CN103411215A

CN103411215A - 多向射流式旋流煤粉燃烧器

Info

Publication number: CN103411215A
Application number: CN2013103753376A
Authority: CN
Inventors: 张泽; 熊巍; 曹明侠
Original assignee: China (wuhan) Energy Technology Co Ltd
Current assignee: China (wuhan) Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-08-26
Also published as: CN103411215B

Abstract

本发明公开了一种多向射流式旋流煤粉燃烧器，安装在燃煤锅炉外侧的风箱内，与炉膛水冷壁上的开口相连，它包括垂直于炉膛水冷壁安装的一次风煤粉喷嘴，一次风煤粉喷嘴外周与炉膛水冷壁上的开口之间构成环形的二次风气流喷嘴，二次风气流喷嘴内设置有贴壁风导流筒，贴壁风导流筒与炉膛水冷壁上的开口之间构成环形的贴壁风射流喷嘴，贴壁风射流喷嘴出口的流通面积占二次风气流喷嘴出口流通面积的3～18%。其在对常规旋流煤粉燃烧器结构不进行较大改动的前提下，通过增加贴壁风导流筒，将分流出来的部分二次风，在水冷壁壁面形成流动性氧化风膜，保证燃烧器周边水冷壁壁面处于氧化性气氛中，避免了燃烧器附近炉膛水冷壁的高温腐蚀和结焦的发生。

Description

多向射流式旋流煤粉燃烧器

技术领域

本发明涉及旋流煤粉燃烧器技术领域，具体地指一种多向射流式旋流煤粉燃烧器。

背景技术

目前，火力发电大型锅炉由于低氮燃烧技术的广泛应用，炉膛水冷壁的壁面结焦和高温腐蚀现象日益严重，已经逐渐成为威胁电厂锅炉安全稳定运行的重要因素。煤质变化、管壁温度及炉膛水冷壁附近的烟气成分变化都是导致炉膛水冷壁壁面结焦和高温腐蚀的因素。为了满足电厂环保的锅炉低氮燃烧要求，在锅炉煤粉燃烧中实施欠氧低氮燃烧配风，更容易导致煤粉在水冷壁附近缺氧燃烧，形成高温和还原性气氛，给水冷壁带来严重的高温腐蚀隐患。尤其在前后墙对冲式布置的锅炉运行过程中，由于外部二次风射流旋流流动以及燃烧器与水冷壁之间存在负压区，带动周围的高温热烟气回流进行补充，导致燃烧器周围炉膛水冷壁附近容易发生煤粉贴壁燃烧，在缺氧状态下更易致使炉膛水冷壁容易发生严重的高温腐蚀和结焦情况，此类情况的发生对锅炉的安全稳定运行带来极大的隐患，同时每年产生大量的维修费用。特别是近年来含有大量的钠钾碱金属的准东煤被大量利用，锅炉燃烧时更容易导致严重的炉膛水冷壁高温腐蚀和结焦。因此，需要一种在不影响锅炉燃烧效率的情况下，防止煤粉贴壁燃烧，避免炉膛水冷壁的高温腐蚀和结焦的解决办法。

发明内容

本发明的目的就是要避免煤粉贴壁燃烧致使锅炉燃烧器附近水冷壁壁面大面积高温腐蚀和结焦的缺陷，提供一种多向射流式旋流煤粉燃烧器。

为实现上述目的，本发明所设计的多向射流式旋流煤粉燃烧器，安装在燃煤锅炉外侧的风箱内，与炉膛水冷壁上的开口相连，它包括垂直于炉膛水冷壁安装的一次风煤粉喷嘴，所述一次风煤粉喷嘴外周与炉膛水冷壁上的开口之间构成环形的二次风气流喷嘴，其特殊之处在于：所述二次风气流喷嘴内设置有贴壁风导流筒，所述贴壁风导流筒与炉膛水冷壁上的开口之间构成环形的贴壁风射流喷嘴，所述贴壁风射流喷嘴出口的流通面积占二次风气流喷嘴出口流通面积的3～18%。

作为优选方案，所述贴壁风射流喷嘴出口处的流通面积占二次风气流喷嘴流通面积的3～12%，最佳是：5～8%。这样，在不影响燃烧的情况下，通过改变气流分布，使贴壁风射流在炉膛燃烧器附近水冷壁上形成氧化风膜，有利于防止煤粉贴壁燃烧和避免燃烧器附近的高温腐蚀发生。

进一步地，所述贴壁风导流筒的出口端设置有翻边导风法兰，所述翻边导风法兰与炉膛水冷壁平行布置。这样，可以调整贴壁风进入炉膛后的流向，加强炉膛水冷壁附近的高温换热。

进一步地，所述翻边导风法兰的位置在炉膛水冷壁内侧，从而使贴壁风相对于炉膛水冷壁呈平行喷射状态。

进一步地，所述翻边导风法兰的位置与炉膛水冷壁平齐，从而使贴壁风相对于炉膛水冷壁成角度喷射状态。

作为优选方案，所述贴壁风导流筒的外壁上沿周向均布有4～16片贴壁风导流板。这样，既可以起到对贴壁风射流的组织和导向作用，还可以加强贴壁风导流筒的强度。

进一步地，所述贴壁风导流板相对于贴壁风导流筒的外壁母线平行布置。这样，贴壁风沿着贴壁风导流筒外壁呈直流形式喷射，可快捷分布在炉膛水冷壁表面。

进一步地，所述贴壁风导流板相对于贴壁风导流筒的外壁母线倾斜布置。这样，贴壁风沿着贴壁风导流筒外壁呈螺旋形式喷射，可加强贴壁风旋流强度，促使其均匀分布在炉膛水冷壁表面。

作为优选方案，所述一次风煤粉喷嘴外周设置有二次风导流筒，所述贴壁风导流筒设置在二次风导流筒与炉膛水冷壁上的喷口之间。这样，通过改变气流分布，可以改善炉内煤粉燃烧状况，加强炉内换热，避免煤粉贴壁燃烧。

作为优选方案，所述一次风煤粉喷嘴的喷口段呈双面城垛导流结构，它包括沿圆周方向交错布置的内缩式导流片和外扩式导流片，所述内缩式导流片以喷口段内腔直径D为基准从根部到端部的截面半径逐渐减小，所述外扩式导流片以喷口段内腔直径D为基准从根部到端部的截面半径逐渐增大，相邻内缩式导流片和外扩式导流片之间通过径向过渡板相连。这样，可以促使煤粉充分燃烧，避免在炉膛水冷壁附近缺氧燃烧，形成高温和还原性气氛。

进一步地，所述内缩式导流片的端部外侧设置有内缩端稳燃挡片，所述外扩式导流片的端部外侧设置有外扩端稳燃挡片，所述内缩端稳燃挡片和外扩端稳燃挡片均垂直于喷口段轴心线布置。这样，可以防止二次风过早的从内缩式导流片和外扩式导流片处进入炉内与煤粉混合，起到稳燃效果。

进一步地，所述内缩端稳燃挡片的径向高度h1、所述外扩端稳燃挡片的径向高度h2、所述内缩式导流片内壁至外扩式导流片内壁的径向高度H之间满足如下数学关系：h1=0.5～1.0H，h2=0.5～2.0H。这样，可以优化结构参数，确保稳燃效果。

进一步地，所述内缩式导流片、外扩式导流片和径向过渡板为整体铸造、锻压、或者模压成型结构。这样，可以简化加工工艺、提高喷嘴整体强度，延长使用寿命。

进一步地，所述喷口段内腔直径D、所述内缩式导流片或外扩式导流片的轴向长度L、以及所述内缩式导流片内壁至外扩式导流片内壁的径向高度H之间满足具有如下优选的数学关系：H=0.05～0.25D，L=0.6～1.5D。最佳是：H=0.10～0.20D，L=0.9～1.3D。这样，可以优化喷嘴体各部分尺寸比例，实现最佳的稳燃效果。

进一步地，所述内缩式导流片的数量为4～12片，最好为6～8片，所述外扩式导流片的数量与内缩式导流片一一对应。这样，不仅结构简单、便于加工，而且有利于均匀导流。

本发明的优点在于：在对常规旋流煤粉燃烧器结构不进行较大改动的前提下，通过增加贴壁风导流筒，可方便用于现有旋流煤粉燃烧器的设计升级与装置改造；所分流出来的部分二次风，在不影响二次风助燃的情况下，可以在水冷壁壁面形成流动性氧化风膜，保证燃烧器周边水冷壁壁面处于氧化性气氛中，有效避免了水冷壁的高温腐蚀和煤粉气流的冲刷。作为优选方案，一次风煤粉喷嘴喷口段设计呈双面城垛导流结构，可以使煤粉气流从喷嘴内部喷出时与外部热烟气强烈混合换热，保证了煤粉的强着火稳燃性能，避免了煤粉在水冷壁附近缺氧燃烧形成高温和还原性气氛，从而杜绝了炉膛水冷壁的高温腐蚀和结焦隐患。

附图说明

图1为传统旋流煤粉燃烧器的基本结构示意图。

图2为一种多向射流式旋流煤粉燃烧器的主剖视结构示意图。

图3为图2中贴壁风导流筒的主视结构示意图。

图4为图3中贴壁风导流板平行布置时的左视结构示意图。

图5为图3中贴壁风导流板倾斜布置时的左视结构示意图。

图6为图2中一次风煤粉喷嘴的第一种立体结构示意图。

图7为图6的主视结构示意图。

图8为图2中一次风煤粉喷嘴的第二种立体结构示意图。

图9为图8的主视结构示意图。

图10为另一种多向射流式旋流煤粉燃烧器的主剖视结构示意图。

图11为第三种多向射流式旋流煤粉燃烧器的主剖视结构示意图。

图中：一次风煤粉喷嘴1（其中：内缩式导流片1a、外扩式导流片1b、径向过渡板1c、内缩端稳燃挡片1d、外扩端稳燃挡片1e）；二次风导流筒2；贴壁风导流筒3；支撑装置4；翻边导风法兰5；炉膛水冷壁6；风箱7；贴壁风导流板8；二次风气流喷嘴Q；贴壁风射流喷嘴T；一次风煤粉气流A；二次风气流B；贴壁风射流C。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合附图和具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

如图1所示，传统旋流煤粉燃烧器安装在炉膛水冷壁6的开口处，其基本结构包括一次风煤粉喷嘴1，一次风煤粉喷嘴1垂直于炉膛水冷壁6安装，其外周与炉膛水冷壁6开口之间形成环形的二次风气流喷嘴Q。

实施例1：

如图2所示，本发明的一种多向射流式旋流煤粉燃烧器，安装在燃煤锅炉外侧的风箱7内，与炉膛水冷壁6上的开口相连，它包括垂直于炉膛水冷壁6安装的一次风煤粉喷嘴1，一次风煤粉喷嘴1外周与炉膛水冷壁6上的开口之间构成环形的二次风气流喷嘴Q，二次风气流喷嘴Q内设置有贴壁风导流筒3，贴壁风导流筒3与炉膛水冷壁6上的开口之间构成环形的贴壁风射流喷嘴T，贴壁风射流喷嘴T出口的流通面积占二次风气流喷嘴Q出口流通面积的3～18%；优化设计时，贴壁风射流喷嘴T出口的流通面积占二次风气流喷嘴Q出口流通面积的3～12%，最佳比例为：5～8%。

贴壁风导流筒3通过支撑装置4与一次风煤粉喷嘴1外壁刚性连接，支撑装置4可采用圆钢支架、扁钢支架、型钢支架、或者它们的组合支架；贴壁风导流筒3的出口端设置有翻边导风法兰5，翻边导风法兰5与炉膛水冷壁6平行布置在炉膛水冷壁6内侧，从而使贴壁风相对于炉膛水冷壁6呈平行喷射状态。

如图3～5所示，优化设计时，贴壁风导流筒3的外壁上沿周向均布有4～16片贴壁风导流板8，其可以相对于贴壁风导流筒3的外壁母线平行布置（如图4）；也可以相对于贴壁风导流筒3的外壁母线倾斜布置（如图5）；贴壁风导流板8除了起到组织和引导贴壁风射流的作用外，还可加强翻边导风法兰5的强度。

如图6～7所示，为实施例1采用的一种一次风煤粉喷嘴1，其喷口段呈双面城垛导流结构，它包括沿圆周方向交错布置的内缩式导流片1a和外扩式导流片1b，内缩式导流片1a以喷口段内腔直径D为基准从根部到端部的截面半径逐渐减小，外扩式导流片1b以喷口段内腔直径D为基准从根部到端部的截面半径逐渐增大，相邻内缩式导流片1a和外扩式导流片1b之间通过三角形结构的径向过渡板1c连为一体。内缩式导流片1a的数量一般设计为4～12片，最佳为6～8片，本实施例中为8片，外扩式导流片1b的数量与内缩式导流片1a一一对应，交错均匀布置。具体加工时，内缩式导流片1a、外扩式导流片1b和径向过渡板1c选用耐热钢，整体铸造、锻压、或者模压成型结构。

上述一次风煤粉喷嘴1的喷口段内腔直径D、内缩式导流片1a或外扩式导流片1b的轴向长度L、以及内缩式导流片1a内壁至外扩式导流片1b内壁的径向高度H之间优选满足如下数学关系：H=0.05～0.25D，L=0.6～1.5D，最佳的参数比例是H=0.10～0.20D，L=0.9～1.3D。本实施例中H=0.10D，L=0.95D。

如图8～9所示，为实施例1采用的另一种一次风煤粉喷嘴1，它的总体结构与图6～7所示的一次风煤粉喷嘴1基本相同，只是内缩式导流片1a的端部外侧焊接有内缩端稳燃挡片1d，外扩式导流片1b的端部外侧焊接有外扩端稳燃挡片1e，内缩端稳燃挡片1d和外扩端稳燃挡片1e均垂直于一次风煤粉喷嘴1的喷口段轴心线布置。优化设计时，上述内缩端稳燃挡片1d的径向高度h1、外扩端稳燃挡片1e的径向高度h2、内缩式导流片1a内壁至外扩式导流片1b内壁的径向高度H之间满足如下数学关系：h1=0.5～1.0H，h2=0.5～2.0H。本实施例中，h1=0.8H，h2=0.9H。该内缩端稳燃挡片1d和外扩端稳燃挡片1e能有效地阻止二次风气流B过早地进入到一次风煤粉气流A中，从而避免煤粉着火初期的煤粉浓度稀释，进一步强化煤粉的着火稳燃性能。

本发明工作时，煤粉与一次风组成一次风煤粉气流A由一次风煤粉喷嘴1喷入炉内；进入风箱7中的风分成两股：一股作为二次风气流B吹入炉内，与一次风煤粉气流A混合，使煤粉充分燃烧，起到助燃作用。另一股作为贴壁风射流C从贴壁风射流喷嘴T进入炉内，沿着炉膛水冷壁6流动，在炉膛水冷壁6壁面形成氧化性风膜，避免未完全燃烧的高温煤粉气流冲刷壁面，从而有效解决了锅炉燃烧器附近炉膛水冷壁6高温腐蚀和结焦的现象。

实施例2：

如图10所示，本发明的另一种多向射流式旋流煤粉燃烧器，它的总体结构与实施例1基本相同，只是翻边导风法兰5设置在与炉膛水冷壁6平齐的位置，这样可使贴壁风相对于炉膛水冷壁6成角度喷射入炉内。

实施例3：

如图11所示，本发明的第三种多向射流式旋流煤粉燃烧器，它的总体结构与实施例1基本相同，只是一次风煤粉喷嘴1外周设置有二次风导流筒2，贴壁风导流筒3设置在二次风导流筒2与炉膛水冷壁6上的喷口之间，其通过支撑装置4与二次风导流筒2外壁刚性连接。

其工作时，煤粉与一次风组成一次风煤粉气流A由一次风煤粉喷嘴1喷入炉内；进入风箱7中的风分成两股：一股作为二次风气流B，该二次风气流B分两路从二次风导流筒2的筒壁内外吹入炉内，与一次风煤粉气流A混合，使煤粉充分燃烧，起到助燃作用。另一股作为贴壁风射流C，从贴壁风射流喷嘴T进入炉内，沿着炉膛水冷壁6流动，在炉膛水冷壁6壁面形成氧化性风膜，避免未完全燃烧的高温煤粉气流冲刷壁面，从而有效解决了锅炉燃烧器附近炉膛水冷壁6高温腐蚀和结焦的现象。

本发明经过现场锅炉改装试验，运行结果表明：在两台660MW机组煤粉燃烧锅炉中，采用前后墙对冲方式布置本发明的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其既能够很好地解决过去在运行期间燃烧器附近区域水冷壁管发生高温腐蚀和受煤粉气流冲刷等问题，有效地保障了水冷壁管的安全，同时又能够解决过去在低负荷运行期间燃烧稳燃性能差而导致的锅炉灭火等问题，提高锅炉的燃烧效率，并且适于燃用贫煤、无烟煤、次烟煤、烟煤中的一种或多种混煤。

Claims

1.一种多向射流式旋流煤粉燃烧器，安装在燃煤锅炉外侧的风箱（7）内，与炉膛水冷壁（6）上的开口相连，它包括垂直于炉膛水冷壁（6）安装的一次风煤粉喷嘴（1），所述一次风煤粉喷嘴（1）外周与炉膛水冷壁（6）上的开口之间构成环形的二次风气流喷嘴（Q），其特征在于：所述二次风气流喷嘴（Q）内设置有贴壁风导流筒（3），所述贴壁风导流筒（3）与炉膛水冷壁（6）上的开口之间构成环形的贴壁风射流喷嘴（T），所述贴壁风射流喷嘴（T）出口的流通面积占二次风气流喷嘴（Q）出口流通面积的3～18%。

2.根据权利要求1所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述贴壁风射流喷嘴（T）出口处的流通面积占二次风气流喷嘴（Q）流通面积的3～12%。

3.根据权利要求1所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述贴壁风射流喷嘴（T）出口处的流通面积占二次风气流喷嘴（Q）流通面积的5～8%。

4.根据权利要求1所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述贴壁风导流筒（3）的出口端设置有翻边导风法兰（5），所述翻边导风法兰（5）与炉膛水冷壁（6）平行布置。

5.根据权利要求4所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述翻边导风法兰（5）的位置在炉膛水冷壁（6）内侧，从而使贴壁风相对于炉膛水冷壁（6）呈平行喷射状态。

6.根据权利要求4所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述翻边导风法兰（5）的位置与炉膛水冷壁（6）平齐，从而使贴壁风相对于炉膛水冷壁（6）呈角度喷射状态。

7.根据权利要求1所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述贴壁风导流筒（3）的外壁上沿周向均布有4～16片贴壁风导流板（8）。

8.根据权利要求7所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述贴壁风导流板（8）相对于贴壁风导流筒（3）的外壁母线平行布置。

9.根据权利要求7所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述贴壁风导流板（8）相对于贴壁风导流筒（3）的外壁母线倾斜布置。

10.根据权利要求1所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述一次风煤粉喷嘴（1）外周设置有二次风导流筒（2），所述贴壁风导流筒（3）设置在二次风导流筒（2）与炉膛水冷壁（6）上的喷口之间。

11.根据权利要求1～10中任意一项所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述一次风煤粉喷嘴（1）的喷口段呈双面城垛导流结构，它包括沿圆周方向交错布置的内缩式导流片（1a）和外扩式导流片（1b），所述内缩式导流片（1a）以喷口段内腔直径D为基准从根部到端部的截面半径逐渐减小，所述外扩式导流片（1b）以喷口段内腔直径D为基准从根部到端部的截面半径逐渐增大，相邻内缩式导流片（1a）和外扩式导流片（1b）之间通过径向过渡板（1c）相连。

12.根据权利要求11所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述内缩式导流片（1a）的端部外侧设置有内缩端稳燃挡片（1d），所述外扩式导流片（1b）的端部外侧设置有外扩端稳燃挡片（1e），所述内缩端稳燃挡片（1d）和外扩端稳燃挡片（1e）均垂直于喷口段轴心线布置。

13.根据权利要求12所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述内缩端稳燃挡片（1d）的径向高度h1、所述外扩端稳燃挡片（1e）的径向高度h2、所述内缩式导流片（1a）内壁至外扩式导流片（1b）内壁的径向高度H之间满足如下数学关系：h1=0.5～1.0H，h2=0.5～2.0H。

14.根据权利要求11所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述内缩式导流片（1a）、外扩式导流片（1b）和径向过渡板（1c）为整体铸造、锻压、或者模压成型结构。

15.根据权利要求11所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述喷口段内腔直径D、所述内缩式导流片（1a）或外扩式导流片（1b）的轴向长度L、以及所述内缩式导流片（1a）内壁至外扩式导流片（1b）内壁的径向高度H之间满足如下数学关系：H=0.05～0.25D，L=0.6～1.5D。

16.根据权利要求15所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述喷口段内腔直径D、所述内缩式导流片（1a）或外扩式导流片（1b）的轴向长度L、以及所述内缩式导流片（1a）内壁至外扩式导流片（1b）内壁的径向高度H之间满足如下数学关系：H=0.10～0.20D，L=0.9～1.3D。

17.根据权利要求11所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述内缩式导流片（1a）的数量为4～12片，所述外扩式导流片（1b）的数量与内缩式导流片（1a）一一对应。

18.根据权利要求17所述的多向射流式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述内缩式导流片（1a）的数量为6～8片，所述外扩式导流片（1b）的数量与内缩式导流片（1a）一一对应。