CN103953924B - 锅炉用燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可改善在富氧燃烧工况下火焰燃烧稳定性、燃尽特性的锅炉用燃烧器，其包括燃烧器本体和设置在燃烧器本体内的一次风管和煤粉浓缩器，在燃烧器喷口内侧布置有稳燃体，还包括出口端与所述一次风管的中心线同轴的氧气注入管，氧气注入管的出口采用喷射孔式结构，氧气注入管的氧气喷射孔布置于稳燃体内，氧气注入管与稳燃体连接并相对固定，氧气注入管或稳燃体与平移驱动机构连接，所述平移驱动机构是沿氧气注入管的中心线所在方向在设定调节行程内调整氧气注入管和稳燃体相对于燃烧器喷口的位置，应用该燃烧器能改善富氧燃烧条件下火焰燃烧的稳定性，并具有较好的火焰可调节性，同时可以兼顾空气燃烧条件下的燃烧稳定性。

Description

锅炉用燃烧器

技术领域

本发明涉及一种锅炉燃烧器，尤其是一种用于富氧燃烧锅炉的直流燃烧器。

背景技术

二氧化碳因具有温室效应被普遍认为是导致全球气候变暖的重要原因之一，随着全球气候变暖，国际上碳减排的呼声日益高涨，中国政府面临极其巨大的减排压力，并对国际社会作出了碳减排的承诺。。中国的国情决定在相当长的时间内中国能源将来自化石燃料，化石能源利用是最重要的CO₂排放源，如果将全球温室气体排放量按行业统计，发电行业是最大的排放源，而燃煤发电又是发电行业中CO₂排放的最主要来。为实现CO₂减排，在常规空气燃烧技术的基础上研究了一种富氧燃烧技术，富氧燃烧是一种针对化石燃料发电的CO₂减排解决方案。

富氧燃烧是在现有电站锅炉系统基础上，用高浓度的氧代替常规的助燃空气，同时通过烟气再循环来获得富含80%以上体积浓度的CO₂烟气，以较小的代价冷凝压缩后实现CO₂的永久封存或资源化利用，较为容易实现大规模化CO₂富集和减排，并且由于这种新型燃烧方式与现有电站燃烧方式在技术具有良好的承接性，也容易被电力行业接受。这种燃烧方式的主要特点是采用烟气再循环，以烟气中的CO₂替代助燃空气中的氮气，与氧一起参与燃烧，这样可大幅度提高烟气中的CO₂浓度，CO₂无需额外分离即可利用和处理。该燃烧方式还具有高效脱硫脱硝的效能，可望形成一种污染物综合排放低的“无烟囱”的环境友好的发电方式。已有的分析表明，和其他碳捕获方式相比，富氧燃烧技术在投资成本、运行成本、CO₂减排成本、大型化和与现有技术的兼容度等方面都具有优越性。

在燃料的燃烧过程中，氮氧化物的生成是燃烧反应的一部分。燃烧生成的氮氧化物主要是NO和NO₂，统称为NOx。在锅炉燃料的燃烧过程中生成的NOx，其生成形式主要有热力型NOx、瞬时反应型NOx和燃料型NOx。对富氧燃烧锅炉而言，如果结构设计不合理，或系统配置不当，空气混入炉内，易出现热力型氮氧化物的产生；或者由于燃烧器配风不合理和炉内不合理的化学当量比也可能使得燃料氮在火焰前锋内就急剧转化为氮氧化物，即便在后期采用分级燃烧也无法有效降低氮氧化物的排放。

富氧燃烧由于采用锅炉排除的烟气进行再循环，并注入一定比如的纯氧作为燃煤的助燃剂，即烟气中80％的N₂被80％CO₂所取代，而且CO₂具有明显的灭火特性，这使得煤的着火稳定性和燃尽性能在富氧条件比在常规空气燃烧条件下变得困难，火焰的传播速度也比在空气条件下变慢；同时由于烟气中的CO₂比重增加使得燃烧空气的理论燃烧最高温度偏低，这样极易造成富氧燃烧情况下火焰的不稳定。因此解决富氧条件下煤的着火稳定性和燃尽特性是发展富氧燃烧技术的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可改善在富氧燃烧工况下火焰燃烧稳定性、燃尽特性的锅炉用燃烧器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：锅炉用燃烧器，包括燃烧器本体和设置在燃烧器本体内的一次风管和煤粉浓缩器，在燃烧器喷口内侧布置有稳燃体，还包括氧气注入管，氧气注入管的出口端与所述一次风管的中心线同轴，氧气注入管的出口采用喷射孔式结构，氧气注入管的氧气喷射孔布置于稳燃体内，氧气注入管与稳燃体连接并相对固定，氧气注入管或稳燃体与平移驱动机构连接，所述平移驱动机构是沿氧气注入管的中心线所在方向在设定调节行程内调整氧气注入管和稳燃体相对于燃烧器喷口的位置。

所述稳燃体的出口左右区域对称开有缺口，单个缺口弧长所对应的圆心角为30～70°，单个缺口在其中心线方向所对应的长度为稳燃体的全长的1/6～1/3。

所述燃烧器喷口的出口角度为7～10°。

所述氧气注入管在供氧状态下，氧气的出口流速为60～70m/s。

控制所述氧气注入管的风率比例为占总需氧量的5～10%。

所述煤粉浓缩器采用多级惯性煤粉浓缩器。

所述燃烧器为直流燃烧器。

或者，所述燃烧器为旋流燃烧器。

本发明的有益效果是：改善了富氧燃烧锅炉在富氧燃烧条件下火焰燃烧的稳定性，并具有较好的火焰可调节性，同时可以兼顾空气燃烧条件下的燃烧稳定性，若用于直流燃烧器，可确保四角切圆富氧燃烧系统获得良好的炉内空气动力场、火焰充满度、达到优良的火焰稳定和燃尽性能及防结渣性能，保证富氧燃烧锅炉的安全稳定高效运行。该燃烧器可用于富氧燃烧锅炉，也可用于空气燃烧锅炉；可用于直流燃烧器改进，也可用于旋流燃烧器改进。

附图说明

图1是本发明的锅炉用燃烧器的结构示意图。

图2是图1的A向视图。

图3是本发明中稳燃体上开设缺口的示意图。

图4是本发明中燃烧器出口角度的示意图。

图中标记为：1-一次风管，2-氧气注入管，3-煤粉浓缩器，4-燃烧器出口，5-稳燃体，6-氧气喷射孔，7-周界风，8-燃烧器本体，50-缺口，α-出口角度，β-圆心角，L-调节行程。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的锅炉用燃烧器包括燃烧器本体8和设置在燃烧器本体8内的一次风管1和煤粉浓缩器3，在燃烧器出口4内侧布置有稳燃体5，还包括氧气注入管2，氧气注入管2的出口端与所述一次风管1的中心线同轴，氧气注入管2的出口采用喷射孔式结构，氧气注入管2的氧气喷射孔6布置于稳燃体5内，氧气注入管2与稳燃体5相连接，且同时与平移驱动机构连接，所述平移驱动机构是沿氧气注入管2的中心线所在方向在设定调节行程内调整氧气注入管2与稳燃体5相对于燃烧器出口4的位置。在一次风正中间布置用于纯氧注入的氧气注入管，其出口位于燃烧器出口因稳燃体所形成的回流区内，利于在一次风中心区域形成一个稳定的高温燃烧火焰，改善了火焰稳定性，也有利于燃烧器的燃尽特性；因为富氧燃烧工况及空气燃烧工况烟气量不一样，空气燃烧工况烟气量较大，而富氧燃烧工况烟气量略小，为了保证空气燃烧及富氧燃烧均有较好的燃烧效果，变化一次风出口流通截面，配备了平移驱动机构后，沿氧气注入管2的中心线所在方向，在设定调节行程内能根据烟气的供应来调整氧气注入管2与稳燃体5相对于燃烧器出口4的位置，达到增减流通截面的作用，从而实现一次风速度的调节，使得该燃烧器具有火焰可调节性，达到燃烧稳定性调节的作用。所述的平移驱动机构通常选择设置在燃烧器的后端，即靠近氧气注入管的入口一端的位置，平移驱动机构可以采用常规的一些机构，例如，气缸，或者齿轮齿条等，图中未加以明示。

如图3所示，所述稳燃体5的出口区域左右对称开有缺口50，通过该缺口50可以很容易的实现少量煤粉较早的进入注氧区域，使得较早就实现一个稳定高效的高温火焰，根据有关理论模型计算，得到以下具有较佳效果的值得推荐的缺口参数：单个缺口50弧长所对应的圆心角β为30～70°，单个缺口50在其中心线方向所对应的长度为稳燃体5的全长的1/6～1/3。稳燃体5的缺口所对应的圆心角的角度范围选择为30～70°主要是因为：若该缺口区域过大，将造成进入煤粉过多，使得稳燃器出口温度过高，烧损稳燃体5，同时也无法达到所需的形成回流区的效果。若该缺口区域过小，容易造成提前进入的煤量不够，达不到所需的形成稳定火焰的效果。

如图4所示，所述燃烧器出口4的出口角度α为7～10°，设置了所述适当的出口角度后，则调节稳燃体5和氧气注入管2的位置以增减流通截面的作用表现得更为突出。

所述氧气注入管2在供氧状态下，氧气的出口流速为60～70m/s，因纯氧的量较小，而且为小孔进行喷射，控制的流速过低难以达到有效的混合，而且产生的纯氧稳定燃烧火焰过小也无法达到较大面积的稳定火焰的目的，因此，通常会控制氧气注入管2的入口压力保证在0.1～0.2MPa左右，使得其出口的流速能够达到60～70m/s。

至于纯氧的风率比例控制，其目的主要还是按照所需稳定火焰形成的量的同时又不影响燃烧器整体燃烧状况的情况下进行，建议控制所述氧气注入管2的风率比例为占总需氧量的5～10%，使得纯氧的比例较小，因该区域始终为富燃料区，这样的控制不会造成烟气NOx的升高。

如图1所示，所述煤粉浓缩器3采用多级惯性煤粉浓缩器，通过气固两相的惯性浓缩达到喷口煤粉浓度浓淡分离的效果。

实施例：

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的锅炉用直流燃烧器包括燃烧器本体8和设置在燃烧器本体8内的一次风管1和煤粉浓缩器3，在燃烧器出口4内侧布置有稳燃体5，还包括与所述一次风管1的中心线同轴的氧气注入管2，氧气注入管2的出口采用喷射孔式结构，氧气注入管2的氧气喷射孔6布置于稳燃体5内，氧气注入管2的前端与稳燃体5相连接，氧气注入管2的后端与平移驱动机构连接，所述平移驱动机构是沿氧气注入管2的中心线所在方向在设定调节行程内调整氧气注入管2与稳燃体5相对于燃烧器出口4的位置，控制所述氧气注入管2的风率比例为占总需氧量的5～10%，同时氧气注入管2的入口压力保证在0.1～0.2MPa左右，使其出口流速能够达到60～70m/s，氧气在燃烧器出口4的内侧注入，在因抛物面型稳燃体5而形成的回流区内，一次风中心区域易于形成一个稳定的高温燃烧火焰，同时因纯氧的比例较小，该区域始终为富燃料区，不会造成NOx的升高。

如图1、图2、图3和图4所示，抛物面型稳燃体5能增加高温烟气回流量，加强煤粉气流的着火稳定性，稳燃体5的内口大致呈球形，外形呈抛物面形，以尽可能的减少煤粉的磨损。稳燃体5的占空比约为0.3，能够形成一个非常稳定而且较大的回流区，稳燃体5的出口区域左右对称（相对于水平浓淡的左右）开有缺口50，单个缺口50弧长所对应的圆心角β为50°，缺口的长度方向约为整个稳燃体装置的1/4，可以很容易的实现少量煤粉较早的进入注氧区域，使得切换到富氧燃烧工况后较早就能得到稳定高效的高温火焰。稳燃体5与氧气注入管2连接为一体，并配有平移驱动机构，能够沿氧气注入管2的中心线所在方向实现相对于基准点前后直线位移±0.2m，即调节行程L为与燃烧器出口4平齐直至其内侧距燃烧器出口4 有0.4m处，同时燃烧器出口4的出口角度α为10°，配备该平移驱动机构使得该燃烧器具有火焰可调节性。

的煤粉浓缩器3采用多级惯性煤粉浓缩器，其内部的第一块叶片采用尾体式结构，消除叶片导致的低流速回流区，防止煤粉在回流区内沉积；第二和第三块叶片采用开缝直板形式，使得浓淡侧风量比 1.1～1.30，煤粉浓缩比≥ 2，甚至达到3以上，从而通过燃烧器的浓淡调节实现NOx的较低排放。

煤粉浓缩器3采用普通钢材材质，为防止浓缩器各部件出现较快的磨损，延长各部件的使用寿命，对浓缩器的内表面贴防磨陶瓷片，对其叶片的迎风面、档板的两面都进行贴防磨陶瓷片处理，提高这些易磨损表面的表面硬度和耐磨性。煤粉浓缩3器内的防磨陶瓷片采用高强耐磨的进口氧化铝防磨陶瓷。

Claims (7)

1. 锅炉用燃烧器，包括燃烧器本体（8）和设置在燃烧器本体（8）内的一次风管（1）和煤粉浓缩器（3），在燃烧器出口（4）内侧布置有稳燃体（5），其特征是：还包括氧气注入管（2），氧气注入管（2）的出口端与所述一次风管（1）的中心线同轴，氧气注入管（2）的出口采用喷射孔式结构，氧气注入管（2）的氧气喷射孔（6）布置于稳燃体（5）内，氧气注入管（2）与稳燃体（5）连接并相对固定，氧气注入管（2）或稳燃体（5）与平移驱动机构连接，所述平移驱动机构是沿氧气注入管（2）的中心线所在方向在设定调节行程（L）内调整氧气注入管（2）和稳燃体（5）相对于燃烧器出口（4）的位置，所述稳燃体（5）的出口区域左右对称开有缺口（50），单个缺口（50）弧长所对应的圆心角（β）为30～70°，单个缺口（50）在其中心线方向所对应的长度为稳燃体（5）的全长的1/6～1/3。

2.如权利要求1所述的锅炉用燃烧器，其特征是：所述燃烧器出口（4）的出口角度（α）为7～10°。

3.如权利要求1所述的锅炉用燃烧器，其特征是：所述氧气注入管（2）在供氧状态下，氧气的出口流速为60～70m/s。

4.如权利要求1所述的锅炉用燃烧器，其特征是：控制所述氧气注入管（2）的风率比例为占总需氧量的5～10%。

5.如权利要求1所述的锅炉用燃烧器，其特征是：所述煤粉浓缩器（3）采用多级惯性煤粉浓缩器。

6.如权利要求1所述的锅炉用燃烧器，其特征是：所述燃烧器为直流燃烧器。

7.如权利要求1所述的锅炉用燃烧器，其特征是：所述燃烧器为旋流燃烧器。