CN101368727A

CN101368727A - 一种煤粉燃烧装置及其燃烧方法

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Publication number: CN101368727A
Application number: CNA2008100428080A
Authority: CN
Inventors: 刘伟军; 张书华
Original assignee: Shanghai University of Engineering Science
Current assignee: Shanghai University of Engineering Science
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: CN101368727B

Abstract

本发明提供一种煤粉燃烧装置及其燃烧方法，通过在该燃烧装置中施加高电压，使流入该燃烧装置中的煤粉荷电之后实现定向浓缩，浓淡分离，并且使燃料气流改性，实现双重强化燃烧并控制污染。煤粉燃烧装置包括：一柱状金属导体，设置于该燃烧装置的中心，用于形成电晕，作为电晕极；一金属外套管，套设于该柱状金属导体外，作为接地极。利用该燃烧装置的燃烧方法，包括使煤粉顺着通过该一次风管进入燃烧装置，在所述金属导体和外套管之间施加高电压，从而在中心金属导体与外管套间形成非均匀强电场，使流入的煤粉气流在该非均匀强电场的作用下经荷电后产生环向定向浓缩和改性。

Description

一种煤粉燃烧装置及其燃烧方法

技术领域

本发明涉及一种煤粉燃烧装置及其燃烧方法，尤指一种在该燃烧装置中施加高电压的煤粉燃烧装置及其燃烧方法。

背景技术

目前我国的用电主要是通过燃煤实现电站的发电，工业锅炉中也主要是利用燃煤对锅炉进行加热。然而，我国的电站锅炉和工业锅炉中用的煤复杂多变，绝大多数锅炉实际燃煤与锅炉设计用煤差别很大，煤种多变和煤质变差造成锅炉运行过程中高负荷时，锅炉炉膛燃烧器区域结渣。炉膛出口温度提高，对流过热器超温，减温水量增加。锅炉低负荷运行时，煤粉燃烧器燃烧不稳定，必须投油助燃，严重影响锅炉安全经济运行；而且煤粉燃烧造成了很大的污染，我国城市大气污染很大一部分来源于电力工业与工业锅炉燃煤。

针对以上存在的缺点，现有改进的对煤粉低污染强化燃烧的燃烧器主要集中在两个方面：一是使煤粉喷出形成浓淡分离，强化着火，在低氧情况下燃烧，减少NOx生成。如，PM型、水平浓淡型、船型燃烧器等；二是使煤粉喷出尽可能均匀，在合适、均匀的配风下强化燃烧，减少NOx生成。如，夹心风、周界风、齿环型燃烧器等。这两类燃烧器均是通过结构作用实现其功能，没有对燃料粉产生任何额外力的作用和一次风流强化燃烧的预处理作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种煤粉燃烧装置及其燃烧方法，通过在该燃烧装置中施加高电压，使流入该燃烧装置中的煤粉实现浓淡分离，并且使燃料和气流改性，实现双重强化燃烧并控制污染。

为解决上述技术问题，本发明的煤粉燃烧装置，其特征在于包括：

一柱状金属导体，设置于该燃烧装置的中心用于形成电晕，作为电晕极；

一金属外套管，套设于该柱状金属导体外，作为接地极。

复数个绝缘耐磨支件，该绝缘耐磨支件位于所述柱状金属导体与所述外套管中间，用于所述金属导体与所述外套管间的同心支撑定位和相互绝缘。

该燃烧装置的进一步改进在于：所述柱状金属导体为金属细杆或金属线。

该燃烧装置的进一步改进在于：所述柱状金属导体外壁上分布设置复数个用于形成电晕的金属导体；该柱状金属导体为金属管或金属杆；所述用于形成电晕的金属导体为金属针刺或金属低肋片或者金属细杆或线。

该燃烧装置的进一步改进在于：该复数个金属针刺或金属低肋片或者金属细杆或线在所述的金属管或金属杆外壁的轴向和径向呈均匀对称分布。

该燃烧装置的进一步改进在于：所述绝缘耐热耐磨支件为陶瓷棒状支件。

本发明利用上述煤粉燃烧装置进行燃烧的方法，包括使煤粉通过一次风管进入燃烧装置，其特征在于还包括以下步骤：

在所述柱状金属导体和外套管之间施加高电压，利用该高电压使用于形成电晕的金属导体产生电晕，从而在所述柱状金属导体与外套管间形成非均匀强电场，使流入的煤粉气流在该非均匀强电场的作用下经荷电后产生定向浓缩和改性。

通过上述技术方案，本发明的煤粉燃烧装置及其燃烧方法，通过在外套管和中心金属导体间施加高电压，形成电晕并在该外套管和中心金属导体间形成非均匀强电场，使煤粉气流在电晕荷电作用下荷电以使燃料、助燃氧气和析出可燃气体的改性，即降低燃烧反应活化能，强化燃烧的氧化还原反应，加快着火与燃烧速度，可实现低氧燃烧；同时又在非均匀强电场力作用下实现煤粉喷出的环向浓淡分离，浓粉流区实现富燃料燃烧，利于着火和火焰稳定，以低氧燃烧去控制燃料型NO_X的形成，淡粉流区进行贫燃料燃烧，燃烧温度降低，可减少热反应型NO_X的形成；从而达到双重强化燃烧与污染控制的功效。

另外，本发明的煤粉燃烧装置的进一步改进在于：所述绝缘耐磨支件为陶瓷旋流叶片支件。

本发明的煤粉燃烧方法的进一步改进还包括：在该燃烧装置的进出口处设置旋流叶片支件，从而使燃烧装置中流动的煤粉气流进一步在离心力的作用下实现环向浓缩。

通过该进一步改进的技术方案，可以使得煤粉在电场力和离心力的共同作用下实现环向浓缩，达到更强烈的浓淡分离。

附图说明

图1为本发明燃烧装置一较佳实施例的纵向截面图；

图2为本发明燃烧装置一较佳实施例的A-A截面图；

图3为本发明燃烧装置另一较佳实施例的A-A截面图；

图4为本发明燃烧装置一较佳实施例的B-B截面图；以及

图5为本发明燃烧装置一较佳实施例的C-C截面图。

具体实施方式

参考图1，为本发明一较佳实施例的纵向截面图。本发明的燃烧装置包括一设置于该燃烧装置中心的金属管1，作为电晕极(也可以为其他的柱状的金属导体，比如金属杆；也可以为金属细杆或线)，同心套设于该金属管1外的金属外套管2，作为接地极，设置于该燃烧装置入口处与出口处、在金属管1与外套管2之间的复数个绝缘耐热耐磨支件3。

同时参考图2为本发明一较佳实施例的A-A截面图，图3为本发明另一较佳实施例的A-A截面图。中心的金属管1外壁分布设置复数个具有尖端特性的用于形成电晕的金属导体，可以采用焊接金属针刺4或金属低肋片4′，使其沿金属管1的外壁的轴向与径向成均匀对称布置。当在金属管1与外套管2间施加高电压时，由于金属针刺4或金属低肋片4′的尖端特性形成电晕(该金属针刺或金属低肋片只是本发明的较佳实施例，也可以为其他可以形成电晕的金属导体，比如金属细杆、金属线)，金属管1与金属针刺4或金属低肋片4′形成中心电晕极，从而在金属管1与外套管2间形成非均匀的强电场。另外，当中心设置的柱状金属导体为金属细杆或线时，该金属细杆或线相对于金属外套管2具有尖端特性，可以单独形成电晕极，不需要在该金属细杆或线的外壁设置具有尖端特性的金属导体。

外套管2外壁入口处设置一金属法兰5，该燃烧装置通过该金属法兰5直接与一次风管(图中未示)连接，该燃烧装置外套管2、炉体以及一次风管等连接管道要安全接地，以确保高电压对操作人员不构成危险。

同时参考图4为本发明燃烧装置一较佳实施例的B-B截面图，图5为本发明燃烧装置一较佳实施例的C-C截面图。在该燃烧装置的一次风入口6处，即燃烧装置的入口处与该燃烧装置出口处，通过复数个绝缘耐热耐磨支件3、中心限位件7以及外套管限位件8将金属管1同心固定在外套管2内，且该复数个绝缘耐磨支件具有导向作用。在金属管1入口端的外管壁设置一接线柱9，在中心的金属管1接线柱9周围设置一绝缘耐热耐磨引线套管10，穿过引线套管10的高压电缆11一端接于接线柱9，另一端与外界直流高压电源(正负电晕均可)或脉冲直流高压电源(正负电晕均可)相接。

如果设计成直流燃烧装置，复数个绝缘耐热耐磨支件3为陶瓷棒状支件，建议在一次风入口6处，即该燃烧装置的入口处设置三个陶瓷棒状支件，并用中心限位件7和外套管限位件8固定；该燃烧装置出口处设置四个陶瓷棒状支件，并用中心限位件7和外套管限位件8固定，确保中心金属管1与外套管2同心度高，且保证合理间隙。如果设计成弱旋流燃烧装置，复数个绝缘耐热耐磨支件3为陶瓷旋流叶片，建议在一次风入口6处，即该燃烧装置的入口处设置三至五个陶瓷旋流叶片，并用中心限位件7和外套管限位件8固定，该燃烧装置出口处设置四至六个陶瓷旋流叶片支件，并用中心限位件7和外套管限位件8固定，确保中心金属管1与外套管2同心度高，且保证合理间隙。

利用上述的煤粉燃烧装置燃烧煤粉包括以下步骤：

在引线套管10和接线柱9间施加高电压，可以通过高压电缆11与外界直流高压电源(正负电晕均可)或脉冲直流高压电源(正负电晕均可)连接施加高电压。当引线套管10和接线柱9间施加高电压后，由于金属针刺4或金属低肋片4′的尖端特性形成电晕，在中心的金属管1和外套管2间形成非均匀强电场。

将一次风煤粉气流通过一次风入口6均匀流入该燃烧装置。煤粉气流在中心金属管1与外套管2间流过时，煤粉与空气都在环形空腔的非均匀强电场中发生电场荷电和煤粉定向浓缩。在燃烧装置环形空腔的非均匀强电场电场荷电作用下，燃料、助燃氧气和析出的可燃气体改性，即O₂、CO、CH₄的部分离子化，荷电煤粒表面活性增加，电晕产生大量强氧化剂O₃，降低燃烧反应活化能，强化了燃烧的氧化还原反应，加快着火与燃烧速度，可实现高效低氧燃烧。与此同时，荷电煤粉颗粒受到中心金属管1径向指向外套管2的电场力作用，使煤粉不断趋近外套管2内壁，因此，在该燃烧装置出口处靠近外套管2形成环向煤粉浓相区，而靠近中心金属管1形成环向煤粉淡相区，实现电场力作用下的煤粉浓淡分离。另外，如果设计成弱旋流燃烧器，则其入口端采用三至五片陶瓷旋流叶片支件撑，其出口端采用四至六片陶瓷旋流叶片支件，并确保进出口旋流叶片支件旋向相同，从而，在该燃烧装置的中心金属管1与外套管2的空腔中，一次风粉流会产生一定强度的旋转，煤粉在离心力作用下不断被抛向外套管2内壁，因此，在该燃烧装置出口处靠近外套管2形成更强烈的环向煤粉浓相区，而靠近中心金属管1形成更强烈的环向煤粉淡相区，实现电场力和离心力共同作用下的煤粉浓淡分离。浓粉流区实现富燃料燃烧，利于着火和火焰稳定，以低氧燃烧去控制燃料型NO_x的形成，淡粉流区进行贫燃料燃烧，燃烧温度降低，可减少热反应型NO_x的形成。

可以理解的是，上述实施例的详细说明是为了阐述和解释本发明的原理而不是对本发明的保护范围的限定。在不脱离本发明的主旨的前提下，本领域的一般技术人员通过对上述技术方案的所教导的原理的理解可以在这些实施例基础上做出修改，变化和改动。因此本发明的保护范围由所附的权利要求以及其等同来限定。

Claims

1.一种煤粉燃烧装置，其特征在于包括：

一金属外套管，套设于该柱状金属导体外，作为接地极。

2.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于：所述柱状金属导体为金属细杆或金属线。

3.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于：所述柱状金属导体外壁上分布设置复数个用于形成电晕的金属导体。

4.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于还包括：复数个绝缘耐热耐磨支件，该绝缘耐热耐磨支件位于所述柱状金属导体与所述外套管中间，用于所述柱状金属导体与所述外套管间的同心支撑定位和相互绝缘。

5.如权利要求3所述的燃烧装置，其特征在于：所述柱状金属导体为金属管或金属杆，所述用于形成电晕的金属导体为金属针刺或金属低肋片或者金属细杆或线。

6.如权利要求5所述的燃烧装置，其特征在于：所述复数个金属针刺或金属低肋片或者金属细杆或线在所述的金属管或金属杆的外壁轴向和径向呈均匀对称分布。

7.如权利要求1-6任一所述的燃烧装置，其特征在于：所述绝缘耐热耐磨支件为陶瓷棒状支件。

8.如权利要求1-6任一所述的燃烧装置，其特征在于：所述绝缘耐热耐磨支件为陶瓷旋流叶片支件。

9.一种利用权利要求1所述煤粉燃烧装置进行燃烧的方法，包括使煤粉通过一次风管进入燃烧装置进行燃烧的步骤，其特征在于：

在所述燃烧装置的中心设置一柱状金属导体，用于形成电晕，作为电晕极；

于该柱状金属导体外设置一金属外套管，作为接地极；以及

在所述柱状金属导体和外套管之间施加高电压，利用该高电压使形成电晕的金属导体产生电晕，从而在所述柱状金属导体与外套管间形成非均匀强电场，使流入的煤粉气流在该非均匀强电场的作用下经荷电后产生定向浓缩和改性。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于还包括：在该燃烧装置的进出口处设置旋流叶片支件，从而使燃烧装置中的煤粉气流进一步在离心力和电场力的共同作用下实现环向定向浓缩。