CN103307595A - 一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃烧装置及方法，特别是公开了一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的装置及方法，包括旋流燃烧器，在旋流燃烧器的喷口处由内向外依次布置有中心输送管、中心风通道、一次风粉通道、二次风管，二次风管包括内二次风通道和外二次风通道且内二次风通道位于外二次风通道的内侧，外二次风通道内的布置有外环喷嘴，中心输送管出口端设置有具有双层双向燃气喷嘴，燃气喷嘴包括设置在内层与中心轴线方向一致的且向前喷射的前向喷口、以及设置在外层与中心轴线成45~60度角的，且以环形方式喷射的外向喷口，本发明为解决中小型工业煤粉锅炉煤种适应能力差及烟气NOx含量偏高的问题，本发明实现了在旋流状态下煤粉与液化石油气混烧。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃烧装置及方法，特别是涉及一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的装置及方法。
背景技术
我国现有工业锅炉58万台左右，并以每年近7000多台的速度增长，年用煤量约6亿吨，总能耗和污染排放均位居全国第二。我国的燃煤工业锅炉中，20吨以下的中小型占大部分。中小型工业煤粉锅炉因其燃烧空间小、水冷度高等特点，只能燃用低灰、高挥发份、高热值的优质烟煤和褐煤，严重制约着中小型工业煤粉锅炉技术的推广应用，而由于低NOx燃烧技术控制NOx生成的反应条件与保证煤粉充分燃尽的技术条件相互矛盾，使得中小型工业煤粉锅炉NOx排放量的控制成为了不易克服的难题，因此，在各地的燃煤工业锅炉改造时，选用燃气锅炉有比较强的倾向性，由于燃气价格相对较高，资源分布不广泛，尤其是远离大中城市及产生燃气工业企业的区域，选用燃气锅炉不但运行费用高，甚至是不可行的。
发明内容
为解决中小型工业煤粉锅炉煤种适应能力差及烟气NOx含量偏高的问题，本发明提供了一种在旋流状态下煤粉与液化石油气混烧的扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的装置及方法。
本发明的一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的装置，包括旋流燃烧器，在旋流燃烧器的喷口处由内向外依次布置有中心输送管、中心风通道、一次风粉通道、二次风管，所述二次风管包括内二次风通道和外二次风通道且内二次风通道位于外二次风通道的内侧，所述中心输送管输出的中心风、一次风粉通道输出的一次风和外二次风道输出的外二次风均为直流式，所述内二次风通道输出的内二次风为强旋流，所述外二次风通道内的布置有外环喷嘴，所述中心输送管出口端设置有具有双层双向燃气喷嘴，所述燃气喷嘴包括设置在内层与中心轴线方向一致的且向前喷射的前向喷口、以及设置在外层与中心轴线成45~60度角的，且以环形方式喷射的外向喷口。
所述中心输送管的风速为10~15m/s、一次风粉通道的风速为15~20m/s、内二次风通道的风速为20~28m/s、外二次风通道的风速为25~35m/s。
所述中心输送管输出的中心风量为燃烧器总风量的2~3%，一次风粉通道输出的一次风量为燃烧器总风量的8~20%，二次风管为燃烧器总风量的67~90%。
所述内二次风通道、外二次风道输出的风各自二次风管总风量的比例为：55~65%和45~35%。
一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的方法，采用分级送风的旋流燃烧方式，通过如下步骤来实现：
(1) 在旋流燃烧器前端的中心区域引入第一级液化石油气，形成中心火炬，所述第一级石油液化气由燃气喷嘴的外向喷口提供，改善煤粉的着火和燃烧条件，稳定煤粉火焰，同时控制一次燃烧区气氛，抑制NOx的生成；
(2) 第二级石油液化气由燃气喷嘴的前向喷口和外二次风通道内的布置有外环喷嘴共同提供，将第二级石油液化气以高速流股的方式穿过一次燃烧区，送入以碳素燃烧为主的一次燃烧区尾部和二次燃烧区的中间区域，在该区域形成较强的还原性气氛，利用第二级石油液化气受热裂解及低氧燃烧生成的CHi、HCN、NHi、CO基团，扩展高温烟气的还原区域，还原一次燃烧区内生成的NOx；
(3) 在第二级石油液化气还原一次燃烧区内生成的NOx作用后，随着燃烧器外二次风的继续混入，未燃烧完全的第二级石油液化气燃烧产物及煤粉继续燃烧，实现煤粉的充分燃尽。
所述燃烧器喷口的中心风速为10~15m/s、一次风速为15~20m/s、内二次风速为20~28m/s、外二次风速为25~35m/s。
所述中心输送管的风速为10~15m/s、一次风粉通道的风速为15~20m/s、内二次风通道的风速为20~28m/s、外二次风通道的风速为25~35m/s。
所述内二次风通道、外二次风道输出的风各自二次风管总风量的比例为：55~65%和45~35%。
第一级与第二级石油液化气均采取扩散燃烧方式。
第一级石油液化气的流速为15~20m/s，第二级石油液化气高速流股流速为35~45m/s。
与现有技术相比本发明的有益效果：
1、在旋流燃烧器前端的一次燃烧区，引入第一级石油液化气，在燃烧器出口的中心区域形成石油液化气的火炬，改善煤粉的点火及燃烧条件，提高煤粉火焰的稳定性；将第二级石油液化气以高速流股方式送入一次燃烧区尾部和二次燃烧区的中间部位，形成一定容积的还原区，还原一次燃烧区中生成的NOx。
2、采用较高比例外二次直流风的方法，依据煤粉的性质和炉膛的型式 (即立式、卧式)，外二次风所占二次风总量的比例选取范围为35~45%，较高比例直流外二次风包裹还原性气氛的中心燃烧区域，使得炉膛水冷壁面始终处于氧化性气氛下，可防止壁面结渣和高温腐蚀。
3、第二级石油液化气在二次燃烧区前端区域的剧烈燃烧，有利于高温火焰的延伸，炉膛内的高温区分布更合理，改善了炉膛热量传输条件，有利于提高锅炉热效率。
4、本发明以中小型工业煤粉锅炉为主要实施对象，适用于新设计的工业煤粉锅炉和现役燃煤工业锅炉的改造，本方法适用于燃用国内绝大多数地区的动力烟煤和褐煤，烟气NOx含量可降低到200mg/m3左右。
附图说明
图1是一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的装置的结构原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的装置，包括旋流燃烧器3，在旋流燃烧器3的喷口处由内向外依次布置有中心输送管8、中心风通道7、一次风粉通道6、二次风管，二次风管包括内二次风通道5和外二次风通道4且内二次风通道5位于外二次风通道4的内侧，中心输送管8输出的中心风、一次风粉通道6输出的一次风和外二次风道输出的外二次风均为直流式，一次风除用于助燃外，还兼有将煤粉输送到旋流燃烧器3一次风喷口的作用，一次风的煤粉输送比为0.8~1.2kg/kg，内二次风通道5输出的内二次风为强旋流，外二次风通道4内的布置有外环喷嘴，中心输送管8出口端设置有具有双层双向燃气喷嘴9，燃气喷嘴9用于向锅炉内输入石油液化气，燃气喷嘴9包括设置在内层与中心轴线方向一致的且向前喷射的前向喷口，前向喷口喷入的石油液化气输入量占燃料总热值%以上，以及设置在外层与中心轴线成45~60度角的，且以环形方式喷射的外向喷口，外向喷口喷入的石油液化气输入量占燃料总热值%以上。
中心输送管8的风速为10~15m/s、一次风粉通道6的风速为15~20m/s、内二次风通道5的风速为20~28m/s、外二次风通道4的风速为25~35m/s，所述中心输送管8输出的中心风量为燃烧器总风量的2~3%，一次风粉通道6输出的一次风量为燃烧器总风量的8~20%，二次风管为燃烧器总风量的67~90%，内二次风通道5、外二次风道输出的风各自二次风管总风量的比例为：55~65%和45~35%。
一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的方法，采用分级送风的旋流燃烧方式，通过如下步骤来实现：
(1) 在旋流燃烧器3前端的中心区域引入第一级液化石油气，形成中心火炬2，第一级石油液化气由燃气喷嘴9的外向喷口提供，第一级液化石油气从外向喷口以与燃气喷嘴9轴线成45~60°角的方向以15~20m/s的流速向外喷射线10喷出，第一级石油液化气的流速为15~20m/s，第一级石油液化气采取扩散燃烧方式，改善煤粉的着火和燃烧条件，稳定煤粉火焰，同时控制一次燃烧区气氛，抑制NOx的生成；
(2) 第二级石油液化气由燃气喷嘴9的前向喷口和外二次风通道4内的布置有外环喷嘴共同提供，第二级石油液化气高速流股1流速为35~45m/s，第一级石油液化气采取扩散燃烧方式，将第二级石油液化气以高速流股1的方式穿过一次燃烧区，送入以碳素燃烧为主的一次燃烧区尾部和二次燃烧区的中间区域，在该区域形成较强的还原性气氛，利用第二级石油液化气受热裂解及低氧燃烧生成的CHi、HCN、NHi、CO基团，扩展高温烟气的还原区域，还原一次燃烧区内生成的NOx；
(3) 在第二级石油液化气还原一次燃烧区内生成的NOx作用后，随着燃烧器外二次风的继续混入，未燃烧完全的第二级石油液化气燃烧产物及煤粉继续燃烧，实现煤粉的充分燃尽。
本实施例具体为第二级液化石油气高速流股1通过外二次风通道4以环状多点方式喷射出，穿过一次燃烧区内的富燃料着火挥发份裂解释放区11、低氧高温剧烈燃烧区12和高温还原区13，向燃烧器火焰深处喷射,喷射速度取值范围为35~45m/s，允许以高速喷射的石油液化气量其热值为燃烧器燃料总热值的10~30%。石油液化气高速流股1在穿过高温烟气时，流股外侧与高温烟气接触，外侧的石油液化气被点燃，分别在中心和外环形成一系列条状长火炬，可进一步助燃煤粉、稳定煤粉火焰；而高速流股1的绝大部分液化石油气在抵达一次燃烧区尾部及二次燃烧区时，因动能衰减及环境气流的影响，在火焰的中心较大区域内不断与烟气混合、分解、燃烧，在一次燃烧区尾部及二次燃烧区起始段中间的一定区域内，形成较大容积的NOx还原区14，不断还原之前煤粉燃烧生成的NOx，并维持二次燃烧区烟气温度处在较高的水平。因液化石油气高速流股1的牵引、第二级石油液化气在二次燃烧区燃烧对烟气温度的保持和提升，进一步扩展了炉膛的高温区，使得炉膛温度分布更趋合理。
本实施例中所谓的一次燃烧区为：一次风的燃烧区域。
本实施例中所谓的二次燃烧区为：除一次燃烧区外的其它燃烧空间。
本实施例中所谓的NOx还原区14为：火焰中心区域中氧浓度较低，CHi、HCN、NHi、CO基团数量相对较多的区间。
本实施例中所谓的富燃料着火挥发份裂解释放区11为：在燃烧器出口前煤粉被点燃，一次风粉气流在回流烟气的对流换热、煤粉自身燃烧放热及环境的辐射加热的共同作用下，煤中挥发份加速析出与裂解的区间。
本实施例中所谓的低氧高温剧烈燃烧区12为：经过之前的煤粉燃烧，一次风携带的氧量被大量消耗，而烟气温度得到较大幅度的提高，因此会在火焰中心局部区域出现一定范围的煤粉高速燃烧区域，该区域通常被细分为低氧高温剧烈燃烧区。
本实施例中所谓的高温还原区13为：在低氧高温剧烈燃烧区之后，一次风分携带的氧气大部分被消耗掉，此时的烟气具有比较明显的还原性特征，会出现NOx的部分还原现象；而且此时的烟气温度很高，所以在描述燃烧器的低氮燃烧技术时，一般将这一区域称为高温还原区。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的装置，其特征在于：包括旋流燃烧器，在旋流燃烧器的喷口处由内向外依次布置有中心输送管、中心风通道、一次风粉通道、二次风管，所述二次风管包括内二次风通道和外二次风通道且内二次风通道位于外二次风通道的内侧，所述中心输送管输出的中心风、一次风粉通道输出的一次风和外二次风道输出的外二次风均为直流式，所述内二次风通道输出的内二次风为强旋流，所述外二次风通道内的布置有外环喷嘴，所述中心输送管出口端设置有具有双层双向燃气喷嘴，所述燃气喷嘴包括设置在内层与中心轴线方向一致的且向前喷射的前向喷口、以及设置在外层与中心轴线成45~60度角的，且以环形方式喷射的外向喷口。
2.根据权利要求1中所述的一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的装置，其特征在于：所述中心输送管的风速为10~15m/s、一次风粉通道的风速为15~20m/s、内二次风通道的风速为20~28m/s、外二次风通道的风速为25~35m/s。
3.根据权利要求2所述的一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的装置，其特征在于：所述中心输送管输出的中心风量为燃烧器总风量的2~3%，一次风粉通道输出的一次风量为燃烧器总风量的8~20%，二次风管为燃烧器总风量的67~90%。
4.根据权利要求3所述的一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的装置，其特征在于：所述内二次风通道、外二次风道输出的风各自二次风管总风量的比例为：55~65%和45~35%。
5.一种如权力要求1扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的方法，其特征在于：采用分级送风的旋流燃烧方式，通过如下步骤来实现：
(1) 在旋流燃烧器前端的中心区域引入第一级液化石油气，形成中心火炬，所述第一级石油液化气由燃气喷嘴的外向喷口提供，改善煤粉的着火和燃烧条件，稳定煤粉火焰，同时控制一次燃烧区气氛，抑制NOx的生成；
(2) 第二级石油液化气由燃气喷嘴的前向喷口和外二次风通道内的布置有外环喷嘴共同提供，将第二级石油液化气以高速流股的方式穿过一次燃烧区，送入以碳素燃烧为主的一次燃烧区尾部和二次燃烧区的中间区域，在该区域形成较强的还原性气氛，利用第二级石油液化气受热裂解及低氧燃烧生成的CHi、HCN、NHi、CO基团，扩展高温烟气的还原区域，还原一次燃烧区内生成的NOx；
(3) 在第二级石油液化气还原一次燃烧区内生成的NOx作用后，随着燃烧器外二次风的继续混入，未燃烧完全的第二级石油液化气燃烧产物及煤粉继续燃烧，实现煤粉的充分燃尽。
6.根据权利要求5所述的一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的方法，其特征在于：所述中心风速为10~15m/s、一次风速为15~20m/s、内二次风速为20~28m/s、外二次风速为25~35m/s。
7.根据权利要求6所述的一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的方法，其特征在于：所述中心输送管输出的中心风量为燃烧器总风量的2~3%，一次风粉通道输出的一次风量为燃烧器总风量的8~20%，二次风管为燃烧器总风量的67~90%。
8.根据权利要求7所述的一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的方法，其特征在于：所述内二次风通道、外二次风道输出的风各自二次风管总风量的比例为：55~65%和45~35%。
9.根据权利要求8所述的一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的方法，其特征在于：第一级与第二级石油液化气均采取扩散燃烧方式。
10.根据权利要求9所述的一种扩展中小型工业煤粉锅炉适用煤种的方法，其特征在于：第一级石油液化气的流速为15~20m/s，第二级石油液化气高速流股流速为35~45m/s。
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Denomination of invention: A method of using a device to expand the applicability of coal types to small and medium-sized industrial coal powder boilers Granted publication date: 20170531 Pledgee: Dongying Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Development Zone Branch Pledgor: Dongying Yingze Environmental Protection Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980011031 |