CN104214773B - 超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器，包括中心风管、一次风通道、内二次风通道和外二次风通道，一次风通道设于中心风管的外围，内二次风通道设于一次风通道的外围，外二次风通道设于内二次风通道的外围；在一次风通道内、中心风管的外壁上设有一次风煤粉浓缩器，在内二次风通道内设有内二次风旋流发生器，在外二次风通道内设有外二次风旋流发生器，一次风通道的一次风喷口处设有火焰分割器；一次风通道的一次风出口端设有稳焰齿。通过本旋流粉煤喷燃器，有效降低最高火焰温度，最终明显减少NOx的生成；同时，煤粉火焰的着火稳定性进一步提升，增强了对煤种变化的适应性。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷燃器，尤其涉及一种超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器，属于燃烧设备技术领域。
背景技术
在大气污染物防治中，氮氧化物亦称作NOx，主要指NO和NO2。NOx是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗大气层中臭氧的一个重要因素。NOx在大气中被进一步氧化将形成细微的硝酸盐颗粒，是造成雾霾天气的重要因素。燃煤电厂烟气排放是大气中NOx的重要来源之一，减少其排放对于治理大气污染、减少雾霾天气、改善大气质量具有重要的意义。
旋流粉煤喷燃器是电站锅炉上的常用燃烧设备，该设备一般将进入锅炉的空气分为三股喷射入炉膛中，分别称为一次风、内二次风和外二次风；其中，一次风为煤粉和空气的混合物。普通旋流粉煤喷燃器的内、外二次风为旋转射流，一次风为直流射流；依靠旋转射流在喷口附近形成一个高温烟气回流区，卷吸高温烟气加热并点燃煤粉气流，组织炉内燃烧。
从燃烧角度降低NOx排放的关键在于使燃烧各主要过程：挥发分着火和燃烧-煤焦着火-煤焦燃烧初期-煤焦燃烧中期-煤焦燃烧中后期，在还原性气氛下进行；并降低处于氧化性气氛下的煤焦燃烧结束期时的烟气温度。这其中，从挥发分着火到煤焦燃烧初期的NOx生成量大、在总的NOx中所占的比例高，尤其需要更强的还原性气氛或更低的氧气浓度。目前的旋流粉煤喷燃器属于低氮氧化物喷燃器，其主要将传统的二次风分成两部分--内二次风和外二次风送入炉膛，延缓空气的供应，主要使煤焦着火初期以后的过程基本处于还原性气氛下，对挥发分着火到煤焦燃烧初期的作用较弱，NOx排放已不能适应目前的环保要求。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器，通过合理组织空气混入、烟气回流、煤粉分离，从挥发分着火到煤焦燃烧的中后期均建立明显的还原性气氛，将单股火焰分割成多股火焰，降低火焰温度峰值，可进一步显著降低NOx排放；从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现：一种超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器，包括中心风管、一次风通道、内二次风通道和外二次风通道，一次风通道设于中心风管的外围，内二次风通道设于一次风通道的外围，外二次风通道设于内二次风通道的外围；在一次风通道内、中心风管的外壁上设有一次风煤粉浓缩器，在内二次风通道内设有内二次风旋流发生器，在外二次风通道内设有外二次风旋流发生器，一次风通道的一次风喷口处设有火焰分割器；一次风通道的一次风出口端设有稳焰齿。
作为一种优选方式，一次风通道的一次风喷口处设有一次风扩口，该一次风扩口为交错型扩口，扩口角度小的部分对应着火焰分割器；内二次风通道的内二次风喷口处设有内二次风扩口，内二次风道出口处内侧设置有垫环；外二次风通道的外二次风喷口处设有外二次风扩口。
作为一种优选方式，一次风扩口的角度为15-35度，内二次风扩口和外二次风扩口的角度为20-45度。
作为更进一步优选，所述火焰分割器为2-16个，沿一次风喷口的圆周方向均匀布置。
作为更进一步优选，火焰分割器的长度为10-240mm，其朝向炉膛内的一端距离一次风喷口的距离为0-100mm。
作为更进一步优选，火焰分割器的断面形状为三角形、楔形、梭形或流线型，迎风角为10-60度。
作为更进一步优选，火焰分割器尾端有齿槽，齿槽的数量为2-20个，齿槽的深度为2-40mm。
作为更进一步优选，稳焰齿为10-40个，沿圆周方向均匀布置，稳焰齿的宽度为10-100mm，高度为5-60mm。
作为更进一步优选，在一次风通道的一次风出口处设有垫环；垫环的高度为5-40mm，厚度为10-100mm。
作为优选，在一次风扩口的外端设置有导流环，导流环的高度为5-30mm，导流环与喷燃器中心线间的夹角为75-90度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：通过本发明超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器，可进一步使燃烧各主要过程：挥发分着火和燃烧-煤焦着火-煤焦燃烧初期-煤焦燃烧中期-煤焦燃烧中后期，在还原性气氛下进行；有效降低最高火焰温度，最终明显减少NOx的生成；同时，煤粉火焰的着火稳定性进一步提升，增强了对煤种变化的适应性。
附图说明
图1是本发明超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器的结构示意图；
图2为图1中的P向示意图；
图3是图1中的I处放大示意图。
图中：1-中心风管，2-一次风通道，3-内二次风通道，4-外二次风通道，5-内二次风旋流发生器，6-外二次风旋流发生器，7-一次风煤粉浓缩器，8-火焰分割器，9-垫环，10-一次风扩口，11-内二次风扩口，12-外二次风扩口，13-稳焰齿，14-导流环。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。
如图1、2、3所示，本发明超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器包括中心风管1、一次风通道2、内二次风通道3和外二次风通道4，一次风通道2设于中心风管1的外围，内二次风通道3设于一次风通道2的外围，外二次风通道4设于内二次风通道3的外围；在一次风通道2内、中心风管1的外壁上设有一次风煤粉浓缩器7，在内二次风通道3内设有内二次风旋流发生器5，在外二次风通道4内设有外二次风旋流发生器6，一次风通道2的一次风喷口处设有火焰分割器8；一次风通道2的一次风出口端设有稳焰齿13，稳焰齿13为10-40个，沿圆周方向均匀布置，稳焰齿13的宽度为10-100mm，高度为5-60mm。煤粉气流在流经稳焰齿后形成小驻涡，强化和稳定煤粉的着火。
一次风通道2的一次风喷口处设有一次风扩口10，与传统的一次风扩口完全不同，该一次风扩口10为交错型扩口；内二次风通道3的内二次风喷口处设有内二次风扩口11；内二次风道出口处内侧设置有垫环；外二次风通道4的内二次风喷口处设有外二次风扩口12。其中，一次风扩口10的角度为15-35度，内二次风扩口11和外二次风扩口12的角度为20-45度。火焰分割器所对应一次风扩口10的角度小，煤粉气流所对应内二次风扩口11和外二次风扩口12的扩口角度大；这样设置的目的在于延缓与煤粉相对应的内二次风的混入，尽可能保持煤粉火焰的还原性气氛，减少NOx的生成。
另外，在一次风扩口的外端设置有导流环14，导流环的高度为5-30mm，导流环与喷燃器中心线间的夹角为75-90度。其作用一方面引导内二次风气流向外流动，避免过早与煤粉火焰混合，延迟空气的供应，降低NOx生成；另一方面有助于扩大高温烟气回流区的尺寸，有利于稳定着火和燃烧。
关于火焰分割器，所述火焰分割器8为2-16个，沿一次风喷口的圆周方向均匀布置。火焰分割器8的长度为10-240mm，其朝向炉膛内的一端距离一次风喷口的距离为0-100mm。火焰分割器8的断面形状为三角形、楔形、梭形或流线型，迎风角为10-60度。火焰分割器8尾端有齿槽，齿槽的数量为2-20个，齿槽的深度为2-40mm；加强了煤粉中析出的可燃物与回流热烟气的混合，促进并稳定燃烧，进一步控制NOx的生成。
在一次风通道2的一次风出口处设有垫环9；垫环9的高度为5-40mm，厚度为10-100mm。垫环的主要作用在于和旋转气流相配合，在一次风射流的外周形成一个高温烟气回流区；适当的垫环可以明显增大回流区的高度和直径，即扩大回流区的尺寸。
本发明的工作原理如下：
煤粉和空气混合物经过一次风通道喷射入炉膛，大部分燃烧器用空气通过内二次风通道和外二次风通道喷射入炉膛。依靠内、外二次风的旋转射流，以及一次风扩口、垫环、稳焰齿等的综合作用，在一次风射流的外周形成一个高温烟气回流区，回流的高温烟气加热一次风，使煤粉着火燃烧，形成煤粉火焰。在高温烟气回流区结束后，内二次风和外二次风沿着煤粉火焰前进方向逐渐混入，供应燃烧所需要的空气。
一次风流经一次风煤粉浓缩器后实现浓淡分离，大部分煤粉被集中在一次风通道外侧。集中在外侧的高浓度煤粉离开一次风喷口后率先与回流高温烟气混合，加热和着火及时；同时，由于煤粉浓度提高，着火和燃烧在强还原性气氛下进行，有利于减少NOx的生成。
一次风喷口处设置有若干个火焰分割器，如附图2所示设置有六个；一次风流经火焰分割器后，煤粉气流被分成若干股，使煤粉着火、燃烧后形成若干股独立火焰，较之于传统的单只大火焰，向水冷壁辐射热量的面积增加了，可有效降低火焰最高温度。同时，若干股单独的火焰也意味着空气的混入更加迟缓。这两点均利于减少NOx的生成。
煤粉气流在流经火焰分割器以后形成一个明显负压区，引导热烟气回流。这个负压区不是由于旋转气流产生的负压区，是新增加的负压区或回流区，可以称之为副负压区或副回流区。副回流区引导煤粉燃烧后的热烟气回流加热煤粉气流，为煤粉着火提供了更多的热源。火焰分割器也增加了煤粉气流和回流热烟气的接触面积，使得煤粉气流升温更加及时迅速，提升了着火性能。火焰分割器形成的副回流区和主回流区一起，使得煤粉气流和回流热烟气的混合和扰动更加强烈，进一步提升了着火性能。因此，火焰分割器有助于提升喷燃器对煤种变化的适应性，确保着火及时和稳定。火焰分割器后副回流区的形成，使煤粉着火和挥发分燃烧阶段有更多的烟气混入，降低了着火阶段的氧气浓度，有利于抑制NOx的生成。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器，其特征在于：包括中心风管（1）、一次风通道（2）、内二次风通道（3）和外二次风通道（4），一次风通道（2）设于中心风管（1）的外围，内二次风通道（3）设于一次风通道（2）的外围，外二次风通道（4）设于内二次风通道（3）的外围；在一次风通道（2）内、中心风管（1）的外壁上设有一次风煤粉浓缩器（7），在内二次风通道（3）内设有内二次风旋流发生器（5），在外二次风通道（4）内设有外二次风旋流发生器（6），一次风通道（2）的一次风喷口处设有火焰分割器（8）；一次风通道（2）的一次风出口端设有稳焰齿（13）；一次风通道（2）的一次风喷口处设有一次风扩口（10），该一次风扩口（10）为交错型扩口，扩口角度小的部分对应着火焰分割器；内二次风通道（3）的内二次风喷口处设有内二次风扩口（11），内二次风道出口处内侧设置有垫环；外二次风通道（4）的外二次风喷口处设有外二次风扩口（12）。
2.如权利要求1所述的超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器，其特征在于：一次风扩口（10）的角度为15-35度，内二次风扩口（11）和外二次风扩口（12）的角度为20-45度。
3.如权利要求1或者2中任一所述的超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器，其特征在于：所述火焰分割器（8）为2-16个，沿一次风喷口的圆周方向均匀布置。
4.如权利要求1或者2中任一所述的超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器，其特征在于：火焰分割器（8）的长度为10-240mm，其朝向炉膛内的一端距离一次风喷口的距离为0-100mm。
5.如权利要求1或者2中任一所述的超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器，其特征在于：火焰分割器（8）的断面形状为三角形、楔形、梭形或流线型，迎风角为10-60度。
6.如权利要求1或者2中任一所述的超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器，其特征在于：火焰分割器（8）尾端有齿槽，齿槽的数量为2-20个，齿槽的深度为2-40mm。
7.如权利要求1或者2中任一所述的超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器，其特征在于：稳焰齿（13）为10-40个，沿圆周方向均匀布置，稳焰齿（13）的宽度为10-100mm，高度为5-60mm。
8.如权利要求1或者2中任一所述的超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器，其特征在于：在一次风通道（2）的一次风出口处设有垫环（9）；垫环（9）的高度为5-40mm，厚度为10-100mm。
9.如权利要求1超低氮氧化物旋流粉煤喷燃器，其特征在于：在一次风扩口（10）的外端设置有导流环（14），导流环（14）的高度为5-30mm，导流环与喷燃器中心线间的夹角为75-90度。
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