CN110307538A

CN110307538A - 煤粉无焰燃烧系统及方法

Info

Publication number: CN110307538A
Application number: CN201810232229.6A
Authority: CN
Inventors: 欧阳子区; 李诗媛; 朱建国
Original assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Current assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2019-10-08

Abstract

本公开提供了煤粉无焰燃烧系统及方法，该系统包括炉膛本体和煤粉预热器，其中，炉膛本体包括设置于炉膛本体底部的煤粉无焰燃烧器以及沿炉膛本体的轴向分为至少两层布置于炉膛本体侧壁的三次风喷口，煤粉无焰燃烧器包括预热燃料喷口以及多个二次风喷口，煤粉预热器连接至预热燃料喷口，用于预热煤粉，并将预热后的煤粉输送至煤粉无焰燃烧器。进一步提供了利用该系统进行煤粉无焰燃烧的方法。本公开采用预热燃料及分级配风的方式，实现均匀的无焰燃烧，可以降低二次风喷射速度，降低风机压头和电耗。

Description

煤粉无焰燃烧系统及方法

技术领域

本公开涉及燃烧技术领域，尤其涉及一种煤粉无焰燃烧系统及方法。

背景技术

无焰燃烧技术是一种新型低NO_X燃烧技术，无焰燃烧中燃烧区域温度分布均匀且峰值温度低，没有明显的火焰锋面，温度场均匀，无明显峰值温度，但炉内平均温度提高，辐射效率高。与常规燃烧相比无焰燃烧的热效率可提高30％，同时NO_963.排放可降低70％。无焰燃烧又称为高温低氧燃烧，实现无焰燃烧一般需要满足以下条件：1)氧化剂在反应之前被预热到一定的高温或者炉膛被充分预热使得燃烧时炉内任意处的温度均大于燃料的自燃点；2)燃烧反应区中氧气的体积分数低于15％。现阶段无焰燃烧主要应用于气体或液体燃料，其实现方式主要为高温空气燃烧，即利用燃气燃烧或者蓄热体产生的高温低氧空气作为助燃空气来实现无焰燃烧。固体燃料相对于气体及液体燃料，其燃烧过程更加复杂，且燃烧产生大量粉尘，产生高温空气的换热器极易堵塞，气体及液体燃料实现无焰燃烧的方法难以利用到固体燃料上。

目前实现固体燃料无焰燃烧的方法主要为通过二次风高速射流，卷吸高温烟气回流来实现炉膛内热量和质量的快速、均匀混合，使煤粉燃烧稳定后火焰峰面消失，呈现均匀的无焰燃烧。中国专利申请201310624080.3提出一种煤粉富氧无焰燃烧方法及其系统，在该方法中通过富氧燃烧产生的高温烟气以高速射流的形式经直流无焰燃烧器注入炉膛通过高速射流卷吸高温烟气形成无焰燃烧，二次风需要经过高压头的增加风机升压后以60～200m/s的速度喷入，另外该方法需要一套烟气净化系统将烟气中的灰尘及水分等分离。该方法虽然可以实现煤粉的无焰燃烧但整套系统复杂，高压风机能耗较高，且高速喷射的喷口极易磨损。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种煤粉无焰燃烧系统及方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种煤粉无焰燃烧系统，包括：炉膛本体，包括：煤粉无焰燃烧器，其为直流燃烧器，设置于炉膛本体的底部，包括：预热燃料喷口，向炉膛本体内送入预热后的煤粉；以及多个二次风喷口，向炉膛本体内送入二次风；以及三次风喷口，沿炉膛本体的轴向分为至少两层布置于炉膛本体的侧壁，向炉膛本体内送入三次风；以及煤粉预热器，连接至预热燃料喷口，用于预热煤粉，并将预热后的煤粉输送至煤粉无焰燃烧器。

在本公开的一些实施例中，二次风喷口有2～10个，分散布置于预热燃料喷口的四周。

在本公开的一些实施例中，三次风喷口分三层布置于炉膛本体的侧壁。

在本公开的一些实施例中，该煤粉无焰燃烧系统，还包括：供粉装置，连接至煤粉预热器，用于向煤粉预热器输送煤粉进行预热；一次风管道，依次连接供粉装置、煤粉预热器以及煤粉无焰燃烧器，用于输送煤粉；二次风管道，连接至煤粉无焰燃烧器，用于输送二次风；以及三次风管道，连接至三次风喷口，用于输送三次风。

在本公开的一些实施例中，三次风喷口靠近炉膛本体出口的一层为最末层，该最末层的位置能够使煤粉在自该最末层至炉膛本体出口的区域内停留时间大于1s。

在本公开的一些实施例中，预热燃料喷口、二次风喷口和三次风喷口的形状为方形或圆形。

在本公开的一些实施例中，三次风喷口采用对冲喷口。

在本公开的一些实施例中，煤粉预热器为循环流化床。

根据本公开的一个方面，提供了一种使用如上所述的煤粉无焰燃烧系统进行煤粉无焰燃烧的方法，包括：利用一次风携带煤粉进入煤粉预热器，对煤粉进行预热；将预热后的煤粉通过煤粉无焰燃烧器的预热燃料喷口送入炉膛本体内；将二次风通过煤粉无焰燃烧器的多个二次风喷口分散送入炉膛本体内，使二次风与预热后的煤粉充分混合；以及将三次风通过三次风喷口沿炉膛本体的轴向分为至少两层送入炉膛本体内。

在本公开的一些实施例中，多个二次风喷口分散布置于预热燃料喷口的四周。

在本公开的一些实施例中，三次风分为三层进入炉膛本体内。

在本公开的一些实施例中，一次风量占煤粉理论燃烧风量的10～20％；二次风量占煤粉理论燃烧风量的20～50％；三次风量占煤粉理论燃烧风量的50～80％；燃烧过量空气系数为1.1～1.2。

在本公开的一些实施例中，预热后的煤粉喷射速度为10～30m/s；二次风喷射速度为20～50m/s；三次风喷口采用对冲喷口，三次风喷射速度为使三次风射流长度达到炉膛截面中心。

在本公开的一些实施例中，煤粉被预热至着火点以上。

在本公开的一些实施例中，炉膛本体内各区域的氧含量低于10％。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开煤粉无焰燃烧系统及方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)采用预热燃料及分级配风的方式，将二次风和三次风分散送入炉膛，保证炉内反应区的氧含量低于10％或更低，待煤粉燃烧稳定后，火焰锋面消失，呈现均匀的无焰燃烧。

(2)采用燃料预热的方式，可以降低二次风喷射速度，二次风喷射速度在20～50m/s之间，降低风机压头和电耗。

(3)实现无焰燃烧可以提高锅炉热效率、消除炉膛内高温区，降低NO_X排放。

(4)本公开的煤粉无焰燃烧系统简单，煤粉无焰燃烧方法可靠。

附图说明

图1为本公开实施例煤粉无焰燃烧系统的结构示意图。

图2为本公开实施例煤粉无焰燃烧器的结构示意图。

图3为本公开实施例二次风和煤粉通过煤粉无焰燃烧器进入炉膛的示意图。

图4为本公开实施例煤粉无焰燃烧方法的流程图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-供粉装置；

2-煤粉预热器；

3-煤粉无焰燃烧器；

31-预热燃料喷口；32-二次风喷口；

4-炉膛本体；

5、6、7-风机。

具体实施方式

本公开提供了一种煤粉无焰燃烧系统及方法，采用预热燃料及分级配风的方式，将二次风和三次风分散送入炉膛，保证炉内反应区的氧含量低于10％或更低，待煤粉燃烧稳定后，火焰锋面消失，呈现均匀的无焰燃烧，可以降低二次风喷射速度，使二次风喷射速度在20～50m/s之间，降低风机压头和电耗。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

作为本公开的一个实施例，提供了一种煤粉无焰燃烧系统。图1为本公开实施例煤粉无焰燃烧系统的结构示意图。如图1所示，本公开煤粉无焰燃烧系统包括炉膛本体4和煤粉预热器2，该炉膛本体4包括煤粉无焰燃烧器3和三次风喷口，其中，煤粉无焰燃烧器3为直流燃烧器，设置于炉膛本体的底部，包括：预热燃料喷口31，向炉膛本体4内送入预热后的煤粉，以及多个二次风喷口32，向炉膛本体内送入二次风；三次风喷口，沿炉膛本体4的轴向分为至少两层布置于炉膛本体4的侧壁，向炉膛本体4内送入三次风；该煤粉预热器2，连接至预热燃料喷口31，用于预热煤粉，并将预热后的煤粉输送至煤粉无焰燃烧器3。

以下分别对本实施例煤粉无焰燃烧系统的各个组成部分进行详细描述。

煤粉无焰燃烧器3的结构图2所示，二次风喷口32优选分散布置于预热燃料喷口31的四周，对其数量并无严格限制，例如可以为图2中所示的8个，还可为2～10之间的任意整数个。如图3所示，预热后的煤粉和二次风分别通过预热燃料喷口31和二次风喷口32进入炉膛本体，二次风喷口32分散布置，有利于预热后的煤粉与二次风的充分混合，防止局部富氧区的出现。

如图1所示，三次风喷口沿炉膛本体轴向呈三层分布于炉膛本体4的侧壁，实际上，分为两层或者大于三层分布也可以实现本公开的目的，层与层之间的距离根据炉膛内的氧含量进行设置，保证炉膛内各区域的氧含量均低于10％。为加强三次风与预热煤粉的掺混，三次风喷口采用对冲喷口，射流速度根据炉膛截面尺寸进行调整，使三次风射流长度达到炉膛截面中心。为保证煤粉燃尽，煤粉在最末一层三次风至炉膛出口区域内的停留时间应大于1s。

前述的预热燃料喷口31、二次风喷口32和三次风喷口的形状可根据需要选择为方形或圆形。

煤粉预热器2已为本领域技术人员所熟知，在本实施例中为小型循环流化床，循环流化床具有运行稳定性好、热交换剧烈、煤种适应性广的优点。

煤粉预热器2可连接至供粉装置1，利用一次风将供粉装置1的煤粉送入煤粉预热器2内进行预热，煤粉在煤粉预热器2中发生气化反应，释放部分热量，将自身加热到一定温度，预热温度可根据需要通过调节一次风量进行调整。

具体地，通过一次风管道依次连接供粉装置1、煤粉预热器2以及煤粉无焰燃烧器3，利用风机5通过该一次风管道将煤粉预热后送入炉膛本体4内；二次风管道连接至煤粉无焰燃烧器3，利用风机6通过该二次风管道向炉膛本体4内输送二次风；三次风管道连接至三次风喷煤口，利用风机7通过该三次风管道向炉膛本体4内输送三次风。

至此，本实施例煤粉无焰燃烧系统介绍完毕。

作为本公开的一个实施例，提供了一种使用上述煤粉无焰燃烧系统进行煤粉无焰燃烧的方法，以下对该方法作详细说明。

图4为本公开实施例煤粉无焰燃烧方法的流程图。如图4所示，本公开一种煤粉无焰燃烧方法包括：

步骤A：利用一次风携带煤粉进入煤粉预热器，对煤粉进行预热。

步骤B：将预热后的煤粉通过煤粉无焰燃烧器的预热燃料喷口送入炉膛本体内。

步骤C：将二次风通过煤粉无焰燃烧器的多个二次风喷口分散送入炉膛本体内，使二次风与预热后的煤粉充分混合。

步骤D：将三次风通过三次风喷口沿炉膛本体的轴向分为至少两层送入炉膛本体内。

容易理解，本公开煤粉、二次风和三次风应当同时通入锅炉中，而并不限制以步骤A至步骤D的顺序依次通入煤粉、二次风和三次风。

步骤A中，煤粉被预热至着火点以上，预热温度可根据需要通过调节一次风量进行调整，一次风量占煤粉理论燃烧风量的10～20％；

步骤B中，在一次风携带下的预热后的煤粉的喷射速度为10～30m/s；

步骤C中，二次风量占煤粉理论燃烧风量的20～50％，二次风喷射速度为20～50m/s，与煤粉形成差速射流，有利于预热煤粉与二次风的充分混合，防止局部富氧区的出现；

步骤D中，三次风量占煤粉理论燃烧风量的50～80％，为加强三次风与预热燃料的掺混，三次风喷口采用对冲喷口，射流速度根据炉膛截面尺寸进行调整，使三次风射流长度达到炉膛中心点；

其中，燃烧过量空气系数为1.1～1.2。

至此，本实施例煤粉无焰燃烧方法介绍完毕。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开煤粉无焰燃烧系统及方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供一种煤粉无焰燃烧系统及方法，采用自身温度高于其着火点的预热煤粉作为燃料，并且二次风和三次风均分散供入炉膛，同时二次风高速射流卷吸高温烟气与高温预热燃料进行掺混，保证炉内反应区各点的氧含量低于10％或更低，同时由于燃料的温度高于着火点，煤粉燃烧稳定后，火焰锋面消失，呈现均匀的无焰燃烧，可以提高锅炉热效率，消除炉内高温区，降低NO_X排放。

还需要说明的是，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示速度、风量等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种煤粉无焰燃烧系统，包括：

炉膛本体，包括：

煤粉无焰燃烧器，其为直流燃烧器，设置于炉膛本体的底部，包括：

预热燃料喷口，向所述炉膛本体内送入预热后的煤粉；以及

多个二次风喷口，向所述炉膛本体内送入二次风；以及

三次风喷口，沿所述炉膛本体的轴向分为至少两层布置于炉膛本体的侧壁，向所述炉膛本体内送入三次风；以及

煤粉预热器，连接至所述预热燃料喷口，用于预热煤粉，并将预热后的煤粉输送至所述煤粉无焰燃烧器。

2.根据权利要求1所述的煤粉无焰燃烧系统，其中，所述二次风喷口有2～10个，分散布置于所述预热燃料喷口的四周。

3.根据权利要求1所述的煤粉无焰燃烧系统，其中，所述三次风喷口分三层布置于炉膛本体的侧壁。

4.根据权利要求1所述的煤粉无焰燃烧系统，还包括：

供粉装置，连接至所述煤粉预热器，用于向所述煤粉预热器输送煤粉进行预热；

一次风管道，依次连接所述供粉装置、煤粉预热器以及煤粉无焰燃烧器，用于输送煤粉；

二次风管道，连接至所述煤粉无焰燃烧器，用于输送二次风；以及

三次风管道，连接至所述三次风喷口，用于输送三次风。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的煤粉无焰燃烧系统，其中：

所述三次风喷口靠近炉膛本体出口的一层为最末层，该最末层的位置能够使煤粉在自该最末层至炉膛本体出口的区域内停留时间大于1s；和/或

所述预热燃料喷口、二次风喷口和三次风喷口的形状为方形或圆形；和/或

所述三次风喷口采用对冲喷口；和/或

所述煤粉预热器为循环流化床。

6.一种使用如权利要求1至5中任意一项所述的煤粉无焰燃烧系统进行煤粉无焰燃烧的方法，包括：

利用一次风携带煤粉进入煤粉预热器，对煤粉进行预热；

将预热后的煤粉通过煤粉无焰燃烧器的预热燃料喷口送入炉膛本体内；

将二次风通过煤粉无焰燃烧器的多个二次风喷口分散送入炉膛本体内，使二次风与预热后的煤粉充分混合；以及

将三次风通过三次风喷口沿炉膛本体的轴向分为至少两层送入炉膛本体内。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

所述多个二次风喷口分散布置于预热燃料喷口的四周；和/或

所述三次风分为三层进入炉膛本体内。

8.根据权利要求6所述的方法，其中：

一次风量占煤粉理论燃烧风量的10～20％；

二次风量占煤粉理论燃烧风量的20～50％；

三次风量占煤粉理论燃烧风量的50～80％；

燃烧过量空气系数为1.1～1.2。

9.根据权利要求6所述的方法，其中：

预热后的煤粉喷射速度为10～30m/s；

二次风喷射速度为20～50m/s；

所述三次风喷口采用对冲喷口，三次风喷射速度为使三次风射流长度达到炉膛截面中心。

10.根据权利要求6至9中任意一项所述的方法，其中：

所述煤粉被预热至着火点以上；和/或

所述炉膛本体内各区域的氧含量低于10％。