CN101832550A

CN101832550A - 基于多级煤粉浓缩的旋流煤粉燃烧器

Info

Publication number: CN101832550A
Application number: CN 201010203918
Authority: CN
Inventors: 范卫东; 林正春; 肖萌; 李友谊; 章明川
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2010-09-15

Abstract

一种电站锅炉技术领域的低氮氧化物旋流煤粉燃烧器，包括：中心油枪、一次风管道、内二次风管道和外二次风管道，其中：中心油枪设置于一次风管道内部中心，内二次风管道固定设置于一次风管道的外部，外二次风管道垂直设置于内二次风管道的外部。本发明实现深度的浓淡燃烧，配合合理的空气动力场实现低NOx燃烧及稳燃，同时具有结构简单、阻力低、操作方便以及有效防止磨损，易于在燃烧器改造时应用。

Description

基于多级煤粉浓缩的旋流煤粉燃烧器

技术领域

本发明涉及的是一种电站锅炉技术领域的装置，具体是一种基于多级煤粉浓缩的旋流煤粉燃烧器。

背景技术

氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染物，它既形成酸雨，破坏生态环境，又形成光化学烟雾，危害人体健康。按新GB 13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》，要求燃煤锅炉自2004年1月1日起，需满足Vdaf＞20％，其NOx＜450mg/Nm3，10％＜Vdaf＜20％，其NOx＜650mg/Nm3，Vdaf＜10％，其NOx＜1100mg/Nm3；并且在排放浓度达标的前提下要对NOx排放总量进行收费，故尽量减少燃烧时产生的NOx总量，有利于减少脱硝装置的运行费用，具有明显的经济优势。

在燃用煤粉的锅炉中，有四角切圆燃烧和旋流燃烧两种。旋流燃烧广泛应用于燃煤电站锅炉中。目前主要有双调风旋流燃烧器，比如授权公告号CN1246627、名称《煤粉燃烧器及使用该煤粉燃烧器的燃烧装置》即属于该类型的燃烧器。该燃烧器虽设有煤粉浓度调节装置，可以实现一定程度的浓淡煤粉燃烧等特点。但该技术中采用了文丘里管进行煤粉的均流，并且同煤粉调节器配合形成一个很窄的流道，使该流道内的气流流速增加很大，因此存在文丘里管、煤粉浓度调节器磨损严重，阻力大的缺点；同时由于大量空气和煤粉都通过同一个通道出去，严重的影响了煤粉的浓缩效果。

目前，低NOx燃烧气往往和整体空气相结合，以达到整体降低NOx排放60％，甚至更多。而整体空气分级使得主燃区域的过量空气系数小于1，这就降低了主燃区域的燃烧强度，因此要求低NOx燃烧器本身具备很强的着火稳燃能力。而煤粉的着火稳燃主要靠的是尽可能提高煤粉浓度，以及回流区卷吸高温烟气，并且在着火期间，尽可能降低和低温二次风的混合，然后在燃尽期间，尽可能提高和二次风之间的湍流强度，增强混合。因此对于稳燃，就提出了尽量提高一次风煤粉浓度；尽可能增强浓相煤粉和回流区高温烟气的混合；在着火期间，尽可能减少二次风的加入，而在燃尽期间尽可能的提高二次风同燃烧气流的混合。

而从氮氧化物生成的角度出发，同样需要在燃烧初期提高煤粉浓度，使得燃烧初期处于缺氧燃烧，利于挥发份氮生成还原性产物，还原已生成的氮氧化物。然而，受限于煤粉送风机的输送能力，以及处于煤粉输送安全性的考虑，燃烧器入口的煤粉浓度只能达到一定程度，进一步提高煤粉浓度只能通过燃烧器本身进行浓淡分离。因此，燃烧器的分离效果，以及和流场的匹配决定了燃烧器的低NOx排放及稳燃特性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于多级煤粉浓缩的旋流煤粉燃烧器，采用多级煤粉浓缩机构，不存在文丘里管结构的局部高速区域，同时多级浓缩结果使得煤粉冲刷量分配到每一级，这就减轻了煤粉浓缩器的磨损，延长浓缩器寿命，实现深度的浓淡燃烧，配合合理的空气动力场实现低NOx燃烧及稳燃，同时具有结构简单、阻力低、操作方便以及有效防止磨损，易于在燃烧器改造时应用。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：中心油枪、一次风管道、内二次风管道和外二次风管道，其中：中心油枪设置于一次风管道内部中心，内二次风管道固定设置于一次风管道的外部，外二次风管道垂直设置于内二次风管道的外部。

所述的一次风管道包括：煤粉浓缩器、煤粉旋流装置、一次风直管和一次风扩口，其中：煤粉浓缩器位于煤粉旋流装置上游，一次风扩口位于一次风直管出口。

所述的内二次风管道包括：由内向外依次连接的内二次风直流管道、内二次风扩口和分流筒，其中：内二次风直流管道位于一次风管道外部，内二次风扩口位于内二次风喷口处，分流筒位于内、外二次风之间的流道。

所述的外二次风管道包括：依次连接的外二次风旋流管道、旋流器和外二次风扩口，其中：外二次风旋流管道位于外二次风喷口的入口流道，旋流器位于外二次风旋流管道内，外二次风扩口位于外二次风喷口处。

所述的一次风直管内由内向外依次设有三个煤粉浓缩分级组件，其中：第一煤粉浓缩分级组件为实心钝体结构、第二煤粉浓缩分级组件和第三煤粉浓缩分级组件均为带直段圆锥环结构，三个煤粉浓缩分级组件依次位于一次风直管的中部且垂直于中心油枪。

与现有技术相比，本发明：

1.充分利用煤粉浓缩分级组件和一次风旋流齿，实现超高浓淡分离比的煤粉浓度分布。采用第一级为实体钝体和第二三级带直段圆锥环结构的配合，使得大部分的煤粉都经过浓缩分离斜面，在经过一次风旋流齿前，已经实现了外浓内淡的煤粉分布。而外侧浓相煤粉经过旋流齿旋转后，由于煤粉惯性更大的特点，使得煤粉特别是大颗粒煤粉和一次风空气进行进一步分离。这就在燃烧器出口实现浓、淡、极淡的环状煤粉浓度分布。结合背景技术介绍的燃烧理论，外侧超浓的煤粉对于低NOx排放以及着火稳燃提供了有利的条件。

2.通过设置于近出口出一次风管道内壁的旋流齿，使得外侧的浓相煤粉产生旋转，延长浓相煤粉在回流区的停留时间，以及降低一二次风的混合强度，抑制NOx生成。经过旋转的浓相煤粉具有较大的旋转动量，且在回流区里的行程较为弯曲，这就使得浓相煤粉在回流区的停留时间延长，以及和该区域的高温烟气湍流程度增加，有利于着火，及还原高温烟气中已产生的氮氧化物。另外，采用和外二次风相同旋转方向的旋转，使得浓相煤粉以及回流区都产生顺着外二次风旋转方向的弱旋，加上中间隔着直流二次风，这就大大地降低一二次风之间的相互作用，同向旋转使得它们的混合得到延迟。随之而来的是更少的二次风加入回流区，使得该区域保持强烈的还原性气氛，有利于对已生成NOx的还原。

3.一次风中心的稀相一次风则保持轴向流动，有较强的刚性，有利于维持一次风向前的环形回流区，稀相一次风中的小粒径煤粉则及时消耗氧气，有利于产生还原性气氛降低NOx。只有环形回流区的存在，才能使得外侧浓相煤粉得到稳燃，以及产生NOx还原区，而环形回流区需要一次风保持较强的轴向刚性，因此本专利的一次风旋流齿高度小于一半，使得中心的一次风沿轴向流动。而且中心位置附近为极淡煤粉区域，并且其煤粉细，容易燃尽消耗氧气，使得该区域形成还原性气氛，产生还原性介质，最大限度的降低了NOx的排放。

4.在实际运行时，通过煤粉浓缩组件第一级的控制，可以调整通过一次风煤粉气流的外侧和内侧的煤粉和空气量，使NOx排放，燃烧效率等达到最佳。

综上所述，本发明那个实现深度的浓淡燃烧，配合合理的空气动力场实现低NOx燃烧及稳燃，同时具有结构简单、阻力低、操作方便以及有效防止磨损，易于在燃烧器改造时应用。

附图说明

图1为本发明煤粉燃烧器结构示意图。

图2为本发明一次风管旋流齿结构示意图。

图3为本发明煤粉燃烧器出口煤粉浓度分布示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-图3所示，本实施例包括：中心油枪1、一次风管道2、内二次风管道3和外二次风管道4，其中：中心油枪1设置于一次风管道2内部中心，内二次风管道3固定设置于一次风管道2的外部，外二次风管道4垂直设置于内二次风管道3的外部。

所述的一次风管道2包括：由内向外依次连接的一次风弯头5、一次风直管6和一次风扩口7，其中：中心油枪1固定设置于一次风直管6的内部中轴线位置，一次风扩口7的直径大于等于一次风直管6的直径。

所述的一次风弯头5内设有均流板8，该均流板8具体位于一次风弯头5内中部，将一次风进口分成外侧小内测大的两个进口，进口面积比2∶3～7∶8，均流板8将一次风弯头5出口分成上侧小下侧大的两个出口，出口面积比为4∶5～7∶8。

所述的一次风直管6的进口端设有均流器9，该均流器9的缩口直径等于3/4～7/8倍一次风管内径，其进口端斜面角度为15～30°，其出口端斜面角度为10～20°。

所述的一次风直管6内由内向外依次设有三个煤粉浓缩分级组件，该煤粉浓缩分级组件具体位于一次风直管6中部并垂直于中心油枪1，其中：第一煤粉浓缩分级组件10为实心钝体结构、第二煤粉浓缩分级组件11和第三煤粉浓缩分级组件12均为带直段圆锥环结构。

所述的煤粉浓缩分级组件在向风面设有防磨陶瓷13。

所述的第一煤粉浓缩分级组件10的进口直径等于中心油枪1外径，出口直径为3/2～2倍中心油枪1外径，锥面角度为15～30°。

所述的第二煤粉浓缩分级组件11的进口直段的直径小于等于第一煤粉浓缩分级组件10的出口直径，直段长度等于1/2～2/3倍中心油枪1外径，圆锥扩口的长度等于1/2～2/3倍中心油枪1外径，倾斜角度为15～30°。

所述的第三煤粉浓缩分级组件12的进口直段的直径小于等于第二煤粉浓缩分级组件11的出口直径，直段长度等于1/2～2/3倍中心油枪1外径，圆锥扩口的长度等于1/2～2/3倍中心油枪1外径，倾斜角度为15～30°。

如图2所示，所述的一次风直管6内设有旋流齿14，该旋流齿14具体位于距离一次风直管6的出口1/4～3/4倍一次风直管6的内径的位置，其偏转角度为60°～80°，偏转角度和外二次风旋转方向相同，旋流齿14高度为1/8～1/4倍一次风直管6的内径。

所述的旋流齿14在向风面均贴有防磨陶瓷13。

所述的内二次风管道3包括：由内向外依次连接的内二次风直流管道15、内二次风扩口16和分流筒17，其中：内二次风直流管道15位于一次风管道2外部，内二次风扩口16位于位于内二次风喷口处，分流筒17位于内、外二次风之间的流道。

所述的内二次风直流管道15外侧设有内二次风挡板18以改变内二次风的风量。

所述的外二次风管道4包括：依次连接的外二次风旋流管道19、旋流器20和外二次风扩口21，其中：外二次风旋流管道19位于外二次风喷口的入口流道，旋流器20位于外二次风旋流管道19内，外二次风扩口21位于外二次风喷口处。

所述的外二次风管道4内设有可调二次风旋流叶片22以调节外二次风旋流强度。

所述的一次风扩口7、内二次风扩口16和外二次风扩口21的扩口角度为40°～70°。

本实施例的具体工作过程如下：

煤粉气流从弯头5进入燃烧器，首先经过均流板8，使得煤粉分成两股气流，这就减轻了由于煤粉经过弯头5在离心力作用下产生的上浓下淡不均与分布。经过均流板8的煤粉气流在均流器9的作用下进一步均匀，然后在一次风直管6中流动。

流动的煤粉进行浓淡分离时，首先接触实心钝体结构的第一级煤粉浓缩10，将中心煤粉往外径区域浓缩；接着接触带直段圆锥环结构的第二煤粉浓缩分级组件11和第三煤粉浓缩分级组件12，使得煤粉逐步往外测浓缩，最终形成如图3所示的主喷口煤粉浓度区域由外环到内环外分为外环浓、中环淡、内环极淡三个区域。通过这三级煤粉浓缩机构，消除了文丘里管结构的局部高速区域，同时使得煤粉冲刷量分配到每一级，这就减轻了煤粉浓缩器的磨损，延长浓缩器寿命。

到达一次风喷口7附近的外测浓相煤粉气流在旋流齿14的作用下，产生和外二次风旋流器20同向的弱旋，由于相对同向的旋转，使得煤粉气流和初期低温的外二次风混合减弱，这不仅有利于初期着火稳燃，而且实现初期富煤粉缺氧燃烧，降低NOx生成。

综上所述，本装置具有稳燃，低NOx排放特性，同时解决传统低NOx燃烧器一次风浓缩期间易磨损的问题。

Claims

1.一种基于多级煤粉浓缩的旋流煤粉燃烧器，包括：中心油枪、一次风管道、内二次风管道和外二次风管道，其中：中心油枪设置于一次风管道内部中心，内二次风管道固定设置于一次风管道的外部，外二次风管道垂直设置于内二次风管道的外部；所述的一次风管道包括：煤粉浓缩器、煤粉旋流装置、一次风直管和一次风扩口，其中：煤粉浓缩器位于煤粉旋流装置上游，一次风扩口位于一次风直管出口，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的基于多级煤粉浓缩的旋流煤粉燃烧器，其特征是，所述的内二次风管道包括：由内向外依次连接的内二次风直流管道、内二次风扩口和分流筒，其中：内二次风直流管道位于一次风管道外部，内二次风扩口位于内二次风直流管道出口，分流筒位于内二次风直流管道进口；所述的外二次风管道包括：依次连接的外二次风旋流管道、旋流器和外二次风扩口，其中：旋流器位于外二次风旋流管道进口，外二次风扩口和外二次风旋流管道出口连接。

3.根据权利要求1所述的基于多级煤粉浓缩的旋流煤粉燃烧器，其特征是，所述的一次风弯头内设有均流板，该均流板具体位于一次风弯头内中部，将一次风进口分成外侧小内测大的两个进口，进口面积比2∶3～7∶8，均流板将一次风弯头出口分成上侧小下侧大的两个出口，出口面积比为4∶5～7∶8。

4.根据权利要求1所述的基于多级煤粉浓缩的旋流煤粉燃烧器，其特征是，所述的一次风直管的进口端设有均流器，该均流器的缩口直径等于3/4～7/8倍一次风管内径，其进口端斜面角度为15～30°，其出口端斜面角度为10～20°。

5.根据权利要求1所述的基于多级煤粉浓缩的旋流煤粉燃烧器，其特征是，所述的第一煤粉浓缩分级组件的进口直径等于中心油枪外径，出口直径为3/2～2倍中心油枪外径，锥面角度为15～30°。

6.根据权利要求1所述的基于多级煤粉浓缩的旋流煤粉燃烧器，其特征是，所述的第二煤粉浓缩分级组件的进口直段的直径小于等于第一煤粉浓缩分级组件的出口直径，直段长度等于1/2～2/3倍中心油枪外径，圆锥扩口的长度等于1/2～2/3倍中心油枪外径，倾斜角度为15～30°。

7.根据权利要求1所述的基于多级煤粉浓缩的旋流煤粉燃烧器，其特征是，所述的第三煤粉浓缩分级组件的进口直段的直径小于等于第二煤粉浓缩分级组件的出口直径，直段长度等于1/2～2/3倍中心油枪外径，圆锥扩口的长度等于1/2～2/3倍中心油枪外径，倾斜角度为15～30°。

8.根据权利要求1或3所述的基于多级煤粉浓缩的旋流煤粉燃烧器，其特征是，所述的一次风直管内设有旋流齿，该旋流齿具体位于距离一次风直管的出口1/4～3/4倍一次风直管的内径的位置，其偏转角度为60°～80°，偏转角度和外二次风旋转方向相同，旋流齿高度为1/8～1/4倍一次风直管的内径。

9.根据权利要求2所述的氮氧化物旋流煤粉燃烧器，其特征是，所述的内二次风直流管道外侧设有内二次风挡板以改变内二次风的风量。

10.根据权利要求2所述的氮氧化物旋流煤粉燃烧器，其特征是，所述的外二次风管道内设有可调二次风旋流叶片以调节外二次风旋流强度。