CN102032563B - 一种煤粉燃烧器及具有该煤粉燃烧器的锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种煤粉燃烧器和具有该煤粉燃烧器的锅炉，公开的煤粉燃烧器包括热源和维持内部煤粉气流具有预定的过量空气系数的内燃室，热源位于内燃室内，内燃室具有进口，长筒形主燃烧室和出口；热源能够点燃通过内燃室的煤粉，并使煤粉在内燃室内进行还原性燃烧；优选的，内燃室包括主燃烧室和减速进口段，减速进口段的截面积小于主燃烧室的截面积。本发明提供的煤粉燃烧器的内燃室能够维持较小的空气系数，以在内燃室形成还原性气氛；煤粉在内燃室中进行还原性燃烧，使煤粉气流以高温煤粉燃烧火焰的形式进入炉膛中，能够提高煤粉燃烧的稳定性；同时，还原性燃烧还能够使氮元素转化成还原性中间产物，从而抑制燃料型氮氧化物的生成。

Description

一种煤粉燃烧器及具有该煤粉燃烧器的锅炉

技术领域

本发明涉及一种煤粉燃烧技术，尤其涉及一种煤粉燃烧器，还涉及一种具有该煤粉燃烧器的锅炉。

背景技术

当前，锅炉的燃烧过程包括两个阶段：第一个阶段是锅炉点火阶段，第二阶段正常燃烧阶段。

在第一个阶段，锅炉点火时，为了将煤粉点燃，并保持煤粉的燃烧，提高炉膛的温度，往往需要投入燃油进行助燃，以将煤粉点燃，提高炉膛内温度；在炉膛内的温度升高到一定高度之后，进入锅炉燃烧的第二个阶段，即正常燃烧阶段。

在正常燃烧阶段，停止投入燃油，煤粉进入炉膛之后，在炉膛内的高温烟气辐射热、对流热作用下着火，燃烧，释放出热量。

当前的锅炉燃烧技术虽然能够保持煤粉的燃烧，但却存在以下两个主要不足：

第一个不足就是：在正常燃烧阶段，为了保持煤粉的连续燃烧，需要保持炉膛内较高的温度；只有保持炉膛内较高的温度，煤粉才能依赖炉膛内高温烟气的辐射热和对流热燃烧，保持煤粉的燃尽率。因此，在锅炉开始运行初期，由于炉膛内温度较低，煤粉的燃尽率非常低，这就使得锅炉运行的效率偏低。而且，在炉膛内温度低于一个确定的点时，锅炉就无法自行保持持续性运行，存在锅炉中煤粉燃烧稳定性较差的缺陷。因此，在锅炉低负荷运行时，往往还需要投入燃油助燃，以保持锅炉的持续运行。

由此可见，现有技术中，煤粉燃烧器实际上只是一个燃料传输部件，并不能保持煤粉燃烧的稳定性。为了提高锅炉运行过程中，煤粉燃烧的稳定性，当前人们主要从降低煤粉的着火热和提高着火供热两方面入手，采取了相应了措施，以提高锅炉煤粉燃烧的稳定性。

降低煤粉的着火热主要通过改善一次风的性能实现的，其方式主要包括：提高一次风粉的煤粉质量浓度；提高一次风煤粉的初温，来增加一次风中煤粉的着火性能；在该技术方面，比较有代表性的是WR燃烧器、PAX型燃烧器。

提高着火供热的技术措施主要包括：改变煤粉燃烧器一次风流动的组织或方向，强化着火供热，改善煤粉的着火性能；提高一次风煤粉气流与炉膛内高温烟气的接触面积和热质交换强度。以下以一个具体实例说明一种提高着火供热方式的技术方案。

该实例中，锅炉包括一个预燃室煤粉燃烧器和锅炉本体，锅炉本体形成炉膛。请参考图1，该图为现有技术中，预燃室煤粉燃烧器的结构示意图。该煤粉燃烧器包括一次风管1、轴向旋流叶片2、预燃室3、预燃室出口4，预燃室出口4与锅炉的炉膛(图中未示出)相通。上述结构的煤粉燃烧器的工作原理是：煤粉气流通过一次风管1、经过轴向旋流叶片2形成的一次风旋转气流，送入圆筒形预燃室3，在一次风进口处的圆锥形端盖的作用下，把受限的一次风旋转气流引向周向壁面，并在预燃室3中央形成一个很大的回流区，该回流区具有相应的负压。在预燃室3内回流区的负压作用下，预燃室3外、炉膛中的高温烟气通过预燃室出口4回流到一次风根部，并将进入预燃室3的煤粉点燃，实现锅炉的预燃，点燃后的煤粉再进入炉膛内燃烧。

上述技术措施虽然能够通过着火供热的方式提高锅炉中煤粉燃烧的稳定性，降低了锅炉不投油时的最低运行负荷；但在锅炉启动阶段，煤粉仍然依赖于燃油才能着火、燃烧；在正常燃烧阶段，煤粉仍然依赖于炉膛内的高温烟气的热量着火、燃烧，其负荷适应性及运行的稳定性仍然存在有限，存在的技术缺陷仍然没有从根本上加以解决。

另外，在申请人研发过程中，还查阅到中国专利文献CN2580304Y公开的一种生产成本低、燃烧完全、直喷式的碳粉燃烧机，该碳粉燃烧机设置于沥青拌合槽、石料干燥炉或焚化炉等需作大量干燥或焚化的机具或设备前方，能够喷出火焰，以实现对其他物品的焚烧或加热。为了避免燃烧液态燃料造成的成本高，燃烧不完全的不足，该碳粉燃烧机以碳粉作为燃料。该碳粉燃烧机包括本体、点火器和网状的火种拦截器；本体内形成强制引燃内燃室，强制引燃内燃室末段具有进气孔，以使空气进入强制引燃内燃室中；点火器包括电击棒、外环管和燃气管，碳粉通过外环管进入强制引燃内燃室中，燃气通过燃气管进入强制引燃内燃室中，电击棒用于点燃燃气；火种拦截器位于靠近强制引燃内燃室的出口位置。该碳粉燃烧机的工作过程包括两个阶段，第一个阶段是点火启动阶段，在该阶段，电击棒点燃燃气，燃气再将碳粉点燃，在强制引燃内燃室燃烧；点燃后的碳粉通过火种拦截器向外喷出，同时，部分碳粉附着在火种拦截器上，形成碳粉火种，在附着在火种拦截器上的碳粉火种达到一定量时，进入正常运行阶段。在正常运行阶段，通过外环管进入强制引燃内燃室的碳粉由附着在火种拦截器上的碳粉火种点燃，并在外燃室进行完全、充分地燃烧，进而提供足够的热量，保证喷出火焰的强度，实现对其他物品的焚化。该技术方案通过火种拦截器获得足够的火种，以提供足够的供热，使碳粉保证持续燃烧；由于碳粉在强制引燃内燃室进行完全燃烧，碳粉的热量在强制引燃内燃室释放，因此，无法在锅炉上应用。

第二个不足是：在现有技术中，为了提高煤粉的燃烧效率，炉膛中需要保持较高的温度和较高的氧气浓度。在这种情况下，煤粉中的氮元素很容易与氧反应生成氮氧化物，因此使锅炉的氮氧化物生成量较大，降低了锅炉的环保性能。

煤是复杂的高分子碳氢化合物，其主要成分为：碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分，其中氮元素含量约为0.5％-2.5％。煤中的氮元素在燃烧过程中的化学变化十分复杂，燃烧前期主要转化成NHi(i＝0，1，2)、HCN等还原性中间产物和氮氧化物；燃烧后期部分还原性中间产物会与已产生的氮氧化物反应生成N₂，其余的中间产物继续与氧反应生成更多的燃料型氮氧化物；在煤粉燃烧过程中，由是煤中的氮元素在高温火焰中发生热分解生成燃料型氮氧化物，燃料型氮氧化物约占全部煤粉燃烧过程中氮氧化物生成量的75％-90％。且研究发现：燃料型氮氧化物的生成量主要与氧的浓度有关，在很大的范围内几乎与温度无关。燃烧过程中，氧气补充越及时，氧量越充足，煤中氮元素转化成氮氧化物的比例就越大；相反，在缺氧条件下，更容易产生还原性中间产物，且最终产生的燃料型氮氧化物的量也相对较少。

为了减少锅炉的氮氧化物排放量，当前采用的方法主要有两种：一是在煤粉燃烧产生氮氧化物之后，在这些氮氧化物随烟气排出锅炉尾部烟道进入烟囱之前，依靠专门的氮氧化物吸收设备对氮氧化物进行吸收和还原，使其转化为其他物质，中国专利文献CN1439450就公开了一种与此相似的技术方案；二是低氮氧化物燃烧技术，即减小煤中的氮元素与空气中的氧反应的可能，从而抑制燃烧过程中氮氧化物的产生，中国专利文献CN101050853就公开了其中的一种技术方案。

传统的低氮氧化物燃烧技术在适当降低炉膛温度，以控制热力型氮氧化物生成的同时，在炉膛内营造范围尽量大的含氧量较低的还原性反应区来控制燃料型氮氧化物的生成量，其主要实现方式是：1)炉膛整体空气分级。如图2所示炉膛整体空气分级低氮氧化物燃烧技术的原理示意图，在炉膛下部，形成还原性燃烧区域A，在炉膛上部形成富氧燃烧区域B，在还原性燃烧区域A中，尽量减少空气的供入量，以煤粉进行不完全的、还原性燃烧；在炉膛的上部的富氧燃烧区B，以燃尽风等形式进行补氧，为煤粉完全燃烧提供充足的氧气，以在保证炉膛整体的供氧量的同时，保证煤粉的燃尽率，保证锅炉的运行效率。2)现有技术中还提供了一种浓淡分级降低氮氧化物的技术方案在该技术方案中，对煤粉气流进行浓淡分离，将锅炉炉膛分为两个区域，将85％左右的煤粉送入氧含量较高的第一区域进行富氧燃烧，生成大量的氮氧化物；将15％左右的煤粉送入氧含量较低的第二区域，进行还原性燃烧；并将第一区域生成的氮氧化物送入第二区域中，通过还原性燃烧将第一区域生成的氮氧化物还原，抑制氮氧化物物的生成，降低锅炉的氮氧化物的排放量。

在传统的低氮氧化物燃烧技术中，在炉膛内营造还原燃烧区的方式就是调整煤粉气流的风粉比例，即通过减小预定区域的过量空气系数的方式在预定区域形成还原性反应区。然而，减小过量空气系数必然会导致对锅炉的性能产生不利影响，会使煤粉的燃尽率降低，使锅炉飞灰的含碳量增加，降低锅炉的燃烧效率，还可能会影响煤粉燃烧的稳定性。为了避免减小过量空气系数对锅炉产生的上述不利影响，需要向锅炉内补入助燃空气，以满足煤粉着火的要求。助燃空气的补入时机和补充量成为锅炉中煤粉燃烧性能的关键，助燃空气补入不能太晚，补入量也不能太少，这一方面限制了还原性反应区域的大小和还原性燃烧的程度，进而削弱了抑制氮氧化物生成的作用；另一方面，为制造还原性燃烧区域，强制性地破坏了煤粉的燃烧气氛，不可避免地会对煤粉燃尽度以及锅炉的运行效率产生负面影响。

总之，现有低氮氧化物燃烧技术的作用范围仅限于锅炉炉膛内，抑制氮氧化物生成的作用有限，同时还会降低锅炉的燃烧效率。而在锅炉产生的氮氧化物中，燃料型氮氧化物所占比重很大。因此，如何在保证锅炉的运行效率的情况下，降低燃料型氮氧化物的生成量是当前亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术不足，本发明的第一个目的在于提供一种能够提高锅炉煤粉燃烧稳定性的煤粉燃烧器，同时能够降低锅炉运行过程中氮氧化物生成量。

本发明的第二个目的在于提供一种包括上述煤粉燃烧器的锅炉。

为了实现上述第一个目的，本发明提供的煤粉燃烧器包括热源和维持内部煤粉气流具有预定的过量空气系数的内燃室，所述热源位于内燃室内，所述内燃室具有进口，长筒形主燃烧室和出口；所述热源能够点燃通过内燃室的煤粉，并使煤粉在内燃室内进行还原性燃烧；所述内燃室还包括与所述主燃烧室后端相接的加速出口段；所述加速出口段的截面积小于主燃烧室的截面积；所述内燃室还包括与加速出口段后端相接的出口调整段；所述出口调整段前端和后端的截面积相等。

优选的，所述热源为持续性热源，以持续性地点燃煤粉。

优选的，所述内燃室包括与所述主燃烧室前端相接的减速进口段，所述减速进口段的截面积小于主燃烧室的截面积。

优选的，在煤粉气流流动方向上，所述减速进口段的截面积逐渐增加。

优选的，在煤粉气流流动方向上，所述加速出口段的截面积逐渐减小。

优选的，所述内燃室内壁具有陶瓷质耐火材料层。

为了实现上述第二个目的，本发明还提供的锅炉包括炉体形成的炉膛，还包括上述任一种煤粉燃烧器；所述煤粉燃烧器内燃室的出口与所述炉膛相通，以便于使燃烧着的煤粉进入炉膛内继续燃烧。

与现有技术中的燃烧燃烧器不同，本发明提供的煤粉燃烧器不仅仅是一个燃料输送部件，还包括内燃室，所述内燃室用于维持其内部的煤粉气流具有预定的、较小的过量空气系数；所述主燃烧室为长筒形，具有预定的长度；位于内燃室内的所述热源能够点燃通过内燃室的煤粉，使煤粉在内燃室内进行还原性燃烧。由于上述区别，具有该煤粉燃烧器的锅炉能够产生下述技术效果：

第一、在锅炉的启动阶段和正常燃烧阶段，热源都能够点燃通过内燃室的煤粉，使通过内燃室的煤粉燃烧在内燃室中燃烧，形成高温煤粉燃烧火焰；高温煤粉燃烧火焰通过出口进入锅炉的炉膛中，为煤粉在炉膛内的后续燃烧提供良好的着火基础和条件，满足锅炉炉膛内煤粉稳定燃烧的需要。因此，用本发明提供的煤粉燃烧器，在锅炉启动阶段，不需要加入燃油助燃，就可以实现煤粉的着火；在正常燃烧阶段，煤粉的着火和燃烧也不需要依赖于锅炉炉膛的高温烟气，进而能够克服现有技术中，煤粉燃烧不稳定的缺陷。

第二、由于煤粉在煤粉燃烧器中由热源点燃，煤粉气流以高温煤粉燃烧火焰的形式进入炉膛，煤粉不再依赖于炉膛内的高温烟气着火。因此，在炉膛内温度较低时，也能够保持锅炉的持续运行，进而能够使锅炉在比较低的负荷下运行，降低锅炉的最低运行负荷，提高锅炉的适应性能。

第三、由于内燃室中具有主燃烧室，能够为煤粉的燃烧提供较大空间，提高煤粉的燃烧时间，使煤粉燃烧形成的火焰能够在主燃烧室中扩散，从而能够提高进入锅炉炉膛中的高温煤粉燃烧火焰的刚度，进而提高锅炉中煤粉燃烧的稳定性。

第四、由于内燃室中维持煤粉气流具有预定的、较小的过量空气系数，内燃室中能够形成抑制氮氧化物生成的环境，减少锅炉运行过程中，氮氧化物的生成量。在煤粉气流通过进口进入内燃室后，热源将煤粉点燃，内燃室内形成高温、缺氧的强还原性气氛。在这种强还原性气氛下，煤粉中的碳无法与足够的空气进行反应，因此只能在长筒形、具有预定长度的主燃烧室进行不完全的、还原性燃烧。还原性燃烧的结果是：生成的碳化物以一氧化碳为主；同时，由于没有足够的氧同煤中的氮元素结合，因此，煤中的氮元素倾向于与氢、碳等反应，转化为NHi(i＝0，1，2)、HCN等还原性中间产物。这些还原性中间产物与部分已生成的氮氧化物继续反应，生成氮气，最终使较多的氮元素转化成氮气。煤粉在煤粉燃烧器内燃室内燃烧后，形成的高温煤粉燃烧火焰喷入锅炉炉膛中继续燃烧，完成整个燃尽过程。这样就能够减少未燃尽煤粉中的氮元素含量，减少炉膛燃烧过程中燃料型氮氧化物的生成量；由于燃料型氮氧化物为煤粉燃烧氮氧化物主要组成部分，从而能够减少炉膛燃烧过程中氮氧化物的生成量。

另外，与预燃室燃烧器通过回流区提高供火热的技术方案相比：这样，由于不需要设置相应的回流区引燃煤粉，在一方面，可以减少由于回流而造成的煤粉与气流分离，减少煤粉的沉积、结渣，保持煤粉燃烧器的输送性能，进而保证锅炉运行的稳定性；另一方面，高温煤粉燃烧火焰通过出口进入锅炉的炉膛中，高温煤粉燃烧火焰含有大量的可燃气体，且具有较强的刚性，从而有利于锅炉内燃烧组织的优化，提高锅炉运行的效率。

在进一步的技术方案中，克服锅炉正常燃烧时，热源停止工作的技术偏见，将所述热源设置为可持续的，从而能够保证持续不断地将煤粉提前点燃，一方面能够提高煤粉燃烧稳定的程度；另一方面能够保证尽可能多的煤粉在这种抑制燃料型氮氧化物生成的缺氧环境中进行还原性燃烧，使煤粉中的氮元素大量向氮气转化，最终实现抑制燃料型氮氧化物生成的目的。

在进一步的技术方案中，由于内燃室还包括与主燃烧室前端相接的减速进口段；所述减速进口段的截面积小于主燃烧室的截面积。在煤粉气流从减速进口段进入主燃烧室时，由于截面积增加，其流速会相应减小；进一步地，该结构一方面可以使煤粉在具有预定长度的内燃室中停留较长的时间，以从热源及已着火的煤粉放出的热量中吸收更多的热量；在这种情况下，煤粉更容易着火、燃烧，进而提高煤粉在锅炉炉膛中燃烧的稳定性；另一方面能够使煤粉气流从减速进口段进入主燃烧室时，流速会相应减小；可以使煤粉在具有预定长度的内燃室中停留较长的时间，使煤粉中的氮元素尽早、尽多地转化成还原性中间产物，最终转化为氮气，进而更好地抑制燃料型氮氧化物的生成。

在进一步的技术方案中，减速进口段的截面积逐渐增加；该结构能够在降低一次风速度的同时，增强煤粉气流的湍流强度，有利于提高内燃室内轴线附近煤粉的浓度，从而能够提高劣质煤的着火性能，提高煤粉燃烧器的适应性能，还能够提高锅炉中煤粉的燃尽率。

在进一步的技术方案中，在主燃烧室之后设加速出口段，所述加速出口段的截面积小于主燃烧室的截面积，以提高进入锅炉炉膛内的高温煤粉燃烧火焰的速度，保证炉膛整体燃烧组织对煤粉燃烧器出口高温煤粉燃烧火焰速度、动量提出的要求。

在进一步的技术方案中，加速出口段的截面积逐渐减小；该结构能够有效减少煤粉气流中涡流的产生，在内燃室边壁形成适当的流动层，防止煤粉燃烧器出口的局部烧损和结焦；还能够提高高温煤粉燃烧火焰的刚性，使高温煤粉燃烧火焰的速度、动量达到预定要求，促进炉膛内空气动力场的组织和炉膛内煤粉的稳定燃烧。

在进一步的技术方案中，所述内燃室由陶瓷质耐火材料形成陶瓷质耐火材料层；由于陶瓷具有良好的耐火性能和耐热震性，陶瓷质耐火材料层能够在持续高温条件下保持较高的机械强度，以适应锅炉启动、停止过程中，内燃室温度场的急剧变化，因此，该结构能够延长煤粉燃烧器的使用寿命；由于陶瓷具有耐蚀性，因此，陶瓷质耐火材料层能够有效减轻高温烟气对内燃室壁面所造成的高温腐蚀。由于陶瓷具有保温功能，具有较小的传热系数，该结构能够使煤粉燃烧器的外表面保持较低的温度，进而保证煤粉燃烧器的使用安全性，同时能够保持内燃室内较高的温度，有利于煤粉中挥发份析出，进一步地为煤粉的稳定燃烧创造有利条件。

在进一步的技术方案中，使热源基本位于内燃室截面的中心轴线位置，这样能够在内燃室截面上形成均匀的燃烧火焰，进而保证煤粉燃烧的均匀性和内燃室内烟气温度场的均匀性。

本发明提供的具有该煤粉燃烧器的锅炉，煤粉首先在煤粉燃烧器的内燃室内进行燃烧，从而把煤粉燃烧的时间提前，延长了煤粉在锅炉内的燃烧时间，不仅为煤粉进入炉膛燃烧提供稳定地着火和燃烧条件，实现了锅炉炉膛内煤粉燃烧的稳定性，提高了煤粉的燃尽度和锅炉的运行效率；而且，在内燃室中，煤粉进行不完全的、还原性燃烧时，还能够使煤粉中的氮元素主要转化为氮气，降低进入炉膛的未燃尽煤粉中的氮元素含量；这样，能够减少炉膛燃烧过程中燃料型氮氧化物的生成量，因此，本发明提供的锅炉能够大幅度地降低氮氧化物的排放量。

附图说明

图1为现有技术中，预燃室煤粉燃烧器的结构示意图；

图2是炉膛整体空气分级低氮氧化物燃烧技术的原理示意图；

图3为实施例一提供的煤粉燃烧器的结构示意图；

图4为实施例二提供的煤粉燃烧器的结构示意图；

图5示出了实施例二的另一种结构的煤粉燃烧器的结构示意图；

图6示出了实施例三提供的煤粉燃烧器的结构示意图；

图7为实施例三中内燃室的火焰传播的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，本部分描述仅仅是为了详细说明本发明提供的技术方案，具体的描述顺序和用语不应当形成对本发明保护范围的任何限制。

本文件所说的截面是指与煤粉流动方向相垂直的断面；并以煤粉流动方向为参照，靠近内燃室进口位置为前，远离内燃室进口的位置为后。

实施例一：

请参考图3，该图为实施例一提供的煤粉燃烧器的结构示意图。该煤粉燃烧器包括火源200和内燃室100，内燃室100具有进口101和出口102，其内形成长筒状的主燃烧室，形成一个适合的空间，以维持内部煤粉气流具有预定的过量空气系数。本例中，内燃室100还包括与主燃烧室前端相通的过渡管道300，火源200从过渡管道300伸入内燃室100中；过渡管道300与一次风煤粉管道相通。

在煤粉气流流动方向上，所述内燃室100具有预定的长度和截面积，并能够维持煤粉气流中的过量空气系数远小于1。这里的过量空气系数即是指，燃烧1kg煤粉时实际供入内燃室100的空气量与完全燃烧1kg煤粉时所需的理论空气量的比值。维持预定的过量空气系数的方式可以是限制煤粉气流中空气与煤粉的比例，保持较高的一次风煤粉浓度。过量空气系数与煤种有关：煤的水分越大，过量空气系数越大，煤的灰分越大，过量空气系数越小；反之，煤的水分越小，过量空气系数越大，煤的灰分越小，过量空气系数越大；通过简单的试验，就可以确定适合的过量空气系数，获得最优的技术效果。过量空气系数优选在0.15-0.45之间，在该范围内煤粉燃烧器能够维持稳定燃烧，同时可以实现在煤粉着火的内燃室100内形成强烈的还原性气氛，从而有效地抑制氮氧化物的生成。

本例中，为了实现内燃室100内煤粉燃烧的持续性，所述火源200持续地保持在内燃室中，并持续性地将通过进口101进入内燃室100的煤粉点燃。

本例提供的煤粉燃烧器的工作过程是：过量空气系数为0.15-0.45的煤粉气流通过内燃室100时，火源200持续地将煤粉气流中煤粉，煤粉在内燃室100内燃烧进行不完全的、还原性燃烧，还原性燃烧形成的火焰在长筒状的主燃烧室中传播，并释放出热量，在内燃室100，特别在主燃烧室中形成适当高温环境，煤粉气流形成高温煤粉燃烧火焰从出口102喷出。还原性燃烧过程中，持续性火源200和过量空气系数远小于1的条件使内燃室100内维持一个还原性气氛。在该高温环境下，还原性气氛使煤粉中的氮元素首先被热分解，并转化成NHi(i＝0，1，2)、HCN等还原性中间产物和氮氧化物污染物。还原性中间产物与已生成的氮氧化物反应生成氮气。

本例提供煤粉燃烧器具有稳定煤粉燃烧和降低锅炉氮氧化物生成量的益处。

稳定煤粉燃烧的益处具体体现是：煤粉气流在内燃室100内燃烧，形成的高温煤粉燃烧火焰通过出口102喷到炉膛中，这样，煤粉就不依赖于炉膛内的高温烟气着火，从而为煤粉后续在炉膛内的继续燃烧提供良好的着火基础和条件，满足锅炉炉膛中，煤粉稳定燃烧的需要。而且，由于内燃室100中具有主燃烧室，能够为煤粉的燃烧提供较大空间，延长煤粉的燃烧时间，使煤粉燃烧形成的火焰能够在主燃烧室中扩散，提高进入锅炉炉膛中的高温煤粉燃烧火焰的刚度，进而提高锅炉中煤粉燃烧的稳定性。

进一步的，由于煤粉气流以高温煤粉燃烧火焰进入炉膛，煤粉不依赖于炉膛内的高温烟气着火，还会产生以下技术效果：第一，由于火源200能够保持煤粉的持续性燃烧，产生的持续性的高温煤粉燃烧火焰通过出口102进入炉膛中，即使炉膛内温度较低，高温煤粉燃烧火焰也能够保持锅炉的持续运行，进而使锅炉在比较低的负荷下运行，提高锅炉的适应性能。第二，由于高温煤粉燃烧火焰含有大量的可燃气体，且具有较强的刚性，从而有利于锅炉炉膛中燃烧组织的优化，提高锅炉运行的效率。第三，与现有技术中的预燃室燃烧器通过回流区提高供火热的技术方案相比，由于煤粉不需要由回流区的高温烟气点燃，可以减少煤粉与气流分离，减少煤粉的沉积、结渣，保持煤粉燃烧器的输送性能，保证锅炉运行的稳定性。

降低锅炉氮氧化物生成量的益处主要体现是：

煤粉在内燃室100内进行还原性燃烧过程中，相应的氮元素转化为氮气，从而能够减少进入炉膛的煤粉中的氮元素含量，减少煤粉在炉膛中燃烧时产生的燃料型氮氧化物的生成量；由于燃料型氮氧化物为煤粉燃烧的氮氧化物的主要组成部分，从而能够减少炉膛燃烧过程中氮氧化物的生成量，减少锅炉运行过程中氮氧化物的生成量。而且，在煤粉在锅炉炉膛中进行燃烧时，可以向锅炉炉膛中供入足够的空气，以使煤粉在炉膛中进行充分的完全燃烧，进而避免了现有技术中，为了形成还原性燃烧区而导致锅炉运行效率低的问题，兼顾了锅炉运行效率和锅炉的环保性能。

可以理解，煤粉在燃烧室100内的缺氧环境中停留的时间越长，还原性燃烧程度越高，煤粉中的越多的氮元素转化为氮气。为延长煤粉在内燃室100内的停留时间，可以增加主燃烧室的长径比，也可以通过增加煤粉气流通过的距离。在不改变内燃室100的截面积和长度的情况下，还可以通过改变煤粉气流的流动速度实现；为了降低煤粉气流的流动速度，本发明实施例二就提供了另一种结构的煤粉燃烧器。

实施例二：

请参考图4，该图为实施例二提供的煤粉燃烧器的结构示意图。在实施例一的基础上，所述内燃室100包括主燃烧室120和与主燃烧室120前端相接的减速进口段110，进口101位于减速进口段110与过渡管道300的交会处。如图所示，减速进口段110的截面积小于主燃烧室120的截面积。在煤粉气流从截面积较小的减速进口段110进入截面积较大的主燃烧室120时，煤粉气流的流速会相应减小。这样，在内燃室100长度没有改变的情况下，流速低的煤粉气流需要更长时间到达出口102，从而延长了煤粉在内燃室100内的停留时间，进而实现延长内燃时间的目的。

在煤粉进行不完全的、还原性燃烧时，煤粉在内燃室100内停留的时间长一些，能够使煤粉中尽可能多的氮元素转化成氮气，进而强化抑制燃料型氮氧化物的技术效果。

使煤粉在具有预定长度的内燃室中停留较长的时间，还可以使煤粉从热源及已着火的煤粉放出的热量中吸收更多的热量，更容易着火、燃烧，增加高温煤粉燃烧火焰的强度；进而，一方面可以强度煤粉在一起炉膛中的充分燃烧；另一方面，由于高温煤粉燃烧火焰具有较高的强度，能够在更低的炉膛温度下保持炉膛燃烧的持续进行，从而能够进一步地降低锅炉的最低运行负荷。

可以理解，火源200不限于持续性点燃煤粉，火源200也可以为间断式火源200，即以预定的时间产生火花点燃煤粉，以使内燃室100内的煤粉保持燃烧；优选的技术方案是，火源200为持续性火源，在锅炉正常燃烧阶段，火源200持续性点燃煤粉，以保持煤粉进行持续性的还原性燃烧，克服现有技术中，仅在锅炉启动阶段用火源点燃煤粉的技术偏见。可以理解，点燃煤粉需要的条件是使煤粉所处环境达到其着火点；因此，点燃煤粉不限于火源200，也不限于通过产生火花的方式点燃煤粉，也可以是能够产生足够热量的热源，只要热源产生的热量足以达到煤粉的着火点，同样能够实现点燃煤粉的目的。热源可以是中国专利文献CN201134973公开的等离子发生器，CN1815084公开的一种气化高效节能点火器等等，但不限于此两种热源。

可以理解，实施例二提供的煤粉燃烧器中，虽然能够达到延长煤粉气流在内燃室100内停留的时间，但在减速进口段110和主燃烧室120之间由于存在直角结构，该结构容易使煤粉气流受到涡流和死区的影响，产生积粉的问题。为此，还可以将减速进口段110设置为截面积渐变的结构。如图5所示，该图示出了实施例二的另一种结构的煤粉燃烧器的结构示意图。该煤粉燃烧器包括与主燃烧室120前端相接的减速进口段110，该减速进口段110的纵向剖面为锥形结构，在煤粉气流流动方向上，所述减速进口段110的截面积逐渐增加，这样，在煤粉气流流动过程中，煤粉气流的流速逐渐减小；可以理解，减速进口段110的纵向剖面也不限于为锥形结构，也可以是截面积渐变的其他结构。

实施例三：

在内燃室100内点燃的煤粉气流通过出口102引出，并引入到锅炉炉膛时，为了使引出的高温煤粉燃烧火焰具有较高的刚性，并适应锅炉炉膛整体的燃烧组织需要，还可以在内燃室100内设加速出口段。如图6所示，该图示出了实施例三提供的煤粉燃烧器的结构示意图，该煤粉燃烧器还具有与主燃烧室120后端相接的加速出口段130；同样，为了保证煤粉气流流速改变时的稳定性，在煤粉气流流动方向上，优选的，加速出口段130的截面积逐渐减小，以使煤粉气流的流速逐渐增加，进而，提高锅炉中煤粉燃烧的稳定性。该结构能够在降低一次风速度的同时，增强煤粉气流的湍流强度，有利于提高内燃室100内轴线附近煤粉的浓度，从而能够提高劣质煤的着火性能，提高煤粉燃烧器的适应性能，还能够提高锅炉中煤粉的燃尽率。当然也可以将加速出口段130做成纵向截面为直角的结构，只要是其截面积小于主燃烧室120的截面积就能够实现增加一次风流速的目的。

参考图7，图7为实施例三中内燃室的火焰传播的示意图。本例中，内燃室100的截面为圆形，点火源200位于内燃室100的中心线上；从图7可以看出，从火源200开始，高温煤粉燃烧火焰向出口102传播，并从出口102喷入炉膛中。只要高温煤粉燃烧火焰具有合适的流动速度，就能够保证尽可能多的煤粉参与不完全的、还原性燃烧；同时，由于火源200基本位于内燃室100的中心线上，因此，可以保证煤粉燃烧的均匀性和内燃室100内烟气温度场的均匀性；这样，均匀燃烧就能够保证尽可能多的煤粉参与还原性燃烧，使煤粉中尽可能多的氮元素转化为氮气，从而强化抑制燃料型氮氧化物产生。同时，更多的煤粉参与燃烧和燃烧的均匀性，还可以避免或减少煤粉结焦的发生。

可以理解，实现上述目的不限于上述具体结构，内燃室100截面可以是其他形状，比如说，可以是方形，多边形或椭圆形等等形状；在保持火源200在内燃室100中心处时，就可以使尽可能多的氮元素转化氮气排出。如图6和图7所示，内燃室100还可以设置出口调整段140，并使出口调整段140的前端与加速出口段130后端相接，以对煤粉气流作进一步调整，满足锅炉中燃烧组织的需要，提高锅炉炉膛煤粉燃烧的稳定性；出口调整段140可以为前端和后端截面积相等的筒形结构，也可以根据实际需要设置为其他具体结构。

在煤粉气流通过进口101进入内燃室100时，煤粉气流会对火源200产生相应的冲击，这种冲击会影响火源200自身的燃烧；进一步地，受到冲击影响的火源200会影响其点火性能，降低点火的可靠性。为了保证火源200点火的可靠性，可以加强火源200的强度，从而减小煤粉气流冲击对火源200点火性能的影响。

由于煤粉持续地在内燃室100内燃烧，持续的高温可能会使煤粉燃烧器的使用寿命缩短。为了提高内燃室100使用寿命，还可以在内燃室100内设置陶瓷质耐火材料层。与单纯金属侧壁形成的内燃室100相比，由于陶瓷具有良好的耐火性能和耐热震性，陶瓷质耐火材料层能够在持续高温条件下保持较高的机械强度，以适应锅炉启动、停止过程中，内燃室100温度场的急剧变化，因此，该结构能够延长煤粉燃烧器的使用寿命；由于陶瓷具有耐蚀性，因此，陶瓷质耐火材料层能够有效减轻高温烟气对内燃室壁面所造成的高温腐蚀。由于陶瓷具有保温功能，具有较小的传热系数，该结构能够使煤粉燃烧器的外表面保持较低的温度，进而保证煤粉燃烧器的使用安全性，同时能够保持内燃室100内较高的温度，有利于煤粉中挥发份析出，进一步地为煤粉稳定燃烧创造有利条件。。

在提供上述煤粉燃烧器的基础上，还提供了一种锅炉，提供的锅炉包括炉膛，还具有上述的煤粉燃烧器，该煤粉燃烧器的内燃室的出口与锅炉的炉膛相通，以便于使燃烧着的煤粉进入炉膛内继续燃烧。

根据背景技术中的描述，现有技术中，锅炉正常燃烧阶段，煤粉着火的能量来源炉膛内的高温烟气，这一点导致了锅炉中煤粉燃烧稳定性较差。本发明从另一角度出发，在煤粉进入炉膛之前，用煤粉燃烧器本身的热源点燃煤粉，使煤粉在煤粉燃烧器的内燃室内燃烧，在着火后，以高温煤粉燃烧火焰的形式进入炉膛中，该技术方案从根本上克服了现有技术中的不足，提高了锅炉中煤粉燃烧的稳定性。

同样，在降低氮氧化物方面，传统的低氮氧化物燃烧技术通过在炉膛中营造还原性反应区来控制燃料型氮氧化物的生成量，并通过控制助燃空气的补入时机和补入量来改善锅炉的燃烧性能。与传统的低氮氧化物燃烧技术不同，本发明提供锅炉设置有上述煤粉燃烧器，煤粉首先在上述煤粉燃烧器的内燃室中进行不完全的、还原性燃烧，使煤粉中适量的氮元素转化为氮气；然后，煤粉再进入锅炉炉膛中继续燃烧；由于煤粉在还原性燃烧过程上，煤粉中的氮元素已经转化为氮气，因此，可以通过供入空气的方式在锅炉炉膛中形成氧化性气氛，使煤粉与空气充分反应，从而能够在降低燃料型氮氧化物的生成量的同时，提高锅炉的燃烧效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，也可以上述具体实施方式的进行组合，这些改进、润饰及组合形成的技术方案也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种煤粉燃烧器，其特征在于，包括热源和维持内部煤粉气流具有预定的过量空气系数的内燃室，所述热源位于内燃室内，所述内燃室具有进口，长筒形主燃烧室和出口；所述热源能够点燃通过内燃室的煤粉，并使煤粉在内燃室内进行还原性燃烧；所述内燃室还包括与所述主燃烧室后端相接的加速出口段；所述加速出口段的截面积小于主燃烧室的截面积；所述内燃室还包括与加速出口段后端相接的出口调整段；所述出口调整段前端和后端的截面积相等。

2.根据权利要求1所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述热源为持续性热源，以持续性地点燃煤粉。

3.根据权利要求2所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述内燃室包括与所述主燃烧室前端相接的减速进口段，所述减速进口段的截面积小于主燃烧室的截面积。

4.根据权利要求3所述的煤粉燃烧器，其特征在于，在煤粉气流流动方向上，所述减速进口段的截面积逐渐增加。

5.根据权利要求1所述的煤粉燃烧器，其特征在于，在煤粉气流流动方向上，所述加速出口段的截面积逐渐减小。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述内燃室内壁具有陶瓷质耐火材料层。

7.一种锅炉，包括炉体形成的炉膛，其特征在于，还包括权利要求1至权利要求6中任一项所述的煤粉燃烧器；所述煤粉燃烧器内燃室的出口与所述炉膛相通，以便于使燃烧着的煤粉进入炉膛内继续燃烧。

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