本發(fā)明涉及一種W火焰鍋爐，具體涉及一種耦合空氣分級(jí)和燃料分級(jí)的四拱型W火焰鍋爐，屬于W火焰鍋爐燃燒技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
W火焰鍋爐采用了多種強(qiáng)化低揮發(fā)分煤燃燒的措施和延長(zhǎng)煤粉顆粒在爐內(nèi)停留時(shí)間的燃燒方式，因而被認(rèn)為是比較適用于燃用低揮發(fā)分煤(主要是無煙煤和貧煤)的一種爐型。為維持低揮發(fā)分煤的穩(wěn)燃、及時(shí)著火和較好燃盡，其爐內(nèi)需保持較高的煙溫水平，加之多數(shù)鍋爐爐內(nèi)分級(jí)燃燒程度有限，最終導(dǎo)致其NOx排放水平多數(shù)高達(dá)1200~1800mg/m3。已于2014年7月1日開始執(zhí)行的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223–2011)中規(guī)定：W火焰鍋爐NOx最高允許排放濃度為200mg/m3。針對(duì)W火焰鍋爐超高的NOx排放，低氮燃燒結(jié)合尾部SCR脫硝被認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)且行之有效的NOx排放控制方案?，F(xiàn)役W火焰鍋爐為實(shí)現(xiàn)低氮燃燒，往往是在保留現(xiàn)有拱下分級(jí)風(fēng)的同時(shí)于上爐膛或靠近上爐膛區(qū)域增設(shè)燃盡風(fēng)，抑或再輔以一定的燃燒器改造(用以推遲燃燒器區(qū)域內(nèi)煤粉氣流與二次風(fēng)的混合)，從而構(gòu)建爐內(nèi)深度分級(jí)燃燒條件；相比而言，燃料分級(jí)燃燒在W火焰鍋爐上的應(yīng)用則鮮有報(bào)道。實(shí)用新型專利《一種低NOx煤粉燃燒的W型火焰爐》(中國(guó)專利號(hào)為ZL200620020919.8、授權(quán)公告日為2007年5月30日、授權(quán)公告號(hào)為CN2906360Y)、發(fā)明專利《W型火焰鍋爐燃盡風(fēng)裝置及方法》(中國(guó)專利號(hào)為ZL200410060622.X、授權(quán)公告日為2007年1月17日、授權(quán)公告號(hào)為CN1295460C)、發(fā)明專利《具有布置于上下爐膛交匯處的W型火焰鍋爐燃盡風(fēng)裝置的鍋爐》(中國(guó)專利號(hào)為ZL200810137177.0、授權(quán)公告日為2010年2月2日、授權(quán)公告號(hào)為CN101358730B)和發(fā)明專利《在爐拱上布置有縫隙式燃盡風(fēng)噴口的W型火焰鍋爐》(中國(guó)專利號(hào)為ZL200910309113.9、授權(quán)公告日為2011年2月16日、授權(quán)公告號(hào)為CN101694295B)均提出，在W火焰鍋爐的上爐膛下部或靠近上爐膛區(qū)域增加燃盡風(fēng)裝置，能減少下爐膛的氧量，使之處于還原性氣氛，從而降低NOx生成量；而發(fā)明專利《多次引射分級(jí)燃燒的方法》(中國(guó)專利號(hào)為ZL201010149634.5、授權(quán)公告日為2013年3月27日、授權(quán)公告號(hào)為CN101832549B)和發(fā)明專利《濃、淡煤粉噴口交錯(cuò)布置的多次引射分級(jí)燃燒W火焰鍋爐》(中國(guó)專利號(hào)為ZL201110231069.1、授權(quán)公告日為2013年3月13日、授權(quán)公告號(hào)為CN102297418B)則是通過改變?nèi)紵鲊娍诓贾脕硗七t拱下燃燒器區(qū)域的風(fēng)粉混合過程，從而抑制燃料型NOx的生成。從現(xiàn)有研究成果看來，上述文件中提出的燃盡風(fēng)和燃燒器噴口布置方式在降低NOx排放和保證燃盡上取得了一定進(jìn)展，即最優(yōu)條件下可將NOx排放降至約800mg/m3的同時(shí)維持飛灰可燃物含量7~10%，調(diào)整鍋爐配風(fēng)以繼續(xù)強(qiáng)化爐內(nèi)分級(jí)條件可進(jìn)一步將NOx減排至約500mg/m3，但卻引起了飛灰可燃物含量急劇升高和鍋爐效率低下的問題；與此同時(shí)，將最優(yōu)條件下的NOx排放800mg/m3通過尾部SCR脫硝降至上述200mg/m3的排放限值，需耗費(fèi)巨大的SCR脫硝投資和運(yùn)行成本?？梢姡F(xiàn)有W火焰燃燒技術(shù)尚難實(shí)現(xiàn)理想的低NOx排放和高效燃盡(即爐內(nèi)NOx排放不高于500mg/m3的同時(shí)飛灰可燃物含量不高于5%)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了解決背景技術(shù)提及的W火焰鍋爐無法同時(shí)兼顧低NOx排放和高效燃盡的問題，進(jìn)而提供了一種耦合空氣分級(jí)和燃料分級(jí)的四拱型低NOxW火焰鍋爐。有別于現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的雙拱型W火焰鍋爐(空氣分級(jí)程度較低，在空氣分級(jí)上一般僅配備拱下分級(jí)風(fēng))，本發(fā)明中的W火焰鍋爐在下爐膛共設(shè)有四個(gè)爐拱，即兩個(gè)對(duì)稱的上爐拱設(shè)有外傾布置的煤粉燃燒器(用于給入煤粉和二次風(fēng))和兩個(gè)對(duì)稱的下爐拱用于布置內(nèi)傾的超細(xì)粉燃燒器(用于給入再燃的超細(xì)煤粉)，上、下爐拱之間的上部前后墻設(shè)有下傾的分級(jí)風(fēng)(用于主燃區(qū)組織分級(jí)燃燒)，冷灰斗上部設(shè)有冷灰斗保護(hù)風(fēng)(用于避免再燃區(qū)內(nèi)超細(xì)粉射流和下行火焰沖刷冷灰斗壁面)，上爐膛的前后墻下部設(shè)有下傾給入的燃盡風(fēng)，從而在爐內(nèi)構(gòu)建了耦合深度空氣分級(jí)和燃料分級(jí)燃燒的條件；四拱型設(shè)計(jì)有助于延長(zhǎng)煤粉顆粒在下爐膛的行程和提高爐內(nèi)火焰充滿度，確保在組織深度空氣分級(jí)和燃料分級(jí)燃燒時(shí)維持較好燃盡效果。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：一種耦合空氣分級(jí)和燃料分級(jí)的四拱型低NOxW火焰鍋爐，所述W火焰鍋爐包含下爐膛和上爐膛兩部分，所述下爐膛由上爐拱、上部前后墻、下爐拱、下部前后墻和冷灰斗組成；多個(gè)煤粉燃燒器沿爐膛中心線對(duì)稱布置于前、后兩個(gè)上爐拱上并與下爐膛連通；多個(gè)超細(xì)粉燃燒器沿爐膛中心線對(duì)稱布置于前、后兩個(gè)下爐拱上并與下爐膛連通；所述W火焰鍋爐還在上部前后墻的中部布置有多個(gè)下傾的分級(jí)風(fēng)噴口，在冷灰斗斜坡水冷壁上部布置有多個(gè)冷灰斗保護(hù)風(fēng)噴口，在上爐膛的前后墻下部布置有多個(gè)下傾的燃盡風(fēng)噴口。進(jìn)一步的，所述多個(gè)煤粉燃燒器沿爐膛寬度方向均勻布置；所述超細(xì)粉燃燒器、分級(jí)風(fēng)噴口、冷灰斗保護(hù)風(fēng)噴口和燃盡風(fēng)噴口沿爐寬方向均與多個(gè)煤粉燃燒器一一對(duì)應(yīng)，且均沿爐膛中心線對(duì)稱布置于爐膛的前后兩側(cè)。進(jìn)一步的，所述煤粉燃燒器相對(duì)于豎直方向外傾5~15°角，所述超細(xì)粉燃燒器相對(duì)于豎直方向內(nèi)傾10~25°角，所述分級(jí)風(fēng)噴口相對(duì)于水平方向下傾45~60°角，所述冷灰斗保護(hù)風(fēng)噴口相對(duì)于水平方向上傾0~10°角，所述燃盡風(fēng)噴口相對(duì)于水平方向下傾30~45°角。進(jìn)一步的，所述煤粉燃燒器給入的二次風(fēng)、所述分級(jí)風(fēng)噴口給入的分級(jí)風(fēng)、所述超細(xì)粉燃燒器給入的超細(xì)粉射流、所述冷灰斗保護(hù)風(fēng)噴口給入的冷灰斗保護(hù)風(fēng)和所述燃盡風(fēng)噴口給入的燃盡風(fēng)，其風(fēng)速均在40~60m/s范圍內(nèi)?，F(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷及本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)所具有的特性和有益效果如下：a.如背景技術(shù)中所述，現(xiàn)有技術(shù)往往是在常規(guī)雙拱型W火焰鍋爐的上爐膛下部增設(shè)燃盡風(fēng)，或再輔以燃燒器噴口布置上的改進(jìn)，以強(qiáng)化爐內(nèi)空氣分級(jí)燃燒程度而實(shí)現(xiàn)NOx減排。常規(guī)的雙拱型W火焰鍋爐(圖2)包含下爐膛4和上爐膛5，下爐膛4由前后爐拱1、前后墻2和冷灰斗3組成；多個(gè)煤粉燃燒器6沿爐膛中心線1-1對(duì)稱布置于前后爐拱1上并與下爐膛4連通；在前后墻2的下部布置有分級(jí)風(fēng)噴口7。雖然現(xiàn)有技術(shù)通過增設(shè)燃盡風(fēng)使下爐膛4內(nèi)形成貧氧燃燒而抑制了NOx生成，但因來自燃燒器6的下行煤粉氣流8其風(fēng)量不可避免地減少，加之分級(jí)風(fēng)9對(duì)下行煤粉氣流8的攔截作用較強(qiáng)，使得火焰的下射深度l0較增設(shè)燃盡風(fēng)之前有所縮短，火焰在下爐膛的充滿度(以火焰下射深度l0和寬度w0的乘積l0×w0與下爐膛4的縱截面面積的比值來度量)減小，煤粉顆粒在貧氧的下爐膛4內(nèi)的停留時(shí)間隨之縮短，下爐膛4內(nèi)形成大量未燃盡顆粒且這些顆粒隨上行煙氣11(上行煙氣11中的一部分作為拱下回流煙氣10以強(qiáng)化拱下的煤粉著火)進(jìn)入上爐膛5，在上爐膛5內(nèi)縱然有燃盡風(fēng)的助燃而使這些顆粒繼續(xù)燃燒，但最終的燃盡效果不可避免地受到影響。如背景技術(shù)中所述，其最優(yōu)條件下可將NOx減排至約800mg/m3的同時(shí)維持飛灰可燃物含量7~10%，雖然NOx排放最低可降至約500mg/m3，但此時(shí)飛灰可燃物含量急劇升高至15~20%；而利用SCR脫硝將爐內(nèi)最優(yōu)條件下的NOx排放800mg/m3降至前述200mg/m3排放限值需耗資巨大?？梢?，現(xiàn)有W火焰低氮燃燒技術(shù)尚難實(shí)現(xiàn)理想的低NOx排放和高效燃盡。在采用本發(fā)明中的耦合空氣分級(jí)和燃料分級(jí)的四拱型低NOxW火焰鍋爐后，下爐膛4包含有四個(gè)爐拱(即前后兩個(gè)上爐拱1a和前后兩個(gè)下爐拱1b)、兩段式前后墻(即上部前后墻2a和下部前后墻2b)和冷灰斗3；多個(gè)煤粉燃燒器6和多個(gè)分級(jí)風(fēng)噴口7分別布置于上爐拱1a和上部前后墻2a，多個(gè)超細(xì)粉燃燒器6a和多個(gè)冷灰斗保護(hù)風(fēng)噴口7a分別布置于下爐拱1b和冷灰斗3的上部區(qū)域；上爐膛5的下部設(shè)有多個(gè)燃盡風(fēng)噴口7b。在這一燃燒布局下，爐內(nèi)燃燒區(qū)域的劃分為：上爐拱1a和上部前后墻2a所包圍區(qū)域?yàn)橹魅紖^(qū)，下行煤粉氣流8(即煤粉燃燒器6給入約占總?cè)剂狭?5%的煤粉與二次風(fēng)的混合物)在分級(jí)風(fēng)9和拱下回流煙氣10協(xié)助下于過量空氣系數(shù)接近1的主燃區(qū)內(nèi)較好燃燒，形成攜有大量NOx的高溫火焰；此火焰繼續(xù)下行進(jìn)入由下爐拱1b、下部前后墻2b和冷灰斗3組成的再燃區(qū)，再燃區(qū)因超細(xì)粉燃燒器6a給入較多超細(xì)煤粉顆粒(約占總?cè)剂狭康?5%，平均粒徑10~15μm，顆粒表面活性較強(qiáng))和少量風(fēng)而形成較強(qiáng)的還原性氣氛，超細(xì)粉射流8a在此強(qiáng)還原性氣氛下混入攜有大量NOx的高溫火焰中，將其中的NOx還原成N2并同時(shí)抑制新的NOx的生成，近乎水平給入的冷灰斗保護(hù)風(fēng)9a布置于再燃區(qū)最下部，起到托舉超細(xì)粉射流8a和下射火焰的作用；在再燃區(qū)因還原性氣氛而未燃盡的顆粒隨上行煙氣11進(jìn)入位于上爐膛5下部的燃盡區(qū)，在燃盡風(fēng)9b的助燃下完成燃盡，鑒于富氧的燃盡區(qū)其燃燒份額較少而煙溫較低，在完成燃盡的同時(shí)不會(huì)有大量NOx生成。獨(dú)特的煤粉燃燒器6外傾布置、分級(jí)風(fēng)噴口大角度下傾布置、超細(xì)粉燃燒器6a內(nèi)傾布置以及近乎水平布置的冷灰斗保護(hù)風(fēng)噴口7a，輔以其對(duì)應(yīng)的四股射流具有較高風(fēng)速(40~60m/s)，使得火焰在下爐膛4內(nèi)的下設(shè)深度l1明顯較現(xiàn)有技術(shù)中l(wèi)0大，下爐膛火焰充滿度較現(xiàn)有技術(shù)得以顯著提高(在w1與w0接近的情況下，l1×w1明顯大于l0×w0)，煤粉顆粒在高溫的下爐膛空間內(nèi)停留時(shí)間得以顯著延長(zhǎng)，加之主燃區(qū)內(nèi)約占總?cè)剂狭?5%的煤粉在接近理論空氣量的條件下較好燃燒，而再燃區(qū)內(nèi)參與再燃的超細(xì)煤粉量?jī)H占總?cè)剂狭康?5%左右，使得進(jìn)入燃盡區(qū)的未燃盡顆粒在總飛灰顆粒中所占比例較現(xiàn)有技術(shù)小得多；這些條件均有助于本發(fā)明在W火焰爐內(nèi)構(gòu)建深度空氣分級(jí)和燃料分級(jí)而大幅度降低NOx排放的同時(shí)確保較好燃盡。鑒于深度空氣分級(jí)和燃料分級(jí)合理利用均可實(shí)現(xiàn)NOx減排50%，在本發(fā)發(fā)明提供的四拱型低NOxW火焰爐中將兩者精妙配合聯(lián)用，預(yù)計(jì)NOx初始濃度1800mg/m3有望減排至450mg/m3，配以上述解決燃盡問題的各種燃燒設(shè)計(jì)，本發(fā)明有望解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的“低NOx燃燒對(duì)應(yīng)燃盡差”的問題。附圖說明圖1是本發(fā)明的爐膛結(jié)構(gòu)、燃燒組織及爐膛縱截面上流場(chǎng)示意圖（圖中流場(chǎng)分布以爐膛中心1-1為對(duì)稱面，圖中各股噴入爐內(nèi)氣流的速度方向均采用箭頭標(biāo)出)；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的雙拱型W火焰鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)、燃燒組織及爐膛縱截面上流場(chǎng)示意圖，現(xiàn)有低氮燃燒技術(shù)通常是在此雙拱型W火焰鍋爐的上爐膛下部增設(shè)如圖1中所示燃盡風(fēng)噴口7b。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施方式一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本發(fā)明的耦合空氣分級(jí)和燃料分級(jí)的四拱型低NOxW火焰鍋爐其爐膛分為下爐膛4和上爐膛5兩部分，下爐膛4由上爐拱1a、上部前后墻2a、下爐拱1b、下部前后墻2b和冷灰斗3組成；多個(gè)煤粉燃燒器6布置在前、后兩個(gè)上爐拱1a上并與下爐膛4連通，用以給入下射的煤粉氣流8；多個(gè)分級(jí)風(fēng)噴口7布置于上部前后墻2a的中部并與下爐膛4連通，用以通入分級(jí)風(fēng)9而組織分級(jí)燃燒并攜帶著火的煤粉氣流繼續(xù)下行；多個(gè)超細(xì)粉燃燒器6a布置在前、后兩個(gè)下爐拱1b上并與下爐膛4連通，用于給入?yún)⑴c再燃反應(yīng)的超細(xì)粉射流8a；多個(gè)冷灰斗保護(hù)風(fēng)噴口7a接近水平布置在冷灰斗3的斜坡水冷壁上部并與下爐膛4連通，用以給入冷灰斗保護(hù)風(fēng)9a；多個(gè)燃盡風(fēng)噴口7b布置在上爐膛5的前后墻下部并與上爐膛5連通，用以給入燃盡風(fēng)9b。所述上爐拱1a、多個(gè)煤粉燃燒器6、上部前后墻2a、多個(gè)分級(jí)風(fēng)噴口7、下爐拱1b、多個(gè)超細(xì)粉燃燒器6a、下部前后墻2b、多個(gè)冷灰斗保護(hù)風(fēng)噴口7a和多個(gè)燃盡風(fēng)噴口7b沿爐膛中心線1-1對(duì)稱設(shè)置于整個(gè)爐膛的前后側(cè)；所述多個(gè)煤粉燃燒器6、多個(gè)分級(jí)風(fēng)噴口7、多個(gè)超細(xì)粉燃燒器6a、多個(gè)冷灰斗保護(hù)風(fēng)噴口7a和多個(gè)燃盡風(fēng)噴口7b均沿爐膛寬度方向均勻布置，且所述多個(gè)分級(jí)風(fēng)噴口7、多個(gè)超細(xì)粉燃燒器6a、多個(gè)冷灰斗保護(hù)風(fēng)噴口7a和多個(gè)燃盡風(fēng)噴口7b在爐寬方向均與所述多個(gè)煤粉燃燒器6一一對(duì)應(yīng)。燃燒區(qū)域劃分為：上爐拱1a和上部前后墻2a所包圍區(qū)域?yàn)橹魅紖^(qū)，其過量空氣系數(shù)接近1，下行煤粉氣流8在分級(jí)風(fēng)9和拱下回流煙氣10的協(xié)助下在主燃區(qū)較好燃燒；下爐拱1b、下部前后墻2b和冷灰斗3包圍的區(qū)域?yàn)楹^強(qiáng)還原性氣氛的再燃區(qū)，在此還原性氣氛中輔以冷灰斗保護(hù)風(fēng)9a的托舉作用，超細(xì)粉射流8a將下行煤粉氣流8燃燒生成的大量NOx還原成N2并同時(shí)抑制新的NOx的生成；再燃區(qū)還原性氣氛下未燃盡的超細(xì)粉顆粒隨上行煙氣11進(jìn)入位于上爐膛下部的燃盡區(qū)，在燃盡風(fēng)9b的助燃下完成燃盡。實(shí)施方式二結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本發(fā)明的耦合空氣分級(jí)和燃料分級(jí)的四拱型低NOxW火焰鍋爐其煤粉燃燒器6相對(duì)于豎直方向外傾5~15°角，分級(jí)風(fēng)噴口7相對(duì)于水平方向下傾45~60°角，超細(xì)粉燃燒器6a相對(duì)于豎直方向內(nèi)傾10~25°角，冷灰斗保護(hù)風(fēng)噴口7a相對(duì)于水平方向上傾0~10°角，燃盡風(fēng)噴口7b相對(duì)于水平方向下傾30~45°角；下射煤粉氣流8、分級(jí)風(fēng)9、超細(xì)粉射流8a、冷灰斗保護(hù)風(fēng)9a和燃盡風(fēng)9b其風(fēng)速均在40~60m/s范圍內(nèi)。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式一相同。