CN102454984B - 一种风道点火系统及床下点火燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种床下点火燃烧器和点火风道系统。公开的床下点火燃烧器包括补风通道、燃烧风道和配风风道，补风风道与燃烧风道相通，配风风道的后端与燃烧风道的前端相通，还包括燃烧器本体和点火端伸入燃烧器本体内的点火装置；燃烧器本体内形成内燃段；内燃段的前端与煤粉通道相通，后端与燃烧风道的前端相通。与现有技术相比，利用本发明提供的床下点火燃烧器，主要利用煤粉燃烧产生的热量对床料进行加热，实现循环流化床锅炉的启动；因此，可以减少环流化床锅炉启动过程的燃油耗用量。

Description

一种风道点火系统及床下点火燃烧器

技术领域

本发明涉及一种锅炉点火技术，特别涉及一种床下点火燃烧器，还涉及到包括该床下点火燃烧器的风道点火系统，该风道点火系统用于循环流化床锅炉的启动。

背景技术

当前，中国是世界上循环流化床(CFB)锅炉发电机组数量最多、总装机容量最大、发展速度最快的国家。目前，已经投入的循环流化床锅炉发电机组超过3600台，最大机组容量为600MW；总装机容量约7000～8000万千瓦。其中，已投入运行加上拟在建的135～150MW级(440～480t/h)的循环流化床锅炉发电机组超过200台；300MW级循环流化床发电机组已投入运行与拟在建的也超过60多台。

循环流化床锅炉发电机组是以循环流化床锅炉为发电动力。在启动循环流化床锅炉时，一般采用床上床下油枪联合启动方式，以床下启动点火为主。为了实现床下点火，循环流化床锅炉设置有点火风道系统，点火风道系统包括点火风道和位于点火风道前端的床下点火燃烧器。

图1为现有循环流化床锅炉中，床下点火燃烧器的结构示意图。该床下点火燃烧器包括补风通道004；燃烧风道008、配风风道007、油枪002和配风器001。补风风道004位于燃烧风道008周边，并通过适当的补风孔与燃烧风道008相通；燃烧风道008前端封闭，后端与点火风道(图中未示出)相通。配风风道后端007通过配风器001与燃烧风道008前端相通。补风风道004与补风口005相通，且补风风道004与补风口005之间设置有补风风室003。油枪002前部的点火端穿过配风风道007伸到燃烧风道008的前端，且油枪002点火端与配风器001相对应。配风风道007与配风口006相通。当进行床下点火时，启动油枪002，油枪002向燃烧风道008供给燃油；通过配风风道007通入的空气经过配风器001后与油枪002供给的燃油合理混合，并使燃油燃烧；燃烧产生的烟气通过点火风道008向后流动；在烟气流动过程中，大量空气通过补风口005、补风风室003、补风通道004与点火风道008之间的补风孔进入点火风道008，使燃油完全燃烧，烟气通过点火风道008进入点火风道加热床料，实现循环流化床锅炉启动。

在启动过程中，循环流化床锅炉每次启动和调试都将消耗大量的燃油；如：200MW循环流化床锅炉发电机组的启动和调试耗用燃油就高达1000吨，正常运行时，每年燃油耗用量达到100吨左右；300MW循环流化床锅炉发电机组启动调试耗油量更大，这就在大幅度地增加了企业的成本投入。

另外，为了提高升温速率，促进燃油与空气的混合燃烧，油枪需要配备合适的雾化片雾化燃油。在循环流化床锅炉启动和调试过程中，需要通过多次调整雾化片以提高燃油的雾化效果，这就导致循环流化床锅炉启动和调试过程非常繁琐；另外，在雾化片雾化可靠性不高、燃油雾化效果不好时，还很容易造成油滴滴落到燃烧风道008内，不仅造成燃油浪费，还会影响循环流化床锅炉正常启动。

发明内容

因此，本发明的第一个目的在于，提供一种床下点火燃烧器，以减少循环流化床锅炉点火时燃油耗用量。

在提供上述床下点火燃烧器的同时，本发明的第二个目的在于，提供一种包括该床下点火燃烧器的点火风道系统。

为了实现上述第一个目的，本发明提供的床下点火燃烧器包括补风通道、燃烧风道和配风风道，所述补风风道与燃烧风道相通，所述配风风道的后端与燃烧风道的前端相通，还包括燃烧器本体和点火端伸入燃烧器本体内的点火装置；所述燃烧器本体内形成内燃段，所述内燃段的前端与煤粉通道相通，后端与燃烧风道的前端相通。

可选的，所述配风风道后端形成周界风喷口，所述周界风喷口位于所述燃烧器本体的后端端面的周围。

可选的，在所述周界风喷口周围还设置有外部配风喷口，所述外部配风喷口与预定风源相通。

可选的，相对于所述燃烧器本体的后端端面，所述周界风喷口向后伸出预定距离；相对于所述周界风喷口，所述外部配风喷口向后伸出预定距离。

可选的，所述周界风喷口和/或外部配风喷口中设置有可调旋流叶片。

可选的，内燃段包括位于前端部分的扩口部分和位于后端部分的缩口部分，所述扩口部分的前端的通流截面小于其后端的通流截面；所述缩口部分的前端的通流截面大于其后端的通流截面。

可选的，所述扩口部分内壁面设置有旋流叶片。

可选的，所述的床下点火燃烧器还包括位于燃烧器本体内的聚燃装置，所述聚燃装置包括前端通流截面等于后端通流截面的直筒或前端通流截面大于后端通流截面的锥筒；所述点火装置的点火端位于所述锥筒或直筒中。

可选的，所述点火装置为等离子体发生器或包括油枪和配风器的油枪组件。

可选的，所述点火装置可活动地安装在燃烧器本体中。

为了实现上述第二个目的，本发明提供点火风道系统包括点火风道和床下点火燃烧器，所述床下点火燃烧器为上述任一种床下点火燃烧器，所述点火风道的前端与所述燃烧风道的后端相通。

与现有技术相比，本发明提供的床下点火燃烧器包括补风通道、燃烧风道和配风风道，所述补风风道与燃烧风道侧边，且与燃烧风道相通，所述配风风道的后端与燃烧风道的前端相通；另外还包括燃烧器本体和点火端伸入燃烧器本体内的点火装置；所述燃烧器本体内形成内燃段；所述内燃段的前端与煤粉通道相通，后端与燃烧风道的前端相通。在使用过程中，通过适当的煤粉通道向燃烧器本体中通入煤粉气流，并通过点火装置将煤粉点燃，使煤粉在内燃段中进行内燃形成煤粉燃烧火焰，煤粉燃烧火焰再经过内燃段后端喷入燃烧风道；在燃烧风道中，来自于配风风道的空气进一步补充煤粉燃烧所需的部分空气；煤粉进行充分燃烧，为加热床料提供足够热量。利用本发明提供的床下点火燃烧器，主要利用煤粉燃烧产生的热量对床料进行加热，实现循环流化床锅炉的启动，因此可以减少燃油耗用量；在点火装置为非耗油的点火装置时，可以避免燃油的消耗。由于主要利用煤粉燃烧加热床料，因此，可以用不消耗燃油的点火装置点燃煤粉气流，不需要设置对燃油进行雾化的雾化片，进而可以简化循环流化床锅炉启动和调试过程，避免雾化效果不好产生的燃油浪费及油滴对循环流化床锅炉启动产生的不利影响。另外，在启动过程中，煤粉气流经过多次补充空气，进行分级燃烧，还可以使煤粉中更多的氮转化N₂，降低NOx的排放。

在进一步的技术方案中，所述配风风道后端形成周界风喷口，所述周界风喷口位于所述燃烧器本体的后端端面的周围；这样可以强化配风风道补充的空气与煤粉的混合。

在进一步技术方案中，在所述周界风喷口周围还设置有外部配风喷口，所述外部配风喷口与预定风源相通；这样可以增加煤粉燃烧的级数，提高煤粉的燃尽率。

相对于所述燃烧器本体的后端端面，所述周界风喷口向后伸出预定距离；相对于所述周界风喷口，所述外部配风喷口向后伸出预定距离。这样可以更好地调节煤粉燃烧火焰，使后级补入空气对前级形成的煤粉燃烧火焰进行调整，并有利于补入空气与煤粉的混合。

在进一步的技术方案中，所述周界风喷口和/或外部配风喷口中设置有可调旋流叶片；这样可以对补入空气的流向和角度进行调节，进一步强化周界风喷口和/或外部配风喷口补充的空气与煤粉混合。

在进一步的技术方案中，内燃段包括位于前端部分的扩口部分和位于后端部分的缩口部分，所述扩口部分的前端的通流截面小于其后端的通流截面；所述缩口部分的前端的通流截面大于其后端的通流截面。缩口部分可以提高煤粉燃烧火焰的流动速度，提高煤粉燃烧火焰的刚性；扩口部分能够使煤粉气流的流动速度降低，延长煤粉气流在内燃段中的停留时间，强化煤粉的燃烧。

在进一步的技术方案中，所述扩口部分内壁面设置有旋流叶片；旋流叶片可以将贴在扩口部分内壁面的煤粉导入内部燃烧区内，强化燃烧，提高煤粉的燃尽率。

在进一步的技术方案中，还包括与点火装置的点火端相对应的聚燃装置，聚燃装置包括套在点火端外部的直筒或锥筒；所述点火装置的点火端位于所述锥筒或直筒中。聚燃装置可以使点火端将附近的煤粉快速点燃，并保证点火的稳定性和可靠性。

所述点火装置可活动地安装在燃烧器本体上；这样不仅能够方便地更换点火装置，还可以在特殊情况下，将现有技术中的油枪及其配风器伸入到燃烧风道或点火风道中，从而通过现有的启动方式的启动循环流化床锅炉，提高床下点火燃烧器的适应性。

在提供上述床下点火燃烧器的基础上，还提供了一种包括该床下点火燃烧器的点火风道系统，由于床下点火燃烧器具有上述技术效果，包括该床下点火燃烧器的点火风道系统也具有相对应的技术效果。

附图说明

图1是现有循环流化床锅炉中，床下点火燃烧器的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种床下点火燃烧器的结构示意图；

图3是图2中燃烧器体部分的结构示意图；

图4是本发明实施二提供的床下点火燃烧器的结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的床下点火燃烧器另一种状态的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。本文件中，方位词“前”和“后”是以煤粉气流的流动方向为参照，煤粉气流先到达的位置为前，后到达的位置为后。

实施例一

请参考图2，该图是本发明实施例一提供的一种床下点火燃烧器的结构示意图。该床下点火燃烧器包括补风通道110、燃烧风道120和配风风道130；补风风道110位于燃烧风道120四周，并通过补风孔111与燃烧风道120相通，补风风道110通过补风口112与预定风源相通。配风风道130的后端形成周界风喷口131与燃烧风道120的前端相通，配风风道130前部通过配风口132与预定的风源相通。另外，该床下点火燃烧器还包括燃烧器本体140和点火装置150。燃烧器本体140内包括内燃段141；内燃段141的前端通过弯头142与预定的煤粉通道(图中未示出)相通，后端与燃烧风道120的前端相通，当然，内燃段141也可以直接与预定的煤粉通道相通。

点火装置150的点火端151伸入燃烧器本体140的内燃段141中，点火端151的具体位置可以根据实际需要确定；比如可以伸入内燃段141的前端的部分、中间的部分或者其他位置；本例中，点火端151伸入内燃段141的前端部分，以在内燃室141前端点燃煤粉气流。

上述床下点火燃烧器的工作原理如下：

煤粉气流通过预定的煤粉通道进入内燃段141内；在内燃段141内，点火装置150的点火端151将煤粉气流点燃，使形成的煤粉燃烧火焰通过内燃段141后端喷入燃烧风道120；为了保证煤粉充分燃烧，在进入燃烧风道120前端时，来自于配风风道130的部分空气通过周界风喷口131补入燃烧风道120前端，使煤粉进一步燃烧；另外，在周界风喷口131之后，补风风道110通过补风孔111向燃烧风道110补入煤粉燃烧所需的其余空气，使煤粉进行充分燃烧，形成的煤粉燃烧火焰通过燃烧风道110喷入点火风道，为加热床料提供足够热量，使循环流化床锅炉的顺利启动。

利用本实施例提供的床下点火燃烧器，主要利用煤粉燃烧产生的热量对床料进行加热，实现循环流化床锅炉的启动；因此，相对于现有技术中利用燃油加热床料的技术方案相比，可以减少燃油耗用量；在点火装置为非耗油的点火装置时，可以避免燃油的消耗。

由于主要利用煤粉燃烧加热床料，因此，可以用不消耗燃油的点火装置点燃煤粉气流，不需要设置对燃油进行雾化的雾化片，进而简化循环流化床锅炉启动和调试过程，避免雾化效果不好产生的燃油浪费及油滴对循环流化床锅炉启动产生的不利影响。

另外，在启动过程中，煤粉气流先在内燃段141燃烧，经过配风风道130补入部分空气后，继续进行燃烧；再通过补风风道110补风进行燃烧，这样其燃烧过程分成多个阶段，形成分级式燃烧；分级式燃烧可以使煤粉气流中的煤粉中更多的氮形成N₂；进而可以减小煤粉在锅炉中继续燃烧所产生的燃料型NOx，减少循环流化床锅炉NOx的排放量。

由于燃烧火焰的密度比空气密度小，从燃烧器本体140后端喷出的煤粉燃烧火焰会产生上飘的倾向，这样不仅不利于配风风道130补入空气与煤粉气流的混合，不能在最佳时机补入空气，还容易使煤粉气流的后期燃烧效果变差，燃尽率较低。为了解决该技术问题，本实施例中，配风风道130后端形成的周界风喷口131位于燃烧器本体140的后端端面的周围；这样，配风风道130通过周界风喷口131补入的空气不仅能够对喷出内燃段141的煤粉燃烧火焰进行调节，防止煤粉燃烧火焰上飘；还能够适时地补入适量的空气，改善煤粉气流的后期燃烧效果，提高煤粉燃尽率。为强化对煤粉燃烧火焰的调节，优选技术方案中，在周界风喷口131设置可调旋流叶片，以调整配风风道130补入空气的角度和旋流强度。另外，请参考图2，实施例一中，为了使煤粉进行充分燃烧，为床料加热提供足够热量，在周界风喷口131周围还设置有外部配风口113；同样，优选技术方案中，外部配风口113也可以设置相应的可调旋流叶片，以调整外部配风口113补入空气的角度和旋流强度。外部配风口113可以与预定的风源相通，以补入预定量的空气；本例中，外部配风口113与补风风道110相通，以将通过补风风道11补入的部分空气提前补入。为使周界风喷口131和外部配风口113更好地调节煤粉燃烧火焰，如图2所示，本例中，燃烧器本体140后端端面相对于周界风喷口131向前缩一段距离，而周界风喷口131相对于外部配风口113也向前缩一段距离，即相对于燃烧器本体140的后端端面，周界风喷口131向后伸出预定距离L1；相对于周界风喷口131，外部配风喷口113向后伸出预定距离L2。其中，L1和L2范围分别可以是0～300mm。

补风风道110位于燃烧风道120周边，补风孔111位于补风风道110与燃烧风道120之间的隔板上；本例中，补风孔111的出口向后端倾斜；该结构可以在燃烧风道120的轴向方向的贴壁补风，在补入空气的同时，可以对燃烧风道120内壁面进行吹扫，即保护燃烧风道120，延长燃烧风道120使用寿命，又可以减少燃烧风道120内壁面积碳现象。

请参考图3，该图是图2中燃烧器体部分的结构示意图。本例中，内燃段141包括位于前端部分的扩口部分1411和位于后端部分的缩口部分1412。扩口部分1411的前端的通流截面小于其后端的通流截面；缩口部分1412的前端的通流截面大于其后端的通流截面。扩口部分1411能够使煤粉气流的流动速度降低，延长煤粉气流在内燃段141中的停留时间，强化煤粉的燃烧；缩口部分1412可以提高煤粉燃烧火焰的流动速度，提高煤粉燃烧火焰的刚性；优选技术方案中，使扩口部分1411和缩口部分1412的通流截面逐渐变化。另外，扩口部分1411内壁面设置有多个旋流叶片1413；旋流叶片1413可以将贴在扩口部分1411内壁面的煤粉导入内部燃烧区内，强化燃烧，提高煤粉的燃尽率。

如图2和图3所示，本实施例中，点火装置150为等离子体发生器，等离子体发生器可以是中国专利文献CN201134973公开的等离子体发生器。床下点火燃烧器还包括与等离子体发生器的点火端151相对应的聚燃装置160；聚燃装置160包括套在点火端151外部的直筒。直筒能够避免外部煤粉气流对着火煤粉的不利影响，提高着火煤粉的燃烧稳定性，为后续的煤粉气流燃烧提供良好基础。另外，聚燃装置160也可以包括套在点火端151外部的锥筒，并使锥筒前端的通流截面大于后端的通流截面，在煤粉气流通过该锥筒时，锥筒还可以将通过点火端151附近的煤粉气流进一步进行浓缩，以使点火端更容易地点燃煤粉气流，提高煤粉气流的着火稳定性和可靠性；可以理解，锥筒的母线不限于为直线，也可以为曲线，以形成通流截面呈曲线变化的锥筒结构。优选技术方案中，可以使聚燃装置160与等离子体发生器可以通过螺纹或焊接等方式固定相连；这样，在更换点火装置150时，可以将点火装置150和聚燃装置160整体更换，为床下点火燃烧器的维护提供便利。当然，在点火装置150为其他具体装置时，也可以设置相应的聚燃装置160。

请参考图3，本例中，在聚燃装置160后部的预定位置，还设置有多个叶栅170，多个叶栅170成环形布置在内燃段141内壁面上，形成几圈结构；各圈有数量不同的叶栅170；圈与圈之间的叶栅170交错，形成百叶窗式煤粉浓缩装置。多个叶栅170可以将聚燃装置160外部的煤粉导入内部燃烧区内，强化燃烧，提高煤粉的燃尽率。

本例中，由于煤粉要在内燃段141内燃烧，为了提高燃烧器本体140的使用寿命，燃烧器本体141可以由陶瓷材料制成；这样即可以利用陶瓷的特性，保持燃烧器本体141内的温度，进而强化煤粉的燃烧；同时，可以利用陶瓷的耐高温、耐热震性，延长燃烧器本体141的使用寿命，进而延长床下点火燃烧器维护周期。

请再参考图2和图3，本例中，点火装置150可活动地安装在燃烧器本体141上。如图所示，弯头142前部弧度部分设置有伸缩通道1421，在伸缩通道1421外口设置有插板阀门1422。在更换点火装置时，可以将插板阀门1422打开，将点火装置150从燃烧器本体141中抽出，方便更换点火装置150；在制粉系统出现问题或由于其他原因，煤粉供给出现问题等特殊情况下，可以将现有技术中的油枪及其配风器伸入到燃烧风道120或点火风道中，从而通过现有的启动方式启动循环流化床锅炉；进而提高床下点火燃烧器的适应性。当然，为了方便点火装置150的装入和抽出，还可以在燃烧器本体140设置适当的支撑机构或滑轨机构。当然，还可以采用其他方式，以可活动的方式将点火装置150安装在燃烧器本体140中。插板阀门1422可以保持燃烧器本体140内部空间的封闭性能，当然，也可以采用其他阀门保持燃烧器本体140内部空间的封闭性能。

实施例二

请参考图4，该图是本发明实施二提供的床下点火燃烧器的结构示意图。与实施例一相比，其不同之处在于：点火装置150为消耗燃油的油枪组件；油枪组件包括油枪和与油枪配合使用的配风器。油枪组件形成的点火端伸入内燃段141的前端部分。与实施例一相同，油枪组件可活动地安装在燃烧器本体中。如图5所示，该图是本发明实施例二提供的床下点火燃烧器另一种状态的结构示意图。在点火装置150为油枪组件时，在煤粉供给出现问题或其他情况下，可以方便地对床下点火装置进行变化，使油枪组件直接向后伸，使其点火端伸入到燃烧风道120或点火风道，就能够以现有技术中的方式启动循环流化床锅炉。

在提供的上述床下点火燃烧器的基础上，还提供了一种点火风道系统，点火风道系统包括点火风道和床下点火燃烧器，所述床下点火燃烧器为上述任一种床下点火燃烧器，所述点火风道前端与所述燃烧风道后端相通。由于点火风道系统具有上述技术效果，包括该床下点火燃烧器的点火风道系统也具有相对应的技术效果。

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，比如，在补风风道110与补风口112之间可以设置适当补风风室，配风风道130与配风口132之间可以设置适当配风风室，以使补入空气压力更均匀和稳定；这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种床下点火燃烧器，包括补风通道、燃烧风道和配风风道，所述补风通道与燃烧风道相通，所述配风风道的后端与燃烧风道的前端相通，其特征在于，还包括燃烧器本体和点火端伸入燃烧器本体内的点火装置；所述燃烧器本体内形成内燃段，所述内燃段的前端与煤粉通道相通，后端与燃烧风道的前端相通。

2.根据权利要求1所述的床下点火燃烧器，其特征在于，所述配风风道后端形成周界风喷口，所述周界风喷口位于所述燃烧器本体的后端端面的周围。

3.根据权利要求2所述的床下点火燃烧器，其特征在于，在所述周界风喷口周围还设置有外部配风喷口，所述外部配风喷口与预定风源相通。

4.根据权利要求3所述的床下点火燃烧器，其特征在于，相对于所述燃烧器本体的后端端面，所述周界风喷口向后伸出预定距离；相对于所述周界风喷口，所述外部配风喷口向后伸出预定距离。

5.根据权利要求3所述的床下点火燃烧器，其特征在于，所述周界风喷口和/或外部配风喷口中设置有可调旋流叶片。

6.根据权利要求1-5任一项所述的床下点火燃烧器，其特征在于，内燃段包括位于前端部分的扩口部分和位于后端部分的缩口部分，所述扩口部分的前端的通流截面小于其后端的通流截面；所述缩口部分的前端的通流截面大于其后端的通流截面。

7.根据权利要求6所述的床下点火燃烧器，其特征在于，所述扩口部分内壁面设置有旋流叶片。

8.根据权利要求1-5任一项所述的床下点火燃烧器，其特征在于，还包括位于燃烧器本体内的聚燃装置，所述聚燃装置包括前端通流截面等于后端通流截面的直筒或前端通流截面大于后端通流截面的锥筒；所述点火装置的点火端位于所述锥筒或直筒中。

9.根据权利要求1-5任一项所述的床下点火燃烧器，其特征在于，所述点火装置为等离子体发生器或包括油枪和配风器的油枪组件。

10.根据权利要求1-5任一项所述的床下点火燃烧器，其特征在于，所述 点火装置可活动地安装在燃烧器本体中。

11.一种点火风道系统，包括点火风道和床下点火燃烧器，其特征在于，所述床下点火燃烧器为权利要求1-10任一项所述的床下点火燃烧器，所述点火风道的前端与所述燃烧风道的后端相通。 

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