CN114636149A - 一种低负荷稳燃与点火方法、装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低负荷稳燃与点火方法、装置及应用，所述稳燃与点火装置包括煤粉喷燃器和煤粉管；所述煤粉管设置有支管，所述煤粉喷燃器的侧壁设置有稳燃支持燃烧器，所述支管的煤粉经煤粉浓缩器分为稀相煤粉气流和浓缩煤粉气流两路，分别与所述稳燃支持燃烧器的稀相煤粉气流入口和浓相煤粉气流入口连接；所述的稳燃支持燃烧器的尾端设置有引燃油枪。本发明低负荷稳燃与点火装置通过煤粉浓缩单元，提高了进入稳燃支持燃烧器的煤粉浓度，使煤粉在稳燃支持燃烧器更易点燃，进而煤粉火焰进入煤粉喷燃器内，点燃更多的煤粉，实现火电厂燃煤机组在低负荷工况下的长时间稳定运行，例如在机组的30%以下的深度调峰时，保证其运行的灵活性、安全性和稳定性，不发生炉膛灭火、煤粉爆燃等现象。

Description

一种低负荷稳燃与点火方法、装置及应用

技术领域

本发明涉及火力发电机组燃煤锅炉设备领域，具体为一种低负荷稳燃与点火装置。

背景技术

在光伏、风力等新能源电力技术迅猛发展的形势下，燃煤机组深度调峰及低负荷运行将成为常态，火电机组灵活性改造势在必行，各发电企业应当未雨绸缪，抓住机遇，发挥其自身优势，提前做好技术和条件的储备。火电机组调峰与多种因素有关，涉及炉膛火焰稳定、炉水循环、尾部脱硝烟气温度等，与机组运行的经济性、环保性、安全性有关，均应该有对应的解决措施。本研究课题仅针对采用直流燃烧器的电站煤粉锅炉在较长时间低负荷下安全稳定燃烧，以及锅炉启动过程的节油点火。

火电厂发电机组是一个庞大的系统，启动过程十分复杂。一旦投入运行，往往就要运转数月。普通电站煤粉炉负荷范围约在40-100%，若低于40%负荷运行，锅炉炉膛温度下降，会产生熄火的风险。常见的运行方式为启动大油枪，以消耗燃油维持锅炉燃烧。单支大油枪出力约1000-2000kg/h，若同时投入数支大油枪，消耗的燃油十分可观。近年来出现了小油枪点火与稳燃技术，单支小油枪出力降至100-200kg/h，可以大幅减少油耗。该技术用于机组点火启动效果突出，因机组启动次数较少（每年3-4次），且时间较短（一般8-10个小时），燃油消耗量还可以接受，但用于长时间（如连续数十个小时）或经常性低负荷稳燃，对于发电企业依然是一项无法承受的支出。石油是战略物资，我国是贫油国，主要依赖于进口。节约用油、以煤代油是基本国策，不断研究和开发节油新技术是本专业不懈努力的方向。

发明内容

经研究，发明人在锅炉炉膛外设置了小型煤粉燃烧室，利用煤粉自身热量，仅用极少燃油（单支燃烧器大约20-30kg/h），在煤粉进入炉膛喷燃器之前将煤粉引燃。随着该炉外燃烧室温度升高，油枪出力可继续下调，直至煤粉自行点燃，完全无油运行。因此，该技术在不依靠炉膛温度条件下，在少量煤粉被点燃之后，在煤粉燃烧器内和燃烧器喷口处点燃大量煤粉。机组可在30%以下的深度调峰时，保证其运行的安全性和稳定性，不发生炉膛灭火、煤粉爆燃等现象。同时还可节约大量燃油，经济效益显著。

本发明的目的是提供一种结构新颖独特，使用方便，并且能够实现长时间低负荷运行的稳燃与点火装置；具体技术方案为：

一种低负荷稳燃与点火方法，所述煤粉管内的煤粉气流分为主流和支流两路；所述主流中的煤粉气流进入煤粉喷燃器；所述支流中的煤粉气流分为稀相煤粉气流和浓相煤粉气流两路，所述浓相煤粉经引燃油枪点燃后，在稳燃支持燃烧器内燃烧，在所述煤粉喷燃器内壁的稳燃支持燃烧器出口输出稳定的点火能，实现煤粉喷燃器在低负荷下稳燃或机组启动点火。

进一步，将所述稀相煤粉气流引入稳燃支持燃烧器内，与所述浓相煤粉一起在稳燃支持燃烧器内燃烧。

本申请还公开了一种低负荷稳燃与点火装置，包括煤粉喷燃器和煤粉管；所述煤粉管设置有支管，所述煤粉喷燃器的侧壁设置有稳燃支持燃烧器，所述支管的煤粉分为稀相煤粉气流和浓相煤粉气流两路，所述稀相煤粉气连接所述稳燃支持燃烧器的稀相煤粉气流入口；所述浓相煤粉气流连接稳燃支持燃烧器的浓相煤粉气流入口；稳燃支持燃烧器的尾端设置有引燃油枪。

进一步，所述支管通过煤粉浓缩器将煤粉分为所述稀相煤粉气流和浓相煤粉气流。

进一步，所述煤粉浓缩器设置有稀相煤粉气流抽取单元，所述稀相煤粉气流抽取单元由气固分离结构和离心风机串接组成。

进一步，所述气固分离结构由分离筒和分离芯构成，所述分离芯套设在所述分离筒内，所述分离芯由间隔设置的若干锥形帽和锥形漏斗串联构成；所述锥形帽的外径小于所述锥形漏斗；所述锥形漏斗顶部边缘与所述分离筒的内壁固定连接，中心设置有漏斗口。

进一步，所述稳燃支持燃烧器的燃烧腔设置有隔热套。

进一步，所述稳燃支持燃烧器的燃烧腔设置中心稳燃罩。

进一步，所述稳燃支持燃烧器的外层有助燃风通道，与锅炉二次风大风箱连接；进入燃烧室通道处有可调角度的联动挡板。

本发明还公开了上述低负荷稳燃与点火装置可以直接作为煤粉喷燃器的点火装置。当锅炉启动时，采用上述低负荷稳燃与点火装置点火后；煤粉喷燃器无需依赖辅助油枪持续大量供油；仅靠稳燃支持燃烧器中煤粉燃烧产生的热量作为点火能，即可保持稳定燃烧状态。

本发明低负荷稳燃与点火装置通过煤粉浓缩单元，将煤粉中部分空气分离，提高了进入稳燃支持燃烧器的煤粉浓度，使煤粉在稳燃支持燃烧器内实现长时间稳燃，在机组的30%以下的深度调峰时，保证其运行的安全性和稳定性，不发生炉膛灭火、煤粉爆燃等现象。

附图说明

图1为本发明低负荷稳燃与点火装置结构示意图一；

图2为本发明低负荷稳燃与点火装置浓缩单元结构示意图；

图3为本发明低负荷稳燃与点火装置稳燃支持燃烧器结构示意图一；

图4为本发明低负荷稳燃与点火装置稳燃支持燃烧器结构示意图二；

图5为本发明低负荷稳燃与点火装置结构示意图二。

图中：1、煤粉喷燃器；2、离心风机；3、气固分离结构；31、分离筒；32、中心连杆；33、端部支架；34、锥形帽；35、锥形漏斗；4、煤粉管； 5、支管； 6、气阀； 7、三通； 8、稳燃支持燃烧器；81、外筒；82、隔热套；821、十字型流线钝体；822、螺旋槽；83、助燃风入口；831、旋流叶片；832、助燃风道；833、可调挡板；84、稀相煤粉气流入口；85、浓相煤粉管；851、中心燃烧管；86、引燃油枪；87、稳燃罩； 9、辅助油枪； 10、炉体接口；11、风箱。

具体实施方式

下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1所示，本实施例中的低负荷稳燃与点火装置，主体部分与现有设备基本相同，包括煤粉喷燃器1和煤粉管4；煤粉喷燃器1通过炉体接口10与炉体固定连接。作为燃料的煤粉从煤粉管4中进入煤粉喷燃器1，煤粉被送入高温的炉膛并燃烧。当在机组的30%以下的深度调峰时，炉膛温度较低，煤粉进入炉膛后无法可靠点燃，往往会造成灭火和爆燃。为了避免上述事故发生，现有技术是通过大油枪喷油来维持煤粉喷燃器1稳定燃烧；这样会造成油耗增大。

与现有设备的区别在于，本实施例中的低负荷稳燃与点火装置，在所述煤粉喷燃器1的侧壁设置有稳燃支持燃烧器8；在机组的30%以下的深度调峰时，只要使稳燃支持燃烧器8处于运行状态，就可以保证煤粉在煤粉喷燃器1内部被点燃，避免炉膛灭火和爆燃。

稳燃支持燃烧器8由设置在所述煤粉管4的支管5提供的煤粉作为燃料，即煤粉管4中的煤粉有一部分被进入支管5作为稳燃支持燃烧器8的燃料。支管5的通流截面约占煤粉管4的通流截面10%左右，为使煤粉更易点燃，进入稳燃支持燃烧器8的煤粉需要进行浓缩。

浓缩方法为：可以通过三通7将所述支管5的煤粉分离为稀相煤粉气流分路和浓相煤粉气流分路两路；稀相煤粉气流分路为旁路分支。分离出的稀相煤粉气流连接所述稳燃支持燃烧器8的稀相煤粉气流入口84；剩余的浓缩煤粉连接稳燃支持燃烧器8的煤粉入口；在稳燃支持燃烧器8的尾端设置有引燃油枪86。浓缩煤粉从稳燃支持燃烧器8后端部的浓煤粉入口，经浓相煤粉管85喷入燃烧腔，经引燃油枪86点燃，在燃烧腔内燃烧。

本实施例通过煤粉浓缩器将所述支管5中的煤粉分为稀相煤粉和浓缩煤粉。

如图2所示，所述煤粉浓缩器设置有稀相煤粉气流抽取单元，所述稀相煤粉气流抽取单元由气固分离结构3和离心风机2串接组成。离心风机2产生低压，将煤粉中的空气吸入；气固分离结构3阻止煤粉随空气进入离心风机2。由于离心风机2在分离筒31的上端形成低压区，支管5中的部分煤粉会流向分离筒31。

所述气固分离结构3由分离筒31和分离芯构成，所述分离芯套设在所述分离筒31内，所述分离芯由间隔设置的若干锥形帽34和锥形漏斗35自下向上串联构成；其中，锥形帽小端在上，顶部与中心连杆32连接，中心连杆32通过两端的端部支架33分别与分离筒31两端内壁通过螺钉或焊接方式固定连接；所述锥形帽的外径小于分离筒31内径；所述锥形漏斗顶部边缘与所述分离筒31的内壁通过焊接或粘接方式连接，缝隙很小；位于中心的锥形漏斗底部设置有漏斗口；漏斗口与锥形帽34的顶部留有缝隙。

由于煤粉惯性和重力的作用，流向位于旁路分支的分离筒31的煤粉含量会少；空气含量更大，空气中携带的少量煤粉经分离芯阻挡，大部分聚集回落至支管5，最终实现流向浓煤粉入口的煤粉浓度比主管内煤粉浓度提高大约30%，能达到更易点燃的浓度。

由于所述锥形帽的外径小于所述锥形漏斗；从下方锥形帽进入的煤粉，部分撞击锥形漏斗壁下落；还会有少量煤粉从中间的漏斗口进入上层继续处理。煤粉聚集后，重力大于风力等因素从漏斗口中下落，克服气流阻力，回到支管5内，再被支管5内煤粉流冲散，并随大部分煤粉流向浓煤粉入口。煤粉经第一级锥形帽外缘随气流从第一级锥形漏斗的漏斗口进入漏斗腔；空气在锥形帽34的半封闭的空心内会形成紊流，引导一部分煤粉流入空心部分，撞击空心腔的墙壁而下落或被吸附；锥形漏斗的外缘与分离筒31的内壁之间半封闭的盲腔同样会形成紊流，引导一部分煤粉流入盲腔部分，撞击盲腔的墙壁而下落或被吸附；完成第一级浓缩。

经过两级至三级浓缩，进入离心风机2的煤粉量减少；不仅浓缩了煤粉，也降低了煤粉对离心风机扇叶的损伤。

如图3所示，所述稳燃支持燃烧器8的燃烧腔由外筒81、隔热套82组成；隔热套82设置在外筒81内，由耐高温隔热材料如：碳化硅、硅酸铝等制成，减少燃烧腔散热，有利于保持燃烧腔内的高温。

隔热套82内设置有楔形截面十字型钝体821；楔形截面十字型钝体821可以和隔热套82一体成型制作，也可以分体制作；楔形截面十字型钝体821使火焰气流在楔形钝体背面产生涡流，有利于燃烧室温度升高。

为了使煤粉在二级燃烧室内燃烧更充分；在二级燃烧室的前端还设置了助燃风入口83。助燃风入口83最好切向设置，使助燃风在燃烧室内旋转。还可以在助燃风的出口设置有旋流叶片831；使二级燃烧室温度的迅速升高，达到800℃左右；这样，在引燃油枪86停止工作的情况下，煤粉气流进入后也将被自行点燃，实现无油稳燃。

浓相煤粉管85设置在稳燃支持燃烧器8的尾部；浓相煤粉管85的末端为转弯部；通过转弯部径向进入内套管，由引燃油枪86喷出的火焰点燃。浓相煤粉管85的尾部作为稳燃支持燃烧器8的一级燃烧室。

浓相煤粉管85的转弯部设置有引燃油枪86，引燃油枪86采用现有设计的产品，亦可采用燃气点火枪和等离子点火枪等其它点火能，这里不再赘述。

还可以如图4、图5所示，稳燃支持燃烧器8的燃烧腔中心设置稳燃罩87，有利于形成高温区和煤粉自行点燃。

煤粉喷燃器1外会包覆锅炉二次风大风箱（简称风箱11）为炉腔提供助燃风。

还可以在隔热套82与外筒81之间设置助燃风道832，助燃风道832通过助燃风通道与风箱11连接，获得助燃风，利用隔热套82加热助燃风；在助燃风道832的入口处设置旋流叶片831，使助燃风在助燃风道832出口形成旋流效果。

还可以不设置助燃风入口83；稀相煤粉气流入口84一部分从前端进入二级燃烧室；二级燃烧室的入口设置有旋流叶片831；另一部分流入在隔热套82外增加的助燃风道832。旋流叶片831可以设置为角度可调；在助燃风道832内设置有若干个可调联动的可调挡板833（手动或电动），改变可调挡板833角度可调节助燃风压力和风量。每支可调挡板833的转动轴穿过助燃风道832外壁，通过扭杆来控制，扭杆的一端与可调挡板833的转动轴固定连接，另一端固定在联动圈上，当联动圈转动时，可以带动所有的可调挡板833改变角度。联动圈的转动采用现有技术进行驱动，这里不再赘述。

引燃油枪86的前端设置在稳燃支持燃烧器8一级燃烧室内。经浓缩的浓相煤粉气流经过浓煤粉入口进入一级燃烧室内；一级燃烧室内设置有套管851，套管851将一级燃烧室分为内外两部分，靠近中心的煤粉浓度更高，首先被引燃油枪86喷出的火焰引燃，一级燃烧室快速升温；流经中心燃烧管851外部的稀相煤粉气流中煤粉和中心燃烧管851内部的煤粉浓度相比，浓度较低；流速较快；流过中心燃烧管851尾端，被中心燃烧管851内流出的煤粉引燃，参与燃烧；使煤粉燃烧更剧烈。

二级燃烧室设置在一级燃烧室后。稳燃支持燃烧器8的外筒81通过法兰与设有稀相煤粉气流入口84的外壳固定连接。稀相煤粉气流入口84的中心轴偏离外壳的中心轴，便于稀相煤粉气流切向进入后形成旋转气流。稀相煤粉气流管路的出口设置在二级燃烧室的前端。稀相煤粉气流中空气含量较高，可以作为助燃风在二级燃烧室内助燃；稀相煤粉气流中含有的煤粉虽然少，也可以作为燃料充分利用。

在隔热套82内壁设置螺旋槽822，诱导火焰的旋流，增强停滞效果，提高炉膛温度。

本实施例中的稳燃支持燃烧器8工作原理为：当需要降负荷时，从浓相煤粉入口进入的浓相煤粉被引燃油枪86点燃；经浓相煤粉管85进入燃烧腔；由于离心风机2将部分空气抽走，浓相煤粉气流速度降低，在二级燃烧室内的高温区自燃，二级燃烧室出口形成稳定的火焰，可以持续点燃煤粉喷燃器1内的煤粉，达到无油稳燃效果。

本实施例中的稳燃支持燃烧器8可以直接用于启动点火；还可以在煤粉喷燃器1的侧壁设置辅助油枪9，在稳燃支持燃烧器8因故障无法使用时，可以启用辅助油枪9点火，提高系统的可靠性。在支管5的入口端，可以设置气阀6，在高负荷时不开启气阀6，煤粉不进入支管5；在深度调峰时打开气阀6，煤粉进入支管5，并点燃稳燃支持燃烧器8进行稳燃。这样，机组启动时亦可采用辅助油枪9直接点火；在机组的30%以下的深度调峰时，采用稳燃支持燃烧器8稳燃，有利于延长稳燃支持燃烧器8的寿命。

本发明还公开了上述低负荷稳燃与点火装置可以直接作为煤粉喷燃器的点火装置。当锅炉启动时，采用上述低负荷稳燃与点火装置点火后，煤粉喷燃器无需依赖辅助油枪持续大量供油；仅靠稳燃支持燃烧器中煤粉燃烧产生的热量作为点火能，即可保持稳定燃烧状态。

上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。

Claims (9)

1.一种低负荷稳燃与点火方法，其特征在于，所述煤粉管内的煤粉气流由主流中分出支流；所述主流中的煤粉气流进入煤粉喷燃器；所述支流中的煤粉气流分为稀相煤粉气流和浓相煤粉气流两路，所述浓相煤粉气流经引燃油枪点燃后，在稳燃支持燃烧器内燃烧，所述煤粉喷燃器内壁的稳燃支持燃烧器出口输出稳定点火能，实现煤粉喷燃器在低负荷工况下稳定运行，该装置并可用于机组正常启动点火。

2.一种低负荷稳燃与点火装置，包括煤粉喷燃器和煤粉管；其特征在于，所述煤粉管设置有支管，所述煤粉喷燃器的侧壁设置有稳燃支持燃烧器，所述支管的煤粉分为稀相煤粉气流和浓相煤粉气流两路，所述稀相煤粉气流连接所述稳燃支持燃烧器的稀相煤粉气流入口；所述浓相煤粉气流连接稳燃支持燃烧器的煤粉入口；稳燃支持燃烧器的尾端设置有引燃油枪。

3.如权利要求2所述的低负荷稳燃与点火装置，其特征在于，所述支管通过煤粉浓缩器将煤粉分为所述稀相煤粉气流和所述浓相煤粉气流。

4.如权利要求3所述的低负荷稳燃与点火装置，其特征在于，所述煤粉浓缩器设置有稀相煤粉气流抽取单元，所述稀相煤粉气流抽取单元由气固两相分离结构和离心风机串接组成。

5.如权利要求4所述的低负荷稳燃与点火装置，其特征在于，所述气固两相分离结构由分离筒和分离芯构成，所述分离芯套设在所述分离筒内，所述分离芯由间隔设置的若干锥形帽和锥形漏斗串联构成；所述锥形帽的外径小于所述锥形漏斗；所述锥形漏斗顶部边缘与所述分离筒的内壁固定连接，中心设置有漏斗口。

6.如权利要求3所述的低负荷稳燃与点火装置，其特征在于，所述稳燃支持燃烧器设有稀相煤粉接口，沿蜗壳形风管切向进入，浓相煤粉气流由弯头进入中心管燃烧室，内部有套管，在内套管煤粉点燃再引燃外层煤粉。

7.如权利要求6所述的低负荷稳燃与点火装置，其特征在于，所述稳燃支持燃烧器的燃烧腔设置有螺旋槽隔热套。

8.如权利要求6所述的低负荷稳燃与点火装置，其特征在于，所述稳燃支持燃烧器的燃烧腔设置有稳燃罩。

9.如权利要求6所述的低负荷稳燃与点火装置，其特征在于，所述稳燃支持燃烧器外层设置有助燃风通道，与锅炉二次风大风箱连接。

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