CN105202575B - 煤粉或碎煤燃烧产生高温高氧火炬点火的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种煤粉或碎煤燃烧产生高温高氧火炬点火的方法及装置，属于燃煤锅炉点火方法及装置。方法：向立式流化床预燃室中加入煤粉或者碎煤，在当量过量空气系数1.3<α'<2.6时，将产生的少量正在旺盛燃烧的高温高氧火炬送入燃烧器内，通过火焰逐级放大原理点燃主燃料；装置包括：等离子发生器Ⅰ、预燃室Ⅰ、主燃烧器、火炬出口Ⅰ、一级筒、二级筒、三级筒、预燃室一次风道和预燃室二次风道；可实现煤粉锅炉无油点火和循环流化床锅炉无油点火、低负荷稳燃及低氮燃烧。优点是：1.预燃室简单可靠，可以长时间运行而不发生结焦；2.在点火稳定后外加热源如等离子或油枪即可停止运行，依靠预燃室稳定燃烧。

Description

煤粉或碎煤燃烧产生高温高氧火炬点火的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种燃煤锅炉点火方法及装置，特别是一种煤粉或碎煤燃烧产生高温高氧火炬点火的方法及装置。

背景技术

在等离子点火和少油点火技术发明之前，各类预燃室点火技术曾经被广泛应用于煤粉炉点火和稳燃，预燃室点火技术存在两个主要技术缺陷：1、预燃室结焦；2、预燃室体积过于庞大，导致在锅炉水冷壁上开孔过大。所以预燃室点火技术在等离子点火和少油点火技术的冲击下几乎被遗忘，但是基于预燃室技术积累的低负荷稳燃技术被广泛的保留下来。

目前，煤粉锅炉预燃室点火的方法主要有两种：一种是将煤粉喷入预燃室内进行燃烧，煤粉喷入前先用油对预燃室进行加热，加热到一定温度后再喷入喷粉，煤粉在吸收燃烧室传递来的热量而达到着火点后着火，此时可以断油稳定燃烧；另一种是将合适大小的块煤和适量的空气加入流化床或固定炉排燃烧室中，块煤在加入前先用油对燃烧室进行加热，加热到一定温度后再加入合适大小的块煤和适量的空气，煤在吸收燃烧室传递过来的热量达到着火点后燃烧产生高温烟气，高温烟气送入燃烧器与主燃料混合后喷入炉膛进行燃烧，以上两种点火方法的预燃室在早期又叫“马弗炉”。

以上这两种方法简单易行，但都存在长期运行容易结焦的问题和预燃室体积过大的问题，这为工程应用带来了困难，但即便如此，以上的这两种方法也曾经被广泛应用。

中国专利ZL200510011811.2公开了一种为煤粉锅炉的煤粉直燃提供高温空气的方法，提出了利用绝热的循环流化床产生热烟气的方法，实现煤粉锅炉节油点火的可能性，燃煤热风炉也在干燥、炼钢、水泥工业中大量应用，但是对于热风怎么与煤粉锅炉结合尚未有具体可操作的办法。

煤粉锅炉的等离子点火技术虽然被广泛应用，但是等离子发生器在低负荷稳燃和点火启动及168期间一直连续工作，电极寿命较短，当等离子发生器因电极寿命极限、漏水、电气故障断弧时通常会造成磨煤机停磨和炉膛爆燃等问题。虽然等离子点火过程中短暂出现过等离子断弧仍能连续燃烧的现象，但这是一个短暂的非稳态现象，广大工程技术人员一直在寻找一种点火后可撤去等离子热源而燃烧继续稳定的方法。煤粉锅炉等离子点火和少油点火过程中严重依赖火焰逐级放大原理实现小功率点火源点燃大量煤粉，在典型的煤粉燃烧器水平布置的条件下，一次风在燃烧器内的流速高达18～35m/s，风速低于18m/s有沉积堵管的可能，煤粉在燃烧器内着火时间仅0.1秒以下；而在流化床内如果采用和煤粉炉内一般大的颗粒，流速可比煤粉炉低10倍，流化床内平均空速仅3～5m/s左右，由于受到重力作用，没着火的颗粒和烟气一起大量实现炉内循环。另外，目前的主燃烧器节油点火普遍使用了火焰逐级放大原理，但内燃烧筒一直限制在主燃烧器内部，尚未发现有内燃烧筒突出主燃烧器喷口利用外侧炉内高温分级引燃的燃烧器。

另外，目前等离子点火和少油点火依赖的火焰逐级放大原理只能应用在空干基挥发份大于18%的煤种上，挥发份更低的贫煤、无烟煤无法应用等离子点火的原因是不能应用火焰逐级放大原理，原因有三，煤的反应活性低、挥发份着火热量不足以支撑煤粉达到着火温度此其一，由于锅炉送粉设计贫煤、无烟煤的一次风率低于20%时，氧气量也不足以支撑煤粉达到着火温度此其二，第三是由于煤粉速度高，燃烧速度低，停留时间不足。

对于循环流化床锅炉，点火技术经历了固定床启动、床上油枪启动、床下点火风道燃烧器启动，还有从邻近锅炉借红渣点火启动。与煤粉炉相比，循环流化床锅炉点火虽然没有像煤粉炉采用先进的分级点火技术，但循环流化床耗油本身就少，最低稳燃负荷可低至25%，因此，循环流化床单次启动耗油量较少；另一方面与煤粉炉相比循环流化床技术还不成熟，流化床锅炉检修启动次数比煤粉炉要多3倍左右。

流化床现在一般配套床下点火油枪式风道燃烧器加温，煤粉炉则在磨煤机入口前采用点火油枪式风道燃烧器加温或蒸汽暖风器加温以满足磨煤机在点火初期的需要。

发明内容

本发明的目的是要提供一种煤粉或碎煤燃烧产生高温高氧火炬点火的方法及装置，解决目前燃煤预燃室容易结焦和预燃室体积过大的问题。

本发明的目的是这样实现的：该点火方法：煤粉或者碎煤在预燃室燃烧时，加入过量空气，所述的过量空气是大于煤完全燃烧所需要的空气；通过控制过量空气系数并结合安装在壁面上的热电偶来控制燃烧温度，最终产生700~1000℃范围内的高温火炬用于点火，高温火炬替代等离子点火中的等离子发生器或少油点火中的油火焰；或者使用电加热棒、燃气火炬、火把热源，通过火焰逐级放大进行多级点火。

防止预燃室结焦的办法是：加入过量空气稀释烟气，降低温度的同时保证预燃室的氧化性气氛，预燃室出口当量过量空气系数2.6＞α'＞1.3或13%＞氧含量＞6%，燃料在预燃室出口尚未完全燃烧且正处于旺盛燃烧状态，α＜1.1。

所述的α'为当量过量空气系数，α为过量空气系数；α'的含义为燃料在燃烧过程中分级配风，燃料没有完全燃烧，以当地氧含量计算的过量空气系数。

所述的火焰逐级放大为1级～5级内任意级火焰逐级放大。

点火装置包括：等离子发生器Ⅰ、预燃室Ⅰ、主燃烧器、火炬出口Ⅰ、一级筒、二级筒、三级筒、预燃室一次风道和预燃室二次风道；

预燃室Ⅰ的下部呈收缩口，通过收缩口连接预燃室一次风道，预燃室一次风道另一端与主燃烧器的一次风管连接，预燃室Ⅰ上连接有预燃室二次风道，预燃室二次风道在进入预燃室Ⅰ前设有弯头，二次风道在弯头处开有中心孔，中心孔内插入等离子发生器Ⅰ，预燃室Ⅰ上部连接火炬出口Ⅰ，火炬出口Ⅰ较一级筒小，火炬出口Ⅰ的右端插入一级筒内，一级筒较二级筒小，一级筒的右端插入二级筒内，二级筒较三级筒小，二级筒的右端插入三级筒内，一级筒、二级筒、三级筒分别是二端开口的管子，通过嵌套的方式一级套入下一级中，最后一层为主燃烧器,其中最后一级的三级筒的出口端能缩入主燃烧器喷口内部或与主燃烧器喷口齐平，或突出主燃烧器喷口伸入炉膛，伸入炉膛的长度一般为10~400mm。

所述的预燃室是立式流化床或气流床，直立安装或者倾斜安装；所述的流化床或气流床内冷态表观流速为2～10m/s。

所述的预燃室上连接有二次风口，二次风口内安装有点火装置，点火装置是等离子发生器、油枪、气枪、电加热棒或火把。

所述的预燃室在主燃烧器外部，预燃室内燃烧温度700~1000℃，采用固态排渣或不排渣。

所述的等离子发生器或点火装置安装在二次风道内，二次风道内是净风，没有煤粉等燃料，在停用时不用吹扫风；或者等离子发生器或点火装置安装在一次风道内。

所述的三级筒（7）是最后一级，火焰逐级放大可以是1~5级的任何一级，最后一级筒的出口突出主燃烧器喷口伸入炉膛，伸入炉膛的长度为10~400mm。

有益效果，由于采用了上述方案，本发明的燃料在预燃室并没有燃烧完全，尚在燃烧过程中，在预燃室出口为正在旺盛燃烧的火炬而非高温烟气，由于灭火温度比着火温度一般高200℃，着火更稳定，表观的容积热负荷更大；预燃室的体积小，一方面是由于本预燃室只承担了燃尽约50%的煤燃烧的任务，燃尽率在50%左右的燃烧时间仅为完全燃烧时间的10%量级，另一方面本发明采用了预燃室出口喷入一级筒，在一级筒内混合了燃烧器内的另一部分的冷一次风着火后又喷入了二级筒，通过火焰逐级放大原理进行点火，一般级之间的燃烧比例是1:3:9:20，常见的三级放大预燃室仅承担了总燃料量的3～5%，预燃室体积仅为现有技术的1%左右，具有显著的实用性。

当最后一级筒突出主燃烧器喷口时，从最后一级一次风受到炉内换热，温度首先上升有利于低负荷稳燃，即使等离子发生器、油枪等未投运时也具有低负荷稳燃功能。

优点是：

1.预燃室简单可靠，可以长时间运行而不发生结焦；

2.在点火稳定后外加热源如等离子或油枪即可停止运行，依靠预燃室能稳定燃烧；

3.燃料在燃烧器内分级着火，能在煤粉逐级燃烧过程中形成还原性气氛，相当于烟气再循环的作用，减少了氮氧化合物的生成；

4.本发明的预燃室可以直接连续给流化床锅炉进煤，达到类似红渣点火的目的；也可以在预燃室内以流化或固定床的形式储存大量红渣，当增大气流流速时变为半气流床将红渣送入大型流化床炉膛内。配合等离子发生器、电加热棒时很容易在循环流化床电厂实现无油电厂的目的，采用0～10mm的碎煤即可，不需要给循环流化床电厂单独配磨制煤粉的磨煤机。

5.本发明所用等离子点火功率很小只有50~100KW，等离子发生器单次工作1小时即可停用，等离子电极寿命即使只有100小时也够启动50~100次，由于等离子仅短时工作且工作时大量辅机负荷较低，不需要增加变压器容量。

6.对于煤粉炉由于预燃室在主燃烧器外部，通过法兰连接即可解决一旦预燃室损坏需要维修时，主燃烧器仍能继续工作的问题。

7.能适应挥发份很低的贫煤、无烟煤。

附图说明

图1是煤粉锅炉应用本发明的具体实现的结构示意图。

图2是循环流化床锅炉应用本发明的具体实现的结构示意图。

图中：1、等离子发生器Ⅰ；2、预燃室Ⅰ；3、主燃烧器；4、火炬出口Ⅰ；5、一级筒；6、二级筒；7、三级筒；8、预燃室一次风道；9、预燃室二次风道；10、落煤管；11、等离子发生器Ⅱ；12、预燃室Ⅱ；13、火炬出口Ⅱ；14、风帽；15、进风口。

具体实施方式

该点火方法：煤粉或者碎煤在预燃室燃烧时，加入过量空气，所述的过量空气是大于煤完全燃烧所需要的空气；通过控制过量空气系数并结合安装在壁面上的热电偶来控制燃烧温度，最终产生700~1000℃范围内的高温火炬用于点火，高温火炬替代等离子点火中的等离子发生器或少油点火中的油火焰；或者使用电加热棒、燃气火炬、火把热源，通过火焰逐级放大进行多级点火。

所述的火焰逐级放大为1级～5级内任意级火焰逐级放大。

防止结焦的办法是：加入过量空气稀释烟气，降低温度的同时保证预燃室的氧化性气氛，预燃室出口当量过量空气系数2.6＞α'＞1.3或13%＞氧含量＞6%，燃料在预燃室出口尚未完全燃烧且正处于旺盛燃烧状态，α＜1.1。

所述的α为过量空气系数，α'为当量过量空气系数；α'的含义为燃料在燃烧过程中分级配风，燃料没有完全燃烧，以当地氧含量计算的过量空气系数；过量空气系数的含义为以燃料完全燃烧所需空气量计算的空气量。

点火装置包括：等离子发生器Ⅰ1、预燃室Ⅰ2、主燃烧器3、火炬出口Ⅰ4、一级筒5、二级筒6、三级筒7、预燃室一次风道8和预燃室二次风道9；

预燃室Ⅰ2的下部呈收缩口，通过收缩口连接预燃室一次风道8，预燃室一次风道8另一端与主燃烧器3的一次风管连接，预燃室Ⅰ2上连接有预燃室二次风道9，预燃室二次风道9在进入预燃室Ⅰ2前设有弯头，二次风道在弯头处开有中心孔，中心孔内插入等离子发生器Ⅰ1，预燃室Ⅰ2上部连接火炬出口Ⅰ4，火炬出口Ⅰ4较一级筒5小，火炬出口Ⅰ4的右端插入一级筒5内，一级筒5较二级筒6小，一级筒5的右端插入二级筒6内，二级筒6较三级筒7小，二级筒6的右端插入三级筒7内，一级筒5、二级筒6、三级筒7分别是二端开口的管子，通过嵌套的方式一级套入下一级中，最后一层为主燃烧器3,其中最后一级的三级筒7的出口端即可以缩入主燃烧器喷口内部或与主燃烧器喷口齐平也可以突出主燃烧器喷口伸入炉膛，伸入炉膛的长度为10~400mm。

所述的预燃室是立式流化床或气流床，直立安装或者倾斜安装；所述的流化床或气流床内冷态表观流速为2～10m/s。

所述的预燃室上连接有二次风口，二次风口内安装有点火装置，点火装置是等离子发生器、油枪、气枪、电加热棒或火把。

所述的预燃室在主燃烧器外部，预燃室内燃烧温度<1100℃，采用固态排渣或不排渣。

所述的预燃室内点火装置停用后，预燃室能继续稳定燃烧。

所述的等离子发生器或点火装置安装在二次风道内，二次风道内是净风，没有煤粉等燃料，在停用时不用吹扫风；或者等离子发生器或点火装置安装在一次风道内。

所述的三级筒7是最后一级，火焰逐级放大可以是1~5级的任何一级，三级筒7的出口突出主燃烧器喷口伸入炉膛，伸入炉膛的长度为10~400mm。

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的说明：

实施例1：如图1所示，本发明的装置包括：等离子发生器Ⅰ1、预燃室Ⅰ2、主燃烧器3、火炬出口Ⅰ4、一级筒5、二级筒6、三级筒7、预燃室一次风道8、预燃室二次风道9。

预燃室Ⅰ2的下部呈收缩口，通过收缩口连接预燃室一次风道8，预燃室一次风道8另一端与主燃烧器3的一次风管连接，预燃室Ⅰ2上连接有预燃室二次风道9，预燃室二次风道9在进入预燃室Ⅰ2前设有弯头，弯头上开有孔，孔内插入等离子发生器Ⅰ1，预燃室Ⅰ2上部连接火炬出口Ⅰ4，火炬出口Ⅰ4较一级筒5小，火炬出口Ⅰ4的右端插入一级筒5内，一级筒5较二级筒6小，一级筒5的右端插入二级筒6内，二级筒6较三级筒7小，二级筒6的右端插入三级筒7内，一级筒5、二级筒6、三级筒7分别是二端开口的管子，通过嵌套的方式一级套入下一级中，最后一层为主燃烧器3，其中最后一级的三级筒7的出口端即可以缩入主燃烧器喷口内部或与主燃烧器喷口齐平也可以突出主燃烧器喷口伸入炉膛，伸入炉膛的长度一般为10~400mm。

其工作过程：等离子发生器Ⅰ1将预燃室Ⅰ2内腔加热后，一次风从预燃室一次风道8中进入到预燃室Ⅰ2中，着火后的火炬从火炬出口Ⅰ4中喷出，燃烧助燃的二次风从预燃室二次风道9进入预燃室Ⅰ2中助燃；通过控制通入的二次风控制预燃室Ⅰ2内当量过量空气系数α'>1.3控制火炬出口Ⅰ4的温度，保证持续产生高温火炬的同时，防止结焦。预燃室Ⅰ2中表观流化速度在冷态时一般为2～10m/s，预燃室Ⅰ2中温度一般在700～1100℃之间，优化温度为950℃。在预燃室Ⅰ2稳定着火后可以逐步加大一次风量和二次风量，将已着火的煤粒吹入主燃烧器3中的一级筒5内，同时主燃烧器3中的一部分一次风从火炬出口Ⅰ4的外侧进入一级筒5内与火炬出口Ⅰ4喷入的已着火的火炬混合并着火，着火后喷入二级筒6，同时主燃烧器3中的一部分一次风从一级筒5外侧进入二级筒6中混合并着火，着火后喷入三级筒7，同时主燃烧器3中的一部分一次风从二级筒6外侧进入三级筒7中混合并着火后从主燃烧器3的喷口喷入炉膛，三级筒7外侧的剩余一次风也从主燃烧器3的喷口喷入炉膛；此即火焰逐级放大原理的工作过程。

预燃室中加入煤粉或者碎煤在当量过量空气系数α'>1.3或氧含量>6%，通过控制过量空气系数来保证预燃室内氧化性气氛和控制预燃室温度，避免预燃室结焦；预燃室出口的高温高氧火炬喷入主燃烧器一级燃烧室内与一级煤粉混合着火，着火后进入二级燃烧室内与二级煤粉混合着火，通过火焰逐级放大原理进行分级点火。

实施例2：如图2所示，预燃室Ⅱ12是一个绝热燃烧室，一般垂直布置，其下部连接有风帽14，风帽14下部连接进风口15，预燃室Ⅱ12中部连接落煤管10，预燃室Ⅱ12上部连接火炬出口Ⅱ13。

其工作过程：等离子发生器Ⅱ11将预燃室Ⅱ12内腔加热后，从落煤管10中加入碎煤到预燃室Ⅱ12中，着火后的烟气从火炬出口Ⅱ13中喷出，燃烧助燃的空气从进风口15通过风帽14进入预燃室中将碎煤吹成流态化进行流化燃烧；通过控制通入的空气的当量过量空气系数α'>1.3控制火炬出口Ⅱ13的温度，保证持续产生高温火炬的同时，防止结焦，预燃室Ⅱ12中表观流化速速在冷态时一般为2～10m/s，预燃室Ⅱ12内温度一般在700～1100℃之间，优化温度为950℃，在预燃室Ⅱ12稳定着火后可以逐步加大给煤量和风量，将已着火的煤粒吹入大型循环流化床锅炉内。

Claims (5)

1.一种煤粉或碎煤燃烧产生高温高氧火炬点火的方法，其特征在于：煤粉或碎煤在预燃室燃烧时，加入过量空气，所述的过量空气是大于煤完全燃烧所需要的空气；通过控制过量空气系数并结合安装在壁面上的热电偶来控制燃烧温度，最终产生700～1000℃内的高温火炬用于点火，高温火炬替代等离子点火中的等离子发生器或少油点火中的油火焰；或者使用电加热棒、燃气火炬、火把热源，通过火焰逐级放大进行多级点火；

预燃室防止结焦的办法是：加入过量空气稀释烟气、降低温度的同时保证预燃室的氧化性气氛，预燃室出口当量过量空气系数2.6＞α'＞1.3或13%＞氧含量＞6%，燃料在预燃室出口尚未完全燃烧且正处于旺盛燃烧状态，α＜1.1；

所述的α为过量空气系数，α'为当量过量空气系数；α'的含义为燃料在燃烧过程中分级配风，燃料没有完全燃烧，以当地氧含量计算的过量空气系数；

所述的火焰逐级放大为1级～5级内任意级火焰逐级放大。

2.实施权利要求1所述的一种煤粉或碎煤燃烧产生高温高氧火炬点火方法的装置，其特征是：装置包括：等离子发生器Ⅰ（1）、预燃室Ⅰ（2）、主燃烧器（3）、火炬出口Ⅰ（4）、一级筒（5）、二级筒（6）、三级筒（7）、预燃室一次风道（8）和预燃室二次风道（9）；

预燃室Ⅰ（2）的下部呈收缩口，通过收缩口连接预燃室一次风道（8），预燃室一次风道（8）另一端与主燃烧器（3）的一次风管连接，预燃室Ⅰ（2）上连接有预燃室二次风道（9），预燃室二次风道（9）在进入预燃室Ⅰ（2）前设有弯头，二次风道在弯头处开有中心孔，中心孔内插入等离子发生器Ⅰ（1），预燃室Ⅰ（2）上部连接火炬出口Ⅰ（4），火炬出口Ⅰ（4）较一级筒（5）小，火炬出口Ⅰ（4）的右端插入一级筒（5）内，一级筒（5）较二级筒（6）小，一级筒（5）的右端插入二级筒（6）内，二级筒（6）较三级筒（7）小，二级筒（6）的右端插入三级筒（7）内，一级筒（5）、二级筒（6）、三级筒（7）分别是二端开口的管子，通过嵌套的方式一级套入下一级中，最后一层为主燃烧器（3）,其中最后一级的三级筒（7）的出口端能缩入主燃烧器喷口内部或与主燃烧器喷口齐平，或突出主燃烧器喷口伸入炉膛，伸入炉膛的长度为10～400mm；

所述的预燃室Ⅰ（2）上连接有二次风口，二次风口内安装有点火装置，点火装置是等离子发生器、油枪、气枪、电加热棒或者火把。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征是：所述的预燃室Ⅰ（2）为立式流化床或气流床，所述的流化床或气流床内冷态表观流速为2～10m/s。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征是：所述的预燃室Ⅰ（2）设在主燃烧器外部，700℃<预燃室内燃烧温度<1100℃，采用固态排渣或不排渣。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征是：所述的三级筒（7）为最后一级筒，最后一级筒的出口突出主燃烧器喷口伸入炉膛，伸入炉膛的长度为10～400mm。