高燃尽低结渣、超低氮和防灰斗过热的对称燃烧W火焰炉

本发明涉及w火焰炉，尤其是涉及一种高燃尽低结渣、超低氮和防灰斗过热的对称燃烧w火焰炉。

背景技术：

1、专为燃用无烟煤等低挥发粉煤种而开发的w火焰炉在国内得到较大范围推广。然而，大量运行业绩来表明，采用现有主流技术的前后墙主导w火焰炉普遍存在燃尽差、结渣严重、nox排放高和燃烧不对称等问题。其燃烧不对称表现为前墙侧和后墙侧火焰下冲深度差异大、一侧燃烧好而另一侧燃烧差；燃烧好的这一侧温度明显高、热负荷大，结渣尤为严重，且大量局部高温区促进热力型nox生成；燃烧差的这一侧温度低、燃尽效果明显差，导致w火焰炉整体燃尽效果恶化。因而，不对称燃烧对w火焰炉造成较大负面影响，必须予以减轻或者彻底消除。

2、相关研究表明，燃烧不对称是由于w火焰炉炉内流场偏斜，流场偏斜形成的根本原因在于：前墙侧和后墙侧两股煤粉气流，在上炉膛不对称结构效应(即折焰角和炉膛出口位于后墙侧)的导向作用下，一侧煤粉气流易提前折转并偏向另一侧煤粉气流上行，其火焰行程短，受其偏转挤压作用，另一侧煤粉气流下射深度大，之后折转并与前述行程短的气流交汇偏斜上行，从而形成偏斜流场。为构建对称燃烧，从根源上消除“上炉膛不对称结构效应的导向作用”这一流场偏斜诱因，中国发明专利《一种侧墙布置拱部燃烧器的对称燃烧w型火焰锅炉》(专利号zl201710896667.8、授权公告日2019.08.02，下称“文件一”)提出将炉拱、拱部燃烧器和分级风设置于左右墙的侧墙主导对称燃烧w火焰技术，构建与炉膛出口烟气流向相垂直的w型流场，其左右侧“先下后上”的两股u型主气流到炉膛出口距离相等，炉膛出口导向作用对称作用于整个w型流场上，从而消除了针对前后墙侧两股u型主气流的上炉膛不对称结构导向作用，营造了沿炉宽方向炉膛纵剖面上对称w型火焰。“文件一”虽解决了燃烧不对称问题并缓解下炉膛结渣，但未涉及拱部浓淡燃烧改进和强化低nox燃烧，仍存在拱部近喉口区结渣严重和nox排放高等问题。相应地，中国发明专利《一种侧墙主导对称燃烧的低氮高效燃尽w火焰锅炉》(专利号zl201810032042.1、授权公告日2019.10.11，下称“文件二”)在“文件一”的侧墙主导对称燃烧w火焰炉基础上，于上下炉膛交汇处和上炉膛前后墙下部分别设置左右喉口燃尽风和前后墙燃尽风，用以强化炉内空气分级，将靠近喉口的左右拱部乏气移至前后墙中部。“文件二”虽有效解决拱部近喉口区结渣问题的同时降低nox排放，但相关研究结果表明，其仍然存在三方面问题：(i)面对当前日益严格的排放要求，其nox排放仍较高；(ii)乏气布置于前后墙中部的主烟气上行区域，一方面，该区域远离火焰下行的主燃区且氧浓度低，另一方面，刚性相对较弱的前后墙乏气难以贯穿至炉膛中心与高温烟气实现良好混合，乏气燃尽难以保证；(iii)在增设燃尽风以强化空气分级低nox燃烧，为实现较好燃尽而采用了高拱部风动量来延长火焰行程，其结果是火焰下射至冷灰斗中下部，导致冷灰斗区过热而引发热疲劳问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现高效燃尽、显著降低nox排放、避免冷灰斗过热的高燃尽低结渣、超低氮和防灰斗过热的对称燃烧w火焰炉。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高燃尽低结渣、超低氮和防灰斗过热的对称燃烧w火焰炉，包括由左墙、右墙、前墙和后墙包裹而成的炉膛本体，所述的炉膛本体由下炉膛和上炉膛两部分组成，所述的下炉膛由从上到下依次设置的炉拱部、下炉膛主体部分以及冷灰斗三部分构成，所述的炉拱部包括对称设置于左墙侧和右墙侧的左炉拱和右炉拱，所述的下炉膛和所述的上炉膛在炉深方向尺寸相同，所述的下炉膛主体部分在炉宽方向的尺寸是所述的上炉膛的1.8倍至2.2倍，包裹形成所述的上炉膛的一部分后墙的上部设置有折焰角和沿水平方向的炉膛出口，所述的左炉拱和所述的右炉拱处沿炉深方向布置有用于给入下射主煤粉气流的一排主燃烧器，在所述的下炉膛主体部分的左墙和右墙处按照从上到下顺序依次对称布置有一排分级风喷口、一排煤粉再燃喷口和一排上层冷灰斗风喷口，所述的分级风喷口用于给入下倾的分级风，从而组织第一层空气分级燃烧，所述的煤粉再燃喷口用于给入经烟气再循环强化贫氧气氛的淡煤粉烟气流，从而利用浓淡燃烧的乏气中细煤粉作为再燃燃料，所述的上层冷灰斗风喷口用于通入上层分级型冷灰斗风至所述的冷灰斗，促进来自上游再燃区的焦炭燃烧，从而组织第二层空气分级燃烧，在所述的冷灰斗的左墙和右墙上对称布置有一排下层冷灰斗风喷口，所述的下层冷灰斗风喷口用于采用水平或下倾方式向所述的冷灰斗内给入下层分级型冷灰斗风，从而调节火焰下冲深度和保护冷灰斗避免其过热；在所述的下炉膛和所述的上炉膛交汇处于所述的左墙和所述的右墙沿炉深方向对称布置有一排燃尽风喷口，所述的燃尽风喷口用于下倾给入燃尽风至所述的下炉膛内，组织第三层空气分级燃烧。

3、所述的一排主燃烧器位于两个炉拱的中部区域。

4、所述的一排分级风喷口布置于所述的下炉膛主体部分的中上部区域处。

5、所述的一排煤粉再燃喷口布置于所述的下炉膛主体部分的中下部区域处。

6、所述的一排上层冷灰斗风喷口布置于所述的下炉膛主体部分靠近所述的冷灰斗处。

7、所述的一排下层冷灰斗风喷口布置于所述的冷灰斗中上部区域处。

8、所述的经烟气再循环强化贫氧气氛的淡煤粉烟气流具有多种给入方式，其中第一种给入方式为通过所述的一排煤粉再燃喷口直接给入，第二种给入方式为通过所述的一排主燃烧器直接掺混入所述的主煤粉气流中给入，第三种给入方式为通过所述的一排分级风喷口给入，第四种给入方式为上述第一种给入方式、第二种给入方式和第三种给入方式中的任意两种或者三种的结合。

9、所述的上层分级型冷灰斗风和所述的下层分级型冷灰斗风具有三种分级组织方式，第一种分级组织方式为以所述的上层分级型冷灰斗风强化分级燃烧为主、所述的下层分级型冷灰斗风防止冷灰斗过热为辅的上风主导模式，第二种分级组织方式为以所述的上层分级型冷灰斗风强化分级燃烧为辅、所述的下层分级型冷灰斗风防止冷灰斗过热为主的下风主导模式，第三种分级组织方式为介于所述的上风主导模式和所述的下风主导模式之间的均等模式；当采用所述的上风主导模式时，所述的上层分级型冷灰斗风在所述的上层分级型冷灰斗风和所述的下层分级型冷灰斗风形成的总冷灰斗风中的体积占比为60～80％；当采用所述的下风主导模式时，所述的上层分级型冷灰斗风和所述的下层分级型冷灰斗风的体积配比为4:6；当采用所述的均等模式时，所述的上层分级型冷灰斗风和所述的下层分级型冷灰斗风的体积配比为5:5。

10、与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将两个炉拱、一排主燃烧器、一排分级风喷口、一排煤粉再燃喷口、一排上层冷灰斗风喷口和一排下层冷灰斗风喷口均对称布置于下炉膛的左墙和右墙，使得沿主火焰下行而逐级给入的分级风、淡煤粉烟气流、上层分级型冷灰斗风和下层分级型冷灰斗风等多股墙部射流均对称布置于下炉膛的左墙侧和右墙侧，从而构建沿垂直于左墙、右墙和炉膛出口烟气流向的炉膛纵剖面上对称w型火焰，解决现有主流技术前后墙主导w火焰炉因燃烧不对称而导致的燃尽差、结渣严重和热力型nox生成量高等问题；通过减少主燃烧器的二次风同时增设上层分级型冷灰斗风和下层分级型冷灰斗风这两层分级型冷灰斗风，强化炉拱下部的燃烧前期区域贫氧气氛和炉内深度空气分级条件，达到同时抑制燃料型nox和热力型nox生成；放弃设置乏气，转而利用乏气中细煤粉作为再燃燃料，于下炉膛的左墙和右墙的中下部区域给入由烟气和细煤粉组成的淡煤粉烟气流，即利用经烟气再循环强化的煤粉再燃还原nox，在进一步降低nox排放的同时，还避免了现有主流技术中因乏气布置不合理而引发燃尽差、高nox排放和结渣严重等问题；逐级给入的分级风、淡煤粉烟气流和上层分级型冷灰斗风这些墙部射流将下行主煤粉气流推向更靠近高温的炉膛中心侧下行，这对主煤粉气流燃烧和避免左墙和右墙结渣有利，同时拱下回流得以强化而有助于煤着火和燃烧，加之再燃区下游给入的上层分级型冷灰斗风对后期焦炭扰动燃烧有利，因而有助于改善锅炉整体燃尽效果；另外，借助削减主燃烧器的二次风量、大幅抬升分级风位置、设置上层分级型冷灰斗风和下层分级型冷灰斗风形成的两层分级型冷灰斗风，实现缩短主火焰行程的同时分级型冷灰斗风较好保护冷灰斗壁面，基于上层分级型冷灰斗风促进焦炭燃烧而下层分级型冷灰斗风拦截下行主火焰功效，兼顾燃尽的同时防止冷灰斗过热，由此本发明能够实现高效燃尽、显著降低nox排放、避免冷灰斗过热。