可有效减缓纯燃准东煤锅炉炉膛及水平烟道区域结渣的方法及锅炉装置与流程

技术领域：

本发明属于锅炉技术领域，具体涉及可有效减缓纯燃准东煤锅炉炉膛及水平烟道区域结渣的方法。

背景技术：
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准东煤中碱金属含量明显偏高，灰中na2o及k2o总体含量在6％以上，具有强结渣、强沾污特性，燃用准东高碱煤的锅炉运行面临着受热面大面积结渣、沾污、受热面管子超温甚至爆管的风险，对锅炉的安全稳定运行造成极大影响。

现役电站锅炉均以掺烧的形式燃用准东煤，目前掺烧形式主要分为两种，一种方式是掺烧高灰低碱煤，该种掺烧方式下准东煤的燃烧比例不高于80％时，锅炉受热面仅存在轻微的结渣与沾污，可保证机组安全稳定运行；另一种方式是掺烧高岭土。目前燃用准东煤机组多采用全负荷掺烧6％以上高岭土的方式减缓锅炉各级受热面结渣沾污水平。

掺烧高灰低碱煤的方式，受限于锅炉各级受热面沾污结渣，该种掺烧方式下准东煤的燃烧比例维持在80％左右，同时由于高灰低碱煤燃用成本偏高，在无法提高准东煤的燃烧比例时该种掺烧方式的竞争力将大大下降；掺烧高岭土的方式，可以稀释准东煤燃烧过程中产生的碱金属蒸汽，进而减缓锅炉受热面的结渣与沾污，但掺烧高岭土机组存在运行煤量偏高，机组发电煤耗偏大，受热面磨损严重，磨煤机磨损严重等安全隐患，导致该种掺烧方式竞争力也在逐步下降。当流经分隔屏过热器及水平烟道处的烟温高于煤灰变形软化温度时，分隔屏及水平烟道处极易出现大量的结渣现象，结渣严重时沉积物极有可能完全堵死整个水平烟道，导致机组因风机失速而停机。

技术实现要素：
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本发明为克服现有锅炉在使用准东煤时炉膛及水平烟道容易结渣的缺陷，提供了一种可有效减缓纯燃准东煤锅炉炉膛及水平烟道区域结渣的方法及锅炉装置，该方法可以有效减缓纯燃准东煤锅炉炉膛及水平烟道区域结渣现象。

本发明采用的技术方案在于：可有效减缓纯燃准东煤锅炉炉膛及水平烟道区域结渣的方法，具体包括以下方法：

步骤1、锅炉的炉膛内易结渣区域按沿烟气流向依次设有主燃烧器、燃尽风燃烧器、分隔屏过热器、末级过热器及末级再热器，并将炉膛容积热负荷的设计参考值、炉膛截面热负荷的设计参考值、分隔屏屏底烟温的设计参考值、末级过热器出口烟温的设计参考值的最高值均低于行业标准进行选取；

步骤2、锅炉采用角式切圆燃烧形式的π型布置，将主燃烧器安装在锅炉炉膛的四角上，每个角部的主燃烧器中心轴线与炉膛的水冷壁形成夹角α，使相对设置的主燃烧器喷出的气流形成假想切圆；

步骤3、每个主燃烧器包含若干间隔布置的二次风喷嘴和一次风喷嘴，且每个主燃烧器被平均分成上组、中组和下组三组，且相邻两组之间的间距为x，x的值由燃煤性质决定。

优选地，步骤1中，炉膛容积热负荷的设计参考值小于60kw/m³，炉膛截面热负荷的设计参考值小于3.9mw/m²，分隔屏过热器的屏底烟温的设计参考值不大于1200℃，末级过热器出口烟温的设计参考值不大于950℃。

优选地，步骤3中，上组与中组喷出的一次风煤粉气流的偏置射入可将一次煤粉气流中的大部分煤粉喷射到炉膛的中央区域，防止一次风煤粉气流偏转贴壁，同时减小该区域的燃烧火焰半径，降低水冷壁附近区域的烟气温度，并形成了氧化性气氛。

优选地，所述一次风喷嘴选用水平浓淡煤浓缩器作为喷嘴，水平浓淡煤浓缩器将一次风煤粉气流分成水平方向上浓度不同的两股煤粉气流，浓相煤粉气流射向炉膛向火侧，淡相煤粉气流射向炉膛背火侧，实现水平方向一次风的分级，形成二次风包裹淡一次风，淡一次风包裹浓一次风，在炉膛水冷壁附近形成氧化性气氛。

一种应用上述方法的锅炉装置，按沿烟气在锅炉内的流向依次设有主燃烧器、燃尽风燃烧器、分隔屏过热器、末级过热器及末级再热器，所述主燃烧器安装在炉膛的四角上，且采用角式切圆燃烧形式设置，每个角部的主燃烧器的中心轴线与炉膛的水冷壁形成夹角α，使相对设置的主燃烧器喷出的气流形成假想切圆，所述每个主燃烧器采用分组、间隔式分布。

优选地，每个主燃烧器被平均间隔分成上组、中组和下组三组，每组均包含若干交替设置的二次风喷嘴和一次风喷嘴。

优选地，每组中的二次风喷嘴和位于下组中的一次风喷嘴旋向均与主燃烧器中心轴线平行，且二次风喷嘴喷出的气流和下组中一次风喷嘴喷出的气流均与主燃烧器中心轴线平行。

优选地，位于中组中的一次风喷嘴旋向与主燃烧器的中心轴线偏转角为β，且β的取值为45°-α。

优选地，位于上组中的一次风喷嘴旋向与主燃烧器的中心轴线偏转角度δ，且δ的取值为2β≤δ≤4β。

优选地，每个主燃烧器中相邻两组之间的间距为x，x的值由燃煤性质决定。

本发明的有益效果是：

1、本发明对炉膛容积热负荷、炉膛截面热负荷、分隔屏屏底烟温、末级过热器出口烟温各参数的选取均低于行业标准，目的是采用较小的热负荷参数，既可以降低炉膛的温度水平，减小炉膛内结渣的可能性，又可以提高煤粉燃尽率，减缓由于飞灰未燃尽碳再燃引起的分隔屏过热器及折烟角区域结渣，另一方面通过控制分隔屏屏底及末级过热器出口烟温，保证水平烟道入口烟温低于煤灰变形温度，可彻底避免折烟角区域出现结渣沾污。

2、本发明的锅炉采用角式小切圆燃烧形式布置，主燃烧器采用水平浓淡燃烧器，利用水平浓淡煤浓缩器分流形成浓度相差很大的两股煤粉气流，可有效避免煤粉刷墙，有效避免炉膛水冷壁结渣。

3、本发明中的主燃烧器采用分组、间隔式分布，采用分组式布置有利于降低锅炉燃烧区域内的热负荷，降低锅炉燃烧区域烟温水平，减小燃烧区域结渣可能性。

附图说明：

图1为本发明锅炉总体的结构示意图；

图2为主燃烧器在主燃烧区内的射流示意图；

图3为主燃烧器的结构示意图；

其中：1炉膛、2主燃烧器、21上组、22中组、23下组、3燃尽风燃烧器、4分隔屏过热器、5末级过热器、6末级再热器。

具体实施方式：

本发明为可有效减缓纯燃准东煤锅炉炉膛及水平烟道区域结渣的方法，具体包括以下方法：

步骤1、如图1所示，锅炉的炉膛1内易结渣区域按沿烟气流向依次设有主燃烧器2、燃尽风燃烧器3、分隔屏过热器4、末级过热器5及末级再热器6，为减缓锅炉炉膛1内、分隔屏过热器4及水平烟道区域内的结渣现象，将炉膛1的容积热负荷的设计参考值、炉膛截面热负荷的设计参考值、分隔屏屏底烟温的设计参考值、末级过热器出口烟温的设计参考值的最高值均低于行业标准进行选取，具体为，炉膛1容积热负荷的设计参考值小于60kw/m³，炉膛1截面热负荷的设计参考值小于3.9mw/m²，分隔屏过热器4的屏底烟温的设计参考值不大于1200℃，末级过热器5出口烟温的设计参考值不大于950℃。通过采用较小的炉膛1容积热负荷参数，既可以降低炉膛的温度水平，减小炉膛内结渣的可能性，又可以提高煤粉燃尽率，减缓由于飞灰未燃尽碳再燃引起的分隔屏过热器及折烟角区域结渣。另一方面控制分隔屏屏底及末级过热器出口烟温，保证水平烟道入口烟温低于煤灰变形温度，可彻底避免折烟角区域出现结渣沾污。

步骤2、锅炉采用角式切圆燃烧形式的π型布置，如图2所示，将主燃烧器安装在锅炉炉膛1的四角上，每个角部的主燃烧器中心轴线与炉膛的水冷壁形成夹角α，所述α范围为40°～43°，使相对设置的主燃烧器2喷出的气流形成较小的假想切圆，有效避免煤粉刷墙，降低炉膛水冷壁结渣可能性。

步骤3、每个主燃烧器包含若干间隔布置的二次风喷嘴和一次风喷嘴，且每个主燃烧器2采用分组、间隔式分布，如图3所示，每个主燃烧器2被平均分成上组21、中组22和下组23三组，且相邻两组之间的间距为x，x的值由燃煤性质决定，采用分组式布置有利于降低锅炉燃烧区域内的热负荷，降低锅炉燃烧区域烟温水平，减小燃烧区域结渣可能性。

每个主燃烧器2的上组21由上至下依次被划分为ff层、f层、ef层、e层和ee层，每个主燃烧器2的中组22由上至下依次被划分为dd层、d层、cd层、c层和cc层，每个主燃烧器2的下组23由上至下依次被划分为bb层、b层、ab层、a层和aa层。

所述二次风喷嘴分布于主燃烧器2的aa层、ab层、bb层、cc层、cd层、dd层、ee层、ef层、ff层，且每个二次风喷嘴旋向与主燃烧器2中心轴线平行，二次风喷嘴喷出的气流与主燃烧器2中心轴线平行。

所述一次风喷嘴分布于主燃烧器2的a层、b层、c层、d层、e层、f层，且一次风喷嘴选用水平浓淡煤浓缩器作为喷嘴，所述水平浓淡煤浓缩器可将一次风煤粉气流分成水平方向上浓度相差很大的两股煤粉气流，浓相煤粉气流射向炉膛1向火侧，淡相煤粉气流射向炉膛1背火侧，实现水平方向一次风的分级，形成风包粉的结构，在炉膛1水冷壁附近形成氧化性气氛，一方面提高煤粉燃尽率，另一方面降低了水冷壁附近区域的烟气温度，达到有效避免炉膛1内水冷壁结渣的目的。

位于a层、b层中的一次风喷嘴和位于bb层、ab层、aa层中的二次风喷嘴安装在主燃烧器2的下组23内，且a层、b层中一次风喷嘴的旋向与主燃烧器2的中心轴线平行，使从a层、b层喷出的一次风煤粉气流方向与主燃烧器2的中心轴线平行，有利于从aa层、ab层喷出的二次风气流辅助拖住a层、b层一次风喷嘴喷出的煤粉气流，防止煤粉落入底部灰斗，有效降低底渣含碳量，同时可保证aa层、ab层喷出的二次风气流与a层、b层喷出的一次煤粉气流及时的混合，提高机组低负荷运行阶段的不投油稳燃能力及煤粉燃烧效率。

位于c层、d层中的一次风喷嘴和位于dd层、cd层和cc层中的二次风喷嘴安装在主燃烧器2的中组22内，且c层、d层中一次风喷嘴的旋向与主燃烧器2的中心轴线偏转角为β，且β的取值为45°-α，使从c层、d层一次风喷嘴喷出的一次风煤粉气流在炉膛1内形成对冲气流，形成二次风包裹淡一次风，淡一次风包裹浓一次风现象，可有效防止该区域的炉膛水冷壁结渣现象的发生。

位于e层、f层中的一次风喷嘴和位于ff层、ef层和ee层中二次风喷嘴安装在主燃烧器2的上组21，且e层、f层中一次风喷嘴的旋向与主燃烧器2的中心轴线偏转角度δ，且δ的取值范围为2β≤δ≤4β，使从于e层、f层一次风喷嘴喷出的煤粉气流在炉膛1内形成反向切圆，同样形成二次风包裹淡一次风，淡一次风包裹浓一次风的结构，可大幅度降低该区域炉膛1结渣的可能性。

所述上组21与中组22喷出的一次风煤粉气流的偏置射入可将一次煤粉气流中的大部分煤粉喷射到炉膛1的中央区域，有利于防止一次风煤粉气流偏转贴壁，同时减小了该区域的燃烧火焰半径，降低了水冷壁附近区域的烟气温度，并形成了氧化性气氛，可有效避免炉膛水冷壁结渣现象的发生。

可有效减缓纯燃准东煤锅炉炉膛及水平烟道区域结渣的锅炉装置，该装置采用上述方法进行设置，具体为按沿烟气在锅炉内的流向依次设有主燃烧器2、燃尽风燃烧器3、分隔屏过热器4、末级过热器5及末级再热器6，所述主燃烧器2安装在炉膛1的四角上，且采用角式切圆燃烧形式设置，每个角部的主燃烧器2的中心轴线与炉膛的水冷壁形成夹角α，所述α范围为40°～43°，使相对设置的主燃烧器2喷出的气流形成假想切圆，所述每个主燃烧器2采用分组、间隔式分布。

每个主燃烧器2被平均间隔分成上组21、中组22和下组23三组，且每个主燃烧器2中相邻两组之间的间距为x，x的值由燃煤性质决定。

每组均包含若干交替设置的二次风喷嘴和一次风喷嘴，每组中的二次风喷嘴和位于下组23中的一次风喷嘴旋向均与主燃烧器2中心轴线平行，且二次风喷嘴喷出的气流和下组23中一次风喷嘴喷出的气流均与主燃烧器2中心轴线平行。

位于中组22中的一次风喷嘴旋向与主燃烧器2的中心轴线偏转角为β，且β的取值为45°-α；位于上组21中的一次风喷嘴旋向与主燃烧器2的中心轴线偏转角度δ，且δ的取值为2β≤δ≤4β。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

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