專利名稱：煤粉二次氣化燃燒消除鍋爐內(nèi)熱偏差的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種采用蒸汽二次氣化煤粉燃燒，消除鍋爐內(nèi)熱偏差的方法，屬于電站大型鍋爐燃燒的技術(shù)領(lǐng)域。
隨著鍋爐容量的增大，爐內(nèi)燃燒氣體溫度的分布，由于結(jié)構(gòu)上和運行設備上的因素，四角的一、二次風的流量和速度不等，以及各噴燃器出口的煤粉濃度不均的現(xiàn)象較為普遍，爐內(nèi)火焰中心往往偏離中心區(qū)域;另一方面，由于采用四角切圓燃燒的特點，爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)動量矩在爐膛出口處還保持一定的余量，旋流矢量埸和煙氣引風的合成流埸會產(chǎn)生煙氣的流量偏差和溫度偏差，同時也影響到管壁金屬的溫度偏差和工質(zhì)的溫度偏差。在現(xiàn)埸大量的實測記錄中，少則煙溫偏差～80℃，多則＞100℃，而在爐膛出口區(qū)域布置有大量過熱器和再熱器受熱面，其內(nèi)部工質(zhì)為過熱狀態(tài)的氣相介質(zhì)，管內(nèi)傳熱系數(shù)相對較小，加之介質(zhì)的溫度較高，一般均在420～540℃，而使用的金屬材料為耐熱有限的合金鋼，大部分許用溫度僅高出工質(zhì)溫度30～50℃，爐內(nèi)熱偏差的存在會使金屬壁溫超出極限溫度，管材許用應力急劇下降，最終導致管材爆破損壞。
對于直流鍋爐的上輻射區(qū)，管內(nèi)水平已全部“蒸干”，對爐內(nèi)的熱偏差也非常敏感，某些引進CE技術(shù)的350MW控制循環(huán)鍋爐經(jīng)測試爐內(nèi)熱偏差竟達200℃，終究會導至爆管事故。因此，采取針對性的防止措施甚為重要。
四角噴燃的煤粉爐，客觀上會存在熱偏差是不可避免的，盡管為此而采用同心圓正反切圓、對沖切圓等方法，還是沒有根本解決問題。
本發(fā)明的目的是提出一種采用蒸汽二次氣化煤粉燃燒，消除爐內(nèi)熱偏差的方法。
本發(fā)明的煤粉二次氣化燃燒消除鍋爐內(nèi)熱偏差的方法主要是在爐膛的上部采用蒸汽噴霧，使煤粉中未燃燼的焦碳顆粒氣化燃燒，從氣固兩相燃燒轉(zhuǎn)化為氣-氣均相燃燒，加之采用一、二、三次風同心正反切圓和旋轉(zhuǎn)動量平衡補償?shù)姆椒ㄖ匦陆M織上部氣流的高溫煙氣動力分布和熱力分布，解決切圓燃燒不可避免的火焰中心偏斜的問題，克服由熱偏差而引起的超溫爆管結(jié)渣等現(xiàn)象。蒸汽噴霧燃燒處于熱解和著火完全結(jié)束以后的位置，即處于爐內(nèi)溫度區(qū)域較高的范圍(1400～1600℃)。此時，煤粉的成份已成為半焦(灰份和碳的合成物)，動力場已趨弱勢，氣流中氧的濃度也急劇下降，燃燼極為困難，進入了燃燒的“擴散區(qū)”。通過蒸汽噴霧對燃燒也有顯著的促進作用。蒸汽噴嘴采用低流線型設計且處于爐膛上部兩側(cè)或前后墻相對交錯布置。
采用本發(fā)明的煤粉二次氣化燃燒消除鍋爐內(nèi)熱偏差的方法其優(yōu)點在于由于噴入了蒸汽，其蒸汽射流重新組織爐內(nèi)空氣動力場，使煙氣溫度和流速分布均衡，消除爐內(nèi)熱偏差，另外，氣化位置處于高溫區(qū)，對爐壁熱負荷有平緩作用，避免水冷壁發(fā)生高溫氧化現(xiàn)象，并減少NOx有害物的生成量。同時，蒸汽射流攪動煤粉顆粒，增強表面的燃燒產(chǎn)物脫附和過剩氧的吸附作用，促進燃燒。另外，蒸汽和煙氣中的過剩氧量在高溫區(qū)是很好的燃燒催化劑，水蒸汽和灼熱焦碳接觸，使之產(chǎn)生水煤氣，新生的可燃氣較之碳燃燒反應迅速且完全。
由上可知，煤粉二次氣化燃燒既可節(jié)能，又可提高鍋爐運行的可靠性。
本發(fā)明的實施方案如下在電站鍋爐采用蒸汽噴霧燃燒的方法，利用現(xiàn)有的設備結(jié)構(gòu)，加上一些輔設的管系統(tǒng)和噴嘴，實施較為簡便。
蒸汽源采用中壓缸排出的再熱汽，在鍋爐再熱器進口管路上裝配分支管引至爐膛上部兩側(cè)相對交錯布置。噴嘴采用低阻的流線型設計，喉部通徑為d≈5mm，出口的當量直徑dd1≈10mm，蒸汽流速ω≈75m/s，有效的主體段動量矩射程Lyx≈6～8m，單只噴嘴的質(zhì)量流量G≈240kg/時，噴嘴直接和水冷壁接觸，其伸出爐內(nèi)長度幾乎與水冷壁面在同一平面，冷卻條件較好，即使處于停止供汽狀態(tài)下，噴嘴的金屬溫度＞540℃，故可采用普通不銹鋼材。
考慮到氣化條件，在420t/h鍋爐上宜采用10～12只噴嘴，總體蒸汽量約為2.5噸/時，約占鍋爐蒸發(fā)量的0.5%。按設計燃料的成分(Cfgd＝56%、Wy＝7%)，假定有15%的碳元素采用氣化燃燒，單位燃料發(fā)生煤氣的汽耗率為48kgH2O/kgC，該值是煤氣發(fā)生最佳參數(shù)。
兩側(cè)噴霧蒸汽的流量可以根據(jù)爐內(nèi)熱力分布調(diào)整，使之均衡為最佳流量匹配，但總量變化不大，總量的調(diào)整范圍可隨負荷而變動。
權(quán)利要求
1.一種采用煤粉二次氣化燃燒，消除爐內(nèi)熱偏差的方法，其特征在于在爐膛的上部采用蒸汽噴霧，使煤粉中未燃燼的焦碳顆粒氣化燃燒，從氣固兩相燃燒轉(zhuǎn)化為氣-氣均相燃燒，加之采用一、二、三次風同心正反切圓和旋轉(zhuǎn)動量平衡補償?shù)姆椒ㄖ匦陆M織上部氣流的高溫煙氣動力分布和熱力分布，解決切圓燃燒不可避免的火焰中心偏斜的問題，克服由熱偏差而引起的超溫爆管結(jié)渣等現(xiàn)象。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤粉二次氣化燃燒消除鍋爐內(nèi)熱偏差的方法，其特征在于蒸汽噴霧燃燒處于熱解和著火完全結(jié)束以后的位置，即處于爐內(nèi)溫度區(qū)域較高的范圍(1400～1600℃)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤粉二次氣化燃燒消除鍋爐內(nèi)熱偏差的方法其特征在于蒸汽噴嘴采用低阻流線型設計且處于爐膛上部兩側(cè)或前后墻相對交錯布置。
全文摘要
煤粉二次氣化燃燒消除鍋爐內(nèi)熱偏差的方法主要應用在鍋爐燃燒領(lǐng)域，該方法主要是在爐膛的上部采用蒸汽噴霧，使煤粉中未燃燼的焦炭顆粒氣化燃燒，從氣固兩相燃燒轉(zhuǎn)化為氣—氣均相燃燒，加之采用一、二、三次風同心正反切圓和旋轉(zhuǎn)動量平衡補償?shù)姆椒ㄖ匦陆M織上部氣流的高溫煙氣動力分布和熱力分布，解決切圓燃燒不可避免的火焰中心偏斜的問題，克服由熱偏差而引起的超溫爆管結(jié)渣等現(xiàn)象，即可起到節(jié)能的作用，又可提高鍋爐運行的可靠性。
文檔編號F23C9/00GK1092515SQ9311510
公開日1994年9月21日 申請日期1993年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月27日
發(fā)明者張永福, 薛啟華, 李方鉞 申請人:東南大學