CN1687639A

CN1687639A - 可调节外旋流内直流主燃烧器装置

Info

Publication number: CN1687639A
Application number: CNA2005100184311A
Authority: CN
Inventors: 周怀春; 张志国; 方庆艳
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2025-03-24
Also published as: CN1308618C

Abstract

可调节外旋流内直流主燃烧器装置，属于锅炉的燃烧器设备，其目的是既具有旋流燃烧器能够产生回流区，卷吸高温烟气强化着火和稳燃的特性，同时也具有直流燃烧器的射流刚性强，煤粉气流穿透度大的特性，以满足实际工程的应用。本发明主燃烧器外管为圆管，(1)主燃烧器外管内套有内一次风圆管，主燃烧器外管和内一次风圆管之间具有叶片；所述叶片使用中心轴固定在内一次风圆管和主燃烧器外管管壁上，轴向可调；(2)在主燃烧器外管管壁外装有电动调节装置，用传动轴将其和轴向可调叶片连接。本发明着火特性好，稳燃能力强，能够实现不同负荷和不同煤种时煤粉燃烧的自适应调整，煤种适应性强。

Description

可调节外旋流内直流主燃烧器装置

技术领域

本发明属于锅炉的燃烧器设备领域，适用于煤粉燃烧锅炉。

背景技术

锅炉作为燃烧设备在各行各业中有着非常广泛的应用。燃烧器是锅炉设备取得良好燃烧效果的主要设备，对锅炉的安全运行和经济效益起着非常重要要的作用。它通过煤粉浓淡技术、分级燃烧技术等合理组织炉内空气动力场，得到合理的煤粉在着火区浓度分布、颗粒的停留时间及着火距离，以获得良好的着火特性、低负荷稳燃特性和运行经济性。在过去几十年里，科学家和工程技术人员研制成功了不同的燃烧器，煤粉燃烧器可分为直流燃烧器和旋流燃烧器。

1.直流燃烧器

清华大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、西安交通大学以及吉林省电力科学研究院先后研制成功了煤粉船型稳燃器、双通道煤粉燃烧器、水平浓缩煤粉燃烧器、水平浓淡风煤粉燃烧器、径向浓淡旋流煤粉燃烧器、钝体及开缝钝体燃烧器、稳燃腔煤粉燃烧器、四通道浓淡分流煤粉燃烧器、新型三功能煤粉锅炉燃烧器和多通道强稳燃浓淡煤粉燃烧器等。国外的新型燃烧器有B&W的DS燃烧器、三菱公司的PM燃烧器、CE公司的WR燃烧器、IHI的内部分隔型WR燃烧器、IHI-DF双调风燃烧器、新型煤粉燃烧低NOx A-PM燃烧器。这些直流燃烧器通过采用分流和绕流的技术，改变煤粉气流的流动方式，加强煤粉气流对高温烟气的卷吸，强化煤粉气流着火和燃烧。

2.旋流燃烧器

旋流燃烧器合理组织一二次风进入锅炉炉内的形式和配比，一次风煤粉气流以直流或者旋流的形式进入炉内，二次风则部分或全部以旋流形式进入炉膛；产生和调节旋流的装置有蜗壳、切向可动叶片和轴向可动叶片。利用合理的旋流强度加强卷吸高温烟气加热煤粉气流，延长部分煤粉颗粒在着火区的停留时间以强化其着火；利用煤粉浓淡技术让较浓的煤粉气流有良好的着火特性、增加燃烧的稳定性；利用分级燃烧技术合理组织炉内配风，将二次风沿煤粉气流行程逐步加入，既能合理提供煤粉燃烧过程中所需的氧气，同时能够大量降低NOx排放(余战英，蒋宏利，谭厚章，浓淡型双调风旋流燃烧器低NOx特性分析，热能动力工程，第14卷，pp.455-458，1999年11月)。因为旋流燃烧器的以上优点，得到了广泛的应用。

旋流燃烧器的分类方法较多，根据二次风的供入方式及一次风粉气流煤粉浓度的不同可分为三类：普通型、分级燃烧型、浓缩型。

普通型旋流燃烧器是指二次风通过燃烧器集中送入炉内，一次风粉气流没有浓缩的旋流燃烧器，具备此特征的有：双蜗壳旋流煤粉燃烧器、单蜗壳-扩锥型燃烧器、切向可动叶片燃烧器、轴向可动叶轮燃烧器、轴向叶轮-蜗壳型燃烧器、旋流预燃室燃烧器、管式旋流煤粉燃烧器。

分级燃烧型旋流燃烧器是指二次风通过燃烧器分两级(层)或两级(层)以上送入炉内，一次风粉气流没有浓缩的旋流燃烧器。这类旋流燃烧器主要有：双通道外混式旋流燃烧器、双调风燃烧器、SM型燃烧器、蜗壳-叶片式旋流燃烧器、RSFC型燃烧器。

浓缩型旋流燃烧器是指一次风粉气流经过浓缩后提高煤粉浓度来改善煤粉的着火及稳燃的旋流煤粉燃烧器。又可分为二类：一次风粉气流经过浓缩按煤粉浓度高低一般分成两股，即浓煤粉气流和淡煤粉气流。浓煤粉气流由燃烧器喷入炉内，淡煤粉气流在炉膛某一位置单独送入炉膛的旋流煤粉燃烧器为高浓度型旋流煤粉燃烧器；浓、淡煤粉气流由燃烧器一次风分风道喷入炉膛的旋流煤粉燃烧器称为浓淡型旋流煤粉燃烧器。这类燃烧器有：前苏联高浓度型旋流燃烧器、PAX燃烧器、NSZ型燃烧器、WR型旋流燃烧器、NSW型燃烧器、径向浓淡旋流煤粉燃烧器、双重复合旋流燃烧器。

从上述燃烧器的特点可以看出，人们在设计主燃烧器(煤粉锅炉中的一次风煤粉气流喷口)时，首先将主燃烧器分为了两类：直流燃烧器和旋流燃烧器。一次风煤粉气流全部以直流或者旋流形式送入炉内；二次风全部或部分以旋流形式送入炉内。然后通过改变燃烧器的流动方式来强化高温烟气的回流和卷吸以达到强化燃烧和稳燃的目的。对于直流燃烧器，为了强化着火通常在直流主燃烧器喷口加装非流线体来加强回流对高温烟气的卷吸，但是这会削弱喷口射流的刚性，减少煤粉气流在炉内的穿透深度，降低火焰充满度；对于旋流燃烧器，为了增加煤粉气流在炉内的穿透深度，增加火焰充满度通常减小旋流强度，但是这又会减小射流对高温烟气的卷吸，不利于煤粉气流的着火和稳定燃烧。

发明内容

本发明提出一种可调节外旋流内直流主燃烧器装置，使其既具有旋流燃烧器能够产生回流区，卷吸高温烟气强化着火和稳燃的特性，同时也具有直流燃烧器的射流刚性强，煤粉气流穿透度大的特性，以满足实际工程的应用。

本发明的一种可调节外旋流内直流主燃烧器装置，主燃烧器外管为圆管，其特征在于：(1)主燃烧器外管内套有内一次风圆管，主燃烧器外管和内一次风圆管之间具有叶片；所述叶片使用中心轴固定在内一次风圆管和主燃烧器外管管壁上，轴向可调；(2)在主燃烧器外管管壁外装有电动调节装置，用传动轴将其和轴向可调叶片连接。

所述的可调节外旋流内直流主燃烧器装置，其特征在于：所述叶片靠近内一次风圆管部分为长方形，靠近外管部分为圆弧形；可调节角度为0-70度；每台装置装有10-14片。

所述的可调节外旋流内直流主燃烧器装置，其进一步特征在于：所述电动调节装置与旋流强度自动调节系统电信号连接构成闭环控制；旋流强度自动调节系统基于火焰图像处理技术的温度场可视化系统，包括CCD照相机、工业控制计算机和通讯连接导线；自动监测煤粉气流着火距离，对比监测的着火距离和设定的着火距离、反馈旋流强度调节信号，实现旋流强度的自动调节。

本发明工作时，一次风煤粉气流分为两部分，一部分通过内一次风圆管以直流射流送入炉内，另一部分通过主燃烧器外管以旋流送入炉内，其旋流强度通过电动调节装置调节来调节。内一次风圆管喷出的直流能维持射流的刚性，保证煤粉火焰在炉内的穿透深度；主燃烧器外管的外一次风旋流能够增加煤粉气流对炉内高温烟气的卷吸，提高煤粉气流的湍流强度，强化煤粉气流与炉内高温烟气间的热质交换，改善煤粉气流的着火条件，到达强化燃烧的目的。针对不同的煤种，调节轴向可调叶片以获得合理的外一次风煤粉气流旋流强度，在获得良好着火特性、稳燃特性的同时，保证煤粉气流的刚性和炉膛火焰充满度，获得较高的燃烧效率。

使用本发明的主燃烧器装置，有两种强化着火、稳燃的方式。一是通过煤粉分离装置将煤粉气流分为较粗和较细的两部分，较粗的一部分通过内一次风圆管送入炉膛；较细的一部分容易着火，通过主燃烧器外管送入炉膛，由于旋流作用，其着火会更加迅速，燃烧稳定，能够在内直流煤粉气流周围形成稳定的着火热源，进一步强化煤粉气流的着火和稳燃。二是对于混煤的燃烧，将较难着火的煤粉气流通过内一次风圆管送入炉膛；较容易着火的煤粉气流则通过主燃烧器外管送入炉膛，由于旋流作用，其着火会更加迅速，燃烧稳定，能够在内直流煤粉气流周围形成稳定的着火热源，进一步强化煤粉气流的着火和稳燃。

基于以上内容，本发明的主要特性是：着火特性好，稳燃能力强，能够实现不同负荷和不同煤种时煤粉燃烧的自适应调整，煤种适应性强。

附图说明

图1.本发明结构正视示意图；

图2.本发明结构俯视示意图；

图3.本发明自动调节系统示意图。

具体实施方式

本发明的可调节外旋流内直流主燃烧器装置，其结构如图1和图2所示，图中，主燃烧器外管1，主燃烧器外管直径D2，内一次风圆管2，内一次风圆管直径D1，电动调节装置3，叶片4，叶片轴向可调节角度5。

主燃烧器旋流强度自动调节系统如附图3，图中，可调节外旋流内直流主燃烧器6，基于火焰图像处理技术的温度场可视化系统7，火焰内锋面8，着火距离9，旋流强度调节信号10。该旋流强度自动调节系统基于火焰图像处理技术的温度场可视化系统7(曾佳，娄春，周怀春等，大型电站燃煤锅炉炉内三维温度场可视化试验研究，工程热物理学报，2004年第25卷第3期，pp.523-526.)，它包括CCD照相机、工业控制计算机和通讯连接导线。利用它自动监测主燃烧器的煤粉气流着火距离，根据监测得到的着火距离和设定的着火距离的对比反馈旋流强度的调节信号，实现旋流强度的自动调节，以实现不同负荷及不同煤种燃烧的自适应功能。

对于一台由东方锅炉厂生产的300MW的W型火焰锅炉，配套使用的燃烧器具体设计如下。

1、主燃烧器外管1直径D2＝0.386m，内一次风圆管2直径D1＝0.273m，内外管管壁厚0.014m；

2、在主燃烧器外管内安装10片(对于无烟煤)或14片(对于劣质烟煤)叶片、轴向可调，叶片下部为长方形，上部为圆弧形，长度为0.150m，高度为0.042m，使用中心轴固定在内外管管壁上，离管口距离为0.200m，叶片轴向可调节角度Ф范围为0-70度；在主燃烧器外管壁上安装步进电机作为电动调节装置，用传动轴将其和轴向可调叶片连接，该调节装置可以进行集控室远程控制，也能够进行就地控制；

3、使用一套基于火焰图像处理技术的温度场可视化系统，主要包括1架CCD照相机、1台工业控制计算机和3根通讯连接导线。该可视化系统连接步进电机构成主燃烧器旋流强度自动调节系统。

工作时，将一次风煤粉气流分为两部分分别通过内一次风圆管以直流和主燃烧器外管以旋流送入炉内，其旋流强度可以通过电动调节装置调节叶片进行集控室远程和就地调节。进一步可以将较细的或者容易着火的煤粉气流通过主燃烧器外管旋流送入炉膛，将较难着火的煤粉气流通过内一次风圆管送入炉膛，由于旋流作用，其着火会更加迅速，燃烧稳定，能够在内一次风圆管的直流煤粉气流周围形成稳定的着火热源，进一步强化煤粉气流的着火和稳燃。利用基于火焰图像处理技术的温度场可视化系统自动监测主燃烧器的煤粉气流着火距离L，根据监测得到的着火距离和设定合理的着火距离L₀的对比反馈旋流强度的调节信号，实现旋流强度的自动调节，以适应不同负荷及不同煤种的燃烧，实现主燃烧器的自适应功能。

Claims

1.一种可调节外旋流内直流主燃烧器装置，主燃烧器外管为圆管，其特征在于：(1)主燃烧器外管内套有内一次风圆管，主燃烧器外管和内一次风圆管之间具有叶片；所述叶片使用中心轴固定在内一次风圆管和主燃烧器外管管壁上，轴向可调；(2)在主燃烧器外管管壁外装有电动调节装置，用传动轴将其和轴向可调叶片连接。

2.如权利要求1所述的可调节外旋流内直流主燃烧器装置，其特征在于：所述叶片靠近内一次风圆管部分为长方形，靠近外管部分为圆弧形；可调节角度为0-70度；每台装置装有10-14片。

3.如权利要求1或2所述的可调节外旋流内直流主燃烧器装置，其特征在于：所述电动调节装置与旋流强度自动调节系统电信号连接构成闭环控制；旋流强度自动调节系统基于火焰图像处理技术的温度场可视化系统，包括CCD照相机、工业控制计算机和通讯连接导线；自动监测煤粉气流着火距离，对比监测的着火距离和设定的着火距离、反馈旋流强度调节信号，实现旋流强度的自动调节。