CN104329669A - 一种双切圆浓淡分离可调直流煤粉燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双切圆浓淡分离可调直流煤粉燃烧器。本发明在一组燃烧器中同时实现水平浓淡和垂直浓淡燃烧，使NOX的生成量比采用单一燃烧方式降低10-20%；通过利用百叶窗片实现浓淡分离，浓淡煤粉经过隔板稳流后，用波形钝体隔开，实现增强扰动来稳燃，并有利于减小在高温下的热膨胀；采用双切圆的燃烧方式，在炉内形成“风包粉”的效果，推迟一次风与二次风的混合，减少了燃烧初期的供氧量，抑制NOX的形成，同时防止炉墙结渣和高温腐蚀。一种双切圆浓淡分离可调直流燃烧器布置方式具有着火稳定性强、防结焦性好、燃烧效率高、NOX生成低、煤种及负荷适应性广等。

Description

一种双切圆浓淡分离可调直流煤粉燃烧器
技术领域
本发明涉及一种双切圆浓淡分离可调直流燃烧器布置方式，涉及工业锅炉及小吨位电站锅炉的煤粉清洁燃烧领域。
背景技术
为达到我国日益严格的环保要求，目前低NOX燃烧技术已广泛运用于电站燃煤锅炉上。但是在工业锅炉及小吨位电站锅炉领域，NOX的排放控制相对大型电站锅炉较弱，大多照搬大型电站锅炉的低NOX燃烧技术。对于新设计锅炉，目前趋势是开发燃料，空气分级燃烧技术，缺乏详细的深入的研究；对于现役的锅炉，主要采用低NOX燃烧器改造。这面临很多问题，主要有：(1)垂直浓淡燃烧器和水平浓淡燃烧器只能选其一，不能二者兼有，NOX生成量的控制没有实现最小化；(2)目前采用的垂直浓淡燃烧器，煤粉的浓淡分离一般通过弯管离心力实现，煤粉管道改造工程量大，且对原锅炉的炉膛壁面破坏面积大；即便有百叶窗片，也是固定在燃烧器本体内，一旦施工安装完成后，浓淡相浓度不可调节；(3)目前锅炉一般采用大风箱式燃烧器，二次风调节粗糙。(4)燃烧器煤种适应性差。一般来说，电厂燃烧的煤种波动性较大，不同煤种对应的煤粉最佳着火风速及煤粉浓度不同，浓淡燃烧器需要适应不同煤种变化。(5)负荷适应性差。一般来说，电厂锅炉热负荷调节较为频繁，不同热负荷下一次风浓度变化较大，对燃烧不利，因此，浓淡燃烧器需要针对不同负荷调节一次风速及煤粉浓度；(6)难以达到不同负荷不同工况下的最佳NOX生成量；(7)结构复杂，不易维修，不易更换。
NOX生成主要有三种类型，燃料型、热力型及快速型三种，燃料型NOX约占总NOX的80-90％，是各种低NOX技术控制的主要对象。其次是热力型，主要是由于炉内局部高温造成，降低燃料型NOX时，通过控制炉温水平加以控制。快速型NOX生成量很少。
发明内容
本发明的目的是多方位控制NOX生成。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种双切圆浓淡分离可调直流煤粉燃烧器，包括形状为中心对称结构的炉膛、一次风管道及二次风管道，其特征在于：在炉膛四角布置4组组燃烧喷口组，各组燃烧喷口组的结构相同且各组燃烧喷口组的各燃烧喷口在炉膛上的位置一一对应，每组燃烧喷口组的各燃烧喷口在炉膛上沿轴向布置，每组燃烧喷口组至少包括一个一次风水平浓淡喷口、两个一次风垂直浓淡喷口及四个二次风喷口，一个一次风水平浓淡喷口及两个一次风垂直浓淡喷口与四个二次风喷口间隔布置，其中，一次风水平浓淡喷口位于中间，两个一次风垂直浓淡喷口分别位于一次风水平浓淡喷口的上方及下方；
二次风管道与各二次风喷口相通，一次风管道的一端与煤粉进口相通，另一端与各一次风水平浓淡喷口及各一次风垂直浓淡喷口相通，一次风水平浓淡喷口和一次风垂直浓淡喷口的一次风射流方向偏转角度比位于同一燃烧喷口组的四个二次风喷口的二次风射流方向偏转角度大，从而在炉膛内分别形成两个切圆，形成纵向、横向空气分级。
优选地，在每组所述燃烧喷口组中仅在所述一次风水平浓淡喷口和一次风垂直浓淡喷口内设有可调百叶窗片、隔板及波形钝体，波形钝体连接在隔板面向所述炉膛的一端上，由隔板及波形钝体将一次风水平浓淡喷口和一次风垂直浓淡喷口内的部分空间划分为富粉流通道及贫粉流通道，隔板远离所述炉膛的一端的侧边设有可调百叶窗片，由可调百叶窗片将进入所述一次风水平浓淡喷口和一次风垂直浓淡喷口内的煤粉进行浓淡分离后形成浓煤粉及淡煤粉，浓煤粉及淡煤粉分别进入富粉流通道及贫粉流通道，位于所述一次风水平浓淡喷口上方的一次风垂直浓淡喷口分离出的浓煤粉向下，位于所述一次风水平浓淡喷口下方的一次风垂直浓淡喷口分离出的浓煤粉向上，使得所述一次风垂直浓淡喷口分离出的浓煤粉向中间集中，同时一次风水平浓淡喷口分离出的浓煤粉根据火焰旋转方向引至向火面。
优选地，所述可调百叶窗片的调节范围为0.1～0.6倍管道截面积，调节可调百叶窗片来调节进入所述富粉流通道及所述贫粉流通道内的风量。
优选地，所述一次风水平浓淡喷口和一次风垂直浓淡喷口用于放置所述波形钝体的部分为过渡腔体，该过渡腔体在水平或垂直方向先扩张再保持平行。
优选地，还包括燃尽风管道，每组所述燃烧喷口组还包括至少两个燃尽风喷口，燃尽风喷口位于一次风水平浓淡喷口、一次风垂直浓淡喷口及二次风喷口的上方，燃尽风管道与燃尽风喷口相通，由至少两个燃尽风喷口形成至少二层燃尽风。
优选地，所述燃尽风喷口具有可上下左右摆动的摆动机构。
本发明克服了现有工业锅炉及小吨位电站锅炉低NOX燃烧技术的不足，公开了一种双切圆浓淡分离可调直流燃烧器，以达到利于煤粉着火稳定性强、防结焦性好、燃烧效率高、NOX生成量低的目的，其具有如下优点：
在一组燃烧器中同时实现水平浓淡和垂直浓淡燃烧，使NOX的生成量比采用单一燃烧方式降低10-20％；通过利用百叶窗片实现浓淡分离，浓淡煤粉经过隔板稳流后，用波形钝体隔开，实现增强扰动来稳燃，并有利于减小在高温下的热膨胀；采用双切圆的燃烧方式，在炉内形成“风包粉”的效果，推迟一次风与二次风的混合，减少了燃烧初期的供氧量，抑制NOX的形成，同时防止炉墙结渣和高温腐蚀。此外，通过调节百叶窗片，进一步改变浓、淡喷口的煤粉浓度及一次风速，一次风速可调节范围约为25％的设计风速，以适应变煤种及变负荷的燃烧。因此，一种双切圆浓淡分离可调直流燃烧器布置方式具有着火稳定性强、防结焦性好、燃烧效率高、NOX生成低、煤种及负荷适应性广等。
附图说明
图1为本发明的双切圆浓淡分离可调直流燃烧器布置方式的平面图；
图2为本发明的双切圆浓淡分离可调直流燃烧器布置方式的立面图；
图3A为炉内燃烧器喷口布置图；
图3B为图3A中的A-A向剖视图
图4为可调百叶窗浓缩器示意图；
图5为波形钝体示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明涉及的一种双切圆浓淡分离可调直流煤粉燃烧器的主燃区属于缺氧氧化区，有助于炉温升高，促进煤粉着火、燃烧。由于有燃尽风量的存在，主燃烧器区内也会存在氧化还原交替存区，可形成局部还原区，初步还原产生的NOX，缺氧及煤粉部分燃烧，抑制了较高的燃烧烟气温度，使NOX在初始燃烧时就得到抑制，燃尽区内将作为燃尽风补充进来，促进焦碳最后燃尽，其具体结构为：
包括形状为中心对称结构的炉膛2、一次风管道4、二次风管道5及燃尽风管道6。在炉膛2四角布置4组燃烧喷口组，各组燃烧喷口组的结构相通且各组燃烧喷口组的各燃烧喷口在炉膛2上的位置一一对应。每组燃烧喷口组的各燃烧喷口在炉膛2上沿轴向布置，每组燃烧喷口组包括两个燃尽风喷口10，一个一次风水平浓淡喷口7、两个一次风垂直浓淡喷口8及四个二次风喷口9。
两个燃尽风喷口10位于一个一次风水平浓淡喷口7、两个一次风垂直浓淡喷口8及四个二次风喷口9的上方，燃尽风喷口10与燃尽风管道6相通。通过两个燃尽风喷口10形成二层燃尽风，在合适位置引入适量的燃尽风(总风量20-30％)。燃尽风喷口10设计成可以上下左右摆动，可以同时实现炉膛2出口温度及烟温偏差同时调整，还可强化飞灰可燃物燃尽。二层燃尽将燃尽风的刚性有效提高，实现向炉膛2中心补氧，主要特点是在空间内形成不同的组合射流，加大了后期焦炭燃烧的扰动湍流强度，对煤粉的后期燃尽有积极作用。而且在不同煤种、不同负荷下，可以将其中一层燃尽风关小或者关闭。将燃尽风喷口10设计为可上下左右摆动的喷口，通过燃尽风喷口10上下摆动可控制炉膛2出口烟温水平。同时燃尽风喷口10还可实现水平摆动，可向炉膛内不同区域内按需供风，保证降低NOX同时取得较高的锅炉经济性。
一个一次风水平浓淡喷口7及两个一次风垂直浓淡喷口8与四个二次风喷口9间隔布置。其中，一次风水平浓淡喷口7位于中间，两个一次风垂直浓淡喷口8分别位于一次风水平浓淡喷口7的上方及下方。二次风管道5与各二次风喷口9相通，一次风管道4的一端与煤粉进口相通，另一端与各一次风水平浓淡喷口7及各一次风垂直浓淡喷口8相通。
二次风喷口9的二次风射流方向偏转角度比位于同一燃烧喷口组的三个一次风浓淡喷口7和8的一次风射流方向偏转角度大，从而在炉膛2内分别形成两个切圆，形成纵向、横向空气分级。这种空气分级布置，可使燃烧器区域中心区具有较高的煤粉浓度、较高的温度水平；一二次风偏置后可使一次风初始燃烧时，二次风不能过早混合进来，稳燃效果得到强化，煤种适应性更好，在火焰末端，二次风再及时掺混合进来，使缺氧燃烧时产生的焦炭再燃烧。由于实现横向、纵向空气分级，燃烧器区域热负荷降低，主燃区温度降低，可以减少热力型NOX产生。
在每组燃烧喷口组中在一次风水平和垂直浓淡喷口7和8内设有可调百叶窗片13、隔板14及波形钝体15。波形钝体15连接在隔板14面向炉膛2的一端上，由隔板14及波形钝体15将一次风水平和垂直浓淡喷口7和8内的部分空间划分为富粉流通道16及贫粉流通道17。隔板14远离炉膛2的一端的侧边设有可调百叶窗片13，可调百叶窗片13的调节范围为0.1～0.6倍管道截面积，调节可调百叶窗片13来调节进入富粉流通道16及贫粉流通道17内的风量，进而改变浓相喷口及淡相喷口的一次风速，以适应不同煤种以及不同锅炉热负荷下煤粉较好燃烧的目的。由可调百叶窗片13将进入一次风水平浓淡喷口7和一次风垂直浓淡喷口8内的煤粉进行浓淡分离后形成浓煤粉及淡煤粉。浓煤粉及淡煤粉分别进入富粉流通道16及贫粉流通道17，位于一次风水平浓淡喷口7上方的一次风垂直浓淡喷口8分离出的浓煤粉向下，位于一次风水平浓淡喷口7下方的一次风垂直浓淡喷口8分离出的浓煤粉向上，使得一次风垂直浓淡喷口8分离出的浓煤粉向中间集中，同时一次风水平浓淡喷口7分离出的浓煤粉根据火焰旋转方向引至向火面。这样，既有强化分级燃烧、降低NOX生成量的作用，又提高了防止炉墙结渣和高温腐蚀的能力。一、二次及燃尽风管道的尺寸根据锅炉容量和煤种等需进行设计计算，原则上方形和圆形均可。
一次风水平浓淡喷口7和一次风垂直浓淡喷口8用于放置波形钝体15的部分为过渡腔体，该过渡腔体在水平或垂直方向先扩张再保持平行。布置波形钝体15，使得热烟气回流，强化煤粉着火、前期燃烧。一次风粉混合物进入过渡腔体后，由于流通截面积扩大，流速降低，减轻了波形钝体的磨损，同时波形钝体在腔内受到一次风的冷却，且减少了来自炉膛的辐射热，延长其使用寿命。
另外，由于一次风管道和二次风管道是独立布置的，在煤种变化时，可根据需要，关闭某一层或多层风粉管道，优化配风，使配风方式实现多样化。
不难发现，本发明所涉及的双切圆浓淡分离可调直流燃烧器布置方式，综合垂直浓淡分离和水平浓淡分离技术，能够较大程度提高煤粉浓淡分离效果，此外，通过百叶窗片，能够在一定范围内调节浓相喷口与淡相喷口的一次风速。同时，本发明摒弃了现有燃烧器大风箱的使用，使每层风粉管道都可实现可调，使配风实现多样化，以适应各个煤种和负荷。同时结构简单，检修方便，易更换。同时具有着火稳定性强、防结焦性好、燃烧效率高、NOX生成低等优点。

Claims (6)

1.一种双切圆浓淡分离可调直流煤粉燃烧器，包括形状为中心对称结构的炉膛(2)、一次风管道(4)及二次风管道(5)，其特征在于：在炉膛(2)四角布置4组组燃烧喷口组，各组燃烧喷口组的结构相同且各组燃烧喷口组的各燃烧喷口在炉膛(2)上的位置一一对应，每组燃烧喷口组的各燃烧喷口在炉膛(2)上沿轴向布置，每组燃烧喷口组至少包括一个一次风水平浓淡喷口(7)、两个一次风垂直浓淡喷口(8)及四个二次风喷口(9)，一个一次风水平浓淡喷口(7)及两个一次风垂直浓淡喷口(8)与四个二次风喷口(9)间隔布置，其中，一次风水平浓淡喷口(7)位于中间，两个一次风垂直浓淡喷口(8)分别位于一次风水平浓淡喷口(7)的上方及下方；
二次风管道(5)与各二次风喷口(9)相通，一次风管道(4)的一端与煤粉进口相通，另一端与各一次风水平浓淡喷口(7)及各一次风垂直浓淡喷口(8)相通，一次风水平浓淡喷口(7)和一次风垂直浓淡喷口(8)的一次风射流方向偏转角度比位于同一燃烧喷口组的四个二次风喷口(9)的二次风射流方向偏转角度大，从而在炉膛(2)内分别形成两个切圆，形成纵向、横向空气分级。
2.如权利要求1所述的一种双切圆浓淡分离可调直流煤粉燃烧器，其特征在于：在每组所述燃烧喷口组中仅在所述一次风水平浓淡喷口(7)和一次风垂直浓淡喷口(8)内设有可调百叶窗片(13)、隔板(14)及波形钝体(15)，波形钝体(15)连接在隔板(14)面向所述炉膛(2)的一端上，由隔板(14)及波形钝体(15)将一次风水平浓淡喷口(7)和一次风垂直浓淡喷口(8)内的部分空间划分为富粉流通道(16)及贫粉流通道(17)，隔板(14)远离所述炉膛(2)的一端的侧边设有可调百叶窗片(13)，由可调百叶窗片(13)将进入所述一次风水平浓淡喷口(7)和一次风垂直浓淡喷口(8)内的煤粉进行浓淡分离后形成浓煤粉及淡煤粉，浓煤粉及淡煤粉分别进入富粉流通道(16)及贫粉流通道(17)，位于所述一次风水平浓淡喷口(7)上方的一次风垂直浓淡喷口(8)分离出的浓煤粉向下，位于所述一次风水平浓淡喷口(7)下方的一次风垂直浓淡喷口(8)分离出的浓煤粉向上，使得所述一次风垂直浓淡喷口(8)分离出的浓煤粉向中间集中，同时一次风水平浓淡喷口(7)分离出的浓煤粉根据火焰旋转方向引至向火面。
3.如权利要求2所述的一种双切圆浓淡分离可调直流煤粉燃烧器，其特征在于：所述可调百叶窗片(13)的调节范围为0.1～0.6倍管道截面积，调节可调百叶窗片(13)来调节进入所述富粉流通道(16)及所述贫粉流通道(17)内的风量。
4.如权利要求2所述的一种双切圆浓淡分离可调直流煤粉燃烧器，其特征在于：所述一次风水平浓淡喷口(7)和一次风垂直浓淡喷口(8)用于放置所述波形钝体(15)的部分为过渡腔体，该过渡腔体在水平或垂直方向先扩张再保持平行。
5.如权利要求1所述的一种双切圆浓淡分离可调直流煤粉燃烧器，其特征在于：还包括燃尽风管道(6)，每组所述燃烧喷口组还包括至少两个燃尽风喷口(10)，燃尽风喷口(10)位于一次风水平浓淡喷口(7)、一次风垂直浓淡喷口(8)及二次风喷口(9)的上方，燃尽风管道(6)与燃尽风喷口(10)相通，由至少两个燃尽风喷口(10)形成至少二层燃尽风。
6.如权利要求4所述的一种双切圆浓淡分离可调直流煤粉燃烧器，其特征在于：所述燃尽风喷口(10)具有可上下左右摆动的摆动机构。
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