一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构

一种700
℃
超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构
技术领域
1.本发明涉及锅炉燃烧技术领域，尤其是涉及一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构。

背景技术：

2.700℃级别超超临界发电技术是指主蒸汽温度和再热蒸汽温度达到700℃及以上的高参数超超临界燃煤发电技术，蒸汽温度达到700℃以上水平，其主蒸汽压力也相应的会达到36mpa左右。随着超超临界机组蒸汽参数的提高，其热效率比国内现有机组平均水平提高近10％，700℃发电技术是目前国内外火电机组的主要发展方向，但是目前该技术尚未发展成熟，开发700℃发电技术，面临许多重大技术问题，其主要的技术难点之一是实现机组优化设计，降低机组造价。
3.研究表明，可用于700℃超超临界燃煤发电机组锅炉尾部高温蒸汽管道部件的合金材料为镍基合金，这些镍基合金材料的价格是600℃等级的铁基耐热合金钢的15倍以上。昂贵的材料使700℃等级的超超临界机组整体造价大大高于常规600℃等级火电机组，降低了超高蒸汽参数火电机组的经济性，限制了其开发和推广应用。为优化机组系统设计，推进700℃燃煤技术发展，目前提出了区别于塔式锅炉的π型或m型锅炉布置及对应的旋流燃烧器布置方式，采用单层燃烧器或三层燃烧器的布置方式，这种方式在锅炉燃烧过程中存在左右侧烟气偏差、锅炉燃烧热均匀性低的问题，此外，也增大了锅炉负荷的调节难度。

技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构，以解决高参数大容量发电机组旋流锅炉燃烧过程中存在锅炉燃烧热均匀性低的问题，并能简化锅炉负荷的调节。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构，包括对称布置在炉膛前后墙或炉膛左右墙的分层燃烧器，所述分层燃烧器包括横向和纵向间隔分布的不同旋流方向的旋流燃烧器，所述分层燃烧器中，同一层燃烧器连接至一台磨煤机。
6.进一步地，所述分层燃烧器具体为棋盘矩阵式布置结构。
7.进一步地，所述分层燃烧器中，每一层的旋流燃烧器数量相同。
8.进一步地，所述分层燃烧器具体包括4*m层燃烧器，其中，m≥1，且m为整数。
9.进一步地，所述分层燃烧器具体为自上而下依次设置的四层燃烧器。
10.进一步地，所述四层燃烧器中，第二层燃烧器对应于锅炉满负荷的40％；
11.第二层和第三层燃烧器共同对应于锅炉满负荷的60％；
12.第二层、第三层和第四层燃烧器共同对应于锅炉满负荷的80％；
13.第一层、第二层、第三层和第四层燃烧器共同对应于锅炉满负荷。
14.进一步地，所述每一层的旋流燃烧器数量为4*n，其中，n≥1，且n为整数。
15.进一步地，炉膛前后墙或炉膛左右墙同一层燃烧器之间形成2*n个对冲燃烧组，所述对冲燃烧组包括四个对冲旋流燃烧器，四个对冲旋流燃烧器具体为对称布置在炉膛前后墙或炉膛左右墙同一层燃烧器中相邻的不同旋流方向的旋流燃烧器。
16.进一步地，所述旋流燃烧器分为左旋燃烧器和右旋燃烧器。
17.进一步地，炉膛前后墙或炉膛左右墙布置的同一层燃烧器均连接至同一台磨煤机。
18.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
19.一、本发明通过在炉膛前后墙或炉膛左右墙对称布置分层燃烧器，并利用横向和纵向间隔分布的不同旋流方向的旋流燃烧器，使得炉膛前后墙形成前后墙对冲燃烧、或使得炉膛左右墙形成左右墙对冲燃烧，顺时针和逆时针旋向燃烧器两两组合构成炉膛水平面均布的燃烧温度场，能够有效减少煤粉在燃烧区域燃烧时对锅炉侧墙的直接火焰冲刷，提高锅炉燃烧的热均匀性、增加炉膛火焰充满度，此外，还能降低对锅炉炉墙的磨损、减少高温腐蚀现象的发生。
20.二、本发明减少了单层燃烧器个数并增加燃烧器层数，可以满足不同负荷下启动单层所有燃烧器的需求，避免只启动前后墙或左右墙的部分燃烧器造成燃烧温度场水平分布不均匀现象。
21.三、本发明将分层燃烧器中不同层燃烧器连接至不同磨煤机，并将不同层燃烧器的开启状态对应于不同锅炉负荷量，从而能够根据锅炉负荷的不同自主选择需要开启的燃烧器层及相应的磨煤机，大大简化了锅炉的负荷调节。
附图说明
22.图1为实施例的模型结构示意图；
23.图2为实施例的炉膛前墙与炉膛后墙的燃烧器布置示意图；
24.图3为传统三层燃烧器布置的下层燃烧器截面温度场示意图；
25.图4为传统三层燃烧器布置的中层燃烧器截面温度场示意图；
26.图5为传统三层燃烧器布置的上层燃烧器截面温度场示意图；
27.图6为实施例中第一层燃烧器截面温度场示意图；
28.图7为实施例中第二层燃烧器截面温度场示意图；
29.图8为实施例中第三层燃烧器截面温度场示意图；
30.图9为实施例中第四层燃烧器截面温度场示意图；
31.图10为实施例4*4燃烧器布置的炉膛中心截面温度场示意图；
32.图11为5*3燃烧器布置的炉膛中心截面温度场示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
34.实施例：
35.一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构，包括对称布置在炉膛前后墙或炉膛左右墙的分层燃烧器，该分层燃烧器包括横向和纵向间隔分布的不同旋流方向的旋流燃烧器，具体的，分层燃烧器采用棋盘矩阵式布置结构，分层燃烧器中每一层的旋流燃烧器数
量均为为4*n，其中，n≥1，且n为整数，那么炉膛前墙后墙、或者炉膛左右墙的同一层燃烧器之间将形成2*n个对冲燃烧组，一个对冲燃烧组包括四个对冲旋流燃烧器，四个对冲旋流燃烧器具体为对称布置在炉膛前后墙或炉膛左右墙同一层燃烧器中相邻的不同旋流方向的旋流燃烧器。
36.本实施例中，将旋流燃烧器分为左旋燃烧器和右旋燃烧器，由于炉膛前墙与炉膛后墙之间形成对冲燃烧，能够有效提高锅炉燃烧时热均匀性。
37.为简化锅炉负荷调节，本发明将分层燃烧器中同一层燃烧器连接至一台磨煤机，且将炉膛前后墙或炉膛左右墙布置的同一层燃烧器均连接至同一台磨煤机。本实施例中，如图1～图2所示，分层燃烧器采用自上而下依次设置的四层燃烧器(标号为1、2、3、4)，每层燃烧器均包括a、b、c、d四个位置的旋流燃烧器，在实际应用时，当锅炉负荷为满负荷的40％时，开启第2层燃烧器；
38.当锅炉负荷为满负荷的60％时，开启第2和第3层燃烧器；
39.当锅炉负荷为满负荷的80％时，开启第2、第3和第4层燃烧器；
40.当锅炉满负荷运行时，开启所有层燃烧器，这种燃烧器布置方式可以有效根据锅炉所需负荷调节燃烧器及磨煤机数量，使得锅炉负荷调节更为简单。
41.为验证本发明能够有效提高锅炉燃烧的热均匀性，将实施例中的4*4燃烧器布置结构与传统的三层燃烧器布置结构进行温度场数值模拟对比，结果如图3～图9所示，由温度场数值模拟示意图的对比可知，本发明提出的锅炉棋盘式燃烧布置结构中，布置在炉膛前墙与炉膛后墙的同一层燃烧器之间形成对冲燃烧，相比于传统的三层燃烧器布置结构，能够有效减少煤粉在燃烧器区域燃烧时对锅炉炉墙的直接火焰冲刷，一方面保证了炉膛火焰充满度、提高了锅炉燃烧热均匀性，另一方面则降低了对锅炉炉墙的磨损、避免发生高温腐蚀现象。
42.此外，本实施例还将实施例中的4*4燃烧器布置结构与5*3燃烧器布置结构进行炉膛中心温度场数值模拟对比，结果如图10和图11所示，通过对比可知，采用本发明提出的燃烧器布置结构，能够大大减小锅炉尾部布置高温受热面区域的热偏差，从而能够避免后续由于高温受热面热偏差过大引起的高温爆管问题。
43.综上所述，本发明在700℃超超临界锅炉前后墙(实际应用时，同样可对应于左右墙)棋盘式布置偶数个燃烧器，前后墙燃烧器数量保持一致，沿炉膛高度方向燃烧器层数区别于普通锅炉的三层结构，布置4层或4*m(m≥1，且m为整数)层燃烧器，这种燃烧器棋盘式前后墙布置方式适用于新型锅炉特殊要求，该布置结构不仅便于调节锅炉运行负荷，还有利于调整减小锅炉炉内燃烧左右侧烟气偏差，由于增加了燃烧器层数，前后墙之间形成对冲燃烧，因此还能够有效减小前后墙烟气偏差、提高燃烧热均匀性；
44.而不同层燃烧器连接至不同磨煤机、前后墙同一层燃烧器连接至同一台磨煤机，则有利于实际应用中根据锅炉负荷自主选择开启燃烧器和磨煤机，简化了锅炉的负荷调节。

技术特征：

1.一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构，其特征在于，包括对称布置在炉膛前后墙或炉膛左右墙的分层燃烧器，所述分层燃烧器包括横向和纵向间隔分布的不同旋流方向的旋流燃烧器，所述分层燃烧器中，同一层燃烧器连接至一台磨煤机。2.根据权利要求1所述的一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构，其特征在于，所述分层燃烧器具体为棋盘矩阵式布置结构。3.根据权利要求2所述的一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构，其特征在于，所述分层燃烧器中，每一层的旋流燃烧器数量相同。4.根据权利要求3所述的一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构，其特征在于，所述分层燃烧器具体包括4*m层燃烧器，其中，m≥1，且m为整数。5.根据权利要求4所述的一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构，其特征在于，所述分层燃烧器具体为自上而下依次设置的四层燃烧器。6.根据权利要求5所述的一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构，其特征在于，所述四层燃烧器中，第二层燃烧器对应于锅炉满负荷的40％；第二层和第三层燃烧器共同对应于锅炉满负荷的60％；第二层、第三层和第四层燃烧器共同对应于锅炉满负荷的80％；第一层、第二层、第三层和第四层燃烧器共同对应于锅炉满负荷。7.根据权利要求4所述的一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构，其特征在于，所述每一层的旋流燃烧器数量为4*n，其中，n≥1，且n为整数。8.根据权利要求7所述的一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构，其特征在于，炉膛前后墙或炉膛左右墙同一层燃烧器之间形成2*n个对冲燃烧组，所述对冲燃烧组包括四个对冲旋流燃烧器，四个对冲旋流燃烧器具体为对称布置在炉膛前后墙或炉膛左右墙同一层燃烧器中相邻的不同旋流方向的旋流燃烧器。9.根据权利要求1所述的一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构，其特征在于，所述旋流燃烧器分为左旋燃烧器和右旋燃烧器。10.根据权利要求1所述的一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构，其特征在于，炉膛前后墙或炉膛左右墙布置的同一层燃烧器均连接至同一台磨煤机。

技术总结

本发明涉及一种700℃超超临界锅炉棋盘式燃烧布置结构，包括对称布置在炉膛前后墙或炉膛左右墙的分层燃烧器，分层燃烧器包括横向和纵向间隔分布的不同旋流方向的旋流燃烧器，分层燃烧器中，同一层燃烧器连接至一台磨煤机，此外，分层燃烧器设置为4*M层、每层燃烧器数量为4*N个。与现有技术相比，本发明提出的布置结构使得炉膛前后墙或左右墙之间形成对冲燃烧，能够减少煤粉燃烧时对锅炉炉墙的直接火焰冲刷、提高锅炉燃烧热均匀性，且通过不同层燃烧器连接不同磨煤机、前后墙或左右墙同一层连接至同一台磨煤机的方式，能够大大简化锅炉负荷调节过程中的烟气温度偏差控制。调节过程中的烟气温度偏差控制。调节过程中的烟气温度偏差控制。