CN108087871A - 一种煤粉燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤粉燃烧器，属于煤粉燃烧设备技术领域，其内部设有预燃室，还包括微波等离子点火组件、一次风组件和二次风组件，所述预燃室的内部设有相连通且平行的一级预燃室和二级预燃室，所述一次风组件包括一次风母管、煤粉浓缩器和风道隔板，本发明借助微波等离子点火组件产生高温等离子体，做为高温点火或助燃热源，强化了低负荷时燃烧的稳定性，特别适合于锅炉频繁启停负荷变化大的情况，对一次风进行浓淡分离，有助于燃烧稳定，降低了氮氧化物的生成量，提高了燃烧效率，同时，借助浓一次风环形通道和二次风通道，避免预燃室产生结焦现象，从而实现全负荷高效、低污染燃烧。

Description

一种煤粉燃烧器

技术领域

本发明属于煤粉燃烧设备技术领域，具体地说涉及一种煤粉燃烧器。

背景技术

相对于大容量的电站锅炉，燃煤工业锅炉具有燃煤流量小、炉膛容积小的特点，导致其燃烧器的稳燃情况、炉内热量流动及燃烧情况都较难控制，制约着燃煤工业锅炉全面推广应用。

近几年，市场上出现了几种燃煤工业锅炉用的燃烧器。其中，北京煤炭科学技术研究院有限公司借鉴Dr.schoppe燃烧器的燃烧组织原理设计了中心逆喷双锥燃烧器，相较于其他旋流式燃烧器，该燃烧器单独设立双锥形回流室(预燃室)，靠旋转的二次风流场形成回流区，靠一次风(煤粉空气混合物)中心逆喷强化高温烟气回流，有利地强化了煤粉气流在回流室内的气化着火和燃烧，有利于着火和燃烧，同时，也存在回流室壁面(特别是出口附近)结焦、喷粉管过热变形、氮氧化物排放浓度高等问题。上海市特种设备监督检验技术研究院设计出低流量煤粉稳燃燃烧器，利用内二次风旋流器的作用和一次风粉混合物通道出口设置的钝体，形成一个稳定的回流区，在回流区内充满由炉膛中心回流来的高温烟气，在回流区外侧与主流区之间的区域，形成可燃烧气粉混合物和热回流烟气湍流混合区。由于在边界上有较大的径向速度梯度，可燃混合物和高温烟气之间发生强烈的质量、动量和能量交换，可燃混合物不断被加热升温，达到着火温度开始着火，同时，火焰由内向外传播，将热量传给回流的烟气，使烟气将热能带往上游，再把热量传给新的可燃混合物，在预燃室内形成稳定燃烧。虽然该设计充满度较好，也形成了易于煤粉气流着火燃烧的流场和温度环境，但是，高温烟气过早与二次风混合，火焰过于靠近预燃室壁面，存在壁面结渣烧坏的问题。

同时，在电站锅炉燃烧器领域，为了降低点火用油的成本，各有关单位相继开发了新的煤粉锅炉点火技术，如等离子体点火技术、微油点火技术、富氧点火技术等。常规的等离子点火技术是利用直流电流(280-350A)在介质气压0.01-0.03MPa的条件下接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体。与传统的燃油相比具有经济、环保、高效、简单安全的特点，是目前燃油系统改造的替代产品。然而，运用等离子体电弧点燃煤粉的燃烧器一般采用等离子体发生器轴向插入方式，一次风管内设置多级导筒，煤粉被逐级分配，进入一级导筒内的煤粉被等离子火焰点燃后，再点燃进入二级导筒内的煤粉，并以此类推，剩余的导筒内的煤粉依次被点燃。一般导筒共分三级在每级导筒及一次风管内设置浓淡导流环，使得浓相煤粉进入中心区域，便于煤粉的点燃。这种燃烧器一般都对原有燃烧器的改动较大，使燃烧器内部的流场、温度分布、喷口处的燃烧区域均发生变化，浓相的煤粉沿燃烧器的中心线分布，不仅影响燃烧器的性能，促使燃烧器无法恢复原有的煤粉浓淡分离状态，而且破坏了燃烧器喷口处进入炉膛处的温度分布。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种煤粉燃烧器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤粉燃烧器，其内部设有预燃室，还包括微波等离子点火组件、一次风组件和二次风组件，所述预燃室的内部设有相连通且平行的一级预燃室和二级预燃室，所述一级预燃室位于二级预燃室的进口端，所述二级预燃室的出口端与锅炉炉膛连通，所述微波等离子点火组件、一次风组件位于一级预燃室的进口端，且微波等离子点火组件与一级预燃室的中心轴线重合，所述二次风组件套设在预燃室的外围；

所述一次风组件包括一次风母管、煤粉浓缩器和风道隔板，所述一次风母管包括相垂直且连通的垂直风管和水平风管，所述煤粉浓缩器和风道隔板位于垂直风管内部，所述一级预燃室位于水平风管内部，所述风道隔板沿着垂直方向设置并与一级预燃室的外壁相接，且其将垂直风管分隔为浓一次风道和淡一次风道，所述浓一次风道与一级预燃室的进口端连通，所述淡一次风道与二级预燃室的进口端连通，所述浓一次风道的管径小于淡一次风道的管径。

进一步，所述一级预燃室和二级预燃室均设为圆筒结构，且两者的外壁材料均为不锈钢板。

进一步，所述二级预燃室的进口端正对水平风管设置，且两者的直径相同，所述一级预燃室的外壁与水平风管的外壁之间留有与淡一次风道连通的淡一次风环形通道。

进一步，所述风道隔板与一级预燃室的外壁相接处设有倾斜隔板，所述垂直风管和水平风管相接处设有锥形体，所述锥形体的锥面与倾斜隔板平行，且两者之间留有与浓一次风道连通的浓一次风环形通道。

进一步，所述淡一次风环形通道与二级预燃室的进口端连通，所述浓一次风环形通道与一级预燃室的进口端连通。

进一步，所述倾斜隔板与水平面的夹角为30°-40°。

进一步，所述二次风组件包括二次风进口、风箱和旋流器，所述风箱套设在预燃室的外围，所述二次风进口、旋流器分别位于风箱的两端，且旋流器位于预燃室的进口端。

进一步，所述二级预燃室的外壁与预燃室的外壁之间留有与旋流器连通的二次风通道，所述二次风通道的出口端与锅炉炉膛连通。

进一步，所述微波等离子点火组件包括微波等离子体发生器和微波发生器，所述微波等离子体发生器的等离子喷口与一级预燃室的进口端连通，且两者正对设置，所述微波发生器通过微波耦合管与微波等离子体发生器连接。

本发明的有益效果是：

借助微波等离子点火组件产生高温等离子体，做为高温点火或助燃热源，强化了低负荷时燃烧的稳定性，特别适合于锅炉频繁启停负荷变化大的情况，对一次风进行浓淡分离，有助于燃烧稳定，降低了氮氧化物的生成量，提高了燃烧效率，同时，借助浓一次风环形通道和二次风通道，避免预燃室产生结焦现象，从而实现全负荷高效、低污染燃烧。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是一次风组件结构示意图。

附图中：1-预燃室、2-一级预燃室、3-二级预燃室、4-一次风母管、401-垂直风管、402-水平风管、5-一次风、6-二次风、7-二次风进口、8-风箱、9-旋流器、10-微波等离子体发生器、11-微波发生器、12-煤粉浓缩器、13-风道隔板、14-浓一次风道、15-淡一次风道、16-倾斜隔板、17-浓一次风环形通道、18-淡一次风环形通道、19-二次风通道、20-锥形体。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

实施例一：

如图1-2所示，一种煤粉燃烧器，其内部设有预燃室1，还包括微波等离子点火组件、一次风组件和二次风组件。其中，所述预燃室1的内部设有相连通且平行的一级预燃室2和二级预燃室3，所述一级预燃室2位于二级预燃室3的进口端，而二级预燃室3的出口端与锅炉炉膛连通。

所述微波等离子点火组件位于一级预燃室2的进口端，且微波等离子点火组件与一级预燃室2的中心轴线重合，所述微波等离子点火组件包括微波等离子体发生器10和微波发生器11，所述微波等离子体发生器10的等离子喷口与一级预燃室2的进口端连通，且两者正对设置，所述微波发生器11通过微波耦合管与微波等离子体发生器10连接。也就是说，微波等离子体发生器10把微波发生器11产生的微波转变成等离子体，起到煤粉点火和助燃的作用。同时，微波等离子体发生器10、一级预燃室2、二级预燃室3串联连接，起到热量放大作用，利用少量电能点燃较多的煤粉，使煤粉进入锅炉炉膛前已基本气化，有利于未燃尽煤粉和气体可燃物在锅炉炉膛的继续燃烧和燃尽。

所述一次风组件位于一级预燃室2的进口端，其包括一次风母管4、煤粉浓缩器12和风道隔板13。所述一次风母管4包括相垂直且连通的垂直风管401和水平风管402，所述煤粉浓缩器12和风道隔板13位于垂直风管401内部，所述一级预燃室2位于水平风管402内部。煤粉浓缩器12将一次风5(煤粉空气混合物)分离成浓、淡两股，即浓一次风和淡一次风，同时，所述风道隔板13沿着垂直方向设置并与一级预燃室2的外壁相接，且其将垂直风管401分隔为浓一次风道14和淡一次风道15，分别用于导流浓一次风和淡一次风。所述浓一次风道14与一级预燃室2的进口端连通，所述淡一次风道15与二级预燃室3的进口端连通，且浓一次风道14的管径小于淡一次风道15的管径，也就是说，少量浓一次风进入一级预燃室2，可以利用较小能量的等离子体火焰(约4000℃)快速加热分解浓一次风中的煤粉，形成高温燃气(温度为1100-1200℃)，随后高温燃气进入二级预燃室3，与淡一次风相遇，在高温燃气加热及燃烧放热的作用下，淡一次风中的煤粉被燃烧气化。

所述一级预燃室2和二级预燃室3均设为圆筒结构，且两者的外壁材料均为不锈钢板，内衬耐热材料。所述二级预燃室3的进口端正对水平风管402设置，且两者的直径相同，所述一级预燃室2的外壁与水平风管402的外壁之间留有与淡一次风道15连通的淡一次风环形通道18，且淡一次风环形通道18与二级预燃室3的进口端连通，也就是说，淡一次风呈环形进入二级预燃室3，避免产生结焦现象。同时，所述风道隔板13与一级预燃室2的外壁相接处设有倾斜隔板16，本实施例中，所述风道隔板13与倾斜隔板16一体成型。所述垂直风管401和水平风管402相接处设有锥形体20，所述锥形体20的锥面与倾斜隔板16平行，且两者之间留有与浓一次风道14连通的浓一次风环形通道17，且浓一次风环形通道17与一级预燃室2的进口端连通，也就是说，浓一次风呈环形进入一级预燃室2，等离子体火焰被浓一次风环绕，为强化浓一次风与等离子体火焰的混合加热，所述倾斜隔板16与水平面的夹角为30°-40°，使浓一次风按一定角度喷入等离子体火焰中。

所述二次风组件套设在预燃室1的外围，其包括二次风进口7、风箱8和旋流器9，所述风箱8套设在预燃室1的外围，所述二次风进口7、旋流器9分别位于风箱8的两端，且旋流器9位于预燃室1的进口端，也就是说，二次风6进入后，向燃烧器的进口端反向流动。所述二级预燃室3的外壁与预燃室1的外壁之间留有与旋流器9连通的二次风通道19，所述二次风通道19的出口端与锅炉炉膛连通，即离开二级预燃室3的高温燃气(温度为800-900℃)在锅炉炉膛内与二次风相遇，形成旋流燃烧流场，有助于燃烧稳定和燃尽，同时，一级预燃室2和二级预燃室3内部是强还原性气氛，有利于抑制氮氧化物的产生。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (9)

1.一种煤粉燃烧器，其内部设有预燃室，其特征在于，还包括微波等离子点火组件、一次风组件和二次风组件，所述预燃室的内部设有相连通且平行的一级预燃室和二级预燃室，所述一级预燃室位于二级预燃室的进口端，所述二级预燃室的出口端与锅炉炉膛连通，所述微波等离子点火组件、一次风组件位于一级预燃室的进口端，且微波等离子点火组件与一级预燃室的中心轴线重合，所述二次风组件套设在预燃室的外围；

所述一次风组件包括一次风母管、煤粉浓缩器和风道隔板，所述一次风母管包括相垂直且连通的垂直风管和水平风管，所述煤粉浓缩器和风道隔板位于垂直风管内部，所述一级预燃室位于水平风管内部，所述风道隔板沿着垂直方向设置并与一级预燃室的外壁相接，且其将垂直风管分隔为浓一次风道和淡一次风道，所述浓一次风道与一级预燃室的进口端连通，所述淡一次风道与二级预燃室的进口端连通，所述浓一次风道的管径小于淡一次风道的管径。

2.根据权利要求1所述的一种煤粉燃烧器，其特征在于，所述一级预燃室和二级预燃室均设为圆筒结构，且两者的外壁材料均为不锈钢板。

3.根据权利要求2所述的一种煤粉燃烧器，其特征在于，所述二级预燃室的进口端正对水平风管设置，且两者的直径相同，所述一级预燃室的外壁与水平风管的外壁之间留有与淡一次风道连通的淡一次风环形通道。

4.根据权利要求3所述的一种煤粉燃烧器，其特征在于，所述风道隔板与一级预燃室的外壁相接处设有倾斜隔板，所述垂直风管和水平风管相接处设有锥形体，所述锥形体的锥面与倾斜隔板平行，且两者之间留有与浓一次风道连通的浓一次风环形通道。

5.根据权利要求4所述的一种煤粉燃烧器，其特征在于，所述淡一次风环形通道与二级预燃室的进口端连通，所述浓一次风环形通道与一级预燃室的进口端连通。

6.根据权利要求4所述的一种煤粉燃烧器，其特征在于，所述倾斜隔板与水平面的夹角为30°-40°。

7.根据权利要求2-6任一所述的一种煤粉燃烧器，其特征在于，所述二次风组件包括二次风进口、风箱和旋流器，所述风箱套设在预燃室的外围，所述二次风进口、旋流器分别位于风箱的两端，且旋流器位于预燃室的进口端。

8.根据权利要求7所述的一种煤粉燃烧器，其特征在于，所述二级预燃室的外壁与预燃室的外壁之间留有与旋流器连通的二次风通道，所述二次风通道的出口端与锅炉炉膛连通。

9.根据权利要求7所述的一种煤粉燃烧器，其特征在于，所述微波等离子点火组件包括微波等离子体发生器和微波发生器，所述微波等离子体发生器的等离子喷口与一级预燃室的进口端连通，且两者正对设置，所述微波发生器通过微波耦合管与微波等离子体发生器连接。