CN1598403A - 一种圆形旋流浓淡煤粉燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种圆形旋流浓淡煤粉燃烧器，涉及一种旋流煤粉燃烧设备。本发明是在一次风煤粉管内设置一块将一次风管分为上下浓淡煤粉管道的分离隔板，在浓煤粉管道中设置一个用于均匀煤粉气流的渐缩管，渐缩管的底部与所述分离隔板之间形成楔型体；在一次风管的下部的淡煤粉管道中设置固定的旋流叶片，且二次风管中设置活动可调的旋流叶片，并在内二次风管的旋流叶片前端的壁面上布置有内表面带曲线槽道的旋转体。本发明可有效地降低煤粉炉的NO_x排放，且不会明显增加飞灰含碳量；同时在燃烧低挥发份煤粉时有效解决了低负荷着火和稳燃以及减少一次风管的阻力和磨损问题，从而提高了燃烧设备的使用寿命及设备的绩效成本。

Description

一种圆形旋流浓淡煤粉燃烧器

技术领域

本发明涉及一种锅炉煤粉燃烧设备，特别涉及一种旋流浓淡煤粉燃烧器。

背景技术：

目前市场上应用对冲布置的旋流煤粉燃烧器主要有：北京巴威公司的双调风煤粉燃烧器、哈尔滨工业大学的径向浓淡煤粉燃烧器等。

北京巴威公司的双调风煤粉燃烧器的主要结构是圆形的结构形式，从内到外依次是一次风管、内二次风管和外二次风管。内、外二次风管中都有旋流叶片；一次风管中无中心管，油枪布置在二次风管内、一次风管的上侧。这种结构的优点是：一次风管中没有管道，减少了煤粉对管道的磨损；两层旋流叶片的作用，易产生很大的旋流强度。缺点是：一次风管喷口处无钝体，不利于形成有利于着火的近壁处的回流区；外二次风的旋流作用，使近壁处难以保持氧化性气氛，不利于防止高温腐蚀和结渣；一次风煤粉气流无浓淡分离，对于难着火的无烟煤等的着火不利。该公司的另一种燃烧器的改进型产品为“抽气式的双调风燃烧器”，这种结构是将一次风管中心处的淡煤粉气流(占一次风量的50％，其中含有约10％的煤粉)吸出，在炉膛下部送入，形成煤粉的浓淡分离。这种结构中仅靠煤粉管道中的压差达到淡煤粉气流的抽吸分离的效果不是很好，而且由于燃烧器区的下部温度较低，且煤粉浓度较低，煤粉的着火点较高，使煤粉特别是低挥发份煤粉的完全燃烧受到影响。

现有技术中使用的“径向浓淡煤粉燃烧器”的结构也是圆形，从内到外依次是一次风管、内二次风管和外二次风管。内二次风管中布置有固定的旋流叶片；外二次风管无叶片，提供直流风；一次风管中布置有带油枪中心管，一次风管与中心管之间的环形煤粉通道中布置有百叶窗煤粉浓缩器，来实现煤粉的浓淡分离。其优点是直流外二次风的存在，使炉膛水冷壁侧易于形成富氧的氧化性气氛；浓煤粉在内，淡煤粉在外侧燃烧，有利于煤粉的着火和燃烬，中心管喷口扩锥的存在，形成有利于着火的回流区；但反过来，中心管的煤粉磨损问题非常大，换管频繁；同时百叶窗煤粉浓缩器的结构形式在负荷变化较大时，容易发生堵粉现象；而且固定内二次风叶片不利于随负荷的变化来调整叶片的角度，产生合适的旋流强度。

针对环保要求和原煤储量的特点，特别是随着原煤储量的减少，煤质也变得越来越差，大部分电力行业以及工业用煤多采用低挥发份煤，如贫煤和无烟煤等，它们的燃烧特点是挥发份的含量相对非常少(Vdaf＜20％)，因而其着火难、稳燃也难，且燃烬更难。随着世界范围内NO_x的排放的控制标准也越来越高，开发和研究一种适合低挥发份煤粉燃烧、低NO_x排放和高效稳燃的对冲型旋流煤粉燃烧器具有显著的实际意义。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的是提供一种圆形旋流浓淡煤粉燃烧器，使其在燃烧低挥发份煤粉时解决低负荷着火和稳燃的问题，进一步降低NO_x的生成，减少一次风管的阻力和磨损。

本发明的技术方案如下：

一种圆形旋流浓淡煤粉燃烧器，含有带弯头的一次风煤粉管，依次设置在一次风煤粉管外部且同心安装的旋流内二次风管以及直流外二次风管，在所述的内二次风管中布置有旋流叶片和点火油枪，其特征在于：在一次风煤粉管的弯头前端的中心部位设置一块隔板将一次风管分为上下浓淡煤粉管道，所述隔板由直板和向下倾斜的斜板构成，在该直板的后端部分布置有小孔；在所述的上部的浓煤粉管道中设置一个用于均匀煤粉气流的套筒，该套筒由渐缩段、直段和渐扩段组成，套筒的底部与所述隔板之间形成楔型体；在所述的一次风管的下部的淡煤粉管道中设置固定的旋流叶片；在所述的内二次风管的旋流叶片的前端的壁面上布置有内表面带曲线槽道的旋转体。

本发明的技术特征还在于：所述的内二次风管的旋流叶片采用活动可调的旋流叶片。

本发明的另一技术特征为：所述曲线槽道的高为20～50毫米，曲线槽道与旋转体的切线成45°。

本发明的又一技术特征为：所述的各风道扩口的角度在15～18°；所述的内二次风管以及直流外二次风管分别与单独的风箱连接；所述的点火油枪(2)以2～5°的向下倾角斜向布置在内二次风管的正上方。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①本发明利用一次风管内的分离隔板和浓煤粉管的共同作用在燃烧器的出口处形成了一个楔型体，建立了有利于形成能使煤粉气流及时着火的合适的回流区，保证了煤粉，特别是低挥发份煤粉的着火及燃烧的稳定性。②本发明的燃烧器有较大的燃料适应性和负荷的调节性。在负荷变化时，可以先通过各自独立的风箱结构(一次风机、内、外二次风箱)来粗略调节各自所需的风量；其次，可以调节内二次风的可调叶片的角度，来改变旋流强度；而且又由于固定的旋转曲面楔体的存在，避免了低负荷时气流的直流飞边现象，解决了低负荷火焰稳定性问题，严重时导致熄火。③本发明的燃烧器由于弯头处无中心管，从而减少了磨损的发生，可有效减少锅炉的小修次数，提高了运行的可靠性。

综上所述，本发明采用在一次风管的喷口处形成钝体，而在弯头处无任何管道的布置方式，避免了无中心管时不利于形成有利于着火的回流区和有中心管时弯头处的煤粉气流对中心管的冲刷磨损问题；利用弯头的惯性分离和分离挡板的共同作用形成煤粉的浓淡分离，形成浓煤粉先着火，然后点燃淡煤粉的燃烧方式，有利于降低着火热，降低总的火焰温度水平，降低NO_x的生成，同时这种煤粉的浓淡分离结构，不会增加一次风煤粉管中的阻力；内二次风管的可动叶片的前端的带曲线流道的楔型体的存在，避免了低负荷时内二次风管喷口处气流的直流飞边现象，解决了低负荷的火焰稳定性问题。

附图说明

图1为本发明提供的圆形旋流浓淡煤粉燃烧器的结构示意图。

图2为图1的右视图。

图3为设置在一次风煤粉管内的分离挡板的主视图。

图4为图3的俯视图。

图5为设置在浓煤粉管道中的渐缩管的主视图。

图6为带曲线槽道的旋转体的主视图。

图7为图6的右视图。

图中：1.一次风煤粉管道；2.点火油枪；3.燃烧器隔热挡板；4.直流外二次风管；5.旋流内二次风管；6.一次风煤粉管喷口；7.渐缩管；8.淡煤粉管；9.淡煤粉管道中的固定旋流叶片；10.内二次风管中的活动可调的旋流叶片；11.内二次风管中的带曲线流道的旋转体；12.内二次风管中叶片的调节拉杆；13.曲线流道；14.分离隔板；15.一次风煤粉管道弯头。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的结构、工作原理及最佳实施例。

图1、2为本发明提供的圆形旋流浓淡煤粉燃烧器的总体结构示意图。该燃烧器含有带弯头15的一次风煤粉管1，依次设置在一次风煤粉管外部且同心安装的旋流内二次风管5以及直流外二次风管4，在所述的内二次风管5中布置有调节拉杆12、调节的旋流叶片10和点火油枪2；在一次风煤粉管内设置一块分离隔板14将一次风管分为上下浓淡煤粉管道，所述分离隔板由直板和向下倾斜的斜板构成，在该直板的后端部分布置有小孔；在一次风管上部的浓煤粉管道中设置一个用于均匀煤粉气流的渐缩管7，该渐缩管由渐缩段、直段和渐扩段组成，渐缩管的底部与所述分离隔板之间形成楔型体；在所述的一次风煤粉管1的下部的淡煤粉管道8中设置固定的旋流叶片9；浓淡煤粉管的出口处布置圆形扩口6；内二次风管的旋流叶片10的前端的壁面上布置有其内表面带曲线槽道13的旋转体11。上述各结构由燃烧器的隔热挡板3连接，并固定到锅炉水冷壁上。

图3、4是一次风煤粉管内设置的分离隔板14的主视图和俯视图图。该分离隔板14将一次风煤粉管分为上下浓淡煤粉管道，它由直板和向下倾斜的斜板构成，在该直板的后端部分布置有小孔。该小孔的直径为10～20毫米，其作用是利用弯头处气流的压力，使经过弯头15的离心力作用而初级浓化的煤粉气流中的部分空气渗透到淡煤粉管道中，进一步提高浓煤粉管道中的煤粉浓度；向下倾斜的斜板的斜度是5～10°，使斜板下面的淡煤粉气流偏离中心，而偏转向下，延长与浓煤粉气流的混合时间。

图5是浓煤粉管道中设置的一个用于均匀煤粉气流的渐缩管7的结构示意图。该渐缩管7由渐缩段、直段和渐扩段组成。斜度为3°～10°的渐缩管均匀浓煤粉气流，使浓煤粉管中的煤粉分布均匀；直段和渐扩段是消除渐缩段产生的煤粉速度的变化，有利于稳定燃烧器出口的着火点，这个渐扩段的斜度为6°～10°。这个渐缩管7与分离隔板14一起在燃烧器出口处形成一个楔型体，这个分离隔板14的存在，有利于形成稳定着火的回流区；而且这个楔型体的存在，可推迟浓、淡煤粉气流的混合，使炉膛内的火焰变长，燃烧器区的炉膛断面火焰温度降低，有利于减少NO_x的生成。

在一次风煤粉管1的下部的淡煤粉管道8中设置固定的旋流叶片9，通过这个固定的旋流叶片，使淡煤粉气流产生旋转，增强淡煤粉气流的扰动，有利于淡煤粉气流与已着火的浓煤粉气流的混合强度，有利于淡煤粉气流的着火和完全燃烧。

内二次风管中布置有旋流叶片10，它可以由调节拉杆12调节，根据锅炉负荷和煤种的变化，而相应的改变内二次风的旋流强度，进而改变回流区的大小，达到调节着火点和着火强度的目的。在这个旋流叶片10的前端的壁面上还布置有内表面带曲线槽道13的旋转体11，该曲线槽道13与旋转体11的切线成45°，如图6、图7所示。这个旋转体11的存在，避免了由于旋流叶片的可调而在内二次风管的壁面处形成的工艺性缝隙，这样的缝隙在低负荷时容易使锅炉燃烧所需的空气流产生飞边，从而产生煤粉黑龙，使燃烧不稳定，严重的情况下还会产生熄火；另一方面，它的曲线槽道又加强了边缘气流的旋流强度，有利于扩大回流区的直径和火焰的直径，有利于拉平和降低火焰区温度。

点火油枪2以2～5°的倾角斜向布置在内二次风管5中的正上方，这种布置易于使油枪斜向伸入浓煤粉的根部，有利于用较少的燃烧用油进行有效的点火，而且由于这个位置没有煤粉的存在，而不会产生油枪的磨损问题。

本发明的外二次风管4中没有任何部件，形成的是直流外二次风，一方面它的速度较高45-60m/s，这样可以提高它与内二次风的动压比，及时补充后期未完全燃烧的焦炭燃烬所需的氧气；同时这样高的速度使外二次风的刚性较强，在燃烧后期射流依然存在一定的速度，有助于提高燃烧后期的小尺度的扰动，因而较高的直流外二次风可以在提高炉膛内的大尺度的扰动外，还有助于小尺度的扰动，对于减少不完全的燃烧热损失是有利的，也可以明显降低飞灰含炭量。同时，高速的直流外二次风可以造成风包粉的燃烧方式，使炉膛水冷壁附近为氧化性气氛，在这种气氛下灰熔点是较高的，这样既有利于防结渣，还有利于防止高温腐蚀，而且这样的高速射流的射流引射作用，使气流的火焰的直径和射程均明显增长，这种方式拉开了燃烧器区的火焰的总体温度水平，且温度峰值也降低了，依据NO_x生成原理，可以减少NO_x的生成量，而且增强颗粒的停留时间，使还原生成的NO_x的量增加。

本发明的内二次风和外二次风分别由单独的风箱供风，单独调节任何一个风道的风量，不会由于同一风箱的压力的变化对另一个风道的风量产生影响。

本发明的燃烧器在一次风管、内二次风管和外二次风管的端部都布置有扩口管，根据轴对称尾迹流的直径随轴向距离的1/3次方的规律变化，设计它们的喷口扩展角应在15-18°，这样既有利于气流的扩展，也有利于减小气流的阻力损失，提高火焰的长度，推迟火焰的最高温度点的位置。

Claims (6)

1.一种圆形旋流浓淡煤粉燃烧器，含有带弯头的一次风煤粉管(1)，依次设置在一次风煤粉管外部且同心安装的旋流内二次风管(5)以及直流外二次风管(4)，在所说的一次风煤粉管、旋流内二次风管和直流外二次风管的前端部均设有扩口，在所述的内二次风管(5)中布置有旋流叶片(10)和点火油枪(2)，其特征在于：在一次风煤粉管内设置一块分离隔板(14)将一次风管分为上下浓淡煤粉管道，所述分离隔板由直板和向下倾斜的斜板构成，在该直板的后端部分布置有小孔；在所述的上部的浓煤粉管道中设置一个用于均匀煤粉气流的渐缩管(7)，该渐缩管由渐缩段、直段和渐扩段组成，渐缩管的底部与所述分离隔板之间形成楔型体；在所述的一次风管的下部的淡煤粉管道(8)中设置固定的旋流叶片(9)；在所述的内二次风管的旋流叶片(10)的前端的壁面上布置有内表面带曲线槽道(13)的旋转体(11)。

2.按照权利要求1所述的圆形旋流浓淡煤粉燃烧器，其特征在于：所述的内二次风管的旋流叶片(10)采用活动可调的旋流叶片。

3.按照权利要求1所述的圆形旋流浓淡煤粉燃烧器，其特征在于：所述的曲线槽道(13)的高为10～20毫米，曲线槽道与旋转体的切线成45°。

4.按照权利要求1所述的圆形旋流浓淡煤粉燃烧器，其特征在于：所述的各扩口的扩展角在15～18°。

5.按照权利要求1～4任一权利要求所述的圆形旋流浓淡煤粉燃烧器，其特征在于所述的内二次风管(5)以及直流外二次风管(4)分别与单独的风箱连接。

6.按照权利要求1～4任一权利要求所述的圆形旋流浓淡煤粉燃烧器，其特征在于：所述的点火油枪(2)以2～5°的向下倾角斜向布置在内二次风管的正上方。

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