CN109539561A - 一种燃油式全自动空气加热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于火电锅炉节能领域，具体涉及一种燃油式全自动空气加热器，主要解决燃油式加热器安全性较差和热风温度调节不灵敏的问题。该空气加热器主要包括浇筑料耐火层、二级燃烧筒、一级燃烧筒、控制柜、油枪组件、电动调节阀、回油支管、压缩空气管接头等，本发明利用旋流片在油喷嘴处形成热烟气回流强化燃烧，利用孔径逐级增大的多级配风孔实现分期补充燃烧所需氧量，利用蓄热罩的蓄热性能强化燃油气化，利用压缩空气密封油枪套管，实现油枪在线维护，利用在线连继调节回油压力实现油枪出力自动可调。本发明大大提高了燃油式空气加热方式的安全性和热风温度的可控性，并解决了燃油式空气加热器的油枪无法在线维护的问题。

Description

一种燃油式全自动空气加热器

技术领域

本发明属于火电锅炉节能领域，具体涉及一种燃油式全自动空气加热器。

背景技术

为了节省火电锅炉在冷态启动时的用油量，我国的火电厂普遍采用了微油点火和等离子点火方式，这二种点火方式均要求锅炉在冷态启动时要有大量的热风满足暖磨和制粉的需要。而锅炉在冷态启动初期尚不能通过空气预热器来产生热风，因此需要通过特定方法将空气加热生成热风。目前常用的空气加热方法有二种，一种是蒸汽式暖风器，另一种是燃油式加热器，其中蒸汽式暖风器的优点是安全性好，风温调节灵敏，缺点是腐蚀严重、阻力大、成本高、易漏水、系统复杂等，而燃油式加热器的优点是加热速度快、系统简单可靠、成本低，缺点是安全性较差，雾化不良的残油有可能沉积在热风母管内烧损风管，也有可能造成磨煤机带火,形成安全隐患，且燃油出力无法及时调节，有可能造成热风超温，无法满足锅炉运行需要。

发明内容

本发明的目的是解决燃油式加热器安全性较差和热风温度调节不灵敏的问题。本发明提供一种原理先进、结构简单的燃油式全自动冷风加热器，利用旋流片在油喷嘴处形成热烟气回流强化燃烧，利用孔径逐级增大的多级配风孔实现分期补充燃烧所需氧量，利用蓄热罩的蓄热性能强化燃油气化，利用在线连继调节回油压力实现油枪出力自动可调，大大改善了油枪的雾化效果和燃尽率，提高了安全性，并实现了热风温度的连续可调。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种燃油式全自动空气加热器，包括热电偶(a、b、c)、浇筑料耐火层、支撑固定钢梁、二级燃烧筒、一级燃烧筒、控制柜、油枪组件、密封风管接头、电动调节阀、燃油管接头、回油支管、压力变送器、压缩空气管接头、手动截止阀、流量计，所述燃油管接头的入口通过钢管与锅炉现有来油母管连接，在该钢管靠近燃油管接头处焊接一路回油支管与回油母管连接，在该回油支管上安装电动调节阀，燃油管接头的出口通过焊接方式与油枪组件连接，并保持连通，在来油母管靠近燃油管接头处还安装有压力变送器，压力变送器位于回油支管引出点的下游，密封风管接头的入口与锅炉现有密封风母管连接，出口通过焊接方式与油枪组件连接，并保持连通，手动截止阀的入口通过钢管与锅炉现有杂用压缩空气母管连接，出口通过钢管与压缩空气管接头的入口连接，压缩空气管接头的出口通过焊接方式与油枪组件连接，并保持连通，油枪组件穿过锅炉现有热风母管的外壁，并伸入到热风母管的中心处，油枪组件的入口位于热风母管的外部，油枪组件的出口处的轴线与热风母管的中心轴线重合；油枪组件出口处的左侧安装有一级燃烧筒，一级燃烧筒的左侧以嵌入方式安装有二级燃烧筒，一级燃烧筒和二级燃烧筒利用支撑固定钢梁焊接在热风母管的内壁，二级燃烧筒左侧的热风母管的内壁安装有浇筑料耐火层，浇筑料耐火层的长度L1不应小于8米，一级燃烧筒右侧的热风母管的壁面上安装有热电偶c,并伸入到热风母管的内部，敷设有浇筑料耐火层的热风母管处安装有热电偶b，该热电偶安装在热风母管的外壁上，且位于热风母管的下部，浇筑料耐火层左侧的热风母管的壁面上安装有热电偶a,并伸入到热风母管的内部，油枪组件的右侧的热风母管内安装有流量计，油枪组件插入点与流量计之间的距离L2不能小于热风母管直径φ1的10倍，热电偶（a、b、c）、电动调节阀、压力变送器和流量计通过电缆和控制柜连接。

上述装置的有益效果是：

（1）本发明创造性的提出了“大管径、小用量”情况下，燃油压力实现连续自动调节的方法。通常情况下，油枪喷嘴的直径在1.5mm-2.5mm的范围内，燃油管的直径约为20mm，因此，燃油管的通流面积是油喷嘴通流截面的100倍左右，如此大的差异，使得安装在燃油管道上的电动调节阀的开度每变化1%，则调节阀通流面积的变化量就基本相当于油喷嘴的通流面积，因此电动调节阀在其有效调节开度内（通常为10%-90%），调节阀的通流面积都远远大于油喷嘴的通流面积，导致调节阀前后的压力基本相同，不能通过改变调节阀的开度来调节油压，因此常规的调节阀安装方法不适用于“大管径、小用量”的特殊情况。本发明利用下述方法成功解决了这个问题：在靠近油枪处的燃油母管上引一路回油支管与回油母管连接，将电动调节阀安装在了这个回油支管上。由于燃油母管和回油支管的直径相同，二者具有相同的通流面积，且燃油母管和回油母管的压差较大，因此在调节阀的有效调节范围内，其前后的压差明显，此时可能通过调节调节阀的开度能够连续改变燃油母管的压力（即油枪入口处的油压），成功实现了“大管径、小用量”情况下，燃油压力远程自动调节。

（2）本发明能够确保加热后的热风温度始终与目标值保持一致。具体实现方法如下：（a）利用安装在空气加热器后的热电偶a测量得到的实际值与热风目标植进行比较；（b）如果实际值低于目标值，则关小调节阀开度，此时油枪入口前的油压上升，油枪出力增加，对应的空气加热后的温度上升；（c）如果实际值高于目标值，则开大调节阀开度，此时油枪入口前的油压下降，油枪出力减少，对应的空气加热后的温度下降；（d）按照此原理持续自动调整油枪出力，直至空气温度实测值与目标值之间的差值减少到允许的偏差范围之内。

（3）本发明能够很好的适应锅炉启动特性。由于锅炉在启动过程中，随着烟气温度的提高，在锅炉尾部空气预热器的作用下，空气加热前的温度也在逐渐上升。常规加热器无法调整油枪出力，使得空气加热后的温度越来越高，危及磨煤机及制粉系统的安全。本发明在锅炉启动过程中，能够逐渐减少油枪出力，使得空气加热后的温度始终接近目标值，不会出现超温现象，保证的磨煤机及制粉系统的安全。

（4）本发明能够很好的保护热风母管的安全。具体措施有三条：（a）在油枪组件的出口处安装了一级燃烧筒和二级燃烧筒，确保油枪火焰位于热风母管的中心，不会直接辐射热风母管的内壁，且燃烧筒受到筒外未加热空气的冷却，其自身也不会出现超温；（b）二级燃烧筒后的热风母管的内壁敷设了浇筑料耐火层，该浇筑层的长度L1不小于8米，而油枪的燃油火焰的长度通常不超过3米，因此，有足够的空间裕量确保燃油在整个燃烧过程中都不会有火焰直接辐射热风母管，另外在异常情况下，如果有未燃尽的残油掉落到热风母管底部，也不会直接聚积在热风母管的壁面上燃烧，而是在浇筑料耐火层的表面燃烧，可以有效防止热风母管烧损；（c）在二级燃烧筒后的热风母管的壁面上安装了热电偶b，如果在实际运行过程中，发现热风母管的壁面温度超过壁面较高允许值，则在远方DCS给出声音报警信号，提醒运行人员及时检查，如果热风母管的壁面温度超过壁面最高允许值，则直接联跳油枪，使加热器退出运行，防止出现安全事故。

所述油枪组件还包括外壳、蓄热罩、分级配风孔、油喷嘴、旋流片、密封风套管、点火枪、油枪套管、油枪，所述密封风套管、点火枪、油枪套管和油枪具有相同的弯曲角度和弯曲半径，弯曲角度在30度-90度的范围内可调，油枪安装在油枪套管内，油枪套管安装在密封风套管内，密封风套管、油枪和油枪套管为同轴线布置，油枪套管的右侧端部焊接有压缩空气管接头，并保持连通，油枪的入口焊接有燃油管接头，并保持连通，密封风套管右侧端部焊接有密封风管接头，并保持连通，在密封风套管和油枪套管之间的夹层内安装有点火枪，油枪的左侧安装有油喷嘴，油喷嘴的外侧同轴心安装有旋流片，旋流片的左侧安装有蓄热罩，蓄热罩上从右到左布置有孔径逐渐增加的若干排分级配风孔，密封风套管的左侧安装有外壳,外壳和蓄热罩的轴线重合，外壳的内径φ3略大于蓄热罩的外径φ2，且外壳和蓄热罩的左端平齐，点火枪的右侧穿出密封风套管的右侧端面，并通过电缆与控制柜连接，点火枪的左侧穿过旋流片，并伸入到蓄热罩的内部，点火枪的左侧端面与油喷嘴的左侧端面的距离约为40mm。

上述装置的有益效果是：

（1）热风母管内的热风流动对油枪火焰的影响很小，因此油火焰着火非常稳定。这是因为油枪组件制作为圆弧弯曲形状，其出口轴线与热风母管轴线重合，因此油火焰和未来得及燃烧的油滴的流动方向与热风流动方向相同，所以热风不会对油火焰形成风阻，能够防止热风将油火焰和未然油滴吹散，确保燃油着火稳定，且燃尽率高。

（2）本发明的燃油的燃尽率较高。具体原因为：（a）油枪喷嘴处的旋流片能够使得密封风形成强烈旋转，在其中心形成回流区，使得蓄热罩内的高温烟气回流到油喷嘴处加热气化喷出的燃油，提高了油枪火焰根部温度，对确保油枪稳定着火非常有帮助；（b）蓄热罩采用耐高温陶瓷材料制作，且具有较大的厚度，在实际运行过程中，受到油火焰直接辐射，其温度能够达到800℃以上，积聚了大量的热量，形成热流密度极高的温度分布场，使得雾化后的油滴进入到蓄热罩内时迅速受热气化，使得燃油的燃烧过程由油滴的液体燃烧转变为燃油蒸汽的气体燃烧，大大增强了燃烧强度，成为本发明提高燃油燃尽率的关键，同时，燃油的着火温度约为240℃左右，因此，蓄热罩的表面温度远高于燃油着火温度，确保了油枪火焰不会熄灭，能够保证实际运行过程中连续可靠的工作。（c）在蓄热罩上从右到左制作有孔径逐级增大的配风孔，这些配风孔将燃油燃烧所需空气分批送入到蓄热罩内满足燃油燃烧的需要。靠近油喷嘴处的配风孔的直径较小，送入的风量较少，这是因为燃油着火初期，只有少量油滴被引燃，所需氧量较少，如果送入过多的空气，反而会降低油火焰根部温度，对着火不利。随后越来越多的油滴被引燃，所需的氧气量也逐步增大，因此蓄热罩上的配风孔直径也逐步增大，越来越多的空气有组织地分批送入蓄热罩内，及时满足燃烧需要，因此本发明基本能够实现燃烧需氧量和实际供氧量的1：1配比，使得油燃烧火焰温度最高。（d）配风孔轴线方向与蓄热罩轴线方向相互垂直，因此，密封风经配风孔进入到蓄热罩时，与蓄热罩内的气流呈现为垂直撞击，可以形成强烈的扰动，加大了湍流强度，有利于氧气送到火焰中心区域，对满足燃油的燃尽非常有利。

（3）本发明的点火枪无需推进装置，简化了系统，提高了长周期运行的可靠性。这是因为点火枪安装在密封风套管内，受到密封风的冷却作用，时刻处于密封风的保护范围之内，不会发生超温烧损。

（4）本发明能够实现油枪的在线维护。采用常规技术的加热器，油枪在使用过程中，如果出现故障时无法将油枪拆卸进行维护，这是因为热风母管内的压力较高，且温度较高，油枪拆卸时，将从油枪孔处喷出高温空气，有可能造成附近设备烧损或维护人员烧伤。为了解决这个问题，本发明在安装油枪的油枪套管上设计了一路杂用压缩气，当油枪需要维护时，只需打开该路压缩气，利用压缩气的压力高于热风母管压力的特点，可以有效防止热风喷出伤人，因此可以在实际使用过程中在线维护油枪，大大提高了整套设备的可操作性。

附图说明

图1为本发明的燃油式全自动空气加热器系统图。

图2为本发明的油枪组件结构图。

图中：1-热风母管、2a -热电偶、2b-热电偶、2c-热电偶、3-浇筑料耐火层、4-支撑固定钢梁、5-二级燃烧筒、6-一级燃烧筒、7-控制柜、8-油枪组件，

81-外壳，82-蓄热罩，83-分级配风孔，84-油喷嘴，85-旋流片，86-密封风套管，87-点火枪，88-油枪套管，89-油枪、9-密封风管接头、10-电动调节阀、11-燃油管接头、12-回油支管、13-压力变送器、14-压缩空气管接头、15-手动截止阀、16-流量计、17-回油母管、18-来油母管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本实施例中的一种燃油式全自动空气加热器，包括热电偶2a、热电偶2b、热电偶2c、浇筑料耐火层3、支撑固定钢梁4、二级燃烧筒5、一级燃烧筒6、控制柜7、油枪组件8、密封风管接头9、电动调节阀10、燃油管接头11、回油支管12、压力变送器13、压缩空气管接头14、手动截止阀15、流量计16，从锅炉现有来油母管处以焊接方式引一路钢管到加热器附近，并通过金属软管与燃油管接头11的入口用螺纹方式连接，在该钢管靠近燃油管接头11处焊接一路回油支管12与回油母管连接，在该回油支管12上安装电动调节阀10，燃油管接头11的出口通过焊接方式与油枪组件8连接，并保持连通，在来油母管靠近燃油管接头11处还安装有压力变送器13，压力变送器13位于回油支管12引出点的下游，从锅炉现有密封风母管处以焊接方式引一路钢管到加热器附近，并通过金属软管与密封风管接头9的入口用螺纹方式连接，密封风管接头9的出口通过焊接方式与油枪组件8连接，并保持连通，手动截止阀15的入口引一路钢管与锅炉现有杂用压缩空气母管连接，出口通过金属软管与压缩空气管接头14的入口以螺纹方式连接，压缩空气管接头14的出口通过焊接方式与油枪组件8连接，并保持连通，油枪组件8穿过锅炉现有热风母管1的外壁，并与热风母管8采用焊接方式进行密封，油枪组件8的出口伸入到热风母管1的中心处，油枪组件8的入口位于热风母管1的外部，油枪组件8的出口处的轴线与热风母管1的中心轴线重合；油枪组件8出口处的左侧安装有一级燃烧筒6，一级燃烧筒6的左侧以嵌入方式安装有二级燃烧筒5，一级燃烧筒6和二级燃烧筒5利用支撑固定钢梁4焊接在热风母管1的内壁，二级燃烧筒5左侧的热风母管的内壁通过销钉和钢丝网安装有浇筑料耐火层3，浇筑料耐火层3的长度L1不应小于8米，一级燃烧筒6右侧的热风母管1的壁面上安装有热电偶2c, 热电偶2c伸入到热风母管1的内部，用来测量该处的热风温度，敷设有浇筑料耐火层3的热风母管处安装有热电偶2b，该热电偶安装在热风母管1的外壁上，且位于热风母管1的下部，用来测量壁面温度，浇筑料耐火层3左侧的热风母管1的壁面上安装有热电偶2a,并伸入到热风母管1的内部，用来测量该处的热风温度，油枪组件8的右侧的热风母管1内安装有流量计16，用来测量该处的热风流量，油枪组件8插入点与流量计16之间的距离L2不能小于热风母管1直径φ1的10倍，以确保流量测量的准确性，热电偶2a、热电偶2b、热电偶2c、电动调节阀10、压力变送器13和流量计16通过电缆和控制柜7连接。

如图2所示，所述油枪组件8还包括外壳81、蓄热罩82、分级配风孔83、油喷嘴84、旋流片85、密封风套管86、点火枪87、油枪套管88、油枪89，所述密封风套管86、点火枪87、油枪套管88和油枪89具有相同的弯曲角度和弯曲半径，弯曲角度在30度-90度的范围内可调，油枪89以法兰盘（带密封垫）的方式安装在油枪套管88内，油枪套管88以焊接方式安装在密封风套管86内，密封风套管86、油枪89和油枪套管88为同轴线布置，油枪套管88的右侧端部焊接有压缩空气管接头14，并保持连通，油枪89的入口焊接有燃油管接头11，并保持连通，密封风套管86右侧端部焊接有密封风管接头9，并保持连通，在密封风套管86和油枪套管88之间的夹层内安装有点火枪87，油枪89的左侧以螺纹方式安装有油喷嘴84，油喷嘴84的外侧同轴心安装有旋流片85，旋流片85的左侧安装有蓄热罩82，蓄热罩82上从右到左布置有孔径逐渐增加的若干排分级配风孔83，密封风套管86的左侧安装有外壳81, 外壳81和蓄热罩82的轴线重合，外壳81的内径φ3略大于蓄热罩82的外径φ2，即外壳81的内径φ3为蓄热罩82的外径φ2的1.05倍左右，且外壳81和蓄热罩82的左端平齐，点火枪87的右侧穿出密封风套管86的右侧端面，并通过电缆与控制柜7连接，点火枪87的左侧穿过旋流片85，并伸入到蓄热罩82的内部，点火枪87的左侧端面与油喷嘴84的左侧端面的距离约为40mm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (2)

1.一种燃油式全自动空气加热器，其特征在于：包括热电偶（2a、2b、2c）、浇筑料耐火层（3）、支撑固定钢梁（4）、二级燃烧筒（5）、一级燃烧筒（6）、控制柜（7）、油枪组件（8）、密封风管接头（9）、电动调节阀（10）、燃油管接头（11）、回油支管（12）、压力变送器（13）、压缩空气管接头（14）、手动截止阀（15）、流量计（16），所述燃油管接头（11）的入口通过钢管与锅炉现有来油母管连接，在该钢管靠近燃油管接头（11）处焊接一路回油支管（12）与回油母管连接，在该回油支管（12）上安装电动调节阀（10），燃油管接头（11）的出口通过焊接方式与油枪组件（8）连接，并保持连通，在来油母管靠近燃油管接头（11）处还安装有压力变送器（13），压力变送器（13）位于回油支管（12）引出点的下游，密封风管接头（9）的入口与锅炉现有密封风母管连接，出口通过焊接方式与油枪组件（8）连接，并保持连通，手动截止阀（15）的入口通过钢管与锅炉现有杂用压缩空气母管连接，出口通过钢管与压缩空气管接头（14）的入口连接，压缩空气管接头（14）的出口通过焊接方式与油枪组件（8）连接，并保持连通，油枪组件（8）穿过锅炉现有热风母管（1）的外壁，并伸入到热风母管（1）的中心处，油枪组件（8）的入口位于热风母管（1）的外部，油枪组件（8）的出口处的轴线与热风母管（1）的中心轴线重合；油枪组件（8）出口处的左侧安装有一级燃烧筒（6），一级燃烧筒（6）的左侧以嵌入方式安装有二级燃烧筒（5），一级燃烧筒（6）和二级燃烧筒（5）利用支撑固定钢梁（4）焊接在热风母管（1）的内壁，二级燃烧筒（5）左侧的热风母管的内壁安装有浇筑料耐火层（3），浇筑料耐火层（3）的长度L1不应小于8米，一级燃烧筒（6）右侧的热风母管（1）的壁面上安装有热电偶（2c）,并伸入到热风母管（1）的内部，敷设有浇筑料耐火层（3）的热风母管处安装有热电偶（2b），该热电偶安装在热风母管（1）的外壁上，且位于热风母管（1）的下部，浇筑料耐火层（3）左侧的热风母管（1）的壁面上安装有热电偶（2a）,并伸入到热风母管（1）的内部，油枪组件（8）的右侧的热风母管（1）内安装有流量计（16），油枪组件（8）插入点与流量计（16）之间的距离L2不能小于热风母管（1）直径φ1的10倍，热电偶（2a、2b、2c）、电动调节阀（10）、压力变送器（13）和流量计（16）通过电缆和控制柜（7）连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃油式全自动空气加热器，其特征在于：所述油枪组件（8）还包括外壳（81）、蓄热罩（82）、分级配风孔（83）、油喷嘴（84）、旋流片（85）、密封风套管（86）、点火枪（87）、油枪套管（88）、油枪（89），所述密封风套管（86）、点火枪（87）、油枪套管（88）和油枪（89）具有相同的弯曲角度和弯曲半径，弯曲角度在30度-90度的范围内可调，油枪（89）安装在油枪套管（88）内，油枪套管（88）安装在密封风套管（86）内，密封风套管（86）、油枪（89）和油枪套管（88）为同轴线布置，油枪套管（88）的右侧端部焊接有压缩空气管接头（14），并保持连通，油枪（89）的入口焊接有燃油管接头（11），并保持连通，密封风套管（86）右侧端部焊接有密封风管接头（9），并保持连通，在密封风套管（86）和油枪套管（88）之间的夹层内安装有点火枪（87），油枪（89）的左侧安装有油喷嘴（84），油喷嘴（84）的外侧同轴心安装有旋流片（85），旋流片（85）的左侧安装有蓄热罩（82），蓄热罩（82）上从右到左布置有孔径逐渐增加的若干排分级配风孔（83），密封风套管（86）的左侧安装有外壳(81),外壳(81)和蓄热罩（82）的轴线重合，外壳(81)的内径φ3为蓄热罩（82）的外径φ2的1.05倍左右，且外壳(81)和蓄热罩（82）的左端平齐，点火枪（87）的右侧穿出密封风套管（86）的右侧端面，并通过电缆与控制柜（7）连接，点火枪（87）的左侧穿过旋流片（85），并伸入到蓄热罩（82）的内部，点火枪（87）的左侧端面与油喷嘴（84）的左侧端面的距离约为40mm。