CN106352331A - 一种煤粉燃烧系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种煤粉燃烧系统,应用于新建或者改造现有的大型煤粉锅炉,包括:一个煤粉浓淡分离装置;一个点火风管,沿一次风管内的轴心线布置,其直径小于所述一次风管的直径;一个反射装置,连接到所述点火风管的出口,能够反转通过所述点火风管进入炉膛的风和煤粉混合物的流动方向;一个火焰发生装置;其中,在锅炉点火时,一次风和煤粉混合物在进入炉膛之前,受到所述浓淡分离装置的作用发生浓相、淡相分离;浓相风煤混合物进入所述点火风管的入口,之后经过所述反射装置的作用下折返从而回流;淡相风煤混合物在所述点火风管外流动,遭遇回流的浓相风煤混合物,形成湍流区域;处于所述湍流区域的煤粉被火焰发生装置点燃。
Description
技术领域
本发明涉及大型煤粉锅炉启动点火和低负荷稳燃技术领域,特别是电站锅炉。
背景技术
大型煤粉锅炉,特别是电站锅炉采用的都是悬浮燃烧,传统的点火方式是采用油枪加热炉膛,使炉膛温度达到所燃煤质的着火温度,然后再投入煤粉燃烧。因此其启动、低负荷稳燃都需要消耗大量的燃油,成本极高。
近十多年,逐渐发展出两种新型点火技术:一种是微油点火,它是将油枪装在煤粉燃烧器内部,利用少量的燃油点燃煤粉;另一种是将等离子发生器装在煤粉燃烧器内部,通过等离子火炬点燃煤粉。
然而这两种技术也有着非常明显的缺点:微油点火节油率虽然达到80%~90%,但由于基数大,仍需消耗数量可观的燃油;等离子点火虽然不需要消耗燃油,但是系统负载,设备投资大,耗电量高,等离子阴阳极寿命短,配件价格高,只适应高挥发分的煤种。
但是无论采用微油点火还是等离子点火技术,煤粉都是在燃烧器内靠油火焰或等离子火炬来点燃,然后就随火焰被喷射到炉膛,所以煤粉在火焰中停留时间非常短,很难被充分加热并燃烧。因此,大型煤粉锅炉在低负荷工况下,由于炉膛温度比较低,无法维持煤粉的持续燃烧,需要额外的点火源来稳燃。
发明内容
本发明提供一种煤粉燃烧系统,应用于新建或者改造现有的大型煤粉锅炉。
传统方式采用一次风送粉,一次风量比较大,但是在煤粉着火初期并不需要消耗这么多的空气,而多余的空气被加热需要消耗额外的热量,从而降低了火焰温度,延缓了煤粉被加热燃烧的速率。
根据本发明的一个实施实例,在一次风管内设置一个直径较小的点火风管,采用风量较小的点火风输送煤粉,当煤粉着火初期,不需要加热过量的空气,因此火焰温度较高,煤粉被加热燃烧的速率较高。通过点火风管出口处的反射装置使煤粉在火焰中反向运动,在一次风作用下逐渐减速再正向加速随火焰喷射入炉膛,这个过程大大延长了煤粉在火焰中加热的时间。
根据本发明的一个实施实例,在煤粉燃烧系统中安装一个煤粉浓淡分离装置。在锅炉点火时,一次风和煤粉混合物在进入炉膛之前,受到所述煤粉浓淡分离装置的作用发生浓相、淡相分离;浓相风煤混合物进入所述点火风管的入口、之后经过所述反射装置的作用下折返从而回流;淡相风煤混合物在所述点火风管外流动,遭遇回流的浓相风煤混合物,形成湍流区域;处于所述湍流区域的煤粉被火焰发生装置点燃。
根据本发明的一个实施实例,点火系统包括:一个煤粉浓淡分离装置;一个点火风管,沿一次风管内的轴心线布置,其直径小于所述一次风管的直径;一个反射装置,连接到所述点火风管的出口,能够反转通过所述点火风管进入炉膛的风和煤粉混合物的流动方向;一个火焰发生装置。
本发明可以使得锅炉的煤粉中产生稳定的火焰,而无需通过使用辅助燃料进行预热。在投放煤粉之后,很短时间(例如几十秒内)煤粉即可被点燃、并且稳燃。
优选地,在锅炉点火后,浓相风煤混合物经过所述反射装置的作用下折返从而回流、进入煤粉火焰,从而被预热、点燃。浓相风煤混合物因此在火焰中的流程较长,可以得到充分的预热;被点燃之后,也可以实现稳定的燃烧。
优选地,所述煤粉浓淡分离装置是一个环状钝体,在一次风管的内壁上、以与一次风管的轴心线相垂直的方向布置。根据本发明的一个实施实例,所述环状钝体沿一次风管的切面呈三角形,便于浓相风煤混合物被导入沿一次风管中心轴线布置的点火风管,而淡相风煤混合物从点火风管和一次风管的间隙流动。实验表明,这种钝体分布方式可以很好的实现浓淡分离:淡相风煤混合物所含的煤粉浓度很低,肉眼观察接近透明。
优选地,所述煤粉浓淡分离装置是一个旋风分离器,其入口端与一次风管连接。根据本发明的实施实例,众多的、商用的旋风分离器都可以采用,适应具体项目的要求。根据本发明的一个实施实例,旋风分离器布置在距离炉膛较远的位置。
需要指明的是,以上所述的浓淡分离装置是本发明的一个实施实例;本行业专业技术人员可以理解,有很多其它浓淡分离装置和方式可以采用,都属于本发明的范围之内。
优选地,所述点火风管的出口伸入所述锅炉炉膛内部。电站锅炉一次风管的常规管径在500毫米左右;在一次风管内,点火和稳燃的流场不是最佳。根据本发明的一个实施实例,点火风管的出口伸入所述锅炉炉膛内部之后,在点火风管的出口处和一次风管的出口处的之间的空间,是一个较开放的空间,可以实现根据本发明较好的实现点火和稳燃的流场。
优选地,所述系统还包括旋流叶片,安装在所述一次风管和所述点火风管之间,用于给一次风施加旋流。如果提高火焰速度是一个目的,那么所述旋流叶片可以省略,而且不影响本发明的实施。
优选地,在淡相风煤混合物遭遇回流的浓相风煤混合物之前,经过一个散风装置,所述散风装置的作用是使部分淡相风煤混合物绕开所述湍流区域。根据本发明的一个实施实例,分流部分淡相风煤混合物可以增加火焰的稳定性。
优选地,点火风管的入口的内径大于点火风管的中部的内径。根据本发明的一个实施实例,点火风管不是一根固定直径的管;大一些的入口便于浓相风煤混合物的进入。
优选地,所述系统还包括退出装置,所述煤粉被点燃后,启动所述退出装置,将所述点火风管从所述一次风管退出到离锅炉炉膛较远的位置。
优选地,所述反射装置是反射帽,所述反射帽和所述点火风管外壁形成一个环形间隙,所述点火风和煤粉的混合物通过所述环形间隙离开所述点火风管。
需要指明的是,以上所述的反射帽是本发明的一个实施实例;本行业专业技术人员可以理解,有很多其它反射装置和方式可以采用,都属于本发明的范围之内。
本发明提供一种煤粉燃烧方法,应用于新建或者改造现有的大型煤粉锅炉。根据本发明的一个实施实例,所述煤粉燃烧方法包括:
在一次风和煤粉混合物进入炉膛之前,通过一个煤粉浓淡分离装置,将所述一次风和煤粉混合物实现浓相、淡相分离;
浓相风煤混合物进入点火风管的入口,之后经过反射装置的作用下折返从而回流;
淡相风煤混合物在所述点火风管外流动,遭遇回流的浓相风煤混合物,形成湍流区域;
处于所述湍流区域的煤粉被火焰发生装置点燃;
其中,所述点火风管沿一次风管内的轴心线布置,其直径小于所述一次风管的直径;所述反射装置连接到所述点火风管的出口,能够反转通过所述点火风管进入炉膛的风和煤粉混合物的流动方向。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:自主稳燃,无需油火焰或等离子火焰的伴烧,利用煤粉浓淡分离装置进行浓淡分离,形成湍流区域,处于所述湍流区域的煤粉被火焰发生装置迅速点燃,大大减少燃油或电力消耗;使用煤种范围广,包括挥发份很少的煤种。
附图说明
为了更好地说明本发明实施例的技术特征,本发明的不同实施例将结合附图进行简要描述。很明显,附图是本发明的典型例子,不偏离本发明的原则,本领域技术人员可以导出额外的附图。
图1是根据本发明实施例,说明传统电站锅炉的剖视图。
图2是根据本发明实施例,说明安装环状钝体的一次风管的示意图。
图3是根据本发明实施例,在一次风管的出口安装一个散风管的示意图。
图4是根据本发明实施例,在散风管的内外两侧安装旋流叶片的示意图。
图5是根据本发明实施例,说明煤粉燃烧方法的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。
如图1所示,传统电站锅炉采用一次风送粉,一次风管5在炉膛的下部和中部分多层布置,一次风管5通过煤粉燃烧器1与炉膛连接,煤粉燃烧器上下分别布置有二次风管2,炉膛顶部布置有三次风管3,炉膛底部和中间二次风管2内布置有点火油枪,一次风管5的入口端与煤粉给料机4连接。
微油点火和等离子点火一般将从下面数第一层或第二层煤粉燃烧器1更换成微油燃烧器或等离子燃烧器,煤粉从储仓通过煤粉给料机4进入一次风管5,然后在燃烧器中被油火焰或等离子火焰点燃,之后喷入炉膛。
如图2所示,所述煤粉浓淡分离装置是一个环状钝体。煤粉燃烧系统包括:一个点火风管6,插入与炉膛墙壁连接的一次风管5,沿着一次风管5的中轴线延伸,其直径小于一次风管5的直径;一个环状钝体7,在一次风管5的内壁上、以与一次风管5的轴心线相垂直的方向布置;一个反射装置8,反射装置8可以是钝体、弯头或特殊角度的开孔,连接到点火风管6的出口,能够反转通过点火风管6进入的点火风和煤粉混合物的流动方向;一个火焰发生装置9。
环状钝体7沿一次风管的切面呈三角形,便于浓相风煤混合物被导入沿一次风管中心轴线布置的点火风管,而淡相风煤混合物从点火风管和一次风管的间隙流动。实验表明,这种钝体分布方式可以很好的实现浓淡分离:淡相风煤混合物所含的煤粉浓度很低,肉眼观察接近透明。环状钝体7直接设置在一次风管上,无需另外的风粉分离设备和煤粉储存设备、或者显著改变现有的煤粉锅炉的炉膛供粉系统,简化系统设置,减少设备投资。
在本发明的另一实施例中,所述煤粉浓淡分离装置是一个旋风分离器,其入口端与一次风管连接。旋风分离器布置在距离炉膛较远的位置。众多的、商用的旋风分离器都可以采用,适应具体项目的要求。
需要指明的是,以上所述的浓淡分离装置是本发明的一个实施实例;本行业专业技术人员可以理解,有很多其它浓淡分离装置和方式可以采用,都属于本发明的范围之内。
如图3所示,散风装置是一个散风管。在一次风管5的出口的内侧、所述点火风管6的外侧安装一个散风管10,散风管10的特征是沿着一次风的流动方向散风管的内径逐渐增加。散风管10将一次风分为两部分:散风管10外的一次风被扩散远离点火风和煤粉混合物的回流,散风管10内的一次风被吹入点火风和煤粉混合物的回流。减少进入点火风和煤粉混合物的回流的一次风的风量,可以使点火风和煤粉混合物的回流行程更长,可以实现稳定燃烧,燃烧状况更好。
除了散风管,散风装置也可以是其他结构。在淡相风煤混合物遭遇回流的浓相风煤混合物之前,经过一个散风装置,所述散风装置的作用是使部分淡相风煤混合物绕开所述湍流区域,分流部分淡相风煤混合物可以增加火焰的稳定性。
如图4所示,在散风管10的内外加装所述旋流叶片11,进一步促进了更稳定的火焰。
电站锅炉一次风管6的常规管径在500毫米左右;在一次风管6内,点火和稳燃的流场不是最佳。在本发明的另一个实施实例中,点火风管6的出口伸入所述锅炉炉膛内部之后,在点火风管6的出口处与一次风管5的出口处的之间的空间,是一个较开放的空间,可以实现根据本发明较好的实现点火和稳燃的流场。
在本发明的另一实施例中,在一次风管5与点火风管6之间安装旋流叶片,以便给一次风施加旋流力。旋流叶片11引起的旋流力给现有的更大湍流区域增加了另外一个维度(例如离心力),这样,煤粉颗粒进一步均匀混合,在被火焰发生装置点燃后,进一步促进了更稳定的火焰。此外,由于煤粉在更大的湍流区域花了更长时间,在离开改进的一次风管5之前,煤粉燃烧比例提高。如果提高火焰速度是一个目的,那么所述旋流叶片可以省略,而且不影响本发明的实施。
在本发明的另一实施例中,点火风管6的入口的内径大于点火风管6的中部的内径。点火风管不是一根固定直径的管;大一些的入口便于浓相风煤混合物的进入。
在本发明的另一实施例中,可以将点火风管6与电动执行器连接,锅炉启动完成进入常规燃烧状态后,如需点火风管6停止供粉,可启动电动执行器,将点火风管6退出一次风管5,这样就不需要额外的冷却,也减少对原燃烧系统的影响。
在本发明的另一实施例中,反射装置8可以是反射帽,反射帽8和点火风管6外壁形成一个环形间隙,所述点火风和煤粉的混合物通过所述环形间隙输入所述炉膛。反射装置8也可以是其它结构,只要能够显著反转点火风和煤粉混合物的流动方向。本行业专业技术人员可以理解,有很多其它反射装置和方式可以采用,都属于本发明的范围之内。
本发明的提供一种煤粉燃烧方法,应用于新建或者改造现有的大型煤粉锅炉,如图5所示,包括:
步骤一,一次风和煤粉混合;
步骤二,通过一个煤粉浓淡分离装置,将所述一次风和煤粉混合物实现浓相、淡相分离;
步骤三,浓相风煤混合物进入点火风管的入口,之后经过出口处的反射装置的作用下折返从而回流;淡相风煤混合物在所述点火风管外流动;
步骤四,淡相风煤混合物遭遇回流的浓相风煤混合物,形成湍流区域;
步骤五,处于所述湍流区域的煤粉被火焰发生装置点燃;
其中,所述点火风管沿一次风管内的轴心线布置,其直径小于所述一次风管的直径;所述反射装置连接到所述点火风管的出口,能够反转通过所述点火风管进入炉膛的风和煤粉混合物的流动方向。
在本发明的另一实施例中,在锅炉点火后,浓相风煤混合物经过所述反射装置的作用下折返从而回流、进入煤粉火焰,从而被预热、点燃。浓相风煤混合物因此在火焰中的流程较长,可以得到充分的预热;被点燃之后,也可以实现稳定的燃烧。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:自主稳燃,无需油火焰或等离子火焰的伴烧,利用煤粉浓淡分离装置进行浓淡分离,形成湍流区域,处于所述湍流区域的煤粉被火焰发生装置迅速点燃,大大减少燃油或电力消耗;使用煤种范围广,包括挥发份很少的煤种。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (11)
1.一种煤粉燃烧系统,应用于新建或者改造现有的大型煤粉锅炉,其特征在于,包括:
一个煤粉浓淡分离装置;
一个点火风管,沿一次风管内的轴心线布置,其直径小于所述一次风管的直径;
一个反射装置,连接到所述点火风管的出口,能够反转通过所述点火风管进入炉膛的风和煤粉混合物的流动方向;
一个火焰发生装置;
其中,在锅炉点火时,一次风和煤粉混合物在进入炉膛之前,受到所述煤粉浓淡分离装置的作用发生浓相、淡相分离;浓相风煤混合物进入所述点火风管的入口,之后经过所述反射装置的作用下折返从而回流;淡相风煤混合物在所述点火风管外流动,遭遇回流的浓相风煤混合物,形成湍流区域;处于所述湍流区域的煤粉被火焰发生装置点燃。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,在锅炉点火后,浓相风煤混合物经过所述反射装置的作用下折返从而回流、进入煤粉火焰,从而被预热、点燃。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述煤粉浓淡分离装置是一个环状钝体,在一次风管的内壁上、以与一次风管的轴心线相垂直的方向布置。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述煤粉浓淡分离装置是一个旋风分离器,其入口端与一次风管连接。
5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述点火风管的出口伸入所述锅炉炉膛内部。
6.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括旋流叶片,安装在所述一次风管与所述点火风管之间,用于给一次风施加旋流。
7.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,在淡相风煤混合物遭遇回流的浓相风煤混合物之前,经过一个散风装置。
8.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,点火风管的入口的内径大于点火风管的中部的内径。
9.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括退出装置,所述煤粉被点燃后,启动所述退出装置,将所述点火风管从所述一次风管退出到离锅炉炉膛较远的位置。
10.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述反射装置是反射帽,所述反射帽和所述点火风管外壁形成一个环形间隙,所述点火风和煤粉的混合物通过所述环形间隙离开所述点火风管。
11.一种煤粉燃烧方法,应用于新建或者改造现有的大型煤粉锅炉,其特征在于,包括:
在一次风和煤粉混合物进入炉膛之前,通过一个煤粉浓淡分离装置,将所述一次风和煤粉混合物实现浓相、淡相分离;
浓相风煤混合物进入点火风管的入口,之后经过反射装置的作用下折返从而回流;
淡相风煤混合物在所述点火风管外流动,遭遇回流的浓相风煤混合物,形成湍流区域;
处于所述湍流区域的煤粉被火焰发生装置点燃;
其中,所述点火风管沿一次风管内的轴心线布置,其直径小于所述一次风管的直径;所述反射装置连接到所述点火风管的出口,能够反转通过所述点火风管进入炉膛的风和煤粉混合物的流动方向。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170125 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |