CN114659103A - 一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器，包括中心氧气管，所述中心氧气管布置于燃烧器的中心，中心氧气管外层同心布置一次风粉管，一次风粉管的外层布置二次氧气管，烟气再循环管垂直布置于二次氧气管外层，内二次风管布置于二次氧气管外层，二次氧气管的出口布置阻碍器，内二次风管的外层布置外二次风管，外二次风管与烟气再循环管的出口装有旋流器。本发明在机组常规运行状态下能够通过烟气再循环实现富氧燃烧，还能够停止富氧燃烧措施，维持原有稳定燃烧；在机组进入深度调峰状态下时通入富氧和烟气再循环助燃，有效的提高了火电机组参与调峰的灵活性。

Description

一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器

技术领域

本发明属于煤粉锅炉高效燃烧技术领域，具体涉及一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器。

背景技术

近年来，新能源发电的占比逐年上升，火电机组的运行环境越来越多变，并将主要作为调峰机组参与运行。因此，如何在保证设备安全的前提下，在机组参与调峰时，使锅炉燃烧器能够稳定燃烧，成为了现阶段的研究重点。富氧燃烧技术能够加速燃料燃烧，显著提高火焰温度，避免低负荷运行下的燃烧不稳定现象，能够有效解决上述问题。然而，富氧燃烧技术目前仍存在一些问题亟待解决，例如，局部热负荷高，燃烧器喷口易烧毁；氧浓度高和火焰温度高，易形成热力型NO；相比于N₂，CO₂的比热容更大而扩散系数更低，过多的CO₂反而会出现不利于火焰的燃烧反应温度和速率等。因此，若能对富氧燃烧器的结构进行改善，在设计时选用耐热耐磨材料，并兼顾脱硫脱硝技术，则能够进一步提高燃煤机组参与深度调峰时的经济性和安全性，延长机组寿命。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器，在机组参与深度调峰的状态下，该燃烧器能够有效解决低负荷下锅炉燃烧不稳定现象，避免锅炉由于低负荷运行而熄火，并且兼顾了富氧高温燃烧时的NO排放超标问题，提高了机组参与深度调峰的灵活性。在机组常规运行状态下，该燃烧器能够调整烟气再循环量，调整过量空气系数、火焰温度等，从而调整富氧燃烧程度，兼顾了富氧燃烧引起的局部热负荷高等问题，进一步提高燃烧的稳定性，延长机组寿命。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器，包括中心氧气管 1、一次风粉管2、二次氧气管3、烟气再循环管4、内二次风管5、阻碍器6、外二次风管7以及旋流器8；

所述中心氧气管1布置于燃烧器的中心，中心氧气管1外层同心布置一次风粉管2，一次风粉管2的外层布置二次氧气管3，烟气再循环管4垂直布置于二次氧气管3外层，烟气再循环管4中再循环烟气与二次氧气在二次氧气管3中混合，内二次风管5布置于二次氧气管3外层，内二次风管5进入的内二次风与二次氧气管3中的混合气流共用一根管道进入燃烧器，二次氧气管3的出口布置阻碍器6，内二次风管5的外层布置外二次风管7，外二次风管7与烟气再循环管 4的出口装有旋流器8。

所述一次风粉管2同心布置于中心氧气管1的外层，一次风粉管 2比中心氧气管1长约20cm，一次风粉通过一次风粉管2进入燃烧器中。

所述二次氧气管3同心布置于一次风粉管2的外层，二次氧气管3与中心氧气管1长度相同，氧气通过二次氧气管3进入燃烧器中。

所述内二次风管5布置于二次氧气管3的外层，内二次风管比一次风粉管2长约20cm，提供了燃烧所需的内二次风。

所述阻碍器6布置于二次氧气管3的出口，将二次氧气、再循环烟气、内二次风的混合气流细分为8股圆形气流进入燃烧器中。

所述外二次风管7布置于内二次风管5的外层，外二次风管7比内二次风管道5长约20cm。

所述旋流器8用于产生旋转气流进入燃烧器中。

本发明的有益效果：

本发明将中心氧气管、一次风粉管、二次氧气管、烟气再循环管、内二次风管和外二次风管进行套管布置并错位布置的结构。氧气通过中心氧气管进入燃烧器，首先与一次风粉管进行混合燃烧，燃料提前着火，在深度调峰时形成值班火焰，保证了稳定的燃烧状态，此时燃料由于缺少充足的氧气，仍处于不完全燃烧状态，抑制了燃料型NO 的生成；另一部分氧气通过二次氧气管与再循环烟气、内二次风混合进入燃烧器中，提高了火焰温度和黑度，加快了燃料燃烧的速度，缩短燃料的着火时间，并且其位置更加深入，实现了燃烧器内部的分级燃烧，有效抑制热力型NO、SO₂等污染物的生成；阻碍器的设置使二次氧气、再循环烟气和内二次风的混合气流细分成8股气流，保证了燃烧火焰的均匀性，避免了局部超温带来的燃烧设备损坏、NO生成等问题；外二次风通过更深入的外层管道进入燃烧器中，提供了煤粉燃尽所需的氧气；外二次风通过旋流器形成了一定的旋转气流，提升了混合气流的卷吸能力，加强了燃烧区的扰动和回流，促进了煤粉的燃尽；燃烧器的管道、阻碍器和旋流板都采用耐热耐磨的氧化铝铁合金制作，防止富氧燃烧条件下因高温带来的设备损坏等问题。与现有的其他富氧燃烧器相比，本燃烧器火焰均匀性好，更有利于燃烧状态的稳定，引入烟气再循环进一步缩短了燃料的着火时间，降低过量空气系数，减少了燃烧后的烟气量，并且能够实现分级燃烧，进一步抑制了NO的生成，外二次风具有较强的卷吸能力，煤粉燃尽率高，该燃烧器在不同负荷下都能够稳定运行，提高了火电机组参与调峰时的灵活性。

附图说明

图1为本发明一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器的剖面图。

图2为本发明一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器的喷口布置图。

附图标记说明：

1为中心氧气管，2为一次风粉管，3为二次氧气管，4为烟气再循环管，5为内二次风管，6为阻碍器，7为外二次风管，8为旋流器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1、图2，本发明提供的一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器，包括中心氧气管1、一次风粉管2、二次氧气管3、烟气再循环管4、内二次风管5、阻碍器6、外二次风管7以及旋流器8；中心氧气管1布置于燃烧器的中心，其外层同心布置一次风粉管 2，一次风粉管的外层布置二次氧气管3，二次氧气管上垂直布置烟气再循环管4，再循环烟气通入二次氧气管中，二次氧气管的外层布置内二次风管5，内二次风与二次氧气、再循环烟气混合后共用一根管道进入燃烧器，二次氧气管的出口布置阻碍器6，内二次风管的外层布置外二次风管7，外二次风管的出口装有旋流器8。

本发明在燃烧器的中心布置了富氧管道，氧气主要通过中心氧气管1进入燃烧器中，此改进能够提供燃烧初期所提供的氧气，形成值班火焰，保证燃烧状态的稳定。

本发明在中心氧气管1的外层同心布置了一次风粉管2，且一次风粉管2比中心氧气管1长约20cm，此改进能够保证氧气与煤粉进行提前着火燃烧，并且形成独立的还原燃烧状态，抑制了燃料型NO 的生成。

本发明在一次风粉管2的外层布置了二次氧气管3，在二次氧气管3上垂直布置了烟气再循环管4，在二次氧气管3的外层还布置了内二次风管5，此改进能够将锅炉的部分尾部烟气引入燃烧系统，与二次氧气、内二次风混合后形成富氧的混合气体，使之代替空气作为燃烧时的氧化剂，此混合气体具有更高初温、氧气浓度、二氧化碳浓度以及低氮气量的特点，该管道比一次风管道更长，能够形成氧气分级燃烧，有效抑制了热力型NO的生成，此外，此技术通过烟气再循环，使锅炉排出的部分烟气经干燥脱水后能够得到体积分数更高的CO₂，便于直接压缩后回收利用。

本发明在二次氧气管的出口布置了阻碍器6，此改进能够将二次氧气、再循环烟气以及二次风的混合气体细分为8股圆形气流进入燃烧器中，保证火焰的均匀性，避免了火焰温度不均匀带来的燃烧设备损坏、NO生成等问题。

本发明在内二次风管5的外层布置了外二次风管7，该管道比内二次风管5更长，并且在外二次风管7出口布置了旋流器8，此改进能够形成具有强烈旋转的外二次风气流，提升二次风的卷吸能力，加强燃烧区的扰动和回流，促进煤粉的燃尽。

本发明燃烧器的管道、阻碍器6和旋流器8都采用耐热耐磨的氧化铝铁合金制作，能够防止富氧燃烧条件下因高温带来的设备损坏等问题。

工作时，机组有三种常规运行状态：

1.富氧燃烧状态：关闭中心氧气管1的入口阀门，开启二次氧气管3、烟气再循环管4的入口阀门，形成富氧燃烧氛围，根据机组负荷、受热面温度状况调节烟气再循环阀门开度，控制富氧燃烧程度，维持燃烧器稳定燃烧；

2.非富氧燃烧状态：关闭中心氧气管1、二次氧气管3和烟气再循环管4的入口阀门，维持常规运行下的一次风粉、内二次风、外二次风供应，维持燃烧器稳定燃烧；

3.机组进入调峰运行状态时，负荷较低且呈现一定波动，打开中心氧气管1、二次氧气管3和烟气再循环管4的入口阀门，通入氧气、再循环烟气并配合调整内、外二次风门开度的大小，使燃烧器进入稳定的富氧燃烧状态，从而在保证机组安全运行的前提下，快速、稳定地响应负荷变化。

Claims (7)

1.一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器，其特征在于，包括中心氧气管(1)、一次风粉管(2)、二次氧气管(3)、烟气再循环管(4)、内二次风管(5)、阻碍器(6)、外二次风管(7)以及旋流器(8)；

所述中心氧气管(1)布置于燃烧器的中心，中心氧气管(1)外层同心布置一次风粉管(2)，一次风粉管(2)的外层布置二次氧气管(3)，烟气再循环管(4)垂直布置于二次氧气管(3)外层，烟气再循环管(4)中再循环烟气与二次氧气在二次氧气管(3)中混合，内二次风管(5)布置于二次氧气管(3)外层，内二次风管(5)进入的内二次风与二次氧气管3中的混合气流共用一根管道进入燃烧器，二次氧气管(3)的出口布置阻碍器(6)，内二次风管5的外层布置外二次风管(7)，外二次风管(7)与烟气再循环管(4)的出口装有旋流器(8)。

2.根据权利要求1所述的一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器，其特征在于，所述一次风粉管(2)同心布置于中心氧气管(1)的外层，一次风粉管(2)比中心氧气管(1)长约20cm，一次风粉通过一次风粉管(2)进入燃烧器中。

3.根据权利要求1所述的一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器，其特征在于，所述二次氧气管(3)同心布置于一次风粉管(2)的外层，二次氧气管(3与)中心氧气管(1)长度相同，氧气通过二次氧气管(3)进入燃烧器中。

4.根据权利要求1所述的一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器，其特征在于，所述内二次风管(5)布置于二次氧气管(3)的外层，内二次风管比一次风粉管(2)长约20cm，提供了燃烧所需的内二次风。

5.根据权利要求1所述的一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器，其特征在于，所述阻碍器(6)布置于二次氧气管(3)的出口，将二次氧气、再循环烟气、内二次风的混合气流细分为8股圆形气流进入燃烧器中。

6.根据权利要求1所述的一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器，其特征在于，所述外二次风管(7)布置于内二次风管(5)的外层，外二次风管(7)比内二次风管道(5)长。

7.根据权利要求1所述的一种适用于深度调峰的烟气再循环富氧燃烧器，其特征在于，所述旋流器(8)用于产生旋转气流进入燃烧器中。

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