一种气化耦合燃烧的英巴型W火焰锅炉装置及方法

技术领域

本发明涉及电站锅炉技术领域，具体而言，涉及一种气化耦合燃烧的英巴型W火焰锅炉装置及方法。

背景技术

W火焰锅炉由于其较长的火焰燃烧行程和良好燃烧组织方式，在燃用难燃煤方面有其独特的优势，其燃烧特点是煤粉气流自前、后炉拱上布置的燃烧器喷入下炉膛，下行至一定深度后转折上行而形成“W”型火焰。英巴型W火焰锅炉是其中的一种技术流派，但现有英巴型W火焰燃烧技术仍然存在稳燃差、无法实现灵活性调峰、NOx排放浓度高及燃尽差等问题。

另外，煤气化技术是高效清洁的洁净煤技术，其中气流床气化技术具有气化强度高、单炉生产能力大、煤种适应范围广等优点，但传统气流床气化炉工艺仍然存在着灰中可燃物含量高且无较好的处理方案以及激冷后温度迅速降低使其热能浪费等问题。

发明内容

本发明解决的问题是现有英巴型W火焰锅炉存在的NOx排放浓度高、低负荷运行时稳燃差、燃尽性能差、以及气化炉灰中含碳量高、激冷后温度迅速降低使其热能浪费中的至少一个方面。

为解决上述问题，本发明提供一种气化耦合燃烧的英巴型W火焰锅炉装置，包括气化结构、合成气通道和英巴型W火焰锅炉，所述英巴型W火焰锅炉上设有燃烧器，所述燃烧器上设有一次风通道和二次风通道，所述合成气通道的入口端与所述气化结构的底部相连通，所述合成气通道的出口端穿过所述燃烧器与所述英巴型W火焰锅炉相连通，所述合成气通道的出口端与所述一次风通道的出口端均设置于两个所述二次风通道的出口端之间，且所述合成气通道的出口端中心线与所述一次风通道的出口端的中心线之间设有夹角。

可选地，所述合成气通道的出口端相对于所述一次风通道的出口端远离所述英巴型W火焰锅炉的炉膛中心侧设置，且所述合成气通道的出口端与所述一次风通道的出口端沿所述二次风通道的长度方向并列设置。

可选地，所述合成气通道的出口端相对于所述一次风通道的出口端靠近所述英巴型W火焰锅炉的炉膛中心侧设置，且所述合成气通道的出口端与所述一次风通道的出口端沿所述二次风通道的长度方向并列设置。

可选地，所述合成气通道的出口端沿所述二次风通道的宽度方向设置于两个所述一次风通道的出口端之间，所述合成气通道的出口端沿所述二次风通道的宽度方向等分为两个第一喷口端，且两个所述第一喷口端的中心线分别与所述一次风通道的出口端的中心线之间设有所述夹角。

可选地，所述合成气通道的出口端与所述一次风通道的出口端的长度满足如下关系式：L1＝0.4-0.6L2，其中，L1为所述合成气通道的出口端的长度， L2为所述一次风通道的出口端的长度，且L2＝300-400mm；

所述合成气通道的出口端与所述一次风通道的出口端的宽度相同，且为 50-70mm。

可选地，所述合成气通道的出口端沿所述二次风通道的长度方向设置于两个所述一次风通道的出口端之间，所述合成气通道的出口端沿所述二次风通道的长度方向等分为两个第二喷口端，且两个所述第二喷口端的中心线分别与所述一次风通道的出口端的中心线之间设有所述夹角。

可选地，所述合成气通道的出口端与所述一次风通道的出口端的长度满足如下关系式：L1＝0.4-0.6L2，其中，L1为所述合成气通道的出口端的长度， L2为所述一次风通道的出口端的长度，且L2＝150-200mm；

所述合成气通道的出口端与所述一次风通道的出口端的宽度相同，且为 50-70mm。

可选地，所述气化结构包括气化炉、辐射废锅和渣池，所述辐射废锅的入口端与所述气化炉相连通，所述辐射废锅的出口端与所述渣池相连通，且所述辐射废锅的下部与所述合成气通道的入口端相连通。

本发明所述的气化耦合燃烧的英巴型W火焰锅炉装置相对于现有技术的优势在于：

第一方面，本发明使得通过合成气通道的出口端的粗合成气向通过一次风通道的出口端的浓煤粉气流倾斜，使得粗合成气进入炉膛后与浓煤粉气流混合更早，且由于通过二次风通道的二次风的混合，使粗合成气氧量迅速升高，着火燃烧，产生高温烟气加热浓煤粉气流至燃烧，实现稳定燃烧；

第二方面，本发明在主燃区形成强还原性气氛、提高浓煤粉气流在还原性气氛中停留时间、降低浓煤粉气流过量空气系数，总的燃料型NOx排放浓度降低；

第三方面，着火距离缩小为0.4-0.5m，煤粉燃烧的时间更长，且燃煤比例比传统方法降低了30-35％，提高了煤粉燃烧速率，加强了煤粉颗粒燃尽灰壳的脱落，有利于燃尽；

第四方面，所得工质为单一的蒸汽，品质较高，容易利用，可以用于推动汽轮机做功产生电能和供热等，输出的能源品位高。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种气化耦合燃烧方法，基于所述的气化耦合燃烧的英巴型W火焰锅炉装置，包括：煤经气化炉气化产生灰和粗合成气后，一部分所述灰以灰渣的形式落入渣池，另一部分所述灰随所述粗合成气经合成气通道通入英巴型W火焰锅炉，所述粗合成气与通入一次风通道的浓煤粉气流和通入二次风通道的二次风共同喷入所述英巴型W火焰锅炉，且所述粗合成气与所述浓煤粉气流的质量比为0.4：1-0.45：1。

可选地，所述粗合成气喷入所述英巴型W火焰锅炉时的温度为900-950℃，所述浓煤粉气流在喷入所述英巴型W火焰锅炉时的温度为90-110℃。

本发明所述的气化耦合燃烧方法与所述气化耦合燃烧的英巴型W火焰锅炉装置相较于现有技术的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明实施例中的气化耦合燃烧的英巴型W火焰锅炉装置的结构示意图一；

图2为图1中C向视图；

图3为本发明实施例中的气化耦合燃烧的英巴型W火焰锅炉装置的结构示意图二；

图4为图3中C向视图；

图5为本发明实施例中的气化耦合燃烧的英巴型W火焰锅炉装置的结构示意图三；

图6为图5中C向视图；

图7为图6中D向视图；

图8为本发明实施例中的气化耦合燃烧的英巴型W火焰锅炉装置的结构示意图四；

图9为图8中C向视图；

图10为传统气化激冷工艺气化炉结构示意图。

附图标记说明：

1-气化炉、2-辐射废锅、3-渣池、4-合成气通道、5-英巴型W火焰锅炉， 6-一次风通道、7-二次风通道、8-墙侧、9-炉膛中心侧、10-为气化室，11- 激冷室、12-激冷水管、13-激冷环、14-合成气通道入口。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、详尽地描述。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本申请实施例的描述中，术语“一些实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

为解决上述问题，本实施例提供一种气化耦合燃烧的英巴型W火焰锅炉装置，包括气化结构、合成气通道4和英巴型W火焰锅炉5，英巴型W火焰锅炉5上设有燃烧器，燃烧器上设有一次风通道6和二次风通道7，合成气通道 4的入口端与气化结构的底部相连通，合成气通道4的出口端穿过燃烧器与英巴型W火焰锅炉5相连通，合成气通道4的出口端与一次风通道6的出口端均设置于两个二次风通道7的出口端之间，且合成气通道4的出口端中心线与一次风通道6的出口端的中心线之间设有夹角α。

本实施例通过合成气通道4的出口端中心线与一次风通道6的出口端的中心线之间设有夹角α，使得通过合成气通道4的出口端的粗合成气向通过一次风通道6的出口端的浓煤粉气流倾斜，使得粗合成气进入炉膛后与浓煤粉气流混合更早，且由于通过二次风通道7的二次风的混合，使粗合成气氧量迅速升高，着火燃烧，产生高温烟气加热浓煤粉气流至燃烧，使得粗合成气与浓煤粉气流在距燃烧器出口0.4-0.5m处着火燃烧，实现稳定燃烧。

在一些优选的实施例中，合成气通道4的出口端中心线与英巴型W火焰锅炉5的高度方向设有夹角α，一次风通道6的出口端的中心线与二次风通道7的出口端的中心线均沿英巴型W火焰锅炉5的高度方向延伸设置。结构简单。需要说明的是，本实施例中，英巴型W火焰锅炉5的高度方向为图中Z 的方向，并且Z轴的正向(也就是Z轴的箭头指向)表示上，Z轴的负向(也就是与Z轴的正向相反的方向)表示下。

如图1和2所示，在一些实施例中，合成气通道4的出口端相对于一次风通道6的出口端远离英巴型W火焰锅炉5的炉膛中心侧9设置，相应地，合成气通道4的出口端相对于一次风通道6的出口端靠近英巴型W火焰锅炉5 的炉膛的墙侧8设置，墙侧8可以是前墙，也可以是后墙，且合成气通道4 的出口端与一次风通道6的出口端沿二次风通道7的长度方向并列设置。结构简单。需要说明的是，本实施例中，二次风通道7的长度方向为图中X的方向，并且X轴的正向(也就是X轴的箭头指向)表示左，X轴的负向(也就是与X轴的正向相反的方向)表示右。

本实施例中，合成气通道4的出口端与一次风通道6的出口端的长度满足如下关系式：L1＝0.4-0.6L2，其中，L1为合成气通道4的出口端的长度， L2为一次风通道6的出口端的长度，且L2＝300-400mm；合成气通道4的出口端与一次风通道6的出口端的宽度b相同，且为50-70mm。

本实施例中，夹角α为内倾角，且可以根据英巴型W火焰锅炉5燃用的煤种类型进行调整。在一些实施例中，当燃烧煤种为贫煤，即10％≤V

如图3和4所示，在另一些实施例中，合成气通道4的出口端相对于一次风通道6的出口端靠近英巴型W火焰锅炉5的炉膛中心侧9设置，且合成气通道4的出口端与一次风通道6的出口端沿二次风通道7的长度方向并列设置。结构简单。需要说明的是，本实施例中，二次风通道7的长度方向为图中X的方向。

本实施例中，合成气通道4的出口端与一次风通道6的出口端的长度满足如下关系式：L1＝0.4-0.6L2，其中，L1为合成气通道4的出口端的长度， L2为一次风通道6的出口端的长度，且L2＝300-400mm；合成气通道4的出口端与一次风通道6的出口端的宽度b相同，且为50-70mm。

本实施例中，夹角α为外倾角，且可以根据英巴型W火焰锅炉5燃用的煤种类型进行调整。在一些实施例中，当燃烧煤种为贫煤，即10％≤V

如图5-7所示，在又一些实施例中，合成气通道4的出口端沿二次风通道 7的宽度方向设置于两个一次风通道6的出口端之间，合成气通道4的出口端沿二次风通道7的宽度方向等分为两个第一喷口端，且两个第一喷口端的中心线分别与一次风通道6的出口端的中心线之间设有夹角α。需要说明的是，本实施例中，二次风通道7的宽度方向为图中Y的方向。并且Y轴的正向(也就是Y轴的箭头指向)表示前，Y轴的负向(也就是与Y轴的正向相反的方向)表示后。

本实施例中，合成气通道4的出口端与一次风通道6的出口端的长度满足如下关系式：L1＝0.4-0.6L2，其中，L1为合成气通道4的出口端的长度， L2为一次风通道6的出口端的长度，且L2＝300-400mm；合成气通道4的出口端与一次风通道6的出口端的宽度b相同，且为50-70mm。

本实施例中，夹角α可以根据英巴型W火焰锅炉5燃用的煤种类型进行调整。在一些实施例中，当燃烧煤种为贫煤，即10％≤V

如图8和9所示，在又一些实施例中，合成气通道4的出口端沿二次风通道7的长度方向设置于两个一次风通道6的出口端之间，合成气通道4的出口端沿二次风通道7的长度方向等分为两个第二喷口端，且两个第二喷口端的中心线分别与一次风通道6的出口端的中心线之间设有夹角α。需要说明的是，本实施例中，二次风通道7的长度方向为图中X的方向。

本实施例中，合成气通道4的出口端与一次风通道6的出口端的长度满足如下关系式：L1＝0.4-0.6L2，其中，L1为合成气通道4的出口端的长度， L2为一次风通道6的出口端的长度，且L2＝150-200mm；合成气通道4的出口端与一次风通道6的出口端的宽度b相同，且为50-70mm。

本实施例中，夹角α可以根据英巴型W火焰锅炉5燃用的煤种类型进行调整。在一些实施例中，当燃烧煤种为贫煤，即10％≤V

在一些实施例中，气化结构包括气化炉1、辐射废锅2和渣池3，辐射废锅2的入口端与气化炉1相连通，辐射废锅2的出口端与渣池3相连通，且辐射废锅2的下部与合成气通道4的入口端相连通。

本实施例中，煤和气化剂先在气化炉1中进行气化反应，气化反应产生的粗合成气和液态熔渣经过辐射废锅2冷却后，一部分灰以灰渣的形式落入渣池3，另一部分灰随粗合成气经辐射废锅2下部的合成气通道4引出至英巴型W火焰锅炉5中燃烧。

在一些具体的实施例中，气化炉1的出口端与辐射锅炉的入口端通过第一过渡结构相连通，辐射废锅2的出口端与渣池3的入口端通过第二过渡结构相连通。结构紧凑，连接方便。

在一些实施例中，气化炉1和辐射废锅2的高度满足如下关系：

H

其中，气化炉1的高度为H

由此，通过气化炉1、辐射废锅2和第二过渡结构的垂直距离的设置以保证粗合成气的风速和风量满足英巴型W火焰锅炉装置的燃尽效果。

本实施例的气化耦合燃烧的英巴型W火焰锅炉装置相对于现有技术的优势在于：

第一方面，本发明使得通过合成气通道4的出口端的粗合成气向通过一次风通道6的出口端的浓煤粉气流倾斜，使得粗合成气进入炉膛后与浓煤粉气流混合更早，且由于通过二次风通道7的二次风的混合，使粗合成气氧量迅速升高，着火燃烧，产生高温烟气加热浓煤粉气流至燃烧，实现稳定燃烧；另外，倾斜角度越大，粗合成气进入炉膛后与浓煤粉气流混合越早，混合效果越好，燃烧的粗合成气对浓煤粉气流的点燃能力越强，由此，使浓煤粉气流的着火仅取决于粗合成气以及粗合成气与浓煤粉气流的混合，与炉膛烟气温度没有关系，改变了英巴W火焰锅炉随负荷降低引起的浓煤粉气流着火距离过大而稳燃差，难以实现灵活性调峰的问题，实现了燃用贫煤和无烟煤时均可满足10-30％额定负荷的深度调峰要求。

第二方面，本发明在主燃区形成强还原性气氛，提高浓煤粉气流在还原性气氛中停留时间、降低浓煤粉气流过量空气系数，总的燃料型NOx排放浓度降低，其NOx排放浓度降低至200-400mg/m

(1)主燃区的强还原性气氛有利于挥发份N将NO还原成N2；同时由于挥发份消耗大量的氧气，也有利于抑制焦炭型NOx的生成，从而使总的燃料型NOx生成浓度降低；

(2)浓煤粉气流的燃烧在还原性气氛中至少多停留了1.3m的距离，停留时间较长，且着火后的燃烧也一直处于强还原性气氛中，有利于抑制挥发份N向NOx转化，也有利于挥发份N将NO还原成N

(3)与采用回流区加热浓煤粉气流的传统方法相比，本装置中，浓煤粉气流过量空气系数降低了0.1，降低的幅度达50-60％。过量空气系数的降低，有利于抑制挥发份N向NOx转化，同也有利于抑制焦炭型NOx的生成。从而使总的燃料型NOx生成浓度降低。

第三方面，着火距离缩小为0.4-0.5m，煤粉燃烧的时间更长，且燃煤比例比传统方法降低了30-35％，提高了煤粉燃烧速率，加强了煤粉颗粒燃尽灰壳的脱落，有利于燃尽，飞灰可燃物含量为4-5％，与传统方法相比降低幅度达60-70％。具体表现在：

(1)本实施例采用粗合成气产生的高温烟气在内部加热浓风煤粉气流使其在距燃烧器出口0.4-0.5m处已着火燃烧，相比于现有技术，着火距离缩小了至少1.3m，使浓煤粉气流的燃烧过程比原来至少多进行了1.3m以上的距离，煤粉燃烧的时间更长，有利于燃尽；

(2)本实施例中粗合成气为气体燃料，其燃烧速率远大于煤粉，更有利于燃尽；

(3)粗合成气中带有灰的固体颗粒，粗合成气与浓煤粉气流在剧烈混合和燃烧过程中，粗合成气中携带的灰颗粒与浓煤粉气流中的煤粉颗粒燃烧后的灰壳相互撞击脱落，有利于煤粉颗粒内部的燃烧，提高燃尽性；

(4)由于供入氧量充分，可将灰的可燃物含量从40-50％降低为4-5％，大大提高了燃尽性。

第四方面，所得工质为单一的蒸汽，品质较高，容易利用，可以用于推动汽轮机做功产生电能和供热等，输出的能源品位高。具体表现在：

(1)传统气流床气化工艺中，采用激冷的方式对粗合成气进行降温处理。如图10中所示，900-950℃的高温粗合成气自上而下从气化室10进入激冷室11，180-200℃的激冷水经激冷水管12从激冷环13喷射出并混入粗合成气中，二者一起下行。合成气温度降至200-220℃，合成气与汽化后的激冷水蒸汽一同经激冷室11上部合成气出口进入后续净化工艺，在后续工艺中进一步降温至130℃左右。而本实施例中采用气化结构，去除了现有技术中的激冷室11，不采用激冷方式对粗合成气进行处理，所得到的工质为单一高温高压的蒸汽，品质较高，容易利用，可以用于推动汽轮机做功产生电能和供热等；

(2)本实施例相当于将粗合成气中的热能以及气化炉1中灰未燃尽的热能损失，转化成了更高品位的电能及其他形式的能而输出，输出的能源品位高。

本发明的另一个实施例还提供一种气化耦合燃烧方法，基于的气化耦合燃烧的英巴型W火焰锅炉装置，包括：煤经气化炉1气化产生灰和粗合成气后，一部分灰以灰渣的形式落入渣池3，另一部分灰随粗合成气经合成气通道 4通入英巴型W火焰锅炉5，粗合成气与通入一次风通道6的浓煤粉气流和通入二次风通道7的二次风共同喷入英巴型W火焰锅炉5。

在一些实施例中，粗合成气喷入英巴型W火焰锅炉5时的温度为 900-950℃，浓煤粉气流在喷入英巴型W火焰锅炉5时的温度为90-110℃。

本实施例中，煤和气化剂先在气化炉1中进行气化反应，运行温度为 1350℃-1500℃，气化反应产生的粗合成气和液态熔渣经过辐射废锅2冷却到 900-950℃，40％-50％的灰以灰渣形式落入渣池3中，50％-60％的灰则随粗合成气由辐射废锅2下部的合成气通道4引出至英巴型W火焰锅炉5中燃烧。合成气通道4的出口端与一次风通道6的出口端均设置于两个二次风通道7的出口端之间，且合成气通道4的出口端中心线与一次风通道6的出口端的中心线之间设有夹角α，使得粗合成气很快与浓煤粉气流混合，二次风也很快与粗合成气和浓煤粉气流混合，使含氧量小于0.5％的粗合成气氧量迅速升高，且由于粗合成气900-950℃的温度远高于其600-700℃的着火温度，在氧量升高之后迅速着火燃烧，并升温至1300-1400℃。粗合成气燃烧产生1300-1400℃的高温烟气加热浓煤粉气流，使浓煤粉气流迅速升温至950℃以上，此时浓煤粉气流的温度远高于其900-950℃的着火温度，也迅速着火，从而实现稳定燃烧。

本实施例中，粗合成气的成分包括CO、H

在一些实施例中，粗合成气与浓煤粉气流的质量比为0.4：1-0.45：1。由此，一方面，粗合成气中大量的CO和H

对比例1

本实施例提供一种燃用混煤(无烟煤和贫煤)的600MWe英巴型W火焰锅炉5，NOx排放量约为1150mg/m

对比例2

本实施例提供一种造气量为80000Nm

实施例1

本实施例提供一种气化耦合燃烧的英巴型W火焰锅炉装置，包括燃用混煤(无烟煤和贫煤)的600MWe英巴型W火焰锅炉5及造气量为80000Nm

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。