CN102620292A

CN102620292A - 一种煤粉高温富氧点火稳燃器

Info

Publication number: CN102620292A
Application number: CN2012101200805A
Authority: CN
Inventors: 刘国伟; 董芃; 翟明; 张玉
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2012-08-01

Abstract

一种煤粉高温富氧点火稳燃器，它涉及一种煤粉点火稳燃器，该点火稳燃器彻底取代油枪，利用高温氧气作为稳定热源保证点火稳燃器自身的稳定着火，降低了成本。第一级煤粉气流通道、高温氧气通道、第二级直流煤粉气流通道及第二级旋流煤粉气流通道由内至外同轴环套在一起，高温氧气旋流叶轮安装在高温氧气通道内，第二级煤粉气流旋流叶轮安装在第二级旋流煤粉气流通道内，第二级旋流通道风室与第二级旋流煤粉气流通道连通，第二级直流通道风室与第二级直流煤粉气流通道连通，高温氧气风室与高温氧气通道连通，导流锥固定安装在第一级煤粉气流通道的第一级煤粉气流喷射扩口内，导流锥为正圆锥体。本发明能彻底取代油枪，可与各类煤粉燃烧器配合使用。

Description

一种煤粉高温富氧点火稳燃器

技术领域

本发明涉及一种煤粉点火稳燃器，属于锅炉配套设备技术领域。

背景技术

在我国常规电站煤粉锅炉的运行过程中要耗费大量的燃油。首先，在锅炉冷态点火启动过程中，需要燃用大量燃油使炉膛温度升高，使之达到煤粉的着火温度后再喷入煤粉进行油煤混烧，最终到煤粉自身能稳定燃烧后才能够断油，完成点火过程；另外，目前我国各主要电网的日用电峰谷差已达到了30%～50%，深度调峰的需要导致锅炉经常要在很低的负荷下运行，这会导致炉内燃烧不稳定，增加了熄火的危险，为此又需要启动油枪燃油进行稳燃以防止熄火事故的发生。由于上述原因，我国常规电站燃煤机组每年在燃油方面的消费十分巨大。而近年来随着燃油价格的不断升高，尽量减少锅炉启动及低负荷稳燃用油以降低发电成本已成为发电企业的共识。为此，开发出一种经济上合理、技术上稳定的新型煤粉无油点火稳燃技术是十分必要的。

在电站煤粉锅炉中，煤以煤粉的形式着火燃烧。而根据燃烧学的基本原理可知，燃料着火燃烧需要两个基本条件：一是达到燃料的着火温度，二是具有充足的助燃剂。由此可知，在电站煤粉锅炉运行过程中，温度水平和供氧条件是控制煤粉着火燃烧过程的两个最主要参数，也是决定煤粉能否顺利着火燃烧的关键。大量的理论和实践证明，富氧燃烧技术具有燃烧温度高、燃烧强度大和可降低燃料着火温度的特点，因此在强化燃料的着火燃烧方面有着明显的优势。而近年来，随着新型制氧技术的逐步成熟，制氧的成本大大降低，相对于使用燃油助燃，采用富氧助燃在成本上的优势愈发明显，因此富氧燃烧技术在大型电站煤粉锅炉上的应用也越来越多。但是，现有的应用大都是将富氧燃烧技术与油枪点火技术相结合，即用油枪点火后用富氧气体助燃，就其点火方式而言，依然没有摆脱燃油点火的束缚。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤粉高温富氧点火稳燃器，该点火稳燃器彻底取代油枪，利用高温氧气作为稳定热源保证点火稳燃器自身的稳定着火，降低了成本。

本发明利用高温氧气作为稳定热源保证点火稳燃器自身的稳定着火，然后再利用点火稳燃器保证整个煤粉燃烧器火焰的稳定性，进而有效实现煤粉燃烧器在点火和低负荷稳燃过程中的稳定运行。

本发明为实现上述目的采取的技术方案是：

一种煤粉高温富氧点火稳燃器，所述的点火稳燃器包括第一级煤粉气流通道、高温氧气通道、高温氧气风室、第二级直流通道风室、第二级直流煤粉气流通道、第二级旋流通道风室、第二级旋流煤粉气流通道、第二级煤粉气流旋流叶轮、高温氧气旋流叶轮、导流锥、第一级煤粉气流喷射扩口、高温氧气喷射扩口、第二级旋流煤粉气流喷射扩口及环腔；

第一级煤粉气流通道、高温氧气通道、第二级直流煤粉气流通道及第二级旋流煤粉气流通道由内至外同轴环套在一起，高温氧气旋流叶轮安装在高温氧气通道内并靠近高温氧气通道的前端设置，第二级煤粉气流旋流叶轮安装在第二级旋流煤粉气流通道内并靠近第二级旋流煤粉气流通道的前端设置，第二级旋流通道风室沿第二级旋流煤粉气流通道的径向设置在第二级旋流煤粉气流通道的后端，第二级旋流通道风室与第二级旋流煤粉气流通道连通，第二级直流通道风室沿第二级直流煤粉气流通道的径向设置在第二级直流煤粉气流通道的后端，第二级直流通道风室与第二级直流煤粉气流通道连通，高温氧气风室沿高温氧气通道的径向设置在高温氧气通道的后端，高温氧气风室与高温氧气通道连通，第一级煤粉气流通道的前端设有第一级煤粉气流喷射扩口，高温氧气通道的前端设有高温氧气喷射扩口，第二级旋流煤粉气流通道的前端设有第二级旋流煤粉气流喷射扩口，导流锥固定安装在第一级煤粉气流通道的第一级煤粉气流喷射扩口内，导流锥为正圆锥体，导流锥的底面朝向第一级煤粉气流通道的前端设置，导流锥与第一级煤粉气流喷射扩口之间设有环腔。

导流锥的高度与第一级煤粉气流喷射扩口的长度一致，导流锥的底面与第一级煤粉气流喷射扩口、高温氧气喷射扩口、第二级直流煤粉气流通道及第二级旋流煤粉气流通道平齐。

第一级煤粉气流喷射扩口的横截面为圆形，横截面为圆形的第一级煤粉气流喷射扩口的半角α为15～25°。

高温氧气喷射扩口的横截面为圆形，横截面为圆形的高温氧气喷射扩口的半角β为20～25°。

第二级直流煤粉气流通道为直喷口，第二级旋流煤粉气流喷射扩口的半角γ为45°。

本发明的有益效果是：

在实际工程应用中，无论是对直流煤粉燃烧器还是对旋流煤粉燃烧器，其单只燃烧器的热功率一般都不会设计的过大。通常来讲，单只煤粉燃烧器的推荐功率为20MW～40MW。而就煤粉燃烧器的点火（稳燃）装置而言，根据其功能需要的不同，对其热功率的要求也不同。人们通常利用“点火能量”作为选择点火（稳燃）装置热功率的依据，而“点火能量”是指点火（稳燃）装置本身的热功率与其要点燃的主燃料燃烧器的热功率之比。通常情况下，对于只具有点火功能的点火装置，其点火能量一般选择为1%～4%；对于兼具有带低负荷稳燃功能的点火稳燃装置，对其点火能量的要求则更大一些，可达到10%，特殊情况下甚至可能达到20%～30%。

本发明的煤粉高温富氧点火稳燃器总功率为3MW，可达到绝大多数煤粉燃烧器稳定点火燃烧对点火（稳燃）装置热功率的要求。其中，本发明的点火稳燃器采用分级点火技术，具体可分为一、二两级：点火稳燃器第一级热功率为0.5MW，采用高温氧气作为热量和助燃气的主要来源进行直接点火，主要用于点火稳燃器自身的点火；点火稳燃器第二级热功率为2.5MW，依靠第一级富氧燃烧的高温火炬点燃，主要用于进行煤粉燃烧器的点火和低负荷稳燃。

本发明的煤粉高温富氧点火稳燃器的第一级采用中心管空气直流送粉、外侧环道旋流提供高温氧气的基本结构。这一结构的主要优点是：在煤粉燃烧器被点燃后，本发明的点火稳燃器第一级中的高温氧气可直接被替换为普通二次风空气，进而节约消耗氧气的成本。另外，在第一级煤粉气流通道（也即中心管煤粉气流通道）的前端设置了第一级煤粉气流扩口，并在所述的第一级煤粉气流喷射扩口设置了导流锥，通过其导流作用强化煤粉气流与外侧旋流高温氧气的混合。其中，导流锥为正圆锥体，高度与第一级煤粉气流喷射扩口长度一致，位置与第一级煤粉气流喷口扩口平齐；第一级煤粉气流喷射扩口半角角度为15～25°；高温氧气通道扩口半角角度为20～25°；高温氧气旋流强度为2.0～2.5；第二级旋流煤粉气流旋流强度为1.5～2.5。

本发明的煤粉高温富氧点火稳燃器的第二级则采用直流、旋流联合的方式送粉，即在点火稳燃器第一级外侧同时设置直流煤粉气流通道和旋流煤粉气流通道，其中旋流煤粉气流通道位于最外侧。其中，第二级直流煤粉气流通道为直喷口，扩口半角角度为0°；第二级旋流煤粉气流通道扩口半角角度为45°；第二级旋流煤粉气流旋流强度为1.5～2.5。这一结构的主要优点是：通过调整进入直流煤粉气流通道和旋流煤粉气流通道的送风一次风量，可有效控制点火稳燃器第二级煤粉气流的着火位置和火焰形状，进而使得点火稳燃器能够与煤粉燃烧器进行更好的配合，保证煤粉燃烧器点火和低负荷稳燃的稳定性。本发明可应用于各类大型直流或旋流煤粉燃烧器的煤粉点火稳燃器。

附图说明

附图1表示的是本发明的一种煤粉高温富氧点火稳燃器的主剖视图。

图中：1-第一级煤粉气流通道；2-高温氧气通道；3-高温氧气风室；4-第二级直流通道风室；5-第二级直流煤粉气流通道；6-第二级旋流通道风室；7-第二级旋流煤粉气流通道；8-第二级煤粉气流旋流叶轮；9-高温氧气旋流叶轮；10-导流锥；11-第一级煤粉气流喷射扩口；12-高温氧气喷射扩口；13-第二级旋流煤粉气流喷射扩口；14-环腔。

F₁-第一级煤粉气流，F_y-高温氧气流，F₂₁-第二级直流煤粉气流，F₂₂-第二级旋流煤粉气流。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，一种煤粉高温富氧点火稳燃器，所述的点火稳燃器包括第一级煤粉气流通道1、高温氧气通道2、高温氧气风室3、第二级直流通道风室4、第二级直流煤粉气流通道5、第二级旋流通道风室6、第二级旋流煤粉气流通道7、第二级煤粉气流旋流叶轮8、高温氧气旋流叶轮9、导流锥10、第一级煤粉气流喷射扩口11、高温氧气喷射扩口12、第二级旋流煤粉气流喷射扩口13及环腔14；

第一级煤粉气流通道1、高温氧气通道2、第二级直流煤粉气流通道5及第二级旋流煤粉气流通道7由内至外同轴环套在一起，高温氧气旋流叶轮9安装在高温氧气通道2内并靠近高温氧气通道2的前端设置，第二级煤粉气流旋流叶轮8安装在第二级旋流煤粉气流通道7内并靠近第二级旋流煤粉气流通道7的前端设置，第二级旋流通道风室6沿第二级旋流煤粉气流通道7的径向设置在第二级旋流煤粉气流通道7的后端，第二级旋流通道风室6与第二级旋流煤粉气流通道7连通，第二级直流通道风室4沿第二级直流煤粉气流通道5的径向设置在第二级直流煤粉气流通道5的后端，第二级直流通道风室4与第二级直流煤粉气流通道5连通，高温氧气风室3沿高温氧气通道2的径向设置在高温氧气通道2的后端，高温氧气风室3与高温氧气通道2连通，第一级煤粉气流通道1的前端设有第一级煤粉气流喷射扩口11，高温氧气通道2的前端设有高温氧气喷射扩口12，第二级旋流煤粉气流通道7的前端设有第二级旋流煤粉气流喷射扩口13，导流锥10固定安装在第一级煤粉气流通道1的第一级煤粉气流喷射扩口11内，导流锥10为正圆锥体，导流锥10的底面朝向第一级煤粉气流通道1的前端设置，导流锥10与第一级煤粉气流喷射扩口11之间设有环腔14。其中各通道的截面尺寸由其对应通过的风量、风速计算得出。

具体实施方式二：如图1所示，具体实施方式一所述的一种煤粉高温富氧点火稳燃器，导流锥10的高度与第一级煤粉气流喷射扩口11的长度一致，导流锥10的底面与第一级煤粉气流喷射扩口11、高温氧气喷射扩口12、第二级直流煤粉气流通道5及第二级旋流煤粉气流通道7平齐。导流锥10的高度与第一级煤粉气流喷射扩口11的长度一致，可最大程度地利用导流锥10高度，使之与第一级煤粉气流喷射扩口11配合，保证第一级煤粉气流的充分转向。导流锥10的底面与喷口平齐而不突出于喷口之外，可使导流锥10周向外侧各喷口的射流发挥隔离保护作用，进而保证导流锥10不会因为距离流场高温区过近而导致烧损。

具体实施方式三：如图1所示，具体实施方式一或二所述的一种煤粉高温富氧点火稳燃器，其特征是：第一级煤粉气流喷射扩口11的横截面为圆形，横截面为圆形的第一级煤粉气流喷射扩口的半角α为15～25°；高温氧气喷射扩口12的横截面为圆形，横截面为圆形的高温氧气喷射扩口的半角β为20～25°；第二级直流煤粉气流通道5为直喷口，第二级旋流煤粉气流喷射扩口13的半角γ为45°。第一级煤粉气流喷射扩口11的半角α（15～25°）略小于高温氧气喷射扩口12的半角β（20～25°），可防止第一级煤粉气流与高温氧气混合过早，进而造成着火位置距离喷口太近，烧损喷口。第二级直、旋流煤粉气流联合送粉的主要优点是：通过调整直流煤粉气流和旋流煤粉气流的风量，可控制煤粉气流的着火位置和火焰形状，保证其与煤粉燃烧器的良好配合。

本发明结合富氧燃烧技术的特点，以强化温度水平和供氧条件这两个控制煤粉着火燃烧的主要参数为依据，设计了一种煤粉高温富氧点火稳燃器以彻底取代油枪。煤粉高温富氧点火稳燃器利用高温氧气作为稳定热源来保证点火稳燃器自身的稳定着火，然后再利用点火稳燃器保证整个煤粉燃烧器火焰的稳定性，进而有效实现煤粉燃烧器在点火和低负荷稳燃过程中的稳定运行。

本发明的煤粉高温富氧点火稳燃器安装及工作过程如下：

1、安装位置：本发明的煤粉高温富氧点火稳燃器适合安装的燃烧器包括旋流煤粉燃烧器和直流煤粉燃烧器。在旋流煤粉燃烧器上，应将本发明的煤粉高温富氧点火稳燃器安装在所述的旋流煤粉燃烧器的中心位置，即燃烧器中心管内，取代油枪。在直流煤粉燃烧器上，同样宜将本发明的煤粉高温富氧点火稳燃器安装于所述的直流煤粉燃烧器的中心，即直流煤粉燃烧器一次风道内，取代油枪；当燃烧器一次风道偏小，使得本发明的煤粉高温富氧点火稳燃器无法安置于其间时，可将本发明的煤粉高温富氧点火稳燃器安装于燃烧器一次风道喷口正下方30～100mm处。

2、工作过程：首先，第一级煤粉气流F₁从第一级煤粉气流通道1以直吹的方式吹出，并在导流锥10的作用下沿一定角度向外扩散；与此同时，高温氧气流F_y通过高温氧气风室3、高温氧气通道2及高温氧气旋流叶轮9以旋流方式吹出，并在旋流作用下在流场中形成回流区，与第一级煤粉气流F₁相混合；随着混合的进行，混合气流的氧气体积份额不断增大、温度不断升高，直到达到煤粉气流的着火温度，第一级煤粉气流被点燃；然后，第二级直流煤粉气流F₂₁通过第二级直流通道风室4、第二级直流煤粉气流通道5以直流方式吹出；第二级旋流煤粉气流F₂₂通过第二级旋流通道风室6、第二级旋流煤粉气流通道7及第二级煤粉气流旋流叶轮8以旋流吹出，保证第二级直流煤粉气流与第二级旋流煤粉气流同时吹出；在第一级富氧燃烧高温火炬的作用下，第二级直流煤粉气流F₂₁与第二级旋流煤粉气流F₂₂被点燃，点火稳燃器成功点火。之后，便可利用点火稳燃器来实现煤粉燃烧器的点火和低负荷稳燃。

3、过程控制：在使用本发明的煤粉高温富氧点火稳燃器进行煤粉燃烧器点火时，点火过程遵循所述点火稳燃器第一级到点火稳燃器第二级、再到煤粉燃烧器这一顺序，在煤粉燃烧器被点燃后，可将点火稳燃器第一级中的高温氧气直接替换为普通二次风空气；在使用煤粉高温富氧点火稳燃器进行煤粉燃烧器低负荷稳燃时，则必须保证在点火稳燃器第一级中使用高温氧气，否则可能导致煤粉燃烧器燃烧不稳定，甚至熄火。

4、运行调整：本发明煤粉高温富氧点火稳燃器在与直流煤粉燃烧器配合使用时，第二级应以直流煤粉气流为主，且直流煤粉气流的煤粉浓度应相对较高，此时旋流煤粉气流主要起辅助燃尽风的作用；反之，当所述点火稳燃器与旋流煤粉燃烧器配合使用时，第二级应以旋流煤粉气流为主，且旋流煤粉气流的煤粉浓度应相对较高，此时直流煤粉气流主要起间隔风的作用，防止第二级煤粉气流的着火位置过于靠前，烧损喷口。

Claims

1.一种煤粉高温富氧点火稳燃器，其特征是：所述的点火稳燃器包括第一级煤粉气流通道（1）、高温氧气通道（2）、高温氧气风室（3）、第二级直流通道风室（4）、第二级直流煤粉气流通道（5）、第二级旋流通道风室（6）、第二级旋流煤粉气流通道（7）、第二级煤粉气流旋流叶轮（8）、高温氧气旋流叶轮（9）、导流锥（10）、第一级煤粉气流喷射扩口（11）、高温氧气喷射扩口（12）、第二级旋流煤粉气流喷射扩口（13）及环腔（14）；

第一级煤粉气流通道（1）、高温氧气通道（2）、第二级直流煤粉气流通道（5）及第二级旋流煤粉气流通道（7）由内至外同轴环套在一起，高温氧气旋流叶轮（9）安装在高温氧气通道（2）内并靠近高温氧气通道（2）的前端设置，第二级煤粉气流旋流叶轮（8）安装在第二级旋流煤粉气流通道（7）内并靠近第二级旋流煤粉气流通道（7）的前端设置，第二级旋流通道风室（6）沿第二级旋流煤粉气流通道（7）的径向设置在第二级旋流煤粉气流通道（7）的后端，第二级旋流通道风室（6）与第二级旋流煤粉气流通道（7）连通，第二级直流通道风室（4）沿第二级直流煤粉气流通道（5）的径向设置在第二级直流煤粉气流通道（5）的后端，第二级直流通道风室（40与第二级直流煤粉气流通道（5）连通，高温氧气风室（3）沿高温氧气通道（2）的径向设置在高温氧气通道（2）的后端，高温氧气风室（3）与高温氧气通道（2）连通，第一级煤粉气流通道（1）的前端设有第一级煤粉气流喷射扩口（11），高温氧气通道（2）的前端设有高温氧气喷射扩口（12），第二级旋流煤粉气流通道（7）的前端设有第二级旋流煤粉气流喷射扩口（13），导流锥（10）固定安装在第一级煤粉气流通道（1）的第一级煤粉气流喷射扩口（11）内，导流锥（10）为正圆锥体，导流锥（10）的底面朝向第一级煤粉气流通道（1）的前端设置，导流锥（10）与第一级煤粉气流喷射扩口（11）之间设有环腔（14）。

2.如权利要求1所述的一种煤粉高温富氧点火稳燃器，其特征是：导流锥（10）的高度与第一级煤粉气流喷射扩口（11）的长度一致，导流锥（10）的底面与第一级煤粉气流喷射扩口（11）、高温氧气喷射扩口（12）、第二级直流煤粉气流通道（5）及第二级旋流煤粉气流通道（7）平齐。

3.如权利要求1或2所述的一种煤粉高温富氧点火稳燃器，其特征是：第一级煤粉气流喷射扩口（11）的横截面为圆形，横截面为圆形的第一级煤粉气流喷射扩口的半角α为15～25°。

4.如权利要求3所述的一种煤粉高温富氧点火稳燃器，其特征是：高温氧气喷射扩口（12）的横截面为圆形，横截面为圆形的高温氧气喷射扩口的半角β为20～25°。

5.如权利要求4所述的一种煤粉高温富氧点火稳燃器，其特征是：第二级直流煤粉气流通道（5）为直喷口，第二级旋流煤粉气流喷射扩口（13）的半角γ为45°。