CN1009306B - 煤粉点火燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明是关于火力发电用粉煤锅炉使用的一种粉煤点火燃烧器，用这种粉煤燃烧器，可对粉煤进行直接点火，而且既无大量的热NOx产生，也不用以往燃烧器所必需的轻油、重油、燃气等辅助燃料。这种粉煤燃烧器借助于输送装置23，50把粉煤从粉煤供给源18送入粉煤燃烧器4-9，在其内形成粉煤空气混合流，其中在粉煤浓度大而混合流流速低的点火区域39在内。混合流中的粉煤可用点火器(41)点燃。

Description

本发明与煤粉燃烧器，特别是与煤粉直接点火的燃烧器有关。

近年来，在我国由于供给重油有些困难，所以，为了改变对石油的依靠，正在把燃料从历来燃料的重油改为燃烧煤炭，特别是在企业用火力发电锅炉方面，正在建设燃烧煤粉的大容量火力发电厂。

另一方面，作为最近用电的特点，最大负载和最小负载之差也随着原子能发电的发展而有所增加，火力发电锅炉有从基本负载转为调节负载的趋势，这种锅炉就是根据负载来改变压力，进行变压运转的锅炉，即所谓全负载运转是在趋临界区运转，而在局部负载运转是在临界区运转的变压锅炉，这样，可在某种程度上（百分之几）提高局部负载运转时的发电效率。

因此，对于这种燃烧煤炭的火力发电来说，这种锅炉在全负载下运转的为数不多，而是向承受中间负载的煤炭火力发电转变，即白天把负载提高到或降低到75%、50%、25%的情况下运转，而夜里停止运转，即进行所谓每日起动停止（Daily    Start    Stop-以下简称DSS）运转。

对于进行DSS运转的煤炭锅炉来说，从起动到全负载，只用煤粉进行全负载运转的尚不多见，而且即使是煤炭锅炉，在起动或低负载时，除煤粉外，还要使用轻油、重油、燃气等易燃的辅助燃料。

这是因为，起动时从锅炉中无法得到供磨煤机加热用的排气-热空气，所以无法使磨煤机运转，因而也无法把煤炭破碎成煤粉。

因为低负载时无法选择磨煤机的调节比，而且煤粉本身的可燃性 又差，所以大都使用轻油、重油、燃气等辅助燃料。

例如，起动时使用轻油、重油、那么，从起动到15%负载，锅炉以轻油为燃料;从15%到40%负荷，将燃料从轻油改为重油;当负载达到40%以上时，则使重油和煤粉混合燃烧，并逐渐减少重油的比例，这样一来，煤粉的混合比就可显著加大，进而过渡到完全燃烧。

当锅炉负载由全负载降为低负载时（即降到35%负载时），便开始使用煤粉，于是成为完全以煤为燃料的锅炉，当负载低于35%时，则借助于重油、轻油、燃气等辅助燃料来运转。

由此可见，进行DSS运转并以煤炭为燃料的火力发电，通常使用轻油、重油、燃气等可燃性良好的辅助燃料和煤粉燃料。

图4表示原有煤粉锅炉的概略系统图。

在该图中，煤粉燃烧器4、5、6、7、8、9等，从锅炉1的下部起依次向上配置在锅炉1的前墙2和后墙3上。

在煤粉燃烧器8、9的上方，设有低NOx使用的二次空气口10、11。辅助于炉前风箱12和炉后风箱13把空气送给煤粉燃烧器4、5、6、7、8、9;借助于炉前二次空气风箱14和炉后二次空气风箱15把空气送给二次空气口10和11。

煤粉燃烧器4、5、6、7、8、9使用的煤粉是如下供给的：煤仓16中的煤炭由给煤机17送给粉碎机18，在粉碎机18中进行粉碎。粉碎机18中煤粉所含的较大煤块由分离器（图中未示出）加以分离，然后将其返回粉碎机18再加以粉碎成为煤粉。

从粉碎机得到的煤粉，由煤粉供给源，即粉碎机18，借助于包括煤粉管23和鼓风机50在内的输送设备输送给煤粉燃烧器4、5、 6、7、8、9。就是说，煤粉是借助于鼓风机50产生的并由风道经粉碎机18和煤粉管23到煤粉燃烧器4、5、6、7、8、9的气流输送的。

进入炉前风箱12、炉后风箱13、炉前二次空气风箱14和炉后二次空气风箱15的燃烧用空气，由压力通风机19加压后，用空气预热器20预热，然后由风道21、气流调节器24以及风道25送给风箱12、13、14、15。

为了控制局部负载下锅炉运转时的蒸汽温度，由排气再循环风扇27、排气再循环通道28把排气送给料斗26;为了减少NOx，在排气再循环风扇27的出口，设有排气管道29，把排出的空气混进风道25中用来燃烧的空气内。

上面对煤粉锅炉中燃烧用空气、排气以及煤粉的一般流动情况做了说明，此外，在煤粉燃烧器4、5、6、7、8、9中均装有点火器。

图5所示系图4中煤粉燃烧器部分放大后的详图。

在图5中，1为锅炉燃烧室，2为前侧壁，3为后侧壁，4、5、6、7、8、9为煤粉燃烧器，12、13为炉前风箱和炉后风箱，23为煤粉管，这些部件均与图4中的相同。

30为空气记录器，31为等离子点火器。

就燃煤锅炉来说，目前对于旨在降低轻油、重油、燃气等易燃辅助燃料消耗的点火燃烧器的研究相当活跃，如图5所示，配备有等离子电弧直接对煤粉点火器进行点火，这对点火燃烧器的开发是具有代表性的例子。具有这种等离子点火器的点火燃烧器，可以提供1500～2000℃的高温热源，而且不用轻油、重油、燃气之类的辅助燃 料就可以直接使煤粉点火燃烧。但是，利用等离子弧点火时，点火前必须有60～80千瓦的高能以及接近2000℃的热源，因此，这种燃烧器的主要问题在于，煤粉燃烧器4、5、6、7、8、9中，在点火时排出大量的热NOx，所以未能予以实际应用。

对于原有的燃煤锅炉来说，使用的辅助燃料均为可燃性良好的轻油、重油，在DSS运转到负载变化时，从点火和使用的观点来看，起动燃烧器以重油为燃料，点火燃烧器以轻油为燃料，再加上主燃料-煤粉，则总共需要三种不同的燃料，因此，其缺点是必须花费与各种燃料的运输、贮存、保养有关的设备费和运转费。

如前所述，利用等离子弧直接点火的缺点在于：点火能量以及产生的热源温度过高，而且点火时还产生大量的NOx。

本发明可以消除这种缺点，其目的在于，提供一种不用辅助燃料就能对煤粉直接点火，在排出适量NOx的情况下，这种煤粉直接点火的燃烧器是可靠的。

作为与本发明有关的其它现有技术如日本专利昭61-1843095号以及美国专利第4，545，307号说明书所述。

本发明提供一种煤粉点火燃烧器，包括下列部分，煤粉供给源;煤粉点火器，在氧气存在的情况下，将煤粉点燃;输送装置，产生把煤粉从煤粉供给源输送到煤粉燃烧器的气流，然后把煤粉和空气的混合流送给煤粉燃烧器。煤粉点火燃烧器的特点是有点火区域形成装置和点火器;点火区域形成装置的作用是：将上述输送装置送给煤粉燃烧器的煤粉和空气在煤粉燃烧器处形成一种混合流，其中形成煤粉浓度大而混合流流速低的点火区域;点火器的作用是将上述点火区域大混合流中的煤粉点燃。

图1所示系与本发明实施例有关的煤粉点火燃烧器主要部件的断面图;图2所示系图1中煤粉点火燃烧器的构成图;图3所示系图1中煤粉点火燃烧器的点火特性曲线;图4系煤粉锅炉的概略系统图;图5系配备有等离子点火器的煤粉点火燃烧器的断面图。

下面，我们用图来说明本发明的实施例。图1系本发明实施例中煤粉点火燃烧器主要部件的断面图;图2系图1中煤粉点火燃烧器的结构图;图3所示系图1中煤粉点火燃烧器的点火特性曲线，其中，纵轴表示煤粉和空气比（C/A），横轴表示煤粉燃烧器喷咀出口的空气流速米/秒）。

在图1和图2中，4、5、6、7、8、9的煤粉燃烧器，来自图4中粉碎机18的煤粉管23的煤粉33和一次空气34的混合流送入煤粉燃烧器4、5、6、7、8、9的一次套管32，而二次空气送到一次套管32的四周，所有这些，在结构上，均与原有的燃烧器相同。

36是给煤粉33和一次空气34的混合流施加旋转力的旋转叶片;37是装在一次套管32顶端的扩径部分;38是火焰稳定器;39是煤粉流速低于扩径部分37中形成的一次套管内煤粉流速的点火区域;40为煤粉33的循环涡流，41为陶瓷点火器;42为C/A检测装置;43为旋转叶片36的开度调节器;44为陶瓷点火器41的发热元件电源;45为控制装置;46为火焰。

从结构上来说，上述实施例中的煤粉直接将燃烧器点火，如图2所示由下列部分组成：供给煤粉33和一次空气34用的一次套管32;旋转叶片36，它使煤粉33和一次空气34的混合流旋转，进而使混合流产生浓淡分布，扩径部分37;火焰稳定器38;调节 旋转叶片36张开度的开度调节器43;检测煤粉浓度（C/A）的C/A检测器42;对煤粉点火的陶瓷点火器41，发热元件电源44;控制装置45，它根据C/A检测器42发出的信号来控制旋转叶片36的开度，并加电压电流给发热元件41，再发出点火指令。

图3所示系将陶瓷点火器41插入煤粉空气混合流中，研究点火特性的实际结果。由图3可以看出，为了对煤粉33和一次空气34的混合流进行稳定点火，煤粉浓度大体上应为C/A≥0.5，空气流速（V）应为V≤10米/秒。图3表明，随着煤粉供给量的减少如从A-B，从B-C，流速的影响愈加明显，因此，要进行稳定燃烧，就必须降低流速。

对于实际应用的煤粉锅炉来说，煤粉33的管道输送，由于煤粉33比重的关系，多将C/A取为≥0.5。此外，为防止发生逆火，燃烧器形状的设计应以一次套管中煤粉33的流速V＞15米/秒为宜。

因此，要用陶瓷点火器41的发热元件对煤粉33直接点火，必须采取措施，以便像本发明实施例那样来改造燃烧器的结构。

其次，我们用图1和图2来说明本实施例的点火作用。借助于一次套管32中设置的耐热性和耐磨性良好的陶瓷制成旋转叶片36，使一次套管32中以15-20米/秒流速进入的煤粉33和一次空气34的混合流旋转，就可象图1那样，在一次套管32扩径部分37的内表面形成煤粉浓度的点火区域39。

要实现稳定的燃烧，如图3所示，必须根据供煤量来设定适当的煤粉浓度（C/A），但对本实施例来说，利用激光C/A检测装置 42来检测扩径部分37中的煤粉浓度，就可根据其检测信号，用开度调节器43和控制装置45控制旋转叶片36的开度。此外，若用旋转叶片36使混合流旋转过快，就会加大压力损失，所以，若对旋转叶片36的开度加以控制，使C/A介于0.5≤C/A≤2之间，实际使用就没有问题。

作为影响稳定燃烧的其它因素，还有图3示出的空气流速这一条件，就本实施例来说，在煤粉燃烧器4、5、6、7、8、9的出口，亦即一次套管32的顶端设有扩径部分37，因其直径有所加大，所以可将15-20米/秒的流速减小到10米/秒以下。又因混合流与火焰稳定器38碰撞，结果，在火焰稳定器38的附近便可形成循环涡流40。这种循环涡流40的空气流速，就其绝对值来说，就是0-5米/秒的低流速区域，也是适于点火和稳定火焰的区域。就是说，在煤粉燃烧器4、5、6、7、8、9出口的内表面，可以形成煤粉浓度高而且适于对低流速煤粉直接点火的点火区域39。

再者，扩径部分37中煤粉33的粒子与该点火区域处可以加热到给定温度1000～1200℃的陶瓷点火器相撞，结果，导致煤粉33中的不断挥发可连续点火，并在循环涡流40中形成火焰46。通过火焰46的传播蔓延，供给的煤粉33就可以全部燃烧起来。

可见，按照本发明的实施例，在没有以往等离子点火器点火时所产生的那种热NOx的情况下，对煤粉直接点火是切实可行的。

综上所述，就本发明的实施例来说，利用旋转叶片36是可以提高煤粉浓度的。但本发明不仅限于本实施例，若将其它煤仓中的煤粉送入一次套管32，也可以提高煤粉的浓度，此外，若从一次套管32中抽出一次空气，也能提高一次套管32中煤粉的浓度。

按照本发明，可以直接对煤粉进行点火，所以无须使用轻油、重油、燃气之类的辅助燃料，而且能够减少点火时产生的热NOx。若将本发明的煤粉直接点火燃烧器应用于煤粉锅炉，就可以把燃料系统从以往的轻油、重油、煤粉等三个系统合并成为一个煤粉系统，而且可以免除辅助设备以及燃料供给方面的维护保养。

Claims (3)

1、一种煤粉点火燃烧器装置，包括：煤粉供给源，用于在氧气存在的情况下点燃煤粉并包括初级套管和点火区的煤粉燃烧器、用于产生初级气流并把煤粉从所述煤粉供给源经所述初级套管输送到点火区从而把煤粉与空气的混合物送到点火区的输送装置，和用于在所述点火区中点燃包含在混合物中的煤粉的点火装置，所述初级套管有一外围面，一股次级气流沿着该外周面流动，其特征在于：

所述初级套管(32)包括带有大直径部分(37)的末端，用以降低混合物的流速，所述大直径部分中一内周围部分的不向次级气流(35)开放的附近区域构成了所述点火区(39)；在邻近所述大直径部分的一部分初级套管(32)中装有旋转叶片(36)，用于把旋转能够供给混合物从而提高进入点火区的混合物的煤粉浓度。

2、如权利要求1所述的煤粉点火燃烧器装置，其中在所述大直径部分装有火焰稳定器（38）。

3、如权利要求1或2所述的煤粉点火燃烧器装置，其中装有用于检测所述点火区内的煤粉浓度的检测装置（42）和用于根据所述检测装置的输出信号控制所述旋转叶片的开启的控制装置（45）和开启装置（43）。

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