CN108800108A - 一种煤粉燃烧系统 - Google Patents

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，其中浓相风煤混合物被导入点火风管；一个点火风管，沿一次风管的轴线布置，其直径小于所述一次风管的直径；一个第一反射装置，连接到所述点火风管的出口，能够对通过点火风管进入炉膛的风和煤粉混合物的流动方向实现第一次反转；一个第二反射装置，位于所述第一反射装置与煤粉浓淡分离装置之间，能够对一部分实现第一次反转之后的煤粉的流动方向实现第二次反转；一个火焰发生装置。本发明可以有效减小锅炉的煤粉在火焰中回流的阻力，增加煤粉回流距离，延长煤粉在火焰中的停留时间，延迟煤粉火焰与助燃风的混合，提升煤粉点火和稳燃的性能。

Description

一种煤粉燃烧系统

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。

之前已公开的专利申请CN 106352331所公布的技术方案为：将携带煤粉的一次风分离成浓淡两相，浓相一次风通过特殊的反射装置发生折返，然后与淡相一次风相互作用，形成湍流区域，煤粉在湍流区域内可以停留较长的时间，从而得到充分的预热和点燃。

然而这种技术也存在一些局限性：对于电站锅炉常用的四角切圆燃烧方式，其采用的直流燃烧器要求一次风的风速比较高，而且浓相一次风折返后会以一定的角度扩散，扩散后的浓相一次风风速降低、能量分散，在高速的淡相一次风作用下，会部分被吹散，虽然可以形成稳定的湍流区域和稳定火焰，但是仍有进一步改进的空间。

而且目前电站锅炉普遍存在煤质较差、热值偏低的情况，煤粉点燃、燃尽困难，这就需要形成更大的湍流区域，使煤粉在火焰中停留更长的时间才能形成更稳定的火焰。

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。

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第一反射装置使煤粉在火焰中反向运动，反向运动的煤粉在经过第二反射装置后，其运动方向再次发生反转，并与一次风混合进入炉膛，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、之后经过所述第一反射装置的作用下折返从而回流；浓相风煤混合物在回流过程中，在第二反射装置的作用下，其流动方向实现第二次反转；淡相风煤混合物在所述点火风管外流动，遭遇浓相风煤混合物（这里所指的浓相风煤混合物，包括发生第二次反转的以及没发生第二次反转的浓相风煤混合物），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，沿一次风管的轴线布置，其直径小于所述一次风管的直径；第一反射装置，连接到所述点火风管的出口，能够对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实现第一次反转；第二反射装置，位于所述第一反射装置和所述煤粉浓淡分离装置之间，能够对一部分实现第一次反转之后的煤粉的流动方向实现第二次反转；一个火焰发生装置。

本发明可以有效减小锅炉的煤粉在火焰中回流的阻力，增加回流距离，延长停留时间，并可延迟煤粉火焰与助燃风的混合，提升煤粉点火和稳燃的性能。

优选地，在锅炉点火后，浓相风煤混合物在所述第一反射装置的作用下折返从而回流、进入煤粉火焰，部分浓相风煤混合物再经过第二反射装置再次折返，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，所述第二反射装置是一个环形锥体，其直径沿着一次风方向逐渐扩大，所述环形锥体一端和所述点火风管外壁连接，所述环形锥体另一端与所述一次风管内壁形成一个环形间隙。所述第二反射装置能够对一部分实现第一次反转之后的煤粉的流动方向实现第二次反转，淡相风粉混合物经过所述环形间隙后与浓相风粉混合物遭遇，形成湍流区域。实验表明，这种通过反射装置产生流动方向的反转，对比直接与淡相风粉混合物对冲产生反转，可以使浓相风粉混合物在火焰中回流更长的距离，增加煤粉在火焰中的停留时间，更有利于稳定燃烧。

需要指明的是，以上所述的第二反射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，有很多其它反射装置和方式可以采用，都属于本发明的范围之内。

优选地，所述第二反射装置上设有一个或者多个环状缝隙，淡相风粉混合物可以通过所述环形缝隙进入所述第二反射装置，为燃烧补充氧气，并防止所述第二反射装置内有煤粉沉积。

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，所产生的浓相风煤混合物导入所述点火风管。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，所述第一反射装置是反射帽，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，之后经过第一反射装置的作用下折返从而回流；

浓相风煤混合物在回流过程中，部分浓相风煤混合物在第二反射装置的作用下，其流动方向实现第二次反转；

淡相风煤混合物在所述点火风管外流动，通过所述第二反射装置与一次风管内壁之间的间隙后，遭遇浓相风煤混合物（这里的浓相风煤混合物，包括发生第二次反转的和没发生第二次反转的），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的轴线布置，其直径小于所述一次风管的直径；所述第一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；所述第二反射装置位于所述第一反射装置和所述煤粉浓淡分离装置之间，能够对一部分实现第一次反转之后的煤粉的流动方向实现第二次反转。

与已公开的专利申请CN106352331中采用的技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过第二反射装置将淡相风煤混合物向一次风管内壁方向引导，避免折返后的浓相风煤混合物与淡相风煤混合物产生直接对冲，可以有效减小煤粉在火焰中回流的阻力，增加煤粉回流距离，延长煤粉在火焰中的停留时间，延迟煤粉火焰与助燃风的混合，提升煤粉点火和稳燃的性能。

相比于本专利，现有技术（专利申请CN 106352331）采用浓淡分离的方式，将浓相一次风煤混合物通过特殊的反射装置折返，直接与淡相一次风对冲形成湍流区域。与本专利相比，采用现有技术所形成的湍流区域相对来说较小，煤粉在湍流区域内停留时间更短，预热和点燃不够充分，特别在煤粉热值较低的情况下，火焰不够稳定，更容易发生脱火现象。

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，说明安装第二反射装置的一次风管的示意图。

图3是根据本发明实施例，说明第二反射装置上设有一条环形缝隙的示意图。

图4是根据本发明实施例，说明第二反射装置上设有两条环形缝隙的示意图。

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，所述第二反射装置是一个环形锥体。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的轴线相垂直的方向布置；第一反射装置8，第一反射装置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进入炉膛的风和煤粉混合物的流动方向；第二反射装置10，在第一反射装置8与环状钝体7之间布置，能够对一部分实现第一次反转之后的煤粉的流动方向实现第二次反转；一个火焰发生装置9。

环状钝体7沿一次风管5的切面呈三角形，便于浓相风煤混合物被导入沿一次风管5中心轴线布置的点火风管6，而淡相风煤混合物在点火风管6与一次风管5的间隙流动。实验表明，这种钝体分布方式可以很好地实现浓淡分离：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5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5连接，所产生的浓相风煤混合物导入所述点火风管6。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。

第二反射装置10是一个环形锥体，其截面直径沿着一次风方向逐渐扩大。第二反射装置10位于第一反射装置8与环状钝体7之间，所述环形椎体一端和点火风管6外壁连接，所述环形椎体另一端与一次风管5内壁形成一个环形间隙。浓相风煤混合物在第一反射装置8的作用下折返从而回流，第二反射装置10能够对一部分实现第一次反转之后的煤粉的流动方向实现第二次反转，淡相风粉混合物经过所述环形间隙后与浓相风粉混合物遭遇，形成湍流区域。实验表明，这种通过反射装置产生流动方向的反转，对比直接与淡相风粉混合物对冲产生反转，可以使浓相风粉混合物在火焰中回流更长的距离，增加煤粉在火焰中的停留时间，更有利于稳定燃烧。

如图3所示，所述第二反射装置10上设有一条环形缝隙，淡相风粉混合物可以通过所述环形缝隙进入所述第二反射装置，为燃烧补充氧气，并防止所述第二反射装置内有煤粉沉积。

如图4所示，所述第二反射装置10上设有两条环形缝隙，当燃料为高挥发分和高热值的煤种时，进一步为燃烧补充氧气。

需要指明的是，以上所述的第二反射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，有很多其它第二反射装置和方式可以采用，以减少回流的浓相一次风的回流阻力、从而增加煤粉的回流距离为目的，都属于本发明的范围之内。

在本发明的另一实施例中，第一反射装置8可以是反射帽，反射帽8与点火风管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，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；

步骤三，浓相风煤混合物进入点火风管的入口，之后经过第一反射装置的作用下折返从而回流；

步骤四，浓相风煤混合物在回流过程中，部分浓相风煤混合物在第二反射装置的作用下，其流动方向实现第二次反转；

步骤四，淡相风煤混合物在所述点火风管外流动，遭遇浓相风煤混合物（这里所指的浓相风煤混合物，包括发生第二次反转的以及没发生第二次反转的浓相风煤混合物），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的轴线布置，其直径小于所述一次风管的直径；所述第一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；所述第二反射装置位于所述第一反射装置与所述煤粉浓淡分离装置之间，能够对一部分实现第一次反转之后的煤粉的流动方向实现第二次反转。

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第一反射装置的作用下折返从而回流、进入煤粉火焰，部分浓相风煤混合物再经过第二反射装置再次折返，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：本发明通过第二反射装置将淡相风煤混合物向一次风管内壁方向引导，避免折返后的浓相风煤混合物与淡相风煤混合物产生直接对冲，可以有效减小煤粉在火焰中回流的阻力，增加煤粉回流距离，延长煤粉在火焰中的停留时间，延迟煤粉火焰与助燃风的混合，提升煤粉点火和稳燃的性能。

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 (8)

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，沿一次风管的轴线布置，其直径小于所述一次风管的直径；

第一反射装置，连接到所述点火风管的出口，能够对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实现第一次反转；

第二反射装置，在所述第一反射装置与所述煤粉浓淡分离装置之间布置，能够对一部分实现第一次反转之后的煤粉的流动方向实现第二次反转；

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，之后经过所述第一反射装置的作用下折返从而回流；浓相风煤混合物在回流过程中，在第二反射装置的作用下，其流动方向实现第二次反转；淡相风煤混合物在所述点火风管外流动，遭遇浓相风煤混合物，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，浓相风煤混合物在所述第一反射装置的作用下折返从而回流、进入煤粉火焰，部分浓相风煤混合物再经过所述第二反射装置再次折返，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，所产生的浓相风煤混合物导入所述点火风管。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一反射装置是反射帽，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。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二反射装置是一个环形锥体，其直径沿着一次风方向逐渐扩大，所述环形锥体一端与所述点火风管外壁连接，所述环形锥体另一端与所述一次风管内壁形成一个环形间隙，所述第二反射装置能够对一部分实现第一次反转之后的煤粉的流动方向实现第二次反转，淡相风粉混合物经过所述环形间隙后与浓相风粉混合物遭遇，形成湍流区域。

7.根据权利要求6所述的第二反射装置，其特征在于，所述第二反射装置的环形锥体上设有一个或者多个环形缝隙，淡相风粉混合物可以通过所述环形缝隙进入所述第二反射装置，为燃烧补充氧气，并防止所述第二反射装置内有煤粉沉积。

8.一种煤粉燃烧方法，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，之后经过第一反射装置的作用下折返从而回流；

浓相风煤混合物在回流过程中，部分浓相风煤混合物在第二反射装置的作用下，其流动方向实现第二次反转；

淡相风煤混合物在所述点火风管外流动，遭遇浓相风煤混合物，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的轴线布置，其直径小于所述一次风管的直径；所述第一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；所述第二反射装置在所述第一反射装置与所述煤粉浓淡分离装置之间布置，能够对一部分实现第一次反转之后的煤粉的流动方向实现第二次反转。