技术领域
[0001] 本
发明涉及一种采用灵活调峰技术的电站锅炉，具体涉及一种双旋风筒浓淡
煤粉分离式燃烧器的W火焰锅炉。
背景技术
[0002] 近些年，随着大规模
可再生能源介入，中国的电
力系统发生了巨大改变。
可再生能源的发电容量在
电网中所占比重与日俱增。然而，由于发电方式本身的局限性，可再生能源发电的出力不
稳定性为电力系统的调节能力带来巨大挑战；此外，发电侧及需求侧的大量不确定因素也影响着电力系统的安全稳定运行。资料显示，2015年中国全年净增火电装机7202万千瓦(其中煤电5186万千瓦)，为2009年以来年度投产最多的一年。但是火电的发电量连续两年负增长，利用小时创1969年以来的新低。此外，近年来风电持续快速发展的同时，部分地区出现了严重的弃风问题，消纳已成为制约风电等新能源发展的关键因素。因此，为了适应可再生能源的高速发展，提高电力系统对可再生能源的消纳能力，确保电力系统的安全稳定运行，对煤
电机组进行灵活性改造已势在必行。
[0003] 火电灵活性包含运行灵活性和
燃料灵活性两个方面。其中燃料灵活性是指利用已有的煤电设备，掺烧/混烧秸秆、木屑等
生物质，实现生物质原料的清洁利用，减少大气污染。由于电站锅炉燃料消耗量巨大，锅炉日常燃用的煤质很大程度上受资源赋存状况和市场环境的限制，难以实现燃料灵活性。因此，运行灵活性改造是当前火电机组普遍采用的灵活性改造方式。
[0004] 运行灵活性通常是指提升已有煤电机组包括纯凝机组与热电机组的调峰幅度，扩宽锅炉锅炉的负荷调整范围，为消纳更多
波动性可再生能源，灵活参与电力市场创造条件。
[0005] 作为燃煤电站锅炉的主要组成部分之一，W火焰锅炉是中国自二十世纪九十年代开始从北非和西欧等地区引进的一种专为燃用贫煤和
无烟煤等低挥发分难燃煤种而设计的电站锅炉。由于
无烟煤和贫煤的岩相结构紧密而稳定，孔隙率小，
反应性较低，在实际燃用中，往往存在着火难、稳定燃烧难和燃尽难的问题，需要较高的着火
温度和燃尽温度、煤粉燃尽时间较长。当锅炉在低负荷运行时，由于送入炉内的燃料量较少，一次风和二次风随之减少，热风温度下降。炉内的含
氧量相对较多，加上
汽化潜热增加，炉内的热负荷和
炉膛温度较低。锅炉的燃烧稳定性将进一步变差，甚至引起灭火。因此，相对其它燃煤电站锅炉，W火焰锅炉低负荷运行时煤粉气流着火和稳定燃烧能力更弱，
[0006] 传统W火焰锅炉通常采用油枪点火的方式。中国
专利号为ZL200720170025.1的实用新型专利，该专利沿着煤粉气流流动方向依次布置主油枪和辅助油枪。主油枪的油量较小，一般为30-50kg/h，雾化程度好，油滴的平均粒径为5-10微米，容易点燃，燃烧放热快。但是，由于油量较小，油燃烧后产生的高温火焰不是十分剧烈。辅助油枪的特点是油量大，一般为80-100kg/h,辅助油枪不配备点火器，依靠主油枪产生的火焰来点燃。在满负荷条件下燃用高挥发煤质时该点火方式能够有效点燃煤粉气流，保证锅炉稳定燃烧。然而，当锅炉低负荷运行，尤其在燃用低挥发分难燃煤种时锅炉的稳燃能力减弱。长期的实际运行结果表明：通过调整供油量和燃烧器风量配比，采用该点火方式时锅炉的最大调峰能力为50％左右，当锅炉负荷低于50％时，燃烧不稳定甚至灭火的情况开始发生。然而，由于风电等新能源的介入，政府要求锅炉的灵活性调峰能力达到满负荷的20％左右。因此，有必要开发新型灵活性调峰技术的W火焰锅炉，提升锅炉的调峰能力。
发明内容
[0007] 本发明的目的是为解决W火焰锅超低负荷稳燃、运行能力差，灵活性调峰负荷无法达到20％的问题。本发明提出一种双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器的W火焰锅炉。
[0008] 本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：
[0009] 它包括上炉膛、下炉膛、
前炉拱、后炉拱、前墙、后墙、多个双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器和多层拱下二次风喷口；其特征在于：双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器包括两个浓煤粉气流喷口和两个乏气喷口；上炉膛、前炉拱、前墙、下炉膛、后墙和后炉拱构成炉体，多层拱下二次风喷口由上至下依次设置在前墙和后墙上，双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器呈一字型安装在前炉拱和后炉拱上,每个双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器的浓煤粉气流喷口和乏气喷口均与炉体连通。
[0010] 本发明的有益效果：
[0011] 能够显著改善W火焰锅炉超低负荷条件下煤粉气流的着火和稳燃特性，提高锅炉的灵活调峰能力。
[0012]
现有技术公开一种专利号为ZL200720170025.1的实用新型专利的结构简图如图1所示。采用微油点火装置的传统W火焰锅炉，主油枪13-1和辅助油枪13-2均布置在燃烧器的浓煤粉气流喷口上，辅助油枪13-2布置在主油枪13-1的下部，主油枪13-1和辅助油枪13-2的之间的距离为200-300mm。主油枪13-1的油量较小，一般为30-50kg/h，雾化程度好，油滴的平均粒径为5-10微米，容易点燃，燃烧放热快。辅助油枪的油量大，一般为80-100kg/h,辅助油枪13-2不配备点火器，依靠主油枪13-1产生的火焰来点燃。利用点火装置将主油枪13-1喷出的燃油点燃后能够形成初始的高温火焰。当锅炉处于高负荷运行时，燃烧器内煤粉气流的浓度较大，主油枪13-1点燃的煤粉量较多，放出大量的热。主油枪13-1产生的火焰传递至辅助油枪13-2，点燃辅助油枪13-2喷出的燃油，产生大范围的高温火焰，进而点燃整个煤粉气流，锅炉的稳燃特性较好。
[0013] 当锅炉超低负荷运行时，送入炉内的燃料量大幅降低，然而为了保证一次风管道内煤粉的正常输送，锅炉的一次风速仍保持在较高
水平，因此燃烧器内的煤粉浓度显著降低。实际运行表明，当锅炉运行负荷低于满负荷的50％时，随着锅炉负荷降低，燃烧器内的煤粉浓度逐渐降低。此时，主油枪13-1点燃的煤粉量非常有限，产生的高温火焰长度和粗度较小，放热量较少，燃烧后产生的火焰容易被扑灭。主、辅油枪点燃产生的火焰是相对独立的，两股火焰没能相互支持，火焰的长度和粗度都很小，刚性差，不利于煤粉气流的点燃，煤粉气流的着火特性较差。
[0014] 此外，由于超低负荷条件下锅炉的燃料供入量降低，煤粉燃烧产生的热量大幅度减少，炉膛温度下降，W火焰锅炉拱下回流区的温度降低，对煤粉气流的卷吸和预热作用减弱。并且，传统W火焰锅炉微游点火装置的主油枪13-1距离浓煤粉气流喷口6约500mm左右，拱下高温回流区对煤粉颗粒和燃油混合物的预热作用较差，煤粉气流的着火和稳燃特性进一步削弱。实际运行表明，当负荷低于50％时，锅炉出现燃烧不稳定，甚至灭火的情况。
[0015] 而本发明在燃烧器的空心旋流调节拉杆9内布置微油点火枪10，油量为30kg/h左右。此外，浓煤粉喷口6的
侧壁上设有输氧枪12。输氧枪12斜插入浓煤粉喷口6内，其喷口
中轴线与微油点火枪10的中轴线相交。高纯度氧气自高压储氧罐16经输氧管道15和输氧枪12供入浓煤粉气流喷口6内，输氧枪12的供氧量通过其尾部的氧量调节
阀门13控制。
[0016] 采用本发明后，煤粉气流和雾化油滴进入浓煤粉气流喷口6后与输氧枪12喷入的高纯度氧气充分混合并经点火枪点燃，在浓煤粉气流喷口6内形成高温
火核。由于煤粉导
流体11的封堵作用，煤粉气流的风速显著提升，由于高速气流的扰动，煤粉颗粒与微油点火枪10喷出的雾化油滴充分混合。
[0017] 虽然超低负荷条件下，燃烧器内的煤粉浓度降低。但是由于高浓度氧气的供入，燃烧器浓煤粉气流喷口6内的氧气浓度由21％大幅度提高至70％以上，氮气浓度由78％降低至25％左右。由于燃烧器内氧气浓度增大，单位空间内氧气分子的
密度显著增高，煤粉中
碳原子与油滴中的
烃与氧气分子发生化学反应的放热速率和反应程度大幅度提高，煤粉颗粒的燃烧更加充分，释放出更多的热量，宏观表现为煤粉颗粒和雾化油滴混合物的燃点温度大幅度降低，煤粉气流的温度迅速升高，煤粉燃烧的火焰较短,燃烧强度增强,燃烧速度较快,雾化油滴和煤粉混合物形成的高温火焰迅速蔓延，煤粉气流的着火特性显著改善。
[0018] 由于N2本身几乎无
辐射能力，CO2、水蒸气等三原子气体的辐射能力较强，在富氧条件下煤粉气流燃烧产生的高温烟气中的N2浓度较低，CO2、水蒸气浓度较高，烟气的黑度大幅度提升，强化了烟气对锅炉辐射换热面和煤粉气流的
传热特性。本发明将油枪和微游点火装置布置于浓煤粉气流喷口6的出口处，煤粉颗粒与雾化油滴的混合物直面向炉内高温区，锅炉拱下高温回流区对燃烧器喷出煤粉气流的预热作用大幅度增强，超低负荷条件下煤粉气流的稳燃特性显著增强。
[0019] 此外，由于浓煤粉气流喷口6侧壁上设有温度测点14，输氧枪12的供氧量根据浓煤粉气流喷口6内的温度通过调整氧量调节阀门13实时调控，锅炉超低负荷条件下煤粉气流的稳燃特性显著改善。经热力计算，采用本发明后，同等负荷条件下点燃煤粉气流的着火热显著降低为传统W火焰锅炉的30％左右，锅炉的最低稳燃负荷降低至15％。
附图说明
[0020] 图1是传统W火焰锅炉燃烧组织方式示意图。
[0021] 图2是本发明W火焰锅炉燃烧组织方式示意图。
[0022] 图3是本发明W火焰锅炉双旋风筒浓淡分离
煤粉燃烧器局部放大图。
[0023] 图4是本发明W火焰锅炉双旋风筒浓淡分离煤粉燃烧器A向视图。
具体实施方式
[0024] 具体实施方式一：结合图2-图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器的W火焰锅炉，它包括上炉膛1、下炉膛2、前炉拱3、后炉拱4、前墙、后墙、多个双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器5和多层拱下二次风喷口8；其特征在于：双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器5包括两个浓煤粉气流喷口6和两个乏气喷口7；上炉膛1、前炉拱3、前墙、下炉膛2、后墙和后炉拱4构成炉体，多层拱下二次风喷口8由上至下依次设置在前墙和后墙上，双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器5呈一字型安装在前炉拱3和后炉拱4上,每个双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器5的浓煤粉气流喷口6和乏气喷口7均与炉体连通。
[0025] 具体实施方式二：结合图2-图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器的W火焰锅炉，双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器5还包括两个空心旋流调节拉杆9、两个微油点火枪10、两个煤粉导流体11和两个输氧枪12，每个煤粉导流体11安装在一个浓煤粉气流喷口6内，每个微油点火枪10插装在一个空心旋流调节拉杆9内，空心旋流调节拉杆9安装在煤粉导流体11内，输氧枪12插装在浓煤粉气流喷口6的侧壁上，其它方法与具体实施方式一相同。
[0026] 具体实施方式三：结合图2-图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器的W火焰锅炉，双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器5还包括输氧管道15和高压储氧罐16，每个输氧枪12通过输氧管道15和高压储氧罐16连通，其它方法与具体实施方式一相同。
[0027] 具体实施方式四：结合图2-图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器的W火焰锅炉，空心旋流调节拉杆9设置在浓煤粉气流喷口6的轴线处。其它方法与具体实施方式二相同。
[0028] 具体实施方式五：结合图2-图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器的W火焰锅炉，输氧枪12喷口轴线与微油点火枪10枪口外的轴线相交设置。其它方法与具体实施方式二相同。
[0029] 具体实施方式六：结合图2-图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器的W火焰锅炉，双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器5还包括两个温度测点14，靠近每个浓煤粉气流喷口6出口设有一个温度测点14。其它方法与具体实施方式二相同。
[0030] 具体实施方式七：结合图2-图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器的W火焰锅炉，多层拱下二次风喷口8是由多个二次风喷口8并排组成，每个二次风喷口8的喷口中心线呈水平设置，且每个二次风喷口8与炉体连通。其它方法与具体实施方式一相同。
[0031] 具体实施方式八：结合图2-图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器的W火焰锅炉，双旋风筒浓淡煤粉分离式燃烧器5还包括两个氧量调节阀门17，每个输氧枪12上安装有一个氧量调节阀门17。通过调整输氧枪12尾部的氧量调节阀门17开度控制输氧量，其它方法与具体实施方式二相同。
[0032] 工作原理
[0033] 煤粉气流经双旋风筒浓淡煤粉分离燃烧器5进行浓淡分离后绝大部分煤粉气流进入浓煤粉气流喷口6。在煤粉导流体11的作用下低速旋转的煤粉气流转
化成高速的直流浓煤粉气流。煤粉气流达到在微油点火枪10喷口
位置时，浓煤粉气流与微油点火枪喷出的雾化油滴以及浓煤粉喷口侧壁上的输氧枪12喷出雾化油滴充分预混。经微油点火枪10点燃后，浓煤粉气流、纯氧和雾化燃油的混合物迅速着火燃烧，产生高温火核，
破碎并点燃浓煤粉喷口小空间内的富氧煤粉气流，然后分级点燃整个一次风粉流。浓煤粉气流喷口6上的温度测点14能够实时监测煤粉气流温度，通过调整输氧枪12尾部的氧量调节阀门17开度控制输氧量，保证超低负荷条件下煤粉气流始终能够稳定燃烧。
[0034]
实施例：本发明已经在某电厂一台350MW FW W火焰锅炉上应用。锅炉前后墙对称布置了12组，共24只双旋风筒子浓淡煤粉燃烧器。其中锅炉B磨和D磨对应的12只燃烧器采用本发明所设计的灵活调峰技术进行了改造。
[0035] 采用本发明前，满负荷条件下，锅炉前后墙24只燃烧器全部投运并能够保持稳定运行。然而当锅炉负荷降低至175MWe即50％BMCR负荷时，锅炉的A、C两台磨停运，仅投运B、D两台磨煤机，实际运行表明，两台磨对应的12只传统燃烧器均不同程度的出现了着火难，燃烧不稳定甚至灭火的现象。经试验测量，此时燃烧器内的氧气浓度约为19％，煤粉气流的着火点约为750℃。
[0036] 采用本发明后，仅投运B、D磨时，通过调整输氧枪阀门开度，燃烧器内的氧气浓度可提高至72％，经试验测量煤粉气流的着火点温度降低至600℃左右，煤粉气流及时着火，稳燃特性良好。锅炉负荷降低至15％时通过调整微油枪和输氧枪阀门开度，采用本发明的12只燃烧器依然能够稳定投运，该负荷运行时风电的并网负荷可达到280MWe，年CO2减
排量可达42912t。
