CN102537996B - 燃油气化装置和方法、煤粉复合点火方法和煤粉燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃油气化装置和方法、等离子体燃油气化方式复合点燃煤粉的方法和煤粉燃烧器。燃油气化装置(101)包括油枪(105)、燃烧室(104)、气化室(103)、雾化喷嘴(108)，其中，油枪设置在燃烧室的入口处，用于在燃烧室中产生高温烟气；燃烧室的出口与气化室的入口连接，雾化喷嘴与气化室连接，用于向气化室供入雾化的燃油，此雾化的燃油被高温烟气气化并与高温烟气一起经由燃油气化装置(101)的出口输出。通过本发明的燃油气化装置提高了油燃料的燃烧速率及热释放强度，有利于煤粉点火；通过复合点火，可实现劣质煤锅炉机组的点火启停及低负荷稳燃，同时具有油耗低的特点。

Description

燃油气化装置和方法、煤粉复合点火方法和煤粉燃烧器

技术领域

本发明涉及一种燃油气化装置和方法、等离子体燃油气化复合点燃煤粉的方法和燃烧器，主要应用于燃用劣质煤的锅炉机组点火启停及低负荷稳燃。

背景技术

传统火力发电厂煤粉锅炉的启、停及低负荷稳燃都是采用燃烧重油、柴油或天然气的方法，燃油启动方式是在锅炉启动时利用油枪将燃油点燃后直接喷入炉膛，高温的油火焰在炉膛内放出大量的热量，当炉膛内温度被加热到煤粉的着火温度以上时，再将煤粉喷入炉膛，并逐步使油枪退出运行。如果依靠这种方式来实现锅炉的启、停及低负荷稳燃，每年要消耗大量的燃油。

随着等离子体煤粉点火技术的出现和不断成熟，我国已有大量煤粉锅炉采用了等离子体煤粉点火装置，在锅炉启动过程中代替油枪，节省了大量燃油。其中部分机组已取消燃油系统，建成无燃油电站。然而，这些机组的燃料以优质烟煤为主，但是，对于劣质煤却难以实现单独采用等离子体煤粉点火技术来达到锅炉机组的启、停及低负荷稳燃的目的。

发明内容

本发明提供了一种燃油气化装置及方法、一种包括该燃油气化装置的等离子体燃油气化复合煤粉燃烧器、以及一种采用该燃油气化装置复合等离子体燃油气化点燃煤粉的方法。

按本发明的燃油气化装置，该燃油气化装置包括油枪、燃烧室、气化室、雾化喷嘴，其中，油枪设置在燃烧室的入口处，用于在燃烧室中产生高温烟气；燃烧室的出口与气化室的入口连接，雾化喷嘴与气化室连接，用于向气化室供入雾化的燃油，此雾化的燃油被高温烟气气化并与高温烟气一起经由燃油气化装置的出口输出。

燃油气化装置工作原理：配风合理的油枪稳定燃烧产生大量的高温烟气，燃油通过雾化喷嘴雾化产生油雾，该油雾与高温烟气混合，油雾在高温烟气中气化最终形成高温可燃气体。该装置采用油枪的目的在于能够提供连续、稳定的热源。主要的油燃料采用雾化喷嘴进行雾化则是为了进一步提高燃油的气化速率，减小气化所需的空间。

本发明所采用的燃油气化装置中，由于热量主要来源于少量燃油燃烧放热，且燃油的气化是通过气液之间直接换热，即液滴在高温气体中直接蒸发，而不需要通过换热面传热，高温环境下的少量析碳亦通过高速烟气直接携带送入煤粉气流中燃烧，因此该装置具有经济、高效、不积碳的特点。

优选地，油枪包括配风盘、燃油雾化喷嘴、点火器和风源。该油枪所产生的油火焰在燃烧室内燃烧，产生高温烟气。

优选地，在燃烧室壁面上安装有火焰检测装置或温度测量装置，用以检测油枪是否正常燃烧，以防止油枪熄火所产生的不良影响。

优选地，燃烧室的壁面上开有观察窗，可供工作人员通过观察窗观察油枪的火焰。

优选地，燃烧室和/或气化室内壁衬有耐火保温内衬，以防止高温变形或烧损。

按本发明的气化燃油的方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：

产生雾化的燃油；

通过对雾化的燃油进行加热使其气化；

把气化的燃油输出。

优选地，采用上述燃油气化装置来气化燃油，该方法包括以下的步骤：通过油枪产生的油火焰在燃烧室中燃烧，产生高温烟气；高温烟气进入气化室，与此同时，通过雾化喷嘴把雾化的燃油喷入气化室中，与高温烟气混合；油液滴在高温烟气中蒸发并最终形成燃油的蒸气；燃油蒸气与高温烟气的混合物通过燃油气化装置的出口输出。

本发明相当于采用前置处理的方式，用一个装置把燃油燃烧过程中的气化提前到燃烧器外进行，一方面，气化的燃油进入燃烧器内燃烧，其反应速率快，热量释放集中；另一方面，气化的燃油进入煤粉气流中，使煤粉更易着火，从而改善了燃煤的点火性能。

按本发明的等离子体燃油气化复合煤粉燃烧器，该燃烧器包括等离子体燃烧器外筒、等离子体点火装置和第一级燃烧筒，其特征在于，所述煤粉燃烧器包括上述的燃油气化装置，该燃油气化装置与第一级燃烧筒相连或相邻。

优选地，第一级燃烧筒设计为中心筒或者煤粉浓缩装置。关于煤粉浓缩装置，在本发明中可以采用在中国专利ZL200920145979.6中详细描述的煤粉浓缩装置；也可以采用其他形式的煤粉浓缩装置，只要该浓缩装置满足以下两个条件即可：第一，煤粉空气流会从浓缩装置的出口流出，第二，流出的煤粉空气流至少部分地处于着火状态，这样就能够保证由注气装置在煤粉浓缩装置出口附近注入的燃气被煤粉火焰点燃并燃烧，从而燃烧的燃气反过来促进煤粉的燃烧。

优选地，燃油气化装置通过燃油气体喷嘴与第一级燃烧筒相连接。

优选地，燃油气化装置的出口设置在第一级燃烧筒的出口附近。

优选地，燃油气体喷嘴是一根中空的管道，管道的入口与燃油气化装置的出口相连，管道的出口安装在第一级燃烧筒的出口附近，安装成与等离子体燃烧器外筒的中心轴线成0～90°的角度，指向煤粉气流的顺流方向。

优选地，燃油气体喷嘴包括入口管道、外壁筒、内壁筒及两个端面堵板，入口管道连接在外壁筒上，内壁筒上开有通孔。

优选地，燃油气体喷嘴包括入口管道、外壁筒、内壁筒，并且在入口端面具有堵板，入口管道连接在外壁筒上。

优选地，燃油气体喷嘴的入口管道与燃油气化装置的出口相连，内壁筒与第一级燃烧筒同轴布置，第一级燃烧筒的出口端面与内壁筒的入口端面重合或伸入该入口端面。

内壁筒的横截面大于或等于第一级燃烧筒的出口横截面。

按本发明的采用上述煤粉燃烧器复合等离子体燃油气化点燃煤粉的方法，其特征在于，该方法包括如下的步骤：

使部分煤粉气流作为第一级煤粉气流进入第一级燃烧筒，其余煤粉气流作为第二级煤粉气流在第一级燃烧筒和等离子体燃烧器外筒之间通过；

通过等离子体点火装置点燃第一级煤粉气流；

通过燃油气化装置把燃油气化并把气化的燃油输送到第一级燃烧筒的出口；

其中，气化的燃油与燃烧着的第一级煤粉气流一起混入第二级煤粉气流中，气化的燃油首先被点燃，并释放出大量的热量，伴随着二级煤粉气流中的煤粉挥发份开始析出、着火并燃烧，在等离子体燃烧器的出口形成稳定的煤粉火焰。

等离子体燃油气化复合煤粉燃烧器解决了如何把现有等离子体点火技术与燃油气化点火技术结合的问题。

本发明的积极效果在于：

1、把油燃烧过程中的油气化过程放在燃烧器外提前进行，相当于把液体燃烧变为气体燃料燃烧，大大提高了油燃料的燃烧速率及热释放强度，有利于煤粉点火。

2、本发明中油燃烧所需的氧气主要来源于一次风，而不需要大量补充燃油的配风，从而减少了燃烧器内最终的总风量，因此降低了点火时燃烧器的阻力。

3、等离子体燃烧器与燃油气化复合点火，可实现劣质煤锅炉机组的点火启停及低负荷稳燃，同时具有油耗低的特点。

附图说明

下面结合附图对按照本发明的实施例详细进行描述，以给出本发明的其它特征和优点。附图中：

图1为一种燃油气化装置的结构示意图；

图2为一种等离子体燃油气化复合煤粉燃烧器的结构示意图；

图3为另一种等离子体燃油气化复合煤粉燃烧器的结构示意图；

图4为一种燃油气体喷嘴结构示意图；以及

图5为另一种燃油气体喷嘴结构示意图。

具体实施方式

图1示出本发明一个燃油气化装置的一个实施例，该燃油气化装置101主要包括油枪105、燃烧室104、气化室103、雾化喷嘴108，其中，油枪105设置在燃烧室104的入口处用于在燃烧室104中产生高温烟气，燃烧室104的出口与气化室103的入口连接，以及，雾化喷嘴108与气化室103连接，用于向气化室103供入雾化的燃油，此雾化的燃油被高温烟气气化并与高温烟气一起经由燃油气化装置101的出口输出。该燃油气化装置101还可以具有输送管道102，气化室103的出口与输送管道102连接，燃油蒸气与高温烟气一起经由输送管道102输出。在此，油枪105可以为常用的油枪系统，包括配风盘1051、燃油雾化喷嘴1052、点火器1053、风源1054等。油枪105中的雾化喷嘴1052喷出的油雾与风源1054所提供的空气通过配风盘1051在燃烧室104内混合，点火器1053点燃燃油与空气的混合物，并使之在燃烧室104内基本燃尽，产生高温烟气并进入气化室103。

按照燃油气化装置的一个变型实施例，燃烧室104的壁面上安装有火焰检测装置106(或温度测量装置)，用以检测油枪是否正常燃烧，防止油枪熄火所产生的不良影响。

按照燃油气化装置的一个变型实施例，燃烧室104的壁面上开有观察窗107，可供工作人员通过观察窗观察油枪105的火焰。

按照本实施例，雾化喷嘴108安装在气化室103入口附近，其雾化的燃油喷入气化室103、与进入其中的高温烟气混合，油雾在高温烟气中受热蒸发，最终形成燃油蒸气。高温的燃油蒸气与油枪所产生的高温烟气通过输送管道102输出。

按照燃油气化装置的一个变型实施例，燃烧室104、气化室103内壁衬有耐火保温内衬109，以防止高温变形或烧损。

图2示出一种采用中心筒作为第一级燃烧筒的等离子体燃油气化复合煤粉燃烧器的结构示意图。该燃烧器200主要包括等离子体燃烧器外筒201、中心筒202、等离子体点火装置203、燃烧器弯头204、燃油气化装置101、燃油气体喷嘴205。首先，一次风煤粉气流进入燃烧器弯头204，经浓淡分离后，相对浓度较高的煤粉气流进入中心筒202(第一级煤粉气流)，其余煤粉气流在中心筒202和等离子体燃烧器外筒201之间通过(第二级煤粉气流)。

等离子体点火装置203的出口端面位于中心筒202内，其产生的热等离子体把与之接触的煤粉气流加热到着火温度以上，使煤粉中的挥发份析出，并开始着火、燃烧，在中心筒202的出口处形成较为稳定的煤粉火焰。

燃油气化装置101与中心筒202通过燃油气体喷嘴205结合到一起，燃油气体喷嘴205的入口与燃油气化装置101的出口(输送管道102的出口)相连，燃油气体喷嘴205的出口安装在中心筒202出口附近，安装成与等离子体燃烧器外筒的中心轴线成0～90°的角度，指向煤粉气流的顺流方向。在本实施例中，燃油气体喷嘴205仅仅是一根中空的管道，与中心筒202连接。

从燃油气体喷嘴205中喷出的燃油气体与中心筒202出口的燃烧着的煤粉气流一起混入第二级煤粉气流中，油气首先被点燃，并释放出大量的热量，伴随着第二级煤粉气流中的煤粉挥发份开始析出、着火并燃烧。此过程相当于让煤粉提前释放出更多的挥分份，使之释放出更多的热量，从而能够进一步点燃后续的煤粉气流，在等离子体燃烧器201的出口形成稳定的煤粉火焰。

图3示出一种采用煤粉浓缩装置作为第一级燃烧筒的等离子体燃油气化复合煤粉燃烧器的结构示意图。该煤粉燃烧器与图2所示煤粉燃烧器的区别在于，采用煤粉浓缩装置202’替代中心筒202，以及，采用了另一种结构形式的燃油气体喷嘴205，简单说就是带孔的腔体。在该实施例中，采用在中国专利ZL.200920145979.6中详细描述的煤粉浓缩装置。

该煤粉燃烧器的工作流程为：一次风煤粉气流进入燃烧器弯头204，经浓淡分离后，相对浓度较高的煤粉气流进入煤粉浓缩装置202’(也可以是中心筒)，形成第一级煤粉气流。等离子体点火装置203的出口端面安装在煤粉浓缩装置202’内，其产生的热等离子体把与之接触的煤粉气流加热到着火温度以上，使煤粉中的挥发份析出，并开始着火、燃烧，在煤粉浓缩装置202’的出口处形成较为稳定的煤粉火焰。

本实施例所采用的燃油气体喷嘴205如图4所示，入口管道303连接在外壁筒304上，燃油气体通过入口管道303进入由外壁筒304、内壁筒302及两个端面堵板305所形成的空腔，燃油气体在空腔内分配并从内壁筒302上所开的通孔301喷入内壁筒所形成的煤粉通道内。该燃油气体喷嘴的优点在于能够使燃油气体与煤粉气流更好地混合，热量释放更集中。

燃油气体喷嘴205上的入口管道303与燃油气化装置101的出口(输送管道102的出口)相连接，其内壁筒302与煤粉浓缩装置202’同轴布置，煤粉浓缩装置202’的出口端面与内壁筒302沿煤粉气流流动方向处于上游的入口端面重合或伸入该入口端面。另外，内壁筒的横截面可以与煤粉浓缩装置202’的出口横截面相同大小，与可以更大。优选是，内壁筒302的横截面大于煤粉浓缩装置202’的出口横截面，使煤粉浓缩装置202’之外的煤粉气流有一部分可以进入燃油气体喷嘴205的内壁筒302所形成的通道。

从煤粉浓缩装置出口流出的燃烧着的煤粉气流、以及(在内壁筒302的横截面大于煤粉浓缩装置202’的出口横截面情况下)从煤粉浓缩装置202’与燃油气体喷嘴205的内壁筒302之间的间隙进入的煤粉气流，与通过内壁筒上的通孔喷入的燃油气体混合在一起并着火燃烧，释放出大量的热量，从而进一步点燃燃油喷嘴205外的煤粉气流，最终在等离子体燃烧器200出口形成稳定的燃烧火焰。

图5给出了另一种燃油气体喷嘴示意图，入口管道303连接在外壁筒304上，燃油气体由入口管道303进入由外壁筒304、内壁筒302及一入口端面的堵板305所形成的空腔，燃油气体在空腔内分配并从在出口端面在内壁筒302与外壁筒304之间所形成的环隙301喷出。从环隙301喷出的燃油气体可以是与煤粉气流方向一致，也可以与煤粉气流方向成一定角度(例如通过把环隙出口端面设计为与燃烧器轴线垂直或者不与燃烧器轴线垂直来实现这种偏向)。该燃油气体喷嘴的优点在于减少了由内壁筒302形成的通道内的热强度，有利于防止其烧损或结渣。

图4、5中所示的燃油气体喷嘴205同样可应用于图2和3所示的煤粉燃烧器。

Claims (16)

1.一种燃油气化装置，该燃油气化装置(101)包括油枪(105)、燃烧室(104)、气化室(103)、雾化喷嘴(108)，其中，油枪(105)设置在燃烧室(104)的入口处，用于在燃烧室(104)中产生高温烟气；燃烧室(104)的出口与气化室(103)的入口连接，雾化喷嘴(108)与气化室(103)连接，用于向气化室(103)供入雾化的燃油，此雾化的燃油被高温烟气气化形成高温可燃气体，燃油的气化通过气液之间直接换热实现，液滴在高温气体中直接蒸发，不需通过换热面传热，高温可燃气体与高温烟气一起经由燃油气化装置(101)的出口输出。

2.如权利要求1所述的燃油气化装置，其特征在于，油枪(105)包括配风盘、燃油雾化喷嘴、点火器和风源。

3.如权利要求1或2所述的燃油气化装置，其特征在于，在燃烧室(104)壁面上安装有火焰检测装置(106)或温度测量装置。

4.如权利要求1或2所述的燃油气化装置，其特征在于，燃烧室(104)的壁面上开有观察窗(107)。

5.如权利要求1或2所述的燃油气化装置，其特征在于，燃烧室(104)和/或气化室(103)内壁衬有耐火保温内衬(109)。

6.一种气化燃油的方法，包括以下的步骤：

产生雾化的燃油；

通过对雾化的燃油进行加热使其气化；

把气化的燃油输出；

其特征在于，上述方法采用如权利要求1至5之一所述燃油气化装置气化燃油，该方法包括以下的步骤：

通过油枪(105)产生的油火焰在燃烧室(104)中燃烧，产生高温烟气；

通过雾化喷嘴(108)把雾化的燃油喷入气化室(103)中，与此同时，在燃烧室(104)内产生的高温烟气进入气化室(103)，与高温烟气混合，油液滴在高温烟气中蒸发并最终形成燃油蒸气；燃油的气化通过气液之间直接换热实现，液滴在高温气体中直接蒸发，不需通过换热面传热；

燃油蒸气与高温烟气的混合物通过燃油气化装置(101)的出口输出。

7.一种等离子体燃油气化复合煤粉燃烧器，其特征在于，该煤粉燃烧器(200)包括等离子体燃烧器外筒(201)、等离子体点火装置(203)和第一级燃烧筒，所述煤粉燃烧器包括如权利要求1至5之一所述的燃油气化装置(101)，该燃油气化装置(101)与第一级燃烧筒相连或相邻。

8.如权利要求7所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述第一级燃烧筒设计为中心筒(202)或煤粉浓缩装置(202’)。

9.如权利要求7所述的煤粉燃烧器，其特征在于，燃油气化装置(101)的出口设置在第一级燃烧筒的出口附近。

10.如权利要求7所述的煤粉燃烧器，其特征在于，燃油气化装置(101)通过燃油气体喷嘴(205)与第一级燃烧筒相连接。

11.如权利要求10所述的煤粉燃烧器，其特征在于，燃油气体喷嘴(205)是一根中空的管道，管道的入口与燃油气化装置(101)的出口相连，管道的出口安装在中心筒(202)的出口附近，安装成与等离子体燃烧器外筒(201)的中心轴线成0～90°角度，指向煤粉气流的顺流方向。

12.如权利要求10所述的煤粉燃烧器，其特征在于，燃油气体喷嘴(205)包括入口管道(303)、外壁筒(304)、内壁筒(302)及两个端面堵板(305)，入口管道(303)连接在外壁筒(304)上，内壁筒(302)上开有通孔(301)。

13.如权利要求10所述的煤粉燃烧器，其特征在于，燃油气体喷嘴(205)包括入口管道(303)、外壁筒(304)、内壁筒(302)，并且在入口端面具有堵板(305)，入口管道(303)连接在外壁筒(304)上。

14.如权利要求12或13所述的煤粉燃烧器，其特征在于，燃油气体喷嘴(205)的入口管道(303)与燃油气化装置(101)的出口相连，内壁筒(302)与第一级燃烧筒同轴布置，第一级燃烧筒的出口端面与内壁筒(302)的入口端面重合或伸入该入口端面。

15.如权利要求14所述的煤粉燃烧器，其特征在于，内壁筒(302)的横截面大于或等于第一级燃烧筒的出口横截面。

16.一种采用如权利要求7至15之一所述煤粉燃烧器复合等离子体燃油气化点燃煤粉的方法，其特征在于，该方法包括如下的步骤：

使部分煤粉气流作为第一级煤粉气流进入第一级燃烧筒，其余煤粉气流作为第二级煤粉气流在第一级燃烧筒和等离子体燃烧器外筒(201)之间通过；

通过等离子体点火装置(203)点燃第一级煤粉气流；

通过燃油气化装置(101)把燃油气化并把气化的燃油输送到第一级燃烧筒的出口；

其中，气化的燃油与燃烧着的第一级煤粉气流一起混入第二级煤粉气流中，气化的燃油首先被点燃，并释放出大量的热量，伴随着二级煤粉气流中的煤粉挥发份开始析出、着火并燃烧，在等离子体燃烧器(200)的出口形成稳定的煤粉火焰。