CN112460594A - 分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器及锅炉 - Google Patents

分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器及锅炉 Download PDF

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CN112460594A CN202011457437.XA CN202011457437A CN112460594A CN 112460594 A CN112460594 A CN 112460594A CN 202011457437 A CN202011457437 A CN 202011457437A CN 112460594 A CN112460594 A CN 112460594A
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郭云利
赵立鹏
王建平
施宪明
李勇
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/005—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D—BURNERS
    • F23D2204/00—Burners adapted for simultaneous or alternative combustion having more than one fuel supply
    • F23D2204/20—Burners adapted for simultaneous or alternative combustion having more than one fuel supply gaseous and pulverulent fuel

Abstract

本发明提供了一种分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器及锅炉，包括点火燃气管、中心风管、一次风室、二次风室、主燃室、预燃室、点火枪、循环风室，所述中心风管套设在点火燃气管的外部，所述一次风室套设在中心风管的外部，所述二次风室套设在一次风室的外部，所述主燃室套设在二次风室的外部，所述中心风管、一次风室、二次风室出风口以及点火燃气管、主燃室的出气口位于预燃室内部，所述点火枪安装在预燃室上，所述循环风室设置在预燃室外部。解决了目前双燃料燃烧器低氮燃烧效果不理想，运行安全性差等问题，并达到提高燃烧效率，降低NOX初始排放的目的。

Description

分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器及锅炉
技术领域
本发明属于燃烧器技术领域，具体涉及一种分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器及锅炉。
背景技术
鉴于我国现有的以煤为主的能源结构和国家节能减排标准不断提高，特别是近年来随着国家致力于国际能源合作与引进，天然气等优质燃料供应也得到了很大缓解，因此新型低氮高效煤粉和燃气燃烧技术得到了大力推广和应用。
工业锅炉在我国经济运行中一直发挥着重要作用。目前国际形势日趋变化，周边环境不太稳定，能源安全问题仍然存在。单一燃料锅炉可能会因燃料供应问题导致无法投运，从而带来重大经济损失，因此开发一种适用煤粉和燃气两种燃料的新型高效低氮燃烧器是十分有必要的。现有的使用煤粉和燃气两种燃料的燃烧器多为简单组合，运行安全性差，低氮燃烧效果不理想。
发明内容
本发明提供了一种分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器及锅炉，用以解决目前双燃料燃烧器低氮燃烧效果不理想，运行安全性差等问题。
本发明提供的一种分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器及锅炉，包括点火燃气管、中心风管、一次风室、二次风室、主燃室、预燃室、点火枪、循环风室，所述中心风管套设在点火燃气管的外部，所述一次风室套设在中心风管的外部，所述二次风室套设在一次风室的外部，所述主燃室套设在二次风室的外部，所述中心风管、一次风室、二次风室出风口以及点火燃气管、主燃室的出气口位于预燃室内部，所述点火枪安装在预燃室上，所述循环风室设置在预燃室外部。
优选的，所述二次风室分为内外两个风室，其中内二次风室出风口处设有内二次风旋流叶片，外二次风室出风口处设有外二次风旋流叶片。
优选的，所述内二次风室进风口处设有内二次调节挡板，外二次风室进风口处设有外二次调节挡板。
优选的，所述中心风管出风口处设有中心风旋流器。
优选的，所述点火燃气管末端具有锥状端面，所述锥状端面上设置内外两圈喷孔，位于同一圈对称布置的两喷孔喷气夹角为90°。
优选的，所述点火燃气管通过软管连接进气管路，所述进气管路连接燃气配套阀组，所述燃气配套阀组包括手动球阀、气动球阀和电动调节阀。
优选的，所述循环风室末端内壁设置固定式切向旋流叶片，所述固定式切向旋流叶片与其轴线夹角为18°。
优选的，所述内二次风旋流叶片与其轴线夹角为55°，所述外二次风旋流叶片与其轴线夹角为25°。
优选的，所述主燃室末端具有四组燃气喷孔，所述四组燃气喷孔对称布置在主燃室末端圆周上、下、左、右的位置上。
本发明还提供了一种锅炉，所述锅炉采用本发明所述的分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器。
本发明的有益效果：
巧妙地将可分别燃用煤粉和燃气两种燃料的结构耦合在一起，在单独燃用煤粉或燃气时均能实现NOX低排放的效果；燃用煤粉时采用浓相输粉、二次风分级配入、比例可调，采用旋流叶片导向加强旋流强度并由预燃室引入低温烟气再循环，从而实现煤粉的低氮燃烧；燃用燃气时采用燃料分级、旋流配风、FIR+FGR烟气内外双循环技术，使NOX降至30mg/Nm3以下。
附图说明
图1为本发明分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器的结构示意图；
图2为本发明分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器中心风管的俯视图；
图3为本发明分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器中心风管的剖视图；
图4为本发明分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器燃气配套阀组的示意图；
图5为本发明分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器主燃室出风口的俯视图。
附图标注：
1、点火燃气管；2、中心风管；3、一次风室；4、二次风室；40、内二次风室；401、内二次风旋流叶片；402、内二次调节挡板；41、外二次风室；411、外二次风旋流叶片；412、外二次调节挡板；5、主燃室；6、预燃室；7、点火枪；8、循环风室；9、固定式切向旋流叶片，10、燃气喷孔11、喷孔；12、手动球阀；13、气动球阀；14、电动调节阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，不能理解为对本发明具体保护范围的限定。
实施例
参照图1，本实施例的分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器，包括点火燃气管1、中心风管2、一次风室3、二次风室4、主燃室5、预燃室6、点火枪7、循环风室8，所述中心风管2套设在点火燃气管1的外部，所述一次风室3套设在中心风管2的外部，所述二次风室4套设在一次风室3的外部，所述主燃室5套设在二次风室4的外部，所述中心风管2、一次风室3、二次风室4出风口以及点火燃气管1、主燃室5的出气口位于预燃室6内部，所述点火枪7安装在预燃室6上，所述循环风室8设置在预燃室6外部。所述二次风室4分为内外两个风室：内二次风室40和外二次风室41。本实施例点火枪7为气动进退式，点火后退出预燃室6防止过热受损，延长使用寿命。本实施例预燃室6内壁为耐火材料浇注，可耐高温。
通过小气枪连接点火燃气管1向预燃室6内射入燃气作为点火源，点火时控制进入预燃室6的燃气量及空气量，防止爆燃；火焰稳定后调整燃气量及空气量达到小气枪的额定热功率，整个点火过程安全可控。
本实施例的燃烧器工作时分四阶段配风，第一阶段：中心风由中心风管2配入，中心风占比约15％。一次风由罗茨风机提供，一次风携带煤粉经一次风室3喷入预燃室6，一次风占比约5％，风速约20m/s，煤粉浓度2.5-4kg/Nm3。中心风带动燃气火焰与煤粉流充分接触、混合。因煤粉浓度较高，易于着火，煤粉初始燃烧成分主要是挥发份。此阶段主要由一次风和中心风供氧。本实施例中心风进燃烧器前配备中心风电动调节阀门，可进行风量调节与控制。
第二阶段：内二次风由内二次风室40配入，为煤粉的持续燃烧提供氧量。内二次风占比约45％，风速30-35m/s，为强旋流，使煤粉湍流强度得以加强，向周边扩散，并在前方形成回流区。
第三阶段：外二次风由外二次风室41配入，外二次风占比约35％，风速38-42m/s，为弱旋流，外二次风风速比内二次风要高，包覆在内二次风外围，晚于内二次风与煤粉混合，继续为煤粉燃烧提供氧量。外二次风弱旋流、高流速并受到预燃室6内壁实体的约束，对内部煤粉射流起到塑形、束缚作用，防止煤粉过快扩散、衰减，维持煤粉射流的刚度，继续补充煤粉燃烧所需氧量。
第四阶段：循环风由循环风室8配入，风速38-42m/s，循环风取自除尘器后低温烟气，利用烟气中的残余氧量为煤粉燃尽继续提供氧气。循环风按总风量占比10-20％可调。
本实施例燃烧器综合运用浓相输粉、4段式分级配风技术以及预燃室6引入低温烟气再循环的组合设计，对煤粉燃烧各个阶段的氧量供应进行调配，减缓煤粉燃烧过程，降低煤粉燃烧烈度。预燃室6外壁引入的低温再循环烟气，还可降低预燃室6温度，有效防止煤粉结焦。引入低温再循环烟气，进一步降低燃烧中心温度，减少热力型NOx的产生，并将烟气中的残余氧量供应到位，实现煤粉的燃尽过程。
为了调节内二次风和外二次风的进风量，作为本实施例的一个优选实施方式，所述内二次风室40出风口处设有内二次风旋流叶片401，外二次风室41出风口处设有外二次风旋流叶片411。所述内二次风旋流叶片401与其轴线夹角为55°，所述外二次风旋流叶片411与其轴线夹角为25°。
作为本实施例的一个优选实施方式，所述内二次风室40进风口处设有内二次调节挡板402，外二次风室41进风口处设有外二次调节挡板412。对内二次调节挡板402和外二次调节挡板412开度进行调节，在保持火炬燃烧稳定的前提下，使火焰中心高温区域形成一定的还原性气氛(过量空气系数≤1)，抑制燃料型NOx的生成。
作为本实施例的一个优选实施方式，所述中心风管2出风口处设有中心风旋流器21，中心风在中心风旋流器21的作用下扩散，起到“播煤”作用，其扰动效果在煤粉点火时使煤粉与燃气火焰充分接触，便于引燃煤粉。参照图2、3，所述点火燃气管1末端具有锥状端面，所述锥状端面上设置内外两圈喷孔11，位于同一圈对称布置的两喷孔11喷气夹角a为90°，燃气从喷孔11喷出后呈90°角往外扩散，与外圈中心风接触且充分混合。点火燃气管1与中心风旋流器21的组合设计使得本实施例燃烧器点火后形成的火焰完全覆盖一次风室3风粉出口，易于引燃煤粉。当燃用主燃气时，小气枪持续运行，点火燃气管1为主燃气燃烧提供“值班火焰”，从而提高燃烧稳定性。
参照图4，作为本实施例的一个优选实施方式，所述点火燃气管1通过软管连接进气管路，所述进气管路连接燃气配套阀组，所述燃气配套阀组包括手动球阀12、气动球阀13和电动调节阀14。燃气配套阀组中气动球阀13可快速启闭，对燃气通断起控制作用。电动调节阀14开度由电动执行器驱动，与中心风电动调节阀实施联动。电动调节阀14上专门设置安装一个低火位验证开关，以保证只有该调节阀开度处于小火位时(设为总开度的20％)，点火程序才能启动。点火时，电动调节阀14开度设定为小火位，且与中心风电动调节阀联动，保证点火开始时少量燃气进入燃烧器，点火枪7产生的高压电火花直接点燃点火燃气管1喷出的小火位燃气，控制点火时的燃气量，防止炉膛爆燃。点火后对火焰进行监测，检测到点火成功后，电动调节阀14与中心风电动调节阀联动，缓缓开大，调整至额定值，此时小气枪热功率足以引燃煤粉或主燃气。
点火燃气管1与中心风旋流器21配合，形成的锥状“火幕”向前向外扩散，燃用煤粉时可对一次风室3进行完全“截流”，顺利实现煤粉点火；锥状“火幕”继续扩散可至主燃室5喷口，燃用燃气时能顺利引燃主燃气。
点火燃气管1喷孔11的设计与中心风旋流器21相互作用，点火后在中心风出口前部区域产生一个燃气烟气回流的稳定燃烧区域，这个区域由于存在高温烟气的内循环，减少NOx生成。
作为本实施例的一个优选实施方式，所述循环风室8末端内壁设置固定式切向旋流叶片9，所述固定式切向旋流叶片9与其轴线夹角为18°。
参照图5，作为本实施例的一个优选实施方式，所述主燃室5末端具有四组燃气喷孔10，所述四组燃气喷孔10对称布置在主燃室5末端圆周上、下、左、右的位置上。主燃气由四组燃气喷孔10高速喷入预燃室6，主燃气燃烧配风由二次风室4旋流配入，以“值班火焰”为中心，形成上、下、左、右四股火焰，高速喷射的燃气火焰产生文丘里效应，带动低俗火焰形成内部的烟气卷吸。主燃气喷入时形成了燃料流在燃烧截面上的浓淡分布，延缓了燃烧速率，形成内部烟气循环，降低了火焰温度，减少热力型NOX的形成。
本发明还提供了一种锅炉，该锅炉可以是卧式或者立式的，所述锅炉采用本发明所述的分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器，本实施例的燃烧器可以安装于锅炉的前墙、后墙、前后墙对冲或顶置安装。

Claims (10)

1.一种分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器，其特征在于：包括点火燃气管、中心风管、一次风室、二次风室、主燃室、预燃室、点火枪、循环风室，所述中心风管套设在点火燃气管的外部，所述一次风室套设在中心风管的外部，所述二次风室套设在一次风室的外部，所述主燃室套设在二次风室的外部，所述中心风管、一次风室、二次风室出风口以及点火燃气管、主燃室的出气口位于预燃室内部，所述点火枪安装在预燃室上，所述循环风室设置在预燃室外部。
2.根据权利要求1所述的分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器，其特征在于：所述二次风室分为内外两个风室，其中内二次风室出风口处设有内二次风旋流叶片，外二次风室出风口处设有外二次风旋流叶片。
3.根据权利要求2所述的分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器，其特征在于：所述内二次风室进风口处设有内二次调节挡板，外二次风室进风口处设有外二次调节挡板。
4.根据权利要求1所述的分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器，其特征在于：所述中心风管出风口处设有中心风旋流器。
5.根据权利要求1所述的分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器，其特征在于：所述点火燃气管末端具有锥状端面，所述锥状端面上设置内外两圈喷孔，位于同一圈对称布置的两喷孔喷气夹角为90°。
6.根据权利要求1或5所述的分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器，其特征在于：所述点火燃气管通过软管连接进气管路，所述进气管路连接燃气配套阀组，所述燃气配套阀组包括手动球阀、气动球阀和电动调节阀。
7.根据权利要求1所述的分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器，其特征在于：所述循环风室末端内壁设置固定式切向旋流叶片，所述固定式切向旋流叶片与其轴线夹角为18°。
8.根据权利要求2所述的分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器，其特征在于：所述内二次风旋流叶片与其轴线夹角为55°，所述外二次风旋流叶片与其轴线夹角为25°。
9.根据权利要求1所述的分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器，其特征在于：所述主燃室末端具有四组燃气喷孔，所述四组燃气喷孔对称布置在主燃室末端圆周上、下、左、右的位置上。
10.一种锅炉，其特征在于：采用权利要求1至9中任一项所述的分级点火分级配风采用烟气再循环的双燃料燃烧器。
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CN113188122A (zh) * 2021-04-01 2021-07-30 东方电气集团东方锅炉股份有限公司 一种高温烟气补燃燃烧装置及系统

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