CN1038153A - 附壁射流煤粉火焰稳定方法及燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种附壁射流煤粉火焰稳定方法及燃烧器，是利 用紊流射流的附壁效应和空气动力学的方法，使一束 具有常规煤粉浓度和较高流速的射流，分离成为一侧 煤粉浓度高，另一侧浓度低的射流，以达到稳定燃烧 和减少污染的目的。该燃烧器结构简单，有自吹灰功 能，可以调节控制射流以适应多种燃料的燃烧(包括 烟煤、贫煤及部分无煤烟、水煤浆等)。本方法及燃烧 器可作为点火、低负荷助燃及连续运行用的燃烧器， 用于予燃室、窑炉、动力或工业锅炉。

Description

本发明属于燃烧技术和节能装置领域。

现有技术

一种强化型同向射流稳定方法及其燃烧器（CN85100050B）（附图13）。

下花园电厂直流钝体予燃室燃烧器（哈尔滨锅炉厂《锅炉制造》1984年1期9～10页）（附图14）。

PM燃烧器（日本三菱公司样本）（附图15）。

强化型同向射流火焰稳定方法及其燃烧器是利用多个高速射流（一般采用压缩空气或蒸汽）通过通道（8）引入燃烧通道（1），由于高速射流的引射作用使低速燃料空气射流中的空气偏离其轴线向两侧流动，从而造成中心的回流区及该处的煤粉浓度较高，以强化燃烧;但为了保证足够的引射力，该方法要求两射流的速度比要大于7，显然，这将消耗大量的压缩空气或蒸汽和能量。同时如采用压缩空气，还要增加设备和设备的维护;如采用蒸汽，过多的蒸汽耗量将引起锅炉热损失的增加，降低锅炉效率。为了造成两射流较大的速度差，该方法采用低速燃料-空气予混物通过主流通道（2）流入燃烧室。常规的燃料空气予混物的速度为16～27米/秒，在这样的速度下，由于射流速度的衰减快，煤粉容易沉落在燃烧室内，如不采取有效的吹灰措施，燃烧室内的积灰、结渣将会影响燃烧器的长期安全运行。这一现象在燃烧室（特别是予燃筒）的长、径比（l/d）较大时，尤为严重。直流钝体（9）予燃室燃烧器，可以稳定燃烧烟煤，由于钝体后产生的回流较小，实际煤粉的点燃是靠外回流来完成的;而外回流因受到予燃筒直径尺寸的限制不可能很大，因此这种燃烧装置燃烧低挥发份贫煤及无烟煤时不能保证稳定燃烧，也不能烧高灰份的劣质煤。

PM燃烧器是由日本三菱公司开发的低劣污染型燃烧器，它是利用机械方法，如附图15所示的弯曲通道产生，离心分离作用使携带煤粉的一次空气分成浓度不同的两股气流，上层为高浓度气流，下层为低浓度气流。理论和经验证明：采用这种浓度不同的平行气流燃烧时，可以收到低污染和提高燃烧稳定性的双重效果。如附图16当煤粉浓度较高（图16中C1点）或较低（图16C₂点）时，两者分别燃烧产生的NOX均比常规浓度（图16中C₀点）下燃烧产生的NOX要低得多。而且浓度高的一股气流特别容易着火，所以能提高燃烧的稳定性。PM燃烧器的缺点是采用机械方法来分离煤粉，煤粉对壁面磨损较大，特别在通道弯头处要用特种防磨板。

本发明的目的是针对上述各种燃烧装置存在的问题，寻求一种消耗能量不大，不磨损、不积灰、低污染的具有良好稳定燃烧性能的方法和装置，提出了附壁射流煤粉火焰稳定方法及燃烧器。

一种新型强化煤粉着火及稳定燃烧的方法和燃烧器是由带有扩散段的燃烧通道（1）、主射流通道（2）和控制射流通道（3）组成。扩散段（4）是一个扩散型柱体，或方形柱体中嵌有一个倾斜面（附图7、8），但其最佳结构以圆锥形为宜;扩散段（4）与主射流通道（2）接口处有一个特定的过渡曲面（5），此曲面可与主射流通道（2）直接连接或间隔一定距离连接（附图3～6）;扩散段（4）的扩散半角β（扩散段（4）斜面与主射流通道（2）中心线的夹角如附图1、2、7、8所示）应小于45°，一般以35°为宜;扩散段（4）上开有1～5个控制射流通道（3），一般开三个为宜;控制通道在扩散段上的分布范围与主射流通道中心线所成的角度α（附图1、2）一般应小于90°，以60～75°为宜;主射流通道与控制射流通道间的中心距离为主射流通道喉口当量直径的1.2～3倍;控制射流方向和主射流方向相同。本方法的特点还在于主射流以大于30米/秒的较高的常规速度，喷入燃烧通道;控制射流通道的出口射流速度与主射流速度之比应小于或等于2，以免过份消耗控制射流的能量。

本燃烧器可单独作为点火或助燃的予热室使用，也可作为组合式燃烧器的第一级，在这种情况下，二级燃烧的二次空气可布置在其上、下侧或周围，并取10～15%的总空气量作为三次空气布置在组合式燃烧器的最上部（附图17）。

本方法和装置是利用紊流射流的附壁效应和空气动力学的方法，使通过主射流通道（2）的一束具有较高速度（大于30米/秒）和煤粉浓度（大于0.4公斤空气）的主射流在其进入燃烧通道（1）的入口处，受到具有特定几何形状的扩散段（4）及通过控制射流通道（3）的可调节速度的控制射流的作用，偏离其轴线，贴附在燃烧通道壁面的一侧流动（当燃烧通道水平布置时，一般为下侧），由射流通道造成的附壁射流轨线如图1、2中7。主射流中的煤粉由于惯性作用，大部分较粗的煤粉颗粒基本上沿着轴线运动，而携带有一小部分细颗粒煤粉的空气气流则偏离轴线转向控制流所在的一侧，贴壁流动。因而在燃烧通道内部气流中形成不同的煤粉浓度区域：中心、射流的下游为煤粉高浓区，且其颗粒较粗，下部为煤粉低浓度区，其颗粒较细。由于主射流的偏斜，贴附壁面流动，在燃烧通道的中心、下游处形成一个强烈的高温回流区（6），恰好这一区域与煤粉高浓度区相吻合，大量的高温烟气直接加热高浓度的煤粉使其点燃、燃烧，并将燃烧迅速扩张到整个煤粉气流，起到稳燃和强化燃烧的作用。同时沿燃烧通道底部壁面流动的射流本身有很好清扫积粉或灰的作用，起到吹灰效果。

本方法及装置的低污染效果是这样产生的，由于射流的附壁效应，使原有射流的煤粉浓度进行了重新分配，即一部分浓缩为高浓度而另一部分稀释为低浓度。浓度较高和较低的两股射流分别燃烧所产生的NOX的综合结果，要比一般常规浓度燃烧时产生的NOX低得多。加之，本装置在多数情况下，可作为分级燃烧的第一级，因此其燃烧通道内的过剩空气比较小，其温度水平也比较低。因而所产生的NOX将低于一般燃烧方式。

附图1是本方法及其装置的原理示意图;

附图2是附图1的A向视图;

附图3是本方法及其实施例的原理示意图;

附图4是附图3的A向视图;

附图5是本方法及其实施方案二的原理示意图;

附图6是附图5的A向视图;

附图7是本方法及其实施方案三的原理示意图;

附图8是附图7的A向视图;

附图9是本方法及其实施方案四的原理示意图;

附图10是附图9的A向视图;

附图11是本方法及其实施方案五的原理示意图;

附图12是附图11的A向视图;

附图13是同向射流火焰稳定方法及其燃烧的原理示意图;

附图14是直流钝体子燃室燃烧器示意图;

附图15是PM燃烧器示意图;

附图16是PM燃烧器低污染原理曲线图;

附图17是组合式燃烧器的第一级时，二、三次空气的布置。

各示意图中标号含意如下：

1-燃烧通道（或称燃烧室）;    2-主射流通道;

3-控制射流通道;    4-扩散段;    5-过渡曲面;

6-回流区;7-附壁射流轨道;8-高速射流通道;

9-钝体;10-用于组合式燃烧器的第一级时二次空气通道;

11-用于组合式燃烧器的第一级时三次空气通道;

α-控制射流通道分布范围角;    β-扩散半角。

实施例：

图3、4是本方法及燃烧器的一个实施例，煤粉、空气混合物由主射流通道（2）送入燃烧通道（1），主射流的速度是30～35米/秒，控制射流（空气）由控制射流通道（3）射入，控制射流通道（3）一共4个均布在主射流通道（2）的正下方，其速度为50米/秒，这一方案正在一台410吨/时的无烟煤锅炉上进行安装，该装置的主要任务是用于启动点火及低负荷运行时代替油嘴以达到节油的目的。

图5、6是本方法及燃烧器实施的第二方案，其特点是控制射流通道（3）是一个腰形扁孔。

图7、8是本方法及燃烧器实施的第三方案，其特点是采用方形燃烧通道，其扩散段（4）只有一个倾斜面。

图9、10是本方法及燃烧器的第四实施方案，其特点是采用方形燃烧通道，其扩散段（4）由上、下两个斜面组成，主射流通道（2）为矩形结构。

图11、12是本方法及燃烧器的第五实施方案，其特点是采用方形燃烧通道，扩散段（4）由主射流通道（2）入口处下面一个斜面组成，控制射流通道（3）为一扁口。

本方法及燃烧器与现有技术相比的结果如附表（见附页），优点如下：

1、结构简单，制造维修方便;

2、可使用一般锅炉房内的鼓风机作为控制射流的风源，不需要额外增加空气压缩机或蒸汽汽流，消耗能量少;

3、回流区温度高，能用冷风进行燃烧，且对挥发份相当低的无烟煤也有明显强化燃烧的作用;

4、附壁射流本身有清扫积灰的效能，因而能保持燃烧通道内不积灰不结渣，能持续长时间运行;

5、火焰射程长有利于点燃主燃烧器;

6、具有良好的稳燃性能，可用于烟煤、贫煤及部分无烟煤的稳燃及燃烧;

7、具有一定的降低NOX的效果;

8、阻力小，磨损小，易于维护。

本方法及燃烧器在热能、燃烧工程及节能领域中有广泛的应用前景，它将对燃用劣质煤或贫煤无烟煤锅炉在节约点火及助燃用油和提高低负荷稳定燃烧方面发挥显著作用。同时可用于新锅炉设计中，以改进现有燃烧设备，提高其煤种适应性和燃烧效率，使能源利用更加经济、合理。

Claims (7)

1、一种附壁射流煤粉火焰稳定方法及燃烧器，由带有扩散段(4)的燃烧通道(1)、主射流通道(2)和控制射流通道(3)组成，其特征在于所说的扩散段(4)是一个扩散型柱体，其扩散半角β应小于45°，一般应以35°为宜；在扩散段(4)上开有控制射流通道(3)；在扩散段(4)的顶部接主射流通道(2)；主射流通道(2)和控制射流通道(3)的方向互相相同；主射流以大于30米/秒的较高速度喷入燃烧通道(1)，控制射流的速度可以调节，在控制射流通道(3)的出口速度和主射流速度的比值应小于或等于2。

2、根据权利要求1所述的附壁射流煤粉火焰稳定方法及燃烧器，其特征在于所述的扩散段（4）的顶部和主射流通道（2）接口处，有一个特定的过渡曲面（5）;该过渡曲面（5）可以与主射流通道（2）直接连接，也可间隔一定的距离连接。

3、根据权利要求1、2所述的附壁射流煤粉火焰稳定方法及燃烧器，其特征在于所述的在扩散段（4）上开口的控制射流通道（3），分散在主射流通道（2）的下方，共有1～5个，一般以3个为宜;控制射流通道（3）的分布范围与主射流通道（2）的中心所构成的夹角α应小于90°，一般以60～70°为宜。

4、根据权利要求3所述的附壁射流煤粉火焰稳定方法及燃烧器，其特征在于所述的控制射流通道（3）和主射流通道（2）之间的中心距离，等于主射流通道喉口当量口径的1.2～3倍。

5、根据权利要求4所述的附壁射流煤粉火焰稳定方法及燃烧器，其特征在于所述的主射流通道（2）中通过的主射流由浓度为大于0.4公斤煤粉/公斤空气的煤粉和空气混合物构成;控制射流的速度可以按照燃烧煤种的不同加以调节;所述的煤种包括烟煤、贫煤、无烟煤及水煤浆等。

6、根据权利要求4所述的附壁射流煤粉火焰稳定方法及燃烧器，其特征在于所述的扩散段（4）为一圆锥形柱体，所述的控制射流通道（3）和主射流通道（2）的截面为圆形或矩形。

7、根据权利要求4所述的附壁射流煤粉火焰稳定方法及燃烧器，其特征在于所述的扩散段（4）为一方形柱体并嵌有至少一个倾斜面;所述的控制射流通道（3）和所述的主射流通道（2）的截面为圆形或矩形。

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