一种W型火焰解耦燃烧炉及解耦燃烧方法技术

本发明专利技术涉及一种W型火焰解耦燃烧炉及解耦燃烧方法。该解耦燃烧炉的炉膛由前后侧墙、上炉膛侧墙(12)、下炉膛拱(13)、下炉膛侧墙(14)和下炉膛冷灰斗壁(15)围成，在所述的下炉膛拱(13)上由炉膛中心往外依次设置若干组对称的超浓一次风喷口(8)、浓一次风喷口(7)和淡一次风喷口(6)，若干组一次风喷口(8、7、6)在下炉膛拱(13)上在前后墙之间均匀设置，喷口方向向下，在所述的下炉膛侧墙(14)上对称设置若干侧墙上二次风喷口(4)；侧墙上二次风喷口(4)与一次风喷口(8、7、6)沿前后向交错设置，所述下炉膛侧墙(14)上在前后墙之间设置若干侧墙下二次风喷口(3)。本发明专利技术装置降低了NOx的生成以及飞灰可燃物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤粉燃烧设备领域，具体地，本专利技术涉及一种W型火焰解耦燃烧炉及解耦燃烧方法。
技术介绍
在煤粉燃烧的实际应用中，随着煤粉空气混合物在燃烧阶段的燃烧温度和氧浓度的提高，煤粉更易快速、充分燃尽，烟气中飞灰可燃物(未燃尽碳和CO)的含量降低；同时， 高温富氧又会使燃烧过程中生成的NOx大幅提高；另一方面，煤粉空气混合物在燃烧阶段的燃烧温度和氧浓度越低越有利于抑制氮氧化物NOx生成，但煤粉更不易燃尽。因而，解除煤粉燃烧的飞灰可燃物与NOx的耦合排放问题是燃烧技术上长期存在的技术难点。目前，已开发的适用于煤粉燃烧锅炉的低NOx燃烧技术主要有空气分级燃烧技术、 燃料分级燃烧技术、烟气再循环燃烧技术等。由于前述的耦合排放关系，这几种技术往往只能侧重一个方面问题的解决，不仅不能彻底地解决问题，同时还带来许多其它问题。解耦燃烧技术可以实现解除煤炭燃烧的飞灰可燃物与NOx的耦合排放关系，是同时降低飞灰可燃物和NOx排放的有效方法。目前，人们已对解耦燃烧降低NOx的机理进行了深入研究，并出现了适用于多种炉型的解耦燃烧技术专利，如专利“低氮氧化物排放煤粉解耦燃烧器及煤粉解耦燃烧方法”(中国专利技术专利申请号=201110033811. 8)专利技术了一种煤粉解耦燃烧器和煤粉解耦燃烧方法，该解耦燃烧技术更适合于四角切圆锅炉。W型火焰炉是解决难燃煤种稳燃和降低飞灰含碳量的主要炉型，但由于该炉型燃烧器的燃烧特性不佳、下炉膛配风的不合理，造成局部区域温度峰值高于1500°C的氧化性环境，致使其大量生成热力型氮；由于其燃烧不稳定，不能及时送配二次风，难以实现分级配风，所以W型火焰炉的燃料型NOx的生成量很大。对于NOx排放很高的大部分现有W型火焰炉，其生成的NOx中热力型往往占据主导。而对于NOx排放不太高的大多W型火焰炉，其炉温峰值通常不太高，生成的NOx中仍然以燃料型为主。控制温度场只可以控制热力型的生成。传统分级燃烧注重控制浓度场在炉膛形成大范围还原性气氛，以同时抑制燃料型和热力型NOx的生成。由于大还原区控制比较粗放，为有效降低NOx排放，需要较大还原性区域，因而需保持火上风与主燃烧区一定距离，在燃烧后期低温区域使煤粉燃尽。如果单纯强化燃烧、简单的空气分级供给和降低炉膛温度，虽然一定程度上都可使NOx排放降低，但其飞灰含碳量显著增高，锅炉效率和安全性急剧下降。NOx与飞灰可燃物的耦合排放问题已成为W型火焰炉的顽疾。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种W型火焰解耦燃烧炉。本专利技术的再一目的在于W型火焰解耦燃烧方法。根据本专利技术的W型火焰解耦燃烧炉，该解耦燃烧炉的炉膛由前后侧墙、上炉膛侧墙12、下炉膛拱13、下炉膛侧墙14和下炉膛冷灰斗壁15围成，在所述的下炉膛拱13上设置若干组的一次风喷口，每组一次风喷口由炉膛中心往外依次为超浓一次风喷口 8、浓一次风喷口 7和淡一次风喷口 6，所述若干组一次风喷口在下炉膛拱13上在前后墙之间设置，喷口方向向下，在所述的下炉膛侧墙14上对称设置若干侧墙上二次风喷口 4，经侧墙上二次风喷口 4喷出的风能达到炉膛中部，有足够的卷吸能力，使下炉膛上部的高温烟气向侧墙深度回流，以保证超浓煤粉快速热解、气化和燃烧；所述的每个侧墙上二次风喷口 4与每组一次风喷口沿前后向交错设置，所述下炉膛侧墙14上在前后墙之间设置若干侧墙下二次风喷口 3，用于补充助燃气并将下行煤粉托住，以使煤粉充分燃烧和避免煤粉冲刷冷灰斗结焦。所述若干组一次风喷口 8、7、6中的每组超浓一次风喷口 8浓一次风喷口 7和淡一次风喷口 6分别沿直线单排设置，或采用双排平行设置，所述一次风喷口 8、7、6中与竖直方向上的夹角为0 30度。在所述的每一组淡一次风喷口 6的外侧还设置贴壁二次风喷口 5用于向炉膛前后墙附近卷吸高温烟气，减轻炉墙的结焦和高温腐蚀，增加拱顶的二次风和一次风下行的总动量，并及时向着火的一次风补充二次风总量的15 30%的空气。在所述的下炉膛冷灰斗壁15的底部对称水平设置若干底部边界风喷口 1。所述侧墙下二次风喷口 3为为狭长风口，用于提供助燃气，使煤粉充分燃烧，所述侧墙上二次风喷口 4喷口方向为斜向下，与水平夹角0 60度，所述若干侧墙下二次风喷口 3，喷口方向斜向下，与水平夹角0 30度。所述上炉膛侧墙12上相对设置两个下倾的上炉膛燃尽风喷口 9，该上炉膛燃尽风喷口 9下倾角度为与水平夹角小于30度。 本专利技术还提供了一种基于W型火焰解耦燃烧炉的解耦燃烧方法，所述方法包括以下步骤1)将煤粉浓度由大到小的煤粉气流通入超浓一次风喷口 8、浓一次风喷口 7和淡一次风喷口 6中，在燃烧热和高温回流热烟气的作用下，超浓一次风喷口 8中的超浓煤粉快速热解、气化和燃烧，已燃烧的超浓煤粉气流在炉膛内流动，并与相邻的浓粉气流、和淡粉气流混合，剩余煤粉快速热解气化，使煤中挥发份充分析出并燃烧，在该过程中氧气的消耗逐级增大，所述燃烧、热解和气化过程均在还原气氛下反应，生成的NOx含量降低；2)在煤粉燃烧的同时侧墙上二次风喷口 4和侧墙下二次风喷口 3进行配风，侧墙上二次风喷口 4的风量为二次风总量的20 45%，侧墙上二次风喷口 4配风的射程贯穿到下炉膛的中部，射流卷吸能力强，在下炉膛上部的高温烟气向侧墙深度回流，燃烧器及时着火，同时该二次风牵引一次风气流，一次风在下炉膛的行程提高，煤粉避免过早的上飘，并且该二次风穿过相邻的下行一次风气流之间时，与下行扩散开的一次风混合，补充助燃空气；通入的下层二次风风量为二次风总量的20 45%，进一步补充助燃的空气，同时将下行煤粉托住，并携带其上行，以避免煤粉冲刷冷灰斗结焦。3)同时在下炉膛拱上布置的贴壁二次风喷口 5中通入二次风，使炉膛前后墙附近卷吸高温烟气，减轻炉墙的结焦和高温腐蚀，增加拱顶的二次风和一次风下行的总动量，并及时向着火的一次风补充一部分空气，风量为二次风总量的15 30%。所述步骤1)中煤粉浓度最高的煤粉气流射流速度为18m/s 35m/s。所述方法进一步包括通过底部边界风喷口 1进行配风的步骤，其风率为5 10%， 其中风率是指进入该喷口的风量占总的风量的百分数，以下风率具有同样的含义，以避免炉底结焦和降低炉渣含碳量。所述方法进一步包括上炉膛燃尽风喷口 9配风的过程，其风率5% 15%，以控制下炉膛出口附近的过量空气，改善一次风和二次风分层流动造成的浓度场不均。其机理是煤粉解耦燃烧的思路是精确地分区燃烧，通过同时细致地控制浓度场和温度场，形成不同燃烧区域。燃烧初期，在燃烧器喷口附近区域，要确保在高温低氧环境下及时稳定燃烧，最大限度地增加煤中挥发份氮的比例，在强还原性气氛下抑制燃料型氮氧化物的生成；燃烧中期集中于炉膛燃烧区大部分区域，需保持均勻和较高的炉温以及适量空气量，提高火焰充满度以延长煤粉燃烧行程，避免生成热力型NOx的同时提高燃烧强度；燃烧后期炉温低于热力型NOx大量生成的1500°C，通过加强过量空气与烟气中未燃尽煤粉的及时均勻混合，在炉膛温度较高的区域尽可能使煤粉燃尽，避免不易燃尽的的焦炭到推迟到低温区燃烧。实现过程为在W型火焰炉现有的基本炉体结构下，通过改变喷口位置，使一次风燃烧器喷口和二次风喷口的配风布置合理，以实现分级送风，逐级燃烧，使炉膛氧气浓度分布合理、温本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种Ｗ型火焰解耦燃烧炉，该解耦燃烧炉的炉膛由前后侧墙、上炉膛侧墙（１２）、下炉膛拱（１３）、下炉膛侧墙（１４）和下炉膛冷灰斗壁（１５）围成，其特征在于，在所述的下炉膛拱（１３）上设置若干组的一次风喷口，每组一次风喷口由炉膛中心往外依次为超浓一次风喷口（８）、浓一次风喷口（７）和淡一次风喷口（６），所述若干组一次风喷口在下炉膛拱（１３）上在前后墙之间设置，喷口方向向下；在所述的下炉膛侧墙（１４）上对称设置若干侧墙上二次风喷口（４），经侧墙上二次风喷口（４）喷出的风能达到炉膛中部，有足够的卷吸能力，使下炉膛上部的高温烟气向侧墙深度回流，以保证超浓煤粉快速热解、气化和燃烧；所述的每个侧墙上二次风喷口（４）与每组一次风喷口沿前后向交错设置；所述下炉膛侧墙（１４）上在前后墙之间设置若干侧墙下二次风喷口（３），用于补充助燃气并将下行煤粉托住，以使煤粉充分燃烧和避免煤粉冲刷冷灰斗结焦。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郝江平，李静海，高士秋，魏绍清，刘文伟，闫润生，何京东，许光文，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：11