CN101368728B - 煤粉燃烧方法与煤粉燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种煤粉燃烧方法，包括以下步骤：通过一次风管道将一次风煤粉气流吹入一燃烧器内；所述煤粉气流经过所述燃烧器，并从燃烧器喷嘴喷入炉内进行燃烧；其中，上述方法还包括：在所述燃烧器内施加一非均匀强电场，使所述进入燃烧器内的煤粉气流在非均匀强电场中发生电晕荷电，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；同时荷电煤粉颗粒受到电场力作用，产生煤粉浓淡分离。实现了强化燃烧与污染控制的双重功效。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤粉燃烧方法，尤指一种使煤粉气流荷电并产生浓淡分离和改性的方法，本发明还涉及一种上述燃烧方法中使用到的煤粉燃烧器。
背景技术
当前煤炭占世界能源总需求的30％，大型电站锅炉中燃烧的煤粉占世界煤炭总消费的50％以上，燃煤发电量占世界总发电量的40％左右。燃烧过程煤炭中的氮和燃烧空气中的氮被转化成一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，这些通常称为NOX的氮氧化物对酸雨和光化学烟雾的形成，以及臭氧层的减少有直接关系。NOX还可通过呼吸进入人体，刺激呼吸道和肺部，对心脏、肝脏、肾脏造成损害，引起急性或慢性中毒，并有致癌作用。
工业使用的煤燃烧装置特别是大型燃煤电厂是全球NOX排放的主要来源之一。近年来NOX污染已引起世界范围的普遍关注，许多国家制定了非常严格的法规来限制工业用煤燃烧过程中NOX的排放。
目前主要运用的NOX治理技术主要集中在两个方面：一是煤粉浓淡燃烧技术，通过一定的措施把一次风分成煤粉浓度高的浓气流和煤粉浓度低的淡气流喷入炉内进行燃烧；一次风煤粉气流经过浓缩器分离后，浓侧煤粉气流内浓度高，含粉量大，空气量变化不大，浓侧一次风气流中的空气量仅仅能维持煤粉内挥发份的着火和燃烧，燃料相对较多，即过量空气系数小，属于缺氧燃烧，燃烧温度低，故燃料型NOX和热力型NOX都低，因而能大大降低NOX的排放量；而在淡侧由于空气量相对较大，属于富氧燃烧，燃烧温度也低，热力型NOX生成也少。其使用到的燃烧器包括：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。
但是，这两类燃烧方法均是通过改变燃烧器结构以实现其功能，却没有对煤粉气流产生任何额外力和特殊处理作用，因此，现有的煤粉燃烧技术尚有创新可能和进一步改进的必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种煤粉燃烧方法与煤粉燃烧器，不仅对燃烧器提出了一种创新的煤粉实现浓淡分离的方法，同时也利用到了煤粉气流的改性对燃烧产生了额外助力，实现了强化燃烧与污染控制的双重功效。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种煤粉燃烧方法，包括以下步骤：通过一次风管道将一次风煤粉气流吹入一燃烧器内；所述煤粉气流经过所述燃烧器，并从燃烧器喷嘴喷入炉内进行燃烧；其中，上述方法还包括：在所述燃烧器内施加一非均匀强电场，使所述进入燃烧器内的煤粉气流在非均匀强电场中发生电晕荷电，并产生煤粉浓淡分离的步骤。
本发明另一方面还提供了一种煤粉燃烧器，包括一燃烧器喷嘴以及一用于连接所述喷嘴与一次风道的绝缘连接件，其中：所述燃烧器喷嘴包括一外部绝缘壳体，所述壳体内设有：一产生非均匀强电场的非平板电晕极板，通过高压电缆与外界高压电源相连；与所述非平板电晕极板相对平行布置的接地极板，通过接地线实现接地。
本发明的进一步改进在于，通过在所述燃烧器内设置相互平行的非平板电晕极板与接地极板，产生非均匀强电场。
本发明的进一步改进在于，所述非平板电晕极板与接地极板垂直地面布置，使煤粉气流形成水平浓淡分离。所述非平板电晕极板与接地极板还可以平行地面布置，使煤粉气流形成垂直浓淡分离。
本发明的进一步改进在于，所述非平板电晕极板为表面具有锯齿结构的金属板或表面具有均布针刺结构的金属板。制成针刺形和锯齿形电晕极板目的为了燃烧器空间内形成强烈的非均匀电场，以便产生强烈电晕放电，强化气体与煤粉的荷电与浓淡分离，结构简单，制造方便，流动阻力低，经久耐用。
本发明的煤粉燃烧方法通过在燃烧器内施加一非均匀强电场，使所述进入燃烧器内的煤粉气流在非均匀强电场中发生电晕荷电，使燃料、助燃氧气和析出可燃气体的改性，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，荷电煤粉颗粒受到电场力作用，向接地极板方向靠近，因此，在燃烧器喷口处靠近接地极板形成煤粉浓相区，而靠近非平板电晕极板形成煤粉淡相区，实现电场力作用下的煤粉浓淡分离，以减少NOX生成。
附图说明
图1是本发明的燃烧器的正面透视图；
图2是本发明的燃烧器的侧面透视图；
图3是本发明的具有另一结构电晕极板的燃烧器的正面透视图；
图4是本发明的具有另一结构电晕极板的燃烧器的侧面透视图；以及
图5是本发明的电晕极板与接地极板垂直地面布置的燃烧器的侧面透视。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明的燃烧器主要由燃烧器喷嘴10和绝缘连接件20两部分组成(参见图1所示)。燃烧器喷嘴10包括一外部绝缘壳体11，所述壳体11内设有：一非平板电晕极板12，通过高压电缆13与外界电源相连，所述电源既可以使用正或负电晕高压直流电源，也可以使用正或负电晕脉冲高压直流电源；一接地极板14，与所述非平板电晕极板12相对平行布置的，通过接地线15实现接地。所述绝缘连接件20包括绝缘耐温耐磨法兰21、连接螺栓22、螺母23及密封垫圈24等。
本发明的燃烧器喷嘴10与一次风管道采用绝缘法兰21连接，燃烧器10与连接管道以及炉体要进行安全接地，以确保高电压对操作人员不构成危险。法兰21和外部绝缘壳体11选用的材料应具有高绝缘性，并且耐高温、耐磨损及较高机械强度，建议选择陶瓷材料。在本实施例中，非平板电晕极板12为具有均布针刺表面结构的耐高温、耐磨金属板，也可如图3、4所示的，采用锯齿形表面结构的耐高温、耐磨金属板，其与外部绝缘壳体11可以为嵌入结构或复合结构，非平板电晕极板12可以通过高压电缆13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。制成针刺形和锯齿形电晕极板目的为了燃烧器空间内形成强烈的非均匀电场，以便产生强烈电晕放电，强化气体与煤粉的荷电与浓淡分离，结构简单，制造方便，流动阻力低，经久耐用。接地极板14选择耐高温、耐磨金属板，其与外部绝缘壳体11可以为嵌入结构或复合结构，可以通过接地线15与运行场地的专用地线相接。
本发明的燃烧器在使用时，一次风管道将一次风煤粉气流从入口吹入一燃烧器内(如图1中箭头方向所示)，对非平板电晕极板12通电使非平板电晕极板12与接地极板14之间形成一非均匀强电场；煤粉与空气在通过非平板电晕极板12与接地极板14之间时，都在非均匀强电场中受到电晕荷电作用，以使燃料、助燃氧气和析出可燃气体的改性，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，荷电煤粉颗粒受到电场力作用，向接地极板14方向靠近，因此，在燃烧器喷嘴10处靠近接地极板14出口形成煤粉浓相区，而靠近非平板电晕极板12出口形成煤粉淡相区，实现电场力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NOX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NOX的形成。在本实施例中，非平板电晕极板12与接地极板14平行于地面设置，此时产生的是垂直浓淡分离的煤粉气流；也可如图5中所示，将非平板电晕极板12与接地极板14垂直于地面设置，此时即可产生一水平浓淡分离的煤粉气流，因此，本发明的燃烧器可根据工艺需要的不同非常容易地产生不同种类浓淡分离的煤粉气流。
Claims (7)
1.一种煤粉燃烧方法，包括以下步骤：
-通过一次风管道将一次风煤粉气流吹入一燃烧器内；
-所述煤粉气流经过所述燃烧器，并从燃烧器喷嘴喷入炉内进行燃烧；
其特征在于，还包括：在所述燃烧器内施加一非均匀强电场，使所述进入燃烧器内的煤粉气流在非均匀强电场中发生电晕荷电，并产生煤粉气流浓淡分离与改性的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：通过在所述燃烧器内设置相互平行的非平板电晕极板与接地极板，产生非均匀强电场。
3.一种煤粉燃烧器，包括一燃烧器喷嘴以及一用于连接所述喷嘴与一次风道的绝缘连接件，其特征在于：
所述燃烧器喷嘴包括一外部绝缘壳体，所述壳体内设有：
一产生非均匀强电场的非平板电晕极板，通过高压电缆与外界高压电源相连；
与所述非平板电晕极板相对平行布置的接地极板，通过接地线实现接地。
4.如权利要求3所述的煤粉燃烧器，其特征在于：所述非平板电晕极板与接地极板垂直地面布置，使煤粉气流形成水平浓淡分离。
5.如权利要求3所述的煤粉燃烧器，其特征在于：所述非平板电晕极板与接地极板平行地面布置，使煤粉气流形成垂直浓淡分离。
6.如权利要求3、4或5所述的煤粉燃烧器，其特征在于：所述非平板电晕极板为表面具有锯齿结构的金属板。
7.如权利要求3、4或5所述的煤粉燃烧器，其特征在于：所述非平板电晕极板为表面具有均布针刺结构的金属板。
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