CN103697469B - 一种煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统 - Google Patents

一种煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统，包括带有风粉出口通道的预燃室以及从预燃室后端伸入到预燃室内的一次风管和套设在预燃室前端的二次风管；二次风管套设在预热室的出口上，二次风管的出口与炉膛相连通。本发明通过在预燃室的后端设置预热风集气室和燃气集气室，将预热风和燃气混合后自预热燃烧器喷出，再通入风粉混合物，并将其余热后由风粉出口通道送入炉膛中，通过控制一次风量和二次风量控制空燃比，通过高速射流卷吸大量烟气，使煤粉在低氧环境中燃烧，降低火焰温度峰值，减少热力型NOx生成。本发明能够有效降低NOx的排放，同时火焰稳定性好，为火电企业降低NOx污染物排放做出贡献。

Description

一种煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统
技术领域
本发明属于燃烧装置技术领域，具体涉及一种煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统。
背景技术
我国的主要能源以煤炭为主，尤其是电力生产火电占很大的比例，煤粉燃烧装置是火电生产的主要设备，而火电企业又是污染大户，尤其是NOx等污染物。提高煤粉燃烧的稳定性，同时降低NOx的排放，是煤粉燃烧装置研究的重点。
采用明火可以快速对煤粉进行预热，实验验证煤粉预热温度的主要影响因素是一次风率，所需燃气量很少，燃气形成的明火主要用于提供稳定的点火源。由于火焰预热是在强还原性环境进行，煤粉受热热解产生的含氮化合物，能被有效还原成N2。同时由于火焰预热提高了进入炉膛煤粉温度，可以提高着火稳定性，使其可以采用气体无焰燃烧的理念，即通过高速射流卷吸大量烟气，使煤粉在低氧环境中燃烧，降低火焰温度峰值，减少热力型NOx生成，在局部形成还原性气氛，还原NOx，进一步降低NOx排放。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于提高煤粉燃烧的稳定性和降低NOx排放的煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统。
为了实现上述目的，发明所采用的技术方案是：包括带有风粉出口通道的预燃室以及前端伸入到预燃室内的一次风管和套设在预燃室前端的二次风管；未伸入预燃室内的一次风管上套设有预热风集气室和燃气集气室，其中，预热风集气室设置在燃气集气室和预燃室之间；预热风集气室的前端设置有若干预热燃烧器，预热燃烧器从预燃室的末端伸入到预燃室内，燃气集气室上设置有若干燃气管，燃气管穿过预热风集气室伸入到对应的预热燃烧器内；其中一个预热燃烧器的正下方30～50mm处布置有一个点火电极；二次风管套设在预燃室的出口上，二次风管的出口与炉膛相连通。
所述的一次风管包括内一次风管以及套设在内一次风管上的通有空气外一次风管；其中，内一次风管内通入空气与煤粉的混合物，外一次风管内通入空气。
所述的二次风管包括套设在预燃室外侧的内二次风管以及套设在内二次风管外的外二次风集气室；内二次风管的出口处设置有内二次风出口环形通道；外二次风集气室的出口处设置有若干外二次风喷孔；外二次风喷孔、内二次风出口环形通道以及风粉出口通道均与炉膛相连通。
所述的内二次风出口环形通道内设置有若干旋流片。
所述的内二次风管上设置有内二次风入口，外二次风集气室上设置有外二次风入口。
所述的外二次风集气室的出口处周向布置三个外二次风喷孔。
所述的预燃室上开设有用于确认燃烧燃烧器是否点燃的窥火孔。
所述的燃气集气室上设置有燃气入口；预热风集气室上设置有预热风入口。
所述的预热燃烧器周向布置，且相邻两个预热燃烧器之间的间距小于等于100mm；每一个预热燃烧器包括燃烧器喷口，以及伸入喷口内的燃气管；燃气管的前部套设有稳焰盘，稳焰盘上开设至少六个旋流槽；在燃气管端部的侧面开设有若干燃气喷孔。
所述的预热燃烧器的个数至少为四个，且周向布置；相对应的，燃气集气室上对应设置有四根燃气管。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在预燃室的后端设置预热风集气室和燃气集气室，将预热风和燃气混合后自预热燃烧器喷出，由点火电极引燃，并自动引燃其他预热燃烧器，再通入风粉混合物，并将其余热后由风粉出口通道送入炉膛中，通过控制一次风量和二次风量控制空燃比，通过高速射流卷吸大量烟气，使煤粉在低氧环境中燃烧，降低火焰温度峰值，减少热力型NOx生成，在局部形成还原性气氛，还原NOx，进一步降低NOx排放。本发明能够有效降低NOx的排放，同时火焰稳定性好，为火电企业降低NOx污染物排放做出贡献。
进一步的，本发明采取内外一次风结构，内一次风管内为空气与煤粉混合物，外一次风管内为空气，由于外一次风的隔离，燃气燃烧产生的明火不与空气与煤粉混合物直接接触，避免了煤粉在预燃室内的爆燃。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明A-A方向的剖面图；
图3为本发明B-B方向的剖面图；
图4为本发明预热燃烧器的放大图，其中4-a为主剖图，4-b为右视图，4-c为主视图。
其中，1为内一次风管；2为外一次风入口；3为燃气入口；4为预燃风入口；5为点火电极；6为内二次风入口；7为外二次风入口；8为预热后风粉出口通道；9为内二次风出口环形通道；10为外二次风喷孔；11为旋流片；12为外二次风集气室；13为预燃室；14为预热燃烧器喷口；15为窥火孔；16为预热风集气室；17为燃气集气室；18为外一次风通道；19为预热燃烧器稳焰盘；20为燃气喷孔；21为预热燃烧器；22为燃气管。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
参见图1，本发明包括带有风粉出口通道8的预燃室13以及前端伸入到预燃室13内的一次风管和套设在预燃室13前端的二次风管；未伸入预燃室13内的一次风管上套设有预热风集气室16和燃气集气室17，其中，预热风集气室16设置在燃气集气室17和预燃室13之间；预热风集气室16的前端设置有若干预热燃烧器21，预热燃烧器21从预燃室13的末端伸入到预燃室13内，燃气集气室17上设置有若干燃气管22，燃气管22穿过预热风集气室16伸入到对应的 预热燃烧器21内；其中一个预热燃烧器21的正下方30～50mm处布置有一个点火电极5；二次风管套设在预燃室13的出口上，二次风管的出口与炉膛相连通。一次风管包括内一次风管1以及套设在内一次风管1上的通有空气外一次风管2；其中，内一次风管1内通入空气与煤粉的混合物，外一次风管2内通入空气。如图1和3所示，二次风管包括套设在预燃室13外侧的内二次风管以及套设在内二次风管外的外二次风集气室12；内二次风管的出口处设置有内二次风出口环形通道9；内二次风出口环形通道9内设置有若干旋流片11。外二次风集气室12的出口处周向布置三个外二次风喷孔10；外二次风喷孔10、二次风出口环形通道9以及风粉出口通道8均与炉膛相连通。内二次风管上设置有内二次风入口，外二次风集气室12上设置有外二次风入口7。
如图1和2所示，预燃室13上设置有用于确认燃烧燃烧器是否点燃的窥火孔15。燃气集气室17上设置有燃气入口；预热风集气室16上设置有预热风入口。预热燃烧器21周向布置，且至少设置四个，相邻两个预热燃烧器之间的间距小于等于100mm；相对应的，燃气集气室17上对应设置有四根燃气管22。如图2和4所示，每一个预热燃烧器21包括燃烧器喷口14，以及伸入喷口14内的燃气管22；燃气管22的前部套设有稳焰盘19，稳焰盘19上开设至少六个旋流槽；在燃气管22端部的侧面开设有若干燃气喷孔20。
本发明的原理：
本发明采用内外一次风送粉方式，内一次风管内为空气与煤粉混合物，外一次风管内为空气，燃气形成的明火与外一次风(空气)直接接触，不与风粉混合物直接接触，这样就避免了煤粉在预燃室内的爆燃。燃气形成的明火主要用于提供稳定的点火源，所需燃气量小于总功率的3％，通过调节外一次风量控制预燃室温度和气氛。煤粉在还原性气氛下的预燃室内被快速加热，煤粉热解产生的含氮化合物被还原成N2，有效降低NOx排放。在炉膛温度达到1200℃后，停内二次风，二次风仅从外二次风喷口高速喷出，卷吸大量烟气，使煤粉在低氧环境下燃烧，降低火焰峰值温度，减少热力型NOx的生成，同时在局部形成还原性气氛，将NOx还原成N2，进一步降低NOx排放。本煤粉火焰预热低NOx燃烧器主要由内一次风管、外一次风通道、预热风集气室、燃气集气室、外二次风集气室、预燃室、预热后风粉出口通道、内二次风出口环形通道、外二次风喷孔等组成。
本发明采取内外一次风结构，内一次风管内为空气与煤粉混合物，外一次风管内为空气，由于外一次风的隔离，燃气燃烧产生的明火不与空气与煤粉混合物直接接触，避免了煤粉在预燃室内的爆燃。试验验证，预燃室温度的主要影响因素为一次风风量，固定内一次风风量，通过调整外一次风风量控制预燃室温度和气氛。通过控制外一次风风量，将预燃室温度控制在700～900℃之间，煤粉在此温度下被快速预热，煤粉热解产生的含氮化合物被还原成N2。内一次风携粉能力要求：总一次风量控制在总风量的25％以下。预热燃烧器周向布置，如图2所示，预热燃烧器最少数目为4。
在其中一只预热燃烧器正下方30～50mm处布置点火电极，该燃烧器被点燃后，自动引燃其他燃烧器，故预热燃烧器之间间距不宜过大，建议在100mm之内，超过则增加预热燃烧器数目。
预热燃烧器采用部分预混燃烧结构，在燃烧器内部设有稳焰盘和燃气喷口，稳焰盘上设有至少6个旋流槽，燃气从燃气喷口喷出并与从稳焰盘上旋流槽内喷出的空气混合燃烧。预热燃烧器空燃比控制在0.9～1.0左右，空燃比在这个区间时，预热燃烧器产生的火焰温度最高，有利于快速预热煤粉，并将其热解释放的挥发分引燃。燃气和预燃风均为集气室结构，通过集气室均匀分配至各支燃烧器内。
另外，本发明设置内外二次风结构，内二次风环形通道内设置旋流片，外二次风为直通喷孔。当炉膛温度低于1200℃时，内二次风比例至少为30％，当炉膛温度高于1200℃时，关闭内二次风，仅开通外二次风，进入低NOx燃烧模式。外二次风高速射流喷出，卷吸大量烟气，降低氧浓度，出口动能控制在4500～6000Pa。
本发明的工作过程是这样的：
首先打开预燃风、外一次风对燃烧器预燃室(13)进行吹扫，吹扫时间不小于2分钟，然后打开点火电极(5)，确保点火电极(5)正常工作后，通入燃气，将点火电极正对着的预热用燃气燃烧器点燃，再由其自动引燃其他预热用燃气燃烧器，通过窥火孔(15)确认燃烧燃烧器点燃后关闭点火电极(5)，打开内二次风和外二次风，然后通入内一次风与煤粉混合物。预热用燃气燃烧器产生的明火火焰将煤粉快速预热，并将煤粉热解产生的挥发分引燃，预燃室(13)主要靠挥发分燃烧维持其高温。通过控制外一次风风量将预燃室(13)温度控制在700～900℃之间，使煤粉热解产生的含氮化合物被还原成N2。预热后的气体与煤粉混合物从预热后风粉出口通道(8)高速喷出，并与内二次风和外二次风混合燃烧。当炉膛温度低于1200℃时，内二次风比例至少为30％，当炉膛温度高于1200℃时，关闭内二次风，仅开通外二次风，外二次风高速射流喷出，卷吸大量烟气，煤粉在低氧环境下燃烧，降低火焰峰值温度，减少热力型NOx的生成，同时在局部形成还原性气氛，将NOx还原成N2，进入低NOx燃烧模式。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统，其特征在于：包括带有风粉出口通道(8)的预燃室(13)以及前端伸入到预燃室(13)内的一次风管和套设在预燃室(13)前端的二次风管；未伸入预燃室(13)内的一次风管上套设有预热风集气室(16)和燃气集气室(17)，其中，预热风集气室(16)设置在燃气集气室(17)和预燃室(13)之间；预热风集气室(16)的前端设置有若干预热燃烧器(21)，预热燃烧器(21)从预燃室(13)的末端伸入到预燃室(13)内，燃气集气室(17)上设置有若干燃气管(22)，燃气管(22)穿过预热风集气室(16)伸入到对应的预热燃烧器(21)内；其中一个预热燃烧器(21)的正下方30～50mm处布置有一个点火电极(5)；二次风管套设在预燃室(13)的出口上，二次风管的出口与炉膛相连通。
2.根据权利要求1所述的煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统，其特征在于：所述的一次风管包括内一次风管(1)以及套设在内一次风管(1)上的通有空气外一次风管(2)；其中，内一次风管(1)内通入空气与煤粉的混合物，外一次风管(2)内通入空气。
3.根据权利要求1所述的煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统，其特征在于：所述的二次风管包括套设在预燃室(13)外侧的内二次风管以及套设在内二次风管外的外二次风集气室(12)；内二次风管的出口处设置有内二次风出口环形通道(9)；外二次风集气室(12)的出口处设置有若干外二次风喷孔(10)；外二次风喷孔(10)、内二次风出口环形通道(9)以及风粉出口通道(8)均与炉膛相连通。
4.根据权利要求3所述的煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统，其特征在于：所述的内二次风出口环形通道(9)内设置有若干旋流片(11)。
5.根据权利要求3所述的煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统，其特征在于：所述的内二次风管上设置有内二次风入口，外二次风集气室(12)上设置有外二次风入口(7)。
6.根据权利要求3所述的煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统，其特征在于：所述的外二次风集气室(12)的出口处周向布置三个外二次风喷孔(10)。
7.根据权利要求1或3所述的煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统，其特征在于：所述的预燃室(13)上开设有用于确认燃烧燃烧器是否点燃的窥火孔(15)。
8.根据权利要求1所述的煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统，其特征在于：所述的燃气集气室(17)上设置有燃气入口；预热风集气室(16)上设置有预热风入口。
9.根据权利要求1所述的煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统，其特征在于：所述的预热燃烧器(21)周向布置，且相邻两个预热燃烧器之间的间距小于等于100mm；每一个预热燃烧器(21)包括燃烧器喷口(14)，以及伸入喷口(14)内的燃气管(22)；燃气管(22)的前部套设有稳焰盘(19)，稳焰盘(19)上开设至少六个旋流槽；在燃气管(22)端部的侧面开设有若干燃气喷孔(20)。
10.根据权利要求1或9所述的煤粉火焰预热低NOx燃烧器系统，其特征在于：所述的预热燃烧器(21)的个数至少为四个，且周向布置；相对应的，燃气集气室(17)上对应设置有四根燃气管(22)。
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Application publication date: 20140402

Assignee: Xi'an Jiaotong University Siyuan Technology Co., Ltd.

Assignor: Xi'an Jiaotong University

Contract record no.: 2018610000013

Denomination of invention: A pulverized coal flame preheating low NOx burner system

Granted publication date: 20151028

License type: Common License

Record date: 20180408