CN1279310C - 喷动流化旋涡煤粉燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种喷动流化旋涡煤粉燃烧器，具有一个立式圆柱形或方形的燃烧室，所述燃烧室侧壁上分别开有倾斜向上的一次风粉管道(2)和倾斜向下的底部风道(4)以及燃气与未燃烬颗粒出口(10)、倾斜底部(7)。一次风携带煤粉颗粒通过倾斜向上的一次风粉管道(2)进入燃烧室，与其相对的底部喷动流化风通过底部风道(4)进入燃烧室，一次风与喷动流化风相对喷射形成旋流区和上升的气流区。本发明喷动流化旋涡煤粉燃烧装置对燃料制备要求低，燃料颗粒粒径比较大，而且燃烧区温度比常规煤粉燃烧低，不易结焦、结渣；煤种适应广泛，不仅能燃无烟煤、烟煤、褐煤、泥煤，还能燃油页岩、造纸废料等不同燃料。

Description

喷动流化旋涡煤粉燃烧器

技术领域

本发明涉及一种新的煤粉及可粉碎性固体可燃物料燃烧的燃烧装置，尤其是一种喷动流化旋涡煤粉燃烧器。

背景技术

煤燃烧对生态环境造成了严重的破坏，其中氮氧化物(NO_X)是造成大气污染的主要污染源之一。目前，国内外对于控制氮氧化物的排放有较多比较有效的控制措施，大致分为两类：烟气净化技术和低NO_X燃烧技术(空气分级、烟气再循环、再燃烧等)。但是，这些技术在我国的应用有一定的局限性，主要是：(1)烟气净化技术初期投资巨大、运行费用高，即便是采用烟气脱氮装置，仍需采用低NO_X燃烧措施。(2)烟气再循环技术中，NO_X降低率随着烟气再循环率的增加而增加，但是烟气再循环率的增加会导致燃烧趋于不稳定，一般电站锅炉的烟气再循环率控制在10％-20％左右，而且这种方法还要加装再循环风机等，增大了投资，系统也较为复杂。(3)再燃烧技术同其他低NO_X燃烧技术相比在排放标准严格或燃用低挥发分劣质煤种时有明显的优势，但是再燃烧的NO_X降低率很强地依赖于再燃燃料的种类，一般采用天然气作为再燃燃料，这种方法要求有稳定的天然气气源，很多厂不具备这个条件，而且运行成本比较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以有效降低NO_X排放，且使用方便的新的煤粉及可粉碎性固体可燃物料燃烧的燃烧器。

为实现以上目的，本发明根据喷动流化床可以控制温度燃烧与空气分级的基本思想，结合浓淡燃烧的基本原理，提出了一种低温喷动流化旋涡煤粉燃烧装置，控制进入燃烧室内的颗粒粒径分布，使颗粒粒径小于某临界颗粒粒径的稀相风粉进入上升气流区，直接燃烧；颗粒粒径大于该临界颗粒粒径的浓相风粉保持在旋流区，燃烧分解或碎裂后的小于该临界颗粒直径的颗粒再进入上升气流区燃烧。旋流区中气体流量远低于颗粒燃烧所需的化学当量比，控制旋流区处于相对低温，在富燃料条件下，NO_X的生成得到了极大的遏制。对于上升气流区，由于远离主燃烧区域，温度较低，这样也大大限制了NO_X的生成。经过一次风粉浓淡分离，旋流区的颗粒与气流旋转以及上升气流区内风粉形成的控制，颗粒在燃烧区域的停留时间也得到较大的延长。由于旋流区内颗粒保持喷动流化状态，燃烧温度保持在足够燃烧的相对低温，这种燃烧本身可以避免促进氮氧化物生成的局部高温的产生，同时本技术控制过量空气系数(化学当量比)较小，使旋流区处于还原气氛区，造成旋流区颗粒燃烧相对缺氧，大大抑制了NO_X的产生。

本发明所述的喷动流化旋涡煤粉燃烧器，具有一个立式圆柱形或方形的燃烧室，所述燃烧室侧壁上分别开有倾斜向下的一次风粉管道2和倾斜向上的底部风道4以及燃气与未燃烬颗粒出口10、倾斜底部7。

一次风1携带煤粉颗粒通过倾斜向下的一次风粉管道2进入燃烧室，与其相对的底部喷动流化风3通过底部风道4进入燃烧室，一次风与喷动流化风相对喷射形成旋流区5和上升的气流区6，一次风粉中大于某一临界直径的颗粒在气流场的作用下，在重力的作用下跟随旋流气流沉降于燃烧室倾斜的底部7，滑动至底部风道4的喷动气流口，在喷动流化风3的喷动下上升，形成颗粒旋流区。一次风粉中和旋流过程碎裂后小于该临界颗粒直径的颗粒，颗粒将随上升气流6继续气化或燃烬。所说的旋流区中颗粒处于流化状态，混合较均匀，燃烧温度容易控制且比较均匀，同时其中气流量低于颗粒燃烧所需的化学当量比，温度可以控制在相对低温，排除燃烧产生局部高温，此区域属于颗粒浓相燃烧，相对低温极大地抑制了氮氧化物的产生。同时由于较大颗粒的自身旋流流化，而不需要惰性颗粒作为流化物料来维持温度均匀性，因此减少设备的额外磨损。

所述的一次风粉中的风可以是空气或氧气及其混合气体，甚至可以为氮气等惰性气体。这股气流可以是经过预热的，也可以是常温的；煤粉可以是经过干燥处理的，也可以是自然状态的。燃料的气力输送方式可以是稀相输送，也可以是浓相输送。燃料入口可以是圆形、方形、扁形，也可以是其他形状。

所述的一次风1与喷动流化风3在标准状态下的流量之比在0.2-3之间，一次风粉与喷动流化风的动量之比在0.2-8之间。所述的一次风粉单管或多管进入燃烧室，所述的一次风粉流进入燃烧室的速度可以控制在10-100米/秒的范围。所述的喷动流化风进入燃烧室的速度可以控制在10-120米/秒的范围。

所述的一次风粉管道2与底部风道4水平倾角分别为α与β，两通道之间存在一定夹角|α-β|，其值在0°-75°之间，保证相对的一次风粉和喷动流化风在燃烧室内下部形成理想的气流与颗粒的两相旋流流场。|α-β|＝0°表示两通道平行。

所述的一次风粉中的粉为燃料颗粒，其平均粒径为0.04至10毫米，最大粒径为20毫米，燃料颗粒可以是煤粉、油页岩、造纸废料及生物质等燃料颗粒。

所述的颗粒沉降的倾斜底部7水平倾角γ在5°-90°之间。沉降的颗粒可以在重力作用下自动回流到喷动气流口。所说的倾斜底部7也可以采用烧结等孔隙材料，气体通过孔隙材料后，对堆积在倾斜底部的颗粒进行流化，易于颗粒顺利返回喷动气流口，保证颗粒流化的旋流区域的形成。

所述的燃气与未燃烬颗粒出口10方向与燃烧室主体可以垂直(如图1)，也可以成一定角度。

为保证颗粒的完全燃烧，在燃气与未燃烬颗粒出口10前可以加入二次风，二次风8通过蜗壳结构9卷吸上升的气流与颗粒进入二次燃烬或换热室，可以控制气流处于相对低温，也可以保证出口气流在二次燃烬室或换热室的充满度。

所述的二次风8通过蜗壳结构9卷吸上升的气流与颗粒进入二次燃烬或换热室，二次风流量与一次风流量在标准状态下的之比在0-0.6之间，图2中二次风进口的水平倾角θ在平面内为任意角度。所述的蜗壳结构也可以采用燃气出口管壁上环形切向开孔二次进风，从而形成切向环流卷吸燃气进入二次燃烬或换热室。

本发明喷动流化旋涡煤粉燃烧装置对燃料制备要求低，燃料颗粒粒径比较大，而且燃烧区温度比常规煤粉燃烧低，不易结焦、结渣；煤种适应广泛，不仅能燃无烟煤、烟煤、褐煤、泥煤，还能燃油页岩、造纸废料等不同燃料。

附图说明

图1是本发明燃烧器的燃烧原理及结构示意图；

图2是本发明燃烧器的二次进风蜗壳结构示意图。

附图标记说明

一次风1、一次风粉管道2、喷动流化风3、底部风道4、旋流区5、上升的气流区6、倾斜底部7、二次风8、蜗壳结构9、燃气与未燃烬颗粒出口10、风机11、螺旋给煤机12、烟道13、旋风分离器14。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的内容做进一步说明：

实施例一

图3为按照本发明原理设计的低温喷动流化旋涡煤粉燃烧器。该装置由旋流区5、上升的气流区6以及旋风分离器14等构成。一次风1和底吹的喷动流化风3采用与水平面成45°平行反向对射，两者风量之比控制在0.56，一次风在标准状态下的流量为40Nm³/h。二次风的涡壳进口9的水平倾角θ为0°，二次风流量与一次风流量在标准状态下的之比为0。倾斜底部7的水平倾角γ为45°。由螺旋给煤机12将0.5mm的煤粉颗粒供入一次风通道2中，由风机11将一次风1与煤粉颗粒一起供入燃烧室内，与平行反向的底吹的喷动流化风3相遇形成强烈的旋流区5，粗大的煤粉颗粒在该区域不断地旋转、破碎、燃烧，当其粒径破碎到小于临界颗粒直径时，随上升的气流进入气流区6完全燃烧。最后烟气由出口10经烟道13，旋风分离器14排出。

实施例二

按照本发明原理设计的低温喷动流化旋涡煤粉燃烧器，由旋流区5、上升的气流区6以及旋风分离器14等构成。一次风1进口和底吹的喷动流化风3进口的水平倾角的夹角之差β-α＝30°。两股进风反向交错对射，两者风量之比控制在1.8，一次风在标准状态下的流量为40Nm³/h。二次风的涡壳进口9的水平倾角θ为90°，二次风流量与一次风流量在标准状态下的之比为0.2。倾斜底部7的水平倾角γ为45°。由螺旋给煤机12将0.1mm的煤粉颗粒供入一次风通道2中，由风机11将一次风1与煤粉颗粒一起供入燃烧室内，与平行反向的底吹风3相遇形成强烈的旋流区5，粗大的煤粉颗粒在该区域不断地旋转、破碎、燃烧，当其粒径破碎到小于临界颗粒直径时，随上升的气流进入气流区6，然后受二次风8的卷吸进入换热室完全燃烧。最后烟气由出口10经烟道13，旋风分离器14排出。

Claims (6)

1.一种喷动流化旋涡煤粉燃烧器，具有一个立式圆柱形或方形的燃烧室，其特征在于所述燃烧室侧壁上分别开有倾斜向下的一次风粉管道(2)和倾斜向上的底部风道(4)以及燃气与未燃烬颗粒出口(10)、倾斜底部(7)；所述一次风粉管道(2)与底部风道(4)水平倾角分别为α与β，两通道之间存在一定夹角|α-β|，其值在0°-75°之间；所述倾斜底部(7)水平倾角γ在5°-90°之间。

2.如权利要求1所述的喷动流化旋涡煤粉燃烧器，其特征在于一次风携带煤粉颗粒通过倾斜向上的一次风粉管道(2)进入燃烧室，与其相对的底部喷动流化风通过底部风道(4)进入燃烧室，所述一次风与喷动流化风在标准状态下的流量之比在0.2-3之间，一次风粉与喷动流化风的动量之比在0.2-8之间，一次风与喷动流化风相对喷射形成旋流区和上升的气流区。

3.如权利要求1或2所述的喷动流化旋涡煤粉燃烧器，其特征在于所述一次风粉单管或多管进入燃烧室。

4.如权利要求1或2所述的喷动流化旋涡煤粉燃烧器，其特征在于所述一次风粉中的粉为燃料颗粒，其平均粒径为0.04至10毫米。

5.如权利要求1或2所述的喷动流化旋涡煤粉燃烧器，其特征在于在燃气与未燃烬颗粒出口(10)前加入二次风(8)，所述的二次风(8)通过蜗壳结构(9)卷吸上升的气流与颗粒进入二次燃烬或换热室，二次风流量与一次风流量在标准状态下的之比在0-0.6之间，二次风进口的水平倾角θ在平面内为任意角度。

6.如权利要求5所述的喷动流化旋涡煤粉燃烧器，其特征在于所述的蜗壳结构采用燃气出口管壁上环形切向开孔二次进风，从而形成切向环流卷吸燃气进入二次燃烬或换热室。

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