CN101949542A

CN101949542A - 三层二次风低氮氧化物旋流燃烧器

Info

Publication number: CN101949542A
Application number: CN 201010145738
Authority: CN
Inventors: 苏胜; 向军; 孙路石; 胡松
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2011-01-19

Abstract

本发明提供了一种三层二次风低氮氧化物(NO_x)旋流燃烧器，它主要由从内到外依次套接的一层中心风管，一层一次风管、内二次风管、中二次风管和外二次风管三层二次风管组成；其中一次风管采用了切向进风方式，一次风管出口端安装有煤粉收集器；内二次风管和外二次风管内安装有旋流叶片；各二次风管出口端都具有一定的向外扩展角度。本发明的低NO_x旋流燃烧器通过上述结构能够加强燃烧器局部分级燃烧效果并增大高温烟气回流量，最终达到燃烧器稳定燃烧和降低燃烧所生成NO_x的目的。本发明工业应用性强，适用煤种广泛，特别适合于我国电力系统的动力用煤。

Description

三层二次风低氮氧化物旋流燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧过程中氮氧化物(NO_x)排放控制装置领域，特别是涉及一种降低燃煤电站锅炉燃烧过程中氮氧化物排放的低NO_x燃烧器。

背景技术

燃煤电厂锅炉排放的酸性污染气体主要包括SO_x，NO_x以及CO₂等。随着我国经济技术发展和环保要求的提高，对燃煤电站锅炉的NO_x排放进行有效控制，不仅具有显著的环境效益，而且也具有重大的经济效益和社会效益，是目前亟待解决的环境问题之一。

从技术和经济角度出发，低NO_x燃烧技术一直是应用最广泛的控制燃煤锅炉NO_x排放措施，即便是为了满足排放标准不得不使用投资和运行成本巨大的燃烧后的烟气脱硝技术，仍须采用低NO_x燃烧技术来降低烟气净化装置入口的NO_x浓度，从而达到节省运行费用的目的。现有的低NO_x燃烧技术主要包括：低过量空气燃烧技术、空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术、烟气再循环技术、低NO_x燃烧器技术等。由于低NO_x燃烧器具有技术成熟、应用简便、投资费用小以及不增加运行费用，同时能够将上述几种低NOx技术原理综合在一起等优势，因此一般作为降低燃煤锅炉NO_x排放的首选技术，在燃煤电站锅炉中得到了广泛应用。许多文献表明低NO_x燃烧器技术与其他单独的NO_x控制技术相比，从脱硝效率、投资费用、运行费用、技术成熟度等综合考虑上有很大的优势。美国、日本、加拿大、德国等国在这方面开展了很多研究，但多是针对褐煤、烟煤等高挥发分煤种开发的低NO_x旋流燃烧器。

目前，国内外现有低NO_x旋流燃烧器能有效降低褐煤、烟煤锅炉的NO_x排放，而贫煤、无烟煤等低挥发分煤种存在着着火困难、燃烧稳定性差、难燃尽等特点，常规的手段是强化着火，强化燃烧，增加热强度，这固然有利于贫煤、无烟煤的燃烧，但同时也导致了NO_x生成量的增加，因此现有低NO_x旋流燃烧器对燃用贫煤/无烟煤锅炉的NO_x减排效果很差。然而，我国燃煤电厂中燃用贫煤和无烟煤锅炉比例较大，且电厂煤质多变、质量较差，一些即使按照燃用优质高挥发份煤种设计的锅炉，经常也要燃用较差的低挥发分煤种。低挥发分煤种锅炉采用低NO_x旋流燃烧器同时实现稳定燃烧和低NO_x排放的问题至今未能得到很好解决，国内外开展的相关研究也还很少。因此，开发一种能够适用于燃用贫煤/无烟煤锅炉同时实现稳定燃烧和低NO_x排放的低NO_x旋流燃烧器就具有重要的经济和环保价值。

发明内容

本发明目的是提出一套实用、高效、经济的低NO_x旋流燃烧器设备，对于低品质煤种，本发明可以在保证高效稳燃基础上降低NO_x排放达50％以上，以达到效益与环保的最优化组合，为烟气脱硝技术提供良好的基础，可大规模工业应用于燃煤电站锅炉。

本发明采用的具体技术方案为：

一种三层二次风低氮氧化物旋流燃烧器，包括由内到外依次套接的中心风管，一次风管，内二次风管、中二次风管和外二次风管，其特征在于，所述内二次风管出口端位于所述一次风管出口端的下游，所述中二次风管出口端位于所述内二次风管出口端的下游，所述外二次风管出口端位于中二次风管出口端的下游。

本发明所述的中心风管送出的中心风为直流，用于燃烧器点火时提供油燃烧所需空气、在油枪退出和停炉时冷却油枪和燃烧器，以及在低负荷时补充所需的氧量。

本发明所述的一次风管采用切向进风方式，以产生旋流的一次风；一次风管出口端装有煤粉浓缩器以提高煤粉浓度。

本发明所述的内二次风管内安装有内二次风旋流叶片，以产生旋流的内二次风。

本发明所述的中二次风管内安装有中二次风旋流叶片，以产生旋流的中二次风。

本发明所述的外二次风管中的外二次风为直流。

本发明的上述各风管出口端都具有一定的径向向外扩展角度。

本发明所述的扩展角度为5°～45°。

本发明提供了一套实用、高效、经济的低NO_x旋流燃烧器，脱硝效率可达50％以上。

本发明具有以下特点：

(1)采用了三层二次风管的结构，即旋流内二次风管、旋流中二次风管和直流外二次风管。

(2)空气分级技术明显加强，燃烧器结构上保证了每层二次风管出口端相对其内部的风管出口端都有一定距离，这就推迟了燃料与空气的接触时间，从而有利于形成还原性气氛，使燃料型NO_x大幅度降低；同时直流的外二次风氧化性气氛外壳保障了燃烧后期温度不会过高，从而可以降低热力型NO_x的生成量。

(3)安装在内二次风管和中二次风管中的旋流叶片固定在叶片拉板上，拉板上安装有拉杆，拉杆可以使旋流叶片前后移动，从而可以通过调节旋流叶片拉杆位置调节旋流内二次风、旋流中二次风的旋流强度以及与直流外二次风的比例，从而适应煤种和负荷的变化。

(4)本发明的煤种适应范围广，能很好的适用于我国电站系统的动力用煤。

本发明具有的结构更好的加强了低NO_x旋流燃烧器的燃料分级技术和空气分级技术，从而能够满足稳定燃烧贫煤、无烟煤的需要和最大限度的降低NO_x的生成。

附图说明

图1为新型三层二次风低NO_x旋流燃烧器剖视图。

图2为新型三层二次风低NO_x旋流燃烧器进口结构图。

图3为新型三层二次风低NO_x旋流燃烧器出口结构图。

图4为卧式单角炉新型三层二次风低NO_x旋流燃烧器试验台架。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明

如附图1～图3所示的一种三层二次风低NO_x旋流燃烧器，其主要由从内到外依次套接的中心风管1，一次风管2，内二次风管3、中二次风管6和外二次风管7构成。所述内二次风管(3)出口端位于所述一次风管(2)出口端的下游，所述中二次风管(6)出口端位于所述内二次风管(3)出口端的下游，所述外二次风管(7)出口端位于中二次风管(6)出口端的下游。

中心风管1中的中心风为直流，中心风在燃烧器正常负荷运行时不使用，而主要用在燃烧器点火时提供油燃烧所需空气、在油枪退出和停炉时冷却油枪和燃烧器以及在低负荷时补充所需的氧量；

一次风管2采用了切向进风方式，造成了一次风的旋流，加强了煤粉与空气的接触面积，有利于快速燃烧，一次风的风率一般为16％～22％；旋流一次风管2出口端布置有煤粉浓缩器，以提高煤粉浓度；

内二次风管3内安装有内二次风旋流叶片4，造成了内二次风的旋流，内二次风风率一般为12％～18％；旋流内二次风管3出口端位于一次风管2出口端下游(沿气体流动方向)，与一次风管2出口端相距一般为50mm～100mm。旋流内二次风管3结构一方面满足了煤粉在燃烧初期对氧的需要，使煤粉及时着火；另一方面可以增大烟气回流区，在燃烧器出口形成还原性气氛，以抑制NO_x的生成；

中二次风管6内安装有中二次风旋流叶片8，造成了中二次风的旋流，中二次风风率一般为28％～35％；旋流中二次风管6出口端位于内二次风管3出口端下游(沿气体流动方向)，与内二次风管3出口端相距一般为20mm-50mm。中二次风管6结构一方面加大了空气分级的力度，可以卷吸更多的高温烟气回流；另一方面可以使燃料继续在还原性气氛下燃烧，从而进一步还原已生成的NO_x；

外二次风管7中送出的外二次风为直流，直流外二次风风率一般为25％～30％；外二次风管7的出口端位于中二次风管6出口端下游(沿气体流动方向)，与中二次风管6出口端相距一般为60mm-120mm。外二次风管7结构一方面加强了空气分级，补充了煤粉燃烧后期所需空气，以提高燃烧效率；另一方面提高了气流射流刚性，在火焰周围形成了一个氧化性气氛壳，避免了结渣和高温腐蚀；

低NO_x旋流燃烧器三层二次风管出口端都具有一定的径向向外扩展角度，以加大空气分级力度，扩展角度一般为5°～45°。

应用时，三层二次风低NO_x旋流燃烧器安装在一台100kW单角燃烧煤粉炉上开展试验。试验台架如附图4所示，它由风机9、给煤器10、一次风道11、中心风道12、内二次风道13、中二次风道14、外二次风道15、二次风风箱16、卧式单角炉17以及检测口18组成。启动时燃烧器先用油枪点火，并由中心风管喷出的直流中心风提供油燃烧所需空气，待炉膛加热到一定温度后投入煤粉燃烧，燃烧稳定后退出油枪并关闭中心风道，测定此时尾部NO_x排放浓度。煤粉由给煤器进行给粉，给煤器给粉量为25kg/h，落下的煤粉由来自下面管道的热风携带，煤粉与一次风混合后切向进入燃烧器一次风管，一次风管出口处的煤粉浓缩器将煤粉浓缩后喷入炉膛燃烧；二次风经过热风箱加热后通过不同的管道进入不同的二次风管，内二次风和中二次风经过各自风管内安装的旋流叶片产生旋流后喷入炉膛，而直流外二次风直接由外二次风管喷入炉膛。低NO_x旋流燃烧器的旋流内二次风、旋流中二次风以及直流外二次风分别由来自同一加热风箱的不同管道进行送风，管道上有阀门来控制风量的大小，一次风道上阀门控制风煤比大小。

下面是利用上述燃烧器进行具体实验的例子。

1.实验煤种：劣质煤，以下是煤的工业分析和元素分析(空气干燥基)：

2.实验工况：实验保持煤粉给粉量为25kg/h，分别采用结构改造前的原有旋流燃烧器和改造后的新型三层二次风低NO_x旋流燃烧器两种旋流燃烧器进行燃烧，等煤粉燃烧稳定后测量单角炉膛最后一个孔(即炉膛出口处)的NO_x排放浓度，从而得出实际的对比值。

3.实验结果：

燃烧器类型	炉膛出口氧量(％)	NO_x排放浓度(mg/Nm³)
			原有旋流燃烧器	6	873
新型三层二次风低NOx旋流燃烧器	6	431

4.实验计算：

实验结果表明，新型三层二次风低NO_x旋流燃烧器能够稳定燃烧，同时脱硝效率达到了50.63％，达到了预计的要求。

Claims

1.一种三层二次风低氮氧化物旋流燃烧器，包括由内到外依次套接的中心风管(1)，一次风管(2)，内二次风管(3)，中二次风管(6)和外二次风管(7)，其特征在于，所述内二次风管(3)出口端位于所述一次风管(2)出口端的下游，所述中二次风管(6)出口端位于所述内二次风管(3)出口端的下游，所述外二次风管(7)出口端位于中二次风管(6)出口端的下游。

2.根据权利要求1所述的三层二次风低氮氧化物旋流燃烧器，其特征在于，所述中心风管(1)送出的中心风为直流，用于燃烧器点火时提供油燃烧所需空气、在油枪退出和停炉时冷却油枪和燃烧器，以及在低负荷时补充所需的氧量。

3.根据权利要求1或2所述的三层二次风低氮氧化物旋流燃烧器，其特征在于，所述的一次风管(2)采用切向进风方式，以产生旋流的一次风；一次风管(2)出口端装有煤粉浓缩器(5)以提高煤粉浓度。

4.根据权利要求1-3之一所述的三层二次风低氮氧化物旋流燃烧器，其特征在于，所述内二次风管(3)内安装有内二次风旋流叶片(4)，以产生旋流的内二次风。

5.根据权利要求1-4之一所述的三层二次风低氮氧化物旋流燃烧器，其特征在于，所述中二次风管(6)内安装有中二次风旋流叶片(8)，以产生旋流的中二次风。

6.根据权利要求1-5之一所述的三层二次风低氮氧化物旋流燃烧器，其特征在于，所述外二次风管(7)中的外二次风为直流。

7.根据权利要求1-6之一所述的三层二次风低氮氧化物旋流燃烧器，其特征在于，上述各风管出口端都具有一定的径向向外扩展角度。

8.根据权利要求7所述的三层二次风低氮氧化物旋流燃烧器，其特征在于，所述扩展角度为5°～45°。