CN105465781A

CN105465781A - 具有周界风的低氮氧化物排放旋流煤粉燃烧器

Info

Publication number: CN105465781A
Application number: CN201610024823.7A
Authority: CN
Inventors: 牛博申; 张政强; 吴东海; 于淼; 郝晓鹏
Original assignee: Harbin Boshen Science & Technology Development Co Ltd
Current assignee: Harbin Boshen Science & Technology Development Co Ltd
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2016-04-06

Abstract

本发明涉及旋流煤粉燃烧器，具体为一种具有周界风的低氮氧化物排放旋流煤粉燃烧器。其特点是：所述的燃烧器一次风喷口固定于一次风管前端，所述的燃烧器均流环分别与中心风管与一次风管固定连接且装于中心风管与一次风管之间，均流环固定于一次风管出口0～600mm处，均流环占一次风管水平段长度10％～30％。锅炉燃用烟煤煤质氮氧化合物排放可降到200mg/Nm³(6％O²)以下，锅炉燃用贫煤煤质氮氧化合物排放可降到400mg/Nm³(6％O²)，锅炉燃用煤质介于烟煤与贫煤之间氮氧化合物可保证在200～400mg/Nm³(6％O²)之间。在稳燃效果上，由于设置有中心风管，可使燃烧器一次风管出口煤粉燃烧区域双面燃烧，同时在一次风管喷口前端内侧加装稳燃齿，可以保证燃烧的稳定性。

Description

具有周界风的低氮氧化物排放旋流煤粉燃烧器

技术领域：本发明涉及旋流煤粉燃烧器，具体为一种具有周界风的低氮氧化物排放旋流煤粉燃烧器。

背景技术:氮氧化物(NOX)是造成大气污染的主要污染源之一，氮氧化物的危害主要包括:①NOX对人体及动物的致毒作用；②对植物的损害作用；③NOX是形成酸雨、酸雾的主要原因之一；④NOX与碳氢化合物形成光化学烟雾；⑤NOX亦参与臭氧层的破坏。据统计全球每年排入到大气的NOX总量达5000万吨，而且还在持续增长。其中燃用大量煤碳燃料的火力发电厂又是生产氮氧化合物的主要来源之一。随着人民对环境改善需求意识的提高，国家在“十二五”期间对烟气氮氧化物(NOx)排放标准要求日益严格，因此国内火力发电厂迫切需要采用新技术来降低锅炉氮氧化物(NOx)排放量。目前，燃煤锅炉控制NOx排放的技术主要分为锅炉内低氮燃烧技术和锅炉外烟气脱硝技术，炉内低氮燃烧技术主要是通过改变燃烧器布置及结构形式达到降低氮氧化物生成量的目的从而降低氮氧化物的排放，炉内低氮燃烧技术可以减轻炉外烟气脱硝的压力，能达到节约成本和环保的最大化。第一代旋流燃烧器：二次风通过燃烧器集中送入炉内，一次风粉混合物没有浓缩，一次风旋转，通过一、二次风的旋转形成中心回流区。第二代旋流燃烧器：二次风通过燃烧器分两级或两级以上送入炉内，一次风粉混合物没有浓缩，一次风为直流，但喷口装有盘式扩流锥，通过扩流锥及二次风的旋转形成中心回流区。第三代旋流燃烧器：在一次风中加入扩流锥(均流器)，将一次风中的煤粉扩散至一次风管的外侧(靠近二次风)，在一次风四周形成环形浓煤粉燃烧区，燃烧器中心区域煤粉浓度低。此旋流燃烧器将一次风中的煤粉扩散至一次风管的外侧，在一次风四周形成环形浓煤粉燃烧区，燃烧器中心区域煤粉浓度低，可以降低氮氧化合物。但一、二次风进入炉膛后迅速混合燃烧，高温的中心回流区的还原性气氛减弱，煤粉在高温的中心回流区的停留时间短，抑制氮氧化合物生成的效果较差，不能满足现有降低氮氧化合物要求。同时，并未设置相应周界风，防止锅炉水冷壁高温腐蚀和结渣效果较差。

发明内容:本发明的目的是要提供一种能够有效防止水冷壁高温腐蚀和结渣，同时保证燃烧器还原区气氛，降低NOx排放的具有周界风的低氮氧化物排放旋流煤粉燃烧器。本发明的目的是这样实现的：它包含由中心风管、均流环、一次风管、一次风喷口、稳燃齿、周界风管、内二次风管、外二次风管、外二次风挡板、外二次风控制器、内二次风旋流器、内二次风控制器A、内二次风挡板、内二次风控制器B、周界风挡板、周界风控制器、入口弯头、法兰、入口浓缩器、出口浓缩器、一次风扩口、周界风扩口、内二次风扩口、外二次风扩口、万向节组成，其特征在于：所述的燃烧器一次风喷口固定于一次风管前端，一次风喷口长度200～600mm。所述的燃烧器均流环分别与中心风管与一次风管固定连接且装于中心风管与一次风管之间，均流环固定于一次风管出口0～600mm处，均流环占一次风管水平段长度10％～30％。所述的稳燃齿固定于一次风管喷口内侧，与一次风喷口前端一齐。所述的入口浓缩器、出口浓缩器，分别固定在燃烧器一次风管内侧入口处及出口处，入口浓缩器固定在一次风管水平段中间70％～90％处，出口浓缩器固定在一次风管水平段中间20％～50％处，入口浓缩器两个斜度角α1为25°～65°、α2为25°～65°，出口浓缩器两个斜度角α3为25°～65°、α4为25°～65°，入口浓缩器斜面长度H1为30～200mm，出口浓缩器斜面长度H2为50～600mm。所述的燃烧器周界风固定在燃烧器一次风管出口端的外侧面上，周界风挡板安装在燃烧器周界风管右端周界风入口处，周界风控制器与周界风挡板采用万向节连接。所述的燃烧器二次风进入燃烧器后设计分为内二次风、外二次风两部分，内二次风管固定在燃烧器一次风管出口端的外侧面上，内二次风管开有多个进气孔，内二次风挡板安装在燃烧器内二次风管右端内二次风入口处，通过调节内二次风控制器B，即可对内二次风管的风量进行调节，内二次风旋流器固定在燃烧器内二次风管内，通过调节内二次风控制器A，即可对内二次风的旋流强度进行调节，内二次风控制器B与内二次风挡板采用万向节连接，内二次风控制器A与内二次风旋流器采用万向节连接，从而适应煤种和负荷的变化。所述的燃烧器外二次风管固定在燃烧器内二次风管的外侧面上，外二次风挡板固定在燃烧器外二次风管入口内，外二次风挡板与外二次风管间隙d1为1～5mm，外二次风控制器与外二次风挡板采用万向节连接。所述的燃烧器一次风扩口、周界风扩口、内二次风扩口、外二次风扩口分别固定在一次风喷口、周界风管、内二次风管、外二次风管前端。一次风扩口、周界风扩口、内二次风扩口、外二次风扩口与一次风管中心轴之间的夹角为β1、β2、β3、β4分别为15°～45°,所述的燃烧器入口弯头与一次风管采用法兰连接。本发明的优点是：结构简单、成本低廉，操作使用方便、维修快捷方便；有效的增加高温中心回流区的煤粉量，使中心回流区的还原性气氛加强，延长煤粉在高温中心回流区的停留时间，有效抑制燃料型氮氧化合物的生成，同时，在一次风喷口、周界风喷口、内二次风管、外二次风管的出口处设置锥环形喷口，推迟了一、二次风之间的混合时间，更加延长了煤粉在还原性气氛中心回流区內的停留时间，从而有效地降低燃料型氮氧化合物的生成。在降低氮氧化合物排放浓度上，在保证锅炉其它运行参数不降低的情况下，锅炉燃用烟煤煤质氮氧化合物排放可降到200mg/Nm³(6％O²)以下，锅炉燃用贫煤煤质氮氧化合物排放可降到400mg/Nm³(6％O²)，锅炉燃用煤质介于烟煤与贫煤之间氮氧化合物可保证在200～400mg/Nm³(6％O²)之间。在稳燃效果上，由于设置有中心风管，可使燃烧器一次风管出口煤粉燃烧区域双面燃烧，同时在一次风管喷口前端内侧加装稳燃齿，可以保证燃烧的稳定性。防结渣和高温腐蚀上，在一次风管外布置占总风量一定份额的周界风(周界风不大于总风量6％)，提供高炉膛水冷壁处氧化性气，起到了防止炉膛结焦和高温腐蚀的作用，并且内、外二次风风量及旋流强度动态可调，可以控制燃烧回流区大小起到防止高温腐蚀和结渣的作用。中心风管外表面、入口弯头内表面、一次风管内表面、一次风喷口、稳燃齿、均流环、入口浓缩器表面、出口浓缩器表面、一次风扩口、周界风扩口、内二次风扩口、外二次风扩口采用高温耐磨材料，该材料为耐磨陶瓷或多元高合金金属材料，提高了燃烧器工作面高温耐磨性能，延长了燃烧器使用寿命。本专利煤粉燃烧器适应不同煤质的燃烧需要，目的是能够有效防止水冷壁高温腐蚀和结渣，同时保证燃烧器还原区气氛，降低NOx排放。

附图说明:图1是本发明结构原理剖面示意图；图2是本发明具有标明扩口角度的结构原理剖面示意图；图3是本发明中心风管结构原理剖面示意图；图4是本发明均流环的结构原理剖面示意图；图5是本发明一次风管、一次风喷口、稳燃齿、入口浓缩器、出口浓缩器、一次风扩口的结构原理剖面示意图；图6是本发明A向一次风喷口、稳燃齿、一次风扩口的结构原理剖面示意图；图7是本发明一次风管与入口浓缩器的结构原理剖面示意图；图8是本发明一次风管与出口浓缩器的结构原理剖面示意图；图9是本发明一次风管与入口浓缩器连接煤粉混合物走向的结构原理剖面示意图；图10是本发明一次风管与出口浓缩器连接煤粉混合物走向的结构原理剖面示意图；图11是本发明周界风管、周界风挡板、周界风控制器、周界风扩口的结构原理剖面示意图；图12是本发明内二次风管、内二次风旋流器、内二次风控制器A、内二次风挡板、内二次风控制器B、内二次风扩口的结构原理剖面示意图；图13是本发明内二次风管、内二次风扩口的结构原理剖面示意图；图14是本发明内二次风旋流器、内二次风控制器A的结构原理剖面示意图；图15是本发明内二次风挡板、内二次风控制器B的结构原理剖面示意图；图16是本发明内二次风旋流器内叶片的结构原理剖面示意图；图17是本发明B向明内二次风旋流器右旋的结构原理剖面示意图；图18是本发明B向明内二次风旋流器左旋的结构原理剖面示意图；图19是本发明外二次风管、外二次风挡板、外二次风控制器、外二次风扩口的结构原理示意图；图20是本发明外二次风管、外二次风挡板的结构原理剖面示意图；图21是本发明万向节结构原理示意图。

具体实施方式:一种具有周界风的低氮氧化物排放旋流煤粉燃烧器，它包含中心风管1、均流环2、一次风管3、一次风喷口4、稳燃齿5、周界风管6、内二次风管7、外二次风管8、外二次风挡板9、外二次风控制器10、内二次风旋流器11、内二次风控制器A12、内二次风挡板13、内二次风控制器B14、周界风挡板15、周界风控制器16、入口弯头17、入口浓缩器19、出口浓缩器20、一次风扩口21、周界风扩口22、内二次风扩口23、外二次风扩口24，其特征在于：所述的一次风喷口4固定于一次风管3前端，所述的均流环2分别与中心风管1、一次风管3固定连接于中心风管1与一次风管3之间，所述的稳燃齿5固定于一次风喷口4内侧，与一次风喷口4前端一齐；所述的入口浓缩器19、出口浓缩器20，分别固定于一次风管3内侧入口处及出口处，所述的周界风管6固定于一次风管3出口端的外侧面上，周界风挡板15设在周界风管6右端周界风入口处；内二次风管7固定于一次风管3出口端的外侧面上，内二次风挡板13设在内二次风管7右端内二次风入口处，内二次风旋流器11固定于内二次风管7内，所述的外二次风管8固定于内二次风管7的外侧面上，外二次风挡板9固定于外二次风管8入口内；所述的一次风扩口21、周界风扩口22、内二次风扩口23、外二次风扩口24分别固定于一次风喷口4、周界风管6、内二次风管7、外二次风管8前端。所述的均流环2固定于一次风管3出口0～600mm处，均流环2占一次风管3水平段长度10％～30％。所述的入口浓缩器19固定在一次风管3水平段入口位置中间70％～90％处，出口浓缩器20固定在一次风管水平段出口位置中间20％～50％处，入口浓缩器19两个斜度角α1为25°～65°、α2为25°～65°。所述的出口浓缩器20的两个斜度角α3为25°～65°、α4为25°～65°，入口浓缩器19斜面长度H1为30～200mm，出口浓缩器斜面长度H2为50～600mm。所述的内二次风管7上设有多个进气孔26。所述的一次风扩口21、周界风扩口22、内二次风扩口23、外二次风扩口24与一次风管3中心轴之间的夹角β1、β2、β3、β4分别为15°～45°。所述的周界风控制器16与周界风挡板15采用万向节25连接，所述的内二次风控制器B14与内二次风挡板13采用万向节25连接，所述的内二次风控制器A12与内二次风旋流器11采用万向节25连接，所述的外二次风控制器10与外二次风挡板9采用万向节25连接，所述的入口弯头17与一次风管3采用法兰18连接。下面结合附图详述本发明的工作原理和工作过程。均流环2保证煤粉浓淡分离后气流均匀，中心风管1可使燃烧器一次风管3出口煤粉燃烧区域双面燃烧，保证燃烧的稳定性。在一次风管3外布置周界风管6，即占总风量一定份额的周界风，周界风的作用：①可以冷却一次风口，防止风口过热变形；②增强一次风的刚性，防止气流偏斜；③为一次风气流形成一层空气气幕，可防止煤粉火焰贴墙以及煤粉从气流中分离；④提供高炉膛水冷壁处氧化性气，起到了防止炉膛结焦和高温腐蚀的作用；⑤在煤粉气流着火后，能及时供给少量的二次风，有利于燃烧过程的发展。二次风进入燃烧器后分为内二次风、外二次风两部分，同时，内、外二次风风量及旋流强度动态可调，可以控制燃烧回流区大小起到防止高温腐蚀和结渣的作用。燃烧器一次风喷4口采用焊接工艺固定于一次风管前端，一次风喷口4长度200～600mm。燃烧器均流环2采用焊接工艺分别与中心风管1、一次风3固定连接且装于中心风管1与一次风管3之间，均流环2固定于一次风管3出口0～600mm处，均流环2占一次风管3水平段长度10％～30％。稳燃齿5采用焊接工艺固定于一次喷口4内侧，与一次风喷口4前端一齐。入口浓缩器19、出口浓缩器20，采用焊接工艺分别固定在燃烧器一次风管3内侧入口处及出口处，入口浓缩器19固定在一次风管3水平段入口中间70％～90％处，出口浓缩器20固定在一次风管3水平段出口中间20％～50％处，入口浓缩器19两个斜度角α1为25°～65°、α2为25°～65°，出口浓缩器20两个斜度角α3为25°～65°、α4为25°～65°，入口浓缩器19斜面长度H1为50～400mm，出口浓缩器20斜面长度H2为30～200mm。周界风管6采用焊接工艺固定在燃烧器一次风管3出口端的外侧面上，周界风挡板15安装在燃烧器周界风管6右端周界风入口处，周界风控制器16与周界风挡板15采用万向节25连接。燃烧器二次风进入燃烧器后设计分为内二次风、外二次风两部分，内二次风管7采用焊接工艺固定在燃烧器一次风管3出口端的外侧面上，内二次风管7开有多个进气孔，内二次风挡板13安装在燃烧器内二次风管7右端内二次风入口处，内二次风旋流器11固定在燃烧器内二次风管7内，内二次风控制器B14与内二次风挡板13采用万向节25连接，内二次风控制器A12与内二次风旋流器11采用万向节25连接。燃烧器外二次风管8采用焊接工艺固定在燃烧器内二次风管7的外侧面上，外二次风挡板9安装在燃烧器外二次风管8入口内，外二次风挡板9与外二次风管8间隙d1为1～5mm，外二次风控制器10与外二次风挡板9采用万向节25连接。燃烧器一次风扩口21、周界风扩口22、内二次风扩口23、外二次风扩口24采用焊接工艺分别固定在一次风喷口4、周界风管6、内二次风管7、外二次风管8前端。入口弯头17与一次风管3采用法兰18连接。一次风扩口21、周界风扩口22、内二次风扩口23、外二次风扩口24与一次风管3中心轴之间的夹角为β1、β2、β3、β4分别为15°～45°。所述的外二次风控制器10、内二次风控制器A12、内二次风控制器B14、周界风控制器16的调节机构包括自动调节机构和手动调节手柄。煤粉混合物由入口进入燃烧器入口弯头18，通过入口弯头18的导向作用进行转向进入一次风管3，煤粉颗粒在进入一次风管3后撞击在入口浓缩器19的斜面上，通过煤粉颗粒在一次风管3入口处与入口浓缩器19的撞击改变煤粉颗粒的运动方向，使煤粉混合物进行初步的浓淡分离(煤粉混合物内浓外淡，即靠近中心风管1侧浓，靠近一次风管3侧淡)。由入口浓缩器19进行初步浓淡分离的煤粉混合物进一步由出口浓缩器20进行调节，通过煤粉颗粒与出口浓缩器20斜面的撞击改变煤粉颗粒撞击后的运动方向，进而使煤粉混合物进一步的浓淡分离(煤粉混合物内浓外淡)，获得合适的浓缩比。经浓度分离(煤粉混合物内浓外淡)的煤粉混合物由均流环2的稳流作用保证浓淡分离(煤粉混合物内浓外淡)后气流均匀，同时，一次风管3内部设置有中心风管1，可使燃烧器一次风管出口煤粉燃烧区域双面燃烧，保证浓相一次风着火提前，燃烧效果更佳稳定。入口浓缩器19、出口浓缩器20和内二次风、外二次风调节协同配合，可以达到在燃烧的初期减少NOx和稳燃的目的。煤粉混合物通过在一次风管喷口4前端内侧加装稳燃齿5可以有效的增加高温中心回流区的煤粉量，使中心回流区的还原性气氛加强，延长煤粉在高温中心回流区的停留时间，可有效抑制燃料型氮氧化合物的生成，同时稳燃齿5的存在，可以进一步保证燃烧的稳定性。在一次风喷口4、周界风管6、内二次风管7、外二次风管8的出口处分别设置一次风扩口21、周界风扩口22、内二次风扩口23、外二次风扩口24，推迟了一、二次风之间的混合时间，更加延长了煤粉在还原性气氛中心回流区內的停留时间，从而更有效地降低燃料型氮氧化合物的生成。在一次风管外布置占总风量一定份额的周界风，提供高炉膛水冷壁处氧化性气，起到了防止炉膛结焦和高温腐蚀的作用，并且内、外二次风风量及旋流强度动态可调，可以控制燃烧回流区大小起到防止高温腐蚀和结渣的作用。

Claims

1.一种具有周界风的低氮氧化物排放旋流煤粉燃烧器，它包含中心风管、均流环、一次风管、一次风喷口、稳燃齿、周界风管、内二次风管、外二次风管、外二次风挡板、外二次风控制器、内二次风旋流器、内二次风控制器A、内二次风挡板、内二次风控制器B、周界风挡板、周界风控制器、入口弯头、入口浓缩器、出口浓缩器、一次风扩口、周界风扩口、内二次风扩口、外二次风扩口，其特征在于：所述的一次风喷口固定于一次风管前端，所述的均流环分别与中心风管、一次风管固定连接于中心风管与一次风管之间，所述的稳燃齿固定于一次风喷口内侧，与一次风喷口前端一齐；所述的入口浓缩器、出口浓缩器，分别固定于一次风管内侧入口处及出口处，所述的周界风管固定于一次风管出口端的外侧面上，周界风挡板设在周界风管右端周界风入口处；内二次风管固定于一次风管出口端的外侧面上，内二次风挡板设在内二次风管右端内二次风入口处，内二次风旋流器固定于内二次风管内，所述的外二次风管固定于内二次风管的外侧面上，外二次风挡板固定于外二次风管入口内；所述的一次风扩口、周界风扩口、内二次风扩口、外二次风扩口分别固定于一次风喷口、周界风管、内二次风管、外二次风管前端。

2.根据权利要求1所述的一种具有周界风的低氮氧化物排放旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的均流环固定于一次风管出口0～600mm处，均流环占一次风管水平段长度10％～30％。

3.根据权利要求1所述的一种具有周界风的低氮氧化物排放旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的入口浓缩器固定在一次风管水平段入口位置中间70％～90％处，出口浓缩器固定在一次风管水平段出口位置中间20％～50％处，入口浓缩器两个斜度角α1为25°～65°、α2为25°～65°。

4.根据权利要求1所述的一种具有周界风的低氮氧化物排放旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的出口浓缩器的两个斜度角α3为25°～65°、α4为25°～65°，入口浓缩器斜面长度H1为30～200mm，出口浓缩器斜面长度H2为50～600mm。

5.根据权利要求1所述的一种具有周界风的低氮氧化物排放旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的内二次风管上设有多个进气孔。

6.根据权利要求1所述的一种具有周界风的低氮氧化物排放旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的一次风扩口、周界风扩口、内二次风扩口、外二次风扩口与一次风管中心轴之间的夹角β1、β2、β3、β4分别为15°～45°。

7.根据权利要求1所述的一种具有周界风的低氮氧化物排放旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的周界风控制器与周界风挡板采用万向节连接，所述的内二次风控制器B与内二次风挡板采用万向节连接，所述的内二次风控制器A与内二次风旋流器采用万向节连接，所述的外二次风控制器与外二次风挡板采用万向节连接，所述的入口弯头与一次风管采用法兰连接。