CN111928235A - 一种锅炉富氧低氮燃烧器 - Google Patents

一种锅炉富氧低氮燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锅炉富氧低氮燃烧器，包括用于通入一次风煤粉的一次风筒，在该一次风筒内沿着风煤粉的流动方向依次设有浓淡分离装置、一级燃烧室和二级燃烧室，所述一级燃烧室和二级燃烧室均呈筒状并与一次风筒共筒心线设置，在一次风筒外套设有至少一层配风筒，所述一级燃烧室配置有富氧油枪组件，该富氧油枪组件的枪嘴位于所述一级燃烧室内。与现有技术相比，本发明的有益效果：能够实现以煤代油的效果，能够以较低的燃油消耗维持锅炉在较低负荷下稳定燃烧，减少NOx排放，稳定性好，并具有显著的经济性和环保效果。

Description

一种锅炉富氧低氮燃烧器
技术领域
本发明属于锅炉设备领域，具体涉及一种锅炉富氧低氮燃烧器。
背景技术
电网调峰是在电网负荷变化的情况下，调整发电机组的电力输出以适应电网负荷的行为。深度调峰是指电网负荷峰谷差非常大时调整发电机组，在超低负荷深度调峰时，锅炉燃烧的安全性、经济性需要谨慎和精细调控。锅炉燃烧器是电燃煤锅炉的点火装置，它使用燃油作燃料，燃油产生的火焰对风煤粉进行点火，然后煤粉进入锅炉炉膛进一步燃烧。锅炉燃烧器的性能极大地影响燃煤机组的稳定性、安全性、经济性和环保性能，如单位发电量的燃油消耗量、机组负荷的升降速率、低负荷运行时锅炉燃烧稳定性、对煤粉质量的适应能力以及单位煤燃烧产物中氮氧化物NOx的含量等。因此，改进燃烧器的结构设计，具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种锅炉富氧低氮燃烧器。
其技术方案如下：
一种锅炉富氧低氮燃烧器，包括用于通入一次风煤粉的一次风筒，其关键在于，在该一次风筒内沿着风煤粉的流动方向依次设有浓淡分离装置、一级燃烧室和二级燃烧室，所述一级燃烧室和二级燃烧室均呈筒状，所述一级燃烧室和二级燃烧室均与所述一次风筒共筒心线设置；
所述一级燃烧室的出口靠近所述二级燃烧室的进口；
在所述一次风筒外套设有至少一层配风筒，所述配风筒沿着所述一次风筒延伸超出其出口端；
所述一级燃烧室配置有富氧油枪组件，该富氧油枪组件由外向内依次穿过所述一次风筒和一级燃烧室的筒壁，该富氧油枪组件的枪嘴位于所述一级燃烧室内。
采用以上设计，其优点在于风煤粉通入一次风筒后，煤粉经浓淡分离装置分离，高浓度的煤粉集中于一次风筒中心部位从而进入一级燃烧室，被富氧油枪组件通过少量燃油和纯氧燃烧产生的火焰迅速点燃并产生高温，进而迅速引燃整个一级燃烧室内的煤粉，在气流载体作用下，继续向前流动点燃直接进入二级燃烧室内的低浓度的煤粉，减少燃油消耗，同时控制纯氧通入量，使得煤粉不充分燃烧生成大量CO，而抑制NOx的生成，可以实现以煤代油的效果，能够以较低的燃油消耗维持锅炉在较低负荷下稳定燃烧，减少NOx排放。
作为优选技术方案，上述一级燃烧室的内径小于所述二级燃烧室的内径。
采用以上设计，较大的燃烧室体积为更多煤粉的燃烧提供空间。
作为优选技术方案，上述一级燃烧室的内径从其进口端到其出口端逐渐增大。
采用以上设计，进口端内径较小，使得一次风筒内腔仅中心区域的煤粉导入一级燃烧室，而煤粉被点燃后，气体膨胀，出口端内径适应性增大，便于风煤粉顺利流动。
作为优选技术方案，上述二级燃烧室的内径从其进口端到其出口端逐渐减小，其最小内径大于所述一级燃烧室的最大内径。
采用以上设计，二级燃烧室的进口导入较多的风煤粉，并略向中心汇聚，便于被一级燃烧室出来的燃煤引燃。
作为优选技术方案，上述一级燃烧室和二级燃烧室分别通过位于其外壁的一组加强肋板组与所述一次风筒连接，所述加强肋板组包括至少两块加强肋板，所述加强肋板位于所述一级燃烧室或二级燃烧室与所述一次风筒之间，同一组的所述加强肋板绕所述一次风筒的筒心线环向均匀分布，所述加强肋板沿着所述一次风筒的径向面设置，并分别与所述一次风筒的内壁和所述一级燃烧室/二级燃烧室的外壁焊接。
采用以上设计，其优点在于方便燃烧室和一次风筒之间的连接，同时不影响风煤粉流动。
作为优选技术方案，上述一级燃烧室外壁上的其中一块所述加强肋板上设有测温导管，该测温导管的内端延伸至所述一级燃烧室的外壁，该测温导管的外端穿出所述一次风筒外壁。
采用以上设计，预设测温导管便于安装温度传感器。
作为优选技术方案，上述配风筒有三层，分别为一次配风筒、二次配风筒和三次配风筒，三者内径逐渐增大，并由内到外套设在所述一次风筒外且与其共筒心线设置，三层配风筒以及所述一次风筒之间的三个由内到外分布的圆环腔形成三个层流风道，所有所述层流风道的入口连接同一个配风进风筒；
所述二次配风筒的出口端延伸超出所述一次配风筒的出口端，所述三次配风筒的出口端延伸超出所述二次配风筒的出口端。
采用以上设计，是由于一次风中的煤粉通过浓淡分离装置分离后煤粉集中在中间，风在外面，让风在外面通道通过同时一级一级助燃煤粉燃烧，同时最外层风有冷却燃烧器的作用，保护燃烧器不被烧坏。
作为优选技术方案，上述配风进风筒套设在所述一次风筒外，所述配风进风筒与所述三次配风筒内径相同，所述配风进风筒的出口端与所述三次配风筒的进口端对接，所述配风进风筒的进口端靠近所述一次风筒的进口端，所述配风进风筒的进口端与所述一次风筒外壁被环状板封闭，靠近所述三次配风筒的进口端设有至少两个进风管，所有所述进风管绕所述配风进风筒环向均匀分布。
采用以上设计，方便使用同一套鼓风装置将空气送入各个层流风道。
作为优选技术方案，上述富氧油枪组件包括加长导筒，该加长导筒依次穿过所述三次配风筒、一次风筒和一级燃烧室的筒壁，所述加长导筒的内端与所述一级燃烧室的筒壁连接，所述加长导筒与所述一级燃烧室内腔连通，所述加长导筒内穿设有富氧油枪，该富氧油枪的枪嘴位于所述一级燃烧室的筒心线上；
所述加长导筒的外端偏向所述一级燃烧室的进口端方向，所述加长导筒的筒心线与所述一级燃烧室的筒心线夹角为45°-60°。
采用以上设计，富氧油枪从一级燃烧室的中心处点火，便于均匀引燃其内的风煤粉，且富氧油枪与加长导筒的设置角度适当，便于布设安装，且不影响一级燃烧室内的气流，同时燃油喷出速度损失较少。
与现有技术相比，本发明的有益效果：能够实现以煤代油的效果，能够以较低的燃油消耗维持锅炉在较低负荷下稳定燃烧，减少NOx排放，稳定性好，并具有显著的经济性和环保效果。
附图说明
图1为本发明一个剖面角度下的结构示意图；
图2为本发明另一剖面角度下的结构示意图；
图3为图2中m部放大图；
图4为一次风筒与一级燃烧室的连接结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种锅炉富氧低氮燃烧器，包括用于通入一次风煤粉的一次风筒3，在该一次风筒3内沿着风煤粉的流动方向依次设有浓淡分离装置10、一级燃烧室1和二级燃烧室2，所述一级燃烧室1和二级燃烧室2均呈筒状，所述一级燃烧室1和二级燃烧室2均与所述一次风筒3共筒心线设置，所述一级燃烧室1的出口靠近所述二级燃烧室2的进口。
本实施例中，浓淡分离装置10为浓缩环，该浓缩环设置于所述一次风筒3内，该浓缩环外壁贴靠所述一次风筒3内壁。
二级燃烧室2对应的所述一次风筒3外套设有至少一层配风筒，所述配风筒沿着所述一次风筒3延伸超出其出口端。
所述一级燃烧室1配置有富氧油枪组件，富氧油枪组件包括加长导筒8，该加长导筒8由外到内依次穿过一次风筒3和一级燃烧室1的筒壁，所述加长导筒8的内端与所述一级燃烧室1的筒壁连接，所述加长导筒8与所述一级燃烧室1内腔连通，所述加长导筒8内穿设有富氧油枪14和点火枪15，富氧油枪14内设有燃油流道和氧气流道。富氧油枪14的枪嘴位于一级燃烧室1的筒心线上，该富氧油枪14的枪嘴出口端的中心线与一级燃烧室1的筒心线重合，并朝向二级燃烧室2，点火枪15的前端靠近富氧油枪14的枪嘴。所述加长导筒8的外端偏向所述一级燃烧室1的进口端方向，所述加长导筒8的筒心线与所述一级燃烧室1的筒心线夹角为45°-60°，本实施例中，该夹角为52°。
所述一次风筒3的进口端还设有煤粉变径筒11，该煤粉变径筒11的内径从其入口端到出口端逐渐增大，该煤粉变径筒11的入口端用于与原一次风管连接，该煤粉变径筒11的出口端与所述一次风筒3的进口端对接连接。
如图2所示，所述一级燃烧室1的内径从其进口端到其出口端逐渐增大。所述二级燃烧室2的内径从其进口端到其出口端逐渐减小，其最小内径大于所述一级燃烧室1的最大内径。
所述一级燃烧室1和二级燃烧室2分别通过位于其外壁的一个加强肋板组与所述一次风筒3连接。以一级燃烧室1与一次风筒3之间的加强肋板组为例，如图4所示，所述加强肋板组包括至少两块加强肋板，所述加强肋板位于两层筒壁之间，同一组的所述加强肋板绕筒心线环向均匀分布，所述加强肋板沿着内层筒壁的径向面设置，并分别与外侧筒壁的内壁和外层筒壁的内壁焊接。同一组的相邻两块所述加强肋板之间形成流道。一级燃烧室1/二级燃烧室2与一次风筒3之间的流道为低浓度煤粉流道。
所述一级燃烧室1外壁上的加强肋板组为第一加强肋板组，该第一加强肋板组包括多块第一加强肋板4，其中任意一块第一加强肋板4上设有测温导管13，该测温导管13的内端延伸至所述一级燃烧室1的外壁，该测温导管13的外端穿出所述一次风筒3外壁，该测温导管13用于安装温度传感器。
本实施例中，如图2和3所示，所述配风筒有三层，分别为一次配风筒5、二次配风筒6和三次配风筒7，三者内径逐渐增大，并由内到外套设在所述一次风筒3外且与其共筒心线设置，三层配风筒以及所述一次风筒3之间的三个由内到外分布的圆环腔形成三个层流风道，所有所述层流风道的入口连接同一个配风进风筒9。三个配风筒的进口端均对应二级燃烧室2的进口端。
所述配风进风筒9套设在所述一次风筒3外，所述配风进风筒9与所述三次配风筒7内径相同，所述配风进风筒9的出口端与所述三次配风筒7的进口端对接，所述配风进风筒9的进口端靠近所述一次风筒3的进口端，所述配风进风筒9的进口端与所述一次风筒3外壁被环状板封闭，靠近所述三次配风筒7的进口端设有至少两个进风管12，所有所述进风管12绕所述配风进风筒9环向均匀分布，所述进风管12与所述三次配风筒7内腔连通。
空气从进风管12通入后，沿着配风进风筒9与一次风筒3之间的环状腔流动，并被三个层流风道分成由内到外的三层气流，最内层的气流进入一次配风筒5内，中层气流进入二次配风筒6内，外层气流进入三次配风筒7内。
所述二次配风筒6的出口端延伸超出所述一次配风筒5的出口端，所述三次配风筒7的出口端延伸超出所述二次配风筒6的出口端。
所述一次配风筒5、二次配风筒6和三次配风筒7分别通过位于两层配风筒之间的加强肋板组连接，该加强肋板组的结构与前述一级燃烧室1和一次风筒3之间的加强肋板组结构相同。
锅炉点火启动时，利用燃油在纯氧条件下充分燃烧所产生的火焰，使穿过该火焰的已呈富氧状态的煤粉流得到快速热解燃烧，进而该部分煤粉燃烧所产生热量，引燃喷入的一次风煤粉，实现“以煤代油，以氧助燃”，达到以微油燃烧直接点燃煤粉流，在冷态、热态时启动锅炉，节约锅炉点火用油。
当锅炉运行炉内燃烧呈不稳定状态时，仅需在燃烧器内通入氧气流，从而使在氧气流流经区域的煤粉，着火热显著降低，燃烧温度明显提高，燃烧速度大大加快，保证了一次风粉在不加油时的正常燃烧，达到一次风粉的稳燃状态，实现无油稳燃，节约锅炉稳燃用油。
在进行富氧低氮燃烧时，一次风煤粉进入富氧低氮燃烧器，通过浓淡分离装置10的浓淡分离作用，使一次风煤粉达到深度的燃料分级和空气分级的效果，然后使用极少的燃油或天然气和氧气分级点燃一次风煤粉，确保了一次风煤粉在富氧低氮燃烧器内提前着火燃烧，该煤粉的燃烧处于深度缺氧的环境中，产生大量的CO，大幅度抑制氮氧化物Nox的生成，并对起起到还原作用。
本发明的有益效果在于：(1)采用本发明的燃烧器后，能够提高机组深度调峰能力，实现机组长时间﹤30％额定负荷调峰；
(2)在深调过程中，有效降低氮氧化物排放量，保证脱硝入口氮氧化物不高于350mg/Nm3，减少SCR运行成本、减少SCR衍生危害；
(3)机组深度调峰期间，充分利用富氧稳燃技术努力提升高硫份低热值劣质煤消纳比例，达到降低发电生产成本目的；
(4)实现机组快速启停，缩短冷态启动时长2小时，在原冷态启动耗油12吨基础上再下降7～8吨；
(5)实现机组快速提升负荷，大幅提升燃煤火电机组爬坡速率，可达2％～5％额定负荷/min。
总之，本发明使得机组具有适应超低负荷深度调峰的可靠性，具有重要的经济、环保价值。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锅炉富氧低氮燃烧器，包括用于通入一次风煤粉的一次风筒(3)，其特征在于：在该一次风筒(3)内沿着风煤粉的流动方向依次设有浓淡分离装置(10)、一级燃烧室(1)和二级燃烧室(2)，所述一级燃烧室(1)和二级燃烧室(2)均呈筒状，所述一级燃烧室(1)和二级燃烧室(2)均与所述一次风筒(3)共筒心线设置；
所述一级燃烧室(1)的出口靠近所述二级燃烧室(2)的进口；
在所述一次风筒(3)外套设有至少一层配风筒，所述配风筒沿着所述一次风筒(3)延伸超出其出口端；
所述一级燃烧室(1)配置有富氧油枪组件，该富氧油枪组件由外向内依次穿过所述一次风筒(3)和一级燃烧室(1)的筒壁，该富氧油枪组件的枪嘴位于所述一级燃烧室(1)内。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉富氧低氮燃烧器，其特征在于：所述一级燃烧室(1)的内径小于所述二级燃烧室(2)的内径。
3.根据权利要求2所述的一种锅炉富氧低氮燃烧器，其特征在于：所述一级燃烧室(1)的内径从其进口端到其出口端逐渐增大。
4.根据权利要求3所述的一种锅炉富氧低氮燃烧器，其特征在于：所述二级燃烧室(2)的内径从其进口端到其出口端逐渐减小，其最小内径大于所述一级燃烧室(1)的最大内径。
5.根据权利要求1所述的一种锅炉富氧低氮燃烧器，其特征在于：所述一级燃烧室(1)和二级燃烧室(2)分别通过位于其外壁的一组加强肋板组与所述一次风筒(3)连接，所述加强肋板组包括至少两块加强肋板，所述加强肋板位于所述一级燃烧室(1)或二级燃烧室(2)与所述一次风筒(3)之间，同一组的所述加强肋板绕所述一次风筒(3)的筒心线环向均匀分布，所述加强肋板沿着所述一次风筒(3)的径向面设置，并分别与所述一次风筒(3)的内壁和所述一级燃烧室(1)/二级燃烧室(2)的外壁焊接。
6.根据权利要求5所述的一种锅炉富氧低氮燃烧器，其特征在于：所述一级燃烧室(1)外壁上的其中一块所述加强肋板上设有测温导管(13)，该测温导管(13)的内端延伸至所述一级燃烧室(1)的外壁，该测温导管(13)的外端穿出所述一次风筒(3)外壁。
7.根据权利要求1所述的一种锅炉富氧低氮燃烧器，其特征在于：所述配风筒有三层，分别为一次配风筒(5)、二次配风筒(6)和三次配风筒(7)，三者内径逐渐增大，并由内到外套设在所述一次风筒(3)外且与其共筒心线设置，三层配风筒以及所述一次风筒(3)之间的三个由内到外分布的圆环腔形成三个层流风道，所有所述层流风道的入口连接同一个配风进风筒(9)；
所述二次配风筒(6)的出口端延伸超出所述一次配风筒(5)的出口端，所述三次配风筒(7)的出口端延伸超出所述二次配风筒(6)的出口端。
8.根据权利要求7所述的一种锅炉富氧低氮燃烧器，其特征在于：所述配风进风筒(9)套设在所述一次风筒(3)外，所述配风进风筒(9)与所述三次配风筒(7)内径相同，所述配风进风筒(9)的出口端与所述三次配风筒(7)的进口端对接，所述配风进风筒(9)的进口端靠近所述一次风筒(3)的进口端，所述配风进风筒(9)的进口端与所述一次风筒(3)外壁被环状板封闭，靠近所述三次配风筒(7)的进口端设有至少两个进风管(12)，所有所述进风管(12)绕所述配风进风筒(9)环向均匀分布。
9.根据权利要求7所述的一种锅炉富氧低氮燃烧器，其特征在于：所述富氧油枪组件包括加长导筒(8)，该加长导筒(8)依次穿过所述三次配风筒(7)、一次风筒(3)和一级燃烧室(1)的筒壁，所述加长导筒(8)的内端与所述一级燃烧室(1)的筒壁连接，所述加长导筒(8)与所述一级燃烧室(1)内腔连通，所述加长导筒(8)内穿设有富氧油枪(14)，该富氧油枪(14)的枪嘴位于所述一级燃烧室(1)的筒心线上；
所述加长导筒(8)的外端偏向所述一级燃烧室(1)的进口端方向，所述加长导筒(8)的筒心线与所述一级燃烧室(1)的筒心线夹角为45°-60°。
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