CN109237465B - 一种旋流燃烧器及旋流燃烧器乏风喷入系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋流燃烧器及旋流燃烧器乏风喷入系统。系统包括炉膛、OFA喷口和若干组旋流燃烧器。每个旋流燃烧器均包括主燃烧器、主一次风喷口和乏风管道。乏风管道前端设有乏风喷口，乏风喷口设置在炉膛与主一次风喷口相邻的壁面上。乏风喷口设有乏风风箱。每组旋流燃烧器的两个主燃烧器和主一次风喷口设置在炉膛相对的两侧壁面上，且两个乏风喷口设置在最近的相邻侧壁面上。旋流燃烧器设置两到四层，且每层包括2~8组旋流燃烧器。至少在最底层乏风喷口前端设有乏风燃烧器，选用油燃烧器。乏风管道上设有补偿器和密封膨胀节。本发明将乏风气流与一次风主气流分开，降低乏风气流对主火焰的流场干扰，同时形成一次风多级布风，降低燃料型NOX的生成。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋流燃烧器及旋流燃烧器乏风喷入系统，尤其涉及一种用于煤粉锅炉的乏风喷口布置方式，属于锅炉燃烧技术领域。
背景技术
目前煤粉锅炉最大的问题是NOx层放很高，在燃烧过程中燃料型NOx的层放量占煤粉锅炉总NOx层放量的80%~85%。燃料型NOx形成的必要条件是有充分的氧量供给，在充足的空气供给条件下，空气中的氧和煤粉中释放出的挥发分中大量的氮离子结合将形成高浓度的NOx。因此降低煤粉燃烧过程中NOx形成的一个重要手段是，使得燃烧环境是一种缺氧的氛围，不要使大量的空气过早过快的和煤粉气流充分混合，形成缺氧氛围后可非常有效的降低NOx层放生成量。为了保证燃料的充分燃尽，可在燃烧器区上部布置OFA喷口进行补氧，将由于下部缺氧而未燃尽的可燃物充分燃烧。OFA补氧燃烧时，由于挥发分已经在前期燃尽，同时前期形成的NOx由于缺氧而自身发生还原反应生成N2和O2，因此不会造成NOx在OFA的补燃过程中显著提高。
对于燃用低反应特性煤种，如贫煤和无烟煤的对冲燃烧煤粉锅炉，一般采用如图1所示的浓缩型强化着火燃烧器。该种燃烧器在燃烧器内部将煤粉管道的一次风分为燃烧器主一次风和乏风两个部分。主一次风携带85%~90%的煤粉和50%左右的空气进入炉膛燃烧，乏风则携带其余10%~15%的煤粉和50%的空气从乏风管道送入炉膛。如图2所示，通常乏风喷口送入炉膛的位置邻近每只燃烧器喷口（见附图2 燃烧器主一次风喷口和乏风喷口布置图）。这种一次风送入炉膛的方式，主要起到浓缩一次风煤粉浓度，降低低挥发分煤粉着火所需的着火热，利于低反应特性煤种的着火稳燃。
对于采用浓缩型旋流燃烧器的锅炉，这种乏风喷口的布置方式结构相对简单，但由于乏风喷口离主燃烧器较近，乏风气流易对主火焰形成干扰不利于锅炉低负荷稳燃。同时温度较低的乏风引入炉膛后会对主燃烧器的空气动力场形成干扰，降低主燃烧器的着火和稳燃性能，尤其是在锅炉炉膛平均温度较低的低负荷工况。此外，燃烧器和乏风喷口采用前、后墙集中布置，造成主燃烧器附近区域氧量偏高，燃烧器着火燃烧的前期就得到比较充分的空气量的供给（乏气风的风量占一次风总量的约50%），由于空气中大量氧对燃烧过程的充分介入，使得燃料型NOX往往大量生成，对降低NOx层放不利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种乏风喷入口与主一次风喷入口相垂直的旋流燃烧器及其乏风喷入系统，将乏风气流与一次风主气流分开，降低乏风气流对主火焰的流场干扰，同时形成一次风多级布风，降低燃料型NOX的生成。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种旋流燃烧器，能够设置在炉膛的壁面上，包括主燃烧器、与所述主燃烧器连接的主一次风喷口和乏风管道，所述乏风管道前端设置有乏风喷口，所述乏风喷口设置在炉膛与所述主一次风喷口相邻的壁面上，且所述乏风喷口出口中心线与所述主一次风喷口出口中心线垂直；所述乏风喷口设置有乏风风箱，所述乏风风箱设置在所述炉膛外侧。
上述技术方案中，所述主燃烧器的主一次风喷口出口设置有钝体装置，所述钝体装置包括若干个呈圆周均匀布置的钝体。
上述技术方案中，所述乏风喷口前端设置有乏风燃烧器，乏风燃烧器选用油燃烧器。
上述技术方案中，所述乏风管道上设置有补偿器和密封膨胀节。
一种旋流燃烧器乏风喷入系统，所述系统包括炉膛、设置在所述炉膛上部的OFA（Over fire air）喷口和设置在所述炉膛OFA喷口下方的若干组旋流燃烧器，且每组旋流燃烧器包括对称设置在所述炉膛相对两侧壁面上的两个旋流燃烧器；所述每个旋流燃烧器均包括主燃烧器、与所述主燃烧器连接的主一次风喷口和乏风管道，所述乏风管道前端设置有乏风喷口，所述乏风喷口设置在炉膛与所述主一次风喷口相邻的壁面上，且所述乏风喷口出口中心线与所述主一次风喷口出口中心线垂直；所述乏风喷口设置有乏风风箱，所述乏风风箱设置在所述炉膛外侧；所述每组旋流燃烧器的两个主燃烧器和主一次风喷口设置在所述炉膛相对的两侧壁面上，且两个乏风喷口设置在与两个主一次风喷口所在两侧相对壁面最近的相邻侧壁面上。
上述技术方案中，所述旋流燃烧器在所述炉膛高度方向上设置两到四层，且每层包括2~8组旋流燃烧器。
上述技术方案中，所述乏风喷口前端设置有乏风燃烧器，且所述乏风燃烧器至少设置在最底层旋流燃烧器的乏风喷口前端。所述乏风燃烧器选用油燃烧器。
上述技术方案中，所述系统还包括支吊架，所述支吊架用于所述乏风管道的支撑。
上述技术方案中，所述乏风管道上设置有补偿器和密封膨胀节。
本发明具有以下优点及有益效果：将乏风气流与一次风主气流分开，降低乏风气流对主火焰的流场干扰，同时形成一次风多级布风，降低燃料型NOX的生成。
附图说明
图1为本发明所涉及的浓缩型旋流燃烧器结构示意图。
图2为现有的浓缩型旋流燃烧器乏风喷入系统布置示意图。
图3为本发明所涉及的浓缩型旋流燃烧器乏风喷入系统示意图。
图4为图3的侧视示意图。
图中：1－主一次风喷口；2－乏风喷口；3－主燃烧器；4－乏风管道；5－主风风箱；6－乏风风箱；7－OFA喷口；8－OFA风箱；9－炉膛。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
本发明适用于燃用劣质燃料的煤粉锅炉。浓缩型旋流燃烧器往往适用于劣质燃料的煤粉锅炉。该燃烧器上设置有浓缩器，浓缩器与燃烧筒连接，燃烧筒前部是一次风喷口。浓缩器设有旁通连接的乏风管，传统的乏风管垂直向下与乏风喷口连接，乏风喷口与燃烧器一次风喷口设置在同一面炉墙，乏风从主燃烧器附近引入，如图2所示。
如图3和图4所示，本发明所述旋流燃烧器和上述浓缩型燃烧器类似，都能够设置在炉膛9的壁面上。旋流燃烧器乏风喷入系统包括炉膛9、OFA喷口7和若干组旋流燃烧器。OFA喷口是指炉膛上部的最末一级燃尽风喷口。若干组旋流燃烧器均设置在OFA喷口7下方。每两个旋流燃烧器为一组。
旋流燃烧器包括主燃烧器3、主风筒、主一次风喷口1和乏风管道4，乏风管道4前端设置有乏风喷口2。乏风管道4作为主燃烧器3的旁路，将一次风和部分煤粉分流。主一次风携带85%~90%的煤粉和50%左右的空气通过主一次风喷口1进入炉膛经主燃烧器3点燃燃烧，乏风则携带其余10%~15%的煤粉和50%的空气从乏风管道4通过乏风喷口2送入炉膛。
主燃烧器3选用浓缩型强化着火燃烧器，主燃烧器的主一次风喷口出口设置有钝体装置，钝体装置包括若干个呈圆周均匀布置的钝体。钝体装置的设计兼顾以下两方面：一方面平衡乏气风管道增长带来的乏气系统阻力，满足主燃烧器一次风量和乏气风量的配比要求；另一方面强化着火，提升燃烧器本身的着火和稳燃能力。钝体可以通过固定条固定在主一次风喷口。
为了避免乏风对主一次风火焰的干扰，优化煤粉炉燃烧组织，提高燃烧效率并降低燃料型NOX生成，乏风喷口2设置在炉膛9与主一次风喷口1相邻的壁面上。如图3和图4所示的实施例，主燃烧器和主风筒、主一次风喷口1设置在炉膛9的前墙和/或后墙，则乏风喷口2设置在同层的侧墙水冷壁上。此时，乏风喷口2出口中心线与主一次风喷口1出口中心线垂直。作为一种优化的技术方案，乏风喷口2设置在锅炉左侧和/或右侧水冷壁侧墙中心线附近。乏风喷口2布置在水冷壁侧墙中心线附近后，为了防止乏风喷口2停运后超温变形，需在侧墙乏风喷口区域增设乏气风箱6，为乏风喷口2所需的周界风供风。
如上所述，每组旋流燃烧器包括对称设置在所述炉膛9相对的两侧壁面上的两个旋流燃烧器。这样，每组旋流燃烧器就包括两个主燃烧器和与之对应的两个主一次风喷口，以及两个乏风管道和与之相对应的两个乏风喷口。此时，两个主燃烧器和两个主一次风喷口设置在炉膛9相对的两侧壁面上，而两个乏风喷口设置在与两个主一次风喷口所在的两侧相对壁面最近的相邻侧壁面上。如图3和图4所显示的实施例，既每一组旋流燃烧器的两个主燃烧器和主一次风喷口相对设置在炉膛前、后墙，而两个乏风喷口相对的设置在炉膛的左或右侧水冷壁上，左右侧的选择取就近原则。此时，乏风管道需要在两个壁面间将主燃烧器和乏风喷口连接，因此，系统上设有支吊架，用于将乏风管道4支撑稳定。同时，还在乏风管道4上设置补偿器和密封膨胀节来消减乏风管道4的热应力形变。
如前所述，如果一次风过于集中，将影响NOX的降低，因此，将若干组旋流燃烧器在炉膛9高度方向上设置两到四层，形成一次风的沿程分级布风。每层包括2~8组旋流燃烧器。图示实施例一共12组旋流燃烧器，设置上中下三层，每层4组旋流燃烧器。
乏风喷口2前端设置有乏风燃烧器，且乏风燃烧器至少设置在炉膛9高度方向上的最下方一层旋流燃烧器的乏风喷口2前端。
实际上，乏风喷口2布置在炉膛9左、右侧墙的中心线附近。这使得同层同壁面的乏风喷口2布置得比较临近，便于若干个同层同壁面的乏风喷口能共用一个乏风风箱。以锅炉左右中心线为界，前、后墙锅炉中心线左侧的主燃烧器3通过乏气管道4穿过主燃烧器风箱5后进入乏气风箱6与对应的左侧墙乏风喷口2相连接。
以锅炉左右中心线为界，前、后墙锅炉中心线右侧的主燃烧器3通过乏气管道4穿过主燃烧器风箱5后进入乏气风箱6与对应的右侧墙乏风喷口2相连接。
为了点火初期燃烧乏气中的挥发分和超细粉，防止乏气中煤粉在炉膛9下部聚积引起爆燃，底层乏风喷口2须设置乏风燃烧器，选用油燃烧器，即小油枪。而中、上层乏风喷口2可以不设置小油枪。
如图3和图4所示的实施例，乏风喷口2布置在炉膛9左、右侧墙的中心线附近；主燃烧器3由主燃烧器风箱5供风，前、后墙各3层，每层4个；OFA喷口7由OFA风箱8供风，前、后墙各布置1层，每层4个。每台煤粉炉炉共配置24个主燃烧器3和对应的24个乏风喷口2。
此新型乏风喷口的布置，尤其适用于采用浓缩型旋流燃烧器的锅炉。该布置方式避免了乏气气流对主火焰的干扰，有利于锅炉低负荷稳燃，可将燃用贫煤的煤粉锅炉的低负荷稳燃能力从45%BMCR提高至35%~40%BMCR；同时将乏气风喷口从原前、后墙主燃烧器附近改为引至水冷壁侧墙相应位置，可降低主燃烧器附近区域氧量浓度形成缺氧燃烧的氛围，有利于锅炉任意负荷降低NOx层放的浓度，燃用贫煤时锅炉出口NOx排放值可由550~650mg/m3（O2=6%）降低至450~550 mg/m3（O2=6%）。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种旋流燃烧器，能够设置在炉膛（9），包括主燃烧器（3）、与所述主燃烧器（3）连接的主一次风喷口（1）和乏风管道（4），所述乏风管道（4）前端设置有乏风喷口（2），其特征在于，所述乏风喷口（2）设置在炉膛（9）与所述主一次风喷口（1）相邻的壁面上，且所述乏风喷口（2）出口中心线与所述主一次风喷口（1）出口中心线垂直；所述乏风喷口（2）设置有乏风风箱（6），所述乏风风箱（6）设置在所述炉膛（9）外侧。
2.根据权利要求1所述的一种旋流燃烧器，其特征在于，所述乏风喷口（2）前端设置有乏风燃烧器。
3.根据权利要求2所述的一种旋流燃烧器，其特征在于，所述乏风燃烧器选用油燃烧器。
4.根据权利要求1所述的一种旋流燃烧器，其特征在于，所述乏风管道（4）上设置有补偿器和密封膨胀节。
5.一种旋流燃烧器乏风喷入系统，其特征在于：所述系统包括炉膛（9）、设置在所述炉膛（9）上部的OFA喷口（7）和设置在所述炉膛（9）OFA喷口（7）下方的若干组旋流燃烧器，且每组旋流燃烧器包括对称设置在所述炉膛（9）相对两侧壁面上的两个旋流燃烧器；所述每个旋流燃烧器均包括主燃烧器（3）、与所述主燃烧器（3）连接的主一次风喷口（1）和乏风管道（4），所述乏风管道（4）前端设置有乏风喷口（2），所述乏风喷口（2）设置在炉膛（9）与所述主一次风喷口（1）相邻的壁面上，且所述乏风喷口（2）出口中心线与所述主一次风喷口（1）出口中心线垂直；所述乏风喷口（2）设置有乏风风箱（6），所述乏风风箱（6）设置在所述炉膛（9）外侧；所述每组旋流燃烧器的两个主燃烧器和主一次风喷口设置在所述炉膛（9）相对的两侧壁面上，且两个乏风喷口设置在与两个主一次风喷口最近的相邻侧壁面上。
6.根据权利要求5所述的一种旋流燃烧器乏风喷入系统，其特征在于：所述旋流燃烧器在所述炉膛（9）高度方向上设置两到四层，且每层包括2~8组旋流燃烧器。
7.根据权利要求6所述的一种旋流燃烧器乏风喷入系统，其特征在于：所述乏风喷口（2）前端设置有乏风燃烧器，且所述乏风燃烧器至少设置在炉膛（9）高度方向上的最下方一层旋流燃烧器的乏风喷口（2）前端。
8.根据权利要求5所述的一种旋流燃烧器乏风喷入系统，其特征在于：所述系统还包括支吊架，所述支吊架用于所述乏风管道（4）的支撑。
9.根据权利要求8所述的一种旋流燃烧器乏风喷入系统，其特征在于，所述乏风管道（4）上设置有补偿器和密封膨胀节。
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