CN106610017A - 一种带有煤粉流速与浓度监测的微油点火与稳燃装置 - Google Patents

Abstract

一种带有煤粉流速与浓度监测的微油点火与稳燃装置，由安装斜坡扰动块的分级燃烧煤粉燃烧器部分、压缩空气雾化微油枪部分和煤粉流速与浓度监测装置组成，利用微油枪产生的约1800℃的高温火焰首先点燃煤粉燃烧器内层燃烧室的煤粉，然后内层燃烧室的煤粉燃烧放出的热量再点燃中间燃烧室的煤粉、最后点燃外层燃烧室的煤粉，达到煤粉火焰的稳定燃烧。本发明主要应用在煤粉锅炉的启动点火与低负荷稳燃阶段，代替目前使用的大油枪点火与稳燃方式，以煤代油，达到节约费用的目的。

Description

一种带有煤粉流速与浓度监测的微油点火与稳燃装置

技术领域

本发明涉及一种微油点火与稳燃装置，属于热能动力技术领域。

背景技术

随着国际国内燃油价格的不断攀升，电力、供暖机组的不断扩建，使得电力、石化等行业的各种煤粉锅炉的冷态或热态启动点火与低负荷稳燃用油量大增，费用也直线上升，同时随着交通运输、化工等各种行业用油量的加大，又使得燃油价格不断生高。为了解决这个问题，各国都在研究无油或者微油点火与稳燃技术，力图在电力、石化等行业的锅炉点火与稳燃阶段，用价格较低的燃煤来代替燃油，达到以煤代油，节能能源费用的目的。

目前的微油点火技术的研究，但是从研究成果来看，都存在一定的不足，主要表现在煤粉燃烧器燃烧效果不好，煤粉流速与浓度没有精确的监测，微油枪喷油孔堵塞，导致微油点火发生燃烧器结焦与灭火现象。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种带有煤粉流速与浓度监测的微油点火与稳燃装置，将安装斜坡扰动块的分级燃烧煤粉燃烧器、空气雾化微油枪以及煤粉流速与浓度监测装置结合在一起，从根本上解决点火不成功与燃烧不稳定的问题。

本发明的技术解决方案：一种带有煤粉流速与浓度监测的微油点火与稳燃装置，包括分级燃烧煤粉燃烧器、压缩空气雾化微油枪组件、煤粉流速与浓度监测装置、一次风粉管道、微油枪助燃空气通道；所述的分级燃烧煤粉燃烧器包括煤粉燃烧器外壳、燃烧室、煤粉燃烧器弯头，燃烧室安装在煤粉燃烧器外壳内，靠近煤粉燃烧器外壳一端端口；煤粉燃烧器弯头两端分别与煤粉燃烧器外壳另一端端口、一次风粉管道连接；所述的压缩空气雾化微油枪组件包括微油枪、高能点火器、气动执行机构连接杆、气动执行器、微油火检装置；微油枪助燃空气通道插入分级燃烧煤粉燃烧器，端部伸入分级燃烧煤粉燃烧器的燃烧室端口内且从位于微油枪助燃空气通道末端的微油枪助燃空气进口获得空气，微油枪助燃空气通道与分级燃烧煤粉燃烧器的燃烧室同轴；微油枪、高能点火器均位于微油枪助燃空气通道内；气动执行器通过气动执行机构连接杆与高能点火器外壳连接，通过气动执行器的行程运动使得高能点火器进行前后移动；微油火检装置与微油枪平行安置，对微油枪的着火状态进行判断；煤粉流速与浓度监测装置固定安装于一次风粉管道上。

所述的分级燃烧煤粉燃烧器的燃烧室包括外层燃烧室、外层燃烧室环形碰撞环、中间燃烧室、中间燃烧室斜坡扰动块、内层燃烧室、内层燃烧室斜坡扰动块、外层燃烧室壁温测点、内层燃烧室壁温测点；外层燃烧室、中间燃烧室、内层燃烧室从煤粉燃烧器外壳一端端口开始依次前后排布，外层燃烧室、中间燃烧室与内层燃烧室之间同轴，分别通过支撑块安装于煤粉燃烧器外壳内；外层燃烧室环形碰撞环安装于外层燃烧室的内壁靠近煤粉燃烧器外壳端口一端，中间燃烧室斜坡扰动块间隔地均匀分布于中间燃烧室的内壁上，内层燃烧室斜坡扰动块间隔地均匀分布于内层燃烧室的内壁上；外层燃烧室壁温测点位于外层燃烧室上，内层燃烧室壁温测点位于内层燃烧室上，外层燃烧室壁温测点、内层燃烧室壁温测点分别实时监测外层燃烧室和内层燃烧室的壁温变化。

所述煤粉燃烧器弯头内沿弧形弯道安装弯头隔板，煤粉燃烧器弯头内壁与弯头隔板两面都安装有耐磨材质件。

所述中间燃烧室斜坡扰动块或内层燃烧室斜坡扰动块为带有10度～45度倾角的楔形挡块。

所述微油枪包括外喷嘴、中喷嘴、油喷嘴、微油枪连接管、微油枪枪体；外喷嘴、中喷嘴、油喷嘴以同圆环方式由外到内套装布置，通过微油枪连接管同微油枪枪体连接；外喷嘴、中喷嘴、油喷嘴、微油枪连接管、高能点火器均位于微油枪助燃空气通道内。

所述煤粉流速与浓度监测装置安装位置距一次风粉管道进口的直段长度大于倍的一次风粉管道直径，距风粉管道出口的直段长度大于倍的一次风粉管道直径；一次风粉管道与煤粉燃烧器弯头连接一端为一次风粉管道出口，另一端为一次风粉管道进口。

所述煤粉流速与浓度监测装置的感应测量部件为内环盘管式，环绕安装在一次风粉管道上。

所述耐磨材质件的材料为耐磨陶瓷、龟甲网、高铬合金或KN纳米合金。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用安装斜坡扰动块的分级燃烧煤粉燃烧器，煤粉燃烧器设计为三层分级燃烧结构，在外层燃烧室内壁布置环形的碰撞环，在中间燃烧室和内层燃烧室内壁布置斜坡扰动块，能够使风粉气流在流动过程中产生流动梯度扰动，增加风粉气流的湍流度，从而能够使风粉气流更好的与微油火焰接触，稳定燃烧。

(2)本发明在外层燃烧室外壁布置外层燃烧室壁温测点，在内层燃烧室布置内层燃烧室壁温测点，能够实时监测外层燃烧室和内层燃烧室的壁温变化情况，通过壁温的变化来调整一次风粉的流动速度，从而防止燃烧室超温运行.

(3)本发明在煤粉燃烧器弯头内部布置弯头隔板，弯头隔板与弯头内壁布置耐磨材质件，能够防止一次风粉在流动过程中经过弯头时由于离心作用，造成煤粉浓度的不均匀，耐磨材质件保证了弯头内壁与中间隔板不被风粉气流冲刷，延长使用寿命。

(4)本发明微油枪采用压缩空气雾化形式，压缩空气流量通过热式质量流量计或者金属管浮子流量计进行精准测量，燃油流量通过涡轮流量计或者质量流量计进行精准测量，对压缩空气和燃油也可以采用压力开关信号测量，压缩空气信号和燃油信号输送到控制系统，对微油枪的燃烧运行提供保护，防止异常情况出现。

(5)本发明微油枪与煤粉燃烧器采用同轴安装结构，微油枪火焰向前运动的方向与风粉气流运动方向一致，且相互平行，风粉气流被喷枪火焰加热的时间较长，提高了点火稳定性。

(6)本发明煤粉流速与浓度监测装置设计为非接触式、全截面风粉测量的测量方式，以阵列式静电传感器和空间滤波测量为主，传感器完全包裹整个风粉径流，和风粉无摩擦碰撞，对风粉流动无任何干扰，通过煤粉携带的静电信息进行测量，实时记录风粉的流动速度与浓度。当点火燃烧火焰出现异常时，能够通过数据测量来进行判断，从而再进行相关设备与装置的运行调整，达到稳定的点火燃烧状态。

(7)本发明主要应用在煤粉锅炉的冷态或热态启动点火与低负荷稳燃阶段，同时也可以应用在水泥、陶瓷、冶金等以煤粉作为主要能源的行业。此发明装置对于煤粉具有很强的适应性，能够点燃褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤、混煤等各种煤种的煤粉。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明煤粉燃烧器部分与微油枪部分前部示意图；

图3为本发明煤粉燃烧器部分与微油枪部分后部示意图；

图4为本发明煤粉燃烧器弯头示意图；

图5为本发明煤粉燃烧器弯头隔板示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种带有煤粉流速与浓度监测的微油点火与稳燃装置，包括安装斜坡扰动块的分级燃烧煤粉燃烧器、压缩空气雾化微油枪组件、煤粉流速与浓度监测装置26、一次风粉管道25、微油枪助燃空气通道10。

如图2、图4、图5所示，分级燃烧煤粉燃烧器包括煤粉燃烧器外壳1、外层燃烧室2、外层燃烧室环形碰撞环3、中间燃烧室4、中间燃烧室斜坡扰动块5、内层燃烧室6、内层燃烧室斜坡扰动块7、外层燃烧室壁温测点8、内层燃烧室壁温测点9、煤粉燃烧器弯头22、弯头隔板23、耐磨材质件24；外层燃烧室2、中间燃烧室4、内层燃烧室6从煤粉燃烧器外壳1一端端口开始依次前后排布，外层燃烧室2、中间燃烧室4与内层燃烧室6之间同轴，分别通过支撑块安装于煤粉燃烧器外壳1内；能够使风粉气流在流动过程中产生流动梯度扰动，增加风粉气流的湍流度，从而能够使风粉气流更好的与微油火焰接触，稳定燃烧。外层燃烧室环形碰撞环3安装于外层燃烧室2的内壁靠近煤粉燃烧器外壳1端口一端，中间燃烧室斜坡扰动块5间隔地均匀分布于中间燃烧室4的内壁上，内层燃烧室斜坡扰动块7间隔地均匀分布于内层燃烧室6的内壁上，中间燃烧室斜坡扰动块5与内层燃烧室斜坡扰动块7为带有10度～45度倾角的楔形挡块；煤粉燃烧器弯头22两端分别与煤粉燃烧器外壳1另一端端口、一次风粉管道25端口连接；煤粉燃烧器弯头22内沿弧形弯道安装弯头隔板23，煤粉燃烧器弯头22内壁与弯头隔板23两面都安装有耐磨材质件24，能够防止一次风粉在流动过程中经过煤粉燃烧器弯头22时由于离心作用，造成煤粉浓度的不均匀，耐磨材质件24保证了煤粉燃烧器弯头22内壁与中间隔板23不被风粉气流冲刷，延长使用寿命。外层燃烧室壁温测点8位于外层燃烧室2上，内层燃烧室壁温测点9位于内层燃烧室6上。外层燃烧室壁温测点8、内层燃烧室壁温测点9能够分别实时监测外层燃烧室2和内层燃烧室6的壁温变化情况，通过壁温的变化来调整一次风粉的流动速度，从而防止燃烧室超温运行。耐磨材质件24的材料为为耐磨陶瓷、龟甲网、高铬合金或KN纳米合金。

如图3所示，压缩空气雾化微油枪组件包括微油枪11、高能点火器17、气动执行机构连接杆18、气动执行器19、微油火检装置20；微油枪助燃空气通道10插入煤粉燃烧器弯头22，端部伸入内层燃烧室6端口且从位于微油枪助燃空气通道10末端的微油枪助燃空气进口21获得空气，微油枪11与安装斜坡扰动块的分级燃烧煤粉燃烧器部分安装时采用同轴结构，微油枪助燃空气通道10与内层燃烧室6同轴；微油枪11包括外喷嘴12、中喷嘴13、油喷嘴14、微油枪连接管15、微油枪枪体16；外喷嘴12、中喷嘴13、油喷嘴14以同圆环方式由外到内套装布置，通过微油枪连接管15同微油枪枪体16连接；外喷嘴12、中喷嘴13、油喷嘴14、微油枪连接管15、高能点火器17均位于微油枪助燃空气通道10内；气动执行器19通过气动执行机构连接杆18与高能点火器17外壳连接，通过气动执行器19的行程运动使得高能点火器17进行前后移动，在需要点火时，高能点火器17最前端进入到微油枪11的油雾内，当点火完成后，高能点火器17后移到微油枪喷嘴后面，防止高能点火器17被烧坏；微油火检装置20与微油枪11平行安置，对微油枪11的着火状态进行判断，当微油枪11着火时，发出有火信号，当微油枪11无火时，发出灭火信号。燃油和雾化空气从微油枪枪体16和微油枪连接管道15进入到微油枪喷嘴，燃油从油喷嘴14喷出，压缩空气从中喷嘴13和外喷嘴12喷出，燃油被压缩空气雾化，雾化为超细油雾。压缩空气流量通过热式质量流量计或者金属管浮子流量计进行精准测量，燃油流量通过涡轮流量计或者质量流量计进行精准测量，对压缩空气和燃油也可以采用压力开关信号测量，压缩空气信号和燃油信号输送到控制系统，对微油枪11的燃烧运行提供保护，防止异常情况出现。

一次风粉管道25与煤粉燃烧器弯头22连接，煤粉流速与浓度监测装置26固定安装于一次风粉管道25上。煤粉流速与浓度监测装置26包括静电传感器27和信号处理模块28；煤粉流速与浓度监测装置26固定安装于一次风粉管道25上；煤粉流速与浓度监测装置26安装位置需保证一次风粉管道25进口直段长度大于5倍的一次风粉管道25直径，出口直段长度大于1倍的一次风粉管道25直径，煤粉流速与浓度监测装置26的感应测量部件为内环盘管式，环绕安装在一次风粉管道25上。

煤粉流速与浓度监测装置26设计为非接触式、全截面风粉测量的测量方式，以阵列式静电传感器27和空间滤波测量为主，静电传感器27完全包裹整个风粉径流，和风粉无摩擦碰撞，对风粉流动无任何干扰，通过煤粉自身携带的静电信息进行测量，信号处理模块28对静电传感器27测得的信息进行处理，获得并实时记录风粉的流动速度与浓度；同时煤粉流速与浓度监测装置26也可以采用超声波测量方式。当点火燃烧火焰出现异常时，能够通过数据测量来进行判断，从而再进行相关设备与装置的运行调整，达到稳定的点火燃烧状态。

本发明的工作原理：一次风粉管道25进口与锅炉或者窑炉现场的一次风粉管道进行连接，分级煤粉燃烧器喷口前端与炉墙连接，微油枪11的燃油与压缩空气通道通过微油枪枪体16与现场管道连接，连接完毕后，仔细检查燃油、压缩空气、信号线等接口，确保无误后系统安装完成。先打开压缩空气阀门，再打开燃油阀门，压力与流量信号正常后，气动执行器运动到位，高能点火器产生高能电火花，高能电火花点燃燃油油雾，然后高能点火器后退，形成温度在1800℃左右稳定的高温微油燃烧火焰，微油燃烧火焰稳定运行的同时，保证一次风粉管道25内的风粉气流满足点火状态，并通过煤粉流速与浓度监测装置26对一次风粉气流进行稳定监测，保证一次风粉气流的流速与浓度在点火范围内，如果风粉流速与浓度出现大的波动，及时通过调整装置进行调整，微油火检装置20能够保证判断微油枪喷出燃油是否被点燃，防止意外情况的发生。1800℃的高温微油燃烧火焰能够使粒径在10μm-200μm的煤粉颗粒受到加热发生爆裂，再造挥发份，所以这种高温火焰对于点燃煤粉具有良好的效果，微油燃烧火焰首先与煤粉燃烧器内层燃烧室6内的风粉混合物进行点燃作用，然后再与中间燃烧室4的风粉点燃作用，最后再与外层燃烧室2的风粉混合物进行点燃作用，达到分级燃烧的目的，减少煤粉点燃需要的能量。同时弯头隔板23能够有效的减少风粉气流经过弯头时因为离心作用产生的煤粉颗粒不均的现象，内层燃烧室斜坡扰动块7和中间燃烧室斜坡扰动块5以及外层燃烧室环形碰撞环3能够增加一次风粉气流的湍流度，增加与微油燃烧火焰的接触效果，形成稳定的点火燃烧状态，风粉气流再进入到炉膛内进行后续的燃烧。

目前以煤作为燃烧介质的行业，由于煤自身的燃烧特性，低温时煤粉无法直接点燃着火，必须首先将炉膛加热到一定的温度，然后再投入煤粉，在加热的过程中，要消耗大量的燃油或燃气，我国每年仅电站锅炉的冷态启动点火与低负荷稳燃就烧掉大约3000万吨的燃油，目前在液体燃料与气体燃料价格高涨的情况下，以每吨燃油价格6000.00元计算，折合人民币1800.00亿元，再加上其它的水泥、陶瓷、冶金等行业，因此每年的冷态启动点火与低负荷稳燃，所消耗液体燃料的费用是一个极大的数字，而应用这项技术，以微油枪燃烧火焰直接点燃煤粉放出的热量，来代替大油枪燃烧放出的热量，以煤代油，消耗微量燃油，所以应用这项技术在目前能源供给紧张的情况下，将对国家的燃油与燃气的安全供应提供强大的支持。

本发明未详细说明的内容为本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1.一种带有煤粉流速与浓度监测的微油点火与稳燃装置，其特征在于：包括分级燃烧煤粉燃烧器、压缩空气雾化微油枪组件、煤粉流速与浓度监测装置(26)、一次风粉管道(25)、微油枪助燃空气通道(10)；所述的分级燃烧煤粉燃烧器包括煤粉燃烧器外壳(1)、燃烧室、煤粉燃烧器弯头(22)，燃烧室安装在煤粉燃烧器外壳(1)内，靠近煤粉燃烧器外壳(1)一端端口；煤粉燃烧器弯头(22)两端分别与煤粉燃烧器外壳(1)另一端端口、一次风粉管道(25)连接；所述的压缩空气雾化微油枪组件包括微油枪(11)、高能点火器(17)、气动执行机构连接杆(18)、气动执行器(19)、微油火检装置(20)；微油枪助燃空气通道(10)插入分级燃烧煤粉燃烧器，端部伸入分级燃烧煤粉燃烧器的燃烧室端口内且从位于微油枪助燃空气通道(10)末端的微油枪助燃空气进口(21)获得空气，微油枪助燃空气通道(10)与分级燃烧煤粉燃烧器的燃烧室同轴；微油枪(11)、高能点火器(17)均位于微油枪助燃空气通道(10)内；气动执行器(19)通过气动执行机构连接杆(18)与高能点火器(17)外壳连接，通过气动执行器(19)的行程运动使得高能点火器(17)进行前后移动；微油火检装置(20)与微油枪(11)平行安置，对微油枪(11)的着火状态进行判断；煤粉流速与浓度监测装置(26)固定安装于一次风粉管道(25)上。

2.根据权利要求1所述的一种带有煤粉流速与浓度监测的微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述的分级燃烧煤粉燃烧器的燃烧室包括外层燃烧室(2)、外层燃烧室环形碰撞环(3)、中间燃烧室(4)、中间燃烧室斜坡扰动块(5)、内层燃烧室(6)、内层燃烧室斜坡扰动块(7)、外层燃烧室壁温测点(8)、内层燃烧室壁温测点(9)；外层燃烧室(2)、中间燃烧室(4)、内层燃烧室(6)从煤粉燃烧器外壳(1)一端端口开始依次前后排布，外层燃烧室(2)、中间燃烧室(4)与内层燃烧室(6)之间同轴，分别通过支撑块安装于煤粉燃烧器外壳(1)内；外层燃烧室环形碰撞环(3)安装于外层燃烧室(2)的内壁靠近煤粉燃烧器外壳(1)端口一端，中间燃烧室斜坡扰动块(5)间隔地均匀分布于中间燃烧室(4)的内壁上，内层燃烧室斜坡扰动块(7)间隔地均匀分布于内层燃烧室(6)的内壁上；外层燃烧室壁温测点(8)位于外层燃烧室(2)上，内层燃烧室壁温测点(9)位于内层燃烧室(6)上，外层燃烧室壁温测点(8)、内层燃烧室壁温测点(9)分别实时监测外层燃烧室(2)和内层燃烧室(6)的壁温变化。

3.根据权利要求1或2所述的一种带有煤粉流速与浓度监测的微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述煤粉燃烧器弯头(22)内沿弧形弯道安装弯头隔板(23)，煤粉燃烧器弯头(22)内壁与弯头隔板(23)两面都安装有耐磨材质件(24)。

4.根据权利要求2所述的一种带有煤粉流速与浓度监测的微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述中间燃烧室斜坡扰动块(5)或内层燃烧室斜坡扰动块(7)为带有10度～45度倾角的楔形挡块。

5.根据权利要求1或2所述的一种带有煤粉流速与浓度监测的微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述微油枪(11)包括外喷嘴(12)、中喷嘴(13)、油喷嘴(14)、微油枪连接管(15)、微油枪枪体(16)；外喷嘴(12)、中喷嘴(13)、油喷嘴(14)以同圆环方式由外到内套装布置，通过微油枪连接管(15)同微油枪枪体(16)连接；外喷嘴(12)、中喷嘴(13)、油喷嘴(14)、微油枪连接管(15)、高能点火器(17)均位于微油枪助燃空气通道(10)内。

6.根据权利要求1或2所述的一种带有煤粉流速与浓度监测的微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述煤粉流速与浓度监测装置(26)安装位置距一次风粉管道(25)进口的直段长度大于5倍的一次风粉管道(25)直径，距风粉管道(25)出口的直段长度大于1倍的一次风粉管道(25)直径；一次风粉管道(25)与煤粉燃烧器弯头(22)连接一端为一次风粉管道(25)出口，另一端为一次风粉管道(25)进口。

7.根据权利要求1或2所述的一种带有煤粉流速与浓度监测的微油点火与稳燃装置，其特征在于：所述煤粉流速与浓度监测装置(26)的感应测量部件为内环盘管式，环绕安装在一次风粉管道(25)上。

8.根据权利要求3所述的一种带有煤粉流速与浓度监测的等离子点火与稳燃装置，其特征在于：所述耐磨材质件(24)的材料为耐磨陶瓷、龟甲网、高铬合金或KN纳米合金。