CN109556107A - 适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉及其燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉及其燃烧系统，所述燃烧系统为直流式煤粉燃烧系统，并包括多个燃烧器组，每个燃烧器组包括作为主燃烧区中的最上层一次风燃烧器的高位煤粉燃烧器和设置在主燃烧区中的多个其它一次风燃烧器，其中，所述高位煤粉燃烧器被构造为两层式高位燃料分级燃烧器和/或所述多个其它一次风燃烧器被构造为垂直浓淡煤粉燃烧器。本发明的火电机组切圆燃烧锅炉包括上述燃烧系统和制粉系统，所述制粉系统包括具有动静组合旋转分离器的磨煤机。与现有技术相比，本发明能够保证燃煤锅炉的低负荷灵活性运行能力，并且例如可确保大容量机组锅炉在无任何辅助助燃条件下的超低负荷稳定运行。

Description

适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉及其燃烧系统

技术领域

本发明涉及锅炉低负荷灵活运行的优化改造设计，尤其是涉及适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉及其燃烧系统。

背景技术

目前，随着电网容量的增加和用电结构的变化，电网峰谷负荷差值逐渐增大，对调峰电源的需求也逐渐升高。大容量机组在我国各大电网占有的比例越来越大，因而大容量机组参与调峰运行已成必然趋势。为此，提高火电机组的灵活运行能力、为国内清洁能源让路以及在保证电网稳定运行的前提下，迫切要求火电机组燃煤锅炉在不采用任何“辅助助燃”的条件下以及例如机组具有小于或等于25％的额定负荷时能够稳定运行，以提高电厂锅炉投运的稳定性和灵活性，并且由此可以实现深度调峰(超低负荷运行)、快速启停，爬坡能力加强，而且对于热电机组可以实现热电随机解耦并行。因此，火力发电厂燃煤机组“超低负荷稳定运行”改造工作势在必行。

发明内容

在上述背景的基础上，本发明的目的在于提出一种在适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉中使用的燃烧系统，其能够保证锅炉超低负荷燃烧时的高效、稳定和低氮氧化物排放以及灵活性运行调整。

本发明的另一个目的在于提出一种适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉，其能够提高燃煤锅炉的低负荷灵活性运行调整，并例如可确保大容量机组锅炉在无任何辅助助燃条件下的超低负荷稳定运行。

为此，根据本发明的一个方面，提出一种燃烧系统，其在适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉中使用，所述燃烧系统为直流式煤粉燃烧系统，并包括多个燃烧器组，每个燃烧器组包括作为主燃烧区中的最上层一次风燃烧器的高位煤粉燃烧器和设置在主燃烧区中的多个其它一次风燃烧器，其中，所述高位煤粉燃烧器被构造为两层式高位燃料分级燃烧器和/或所述多个其它一次风燃烧器被构造为垂直浓淡煤粉燃烧器。

有利的是，所述多个燃烧器组为以四角布置、直流切向燃烧方式配置的四个燃烧器组。

有利的是，所述两层式高位燃料分级燃烧器的入口处的煤粉管道上设有煤粉分级转换器，以将进入所述两层式高位燃料分级燃烧器的煤粉燃料分为纯浓纯淡两级并进行分层燃烧，在所述两层式高位燃料分级燃烧器的喷口处设有多个钝体；和/或在所述垂直浓淡煤粉燃烧器的一次风管道内设有挡板式煤粉浓缩器，且在所述垂直浓淡煤粉燃烧器的喷口内设有水平布置的分流钝体，以使得进入所述垂直浓淡煤粉燃烧器的煤粉燃料形成两股浓、淡煤粉气流，且多个垂直浓淡煤粉燃烧器以“同相相邻亲和稳定燃烧”的方式布置，即多个垂直浓淡煤粉燃烧器的相邻喷口“同浓相”或者“同淡相”地布置。

有利的是，在所述垂直浓淡煤粉燃烧器的背火侧设有(例如刚性强的)偏置周界风喷口。

有利的是，每个燃烧器组还包括以下构件中的一个或多个：

多层(例如四层或更多层)式分级送入的高位分离燃尽风系统，其位于主燃烧区的上方并与所述主燃烧区保持一定距离，其中所述高位分离燃尽风系统的各燃尽风喷口分别采用独立配风系统，且被设置为能够分别沿垂直方向和水平方向进行双向摆动；

设置在主燃烧区中的偏置二次风燃烧器，其中所述偏置二次风燃烧器的喷口朝向背火侧偏置(例如3-5°)；

设置在主燃烧区中的顶部贴壁风燃烧器，其位于所述两层式高位燃料分级燃烧器上方，且从所述顶部贴壁风燃烧器的喷口两侧喷出二次风；

垂直浓淡微油点火或等离子点火燃烧器，其作为主燃烧区中的最下层燃烧器设置在主燃烧区中，其中在所述垂直浓淡微油点火或等离子点火燃烧器中设有煤粉浓缩器，以使进入所述垂直浓淡微油点火或等离子点火燃烧器的煤粉形成两股浓、淡煤粉气流，并且所述垂直浓淡微油点火或等离子点火燃烧器与相邻的垂直浓淡煤粉燃烧器以“浓浓亲和”的方式布置。

根据本发明的另一方面，提出一种适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉，其包括如前所述的燃烧系统和制粉系统，其中所述制粉系统包括具有动静组合旋转分离器的磨煤机。

有利的是，所述制粉系统为例如配有中速磨煤机或双进双出钢球磨煤机的正压直吹式制粉系统，所述动静组合旋转分离器包括驱动器、减速机、煤粉分级转换器、转子叶片、静子叶片和回粉锥，所述驱动器与所述减速机通过联轴器连接，所述转子叶片连接在所述动静组合旋转分离器的空心轴上，所述静子叶片设置在所述动静组合旋转分离器的壳体与所述转子叶片之间。

有利的是，所述静子叶片被构造成具有可调的安装角度。

有利的是，所述磨煤机具有入口分体组合旋转喷嘴环，所述入口分体组合旋转喷嘴环包括动环、静环、磨盘瓦和磨盘，所述动环与所述磨盘通过螺栓连接，所述静环固定在磨煤机的筒壁上。

有利的是，所述磨煤机在制粉系统达到单台磨运行条件时进行分层磨煤机单磨运行并且能够以双磨或更多磨同时运行的方式工作。

本发明的适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉及其燃烧系统在现有火电机组燃煤锅炉的基础上改造而成，且与现有技术相比，本发明的锅炉改造技术主要涉及燃烧系统改造(超低氮或低负荷燃烧器改造)以及制粉系统优化改造(超细煤粉制备改造或磨煤机改造)，两者相互配合且相辅相成。特别是，本发明采用本申请的发明人首次提出的“高位燃烧系统燃料分级燃烧”和“垂直浓淡煤粉燃烧同相相邻亲和稳定燃烧”等技术，可以保证锅炉超低负荷运行时燃烧的高效、稳定和低氮氧化物排放。

换句话说，与现有技术相比，本发明可以提高燃煤锅炉的低负荷灵活性运行能力，实现大容量机组锅炉在“无微油、无等离子、无气、无富氧”等任何辅助助燃条件下超低负荷稳定运行，低负荷灵活运行优化改造设计为保证机组锅炉在超低负荷条件下灵活调整、稳定运行提供了燃烧系统的先进技术保障。

特别是，本发明的积极效果在于，磨煤机出力增加，煤粉细度提高(煤粉变细)，煤粉均匀性指数提高；磨煤机优化改造后出力范围扩大，且能够使得锅炉在“无微油、无等离子、无气、无富氧”等任何辅助助燃的条件下实现机组在小于或等于25％的额定负荷下的稳定运行；锅炉超低氮氧化物排放，各项性能指标在改造后不降低；保证煤粉高效燃烧、炉内不结渣、无高温腐蚀，具有宽广的煤质适应性；实现锅炉超低负荷、高效、稳定、经济性运行。

附图说明

为了更清楚地理解本发明的以上以及其它特征和优点，下面参照附图并结合优选实施例对本发明进行更详细的描述，其中：

图1A是一种现有火电机组切圆锅炉的单角各层燃烧器的正视图，其示意性地示出了改造前的各个角处的燃烧系统(燃烧器组)的各喷口的结构配置；

图1B是根据本发明的一实施例改造后的火电机组切圆燃烧锅炉的单角各层燃烧器的正视图，其示意性地示出了本发明改造后的各个角处的燃烧系统(燃烧器组)的各喷口的结构配置；

图2是根据本发明的制粉系统的磨煤机中的动静组合旋转分离器的结构示意图；

图3示意性地图示了设有本发明的动静组合旋转分离器的磨煤机总装结构；

图4示意性地图示了根据本发明优化后的组合喷嘴环结构。

具体实施方式

下面结合附图以示例方式描述本发明的优选实施例。需指出的是，为方便图示和便于理解，本发明的各附图中的相关部件的尺寸、位置等并未严格地按比例绘制。

根据本发明的该示范性实施例，提出一种火电机组切圆燃烧锅炉，其适于超低负荷运行，并主要针对现有已知的火电机组切圆燃烧锅炉改造而成，所述锅炉包括制粉系统和燃烧系统，所述制粉系统例如为配有中速磨煤机或双进双出钢球磨煤机的正压直吹式制粉系统，所述燃烧系统例如为直流式煤粉燃烧系统，所述燃烧系统包括以多角(例如四角)布置、直流切向燃烧方式的配置的多个燃烧器组。

以下详细描述本发明的该实施例的火电机组切圆燃烧锅炉的各主要部分的结构设计及其相对于现有技术的主要改进之处。

超低负荷燃烧器改造技术(超低负荷燃烧系统)

图1A是一种现有火电机组切圆燃烧锅炉的单角各层燃烧器的正视图，其示意性地示出了改造前的各个角处的燃烧系统(燃烧器组)的各喷口的结构配置；图1B是根据本发明的该实施例改造后的火电机组切圆燃烧锅炉的单角各层燃烧器的正视图，其示意性地图示了本发明改造后的各个角处的燃烧系统(燃烧器组)的各喷口的结构配置。

从图1A中可以看出，改造前的现有火电机组切圆燃烧锅炉的各个角处的燃烧系统沿竖直方向包括上部区域和下部区域(主燃烧区)。所述上部区域包括原有燃尽风系统1，所述下部区域包括原有微油点火或等离子点火燃烧器4、原有一次风燃烧器5、原有二次风燃烧器3和原有顶二次风燃烧器2。所述原有微油点火或等离子点火燃烧器4位于所述下部区域的最下端，所述原有顶二次风燃烧器2位于所述下部区域的最上端。所述原有一次风燃烧器5基本上位于所述下部区域的中部，且数量为四个，即，沿竖直方向从下往上，其依次包括第一层一次风燃烧器、第二层一次风燃烧器、第三层一次风燃烧器和第四层一次风燃烧器。所述原有二次风燃烧器3的数量为两个，即，位于所述微油点火或等离子点火燃烧器4和所述第一层一次风燃烧器之间的第一层二次风燃烧器和位于所述第三层一次风燃烧器和所述第四层一次风燃烧器之间的第二层二次风燃烧器。

与之相对照，根据该实施例，本发明针对火电机组切圆燃烧锅炉超低负荷运行要求降低NOx、提高超低负荷稳燃能力以及高效燃烧的特点，设计研制采用“高位燃烧系统燃料分级燃烧”和“垂直浓淡煤粉燃烧同相相邻亲和稳定燃烧”等技术对燃烧系统进行改造，其主要改造内容包括：

作为主燃烧区(下部区域)的最上层一次风燃烧器的高位煤粉燃烧器采用高位煤粉分级燃烧器，其对锅炉主燃烧器区顶部的煤粉燃烧器进行燃料分级，由煤粉管道上设置的煤粉分级转换器将煤粉燃料分为两级(“浓相”和“淡相”)，经过喷嘴后喷入炉膛燃烧，喷口处设有多个钝体(多钝体结构)，一次风煤粉混合物射流通过钝体时将产生多个稳定的回流区，从而使得着火热降低、着火稳定。同时，由于燃烧器出口处钝体的存在，推迟了二次风的混合，增大了烟气在挥发份燃烧区的停留时间，也就是增加了还原反应时间，使更多的燃料N被还原成N₂，在燃烧器出口附近形成局部分级燃烧，NOx的生成量也会减少。喷嘴体可采用内衬陶瓷结构。特别是，本发明采用分级设计改造(利用位于燃烧器入口处的煤粉分级转换器将煤粉燃料分为纯浓纯淡两级)，并可合理设计煤粉分配比例及浓淡比例，从而保证煤粉高效、稳定、低氮燃烧，并有助于火电机组切圆燃烧锅炉的超低负荷灵活运行。

此外，根据该实施例，主燃烧区的其它一次风燃烧器采用垂直浓淡煤粉燃烧器，其将空气垂直分级燃烧和浓淡燃烧技术相结合。浓淡燃烧技术是在一次风管道内采用经过详细研究和优化的挡板式煤粉浓缩器，使煤粉气流在流经挡板时产生不同程度偏转，煤粉与气流惯性分离，经分流钝体后分别形成两股浓、淡煤粉气流，同时可在煤粉燃烧器的背火侧布置刚性强的偏置周界风喷口。煤粉气流在水冷壁附近形成比普通燃烧器强得多的氧化性气氛。偏置周界风在背火侧的投入将进一步强化煤粉形成的氧化性气氛，保证在深度锅炉内分级燃烧方式下，水冷壁附近的低煤粉颗粒浓度和氧化性气氛的运行环境。这种布置方式不仅起到稳燃和降低NOx生成的作用，同时还避免形成还原性气氛，防止水冷壁高温腐蚀现象发生。

另外，本发明可结合垂直浓淡微油点火或等离子点火燃烧器采用垂直浓淡煤粉燃烧同相相邻亲和稳定燃烧设计：即，最下层微油点火燃烧器“下淡上浓”，第一层一次风燃烧器“下浓上淡”；第二层一次风燃烧器“下淡上浓”；第三层一次风燃烧器“下浓上淡”；第四层一次风燃烧器被分级改造为两层式高位燃料分级燃烧器“下浓上淡”；主一次风燃烧器相邻喷口“同浓相”或者“同淡相”设计布置，总体保持均等布置，热容量单元相对独立，相互支持燃烧，稳定燃烧，能够起到降低NOx排放的目的。

更具体地说，如图1B所示，根据该实施例，本发明的超低负荷燃烧系统的改进之处主要包括：

(1)所述第一层一次风燃烧器、所述第二层一次风燃烧器和所述第三层一次风燃烧器均被改进为垂直浓淡煤粉燃烧器11，其中，将图1A中的原有一次风燃烧器5与图1B中的垂直浓淡煤粉燃烧器11进行对比可以看出，图1A中的原有一次风燃烧器5中采用垂直布置的钝体，其为水平浓淡燃烧器，图1B中的垂直浓淡煤粉燃烧器11采用水平布置的钝体，其为垂直浓淡燃烧器，垂直浓淡煤粉燃烧器11通过煤粉浓缩器将煤粉分成浓淡两股，浓侧煤粉气流着火迅速，在与周围其它气流混和前即消耗掉大量氧气，使燃烧气氛迅速处于低氧状态，可在一定程度上抑制NOx生成；另外由于着火迅速，使得热解程度加深，更多的燃料N随挥发份一同释放，焦炭N大幅减少，而低NOx燃烧状态下挥发份N向NOx的转化率要比焦炭N向NOx的转化率低得多。淡侧煤粉浓度较低，着火初期燃烧温度较低，NOx排放也可控制在较低水平。同时图1B中的垂直浓淡煤粉燃烧器11可配备偏置周界风，以提高水冷壁附近的氧量，增加其氧化性气氛，更好地防止结焦、防止高温腐蚀。

有利的是，本发明的上述各一次风燃烧器的喷口出口处设有单个或者多个钝体。优选的是，在燃烧器喷口(煤粉喷嘴内)装设多个水平布置的钝体，以提高一次风喷嘴出口处的煤粉浓度，且在多钝体前方形成稳定的回流区，卷吸高温烟气，使得煤粉与氧接触充分，控制火焰回流区、燃烧稳定，可以提高锅炉效率，同时燃烧火焰“内浓外淡”，火焰外围充满还原性介质，有利于降低锅炉氮氧化物排放。

通过上述方式，本发明采用先进的垂直超浓淡煤粉燃烧技术，并结合喷口多钝体强化燃烧措施，从而能够有效降低锅炉NOx排放量，强化劣质煤的燃烧稳定性，保证高效燃烧，并拓宽燃料适应性，防止锅炉结渣和高温腐蚀；

(2)所述第四层一次风燃烧器被分级改造为两层高位燃料分级燃烧器8，其中利用煤粉分级转换器，所述煤粉分级转换器与煤粉管道相接。根据该实施例，采用特定的煤粉分级转换器设计可通过重力作用将图1A中的第四层一次风燃烧器的煤粉分成两股纯浓、纯淡粉煤粉分别送入图1B中的高位燃料分级燃烧器8的两层燃烧器喷口中，从而将顶部一路煤粉燃料进行燃料分级而分为纯浓、纯淡两路。此外，喷口处可采用多钝体结构，一次风粉混合物射流通过钝体时将产生多个稳定的回流区，从而降低着火热，保证煤粉高效、低氮、稳定燃烧。

由此可见，通过上述措施，所述第四层(最上层)一次风燃烧器的一层被分为两层，其在保证在降低锅炉NOx排放量的同时，可以保证锅炉煤粉燃烬、燃烧稳定性好，炉内避免或减缓结渣和高温腐蚀，提高锅炉效率，并具有广泛的煤质适应性。

此外，从图1B中可以看出，根据该实施例，本发明的燃烧系统还可优选地采用以下改进措施中的一项或多项：

(3)原有燃尽风系统1被改进为分级送入的高位分离燃尽风系统6。例如，可将原有三层燃尽风系统1中的喷口、风箱风道及相应附件全部拆除，新设计四层(或者更多层)式高位分离燃尽风系统，以增大燃尽风风量，确保煤粉在主燃区缺氧燃烧，生成的大量NOx经过还原区后被还原，前期未燃尽的煤粉通过燃尽区后燃尽。改进后的燃尽风系统的燃尽风喷口能够分别沿垂直方向和水平方向进行双向摆动。例如，可通过设计水平和垂直连杆，通过机械运动使燃尽风喷口实现±20°内垂直摆动、±15°内水平摆动，并采用高位分离燃尽风系统的独立配风系统，从而能够有效控制汽温及其偏差；

(4)原有两层二次风燃烧器被改进成偏置(具有偏置设计的)二次风燃烧器9，其中如图1B所示，二次风燃烧器9的喷口例如可朝向背火侧偏置3-5°；

(5)原有顶部二次风燃烧器2被改进成顶部贴壁风燃烧器7，其中如图1B所示，贴壁风燃烧器7被设计成翻边结构，二次风由喷口两侧喷出，中间用盲板封堵，从而增加了两侧水冷壁壁面氧量，减小了高温腐蚀和结焦倾向；

(6)原有微油点火或等离子点火燃烧器4被改进为垂直浓淡微油点火或等离子点火燃烧器10，其中，垂直浓淡微油点火或等离子点火燃烧器10采用煤粉浓缩器，使煤粉形成两股浓、淡煤粉气流，并与相邻一次风燃烧器形成浓浓亲和，有利于降氮和燃烧稳定。在此情况下，微油或等离子点火系统可全部进行利旧使用，即微油或等离子点火燃烧器与微油系统接口未变，只是在燃烧器上增加了煤粉浓缩器，实现煤粉的浓淡分离，不影响微油或等离子点火系统的使用，从而在保证低NOx排放的同时，节约大量燃油，满足节能环保的要求。

根据本发明的上述实施例，通过上述诸多改进措施，本发明可最大限度地保证锅炉在降低NOx的同时，保证燃尽和例如25％额定负荷以下时燃烧稳定，最大限度提高再热器汽温，避免或减缓锅炉内结渣和高温腐蚀，提高锅炉效率。

特别是，本发明在取得优良的锅炉综合运行性能的同时，能够满足对煤质变化范围较大的燃煤稳燃和高效燃烧的要求，做到节能和减排并举，一次改造的同时收获多项成果。

需指出的是，在图1B中，H代表燃尽风系统的中心线与高位煤粉分级燃烧器的中心线之间的距离，其可通过设计计算和模拟分析并结合工程案例经验得出。

本发明的上述实施例的超低负荷燃烧系统能够结合空气分级燃烧的原理进行使用，其基本原理为：将燃烧所需的空气量分成两级送入炉膛，使主燃烧区内过量空气系数为0.8-1，燃料先在富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，延迟燃烧过程，在还原性气氛中大量含氮基团与NOx反应，从而提高了NOx向N₂的转化率，降低了NOx在这一区域的生成量。将燃烧所需其余空气通过布置在主燃烧器上方的燃尽风喷口(OFA)送入炉膛，在供入燃尽风以后，成为富氧燃烧区。此时空气量虽多，但因火焰温度低，且煤中析出的大部分含氮基团在主燃区已反应完成，最终NOx生成量不大，同时空气的供入使煤粉颗粒中剩余焦炭充分燃尽，保证煤粉的高燃烧效率，最终炉内垂直空气分级燃烧可使NOx生成量降低40～45％。在采用深度空气分级燃烧时，由于在主燃烧区过量空气系数比1小很多，燃烧是在比理论空气量低很多的情况下进行的，虽然有利于抑制NOx的生成，但产生大量不完全燃烧产物，导致燃烧效率降低并容易引起结渣和受热面腐蚀。因此，必须正确组织合理的空气分级燃烧，在保证降低NOx排放同时充分考虑锅炉运行的经济性和安全可靠性。

超细煤粉制粉系统改造技术(具有动静组合旋转分离器的磨煤机)

已知，现有制粉系统的磨煤机(例如中速磨煤机)通常包括静态分离器，所述静态分离器主要按照以下方式工作：分离器上部沿圆周均匀布有多个折向挡板，气粉混合物流经挡板改变流动方向产生旋转，粗粉在离心力和重力作用下实现分离，分离出的粗粉回落到磨室进行重新碾磨。

申请人注意到，采用现有静态分离器的磨煤机产生的煤粉调节难度较大，且存在着“不能根据煤质水分变化有效快速调节煤粉细度，不利于煤粉的均匀分配”等缺陷。

为克服上述缺陷，本发明提出了一种改造后的动静组合旋转分离器，其中图2是根据本发明的制粉系统的磨煤机中的动静组合旋转分离器的结构示意图，图3示意性地图示了设有本发明的动静组合旋转分离器的磨煤机总装结构。

如图2所示，本发明的动静组合旋转分离器包括驱动器(例如变频电机)21、减速机22、煤粉分级转换器(煤粉分配器)23、转子叶片24、静子叶片25和回粉锥26，其中，驱动器与减速机通过联轴器连接，转子叶片连接在分离器的空心轴上，静子叶片沿圆周分布在分离器的壳体与转子叶片之间，同时静子叶片可以就地调节。

上述动静组合旋转分离器的设计原则为：能够使煤粉在重力分离、撞击分离、折向惯性分离和离心力强制分离等作用下，在磨内循环倍率下降，通风阻力不增加，达到提高煤粉细度和均匀性指标，最终达到提高锅炉燃烧效率，降低锅炉飞灰、大渣含碳量的目的。

如图3所示，本发明的磨煤机主要包括动静组合旋转分离器31、加载架32、拉杆33、喷嘴环34和液压缸35，其中，磨煤机的碾磨部分可由转动的磨盘和三个磨辊组成，需碾磨的原煤从磨煤机中央落煤管落到磨盘上，旋转的磨盘借助于离心力将原煤运动到碾磨滚道上，通过磨辊进行碾磨，碾磨力则由液压加载系统产生，通过液压缸、加载架、拉杆将碾磨力均匀作用在三个磨辊上。原煤的碾磨和干燥同时进行，一次风通过喷嘴环均匀进入磨盘周围将经过碾磨从磨盘上切向甩出的煤粉混合物烘干并输送至磨煤机上部的动静组合旋转分离器进行分离，粗粉被分离出来返回磨盘进行重新碾磨，合格的煤粉被一次风带出分离器。

在本发明的动静组合旋转分离器中，传动系统是整个分离器的关键部件。为此，在本发明中，采用减速机经由轴承座与叶轮(减速机连接转盘轴承，转盘轴承连接空心轴，空心轴在连接转子叶片)相联，其结构简单、可靠。

另外，在本发明中，静子叶片5的安装角度可调，其中，静子叶片的上部连接长轴及短轴，短轴露出于分离器顶盖部位，静子叶片的角度通过在分离器顶盖处露出的短轴调节。此外，有利的是，分离器筒体上加装人形孔，与人形孔对应的静子叶片设计为可拆卸式，便于检修。另外，设计好静子叶片的角度(优化角度)后，只需通过例如变频电机调节叶轮的转速，便可以根据需要方便地对煤粉细度进行有效调节。

此外，根据本发明，由于采用具有优化角度的静子叶片和可调转速的动子叶片，整个动、静态系统形成双层笼式结构，使得煤粉经过静子叶片分离后再经过转子叶片加速分离，分离效率明显高于现有静态分离器。而且，本发明可采用狭长的可调静子叶片和转子叶片，狭长的叶片式挡板使得煤粉流在通流截面上均匀性更好。再加上静态结构与动态结构相互完全独立，当动态传动系统发生意外不能运行时，所述分离器依然能够满足锅炉运行要求，因而对制粉系统而言运行可靠性明显提高。

再则，本发明的上述动静组合旋转分离器(转子叶片和静子叶片)可采用超耐磨“金属+陶瓷”防磨措施，整个分离器几乎不需要日常维护，使用起来非常简便、可靠。

更具体地说，采用本发明的动静组合旋转分离器后，所述磨煤机按照以下方式工作：

煤粉气流由磨煤机筒体进入高位布置的分离器腔体时，由于截面积突然增大，流速降低，质量大的一部分煤粉颗粒失去动能，受重力作用沿外锥体内壁滑入返粉管中。在分离器顶部装有多个均布、角度可调的静子叶片(挡板)，风煤混合物穿越静子叶片时，受到叶片阻挡形成风煤混合物的涡流，由涡流产生的离心力改变煤粉颗粒的方向和速度，从而促使大颗粒煤粉离开煤粉气流落到内锥体中，沿内锥体内壁进入返粉管和原煤混合一起送入磨煤机。调整静子叶片(挡板)的开度可以改变风煤混合物的流场调节，通常被认为静态预选，从而改变出粉细度。

进入静子叶片和转子叶片之间的区域的煤粉气流在叶轮(转子叶片)高速运转带动下，煤粉颗粒被瞬间提速，粗颗粒煤粉在离心力及动态叶片撞击作用下，与煤粉气流脱离进入内锥体下部，随后进入返粉管。符合要求的煤粉穿过动态叶轮(叶片)经分离器排出口进入锅炉。

由此可看出，在相同的条件下，叶轮转速大，则离心力大，当粗颗粒煤粉受到的离心力大于气流的曳引力时，就被自然分离出来。煤粉颗粒越小，分离所需的离心力越大，所需的叶轮转速也越高。当动叶转速较高时，可以获得较高的煤粉细度。因此，可以通过降低或提高叶轮转速实现预订的煤粉细度要求。

从上述分离器运行原理可看出，动态叶轮在旋转时还能产生相当大的扰动力，使煤粉在被瞬间提速时促使风粉混合物更趋均匀化，使粗、细煤粉相互间干扰减少，从而降低了回粉中的合格煤粉数量，降低了分离器的循环倍率，并提高了煤粉的均匀性。分离器循环倍率降低实际上也提高了磨煤机的出粉效率，降低了磨煤机的单位能耗。由于煤粉均匀性提高，出口间煤粉浓度偏差明显降低，这对锅炉燃烧控制起着很重要的作用。当然，煤粉颗粒受到的离心力的大小与静态叶片(静子叶片)的角度和动态叶轮(动子叶片)的旋转速度均有关系，只有当二者配合得当时，才会使煤粉细度、均匀性达到最佳状态。否则，效果将背道而驰。

采用动静组合分离器另一优势在于其高可靠性，转子故障停转时仍然可以实现选粉功能，设计时考虑各种故障对系统的影响，保证正常工作状态下静态叶片是不需要调整的，当转子系统故障停转时，可通过调节静态叶片角度取得较好的选粉效果，保证锅炉安全运行。相对于纯静态或纯动态分离器而言，动静组合分离器的可靠性明显更高。

从以上描述可以看出，本发明的动静组合旋转分离器的设计构思主要基于和来自于中速磨煤机静态分离器，所述静态分离器的结构特点是：煤粉细度提高，则磨煤机出力下降，且出力下降率远远大于细度提高率。这主要是因为静态叶片的结构造成的。此外，所述静态分离器的多出口分配器并不能起到有效的分离粗、细粉作用。基于以上背景，本申请的发明人发现，如果利用动态叶轮取代多出口分配器，便可以在原有静态分离的基础上增加一个动态分离的功能，因而合格的煤粉能够被更快地分离排出，从而有效减少分离器产生的再循环煤粉。此外，由于动态分离器可以实现叶轮转速调节，能够使煤粉在重力分离、撞击分离、折向惯性分离和离心力强制分离等的作用下，在磨煤机内循环倍率下降，通风阻力不增加，从而显著提高煤粉细度和均匀性指标，并最终达到提高锅炉燃烧效率、降低飞灰、大渣含碳量的目的。

由此可见，煤粉细度对着火温度的影响比较明显，对于煤粉云团，其小颗粒团的热容量小，能迅速加热到着火温度。同时，着火温度是随着煤粉质量浓度提高而降低，所以在磨煤机相同出力条件下，适当降低风量也可以促进锅炉低负荷稳燃问题的解决。基于以上认识或背景，采用具有动静组合旋转分离器的磨煤机后，可以保证煤粉偏差，提高煤粉细度、均匀性，煤粉细度提高，燃烬率提高，燃烧充分，降低飞灰、大渣含碳量，可以实施深度分级，降低NOx排放量；同时，煤粉细度高，比表面积大，煤粉燃烬速度快，碳是表面反应，容易与氧接触，从而可以显著减少锅炉NOx气排放量。

换句话说，与现有技术相比，采用根据本发明改造的动静组合旋转分离器后，煤粉细度和煤粉均匀性要得到保证，而且动态分离器对煤粉细度在一定细度范围内动态可调，煤粉均匀性高；此外，分离器阻力不增加，不降低现有制粉系统的出力，在同样煤质、同样煤粉细度的情况下，改造后磨煤机出力较改造前有所提高。

特别是，本发明的上述改进后的燃烧系统与改进后的具有动静组合旋转分离器的磨煤机结合起来将能够发挥出各自最佳的功能并获得最佳的技术效果。

有利的是，本发明还可以结合使用以下改造技术：

采用磨煤机入口分体组合旋转喷嘴环

如图4所示，根据本发明的磨煤机入口分体组合旋转喷嘴环具有以下结构：其包括动环41、静环42、磨盘瓦43和磨盘44，其中，动环与磨盘通过螺栓连接，静环焊接在磨煤机的筒壁上。

所述喷嘴环的工作原理如下：一次风通过喷嘴环均匀进入磨环周围，将经过碾磨从磨环上切向甩出的煤粉混合物烘干并输送至磨煤机上部的分离器，在分离器中进行分离，粗粉被分离出来返回磨盘重磨，合格的细粉被热一次风带出分离器。难以粉碎且一次风吹不起的较重石子煤、铁块等通过风环落到一次风室，被刮板刮进排渣箱。

采用本发明的组合喷嘴环后，其例如可以达到以下有益效果：可以降低磨煤机的电机电流，煤的干燥能力加强，并消除现有技术原有设计中的动静部分之间的摩擦；可通过环叶片、导向轮(标号45为动环叶片)的独特设计使磨盘上方形成更均匀的煤床，加速了煤粉的干燥；磨煤机响应时间加快，由于煤床支撑更均匀，可改善一次热风循环混合，磨煤机运行更加平稳，调节响应速度加快；可以提高磨煤机的出力，从而更加有利于安全稳定的生产；可以降低磨煤机内的压力损失，从而达到降低通风电耗的目的；喷嘴环安装方便，且使用寿命长，从而可延长检修周期，节约维修费用。

低负荷磨煤机单磨、多磨稳定运行技术

根据本发明，在制粉系统达到单台磨运行条件时，如磨煤机入口风温达到磨煤机工作条件，即可进行分层磨煤机单磨投运，辅助燃烧器低负荷投运；由于对磨煤机进行综合改造，可以实现磨煤机额定出力20％以下启动、稳定运行，进而实现多台磨煤机同时运行，保证锅炉超低负荷调峰安全稳定运行的要求。

磨煤机加载系统的优化调整

包括对目前使用的磨煤机加载系统进行校核、计算，确定目前磨煤机最低出力范围；对目前磨煤机加载系统进行调整，部分更换磨煤机加载系统部件；对设计优化改造后的磨煤机加载系统进行调整，满足改造要求。

本发明的上述各项改造技术优选以组合的方式使用，以获得最佳的技术效果。

以上已经结合具体实施例对本发明进行了详细描述。很明显，本发明的上述实施例应被理解为是示例性的，而非对本发明的限制。事实上，对于本领域的技术人员来讲，可以在本发明的基础上对其进行各种变型或修改。例如，虽然图1B以示例的方式给出了根据本发明的一实施例改造后的火电机组切圆燃烧锅炉的单角各层燃烧器的具体布置，但是很容易理解，其中的各燃烧器(及其喷口)的具体数量、层数、位置等可以根据具体实践或实际需要进行必要的调整。显然，这些变型或修改均不脱离本发明的精神和范围。另外，需说明的是，本发明的上述实施例中的一些部件或技术特征可以分开或组合地使用，且为节省篇幅，本申请的说明书中并未对所涉及构件的所有细节进行详尽描述。关于这些未涉及或未详细描述的细节，本领域技术人员可以在本发明的原理的基础上结合本领域的已有知识或公知常识等很容易地理解或具体应用。

附图标记列表

1 原有燃尽风系统

2 原有顶二次风燃烧器

3 原有二次风燃烧器

4 原有微油点火或等离子点火燃烧器

5 原有一次风燃烧器

6 分级送入的高位分离燃尽风系统

7 顶部贴壁风燃烧器

8 高位燃烧分级燃烧器

9 偏置二次风燃烧器

10 垂直浓淡微油点火或等离子点火燃烧器

11 垂直浓淡煤粉燃烧器

21 驱动器

22 减速机

23 煤粉分级转换器

24 转子叶片

25 静子叶片

26 回粉锥

31 动静组合旋转分离器

32 加载架

33 拉杆

34 喷嘴环

35 液压缸

41 动环

42 静环

43 磨盘瓦

44 磨盘

45 动环叶片

Claims (10)

1.一种燃烧系统，其在适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉中使用，所述燃烧系统为直流式煤粉燃烧系统，并包括多个燃烧器组，每个燃烧器组包括作为主燃烧区中的最上层一次风燃烧器的高位煤粉燃烧器和设置在主燃烧区中的多个其它一次风燃烧器，其中，所述高位煤粉燃烧器被构造为两层式高位燃料分级燃烧器和/或所述多个其它一次风燃烧器被构造为垂直浓淡煤粉燃烧器。

2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述多个燃烧器组为以四角布置、直流切向燃烧方式配置的四个燃烧器组。

3.根据权利要求1或2所述的燃烧系统，其特征在于，

所述两层式高位燃料分级燃烧器的入口处的煤粉管道上设有煤粉分级转换器，以将进入所述两层式高位燃料分级燃烧器的煤粉燃料分为纯浓纯淡两级并进行分层燃烧，在所述两层式高位燃料分级燃烧器的喷口处设有多个钝体；和/或

在所述垂直浓淡煤粉燃烧器的一次风管道内设有挡板式煤粉浓缩器，且在所述垂直浓淡煤粉燃烧器的喷口内设有水平布置的分流钝体，以使得进入所述垂直浓淡煤粉燃烧器的煤粉燃料形成两股浓、淡煤粉气流，且多个垂直浓淡煤粉燃烧器以“同相相邻亲和稳定燃烧”的方式布置，即多个垂直浓淡煤粉燃烧器的相邻喷口“同浓相”或者“同淡相”地布置。

4.根据权利要求3所述的燃烧系统，其特征在于，在所述垂直浓淡煤粉燃烧器的背火侧设有偏置周界风喷口。

5.根据权利要求1或2所述的燃烧系统，其特征在于，每个燃烧器组还包括以下构件中的一个或多个：

多层式分级送入的高位分离燃尽风系统，其位于主燃烧区的上方并与所述主燃烧区保持一定距离，其中所述高位分离燃尽风系统的各燃尽风喷口分别采用独立配风系统，且被设置为能够分别沿垂直方向和水平方向进行双向摆动；

设置在主燃烧区中的偏置二次风燃烧器，其中所述偏置二次风燃烧器的喷口朝向背火侧偏置；

设置在主燃烧区中的顶部贴壁风燃烧器，其位于所述两层式高位燃烧分级燃烧器上方，且从所述顶部贴壁风燃烧器的喷口两侧喷出二次风；

垂直浓淡微油点火或等离子点火燃烧器，其作为主燃烧区中的最下层燃烧器设置在主燃烧区中，其中在所述垂直浓淡微油点火或等离子点火燃烧器中设有煤粉浓缩器，以使进入所述垂直浓淡微油点火或等离子点火燃烧器的煤粉形成两股浓、淡煤粉气流，并且所述垂直浓淡微油点火或等离子点火燃烧器与相邻的垂直浓淡煤粉燃烧器以“浓浓亲和”的方式布置。

6.一种适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉，其包括根据权利要求1-5中任一项所述的燃烧系统和制粉系统，其中所述制粉系统包括具有动静组合旋转分离器的磨煤机。

7.根据权利要求6所述的适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉，其特征在于，所述制粉系统为正压直吹式制粉系统，所述动静组合旋转分离器包括驱动器、减速机、煤粉分级转换器、转子叶片、静子叶片和回粉锥，所述驱动器与所述减速机通过联轴器连接，所述转子叶片连接在所述动静组合旋转分离器的空心轴上，所述静子叶片设置在所述动静组合旋转分离器的壳体与所述转子叶片之间。

8.根据权利要求7所述的适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉，其特征在于，所述静子叶片被构造成具有可调的安装角度。

9.根据权利要求6所述的适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉，其特征在于，所述磨煤机具有入口分体组合旋转喷嘴环，所述入口分体组合旋转喷嘴环包括动环、静环、磨盘瓦和磨盘，所述动环与所述磨盘通过螺栓连接，所述静环固定在磨煤机的筒壁上。

10.根据权利要求6所述的适于超低负荷运行的火电机组切圆燃烧锅炉，其特征在于，所述磨煤机在制粉系统达到单台磨运行条件时进行分层燃烧，磨煤机单磨运行并且能够以双磨或更多磨同时运行的方式工作。