CN109631022A - 一种用于工业煤粉锅炉的具有烟气再循环的煤粉燃烧装置 - Google Patents

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张斌
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Abstract

一种用于工业煤粉锅炉的具有烟气再循环的煤粉燃烧装置，它涉及锅炉技术领域，以解决现有中小型工业煤粉锅炉受到炉膛尺寸及燃烧方式的限制，存在炉膛内容易结渣和不能有效地控制NOx排放量的问题。本发明包括燃烧系统和烟气再循环系统，燃烧系统包括一次风管、内二次风管、内二次风旋流器、外二次风管、外二次风旋流器、一级燃尽风喷管和一级风调节风门、二级燃尽风喷管和二级风调节风门；一次风管、内二次风管、外二次风管由内向外依次同心套装在一起并与炉膛连通，在内二次风通道和外二次风通道上一一对应设有内二次风旋流器和外二次风旋流器，在炉膛上的外二次风管的圆周上设有多个等角度分布的一级燃尽风喷管。本发明适用于工业煤粉锅炉。

Description

一种用于工业煤粉锅炉的具有烟气再循环的煤粉燃烧装置
技术领域
本发明涉及锅炉技术领域，具体涉及一种煤粉燃烧装置。
背景技术
在我国，作为重要的热能动力设备，燃煤工业锅炉在工业生产和社会生活中起着非常重要的作用。目前我国在用工业锅炉约有62万台，其中燃煤工业锅炉占工业锅炉总数的80％以上，年消耗煤炭近6.4亿吨。由此产生的大量NOx污染物已严重影响我国的环境。
与传统的链条炉相比，工业煤粉锅炉因其采用煤粉悬浮室燃燃烧的方式，使燃料可以在炉膛中充分剧烈燃烧，具有热效率较高的优点。但是受限于炉膛空间尺寸较小，存在NOx排放浓度高，炉膛易结渣的问题。为了达到国家日益严苛的环保标准，降低污染物排放，同时提高工业煤粉锅炉的煤种适应能力和锅炉热效率，有必要研发一种新的工业煤粉炉燃烧装置。
针对工业煤粉锅炉的研究，以德国为主的发达国家在过去的30多年中形成了Dr.Schoppe、HM、Pillard及Saacke等不同的技术流派。其中的扎克CONOx-UCC燃烧器采用分段送风多级燃烧技术，通过在直流环形一次风内、外分别布置一层旋流二次风，在预燃室四周环形布置多个直流三次风喷口，实现空气径向分级燃烧，但设置预燃室存在易结渣的问题。
发明专利《一种用于工业窑炉的采用烟气再循环的旋流煤粉燃烧器》(中国专利号为ZL201010213627.7、申请公布日为2010年11月3日、申请公布号为CN101876433A，下称“文件一”)在一次风通道与内二次风通道之间以及内二次风通道与外二次风通道之间设有环形外侧烟气再循环通道。发明专利《中心给粉旋流煤粉燃器和燃尽风布置结构》(中国专利号为CN201710861938.6、申请公布日为2018年1月9日、申请公布号为CN107559822A，下称“文件二”)将一次风管、内二次风管、外二次风管同轴布置，外侧布置燃尽风喷口组，不能有效控制NOx的排放量的问题。
现有中小型工业煤粉锅炉受到炉膛尺寸及燃烧方式的限制存在炉膛内容易结渣和不能有效地控制NOx排放量等问题。
发明内容
本发明为了解决现有中小型工业煤粉锅炉受到炉膛尺寸及燃烧方式的限制，存在炉膛内易结渣和不能有效地控制NOx排放量的问题，而提供一种用于工业煤粉锅炉的具有烟气再循环的煤粉燃烧装置。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
它包括燃烧系统和烟气再循环系统，燃烧系统包括一次风管、内二次风管、内二次风旋流器、外二次风管、外二次风旋流器、一级燃尽风喷管和一级风调节风门、二级燃尽风喷管和二级风调节风门；一次风管、内二次风管、外二次风管由内向外依次同心套装在一起并与炉膛连通，一次风管、内二次风管和外二次风管相邻两者之间分别依次形成内二次风风道和外二次风通道，在内二次风通道和外二次风通道上一一对应设有内二次风旋流器和外二次风旋流器，在炉膛上的外二次风管的圆周上设有多个一级燃尽风喷管，每个一级燃尽风喷管上设有一级风调节风门，在炉膛上还设有多个二级燃尽风喷管，每个二级燃尽风喷管上设有一个二级风调节风门；
所述烟气再循环系统包括再循环风机、再循环烟气主管道和再循环烟气支管道；
一级燃尽风喷管和二级燃尽风喷管分别通过再循环烟气支管道与再循环烟气主管道连通，再循环烟气主管道与再循环风机的出风口连通。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明在外二次风管外侧均匀布置多根射流细管作为一级燃尽风喷管，多股射流一级燃尽风增大了与烟气的接触面积，有利于一级燃尽风与炉内烟气的充分混合，避免了局部氧浓度过高而产生燃料型NOx。此外，本发明在炉膛上部某一高度位置布置二级燃尽风喷管，一级燃尽风喷管和二级燃尽风喷管风量配比占总风量的35％～55％，而从一次风管、二次风管、外二次风管各自喷口送入的助燃空气比例仅占45％～65％，实现深度空气分级燃烧，燃料长时间处于还原性气氛中燃烧，从而有效抑制燃料型NOx的生成。同时，本发明采用一次风管输送高浓度煤粉气流，外侧的旋流内外二次风将煤粉气流包裹在中间，高浓度煤粉气流从燃烧器中心喷入炉膛内，当煤粉在燃烧时，所处中心回流区的还原性气体浓度较高，煤粉在还原性气氛的停留时间增加，抑制了NOx的生成。
二、本发明在各级燃尽风喷口的入口端设置有再循环烟气支管道，各级燃尽风喷口内通入再循环烟气，降低燃尽区的氧气浓度，有利于抑制燃料型NOx的生成。同时，由于通入的再循环烟气为温度较低的锅炉尾部烟气，低温烟气进入炉膛后，使炉膛整体的温度水平降低，避免高温区的出现，从而抑制了热力型NOx的生成。
三、本发明将旋流内二次风布置在一次风管外，一次风管输送高浓度煤粉气流，煤粉被完全集中在一次风管中心喷入炉膛，旋流的内外二次风将煤粉气流包裹在中间，煤粉被完全集中在燃烧器中心喷入炉膛，增大了燃烧器出口中心回流区的煤粉浓度，使煤粉集中在中心回流区还原性气氛中燃烧，延长了煤粉在还原性气氛中的停留时间，降低燃烧器中心区域NOx的生成量。同时，本发明设置一级燃尽风喷管和二级燃尽风喷管，进一步增长煤粉在还原性气氛下停留的时间，有利于抑制NOx。
四、本发明一次风管被产生旋流风的内二次风管包围，一次风管内输送高浓度煤粉气流，旋流的内外二次风将煤粉气流包裹在中间，避免携带有未燃尽煤粉颗粒的高温烟气与炉膛内壁面接触，起到了防结渣的作用。同时环形布置的一级燃尽风喷管内通入低温再循环烟气，在炉膛内壁面形成一层“气膜”，减少了高温的灰渣与炉膛内壁的接触，并且能够有效地降低炉膛内壁附近的烟气温度，使得熔融的煤粒在到达水冷壁面时就已经被冷却，避免了由于水冷壁附近温度过高而引起的结渣和高温腐蚀，进一步有效抑制炉膛结渣。本发明空气分级程度高，煤粉沿炉膛高度逐渐释放热量，可以避免局部高温的出现，也有利于防止结渣。
附图说明
图1是本发明应用于卧式煤粉锅炉的示意图；
图2是一级燃尽风喷管6轴线水平布置时在炉膛上的分布图；
图3是一级燃尽风喷管6倾斜布置时在炉膛上的分布图；
图4是本发明应用于立式煤粉锅炉的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图3来说明本实施方式，本实施方式包括燃烧系统和烟气再循环系统，燃烧系统包括一次风管1、内二次风管2、内二次风旋流器3、外二次风管4、外二次风旋流器5、一级燃尽风喷管6和一级风调节风门7、二级燃尽风喷管8和二级风调节风门9；一次风管1、内二次风管2、外二次风管4由内向外依次同心套装在一起并与炉膛10连通，一次风管1、内二次风管2和外二次风管4相邻两者之间分别依次形成内二次风风道和外二次风通道，在内二次风通道和外二次风通道上一一对应设有内二次风旋流器3和外二次风旋流器5，在炉膛10上的外二次风管4的圆周上设有多个一级燃尽风喷管6，每个一级燃尽风喷管6上设有一级风调节风门7，在炉膛10上还倾斜设有多个二级燃尽风喷管8，每个二级燃尽风喷管8上设有一个二级风调节风门9；
所述烟气再循环系统包括再循环风机11、再循环烟气主管道12和再循环烟气支管道13；
一级燃尽风喷管6和二级燃尽风喷管8分别通过再循环烟气支管道13与再循环烟气主管道12连通，再循环烟气主管道12与再循环风机11的出风口连通。
具体实施方式二：结合图1来说明本实施方式，本实施方式所述再循环烟气支管道13上设有控制一级燃尽风喷管6风量的一级燃尽风阀门14和控制二级燃尽风喷管8风量的二级燃尽风阀门15。
其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1来说明本实施方式，本实施方式相邻两个所述一级燃尽风喷管6轴线的夹角相等。
可以同时满足高效燃烧、防止水冷壁结渣和高温腐蚀。
其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图3和图4来说明本实施方式，本实施方式每个所述一级燃尽风喷管6的轴线与平面K的夹角范围为45°-90°。
平面K与所述一次风管1、二次风管2和外二次风管4各自的轴线垂直。
如此设置，多个一级燃尽风喷管6通过再循环风机11产生强烈的旋转气流将炉灰吹走，防止炉灰粘附在炉膛内壁上。
其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1来说明本实施方式，本实施方式所述二级燃尽风喷管8的轴线与水平面的夹角β为0-45°。
如此设置，可以降低炉膛内燃烧时产生的氮氧化物的生成，降低环境的污染。
其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1来说明本实施方式，本实施方式所述每个二级燃尽风喷管8内还安装有旋流燃烧器。
其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。
如图4所示，本发明也可应用于立式煤粉锅炉，本发明的一次风管1、内二次风管2、外二次风管4由内向外依次同心套装在一起并与立式锅炉的炉膛10的顶部连通，且一次风管1、内二次风管2、外二次风管4均竖直设置，每个二级燃尽风喷管8与立式煤粉锅炉炉膛的侧壁连通，其它组成和连接关系与上述具体实施方式相同。

Claims (6)

1.一种用于工业煤粉锅炉的具有烟气再循环的煤粉燃烧装置，它包括燃烧系统和烟气再循环系统，燃烧系统包括一次风管(1)、内二次风管(2)、内二次风旋流器(3)、外二次风管(4)、外二次风旋流器(5)、一级燃尽风喷管(6)和一级风调节风门(7)、二级燃尽风喷管(8)和二级风调节风门(9),其特征在于：一次风管(1)、内二次风管(2)、外二次风管(4)由内向外依次同心套装在一起并与炉膛(10)连通，一次风管(1)、内二次风管(2)和外二次风管(4)相邻两者之间分别依次形成内二次风风道和外二次风通道，在内二次风通道和外二次风通道上一一对应设有内二次风旋流器(3)和外二次风旋流器(5)，在炉膛(10)上的外二次风管(4)的圆周上设有多个一级燃尽风喷管(6)，每个一级燃尽风喷管(6)上设有一级风调节风门(7)，在炉膛(10)上还设有多个二级燃尽风喷管(8)，每个二级燃尽风喷管(8)上设有一个二级风调节风门(9)；
所述烟气再循环系统包括再循环风机(11)、再循环烟气主管道(12)和再循环烟气支管道(13)；
一级燃尽风喷管(6)和二级燃尽风喷管(8)分别通过再循环烟气支管道(13)与再循环烟气主管道(12)连通，再循环烟气主管道(12)与再循环风机(11)的出风口连通。
2.根据权利要求1所述的一种用于工业煤粉锅炉的具有烟气再循环的煤粉燃烧装置，其特征在于：所述再循环烟气支管道(13)上设有控制一级燃尽风喷管(6)风量的一级燃尽风阀门(14)和控制二级燃尽风喷管(8)风量的二级燃尽风阀门(15)。
3.根据权利要求2所述的一种用于工业煤粉锅炉的具有烟气再循环的煤粉燃烧装置，其特征在于：相邻两个所述一级燃尽风喷管(6)轴线的夹角相等。
4.根据权利要求3所述的一种用于工业煤粉锅炉的具有烟气再循环的煤粉燃烧装置，其特征在于：每个所述一级燃尽风喷管(6)的轴线与平面(K)的夹角范围为45°-90°。
5.根据权利要求4所述的一种用于工业煤粉锅炉的具有烟气再循环的煤粉燃烧装置，其特征在于：所述二级燃尽风喷管(8)的轴线与水平面的夹角(β)为0-45°。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种用于工业煤粉锅炉的具有烟气再循环的煤粉燃烧装置，其特征在于：所述每个二级燃尽风喷管(8)内还安装有旋流燃烧器。
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