CN104654292B - 空间浓淡型直流煤粉燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间浓淡型直流煤粉燃烧器，包括一次风管道、弯头管道、水平一次风管道、二次风管道和摆动喷口；其中：弯头管道用于初步浓淡分离一次风煤粉气流；水平一次风管道内部设置有浓缩分离挡板，用于将一次风煤粉气流进一步浓缩并分离成浓、淡两股煤粉气流；二次风管道用于为煤粉燃烧提供空气；摆动喷口内部设置有分隔挡板、钝体、固定肋、浓煤粉气流喷口和淡煤粉气流喷口。本发明还公开了上述燃烧器的组合结构。本发明利用烟气在炉膛中的流动特性，设计合理的燃烧器结构，实现了煤粉的高效燃烧，克服了空间浓淡燃烧技术结焦、高温腐蚀等问题，并提高了煤种的适应性，降低了NOx排放量。

Description

空间浓淡型直流煤粉燃烧器

技术领域

本发明涉及锅炉燃烧设备领域，特别是涉及一种适用于四角切圆燃煤锅炉的空间浓淡型直流煤粉燃烧器。

背景技术

电力行业是我国基础的能源行业，其中燃煤火力发电占我国总发电量的70%以上。虽然我国现在正在大力发展核能、光伏、风能、生物质能等新能源发电技术，但由于核电站建设周期长、只能带基本负荷及新能源发电成本较高、单机容量小等因素影响，且我国煤炭资源丰富，所以在未来较长一段时期内，燃煤火力发电仍然是我国发电的主要方式。

目前，高效、低污染燃煤发电技术是燃煤火力发电的主导方向，这项技术可同时实现高效燃烧、低NOx排放、防结渣、防高温腐蚀、低负荷稳燃以及煤种适应性强。为此，国内外已研制出多种新型煤粉燃烧器，其中具有代表性的即为浓淡型煤粉燃烧器。浓淡型煤粉燃烧器利用离心力或惯性力将一次风煤粉气流分成浓、淡两股气流，分别通过不同喷口进入炉膛内燃烧。由于提高了浓股中的煤粉浓度，其着火性及稳燃性得到了显著改善。

我国现在普遍应用的浓淡煤粉燃烧器主要有两种类型，即水平浓淡燃烧器和垂直浓淡燃烧器。水平浓淡燃烧器即在同一水平面上将煤粉气流分成浓煤粉气流和淡煤粉气流喷入炉膛，浓煤粉气流在向火侧，淡煤粉气流在背火侧。例如，哈尔滨工业大学秦裕琨研发的百叶窗水平浓淡燃烧器（中国实用新型专利申请号CN92224103.1和CN93209806.1），其浓缩比高、阻力小，浓煤粉有利于着火和稳燃，淡煤粉有利于防止结焦和高温腐蚀，主要应用于燃用低挥发分的贫煤和无烟煤的锅炉系统中。弯头式煤粉燃烧器（如中国实用新型专利申请号CN89200682.X）的水平浓淡型燃烧器，其浓缩比小、炉前布置困难。此两种形式的水平浓淡燃烧器有利于燃用低挥发份煤质的煤粉锅炉稳定燃烧，但是在燃用高挥发份的烟煤时容易造成向火侧结焦、喷口烧坏，且不利于浓煤粉进一步集中，不利于降低NOx排放。

垂直（上下）浓淡燃烧器，如Alstom Power公司（前Combustion EngineeringInc.）开发的WR型燃烧器，MHI（三菱重工）开发的PM型燃烧器，其共同特征是利用弯头或分离器在垂直方向上将煤粉气流分成浓煤粉气流和淡煤粉气流喷入炉膛，形成垂直浓淡燃烧方式。为了保证煤粉浓度的差异，需要在直管段中布置水平隔板。一次风喷口内装有扩流锥，扩流锥有V型和波纹型两种。WR燃烧器和PM燃烧器虽然改善了锅炉的稳燃性，一定程度上降低了NOx排放，但是由于高浓度的煤粉流直接面向水冷壁，加剧了结渣和高温腐蚀问题，且此类浓淡装置不适于燃用烟煤和褐煤。

可见，现有的浓淡型煤粉燃烧器虽然在高效燃烧、低NOx排放、稳燃等方面取得了一定的效果，但普遍存在煤种适应性狭窄、高温腐蚀、结焦和NOx减排效率不高等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一是提供一种空间浓淡型直流煤粉燃烧器，它可以实现煤粉的高效燃烧、防结渣、防高温腐蚀、低负荷稳燃、煤种适应性强和低NOx排放量，具有节能、环保双重效果。

为解决上述技术问题，本发明的空间浓淡型直流煤粉燃烧器，包括有一次风管道、弯头管道、水平一次风管道、二次风管道和摆动喷口；其中：

所述一次风管道为一次风煤粉气流的入口，用于将一次风煤粉气流输送至弯头管道；

所述弯头管道与一次风管道相连，用于将一次风煤粉气流进行初步浓淡分离；

所述水平一次风管道与弯头管道相连，内部设置有一块以上浓缩分离挡板，用于将一次风煤粉气流进一步浓缩并分离成呈空间分布的浓、淡两股煤粉气流；

所述二次风管道套在水平一次风管道外面，用于将燃烧器的二次风引入炉膛，为煤粉燃烧提供空气；

所述摆动喷口与水平一次风管道相连，内部设置有分隔挡板、钝体、固定肋、浓煤粉气流喷口和淡煤粉气流喷口；所述分隔挡板用于将流入摆动喷口的一次风煤粉气流分成浓煤粉和淡煤粉两股气流；所述钝体用于使煤粉气流绕流，在钝体的尾迹区产生回流，卷吸高温烟气；所述固定肋用于将钝体固定在摆动喷口内；所述浓煤粉气流喷口设置在摆动喷口对角线的上部或下部，所述淡煤粉气流喷口设置在摆动喷口对角线的下部或上部。

本发明要解决的技术问题之二是提供上述空间浓淡型直流煤粉燃烧器的组合结构。

两个上述空间浓淡型直流煤粉燃烧器可以上、下组合使用。组合方式根据不同的煤种，可以是上空间浓淡型直流煤粉燃烧器的摆动喷口的斜下部分为浓煤粉气流喷口，下空间浓淡型煤粉燃烧器的摆动喷口的斜上部分为浓煤粉气流喷口；也可以是上空间浓淡型煤粉燃烧器的摆动喷口的斜上部分为浓煤粉气流喷口，下空间浓淡型煤粉燃烧器的摆动喷口的斜上部分为浓煤粉气流喷口；并可以根据需要，在两个空间浓淡型煤粉燃烧器的上部、中间以及下部布置单层或多层喷嘴。

与现有的浓淡型直流煤粉燃烧器相比，本发明的空间浓淡型直流煤粉燃烧器具有以下技术优势和有益效果：

第一，采用本发明的空间浓淡型直流煤粉燃烧器后，向火侧中心处浓煤粉浓度提高，同时由于煤粉气流是向着炉膛火焰迎面撞击进去的，增强了煤粉气流与高温气流的混合，有利于煤粉着火、稳燃及燃尽；

第二，采用本发明的空间浓淡型直流煤粉燃烧器后，淡煤粉气流侧面向水冷壁，解决了水冷壁结渣和高温腐蚀问题；

第三，采用两只空间型直流煤粉燃烧器上下集中布置的形式，将两层一次风进一步集中，使得浓煤粉燃烧火焰的高温区处于还原性气氛中下，有利于降低NOx排放量；

第四，针对不同煤种的燃烧特性，可采用不同的燃烧器组合布置形式，拓宽了煤种的适应性。

附图说明

图1为本发明的空间浓淡型直流煤粉燃烧器结构原理图。

图2为本发明的空间浓淡型直流煤粉燃烧器摆动喷口结构示意图。

图3为本发明的空间浓淡型直流煤粉燃烧器的组合形式一。

图4为本发明的空间浓淡型直流煤粉燃烧器的组合形式二。

图5为本发明的空间浓淡型直流煤粉燃烧器的组合形式三。

图中附图标记说明如下：

1：一次风管道

2：45°弯头管道

3：水平一次风管道

4：二次风管道

5：浓缩分离挡板

6：摆动喷口

7：分隔挡板

8：钝体

9：固定肋

10：浓煤粉气流喷口

11：淡煤粉气流喷口

12：上空间浓淡型直流煤粉燃烧器

13：下空间浓淡型直流煤粉燃烧器

14：上空间浓淡型直流煤粉燃烧器

15：喷嘴

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，下面结合附图，对本发明的空间浓淡型直流煤粉燃烧器的结构及原理进行详细的说明。

如图1、2所示，本发明的空间浓淡型直流煤粉燃烧器，主要包括：一次风管道1、与一次风管道1相连的45°弯头管道2、与45°弯头管道2相连的水平一次风管道3、套在水平一次风管道3外面的二次风管道4、设置在水平一次风管道3内的多个浓缩分离挡板5、与水平一次风管道3相连的摆动喷口6、设置在摆动喷口6内的分隔挡板7及钝体8和固定肋9、浓煤粉气流喷口10、淡煤粉气流喷口11。

所述的与一次风管道1相连的45°弯头管道2用于将一次风煤粉气流进行初步浓淡分离。

所述的水平一次风管道3内的浓缩分离挡板5与管道轴线所在的水平面成20～45度倾角，相邻浓缩分离挡板5错列布置，将一次风粉气流进一步浓缩并分离成呈空间分布的浓、淡两股煤粉气流。

所述分隔挡板7的放置角度与浓缩分离挡板5的放置角度一致。在图2的摆动喷口截面图中，分隔挡板7由于被钝体8挡住而不可见，因此在图2中未画出分离挡板7。

所述固定肋9的数量视实际需要而定。

所述的浓煤粉气流喷口10在摆动喷口6对角线的上部（或下部），使得火焰中心呈浓煤粉分布。所述的淡煤粉喷口11在摆动喷口6对角线的下部（或上部），使得煤粉气流在靠近炉膛（位于钝体8附近，图中未示出）壁面处为淡煤粉分布。

该空间浓淡型直流煤粉燃烧器的具体工作原理为：

一次风煤粉气流沿着一次风管道1输送至与一次风管道1相连的45°弯头管道2，利用45°弯头的离心作用将一次风煤粉气流初步浓淡分离，进入水平一次风管道3。经初步浓淡分离的一次风煤粉气流撞击水平一次风管道3内的浓缩分离挡板5，由于浓缩分离挡板5与管道轴线所在的水平面成20～45度倾角，相邻的浓缩分离挡板5错列布置，使得一次风粉气流进一步浓缩并分离成呈空间分布的浓、淡两股煤粉气流，形成空间浓淡。流过浓缩分离挡板5的一次风煤粉气流流入摆动喷口6，被摆动喷口6内的分隔挡板7分成浓煤粉和淡煤粉两股气流，然后沿着与水平面及竖直面呈20～45度（此角度与浓缩分离挡板5的角度一致）方向（向火侧）进入炉膛内燃烧。同时，燃烧器的二次风经二次风管道4进入炉膛，为煤粉燃烧提供空气。浓、淡煤粉分布如图2所示的浓煤粉喷口10及淡煤粉喷口11。在摆动喷口6的末端设置钝体8，由固定肋9固定于摆动喷口6内。在钝体8的作用下，使煤粉气流绕流，在钝体8的尾迹区产生回流，卷吸高温烟气，以利于煤粉着火和稳燃。浓煤粉喷口10在沿摆动喷口6对角线的上部（或下部），使得向火侧中心处浓煤粉浓度提高，同时由于煤粉气流是向着炉膛火焰迎面撞击进去，增强了煤粉气流与高温气流的混合，有利于煤粉燃烧与燃尽；淡煤粉喷口11在摆动喷口6对角线的下部（或上部），使得煤粉气流在靠近炉膛壁面处为淡煤粉分布，能有效避免结渣和高温腐蚀的发生。

本发明的空间浓淡型直流煤粉燃烧器可组合使用，针对不同的煤种，可采取以下三种不同的组合形式（参见图3-5，图中只画出了摆动喷口的截面，燃烧器的其他管道结构未画出）：

组合形式一（参见图3所示）：在燃用贫煤、无烟煤及具有低NOx排放要求的烟煤时，从上到下依次设有上空间浓淡型煤粉燃烧器12、下空间浓淡型煤粉燃烧器13，上空间浓淡型煤粉燃烧器12喷口斜下部分为浓煤粉气流喷口10，下空间浓淡型煤粉燃烧器13喷口斜上部分为浓煤粉气流喷口10。

根据需求，可以在上空间浓淡型煤粉燃烧器12的上部以及下空间浓淡型煤粉燃烧器13的下部布置单层或多层喷嘴，喷嘴可以是空气喷嘴或油喷嘴或两个以上空气喷嘴和油喷嘴的组合。

采用此种实施方案，可以进一步提高向火侧浓煤粉气流的浓度，更有利于煤粉着火和稳燃。由于煤粉气流是向着炉膛火焰迎面撞击过去，加强了煤粉与高温烟气的混合，提高了煤粉的燃尽度，因此这一布置形式尤其利于贫煤、无烟煤的燃用。同时，由于燃烧器组的两层一次风集中，使得浓煤粉燃烧火焰的高温区处于还原性气氛中下，可以最大限度的降低NOx排放量。

组合形式二（参见图4所示）：在燃用强结焦的烟煤时，从上到下依次设有上空间浓淡型煤粉燃烧器14、喷嘴15、下空间浓淡型煤粉燃烧器13，上空间浓淡型煤粉燃烧器14喷口斜上部分为浓煤粉气流喷口10，下空间浓淡型煤粉燃烧器13喷口斜上部分为浓煤粉气流喷口10。

所述的喷嘴15为空气喷嘴或油喷嘴或两个以上空气喷嘴和油喷嘴的组合。根据需求，还可以再在上空间浓淡型煤粉燃烧器14的上部以及下空间浓淡型煤粉燃烧器13的下部布置单层或多层空气喷嘴或油喷嘴。

对于强结焦性的烟煤，此种优化实施方式，能适当降低火焰中心处煤粉浓度，降低燃烧区域的温度水平，从而避免结渣。

组合形式三（参见图5所示）：在燃用常规烟煤时，从上到下依次设有上空间浓淡型煤粉燃烧器12、喷嘴15、下空间浓淡型煤粉燃烧器13，上空间浓淡型煤粉燃烧器12喷口斜下部分为浓煤粉气流喷口10，下空间浓淡型煤粉燃烧器13喷口斜上部分为浓煤粉气流喷口10。

所述的喷嘴15为空气喷嘴或油喷嘴或两个以上空气喷嘴和油喷嘴的组合。根据需求，还可以再在上空间浓淡型煤粉燃烧器12的上部以及下空间浓淡型煤粉燃烧器13的下部布置单层或多层空气喷嘴或油喷嘴。

当燃用常规烟煤时，此实施方式能有效降低NOx排放，实现高效燃烧、低负荷稳燃。

Claims (9)

1.空间浓淡型直流煤粉燃烧器组，其特征在于，包括上、下两个空间浓淡型直流煤粉燃烧器，所述空间浓淡型直流煤粉燃烧器包括有一次风管道、弯头管道、水平一次风管道、二次风管道和摆动喷口；其中：

所述一次风管道为一次风煤粉气流的入口，用于将一次风煤粉气流输送至弯头管道；

所述弯头管道与一次风管道相连，用于将一次风煤粉气流进行初步浓淡分离；

所述水平一次风管道与弯头管道相连，内部设置有一块以上浓缩分离挡板，用于将一次风煤粉气流进一步浓缩并分离成呈空间分布的浓、淡两股煤粉气流；

所述二次风管道套在水平一次风管道外面，用于将燃烧器的二次风引入炉膛，为煤粉燃烧提供空气；

所述摆动喷口与水平一次风管道相连，内部设置有分隔挡板、钝体、固定肋、浓煤粉气流喷口和淡煤粉气流喷口；所述分隔挡板用于将流入摆动喷口的一次风煤粉气流分成浓煤粉和淡煤粉两股气流；所述钝体用于使煤粉气流绕流，在钝体的尾迹区产生回流，卷吸高温烟气；所述固定肋用于将钝体固定在摆动喷口内；所述浓煤粉气流喷口设置在摆动喷口对角线的上部或下部，所述淡煤粉气流喷口设置在摆动喷口对角线的下部或上部；

所述上空间浓淡型直流煤粉燃烧器的摆动喷口的斜下部分为浓煤粉气流喷口，下空间浓淡型煤粉燃烧器的摆动喷口的斜上部分为浓煤粉气流喷口。

2.根据权利要求1所述的空间浓淡型直流煤粉燃烧器组，其特征在于，所述弯头管道为45°弯头管道。

3.根据权利要求1所述的空间浓淡型直流煤粉燃烧器组，其特征在于，所述浓缩分离挡板与水平一次风管道轴线所在的水平面成20～45度倾角，相邻浓缩分离挡板错列布置。

4.根据权利要求1所述的空间浓淡型直流煤粉燃烧器组，其特征在于，所述钝体设置在摆动喷口的末端。

5.根据权利要求1所述的空间浓淡型直流煤粉燃烧器组，其特征在于，上、下空间浓淡型煤粉燃烧器的中间布置有单层或多层喷嘴。

6.根据权利要求1所述的空间浓淡型直流煤粉燃烧器组，其特征在于，上空间浓淡型煤粉燃烧器的摆动喷口的斜上部分为浓煤粉气流喷口，下空间浓淡型煤粉燃烧器的摆动喷口的斜上部分为浓煤粉气流喷口，上、下空间浓淡型煤粉燃烧器的中间布置有单层或多层喷嘴。

7.根据权利要求1-6中任何一项所述的空间浓淡型直流煤粉燃烧器组，其特征在于，在上空间浓淡型煤粉燃烧器的上部以及下空间浓淡型煤粉燃烧器的下部布置有单层或多层喷嘴。

8.根据权利要求5或6所述的空间浓淡型直流煤粉燃烧器组，其特征在于，所述喷嘴为空气喷嘴或油喷嘴或空气喷嘴和油喷嘴的组合。

9.根据权利要求7所述的空间浓淡型直流煤粉燃烧器组，其特征在于，所述喷嘴为空气喷嘴或油喷嘴或空气喷嘴和油喷嘴的组合。