所述的配風方法，其特征在于，四個所述燃燒器(I)中的第一組彼此相對的燃燒器(I)的一次風風口朝向分別與各自所在的所述矩形的長邊的第一夾角相同，以所述第一組彼此相對的所述燃燒器(I)的一次風風口朝向為切線且以所述矩形的中心為圓心形成小切圓(3);所述四個燃燒器(I)中的第二組彼此相對的燃燒器(I)的一次風風口朝向分別與各自所在的所述矩形的長邊的第二夾角相同，以所述第二組彼此相對的燃燒器(I)的一次風風口朝向為切線且以所述矩形的中心為圓心形成大切圓(2)，其中所述第一夾角小于所述第二夾角。11.根據權利要求10所述的配風方法，其特征在于，所述第一夾角為40-42度，所述第二夾角為44-45度，并且所述矩形的短邊不小于所述矩形的長邊的90%。
【文檔編號】F23L7/00GK105823079SQ201610220671
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】王鵬, 柳朝暉, 廖海燕, 李延兵, 劉毅, 余學海
【申請人】中國神華能源股份有限公司, 北京國華電力有限責任公司, 神華國華（北京）電力研究院有限公司, 華中科技大學