CN103868068B - 一种高温氧气直接点火和稳燃系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温氧气直接点火和稳燃系统，包括高温氧气发生器、煤粉弯头、燃烧器、煤粉浓缩环及中心筒，所述煤粉弯头与所述燃烧器相连通，所述高温氧气发生器从所述煤粉弯头处以与所述燃烧器轴线平行的方向插入到所述燃烧器的入口，所述煤粉浓缩环及中心筒均位于所述燃烧器内，且所述煤粉浓缩环安装在所述燃烧器的入口处，所述高温氧气发生器通过所述煤粉浓缩环与所述中心筒相连接。本发明可以根据煤质的不同，随时调节氧气流量和燃油出力，以适应不同煤种的需要；本发明不受锅炉型号、燃煤煤质和燃烧器结构特点的限制，巧妙的利用燃油加热氧气的方式，可将氧气温度升高到1200℃以上，能够满足不同煤质直接点火的需要。

Description

一种高温氧气直接点火和稳燃系统

技术领域

本发明涉及一种高温氧气直接点火和稳燃系统。

背景技术

我国有大量燃用劣质煤的电站锅炉，其点火和低负荷稳燃用油量巨大。一台200MW锅炉每次冷态启动要消耗约50～70吨油，一台300MW锅炉约需消耗60～80吨油，一台600MW锅炉约需消耗100吨油。有统计数据表明，每年锅炉点火用油约需人民币45～54亿元。

针对这种情况，我国研发了各种各样的节油技术来解决这个问题：

1.等离子无油点火技术

该技术专利众多，如用于直接点燃电站煤粉锅炉的等离子点火装置（CN1230659）、等离子点火燃烧装置（CN201106846）、一种电厂燃煤锅炉交流等离子点火装置（CN202048592U）等等，但该类技术存在如下问题：

1）改造费用非常昂贵；

2）等离子点火技术需不消耗燃油，但要消耗较多的电能；

3）等离子发生器的阴阳极寿命较短，更换费用昂贵；

4）等离子发生器的功率一般不大于300kw，不能点燃贫煤或无烟煤；

2.高温空气点火技术

该类型技术的专利有煤粉锅炉高温空气点火装置（CN2591434），

但该专利的空气加热系统复杂，易发生故障，故该类技术并没有得到实际推广，现在已被市场淘汰；

3.微油点火技术

该类型技术的专利众多，如气化小油枪（CN101012930A）,微油气化锅炉点火装置（CN2830897Y），但该技术存在如下问题：

1）仍然需要消耗较多的燃油，尤其是劣质煤种，还不能摆脱对大油枪的依赖；

2）燃油与煤粉混合后，易出现“和泥”现象，造成煤粉在燃烧器内沉积，导致结焦；

3）煤粉的燃烬率较低，点火过程中存在冒黑烟的现象；

4）当锅炉燃用劣质煤时，升温升压速度较慢；

4.低负荷稳燃燃烧器

该方面专利众多，如高效、低氧化氮、强稳燃的双一次风通道煤粉主燃烧器（CN1059022A）、浓淡组合式煤粉燃烧器（CN1239763）、一种楔形钝体燃烧装置9CN1046795)等等，该类技术不同程度的改善了锅炉的低负荷性能，但同时存在一定的局限性，主要是该类技术均存在一个最低稳燃负荷的要求，当低于各自的最低稳燃负荷时，便不能确保煤粉的稳定燃烧，仍需要投入大油枪，所以该类技术尚不是真正的无油稳燃技术。

将氧气用于助燃的技术，目前主要有二种形式，第一种形式是氧气结合微油点燃煤粉，该方面的专利有一种富氧点火及低负荷稳燃煤粉燃烧器（CN102418922A）、外燃式富氧点火和超低负荷稳燃煤粉燃烧器（CN101418952），该类技术依然主要依靠油枪火焰来点燃煤粉，并未实现高温氧气直接点火，依然存在微油点火技术的相关不足。

第二种是氧气直接点燃煤粉，该方面的专利有一种浓相高温富氧无油点火稳燃装置(101424398A)；这个专利的氧气采用了电磁感应加热原理，因此存在与高温空气点火相同的问题，加热系统复杂且工作可靠性差，最终得不到市场应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种原理先进、安全可靠、结构简单的高温氧气直接点火和稳燃系统，主要目的是为电站锅炉提供一种利用高温氧气直接点燃煤粉的自动点火装置，实现锅炉冷态启动直接点燃任何煤种，以节省锅炉启动或稳燃用油。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高温氧气直接点火和稳燃系统，包括高温氧气发生器、煤粉弯头、燃烧器、煤粉浓缩环及中心筒，所述煤粉弯头与所述燃烧器相连通，所述高温氧气发生器从所述煤粉弯头处以与所述燃烧器轴线平行的方向插入到所述燃烧器的入口，所述煤粉浓缩环及中心筒均位于所述燃烧器内，且所述煤粉浓缩环安装在所述燃烧器的入口处，所述高温氧气发生器通过所述煤粉浓缩环与所述中心筒相连接。

本发明的有益效果是：

本发明可以根据煤质的不同，随时调节氧气流量和燃油出力，以适应不同煤种的需要；本发明不受锅炉型号、燃煤煤质和燃烧器结构特点的限制，巧妙的利用燃油加热氧气的方式，可将氧气温度升高到1200℃以上，能够满足不同煤质直接点火的需要，并且独创性的采用了煤火检——高温氧气装置联锁控制原理，实现了全炉膛高温纯氧油枪自动稳燃。同时，氧气的加热源为成熟的微油枪技术，避免了采用电磁感应装置等加热空气的装置，大大减小了发生故障的可能性，而且降低了成本。本发明根据不同煤质着火性能差异较大的特点，提出了高温氧气直接点火装置的投运方式与燃煤煤质相匹配的运行模式，可以全面适应不同煤种稳燃的需要，设计理念新颖、先进、合理，能够实现锅炉自动稳燃，大量节省燃油消耗，为用户带来巨大的经济效益。

所述燃烧器可以是用于四角切圆锅炉的直流燃烧器，也可以是前后墙对冲锅炉的旋流燃烧器，也可是W火焰锅炉的旋风筒燃烧器或调风燃烧器。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述高温氧气发生器包括环形氧气导管、微油枪、发生器套管及氧气加热室，所述微油枪套装在所述环形氧气导管内，所述形氧气导管的部分套装在所述发生器套管内，所述氧气加热室位于所述发生器套管内，且与所述微油枪相连通，所述发生器套管通过所述煤粉浓缩环与所述中心筒相连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，从微油枪喷出的燃油在氧气加热室内基本燃烬，其释放出的热量都用来加热氧气；由于氧气的比热容较小，因此用极少量的燃油就可以将氧气加热到煤粉燃烧所需要的着火温度，能够最大程度的节省燃油。

进一步，所述高温氧气发生器还包括燃油入口及油枪喷嘴，所述燃油入口安装在所述环形氧气导管的一端上，且与所述微油枪的一端相连通，所述油枪喷嘴安装在所述微油枪的另一端，所述微油枪通过所述油枪喷嘴与所述氧气加热室相连通。

进一步，所述环形氧气导管上安装有氧气入口，所述氧气入口靠近所述燃油入口。

进一步，所述环形氧气导管的一端的内壁上安装有氧气旋流片，所述氧气旋流片靠近所述油枪喷嘴。

采用上述进一步方案的有益效果是，氧气通过环形氧气导管流动到氧气旋流片处，在该氧气旋流片的作用下，氧气以一定的旋流强度与从微油枪的喷嘴处喷出的燃油强烈充分混合，能够实现极短时间内均匀加热到高温状态。

进一步，所述高温氧气发生器还包括点火杆及火检，所述点火杆及火检均位于所述环形氧气导管的外部，且所述点火杆安装在所述环形氧气导管的一侧，所述火检安装在所述环形氧气导管的另一侧。

进一步，所述高温氧气发生器还包括防磨陶瓷套筒及耐高温陶瓷套筒，所述防磨陶瓷套筒套装在所述发生器套管上，所述耐高温陶瓷套筒贴覆在所述发生器套管的内壁上，且靠近所述氧气加热室。

采用上述进一步方案的有益效果是，所述防磨陶瓷套筒，可以防止煤粉对其造成磨损，整体寿命可达6年以上。

所述耐高温陶瓷套筒具有优越的抗氧化性能和耐高温性能，能够很好的保护其外侧的发生器套管不发生氧化及超温，满足燃油在纯氧环境下燃烧时对燃烧室壁面的要求。

进一步，所述防磨陶瓷套筒上安装有高压风入口，所述高压风入口与所述发生器套管相通。

采用上述进一步方案的有益效果是，在防磨陶瓷套筒上安装有高压风入口，当不需要投入氧气和燃油时，可通入高压风进行吹扫冷却，防止煤粉污染油枪喷嘴和氧气旋流片。

进一步，所述高温氧气直接点火和稳燃系统还包括氧气加热室壁温热电偶，所述氧气加热室壁温热电偶依次穿过所述发生器套管及耐高温陶瓷套筒，插入所述氧气加热室内。

采用上述进一步方案的有益效果是，根据氧气加热室壁温热电偶的测量值，用温度梯度分布原理和实验测量值，可以换算出氧气加热室出口处高温氧气的温度，进而自动调节燃油量，使高温氧气的温度自动稳定在设计值；最高可以获得1200℃以上高温氧气。

进一步，所述中心筒上安装有中心筒热电偶，所述燃烧器上设有喷口，所述喷口处安装有喷口热电偶。

采用上述进一步方案的有益效果是，本发明在实际运行过程中，所述氧气加热室壁温热电偶、中心筒热电偶及喷口热电偶这三支热电偶测量到的温度与高温氧气发生器实现联锁，当任何一支热电偶出现温度超过设定值时，自动减小氧气或燃油的流量，以减小热负荷，降低壁温；反之，则自动增大氧气或燃油的流量，以进一步改善着火效果。

本发明的工作原理如下：

本发明利用布置在高温氧气发生器中心位置的微油枪加热从环形氧气导管旋流进入的氧气，可将氧气的温度加热到1200℃以上，然后高温氧气进入点火燃烧器内，与从煤粉浓缩环聚焦到中心筒内的浓煤粉强烈混合，煤粉在高温氧气的加热和氧化作用下，瞬间被引燃，形成明亮、稳定的煤粉火焰，并分级引燃淡相煤粉，实现了以氧代油，节省了锅炉冷态点火及稳燃用油量。

附图说明

图1为本发明高温氧气直接点火和稳燃系统的结构示意图；

图2为本发明高温氧气直接点火和稳燃系统的高温氧气发生器的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、燃油入口，2、氧气入口，3、环形氧气导管，4、微油枪，5、点火杆，6、火检，7、高压风入口，8、防磨陶瓷套筒，9、发生器套管，10、油枪喷嘴，11、氧气旋流片，12、氧气加热室，13、耐高温陶瓷套筒，14、高温氧气发生器，15、煤粉弯头，16、氧气加热室壁温热电偶，17、煤粉浓缩环，18、中心筒，19、中心筒热电偶，20、喷口热电偶，21、燃烧器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种高温氧气直接点火和稳燃系统，如图1、图2所示，包括高温氧气发生器14、煤粉弯头15、燃烧器21、煤粉浓缩环17及中心筒18，所述煤粉弯头15与所述燃烧器21相连通，所述高温氧气发生器14从所述煤粉弯头15处以与所述燃烧器21轴线平行的方向插入到所述燃烧器21的入口，所述煤粉浓缩环17及中心筒18均位于所述燃烧器21内，且所述煤粉浓缩环17安装在所述燃烧器21的入口处，所述高温氧气发生器14通过所述煤粉浓缩环17与所述中心筒18相连接。

所述高温氧气发生器14包括环形氧气导管3、微油枪4、发生器套管9及氧气加热室12，所述微油枪4套装在所述环形氧气导管3内，所述形氧气导管3的部分套装在所述发生器套管9内，所述氧气加热室12位于所述发生器套管9内，且与所述微油枪4相连通，所述发生器套管9通过所述煤粉浓缩环17与所述中心筒18相连接。从微油枪4喷出的燃油在氧气加热室12内基本燃烬，其释放出的热量都用来加热氧气；由于氧气的比热容较小，因此用极少量的燃油就可以将氧气加热到点火燃煤粉所需要的温度，能够最大程度的节省燃油。

所述高温氧气发生器14还包括燃油入口1及油枪喷嘴10，所述燃油入口1安装在所述环形氧气导管3的一端上，且与所述微油枪4的一端相连通，所述油枪喷嘴10安装在所述微油枪4的另一端，所述微油枪4通过所述油枪喷嘴10与所述氧气加热室12相连通。

所述环形氧气导管3上安装有氧气入口2，所述氧气入口2靠近所述燃油入口1。

所述环形氧气导管3的一端的内壁上安装有氧气旋流片11，所述氧气旋流片11靠近所述油枪喷嘴10。

所述高温氧气发生器14还包括点火杆5及火检6，所述点火杆5及火检6均位于所述环形氧气导管3的外部，且所述点火杆5安装在所述环形氧气导管3的一侧，所述火检6安装在所述环形氧气导管3的另一侧。

所述高温氧气发生器14还包括防磨陶瓷套筒8及耐高温陶瓷套筒13，所述防磨陶瓷套筒8套装在所述发生器套管9上，所述耐高温陶瓷套筒13贴覆在所述发生器套管9的内壁上，且靠近所述氧气加热室12。

所述防磨陶瓷套筒8上安装有高压风入口7，所述高压风入口7与所述发生器套管9相通。

所述高温氧气直接点火和稳燃系统还包括氧气加热室壁温热电偶16，所述氧气加热室壁温热电偶16依次穿过所述发生器套管9及耐高温陶瓷套筒13，插入所述氧气加热室12内。

所述中心筒18上安装有中心筒热电偶19，所述燃烧器21上设有喷口，所述喷口处安装有喷口热电偶20。

本发明实现了高温氧气温度的自动调节，其原理是根据氧气加热室壁温热电偶16的测量值，用温度梯度分布原理和实验测量值，换算出氧气加热室12出口处高温氧气的温度，进而自动调节燃油量，使高温氧气的温度自动稳定在设计值；最高可以获得1200℃以上高温氧气。

本发明实现了燃油和氧量的自动调节，其原理是安装有氧气加热室壁温热电偶16、中心筒热电偶19、及喷口热电偶20，实际运行过程中，这三支热电偶测量到的温度与高温氧气发生器14实现联锁，当任何一支热电偶出现温度超过设定值时，自动减小氧气或燃油的流量，以减小热负荷，降低壁温；反之，则自动增大氧气或燃油的流量，以进一步改善着火效果。

本发明的工作流程如下：

当锅炉需要点火或稳燃时，燃油从燃油入口1流动油枪4内部，通过油枪喷嘴10，以旋转射流的方式雾化喷出到氧气加热室12，同时常温氧气通过氧气入口2进入到环形氧气导管3后，通过氧气旋流片11，进入到氧气加热室12内，其中一小部分对燃油进行助燃，使得燃油基本燃烬，并放出大量热量，这些放出的热量被其余氧气吸收，成为高温氧气，温度可达1200℃以上。高温氧气从氧气加热室12流出后，进入中心筒18，此时从煤粉弯头15处进入的煤粉在煤粉浓缩环17的作用下，发生浓淡分离，浓煤粉进入到中心筒18内，与高温氧气直接湍流混合，瞬间引燃，然后浓煤粉火焰再引燃淡煤粉火焰。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高温氧气直接点火和稳燃系统，其特征在于：包括高温氧气发生器、煤粉弯头、燃烧器、煤粉浓缩环及中心筒，所述煤粉弯头与所述燃烧器相连通，所述高温氧气发生器从所述煤粉弯头处以与所述燃烧器轴线平行的方向插入到所述燃烧器的入口，所述煤粉浓缩环及中心筒均位于所述燃烧器内，且所述煤粉浓缩环安装在所述燃烧器的入口处，所述高温氧气发生器通过所述煤粉浓缩环与所述中心筒相连接；所述高温氧气发生器包括环形氧气导管、微油枪、发生器套管及氧气加热室，所述微油枪套装在所述环形氧气导管内，所述环形氧气导管的部分套装在所述发生器套管内，所述氧气加热室位于所述发生器套管内，且与所述微油枪相连通，所述发生器套管通过所述煤粉浓缩环与所述中心筒相连接。

2.根据权利要求1所述的高温氧气直接点火和稳燃系统，其特征在于：所述高温氧气发生器还包括燃油入口及油枪喷嘴，所述燃油入口安装在所述环形氧气导管的一端上，且与所述微油枪的一端相连通，所述油枪喷嘴安装在所述微油枪的另一端，所述微油枪通过所述油枪喷嘴与所述氧气加热室相连通。

3.根据权利要求2所述的高温氧气直接点火和稳燃系统，其特征在于：所述环形氧气导管上安装有氧气入口，所述氧气入口靠近所述燃油入口。

4.根据权利要求2所述的高温氧气直接点火和稳燃系统，其特征在于：所述环形氧气导管的一端的内壁上安装有氧气旋流片，所述氧气旋流片靠近所述油枪喷嘴。

5.根据权利要求1所述的高温氧气直接点火和稳燃系统，其特征在于：所述高温氧气发生器还包括点火杆及火检，所述点火杆及火检均位于所述环形氧气导管的外部，且所述点火杆安装在所述环形氧气导管的一侧，所述火检安装在所述环形氧气导管的另一侧。

6.根据权利要求1所述的高温氧气直接点火和稳燃系统，其特征在于：所述高温氧气发生器还包括防磨陶瓷套筒及耐高温陶瓷套筒，所述防磨陶瓷套筒套装在所述发生器套管上，所述耐高温陶瓷套筒贴覆在所述发生器套管的内壁上，且靠近所述氧气加热室。

7.根据权利要求6所述的高温氧气直接点火和稳燃系统，其特征在于：所述防磨陶瓷套筒上安装有高压风入口，所述高压风入口与所述发生器套管相通。

8.根据权利要求6所述的高温氧气直接点火和稳燃系统，其特征在于：所述高温氧气直接点火和稳燃系统还包括氧气加热室壁温热电偶，所述氧气加热室壁温热电偶依次穿过所述发生器套管及耐高温陶瓷套筒，插入所述氧气加热室内。

9.根据权利要求1至8任一项所述的高温氧气直接点火和稳燃系统，其特征在于：所述中心筒上安装有中心筒热电偶，所述燃烧器上设有喷口，所述喷口处安装有喷口热电偶。