CN1031275A - 粉状燃料燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种燃烧器，适用于粉状煤燃烧，可用作蒸汽锅 炉机组的主燃烧器的点火器。该燃烧器有电点火器 产生连续的等离子体，扩张至主燃烧器的脱挥发分 区，还提供有第一导管用于引导第一供应的浓密煤粉 进入脱挥发分区。有燃烧区围绕脱挥发分区，以及第 二导管引导第二供应的煤粉与燃烧用空气一道进入 燃烧区。第二供应的煤粉经由旋流装置，被空气带入 燃烧区，并接触到从脱挥发分作用区往外移动的部分 地燃烧的挥发分和碳粒。

Description

本发明涉及一种燃烧器适用于粉状煤的燃烧，包括褐煤和黑煤。该燃烧器主要用作点火器，用于发电站蒸汽锅炉机组主燃烧器点火，本发明按这来龙去脉进行介绍。然而，应理解到，本发明有更广泛的用途，意味着它可在各种用途中用作点火器。

采用粉状煤的蒸汽锅炉机组要求有点火器，用于点燃主燃烧器，该点火器可单独或结合燃烧器使用，提供辅助的热能，在负荷减小条件下起加温和稳定火焰的作用。该点火器传统是添加燃气或燃油，这显著增加机组的成本和使用费。

已作出努力避免采用气体或油点火器，而提供以粉状煤作燃料的点火器。P.R.布莱克本美国专利4，089，628号公开了初级的燃烧器装置，其内电弧加热的高速氧化气体被用来点燃粉状煤。煤粉在空气流中排放至燃烧器，并且煤-空气混合体在燃烧器的燃烧室空间接触热的氧化气体喷射。上述热气体喷射流与煤-空气流保持接触，直至有足够的点燃热能点燃粉状煤为止，虽然点燃后该喷射流仍可持续以便稳定燃烧。

很明显，这种初级点火器在脱离最佳状态时不能工作，这样，需要有不同的点火器设计，来适应不同的流量或煤-空气混合体要求，和适应于不同种类煤的燃烧。

D.A.史密斯等的美国专利4，221，174号公开了一种点火器，也设计用于粉状煤的直接点燃和燃烧。该点火器包括一压缩空气源，压缩空气周期间断地射入粉状煤-空气燃料流，产生随时间周期地变化的空气-煤重量比，因此，每周期的一部分期间提供最优良的状态，进行点燃和火焰传播。点燃过程受到高能电火花的作用，该电火花变化频率要比空空气-煤重量比变化频率更大，并且在最优状态下点燃。然而，装置明显特点是引燃源不连续，将会减小其可靠性。

E.E.斯米洛等的美国专利4，228，747号和D.A.史密斯等的美国专利4，241，673号，也公开了打算直接点燃粉状煤的点火器。这两种点火器，都使用了可伸缩的电火花发生装置，只使用于粉状煤的最初点燃，但它们又多少类似美国专利4，089，628号所公开的更初级的点火器。

上述所有有关专利所公开的点火器的共同特点是，上述空气输送的煤粉经过单一通道发放至点火器的燃烧区，并且，点燃装置（是气体点火器或电火花发生器的形式）被要求立即使进入点火器的满载或一般的煤供应燃烧。

本发明与现有装置的区别在于，它提供一燃烧器适用于粉状煤的燃烧，并包括一点火器产生连续的等离子体。一内壁围绕和最好是向前伸出于点火器，该壁限定一脱挥发分作用区，向前伸出于点火器。提供有装置用于激发点火器，并用于引入一等离子体用气体至点火器，其方式是促使等离子体扩张至上述脱挥发分作用区。一外壁围绕和向前伸出于内壁，并限定燃烧器的燃烧区。上述燃烧区围绕着上述脱挥发分作用区。提供有至少一第一导管，用于引导第一供应的浓密状粉煤，进入脱挥发分作用区。一通道区间由内壁和外壁限定，它形成一区间，通过该区间燃烧用空气被引导用于燃烧器，还提供有至少一第二导管，用于排放第二供应的粉状煤而进入燃烧区，上述第二导管有一开口的排放端是位于该通道区间内，使得第二供应的粉状煤被燃烧用空气所带定，当时燃烧用空气通过该通道区间。

燃烧器的使用中，扩张的等离子体提供了连续的点火源，这意味着它促使第一供应的粉状煤脱挥发分作用，随后因燃烧用气体的存在而燃烧。结果，部分地燃烧的挥发分和碳粒随后往外移动至燃烧区，造成第二供应的粉状煤的点燃。

等离子点火器最好包括一电力点火器，但它可更换而包括一气体或液体燃料的点火器，它们有足够大的能量输出，至使浓密状煤粉的脱挥发分作用，这些煤粉被引入脱挥发分作用区内。当采用电力形式时，等离子体点火器最好包括间隔开的电极，在电极之间保持电弧放电，还包括有由其中一个电极所限定的一加热室，还有装置用于将加压供应的一种不燃烧气体进入该加热室。

本发明将通过魑罴咽道囊蝗忌掌鞯慕樯艿玫礁娴娜鲜叮萌忌掌鞔蛩阌米髡羝榈牡慊鹌鳎鲜鼋樯苁遣卧南铝懈酵冀小８酵贾校?

图1中是图解显示燃烧器与粉状煤供应和气体供应按回路相联接;

图2是燃烧器的剖视图;

图3是燃烧器的电弧点火器较详细的剖视图。

图1中显示的装置包括有单一的燃烧器10，它一般是被安装在锅炉的壁上。该燃烧器各邻近多个主燃烧器（图中未示）安装定位，或者在一组主燃烧器内中心地定位。这样，取决于锅炉结构和蒸发量，一个燃烧器可提供用于各主燃烧器，或者用于一组主燃烧器。

一电源11被提供用于触发和维持一电弧，该电弧位于燃烧器10的电弧点火器12内。同时，提供有压缩气体源13，用于排放至电弧点火器12，用作为电弧载运气体。该载运气体可包括空气或氮气。

粉状煤源14借助流态化器15联接至燃烧器10，压缩空气源16被提供用于使煤粉流态化和将煤粉运载至该燃烧器，还有空气源被提供用于引导空气进入燃烧器，在燃烧器的燃烧区间内用于煤粉的燃烧。

除了燃烧器10，图1中显示的所有部件可以一般地设计和制作，不作进一步的介绍。燃烧器本身，参阅图2和图3详细介绍。

燃烧器组合10包括有一般圆柱形的外壳20，被制作而安装在锅炉的壁体21。该外壳有开口的前端22，暴露在锅炉炉子的内部，不像大多数已知现有技术的点火器，本发明的燃烧器没有或不需要在炉壁的入口处配备碹口或锥口。

电弧点火器12伸入内筒23，并占据内筒23的长度的大部分，该内筒有开口的前端24，向后地隔离上述外壳20的开口端。一环状旋流装置25围绕内筒23固定，并在内筒23和外壳20之间延伸。旋流装置25配备有一组固定的叶片或翼片，好似汽轮机叶片的外形，而旋流装置起作用，使被引导通过装置的流体螺旋流动。这样，总的方向从箭头标志的流体流动，流经旋流装置25之后，变成沿圆周的方向。

虽然没有结构的分离，燃烧器的前端可看作为两个想像的分离区，一个脱挥发分作用区和一个围绕的燃烧区，该脱挥发分作用区向前伸出于电弧点火器12，并且由内筒23的开口前端所部分地限定。

两导管28从后端进入燃烧器，它们延伸穿过内筒23的壁面，邻近电弧点火器12而铺设。导管28中断于接近点火器的端部30，并且它们被定向来引导第一供应的浓密煤粉进入脱挥发分作用区26。

另外两个导管31伸入在内、外壳20和23之间的环状区域32，并运送第二供应的浓密的煤粉进入环状区域。楔形偏导器33邻近导管31的端部定位，起作用来分配粉状煤围烧环状部分32的主要部分。

直此为止所介绍的燃烧器一般地位于一管状结构（未图示）内，或作为一管状结构的延伸部分而形成，用作引导辅助空气进入和通过环状的区域32。

如图3所示，电弧点火器12有一中央阴极35和一圆筒形阳极36，两者连接至电源11。阴极被定位于一般地锥形体腔室37内，压缩的载运电弧的气体，从气源13经由连接口38和环状部分39，排放至腔室37，阳极36限定了一中央加热室40，在室内电弧载运气体受激发至一提高的能量水平，达200至300千焦耳/摩尔的数量级。

电弧运载气体被排放至腔室40，气体压力和流量足于使电弧延伸占据腔室40的长度的大部分。电弧的电压标准地是100至300伏，电弧电流标准地是150至800安培。

虽然相关的连接在图中未显示，冷却剂液体被发放至电弧点火器，并流过和绕经通道41，该通道围绕着阳极36，还有一高能电弧激发装置42位于围绕着阳极36的点火器的壁面部分内。一个开孔位于点火器的壁面内，并和阳极相连，允许在电弧激发装置42和阴极35之间有放电等离子体的通道。

在上述燃烧器的使用中，浓密的煤粉从第一供应导管被引导流入一扩张的电弧等离子体流内，该等离子体流从电弧点火器12进入脱挥发分作用区。快速脱挥发分作用的发生，并且更多挥发分和热的碳粒一道往外地径向地进入燃烧区27。部分地燃烧过的挥发分和碳粒，随后和第二供应的粉状煤粉作用，这些煤粉和燃烧用空气一道进入燃烧区27，最后产生燃烧。

第一供应的浓密煤粉，经由导管28引导进入脱挥发分作用区26，其煤与空气的混合比为10∶1（重量比）。而第二供应的煤粉，经由导管31引导进入环状区域32者，其煤与空气的混合比有相同的比率。然而，引导更多供应空气进入环状区域32进行混合时，通过了旋流装置25进入燃烧区27的结果的混合物，其具有煤和空气混合比为1∶10。煤本身被粉碎至小于300微米的尺寸。

Claims (9)

1、一种燃烧器，适用于粉状煤燃烧，包括有一点火器(12)用于产生连续的等离子体，有内壁(23)围绕点火器(12)，该壁(23)部分地限定向前伸出该点火器(12)的脱挥发分作用区(26)，有装置(11和13)用于供电该点火器，和引导等离子体用气体进入该点火器，其方式是使等离子体扩张至该脱挥发分作用区(26)，有一外壁(20)围绕并向前伸出内壁(23)，并部分地限定燃烧器的燃烧区(27)，该燃烧区(27)围绕着脱挥发分作用区，有至少一个第一导管(28)用于引导第一供应的浓密煤粉进入脱挥发分作用区(26)，有一通道区间(32)由内、外壁(23和20)所限定，形成一区间，通过该区间燃烧用空气被引导供燃烧器使用，还有至少一个第二导管(31)用于排放第二供应的粉状煤至燃烧区(27)，该第二导管(31)有一开口排放端位于上述通道区间(32)内，因此从第二导管(31)通入上述通道区间的煤粉用于该燃烧器，被带入上述燃烧用空气，并被向前运送至上述燃烧区(27)，在那里煤粉接触到从脱挥发分作用区(26)往外移动的已部分地燃烧的挥发分和碳粒。

2、根据权利要求1所述的燃烧器，其特征是上述内壁（23）向前伸出于上述点火器。

3、根据权利要求1或2所述的燃烧器，其特征是有一旋流产生装置（25）位于上述通道区间（32）内而在上述第二导管（31）的前面，该旋流产生装置被安排，对从通道区间（32）进入燃烧区（27）的煤粉，施加一旋流分力。

4、根据权利要求3所述的燃烧器，其特征是有一偏导装置（33）定位于该个或各个第二导管（31）的开口排放端和旋流装置（25）之间，该偏导装置（33）被作成形状起作用使第二供应的煤粉扩散，当时这些煤粉从第二导管（31）进入上述通道区间。

5、根据权利要求1至4所述的燃烧器，其特征是该个或各个第一导管（28）有一开口排放端，被定位于邻近点火器（12）的前端部分（30）。

6、根据权利要求5所述的燃烧器，其特征是该个或各个第一导管（28）有一开口排放端，位于燃烧器的内壁（23）里面。

7、根据权利要求5或6所述的燃烧器，其特征是上述第二导管（31）的开口排放端，被定位于上述通道区间（32）里面，稍后于上述第一导管（28）的开口排放端。

8、根据前述几项权利要求中任何一项所述的燃烧器，其特征是上述内、外壁（23和20）都是圆筒形，并且由这样的壁面所限定的上述通道区间（32）内，有一环形的横截面。

9、根据前述几项权利要求中任何一项所述的燃烧器，其特征是上述点火器（12）包括有一用电的等离子体点火器，有间隔开的电极（35和36），电极之间保持有电弧放电用于燃烧器，有一加热室由其中一个电极（35、36）所限定，还有装置用于引入加压供应的等离子体用气体至上述加热室。

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