低氮改造大型電站鍋爐裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種低氮改造大型電站鍋爐裝置，所述裝置包括鍋爐本體、制粉噴嘴、燃燒器及SOFA噴嘴，所述燃燒器為至少四組，所述燃燒器均按切圓燃燒方式設(shè)置于所述鍋爐本體內(nèi)部的棱角處，且所述制粉噴嘴朝向于所述燃燒器，所述燃燒器至少為六層，所述燃燒器的每一層均設(shè)有一次風(fēng)噴嘴，一次風(fēng)噴嘴的兩側(cè)均設(shè)有二次風(fēng)噴嘴，每組燃燒器的頂部均連接有兩個(gè)緊湊型燃盡風(fēng)噴嘴、兩個(gè)所述SOFA噴嘴，且該兩個(gè)SOFA噴嘴處于相對(duì)位置。本實(shí)用新型涉及的低氮改造大型電站鍋爐裝置，采用增加SOFA風(fēng)來(lái)降低了NOx排放濃度，為該電廠(chǎng)低氮改造后效果評(píng)價(jià)，以及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中周界風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)整方式，提供了非常重要的參考價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】低氮改造大型電站鍋爐裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電站及環(huán)保領(lǐng)域，特別是涉及低氮改造大型電站鍋爐裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境治理的嚴(yán)峻形勢(shì)，我國(guó)對(duì)NOx的排放限制將日益嚴(yán)格，國(guó)家環(huán)境保護(hù)部已經(jīng)頒布了《火電廠(chǎng)氮氧化物防治技術(shù)政策》，明確在“十二五”期間將全力推進(jìn)我國(guó)NOx的防治工作。目前國(guó)內(nèi)外電站鍋爐控制NOx技術(shù)主要有2種:一種是控制生成，主要是在燃燒過(guò)程中通過(guò)各種技術(shù)手段改變煤的燃燒條件，從而減少NOx的生成量，即各種低NOx技術(shù)；二是生成后的轉(zhuǎn)化，主要是將已經(jīng)生成的NOx通過(guò)技術(shù)手段從煙氣中脫除掉，如選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)，但這些并不是很理想；而目前并沒(méi)有對(duì)電站鍋爐本身的運(yùn)行進(jìn)行改進(jìn)措施。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]基于此，有必要提供一種能有效減少燃燒煙氣排放的低氮改造大型電站鍋爐裝置。
[0004]一種低氮改造大型電站鍋爐裝置，包括鍋爐本體、制粉噴嘴、燃燒器及SOFA噴嘴，所述燃燒器為至少四組，所述燃燒器均按切圓燃燒方式設(shè)置于所述鍋爐本體內(nèi)部的棱角處，且所述制粉噴嘴朝向于所述燃燒器；
[0005]所述燃燒器至少為六層，所述燃燒器的每一層均設(shè)有一次風(fēng)噴嘴，一次風(fēng)噴嘴的兩側(cè)均設(shè)有二次風(fēng)噴嘴，每組燃燒器的頂部均連接有兩個(gè)緊湊型燃盡風(fēng)噴嘴、兩個(gè)所述SOFA噴嘴，且該兩個(gè)SOFA噴嘴處于相對(duì)位置。
[0006]在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括燃燒制粉系統(tǒng)，所述燃燒制粉系統(tǒng)連接于所述制粉噴嘴。
[0007]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述每組燃燒器頂部的兩個(gè)SOFA噴嘴以水平對(duì)沖的方式安裝。
[0008]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述一次風(fēng)噴嘴和二次風(fēng)噴嘴呈均等配風(fēng)方式間隔設(shè)置。
[0009]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述燃燒制粉系統(tǒng)具有磨煤機(jī)，所述磨煤機(jī)的數(shù)量與所述一次風(fēng)噴嘴的數(shù)量匹配，且所述一次風(fēng)噴嘴分別與所述磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)連接。
[0010]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述一次風(fēng)噴嘴按照上下方向擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-20°?20。。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述二次風(fēng)噴嘴按照上下方向擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-30°?30。。
[0012]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述燃盡風(fēng)噴嘴按照上下方向擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-5°?30。。
[0013]在其中一個(gè)實(shí)施例中，在每個(gè)一次風(fēng)噴嘴的外側(cè)設(shè)有環(huán)形的周界風(fēng)噴嘴，使得所述周界風(fēng)噴嘴包圍一次風(fēng)噴嘴。[0014]本實(shí)用新型涉及的低氮改造大型電站鍋爐裝置，采用增加SOFA風(fēng)來(lái)降低NOx排放濃度，且本實(shí)用新型利用ANSYSFLUENT14.0軟件對(duì)該電廠(chǎng)低氮改造后變周界風(fēng)量下燃燒特性規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格對(duì)比驗(yàn)證，保證數(shù)值模擬有效性。研究了速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、組分場(chǎng)和污染物分布規(guī)律。本實(shí)用新型的數(shù)值模擬研究，為該電廠(chǎng)低氮改造后效果評(píng)價(jià)，以及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中周界風(fēng)門(mén)開(kāi)度調(diào)整方式，提供了非常重要的參考價(jià)值，具有十分重要的科學(xué)價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)值。
[0015]本實(shí)用新型涉及的低氮改造大型電站鍋爐裝置，所述每組燃燒器頂部的兩個(gè)SOFA噴嘴以水平對(duì)沖的方式安裝，進(jìn)一步有效地較少了 NOx的排放量。
[0016]本實(shí)用新型涉及的低氮改造大型電站鍋爐裝置，所述一次風(fēng)噴嘴和二次風(fēng)噴嘴呈均等配風(fēng)方式間隔設(shè)置，最大程度上使得粉煤燃燒均勻。
[0017]本實(shí)用新型涉及的低氮改造大型電站鍋爐裝置，所述燃燒制粉系統(tǒng)具有磨煤機(jī)，所述磨煤機(jī)的數(shù)量與所述一次風(fēng)噴嘴的數(shù)量匹配，且所述一次風(fēng)噴嘴分別與所述磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)連接，最大程度上形成切圓燃燒方式，減少NOx的排放量。
[0018]本實(shí)用新型涉及的低氮改造大型電站鍋爐裝置，所述一次風(fēng)噴嘴按照上下方向擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-20°?20° ;所述二次風(fēng)噴嘴按照上下方向擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-30°?30° ;所述燃盡風(fēng)噴嘴按照上下方向擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-5°?30°，便于調(diào)節(jié)噴嘴的角度，使得三個(gè)類(lèi)型的噴嘴能夠在一定的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)使得間隔排列的一次風(fēng)噴嘴、二次風(fēng)噴嘴之間的粉煤能夠充分的燃燒。
[0019]本實(shí)用新型涉及的低氮改造大型電站鍋爐裝置，在每個(gè)一次風(fēng)噴嘴的外側(cè)設(shè)有環(huán)形的周界風(fēng)噴嘴，使得所述周界風(fēng)噴嘴包圍一次風(fēng)噴嘴，即每個(gè)一次風(fēng)噴嘴的外側(cè)四周形成周界風(fēng)區(qū)域，周界風(fēng)的主要目的是防止一次風(fēng)噴嘴燒損，起到冷卻噴嘴的作用，另外一個(gè)目的是增強(qiáng)一次風(fēng)噴嘴射流的剛性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1中鍋爐本體示意圖；
[0021]圖2 (a)、(b)、(C)為本實(shí)用新型實(shí)施例1中鍋爐本體燃燒器橫截面、SOFA噴嘴示意圖及SOFA風(fēng)安裝方式示意圖；
[0022]圖3 (a)、(b)、(C)分別為本實(shí)用新型實(shí)施例1中鍋爐本體爐膛結(jié)構(gòu)、噴嘴布置方式與網(wǎng)格劃分示意圖；
[0023]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例2中最下層二次風(fēng)溫度云圖；
[0024]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例2中最下層一次風(fēng)溫度云圖；
[0025]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例2中爐膛中心截面溫度分布示意圖；
[0026]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例2中模擬得到的爐膛高度方向上截面平均溫度分布圖；
[0027]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例2中不同負(fù)荷下?tīng)t膛出口溫度變化圖；
[0028]圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例2中最下層二次風(fēng)速度云圖；
[0029]圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例2中最下層一次風(fēng)速度云圖；
[0030]圖12為本實(shí)用新型實(shí)施例2中CO濃度沿著高度方向分布圖；
[0031]圖13為本實(shí)用新型實(shí)施例2中NOx濃度沿著高度方向分布圖；
[0032]圖14為本實(shí)用新型實(shí)施例2中不同負(fù)荷下?tīng)t膛出口 NOx濃度變化圖。[0033]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0034]10、鍋爐本體；20、燃燒器；30、SOFA噴嘴。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下將結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0036]實(shí)施例1
[0037]—種低氮改造大型電站鍋爐裝置，參見(jiàn)圖1?3，包括鍋爐本體、燃燒制粉系統(tǒng)、燃燒器20及SOFA噴嘴30，所述SOFA噴嘴30為水平擺動(dòng)的分離燃盡風(fēng)噴嘴，所述鍋爐本體10為660MW，亞臨界壓力、一次再熱、單汽包、控制循環(huán)、四角噴燃雙切圓燃燒燃煤鍋爐，鍋爐本體10高約57m，且爐膛橫截面為長(zhǎng)方形，寬16.44m,深19.558m。所述鍋爐本體10采用露天布置，所述燃燒器20為至少四組，采用直流式寬調(diào)節(jié)比擺動(dòng)式燃燒器20，圖2 Ca)為燃燒器20橫截面圖，燃燒器20總高度為11.266m，燃燒器20的軸線(xiàn)與所述鍋爐本體10內(nèi)部的前壁(圖中frontwall)、后壁(圖中rearwall)的夾角分別為43°和35° ,便于形成切圓燃燒方式，且使得燃燒切圓能夠最大化；所述燃燒器20均按切圓燃燒方式設(shè)置于所述鍋爐本體10內(nèi)部的棱角處(鍋爐本體10相鄰的爐壁之間的夾角即切角處)，所述燃燒制粉系統(tǒng)具有磨煤機(jī)，且為中速磨直吹式。4個(gè)直流擺動(dòng)式燃燒器20按切圓燃燒方式布置爐膛四角，形成典型的切圓燃燒方式，所述燃燒器20與所述燃燒制粉系統(tǒng)處于相對(duì)位置，所述燃燒器20為六層，所述燃燒器20的每一層均設(shè)有一次風(fēng)噴嘴，一次風(fēng)噴嘴的兩側(cè)均設(shè)有二次風(fēng)噴嘴，也即在每組燃燒器20的豎直方向上的上方布置6個(gè)一次風(fēng)噴嘴(圖3 (b)中A、B、C、D、E和F所示)和7個(gè)供給燃料燃燒空氣用的二次風(fēng)噴嘴(圖3 (b) AA、AB、BC、⑶、DE、EF和FF所示)，其中，在每個(gè)一次風(fēng)噴嘴(A、B、C、D、E和F)的四周具有周界風(fēng)噴嘴，周界風(fēng)噴嘴呈環(huán)形，包圍一次風(fēng)噴嘴，即每個(gè)一次風(fēng)噴嘴的外側(cè)四周形成周界風(fēng)區(qū)域，周界風(fēng)的主要目的是防止一次風(fēng)噴嘴燒損，起到冷卻噴嘴的作用，另外一個(gè)目的是增強(qiáng)一次風(fēng)噴嘴射流的剛性。所述一次風(fēng)噴嘴和二次風(fēng)噴嘴呈均等配風(fēng)方式間隔設(shè)置，所述磨煤機(jī)的數(shù)量與所述一次風(fēng)噴嘴的數(shù)量匹配，所述一次風(fēng)噴嘴分別與所述磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)連接，即每一同層燃燒的4個(gè)一次風(fēng)噴嘴與同一臺(tái)磨煤機(jī)連接、供粉，投則同投，停則同停；6臺(tái)磨煤機(jī)各自構(gòu)成基本獨(dú)立的6個(gè)制粉子系統(tǒng)，并與6層燃燒器20 —次風(fēng)噴嘴相對(duì)應(yīng)，5層投運(yùn)已能滿(mǎn)足鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(MCR)的需要。如圖3 (b)所示，每組燃燒器20的頂部均連接有兩個(gè)緊湊型燃盡風(fēng)噴嘴、兩個(gè)所述SOFA噴嘴30，圖2 (b)所示；也即在每組燃燒器20的豎直方向上的上方布置2個(gè)緊湊型燃盡風(fēng)噴嘴(CC0FA)、2個(gè)SOFA噴嘴30即燃盡風(fēng)噴嘴0FA、0FB，且該兩個(gè)SOFA噴嘴30處于相對(duì)位置，所述每組燃燒器20頂部的兩個(gè)SOFA噴嘴30以水平對(duì)沖的方式安裝。所述一次風(fēng)噴嘴按照上下方向擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-20°?20°，所述二次風(fēng)噴嘴按照上下方向擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-30°?30°，所述燃盡風(fēng)噴嘴按照上下方向擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-5°?30°，在本實(shí)施例中一次風(fēng)噴嘴、二次風(fēng)噴嘴及SOFA噴嘴30的角度如附圖2(c)所示，其中的centerlines為中心的對(duì)稱(chēng)軸線(xiàn)。
[0038]本實(shí)用新型所述的裝置在安裝時(shí)，將制粉噴嘴、SOFA噴嘴30及至少四組燃燒器20分別安裝于鍋爐本體10，使得所述燃燒器20均按切圓燃燒方式設(shè)置于所述鍋爐本體10內(nèi)部的切角處，使所述制粉噴嘴朝向于所述燃燒器20。燃燒器20至少為六層，在燃燒器20的每一層均設(shè)有一次風(fēng)噴嘴，一次風(fēng)噴嘴的兩側(cè)均設(shè)有二次風(fēng)噴嘴，每組燃燒器20的頂部均連接有兩個(gè)緊湊型燃盡風(fēng)噴嘴、兩個(gè)所述SOFA噴嘴30，且使得該兩個(gè)SOFA噴嘴30處于相對(duì)位置；通過(guò)所述制粉噴嘴將煤粉噴入所述鍋爐本體10，通過(guò)所述一次風(fēng)噴嘴、二次風(fēng)噴嘴及SOFA噴嘴30噴出供所述煤粉燃燒的空氣，與所述煤粉混合后燃燒。
[0039]在本實(shí)用新型的模擬中，最上層磨煤機(jī)停運(yùn)。改造后，4對(duì)SOFA噴嘴30即分離燃盡風(fēng)噴嘴0FA、0FB以水平對(duì)沖方式安裝，以進(jìn)一步降低鍋爐NOx排放。改造后，由于總風(fēng)量沒(méi)有變化，且二次風(fēng)噴嘴的二次風(fēng)一部分分配到SOFA噴嘴30的SOFA風(fēng)，使得二次風(fēng)噴嘴改造，面積變小，但除了最上層2層緊湊型燃盡風(fēng)(CCOFA)高度有所變化，其余一次風(fēng)噴嘴的高度、二次風(fēng)噴嘴的高度均沒(méi)有改變。改造后SOFA噴嘴30開(kāi)度在100%的情況下，SOFA噴嘴30的SOFA風(fēng)與緊湊型燃盡風(fēng)(CCOFA)占到總二次風(fēng)的37.2%，僅SOFA風(fēng)就為26.8%，與改造前的20.4%(僅緊湊型燃盡風(fēng)CCOFA)有了很大的提升。模擬中煤質(zhì)分析見(jiàn)表1，S0FA風(fēng)改造示意圖見(jiàn)圖2。網(wǎng)格劃分和燃燒器20噴嘴布置見(jiàn)圖2?？偩W(wǎng)格數(shù)目約162萬(wàn)。
[0040]實(shí)施例2
[0041]本實(shí)施例提供實(shí)施例1中所述的低氮改造大型電站鍋爐結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬。
[0042]一、低氮改造數(shù)值模擬
[0043]1、數(shù)學(xué)模型
[0044]在燃燒模擬計(jì)算中，采用標(biāo)準(zhǔn)k_ ε湍流模型模擬氣相湍流；采用混合分?jǐn)?shù)/概率密度(PDF)函數(shù)模型模擬組分運(yùn)輸和燃燒:采用單PDF模型模擬純煤燃燒，采用雙PDF模型模擬污泥摻燒燃燒；采用顆粒隨機(jī)軌道模型模擬煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)；煤的熱解采用雙方程平行競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)模型；焦炭燃燒則采用動(dòng)力/擴(kuò)散控制反應(yīng)速率模型；輻射傳熱計(jì)算采用Pl法，離散方法均采用 一階迎風(fēng)格式。中心風(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)都采用質(zhì)量入口邊界條件；入口處質(zhì)量流量、風(fēng)溫根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)燃盡風(fēng)和周界風(fēng)本體也進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，根據(jù)其實(shí)際尺寸構(gòu)建其入口模型；燃盡風(fēng)和周界風(fēng)也采用質(zhì)量入口邊界條件，質(zhì)量流量數(shù)值根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)及變工況條件計(jì)算得到。出口邊界條件采用壓力出口，壓力設(shè)置為-SOPa ;爐膛壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面方程，無(wú)滑移邊界條件，熱交換采用第二類(lèi)邊界條件，即溫度邊界條件，給定壁面溫度和輻射率，壁面溫度為690K，壁面輻射率為0.8。
[0045]煤粉顆粒直徑按照Rosin-Rammler方法分布。Rosin-Rammler分布假定在顆粒直
徑d與大于此直徑的顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Yd之間存在指數(shù)關(guān)系:= e-(d/d、n, ?為平均
直徑，η為分布指數(shù)。最小粒徑5 μ m,最大粒徑250 μ m,平均粒徑60 μ m,分布指數(shù)1.5,那么，煤粉質(zhì)量百分比含量與煤粉粒徑之間的關(guān)系見(jiàn)表1。
[0046]表1煤粉質(zhì)量含量與粒徑的關(guān)系
[0047]
>5 >15 >30 >55 >90 >130 >170 >210 >250 >300
壞量分?jǐn)?shù)(％) 97.6 88.2 70.2 41.6 15.9 4.12 0.85 0.14 0.02 0.001
[0048]表2煤質(zhì)分析(收到基)
【權(quán)利要求】
1.一種低氮改造大型電站鍋爐裝置，其特征在于，包括鍋爐本體、制粉噴嘴、燃燒器及SOFA噴嘴，所述燃燒器為至少四組，所述燃燒器均按切圓燃燒方式設(shè)置于所述鍋爐本體內(nèi)部的棱角處，且所述制粉噴嘴朝向于所述燃燒器； 所述燃燒器至少為六層，所述燃燒器的每一層均設(shè)有一次風(fēng)噴嘴，一次風(fēng)噴嘴的兩側(cè)均設(shè)有二次風(fēng)噴嘴，每組燃燒器的頂部均連接有兩個(gè)緊湊型燃盡風(fēng)噴嘴、兩個(gè)所述SOFA噴嘴，且該兩個(gè)SOFA噴嘴處于相對(duì)位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低氮改造大型電站鍋爐裝置，其特征在于，還包括燃燒制粉系統(tǒng)，所述燃燒制粉系統(tǒng)連接于所述制粉噴嘴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低氮改造大型電站鍋爐裝置，其特征在于，所述每組燃燒器頂部的兩個(gè)SOFA噴嘴以水平對(duì)沖的方式安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低氮改造大型電站鍋爐裝置，其特征在于，所述一次風(fēng)噴嘴和二次風(fēng)噴嘴呈均等配風(fēng)方式間隔設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低氮改造大型電站鍋爐裝置，其特征在于，所述燃燒制粉系統(tǒng)具有磨煤機(jī)，所述磨煤機(jī)的數(shù)量與所述一次風(fēng)噴嘴的數(shù)量匹配，且所述一次風(fēng)噴嘴分別與所述磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的低氮改造大型電站鍋爐裝置，其特征在于，所述一次風(fēng)噴嘴按照上下方向擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-20°?20°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的低氮改造大型電站鍋爐裝置，其特征在于，所述二次風(fēng)噴嘴按照上下方向擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-30°?30°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的低氮改造大型電站鍋爐裝置，其特征在于，所述燃盡風(fēng)噴嘴按照上下方向擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-5°?30°。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的低氮改造大型電站鍋爐裝置，其特征在于，在每個(gè)一次風(fēng)噴嘴的外側(cè)設(shè)有環(huán)形的周界風(fēng)噴嘴，使得所述周界風(fēng)噴嘴包圍一次風(fēng)噴嘴。
【文檔編號(hào)】F23C5/08GK203823744SQ201420152211
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】李德波, 徐齊勝, 劉亞明, 沈躍良 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院