CN112963828A

CN112963828A - 煤粉贫氧气化燃烧器

Info

Publication number: CN112963828A
Application number: CN202110350935.2A
Authority: CN
Inventors: 陈隆; 张红顺; 王乃继; 罗伟; 张鑫; 程晓磊; 潘昊; 于海鹏; 戈铁柱; 张斌; 周沛然; 谭静; 龚艳艳; 魏琰荣; 张媛; 黄宇; 肖翠微; 王志强; 王永英; 李美军
Original assignee: China Coal Research Institute Ccri Energy Saving Technology Co ltd
Current assignee: China Coal Research Institute Ccri Energy Saving Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2021-06-15

Abstract

本发明公开一种煤粉贫氧气化燃烧器，所述煤粉贫氧气化燃烧器包括第一风道、分离环、第二风道、中心通道、管道和预燃室，第一风道具有第一进风口和第一出风口，中心通道布置在第一风道内，分离环设在第一风道内用于对第一风道内的煤粉进行浓淡分离，第一风道的至少部分穿设在第二风道内，第一风道的外周面和第二风道的内周面间隔设置，第二风道具有第二进风口和第二出风口，第一风道的第一出风口设在预燃室内，预燃室与第二风道的第二出风口相连，管道布置在中心通道和预燃室内。本发明实施例煤粉贫氧气化燃烧器具有结构简单、燃烧效率高、NOx排放低及防止燃烧器区炉膛结焦等优点。

Description

煤粉贫氧气化燃烧器

技术领域

本发明涉及煤粉锅炉领域，具体地，涉及到煤粉贫氧气化燃烧器。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，目前煤粉炉在燃烧中产生大量的NOx、SO₂及颗粒物，必须采用相应的脱硫脱硝除尘设备进行处理，随之带来的环保成本较高，工程案例表明烟气处理设备费用等于甚至高于锅炉制造安装成本。煤粉燃烧产生的NOx主要来源于燃料型氮氧化物，即煤中N元素转化而来；热力型NOx，即空气中N₂在超过1800K高温火焰中与氧原子结合而成。

相关煤粉锅炉低NOx技术中，贫氧燃烧技术较为常用，包括预燃室贫氧燃烧器和旋风燃烧器两种类型。预燃室贫氧燃烧器通过空气分级配风的方式延迟煤粉和空气的混合，减缓煤粉燃烧放热速度，降低温度，从而减少热力型NOx生成，此外，在煤粉燃烧的初期营造出还原性CO、H₂气氛，有效还原煤中挥发分燃烧产生的NOx前驱物HCN和NH₃，所以该技术可以降低挥发分氮产生的NOx，适合于挥发分含量高的烟煤，但是对焦炭氮的控制力不从心，最终NOx排放依然较高。由于推迟了煤粉和空气的接触时间，且火焰温度降低，煤粉燃烧效率降低，煤灰中残碳含量升高。工程案例中，使用预燃室贫氧燃烧器还往往发生燃烧器区炉膛结焦，原因是还原性气氛导致煤灰熔点降低。

旋风燃烧器将煤粉挥发分和焦炭燃烧过程放置在燃烧筒中，挥发分氮和焦炭氮能够都能够及时被还原，因此其NOx排放更低，但是旋风筒中的高温环境使得煤灰为熔融态，必须采用液态排渣。该技术适合灰熔点低的烟，对煤质要严格，不适合于现代电站煤粉炉深度调峰和工业煤粉炉频繁启停及负荷多变的应用场景，强行使用可能导致锅炉排渣不畅，可靠性不足。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种具有结构简单、燃烧效率高、防止锅炉燃烧器区炉膛结焦，NOx排放低且避免液态排渣的煤粉贫氧气化燃烧器。

根据本发明实施例的煤粉贫氧气化燃烧器，包括：第一风道，所述第一风道具有第一进风口和第一出风口；分离环，所述分离环设在所述第一风道内用于对所述第一风道内的煤粉进行浓淡分离；中心通道，所述中心通道位于所述第一风道内；第二风道，所述第一风道的至少部分穿设在所述第二风道内，所述第一风道的外周面和所述第二风道的内周面间隔设置，所述第二风道具有第二进风口和第二出风口；预燃室，所述第一风道的所述第一出风口设在所述预燃室内，所述预燃室与所述第二风道的所述第二出风口相连；管道，所述管道的至少部分穿设在所述中心通道和所述预燃室内，所述管道穿过所述中心通道且管道末端位于所述预燃室内。

根据本发明实施例的煤粉贫氧气化燃烧器，通过分离环将一次风内的煤粉进行浓淡分离，使得浓股煤粉气流在中心，淡股煤粉气流在外围，与第二风道向预燃室送入的旋流二次风混合，一次风占总空气量的10％-30％，旋流二次风占总空气量20％-40％,使得预燃室内形成“风包粉”的火焰，火焰中心区富燃贫氧，火炬边缘富氧贫燃，防止预燃室内表面结焦。管道通过高温火焰，内部液态水或气态水蒸气继续吸热升温，防止管道被烧坏，管道末端设置喷头，雾化的液态水经过喷头射入到火焰中心，水与添加在其中的催化剂一同在火焰中升温变为气态，催化焦炭和水蒸气进行气化反应，生成CO和H₂。由于水的相变吸热和水蒸气与焦炭反应吸热，贫氧燃烧的火焰温度降低，防止燃烧器区炉膛结焦，同时焦炭与水蒸气反应也提高焦炭燃烧效率，避免贫氧燃烧导致的燃烧效率降低，同时气化反应产生的H₂和CO进一步防止了焦炭氮产生的NOx。

在一些实施例中，所述煤粉贫氧气化燃烧器还包括还包括分隔环，所述分隔环设在所述第一风道内且邻近所述第一出风口设置，所述分隔环的外周面与所述第一风道的内周面间隔设置，所述分隔环的所述内周面限定出第一通道，所述分隔环和所述第一风道之间限定出第二通道。

在一些实施例中，所述煤粉贫氧气化燃烧器还包括还包括旋流叶片，所述旋流叶片设在第二风道之中用于对所述预燃室送风。

在一些实施例中，所述预燃室呈锥筒状，所述预燃室的锥角为0°-60°。

在一些实施例中，所述预燃室长度L和所述预燃室最大直径D的关系为L＝(1.0-2.0)D。

在一些实施例中，所述管道用于流通液体水或气态水，所述管道的出口端设有雾化喷头。

在一些实施例中，所述管道数量为1-3根。

在一些实施例中，所述煤粉贫氧气化燃烧器还包括点火电极和油枪，所述点火电极和所述油枪设在所述中心通道中。

在一些实施例中，所述管道的喷头到所述第一出风口之间的长度I和所述预燃室的长度L的关系为I＝(0.5-1.5)L。

在一些实施例中，所述中心通道端口呈扩锥状，所述中心通道的锥角为0°-30°。

附图说明

图1是本发明实施例的煤粉贫氧气化燃烧器的结构示意图。

附图标记：

煤粉贫氧气化燃烧器100；

第一风道1；第一进风口11；第一出风口12；中心通道13；

分离环2；

第二风道3；第二进风口31；第二出风口32；

预燃室4；管道5；

分隔环6；第一通道61；第二通道62；连接杆63；旋流叶片7。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的煤粉贫氧气化燃烧器100。

如图1所示，根据本发明实施例的煤粉贫氧气化燃烧器100，包括：第一风道1、中心通道13、分离环2、第二风道3、预燃室4和管道5。

第一风道1具有第一进风口11和第一出风口12。由此，一次风从第一风道1的第一进风口11送入第一风道1内，从第一风道1的出风口吹出。

分离环2设在第一风道1内用于对第一风道1内的煤粉进行浓淡分离。由此当第一风道1内的一次风通过分离环2时，分离环2对一次风内的煤粉起到聚拢作用，使得第一风道1中间的煤粉浓度高，第一风道1边缘的煤粉浓度低。

中心通道13位于第一风道1内。第一风道1的至少部分穿设在第二风道3内，第一风道1的外周面和第二风道3的内周面间隔设置，第二风道3具有第二进风口31和第二出风口32。具体地，第二风道3的外周面开设有第二进风口32，第二风道32的右端设有第二出风口32，由此，助燃二次风通过第二进风口31进入第二风道3内，通过第二出风口32吹出。

第一风道1的第一出风口12设在预燃室4内，预燃室4与第二风道3的第二出风口32相连。

管道5的至少部分穿设在第一风道1和预燃室4内，管道5的一端穿过中心通道13且位于中心通道13外部。具体地，管道5的左端为进口，且进口伸出中心通道13且与外部水泵相连，水泵连接储存液体水箱(液体为催化剂和不含钙镁等离子的软水的混合物)，或直接与蒸汽锅炉分气缸连接，管道5的右端位于预燃室4内或者伸出预燃室4外。经过预燃室4内的火焰加热后，喷口向火焰喷射水雾或水蒸气，且喷液或蒸汽流量Q(kg/s)与第一风道1内的煤粉质量流量B(kg/s)满足关系Q/B≤2/3。

可以理解的是：一次风指煤粉燃烧时与煤粉(煤粉的煤种可以为烟煤、瘦煤和褐煤)一起送入炉膛的空气，一次风占总空气量的10％-30％，经过预热的一次风温度为80-200℃；二次风是指用于为煤粉提供氧量的空气，二次风占总空气量的20％-40％，经过预热的二次风的温度为100-300℃，二次风的旋流强度0.6-2.5。

根据本发明实施例煤粉贫氧气化燃烧器100，通过分离环2设在第一风道1内，对第一风道1内的煤粉进行浓淡分离，使得煤粉点火和稳燃性能增强，且第二风道3向预燃室4内输送二次风，在预燃室4内形成风包粉火焰，预燃室4内中心区浓煤粉着火并稳定燃烧，火焰外部被淡煤粉气流和旋流二次风包围，从而防止预燃室4内表面结焦，延长了煤粉贫氧气化燃烧器100的使用寿命。

根据本发明实施例煤粉贫氧气化燃烧器100，管道5的至少部分穿设在中心通道13和预燃室4内，管道5内的液体或水蒸气防止管道5被高温火焰烧坏，并对其自身进行加热。管道5内的水雾或蒸汽进入到火焰中，通过相变吸热和气化反应降低火焰温度，从而防止锅炉燃烧器区炉膛受结焦，且高温火焰内水蒸气和固定碳混合，在催化剂的作用下固定碳和水蒸气进行气化反应生成CO和H₂，将焦炭氮还原为氮气，降低NOx的排放，同时也提高了煤粉燃烧效率。

在一些实施例中，煤粉贫氧气化燃烧器100还包括点火电极(图中未示出)和油枪(图中未示出)，点火电极和油枪设在中心通道13中。具体地，如图1所示，中心通道13的左端伸出第一风道1外，中心通道13的右端与第一风道1的第一出风口12平齐，点火电极和油枪设置在中心通道13内，从而通过中心通道13对点火电极和油枪提供了安装空间，点火电极和油枪可使得煤粉点燃。

在一些实施例中，煤粉贫氧气化燃烧器100还包括分隔环6，分隔环6设在第一风道1内且邻近第一出风口12设置，分隔环6的外周面与第一风道1的内周面间隔设置，分隔环6的内周面限定出第一通道61，分隔环6和第一风道1之间限定出第二通道62。

具体地，如图1所示，分隔环6设在第一风道1内，分隔环6的右端与第一风道1的第一出风口12平齐，由此分隔环6的内周面限定出第一通道61用于流通浓煤粉，分隔环6的外周面与第一风道1的内周面之间限定出第二通道62用于流通淡煤粉，防止分离后的浓煤粉和淡煤粉混合，保证了分离环2的分离效率。

在一些实施例中，煤粉贫氧气化燃烧器100还包括连接杆63，连接杆63的一端与第一风道1相连，连接杆63的另一端与分隔环6相连。具体地，如图1所示，连接杆63的下端与第一风道1外表面相连，连接杆63的上端与分隔环6的内表面相连，由此使得第一风道1和分隔环6安装在一起，使得第一风道1和分隔环6设置的更加合理。

在一些实施例中，煤粉贫氧气化燃烧器100还包括旋流叶片7，旋流叶片7设在第二风道3之中，用于对预燃室4送风，使得煤粉在预燃室4内形成风包粉的火焰。

在一些实施例中，预燃室4呈锥筒状。具体地，如图1所示，预燃室4呈锥筒状，预燃室4的横截面积从左到右逐渐增大，煤粉燃烧火焰在预燃室4内呈发散状，预燃室4的锥角与二次风的旋流强度相适应，保证预燃室4内壁对火焰适度聚拢，防止火焰与预燃室4内壁过度接触导致预燃室内壁烧坏，也有利于在预燃室4内部形成回流区，从而保证煤粉稳定燃烧。

在一些实施例中，预燃室4长度L和预燃室4最大直径D的关系为L＝(1.0-2.0)D，且预燃室4的锥角为0°-60°。由此，煤粉挥发部分可以在预燃室4内贫氧环境中充分燃烧，形成高温环境利于后续固定碳与水蒸气进行气化反应，从而降低NOx的排放。

在一些实施例中，管道5的出液端设有压力雾化喷头。由此可将管道5内的液体通过压力雾化喷头喷出，催化煤粉中的固定碳和水蒸气进行气化反应，最终生成的CO和H₂将焦炭氮还原为氮气，由此减少煤粉燃烧中产生的NOx。

在一些实施例中，管道5的出液口到第一出气口之间的长度I和预燃室4的长度L的关系为I＝(0.5-1.5)L。由此，当I<(0.5-1)L时，管道5的出液口位于预燃室4内，当L≤I≤(1-1.5)L时，管道5的出液口伸出预燃室4外且位于炉膛内，当I与L之间的比例小于0.5时，导致管道5过短，从而导致水雾或水蒸气过早进入火焰，使得火焰温度降低，影响煤粉着火。若I与L之间的比例大于1.5时，导致水雾或者水蒸气延迟进入火焰，预燃室4内的未燃烧的固定碳已在高温环境中熔融团聚，孔表面积减少，使得气化反应效率降低。

在一些实施例中，在管道5的径向截面中，分离环2的截面形状大体呈等腰梯形，且梯形的底边与第一风道1的内壁贴合，等腰梯形的腰和底边之间的夹角为30°-50°。由此，通过分离环2将粉煤分成浓煤粉和淡煤粉，且浓煤粉的浓度控制在0.6-2.0kg/kg(煤粉/空气)，淡煤粉的浓度控制在0.1-0.3kg/kg(煤粉/空气)。

在一些实施例中，第一风道1的第一出风端的横截面积和第二风道3的第二出风端的横截面积沿邻近预燃室4的方向逐渐增大。具体地，如图1所示，第一风道1的第一出风端和第二风道3的第二出风端均呈扩散状，不仅方便煤粉从第一出风端吹出，而且也方便点燃后的煤粉火焰在扩散开来，另外也方便在预燃室4内形成高温回流区，点燃新鲜的煤粉。

综上，本发明实施例煤粉贫氧气化燃烧器100具有结构简单，燃烧效率高、安全可靠等优点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种煤粉贫氧气化燃烧器，其特征在于，包括：

第一风道，所述第一风道具有第一进风口和第一出风口；

分离环，所述分离环设在所述第一风道内用于对所述第一风道内的煤粉进行浓淡分离；

中心通道，所述中心通道位于所述第一风道内；

第二风道，所述第一风道的至少部分穿设在所述第二风道内，所述第一风道的外周面和所述第二风道的内周面间隔设置，所述第二风道具有第二进风口和第二出风口；

预燃室，所述第一风道的所述第一出风口设在所述预燃室内，所述预燃室与所述第二风道的所述第二出风口相连；

管道，所述管道的至少部分穿设在所述中心通道和所述预燃室内，所述管道穿过所述中心通道且管道末端位于所述预燃室内。

2.根据权利要求1所述的煤粉贫氧气化燃烧器，其特征在于，还包括分隔环，所述分隔环设在所述第一风道内且邻近所述第一出风口设置，所述分隔环的外周面与所述第一风道的内周面间隔设置，所述分隔环的所述内周面限定出第一通道，所述分隔环和所述第一风道之间限定出第二通道。

3.根据权利要求1所述的煤粉贫氧气化燃烧器，其特征在于，还包括旋流叶片，所述旋流叶片设在第二风道之中用于对所述预燃室送风。

4.根据权利要求1所述的煤粉贫氧气化燃烧器，其特征在于，所述预燃室呈锥筒状，所述预燃室的锥角为0°-60°。

5.根据权利要求4所述的煤粉气化燃烧器，其特征在于，所述预燃室长度L和所述预燃室最大直径D的关系为L＝(1.0-2.0)D。

6.根据权利要求1所述的煤粉气化燃烧器，其特征在于，所述管道用于流通液态水或水蒸汽，所述管道的出口端设有雾化喷头。

7.根据权利要求6中所述的煤粉气化燃烧器，其特征在于，所述管道数量为1-3根。

8.根据权利要求1所述的煤粉气化燃烧器，其特征在于，所述煤粉贫氧气化燃烧器还包括点火电极和油枪，所述点火电极和所述油枪设在所述中心通道中。

9.根据权利要求1-8中任一所述的煤粉气化燃烧器，其特征在于，所述管道的喷头到所述第一出风口之间的长度I和所述预燃室的长度L的关系为I＝(0.5-1.5)L。

10.根据权利要求1-8中任一所述的煤粉气化燃烧器，其特征在于，所述中心通道端口呈扩锥状，所述中心通道的锥角为0°-30°。