CN102226520A - 一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置及燃烧方法 - Google Patents

Abstract

一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置及燃烧方法。本发明为解决现有的垂直浓淡煤粉燃烧器存在锅炉点火时燃油消耗大以及目前没有在一次风管道内重新分配弯头后的垂直浓淡煤粉气流并直接点燃的燃烧方法的问题。分流板位于一次风管道入口端部的内腔中，分流板安装在一次风管道入口端的前后内壁上，所述第一点火枪设置在喷嘴体外侧壁的中部，所述第一点火枪位于喷嘴体与分流板形成的上部通道的出口端处；方法：一、将煤粉气流送入一次风送粉管内；二、匹配分流板的位置以及分流板与喷嘴体中心轴线之间夹角α的大小；三、在锅炉的点火启动阶段或在锅炉低负荷运行需要助燃时，点燃第一点火枪。本发明的燃烧装置和燃烧方法用于锅炉点火和正常运行。

Description

一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置及燃烧方法

技术领域

本发明涉及一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置及燃烧方法。

背景技术

在切圆燃烧锅炉中，通常采用煤粉水平浓淡燃烧器或煤粉垂直浓淡燃烧器。其中垂直浓淡煤粉燃烧器是利用锅炉一次风管道的最后一个弯头的离心分离作用，实现煤粉气流的垂直浓淡分布。例如，美国CE公司研制的宽调节比(WR)燃烧器，所述燃烧器利用弯头的离心分离作用形成浓淡煤粉气流，然后浓淡煤粉气流通过设置在喷嘴体内的水平隔板进入炉膛；日本三菱重工业株式会社(MHI)研制的低污染(PM)燃烧器，所述燃烧器由一次风管、弯头、浓煤粉喷口和淡煤粉喷口组成，一次风粉气流流经弯头时在离心力的作用下进行离心分离，浓粉气流由上喷嘴进入炉膛，淡粉气流由下喷嘴进入炉膛，从而实现煤粉垂直浓淡燃烧。

在煤粉锅炉的生产运行中，锅炉的点火及稳燃问题对机组的安全和经济运行具有重要的影响。现有的垂直浓淡煤粉燃烧器的喷嘴体被分隔成上下独立的两个腔室，浓淡煤粉气流通过两个腔室分别进入炉膛。锅炉启动时需要先点燃点火枪，炉膛被点火枪中的燃油加热到较高温度后才能将燃烧器中的浓淡煤粉气流喷入炉膛，在炉膛内通过点火枪的高温火焰点燃浓淡煤粉气流，进行煤油混燃，直到煤粉能够稳定燃烧才能停止点火枪供油。现有的锅炉点火方法采用燃用重油或轻质柴油的大功率点火枪点火，即所谓的“大油枪”。

综上，现有的垂直浓淡煤粉燃烧器存在锅炉点火时燃油消耗大的问题；目前没有在一次风管道内重新分配弯头后的垂直浓淡煤粉气流并直接点燃的燃烧方法。

发明内容

本发明为解决现有的垂直浓淡煤粉燃烧器存在锅炉点火时燃油消耗大以及目前没有在一次风管道内重新分配弯头后的垂直浓淡煤粉气流并直接点燃的燃烧方法的问题，提供一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置及燃烧方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明所述的一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置包括一次风送粉管、一次风管道、煤粉喷嘴和轴，所述一次风管道由弯头、过渡段和喷嘴体构成，所述一次风送粉管通过弯头与过渡段的入口端连接，过渡段的出口端与喷嘴体的入口端连通，所述煤粉喷嘴套装在喷嘴体的出口端上且二者通过轴连接，所述燃烧装置还包括分流板和第一点火枪，所述分流板位于一次风管道入口端部的内腔中，所述分流板的一端位于弯头或过渡段内，所述分流板的另一端位于喷嘴体内的中部，所述分流板安装在一次风管道入口端的前后内壁上，所述分流板将所述一次风管道的入口端分隔成上下两部分，所述第一点火枪设置在喷嘴体外侧壁的中部，所述第一点火枪位于喷嘴体与分流板形成的上部通道的出口端处。

本发明的一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧方法是按着以下步骤实现的：

步骤一、将煤粉气流送入一次风送粉管内，控制煤粉气流的速度为13～40m/s，煤粉浓度为0.2～1.2kg/kg；

步骤二、匹配分流板的位置以及分流板与喷嘴体中心轴线之间夹角的大小，控制浓煤粉气流与淡煤粉气流的速度比为0.6～1.6，控制浓煤粉气流与淡煤粉气流的浓度比为1.2～2；

步骤三、在锅炉的点火启动阶段或在锅炉低负荷运行需要助燃时，点燃第一点火枪，第一点火枪喷出的高速高温烟气流将喷嘴体内的浓煤粉气流点燃，燃着的浓煤粉气流从煤粉喷嘴向炉膛内扩散，完成锅炉的点火启动。

本发明的有益效果是：本发明的燃烧装置将分流板设置在一次风管道内，并将点火枪布置在喷嘴体的外侧壁上，利用强化燃烧原理使燃油充分燃烧，用很小的燃油量就可以获得一个刚性较强、温度较高的稳定火炬，从而在喷嘴体内腔点燃分流板上方浓煤粉气流，燃着的煤粉产生的热量逐渐放大，在煤粉喷嘴处形成以煤粉燃烧为主的火炬进行锅炉点火启动，即利用燃油产生的热量直接点燃煤粉，缩短了着火时间，与现有的垂直浓淡煤粉燃烧器相比，大大节省了燃油消耗；

本发明的燃烧装置的分流板的一端设置在弯头或过渡段内，分流板的另一端设置在喷嘴体的内腔的中部，根据弯头的离心分离性能和分流板对浓淡煤粉气流的二次分配作用，可以在煤粉喷嘴处获得煤粉浓缩比高、气流速度分布均衡的垂直浓淡煤粉气流，与现有的垂直浓淡煤粉燃烧器相比，降低了浓煤粉气流的速度、提高了浓煤粉气流的浓度、实现了煤粉及时有效点火；在正常运行时无需投入点火枪，燃烧稳定性好；

本发明的燃烧装置的浓淡煤粉气流在各自远离燃料燃烧的化学当量比下燃烧，可以有效降低NOx排放，本发明的燃烧装置还具有布置方便、煤种的适应性强的优点；

本发明的燃烧方法将垂直浓淡煤粉气流直接在燃烧装置内点燃，在锅炉启动或低负荷运行需要投油助燃时，点火枪所喷射的燃油、燃气比较早地和一次风煤粉气流混合，从而克服了现有的燃烧方法在二次风中的大油枪离一次风射流较远而需要很大的燃油量、燃气量才能稳燃的不足，因此可以大大减少燃油、燃气的用量。

附图说明

图1是本发明的燃烧装置的主视剖视图，图2是图1的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～2所示，本实施方式的一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置包括一次风送粉管1、一次风管道11、煤粉喷嘴8和轴10，所述一次风管道11由弯头2、过渡段3和喷嘴体4构成，所述一次风送粉管1通过弯头2与过渡段3的入口端连接，过渡段3的出口端与喷嘴体4的入口端连通，所述煤粉喷嘴8套装在喷嘴体4的出口端上且二者通过轴10连接，所述燃烧装置还包括分流板5和第一点火枪6，所述分流板5位于一次风管道11入口端部的内腔中，所述分流板5的一端位于弯头2或过渡段3内，所述分流板5的另一端位于喷嘴体4内的中部，所述分流板5安装在一次风管道11入口端的前后内壁上，所述分流板5将所述一次风管道11的入口端分隔成上下两部分，所述第一点火枪6设置在喷嘴体4外侧壁的中部，所述第一点火枪6位于喷嘴体4与分流板5形成的上部通道的出口端处。

具体实施方式二：如图1所示，本实施方式所述分流板5与喷嘴体4的中心轴线之间的夹角范围是0°＜α≤15°，所述分流板5沿一次风管道11的入口端至出口端方向向下倾斜；所述分流板5最高端的上棱边的中点到位于其上方的一次风管道11内壁的距离为a，所述分流板5最高端的下棱边的中点到位于其下方的一次风管道内壁的距离为b，0.2≤a/b≤2。如此设置，可以通过分流板的导向作用减小分流板下游浓煤粉气流和淡煤粉气流的速度比。其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1所示，本实施方式所述分流板5的一端端面到所述弯头2出口端端面的轴向距离为L1，-0.5D≤L1≤D，D为弯头2的内径。设定喷嘴体4的中心轴线为横坐标轴，横坐标轴与弯头2出口端端面的交点为零点。如此设置，可以控制浓煤粉气流和淡煤粉气流在进入隔板前的混合和速度比。其他组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：如图2所示，本实施方式的第一点火枪6的中心线与喷嘴体4的交点到煤粉喷嘴8出口端端面之间的距离为L，1.2D≤L≤3.6D，D为弯头2的内径。如此设置，可以控制被点火枪点燃的煤粉在喷嘴体内的停留时间，以增强煤种的适应性，平衡煤粉充分燃烧和防止结渣之间的矛盾，使本发明的燃烧装置适应燃用各种煤点火启动。其他组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：如图2所示，本实施方式所述分流板5的另一端端面到第一点火枪6的轴向距离为L2，-0.5D≤L2≤1.2D，D为弯头2的内径。设定喷嘴体4的中心轴线为横坐标轴，分流板5的另一端的端面与横坐标轴交点为坐标零点。如此设置，有利于利用分流板5的参数匹配，控制浓淡煤粉气流的混合速度，控制NOx的生成。其他组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：如图1～2所示，本实施方式所述燃烧装置还包括第二点火枪7，第一点火枪6与第二点火枪7沿喷嘴体4的入口至出口方向依次设置在喷嘴体4的外侧壁上。如此设置，在煤质较差时，将第二点火枪7作为辅助点火枪，可以进一步补充点火能量，实现锅炉的顺利点火，从而增强了煤种的适应性，由于浓煤粉气流的着火热少，进一步节约了燃油燃气的消耗。其他组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：如图2所示，本实施方式所述第一点火枪6和第二点火枪7在喷嘴体4的外侧壁的缩进距离为h，0≤h≤0.15D，D为弯头2的内径。如此设置，可以使被点火枪点燃的煤粉着火区域远离喷嘴体壁面，能防止点火枪附近区域的喷嘴体壁面结焦。其他组成及连接关系与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：如图1所示，本实施方式所述燃烧装置还包括挡块9，所述挡块9固装在喷嘴体4内腔的上方，挡块9到所述过渡段3的入口端端面的轴线距离为L3，0.2D≤L3≤2.6D，D为弯头2的内径。如此设置，可以使浓煤粉气流远离喷嘴体壁面，预防喷嘴体磨损，预防点火枪附近磨损、烧损或结渣。其他组成及连接关系与具体实施方式一、二、四、六或七相同。

具体实施方式九：如图1～2所示，本实施方式的直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧方法步骤如下：

步骤一、将煤粉气流送入一次风送粉管1内，控制煤粉气流的速度V₀为13～40m/s，煤粉浓度C₀为0.2～1.2kg/kg；

步骤二、匹配分流板5的位置以及分流板5与喷嘴体4中心轴线之间夹角α的大小，控制浓煤粉气流与淡煤粉气流的速度比V₁/V₂为0.6～1.6，控制浓煤粉气流与淡煤粉气流的浓度比C₁/C₂为1.2～2；

步骤三、在锅炉的点火启动阶段或在锅炉低负荷运行需要助燃时，点燃第一点火枪6，第一点火枪6喷出的高速高温烟气流将喷嘴体4内的浓煤粉气流点燃，燃着的浓煤粉气流从煤粉喷嘴8向炉膛内扩散，完成锅炉的点火启动。

具体实施方式十：如图1～2所示，本实施方式所述燃烧方法还包括步骤四，所述步骤四为在点燃第一点火枪6后，点燃第二点火枪7，用来补充点火能量。本实施方式所述方法适用于点燃煤质较差的煤粉，补充点火能量，从而实现锅炉的顺利启动和稳定燃烧。

工作原理：

一次风煤粉气流经过一次风管道1进入弯头2，在弯头2的离心力作用下，一次风煤粉气流在弯头2的另一端形成上下两股不同浓度的煤粉气流，上部为浓煤粉气流，下部为淡煤粉气流，两股煤粉气流速度存在较大偏差，匹配分流板5的前后位置以及分流板5与喷嘴体4中心轴线之间夹角α的大小，利用分流板5将上下两股不同浓度的煤粉气流的浓度和速度进行重新分配，从而使煤粉喷嘴8出口处的浓煤粉气流12的速度与淡气流煤粉气流13的速度基本均匀，浓煤粉气流浓度远高于淡气流煤粉气流浓度，浓淡两股煤粉气流经煤粉喷嘴8喷入炉膛，在各自远离燃料燃烧的化学当量比下燃烧，可以抑制NOx的形成；浓煤粉气流中的煤粉浓度高，着火热少，有利于保证燃烧的稳定性，同时有利于在点火阶段减少对点火能量的要求；

在锅炉的点火启动阶段或在锅炉低负荷运行需要助燃时，将第一点火枪6作为主点火枪，点燃第一点火枪6后，第一点火枪6喷出的高速高温烟气流将喷嘴体4内的浓煤粉气流点燃，燃着的浓煤粉气流从煤粉喷嘴8向炉膛内扩散，完成锅炉的点火启动。

Claims (10)

1.一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置，所述燃烧装置包括一次风送粉管(1)、一次风管道(11)、煤粉喷嘴(8)和轴(10)，所述一次风管道(11)由弯头(2)、过渡段(3)和喷嘴体(4)构成，所述一次风送粉管(1)通过弯头(2)与过渡段(3)的入口端连接，过渡段(3)的出口端与喷嘴体(4)的入口端连通，所述煤粉喷嘴(8)套装在喷嘴体(4)的出口端上且二者通过轴(10)连接，其特征在于：所述燃烧装置还包括分流板(5)和第一点火枪(6)，所述分流板(5)位于一次风管道(11)入口端部的内腔中，所述分流板(5)的一端位于弯头(2)或过渡段(3)内，所述分流板(5)的另一端位于喷嘴体(4)内的中部，所述分流板(5)安装在一次风管道(11)入口端的前后内壁上，所述分流板(5)将所述一次风管道(11)的入口端分隔成上下两部分，所述第一点火枪(6)设置在喷嘴体(4)外侧壁的中部，所述第一点火枪(6)位于喷嘴体(4)与分流板(5)形成的上部通道的出口端处。

2.根据权利要求1所述的一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置，其特征在于：所述分流板(5)与喷嘴体(4)的中心轴线之间的夹角范围是0°＜α≤15°，所述分流板(5)沿一次风管道(11)的入口端至出口端方向向下倾斜；所述分流板(5)最高端的上棱边的中点到位于其上方的一次风管道(11)内壁的距离为a，所述分流板(5)最高端的下棱边的中点到位于其下方的一次风管道内壁的距离为b，0.2≤a/b≤2。

3.根据权利要求1或2所述的一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置，其特征在于：所述分流板(5)的一端端面到所述弯头(2)出口端端面的轴向距离为L1，-0.5D≤L1≤D，D为弯头(2)的内径。

4.根据权利要求3所述的一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置，其特征在于：第一点火枪(6)的中心线与喷嘴体(4)的交点到煤粉喷嘴(8)出口端端面之间的距离为L，1.2D≤L≤3.6D，D为弯头(2)的内径。

5.根据权利要求1、2或4所述的一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置，其特征在于：所述分流板(5)的另一端端面到第一点火枪(6)的轴向距离为L2，-0.5D≤L2≤1.2D，D为弯头(2)的内径。

6.根据权利要求5所述的一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置，其特征在于：所述燃烧装置还包括第二点火枪(7)，第一点火枪(6)与第二点火枪(7)沿喷嘴体(4)的入口至出口方向依次设置在喷嘴体(4)的外侧壁上。

7.根据权利要求6所述的一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置，其特征在于：所述第一点火枪(6)和第二点火枪(7)在喷嘴体(4)的外侧壁的缩进距离为h，0≤h≤0.15D，D为弯头(2)的内径。

8.根据权利要求1、2、4、6或7所述的一种直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧装置，其特征在于：所述燃烧装置还包括挡块(9)，所述挡块(9)固装在喷嘴体(4)内腔的上方，挡块(9)到所述过渡段(3)的入口端端面的轴线距离为L3，0.2D≤L3≤2.6D，D为弯头(2)的内径。

9.一种利用权利要求1～8中任一权利要求所述的燃烧装置进行直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧方法，其特征在于直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧方法步骤如下：

步骤一、将煤粉气流送入一次风送粉管(1)内，控制煤粉气流的速度(V₀)为13～40m/s，煤粉浓度(C₀)为0.2～1.2kg/kg；

步骤二、匹配分流板(5)的前后位置以及分流板(5)与喷嘴体(4)中心轴线之间夹角(α)的大小，控制浓煤粉气流与淡煤粉气流的速度比(V₁/V₂)为0.6～1.6，控制浓煤粉气流与淡煤粉气流的浓度比(C₁/C₂)为1.2～2；

步骤三、在锅炉的点火启动阶段或在锅炉低负荷运行需要助燃时，点燃第一点火枪(6)，第一点火枪(6)喷出的高速高温烟气流将喷嘴体(4)内的浓煤粉气流点燃，燃着的浓煤粉气流从煤粉喷嘴(8)向炉膛内扩散，完成锅炉的点火启动。

10.根据权利要求9所述的直接点燃垂直浓淡煤粉气流的燃烧方法，其特征在于：所述燃烧方法还包括步骤四，所述步骤四为在点燃第一点火枪(6)后，点燃第二点火枪(7)，用来补充点火能量。

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