CN107620978A - 一种大型煤粉锅炉的点火系统 - Google Patents

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施政
魏恺宁
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施政
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Abstract

本发明提供一种煤粉点火系统,应用于改造现有的大型煤粉锅炉的点火系统,在现有的一次风管内部或者出口附近实现将煤粉点火稳燃。点火系统包括:点火风管,插入所述一次风管并沿着所述一次风管的中轴线延伸,其直径远小于所述一次风管的直径;煤粉给料机,连接到所述点火风管的入口,在锅炉点火或者燃烧时向所述点火风管内注入煤粉;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点火风和煤粉混合物的流动方向;火焰发生装置。上述系统取代现有的锅炉点火技术,既可减少一次投资,还能降低锅炉启动及低负荷稳燃成本。

Description

一种大型煤粉锅炉的点火系统
技术领域
[0001 ]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
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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
[0006] 本发明提供一种点火系统,应用于改造现有的大型煤粉锅炉的点火系统,在现有 的一次风管内部或者出口附近实现煤粉点火稳燃。
[0007] 其原理是: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。本发明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。在上述两方面的综合作用下,煤粉被充分点燃,从而实现自主稳燃。
[0008] 点火系统包括:点火风管,插入一次风管并沿着所述一次风管的中轴线延伸,其直 径远小于所述一次风管的直径;煤粉给料机,连接到所述点火风管的入口,在锅炉点火或者 燃烧时向所述点火风管内注入煤粉;反射装置,连接到所述点火风管的出口,能够反转通过 所述点火风管进入的点火风和煤粉混合物的流动方向;火焰发生装置。
[0009] 其中,当需要锅炉点火时,所述一次风管中的一次风被启动,接着所述点火风管中 的点火风被启动,接着所述火焰发生装置被启动,接着向所述点火风管中投入煤粉,所述点 火风和煤粉混合物经过反射装置的作用下折返,形成与一次风方向相反的煤粉射流,所述 煤粉射流与一次风相互作用形成湍流区域,处于所述湍流区域的煤粉被火焰发生装置迅速 点燃。
[0010] 接着在来自所述点火风管的煤粉点燃后,切断所述火焰发生装置。
[0011] 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。
[0012] 优选地,切断与所述一次风管和煤粉给料机的连接,阻止煤粉被注入所述一次风 管。
[0013] 优选地,所述点火风管的出口伸入所述锅炉炉膛内部。
[0014] 优选地,还包括一个替代一段一次风管的预燃室,所述预燃室的直径大于所述一 次风管的直径。优选地,所述点火风管的出口位于所述预燃室内部。
[0015] 优选地,还包括在所述一次风管和所述点火风管之间安装旋流叶片,用于给一次 风施加旋流。
[0016] 优选地,在点火风管插入之前,将现有的点火装置从所述一次风管移除。
[0017] 优选地,还包括一个电动阀门,在锅炉点火和燃烧时,分配所述煤粉进入所述点火 风管和所述一次风管之间的比例。
[0018] 优选地,在所述一次风管的出口的内侧、所述点火风管的外侧,安装一段散风管, 沿着一次风的流动方向所述散风管的内径逐渐增加。优选地,在所述一次风管和所述点火 风管之间、所述散风管的内外两侧,安装旋流叶片。
[0019] 优选地,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。
[0020] 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输入所述炉膛。
[0021] 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,煤粉可以在很短的时间,例如可以在火焰发生装置发生火焰、并且煤粉进入点火风 管后的几十秒内,点燃并且稳燃,大大减少燃油或电力消耗;使用煤种范围广,几乎适用所 有品质的动力煤;系统简单,一次性设备投资小;无易损易耗件,使用维护成本低;改造施工 工程量小,方便已建电厂的技术升级。
附图说明
[0022]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。
[0023]图1是根据本发明实施例,说明传统电站锅炉的剖视图。
[0024]图2是根据本发明实施例,说明改进的一次风管的剖视图。
[0025]图3为点火风管出口伸入炉膛内部一定距离的示意图。
[0026]图4为在一次风管管壁上开若干窗口的示意图。
[0027]图5是根据本发明实施例,说明操作过程中改进的一次风管的剖视图。
[0028]图6为用一个预燃室替换一段一次风管的示意图。
[0029]图7为用两个45度的弯头将一次风管平移一段距离的示意图。
[0030]图8为煤粉给料机下方加装电动阀门的示意图。
[0031] 图9为在一次风管的出口安装一个散风管的示意图。
[0032] 图10为将点火风管退出一次风管的示意图。
[0033] 图11为将洁净的一次风绕过文丘里引入点火风管作为冷却风的示意图。
具体实施方式
[0034] 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。
[0035] 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13与炉膛连接,煤粉燃烧器上下分别布置有二次风管 14,炉膛顶部布置有三次风管15,炉膛底部和中间二次风管14内布置有点火油枪,一次风管 5的入口端与煤粉给料机7连接。
[0036] 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13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7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。
[0037] 如图2所示,本发明提供一种点火系统,包括:点火风管4,插入与炉膛墙壁1连接的 一次风管5,沿着一次风管5的中轴线延伸,其直径远小于一次风管5的直径;煤粉给料机7, 连接到点火风管4的入口,在锅炉点火或者燃烧时向所述点火风管4内注入煤粉;反射装置 2,可以是钝体、弯头或特殊角度的开孔,连接到点火风管4的出口,能够反转通过点火风管4 进入的点火风和煤粉混合物的流动方向;火焰发生装置3。在点火风管插入之前,可将现有 的点火装置从所述一次风管移除。
[0038]反射装置2可以是反射帽,和点火风管4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2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。
[0039]其中,启动火焰发生装置3,在一次风管5内形成点火火焰,煤粉通过煤粉给料机7 进入电动阀门6,经过电动阀门6的分配,以一定比例进入点火风管4,被点火风输送到反射 装置2处,在反射装置2的作用下折返,形成与一次风方向相反的煤粉射流,煤粉射流穿过点 火火焰被点燃,然后在一次风的作用下再次折返并形成煤粉火焰,煤粉火焰即可替代点火 火焰,实现自主稳燃。在锅炉点火或者燃烧时,也可以通过电动阀门6将煤粉给料机7与一次 风管5的连接切断,阻止煤粉被注入一次风管5。
[0040]如图3所示,因为一次风管5截面相对较小,火焰在其中速度较高,为延长煤粉在火 焰中的停留时间,强化煤粉的燃烧,可以将点火风管4出口伸入炉膛内部一定距离。由于火 焰离开一次风管5后没有了束缚,火焰内部压力降低,煤粉可以在火焰中心运行更长的距 离,从而提高火焰的稳定性。
[0041]如图4所示,如果反射帽置于一次风管内部,煤粉在一次风管5内燃烧时有可能会 在一次风管5内壁产生结焦,所以在一次风管5管壁上开若干窗口 8,引入冷空气将火焰和一 次风管5内壁隔离开,从而起到保护一次风管5的作用。
[0042]图5是根据本发明实施例,说明操作过程中改进的一次风管5的剖视图。
[0043] 一个或多个一次风管被改进,当需要锅炉点火时,过程如下。首先,高速流动的一 次风P通过风机输送进一次风管5;随后或者同时,点火风0°也被传递进点火风管4,被反射 装置2反转后,点火风〇Q进入一次风管5,其方向与一次风方向明显相反,引起一个稳定的湍 流区域T。位于一次风管5内部和炉膛墙壁1外面的火焰发生装置3启动,煤粉P°流从煤粉给 料机7传递进入点火风管4,从而进入稳定的湍流区域T,进入炉膛之前在湍流区域T中燃烧。 最后,一旦煤粉被点燃,并完成稳定燃烧,火焰发生装置3被切断。
[0044]如图6所示,可以用一个预燃室9替换一段一次风管。预燃室9的直径大于所述一次 风管的直径。在预燃室9内可以形成更集中的火焰和更强烈的回流,煤粉在预燃室9中的稳 燃性能更高。点火风管的出口位于预燃室9内部。
[0045]如图7所示,可以用两个45度的弯头10将一次风管5平移一段距离,这样点火风管4 不需要在一次风管5内部转弯就可以穿过一次风管5管壁,减少遮挡一次风管5的流通面积。 [0046]如图8所示,可以在煤粉给料机7下方加装Y型三通,三通下方分别连接点火风管4 和一次风管5,三通内部通过挡板调整落料方向,挡板连接电动阀门6,可以远程控制调整煤 粉进入点火风管4和一次风管5的比例。
[0047]如图9所示,在一次风管5的出□的内侧、点火风管4的外侧,安装散风管11,将一次 风分为两部分,散风管11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11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。
[0048]如图10所示,可以将点火风管4与电动执行器12连接。锅炉启动完成进入常规燃烧 状态后,如需点火风管4停止供粉,可启动电动执行器12,将点火风管4退出一次风管,这样 就不需要额外的冷却,也减少对原燃烧系统的影响。
[0049]如图11所示,锅炉启动完成进入常规燃烧状态后,如需点火风管停止供粉,但点火 风管仍将始终处于火焰中,需要一直通风冷却。因为文丘里结构会产生很大的阻力,而且罗 茨风机运转要消耗很多电量,所以考虑将洁净的一次风16绕过文丘里引入点火风管作为冷 却风。
[0050]在本发明的另一个实施例中,通过在一次风管和点火风管之间安装旋流叶片对一 次风管进行改进,以便给一次风施加旋流力。旋流叶片引起的旋流力给现有的更大湍流区 域T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T停留了更长时 间,在离开改进的一次风管之前,煤粉燃烧比例提高。
[0051 ]在本发明的另一个实施例中,在散风管11的内外加装所述旋流叶片,进一步促进 了更稳定的火焰。
[0052]本发明点火系统的运行方法,包括: 启动所述一次风管中的所述一次风; 启动所述点火风管中的所述点火风; 启动所述火焰发生装置,产生点火火焰; 向所述点火风管中投入煤粉; 来自所述点火风管的煤粉点燃后,切断所述火焰发生装置。
[0053]综上,该发明使用小风量点火风浓相送粉,煤粉射流先逆向再正向两次穿过火焰, 极大的提高了煤粉火焰稳燃能力,充分利用煤粉自身燃烧产生的热量,无需消耗额外的燃 油或电力,是一种低投入、低运行成不、低维炉成本,安全稳定的新型点火方式。
[0054]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 (13)

1. 一种点火系统,应用于改造现有的大型煤粉锅炉的点火系统,在现有的一次风管内 部或者出口附近实现煤粉点火稳燃,其特征在于,包括: 一 点火风管,插入现有的一次风管,沿着所述一次风管的中轴线延伸,其直径远小于所述 一次风管的直径; v 、 煤粉给料机,连接到所述点火风管的入口,在锅炉点火和燃烧时向所述点火风管内注 入煤粉; 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的点火风和 煤粉混合物的流动方向; 火焰发生装置; 其中,在锅炉点火时,所述点火风和煤粉混合物经过所述反射装置的作用下折返,形成 与一次风方向相反的煤粉射流,所述煤粉射流与一次风相互作用形成湍流区域,处于所述 湍流区域的煤粉被火焰发生装置迅速点燃。
2. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,切断与所述一次风管和煤粉给料机的连 接,阻止煤粉被注入所述一次风管。
3. 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
4. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括一个替代一段所述一次风管的预燃 室,所述预燃室的直径大于所述一次风管的直径。
5. 根据权利要求4所述的系统,其特征在于,所述点火风管的出口位于所述预燃室内 部。
6. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括在所述一次风管和所述点火风管之 间安装旋流叶片,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,在点火风管插入所述一次风管之前,将现 有的点火装置从所述一次风管内或附近移除。
8. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括一个电动阀门,在锅炉点火和燃烧 时,分配所述煤粉进入所述点火风管和所述一次风管之间的比例。
9. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,在所述一次风管的出口的内侧、所述点火 风管的外侧,安装一段散风管,沿着一次风的流动方向所述散风管的内径逐渐增加。
10.根据权利要求9所述的系统,其特征在于,在所述一次风管和所述点火风管之间、所 述散风管的内外两侧,安装旋流叶片。
11. 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。
12. 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输入所 述炉膛。
13.根据权利要求1所述的点火系统的运行方法,应用于改造现有的大型煤粉锅炉的点 火系统,在现有的一次风管内部或者出口附近实现煤粉点火稳燃,其特征在于,包括: 启动所述一次风管中的所述一次风; 启动所述点火风管中的所述点火风; 启动所述火焰发生装置,产生点火火焰; 向所述点火风管中投入煤粉; 来自所述点火风管的煤粉点燃后,切断所述火焰发生装置。
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