CN102878553A - 一种低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明为电站锅炉技术领域的低NOx防止结渣的旋流煤粉燃烧器，包括：中心直流风管、一次风管、内二次旋流风管、中二次旋流风管、贴壁外二次直流风管、弓形煤粉浓度分离器及风管扩口。其中：中心直流风管设置于一次风管内部的中心位置，内二次旋流风管在一次风管外部，中二次旋流风管在内二次旋流风外部，贴壁外二次直流风管在中二次旋流风管外部。本发明实现了一次风管内煤粉的浓淡分离，配合合理的空气分布实现了空气分级低NOx稳定燃烧的同时并能有效的防止高温熔融灰分与炉壁接触而结渣。具有结构简单、阻力低，防止磨损，应用方便等特点。

Description

一种低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器
技术领域
本发明属于燃煤锅炉技术领域，具体涉及一种低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器。 
技术背景
我国电力70％以上主要源于燃煤电厂，目前火电行业对我国氮氧化物排放贡献率已经超过1/3，因此对燃煤电厂氮氧化物的控制迫在眉睫。国家对火电厂大气污染物的排放标准进行了修改，根据2012年1月1日开始实施的《火电厂大气污染物的排放标准》(GB13223-2011)。新建机组从2012年1月1日开始、现有机组从2014年7月1日开始执行100毫克/立方米的氮氧化物污染物排放限值(部分特殊机组类型执行200毫克/立方米)；重点区域统一执行100毫克/立方米的排放限值。而这一标准比欧美发达国家的更加严格。 
虽然我国煤炭资源丰富，但是动力煤煤种多变，炉膛结渣情况频繁发生，部分机组被结渣问题所困扰。水冷壁结渣使锅炉效率下降，严重影响锅炉运行的经济性和安全性。 
目前火电厂锅炉燃烧方式主要分为四角切圆和旋流对冲两种燃烧方式。为了达到国家火电的排放NOx标准，必须是炉内低NOx燃烧技术和SCR相结合。空气分级是炉内广泛采用的技术，而空气分级大都同时采用燃烧器的空气分级供给和燃尽风两种方式相结合以求达到较低的NOx排放，提高初期的煤粉浓度也可以抑制NOx生成。炉内低NOx燃烧技术为后续的SCR减少运行成本和增强稳定性。对旋流对冲锅炉而言，现有旋流燃烧器基本都采用两层二次风为主，没有设置贴壁风来防止熔融煤灰粘结水冷壁结渣。一次风安装的煤粉浓淡分离器都采用规则的多变形，导致磨损较为严重。 
发明内容
本发明针对现有技术存在不足，提供一种低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器，该燃烧器具有结构简单，操作方便和阻力小，易于燃烧器改造过程中实现。 
本发明提供的一种低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器，其特征在于，它包括中心直流风管、一次风管、内二次旋流风管、中二次旋流风管和贴壁外二次直流风管，中心直流风管设置于一次风管内，内二次旋流风管在一次风管外部，中二次旋流风管在内二次旋流风管外部，贴壁外二次直流风管在中二次旋流风管外部； 
煤粉浓淡分离器设置在一次风管内，且套在中心直流风管外，煤粉浓淡分离器沿燃烧器轴向的截面为弓形，一次风管的出口处设有一次风管圆台扩口； 
内二次旋流风管的出口处设置有内二次旋流风管圆台扩口，内二次旋流风管内设置有内二次轴向旋流叶片； 
中二次旋流风管内设置有中二次轴向旋流叶片，中二次旋流风管的出口处设有中二次风管混合扩口； 
贴壁外二次直流风管的出口处设有贴壁外二次直流风管圆弧形扩口，贴壁外二次直流风管圆弧形扩口与中二次风圆台扩口在炉壁处相连接。 
本发明采用弓形煤粉浓淡分离器，实现了煤粉浓淡分离的同时减少了煤粉对浓淡分离器的局部磨损，由于弓形煤粉浓淡分离器外表面为圆弧形状，与内二次旋流风管相邻的一次风管壁面越近，分离器越平滑，减少了煤粉浓缩过程中因浓淡分离器使煤粉速度与燃烧器轴向不一致而对相邻内二次旋流风管的一次风管壁面的冲刷和磨损。同时具有结构简单，操作方便和阻力小，易于燃烧器改造过程中实现。因此，本发明具有结构简单合理，风管阻力小，使用方便等特点，尤其是在弓形煤粉浓淡分离器、贴壁外二次直流风和贴壁外二次风管的圆弧扩口。弓形煤粉浓淡分离器使一次风粉沿弓形煤粉浓淡分离器底部至顶部受到的阻力逐渐减小，减少了煤粉 在经过浓淡分离器后与燃烧器轴向之间的夹角而降低了对靠近内二次旋流风管侧的一次风管壁面的冲刷和磨损。贴近中心直流风管侧的弓形煤粉浓淡分离器受到的煤粉冲刷最强烈，但是作为实体的弓形煤粉浓淡分离器受冲刷磨损厉害的底部位置结构更加稳固。 
倾斜的贴壁外二次直流风管与圆弧形扩口结合比使用水平直流风管和大角度圆台扩口的阻力更小，贴壁外二次直流风管的圆弧扩口段流向渐变，降低阻力的同时也能保证出口的外二次直流风贴壁。靠近中二次风侧的贴壁外二次风圆弧扩口与中二次风扩口相接，有效的避免高温回流烟气对扩口的烧损，使扩口的使用寿命得到有效的保障。 
附图说明
图1为本发明实例提供的煤粉燃烧器结构示意图。 
图2为本发明实例提供的弓形浓度分离器结构示意图。 
图3为本发明实例提供的旋流叶片与燃烧器轴向叶片夹角示意图。 
图4为本发明实例提供的圆弧扩口结构示意图。 
图5为本发明实例提供的圆弧扩口与炉壁相接处的切向方向与燃烧器轴向夹角示意图。 
图6为本发明实例提供的燃烧器出口流场示意图。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 
如图1所示，本发明实例提供的燃烧器包括中心直流风管1、一次风管2、内二次旋流风管3、中二次旋流风管4和贴壁外二次直流风管7，中心直流风管1设置于一次风管2内，内二次旋流风管3在一次风管2外部，中二次旋流风管4在内二次旋流风管3外部，贴壁外二次直流风管7在中二次旋流风管4外部。 
如图2所示，煤粉浓淡分离器9设置在一次风管2内，且套在中心直流风管1外，煤粉浓淡分离器9沿燃烧器轴向的截面为弓形，弓形高度h为一次直流风管2与中心直流风管1之间的距离r的1/3～3/5。为了进一步提高煤粉浓淡的分离效果，煤粉浓淡分离器9的起点距一次风管出口的距离L′与一次风管长度L的比值最好为1/3～1/2，且煤粉浓淡分离器9起点的切线与燃烧器轴向的夹角θ＜45°，以保证一次风管阻力小且煤粉不在弓形煤粉浓淡分离器前部堆积。一次风管2的出口处设有一次风管圆台扩口10。 
内二次旋流风管3的出口处设置有内二次旋流风管圆台扩口11。内二次旋流风管3内设置有内二次轴向旋流叶片5，内二次轴向旋流叶片5的起点与内二次旋流风管出口的之间的距离与内二次旋流风管长度的比值最好为1/3～1/2，如图3所示，轴向旋流叶片方向D与燃烧器轴向方向C的夹角p的优选值为25°到35°。根据设计煤种确定旋流叶片角度之后旋流叶片固定不变，产生弱旋流内二次风。 
中二次旋流风管4内设置有中二次轴向旋流叶片6，中二次轴向旋流叶片6的起点与中二次旋流风管出口的之间的距离与中二次旋流风管长度的比值最好为1/3～1/2，中二次轴向旋流叶片6方向与燃烧器轴向方向的夹角可调，并且可以在靠近中二次旋流风管4入口的位置设置挡风板，以调节中二次风风量，可满足适应不同煤种的燃烧特性。如图4所示，中二次旋流风管4的出口处设有中二次风管圆台扩口12。 
贴壁外二次直流风管7与燃烧器轴向的扩角为0°～10°，贴壁外二次直流风管7的出口处设有贴壁外二次直流风管圆弧形扩口8，圆弧形扩口是为了减小贴壁外二次风在风管及扩口流动过程中的阻力。从如图4、图5所示，圆弧形扩口8由内圆弧形扩口壁面13和外圆弧形扩口壁面14组成，靠近中二次风管侧的内圆弧壁面13与中二次风圆台扩口12在炉壁15相连接，两部分相连接能有效的防止高温回流烟气进入中二次旋流风管扩口12与贴壁外二次直流风管扩口8之间的空隙而烧损扩口。见图5所示，内圆 弧形扩口壁面13与炉壁15相接位置的切线方向与燃烧器轴向夹角α在60°～75°范围内，外圆弧形扩口壁面14与炉壁15相接位置的切线方向与燃烧器轴向夹角β也在60°～75°范围内，以保证外二次风出燃烧器后沿锅炉壁运动。而阻止高温熔融灰飞与水冷壁接触并降低灰飞温度，有效的防止了水冷壁结渣。 
燃烧器的一次风管圆台扩口10、内二次旋流风管圆台扩口11和中二次旋流风管混合扩口12圆台扩口方向与燃烧器轴向成20°到45°。 
贴壁外二次直流风与相邻燃烧器的贴壁外二次直流风会在燃烧器之间中间位置相遇后垂直进入炉膛，形成燃烧区域中的空气分级燃烧，使燃烧器区域的温度分布更加均匀，进一步降低NOx的形成。 
燃烧器出口流场示意图6，在设计初，根据设计煤种，一次风、内二次风和中二次风之间形成的回流区A大小可通过燃烧器扩口10、11、12进行调节，而锅炉运行过程可通过调节中二次风旋流叶片角度来选择合适的回流区A大小，因此该燃烧器对煤种的适应性广。 
综上所述，该燃烧器通过弓形煤粉浓淡分离器和贴壁外二次风的发明，使该燃烧器能保证煤粉的低NOx燃烧，并能有效的防止煤粉的结渣产生，因此能满足当前国内形势的需求。 
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。 

Claims (10)

1.一种低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器，其特征在于，它包括中心直流风管(1)、一次风管(2)、内二次旋流风管(3)、中二次旋流风管(4)和贴壁外二次直流风管(7)，中心直流风管(1)设置于一次风管(2)内，内二次旋流风管(3)在一次风管(2)外部，中二次旋流风管(4)在内二次旋流风管(3)外部，贴壁外二次直流风管(7)在中二次旋流风管(4)外部； 
煤粉浓淡分离器(9)设置在一次风管(2)内，且套在中心直流风管(1)外，煤粉浓淡分离器(9)沿燃烧器轴向的截面为弓形，一次风管(2)的出口处设有一次风管圆台扩口(10)； 
内二次旋流风管(3)的出口处设置有内二次旋流风管圆台扩口(11)，内二次旋流风管(3)内设置有内二次轴向旋流叶片(5)； 
中二次旋流风管(4)内设置有中二次轴向旋流叶片(6)，中二次旋流风管(4)的出口处设有中二次风管混合扩口(12)； 
贴壁外二次直流风管(7)的出口处设有贴壁外二次直流风管圆弧形扩口(8)，贴壁外二次直流风管圆弧形扩口(8)与中二次风圆台扩口(12)在炉壁(15)处相连接。 
2.根据权利要求1所述的低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述弓形高度h为一次直流风管2与中心直流风管(1)之间距离r的1/3～3/5。 
3.根据权利要求1所述的低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述煤粉浓淡分离器(9)的起点距一次风管出口的距离L′与一次风管长度L的比值为1/3～1/2，且煤粉浓淡分离器(9)起点的切线与燃烧器 轴向的夹角θ＜45°。 
4.根据权利要求1、2或3所述的低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器，其特征在于，圆弧形扩口(8)由内圆弧形扩口壁面(13)和外圆弧形扩口壁面(14)组成，内圆弧形扩口壁面(13)与炉壁(15)相接位置的切线方向与燃烧器轴向夹角α在60°～75°范围内，外圆弧形扩口壁面(14)与炉壁(15)相接位置的切线方向与燃烧器轴向夹角β也在60°～75°范围内。 
5.根据权利要求1、2或3所述的低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器，其特征在于，内二次轴向旋流叶片(5)的起点与内二次旋流风管出口的之间的距离与内二次旋流风管长度的比值为1/3～1/2。 
6.根据权利要求1、2或3所述的低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器，其特征在于，内二次轴向旋流叶片(5)的叶片方向D与燃烧器轴向方向的夹角
Figure FDA00002149088400021
为25°到35°。 
7.根据权利要求1、2或3所述的低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器，其特征在于，中二次轴向旋流叶片(6)的起点与中二次旋流风管出口的之间的距离与中二次旋流风管长度的比值为1/3～1/2。 
8.根据权利要求1、2或3所述的低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器，其特征在于，中二次轴向旋流叶片(6)方向与燃烧器轴向方向的夹角可调，并且在靠近中二次旋流风管(4)入口的位置设置挡风板。 
9.根据权利要求1、2或3所述的低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器， 其特征在于，贴壁外二次直流风管(7)与燃烧器轴向的夹角为0°～10°。 
10.根据权利要求1、2或3所述的低NOx防结渣的旋流煤粉燃烧器，其特征在于，燃烧器的一次风管圆台扩口(10)、内二次旋流风管圆台扩口(11)和中二次旋流风管圆台扩口(12)圆台扩口方向与燃烧器轴向成20°到45°。 
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