CN105782966A - 一种双模煤粉燃烧器及锅炉燃烧器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双模煤粉燃烧器及锅炉燃烧器系统，其包括二次风管道和三次风管道，所述三次风管道位于二次风管道的内部，并且三次风管道和二次风管道共用一个出口通道；出口通道的出口处设置有异形体，以便于在燃烧器的出口处形成燃烧回流区，实现煤粉的快速加热和燃烧；二次风管道和三次风管道中各自设有独立的风门，通过风门的控制实现二次风与三次风的独立运行或混合运行，以此实现燃烧器的双模运行。所述锅炉燃烧器系统包括双模煤粉燃烧器，其置于锅炉主燃烧区的中下区域的任意两层一次风之间或最下层一次风的下面。本发明利于煤粉的着火稳燃，具备提高煤粉燃烧效率，降低氮氧化物生成与排放的优点，可实现煤粉的高效稳定低氮燃烧。

Description

一种双模煤粉燃烧器及锅炉燃烧器系统

技术领域

本发明属于能源环保领域的燃煤锅炉燃烧器方向，更具体地，涉及一种双模煤粉燃烧器及锅炉燃烧器系统。

背景技术

氮氧化物(主要包括NO、NO₂、N₂O、N₂O₃、N₂O₄及N₂O₅等，统称NOx)对人类赖以生存的环境以及人类自身的危害极其严重。一方面，NOx是形成酸雨的主要因素；另一方面，NOx在一定条件下可以和碳氢化合物一起形成光化学烟雾破坏大气环境，严重危害人类健康，恶化人类赖以生存的环境。

燃煤电厂排放的烟气是NOx排放的主要来源之一，煤燃烧生成的NOx主要为煤粉中N元素生成的燃料型NOx和由于高温燃烧使得空气中N₂反应生成的热力型NOx。目前，在煤粉锅炉实际运行中，常常采用分级燃烧来实现锅炉的低氮燃烧，即在主燃烧区只将煤粉完全燃烧所需空气量的75％左右通入炉膛，使煤粉先在贫氧的情况下燃烧，从而抑制NOx的形成，然后在燃尽区通入过量的空气，使得煤粉完全燃烧。虽然燃尽区氧气过量，但由于温度较低，使得生成的NOx的量大大减少。

上述方法在理论上可大大减少NOx的生成，但在实际锅炉设计和运行中(尤其是带有三次风的锅炉)，由于三次风比例很高，约占总风量的20％，当制粉系统运行时，高位三次风必须运行，在主燃烧区和燃尽区之间很难形成贫氧还原区，氮氧化物很难被还原，无法实现真正的分级燃烧，导致相当数量的NOx的形成。因此，上述方法在实际操作中抑制氮氧化物的效果并不理想。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双模煤粉燃烧器及锅炉燃烧器系统，其中通过将二次风和三次风进行捆绑设计，获得双模燃烧器，可实现二、三次风运行模式的自由转化，操控方便，并基于双模煤粉燃烧器形成燃烧器组合系统，利于达到全炉膛的空气分级燃烧，提高锅炉的燃烧效率，实现低NOx的排放目标，特别适合于带有三次风的煤粉锅炉。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种双模煤粉燃烧器，该双模煤粉燃烧器包括二次风管道、三次风管道和出口通道，该二次风管道和三次风管道分别作为二次风和三次风的通道，所述三次风管道位于二次风管道的内部，并且三次风管道和二次风管道共用所述出口通道；所述出口通道的出口处设置有异形体，以便于在燃烧器的出口处形成燃烧回流区，实现煤粉的快速加热着火和燃烧；所述二次风管道和三次风管道中各自设有独立的风门，通过风门的控制实现二次风与三次风的独立运行或混合运行，以此实现燃烧器的双模运行。

作为进一步优选的，所述三次风管道内的流体为锅炉制粉系统的乏气风，管道的截面为方形，其截面积满足最低负荷流速下煤粉不发生沉积，其采用耐高温耐磨损合金钢制成；所述三次风管道中设有独立的三次风门，通过三次风门的控制实现三次风的独立运行或与二次风的混合运行。

作为进一步优选的，所述二次风管道内的流体为供应锅炉燃烧的热空气，管道的截面为方形，其套装在方形的三次风管道的外面，其采用耐高温碳钢或合金钢制成；所述二次风管道中设有独立的二次风门，通过二次风门的控制实现二次风的独立运行或与三次风的混合运行。

作为进一步优选的，所述出口通道的外壳体斜向设计，以调节出口截面大小，从而调节出口风速。

作为进一步优选的，所述三次风管道内设置有多级导流块，以实现对三次风煤粉的浓淡分离。

作为进一步优选的，所述导流块的数量为1～5个，分布于三次风管道的上半空间或下半空间或左半空间或右半空间内，其迎风面的法线与三次风管道的轴线呈10°～80°角，以实现煤粉在燃烧器出口的下浓上淡或上浓下淡或右浓左淡或左浓右淡的分布。

作为进一步优选的，所述导流块采用耐高温耐磨合金材料制成，其为平板型，厚度为5mm-50mm；或呈实心三角型或空心三角型，迎风面厚度为5mm-50mm。

作为进一步优选的，所述异形体为楔形体，截面呈类三角型，其类三角形角度为5-150°，楔形体的迎风面在出口通道轴向方向上对称布置，异形体采用耐高温耐磨损合金钢材料。

按照本发明的另一方面，提供了一种锅炉燃烧器系统，该锅炉燃烧器系统包括所述的双模煤粉燃烧器，所述双模煤粉燃烧器置于锅炉主燃烧区的中下区域的任意两层一次风之间或最下层一次风的下面，以此保证锅炉主燃烧区和还原区的还原性气氛，实现高效稳定的低氮燃烧。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明的双模燃烧器将二次风、三次风进行捆绑设计，根据实际情况进行二、三次风模式的自由转化，操控方便，易于实现，可有效的利用高的三次风率替代部分二次风；同时，在双模燃烧器中的三次风喷口处设置异形体形成回流区，回流的高温气体快速加热煤粉，使之迅速着火，加快煤粉的燃烧。

2.本发明在三次风管道中设置导流块，实现煤粉尤其是劣质煤粉的浓淡分离，将煤粉气流分成浓淡不同的两股喷入炉膛，使煤粉浓度(尤其是浓侧)达到有利的着火条件，在喷入煤膛后，浓煤粉着火温度低，着火热也较低，因此先被点燃，然后已点燃的浓煤粉再去点燃淡煤粉气流，从而大大提高了燃烧的低负荷稳燃能力，浓淡气流均偏离化学当量比燃烧，实现分级燃烧，更有利于降低氮氧化物的生成量。

3.本发明的双模燃烧器可替代现有锅炉中的三次风燃烧器，双模燃烧器与一次风燃烧器和二次风燃烧器配合形成燃烧器组合系统，且双模燃烧器下移至主燃烧区的中部或下部，并替代一层或多层二次风，应用灵活方便，可实现主燃烧区的贫氧燃烧，实现真正的分级燃烧，达到低NOx燃烧的目的。

4.本发明的工业应用性强，既可以用于新锅炉，也可以对原有锅炉进行改造，实施方便；利于煤粉的着火稳燃，同时具备提高煤粉燃烧效率，降低氮氧化物生成与排放的特点。

附图说明

图1是本发明实施例的双模煤粉燃烧器的主视图；

图2是本发明实施例的双模煤粉燃烧器的俯视图；

图3是本发明实施例的双模煤粉燃烧器的左视图；

图4是本发明实施例的双模煤粉燃烧器的右视图；

图5是本发明实施例的锅炉燃烧器系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明双模煤粉燃烧器的设计原理是依据低氮燃烧科学原理，提出了双模燃烧器概念，即不同于常规燃煤锅炉的置于高位的独立三次风喷口，而是通过特殊的结构设计，实现了二次风和三次风的捆绑，达到二、三次风的自由切换、超强自适应性，将高的三次风率替代部分二次风率，最终实现煤粉的低氮燃烧；可根据实际情况进行二、三次风模式的自由转化，操控方便，易于实现。同时，在双模燃烧器中的三次风喷口处设置异形体形成回流区，可使煤粉气流快速加热着火，利于煤粉燃烧。进一步的，本发明的双模燃烧器与原有的普通一次风燃烧器和二次风燃烧器共同构成特有的锅炉低氮燃烧器组合系统，双模煤粉燃烧器与其它燃烧器的配合方式灵活。不同于常规的三次风燃烧器布置于高位，本发明将双模燃烧器放置于锅炉主燃烧区的中部或下部，替代一层三次风和一层或多层二次风，可实现主燃烧区和还原区的贫氧燃烧，实现真正的分级燃烧，达到低NOx燃烧的目的。

如图1所示，本发明实施例提供的一种双模煤粉燃烧器，该燃烧器将二次风和三次风进行捆绑设计，包括二次风管道1、三次风管道2和出口通道3，该二次风管道和三次风管道分别作为二次风和三次风的通道，所述三次风管道位于二次风管道的内部，并且三次风管道和二次风管道共用一个出口通道；所述出口通道3内设置有异形体4，该异形体在燃烧器的出口处可形成燃烧回流区，可使煤粉气流快速加热着火，利于煤粉的燃烧，同时也可调节出口截面积，达到设计风速；所述三次风管道内设置有多级导流块5，以实现对三次风煤粉的浓淡分离；二次风管道和三次风管道中各自设有独立的风门，通过风门的控制可实现二次风与三次风的独立运行和混合运行，以此实现燃烧器的双模运行。

双模煤粉燃烧器的运行原理是：关闭二次风门，打开三次风门，此时双模煤粉燃烧器作为三次风燃烧器单独使用。当三次风进入到管道内时，在导流块的作用下，大部分煤粉将往管道上半部分流动，实现煤粉的浓淡分离，浓煤粉有利于着火。到达出口通道后，由于异形体作用，形成回流区，煤粉快速加热着火。

关闭三次风门，打开二次风门，此时双模煤粉燃烧器作为二次风燃烧器单独使用。二次风由三次风管道外侧的二次风管道通入，进入到出口通道后，作为助燃风送入炉膛，作用与原有二次风相同。

混合使用时，通过控制二次风、三次风风门的开闭来调节二者的比例，完成二次风、三次风各自一定的风量情况下混合运行。

由此，实现二次风、三次风单模式运行或混合模式运行，操作简单，易于实现。

下面对双模煤粉燃烧器的各个部件进行详细说明。

三次风管道内流体为锅炉制粉系统的乏气风，又称三次风，管道截面为方形，管道截面积满足最低负荷流速下煤粉不发生沉积，材料采用耐高温耐磨损合金钢。三次风管道中设置的独立风门为三次风门7，通过三次风门的控制实现三次风的独立运行或与二次风的混合运行，以此实现燃烧器的双模运行。

二次风管道内流体为供应锅炉燃烧的热空气，又称二次风，管道截面为方形，套在方形的三次风道外面，流道截面积满足国家规范要求设计风速和风量，材料采用耐高温碳钢或合金钢。二次风管道中设置的独立风门为二次风门6，通过二次风门的控制实现二次风独立运行或与三次风的混合运行，以此实现燃烧器的双模运行。

出口通道内设置有异形体，异形体为楔形体，截面呈类三角型，其类三角形角度为5-150度，楔形体的迎风面在出口通道轴向方向上对称布置，异形体采用耐高温耐磨损合金钢材料。异形体的设计原理是：由于异形体的阻挡效应，煤粉气流在燃烧器的出口处形成燃烧回流区，实现煤粉的快速加热着火和燃烧。出口通道的外壳体斜向设计，可调节出口截面大小，从而调节出口风速。

三次风管道内设置有多级导流块，多级导流块实现煤粉在燃烧器出口的下浓上淡或上浓下淡或右浓左淡或左浓右淡的分布，实现对三次风煤粉的浓淡分离。已有的理论和实验证明，在喷入煤膛后，浓煤粉气流着火温度低，着火热也较低，因此先被点燃，然后已点燃的浓煤粉气流再去点燃淡煤粉气流，从而大大提高了燃烧的低负荷稳燃能力，浓淡气流均偏离化学当量比燃烧，实现分级燃烧，更有利于降低氮氧化物的生成量，可实现煤粉的稳定着火燃烧。

具体的，导流块的数量为1～5个，分布于三次风管道的上半空间或下半空间或左半空间或右半空间内，其迎风面的法线与三次风管道的轴线呈10°～80°角，导流块截面呈平板型，厚度5-50mm，或者呈现实心三角型，或者呈现空心三角型，迎风面厚度5-50mm，导流块采用耐高温耐磨合金材料。

本发明实施例提供的一种锅炉燃烧器系统，其包括本发明的双模煤粉燃烧器，该双模煤粉燃烧器置于锅炉主燃烧区的中下区域，例如任意两层一次风之间或最下层一次风的下面，组成一种基于双模煤粉燃烧器的新型低氮高效燃烧器系统，由于双模煤粉燃烧器灵活的二次风、三次风切换单模式或混合模式，解决常规带三次风的锅炉燃烧器系统无法实现锅炉低氮燃烧要求的深度还原区，以此保证锅炉主燃烧区和还原区的还原性气氛，实现高效稳定的低氮燃烧。

锅炉燃烧器系统的运行原理是：通过双模煤粉燃烧器的独特双模设计，当将其放置到锅炉主燃烧区的中下区域，例如任意两层一次风之间或最下层一次风的下面，当制粉系统停运而没有三次风时，双模煤粉燃烧器当二次风口使用，当制粉系统运行有二次风时，当三次风口使用，可以保证炉膛中下部燃烧器区域维持相对恒定的供风量，而不因为制粉系统(三次风)的启停，改变了原来主燃烧区的供氧水平，可以维持较好的贫氧燃烧水平，达到低氮燃烧要求的还原区，有利于还原氮氧化物，降低NOx的生成与排放。

本发明的锅炉燃烧器系统是基于双模燃烧器的独特灵活的锅炉燃烧器组合系统，基于双模燃烧器的稳定高效低氮性能，将其置于主燃烧器中下区域，其灵活的运行方式和结构，能够保证主燃烧器区域的还原性气氛，实现低氮燃烧。同常规的二次风、三次风燃烧器及其组合方式相比较，双模煤粉燃烧器及系统工业应用性强，实现了二次风与三次风的灵活布置，具有高的燃烧稳定性，高的煤粉燃烧效率，低氮氧化物生成与排放特性。

以下为具体实施例：

实施例1

本实施例提供的双模煤粉燃烧器，其总长度为2160mm，其中，三次风管道2长1500mm，管道内部的高为350mm，由耐磨耐高温合金钢构成，其和二次风管共用的出口通道3长200mm，该出口通道3为最小端高474mm、最大端高550mm、剖面为一棱台结构的管道(见A、B向视图)，材料也是耐磨耐高温合金钢。由于煤粉气流通过导流块后上半部分浓度较高，因此对内壁产生的磨损也较为严重，因此，三次风管道上半部分壁厚比下半部分稍厚。三次风管道上半部分厚度为18mm，燃烧器其余部分的壁厚均为12mm。

三次风管道2内的导流块5为楔形体，共设有三个，分布于管道的下半空间内，以实现煤粉在燃烧器出口的上浓下淡的分布。本例中三角导流块的倾斜角度为22.5度，即导流块迎风面的法线与三次风管道的轴线呈22.5度。本例中异形体4为楔形块，截面呈类三角型，其类三角形角度为30度、75度、75度等腰三角形，楔形块垂直于轴向方向，迎风面在出口通道轴向方向上对称布置。

应用时，当三次风进入到三次风管道内时，在楔形导流块的作用下，大部分煤粉将往管道上半部分流动，小部分煤粉往管道下半部分流动，以此实现煤粉的浓淡分离，煤粉到达出口后，由于楔形块的作用，形成回流区，煤粉快速加热着火。三次风停运的时候，二次风由三次管道外侧的二次风管道通入，进入到出口通道后，作为助燃风送入炉膛，作用与原有二次风相同，即起助燃作用。

实施例2

如图5所示，为锅炉燃烧器系统的一个具体应用实例，该锅炉燃烧器系统由一次风燃烧器8，二次风口9，双模煤粉燃烧器10，燃尽风口11组成。

实例设计原理是：采用双模燃烧器，在有限的空间，实现了二次风和三次风两种功能风口的组合设计，实现了同一空间的双重功能。与普通一、二次风、燃尽风的配合设计，实现了主燃烧区均匀贫氧配风的低氮设计理念，避免了三次风大风量高位布置带来的局部风量过大导致的贫氧区消失，无法维持还原区来还原氮氧化物的气氛的问题。

实例锅炉燃烧器系统的运行原理是：当制粉系统停运而没有三次风时，双模煤粉燃烧器当二次风口使用，当制粉系统运行有二次风时，当三次风口使用，可以保证炉膛中下部燃烧器区域维持相对恒定的供风量，而不因为制粉系统(三次风)的启停，改变了原来主燃烧区的供氧水平，可以维持较好的贫氧燃烧水平，达到低氮燃烧要求的还原区，有利于还原氮氧化物，降低NOx的生成与排放。

综上所述，采用本发明的双模煤粉燃烧器及锅炉燃烧器系统，使得现有的分级燃烧技术得以高效实现，进一步降低排放物的氮氧化物含量，达到高效低污染燃烧。双模煤粉燃烧器及系统是一种特殊的燃烧器结构，燃烧器组合配合灵活，最终可实现煤粉锅炉燃烧的高效稳定低污染排放。

本领域的技术人员容易理解，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)

1.一种双模煤粉燃烧器，其特征在于，该双模煤粉燃烧器包括二次风管道(1)、三次风管道(2)和出口通道(3)，该二次风管道(1)和三次风管道(2)分别作为二次风和三次风的通道，所述三次风管道(2)位于二次风管道(1)的内部，并且三次风管道(2)和二次风管道(1)共用所述出口通道(3)；所述出口通道(3)的出口处设置有异形体(4)，以便于在燃烧器的出口处形成燃烧回流区，实现煤粉的快速加热着火和燃烧；所述二次风管道(1)和三次风管道(2)中各自设有独立的风门，通过风门的控制实现二次风与三次风的独立运行或混合运行，以此实现燃烧器的双模运行。

2.如权利要求1所述的双模煤粉燃烧器，其特征在于，所述三次风管道(2)内的流体为锅炉制粉系统的乏气风，管道的截面为方形，其截面积满足最低负荷流速下煤粉不发生沉积，其采用耐高温耐磨损合金钢制成；所述三次风管道(2)中设有独立的三次风门(7)，通过三次风门(7)的控制实现三次风的独立运行或与二次风的混合运行。

3.如权利要求2所述的双模煤粉燃烧器，其特征在于，所述二次风管道(1)内的流体为供应锅炉燃烧的热空气，管道的截面为方形，其套装在方形的三次风管道的外面，其采用耐高温碳钢或合金钢制成；所述二次风管道(1)中设有独立的二次风门(6)，通过二次风门(6)的控制实现二次风的独立运行或与三次风的混合运行。

4.如权利要求3所述的双模煤粉燃烧器，其特征在于，所述出口通道的外壳体斜向设计，以调节出口截面大小，从而调节出口风速。

5.如权利要求4所述的双模煤粉燃烧器，其特征在于，所述三次风管道内设置有多级导流块(5)，以实现对三次风煤粉的浓淡分离。

6.如权利要求5所述的双模煤粉燃烧器，其特征在于，所述导流块的数量为1～5个，分布于三次风管道的上半空间或下半空间或左半空间或右半空间内，其迎风面的法线与三次风管道的轴线呈10°～80°角，以实现煤粉在燃烧器出口的下浓上淡或上浓下淡或右浓左淡或左浓右淡的分布。

7.如权利要求6所述的双模煤粉燃烧器，其特征在于，所述导流块采用耐高温耐磨合金材料制成，其为平板型，厚度为5mm-50mm；或呈实心三角型或空心三角型，迎风面厚度为5mm-50mm。

8.如权利要求7所述的双模煤粉燃烧器，其特征在于，所述异形体为楔形体，截面呈类三角型，其类三角形角度为5-150°，楔形体的迎风面在出口通道轴向方向上对称布置，异形体采用耐高温耐磨损合金钢材料。

9.一种锅炉燃烧器系统，其特征在于，该锅炉燃烧器系统包括如权利要求1-8任一项所述的双模煤粉燃烧器，所述双模煤粉燃烧器置于锅炉主燃烧区的中下区域的任意两层一次风之间或最下层一次风的下面，以此保证锅炉主燃烧区和还原区的还原性气氛，实现高效稳定的低氮燃烧。