CN201688400U

CN201688400U - 一种煤粉燃烧器及包括该煤粉燃烧器的煤粉锅炉

Info

Publication number: CN201688400U
Application number: CN2010201791407U
Authority: CN
Inventors: 王雨蓬; 唐宏; 苗雨旺; 刘武成; 张经武; 张玉斌; 孙树翁; 崔星源; 杨锡信; 王新光; 龚泽儒; 伊磊; 王英涛
Original assignee: Yantai Longyuan Power Technology Co Ltd
Current assignee: Yantai Longyuan Power Technology Co Ltd
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2020-04-27

Abstract

本实用新型公开了一种煤粉燃烧器及包括该煤粉燃烧器的煤粉锅炉。公开的煤粉燃烧器包括一次风筒和煤粉浓缩装置；相对于一次风筒的轴线，煤粉浓缩装置使煤粉气流浓度沿径向由内向外逐渐降低，还包括位于煤粉浓缩装置下游的煤粉分隔筒和煤粉导流筒，煤粉分隔筒后端与煤粉导流筒前端相接；煤粉导流筒出口具有锥状的外扩角；还包括与一次风筒的后端相连接、沿煤粉气流流动方向截面积逐渐增加的渐扩喷口，渐扩喷口的外扩角不小于煤粉导流筒的外扩角。该煤粉燃烧器可以使浓煤粉气流和淡煤粉气流之间产生环形回流区，实现浓淡分离燃烧，从而降低NO_x生成量；还能够增大煤粉气流的受热面积，并避免燃烧器出口附近水冷壁结渣。

Description

一种煤粉燃烧器及包括该煤粉燃烧器的煤粉锅炉

技术领域

本实用新型公开了一种煤粉燃烧技术，尤其涉及一种煤粉燃烧器，还涉及一种包括该煤粉燃烧器的煤粉锅炉。

背景技术

NOx是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)等多种氮氧化物的统称，是大气污染物中一种主要的污染物。NOx的一个主要来源是煤粉等燃料的燃烧排放物。为了降低煤粉锅炉的NOx排放量，现有技术提供了多种煤粉燃烧器。

申请号为CN03111101.7的发明专利申请公开了一种中心给粉旋流燃烧器，题为《中心给粉旋流燃烧器气固两相流动的数值模拟》的论文公开了针对该燃烧器的研究结论。研究结论表明：该燃烧器通过多个分离环使一次风的煤粉气流沿燃烧器径向形成由内向外由浓至淡的分布形态，实现煤粉气流浓淡分离；再利用二次风的旋转作用在燃烧器出口的中心位置形成中心回流区，中心回流区通过卷吸高温烟气将煤粉气流点燃；二次风分级送入，实现空气分级燃烧。

图1为现有技术的一种具有中心回流区的煤粉燃烧器的流场分布图。如图所示：在煤粉燃烧器出口16的下游，从燃烧器轴线10沿径向向外分别形成中心回流区11、浓煤粉气流14、淡煤粉气流13，以及二次风气流12。在燃烧器轴线10附近的中心回流区11内，从炉膛深处卷吸来的高温烟气加热煤粉气流，使从煤粉燃烧器内射出的煤粉气流由内向外、由浓煤粉气流14向淡煤粉气流13逐渐着火，并燃烧；二次风气流12包覆在已着火的煤粉气流13外部并分级供入，与煤粉气流进入燃尽区15进行混合燃烧。浓煤粉气流14含有煤粉气流中的大多数煤粉，在进入燃尽区15之前，该燃烧器能够使浓煤粉气流14在欠氧的条件下燃烧，从而抑制NOx的生成。

申请号为CN00108132.2的发明专利申请公开了一种新型旋流煤粉燃烧器，题为《一种低NOx旋流燃烧器流场特性的研究》的论文对具有该专利公开的技术方案的燃烧器进行了冷态试验研究，结果表明：该燃烧器能够在中心煤粉气流和四周的二次风气流之间形成环形回流区。

图2为现有技术的一种具有环形回流区的煤粉燃烧器的流场分布图。如图所示：在煤粉燃烧器出口26的下游，从燃烧器轴线20沿径向向外分别为淡煤粉气流23、浓煤粉气流24、环形回流区21和二次风气流22；煤粉气流集中在燃烧器轴线20附近，呈现出四周浓、中心淡的浓度分布状态；浓煤粉气流24外周为带有一定负压的环形回流区21；环状回流区21从炉膛内卷吸来的高温烟气直接与浓煤粉气流24接触，将其加热至着火温度以上，使煤粉气流由外向内、由浓至淡逐渐开始着火、燃烧，再进入燃尽区25燃烧并燃尽。同样，在进入燃尽区25之前，该煤粉燃烧器能够使浓煤粉气流24在欠氧的条件下燃烧，抑制NOx的生成。

现有技术中，通过煤粉浓缩装置、利用煤粉惯性分离作用实现煤粉气流的浓淡分离，在煤粉燃烧器中形成浓煤粉气流和淡煤粉气流。但在射离煤粉燃烧器出口后、进入燃尽区前，淡煤粉气流和浓煤粉气流之间没有被完全隔开，淡煤粉气流和浓煤粉气流很容易再次发生混合，破坏浓淡分离效果，进而对NOx生成作用有限。

如何更好地实现煤粉气流的浓淡分离，从而更好地抑制煤粉锅炉NOx的生成是当前本领域技术人员面临的一个技术难题。

实用新型内容

针对上述技术难题，本实用新型的第一个目的在于，提供一种能够更好地提高煤粉气流的浓淡分离燃烧效果的煤粉燃烧器，从而更好地抑制煤粉锅炉NOx的生成。

在提供上述煤粉燃烧器的基础上，本实用新型的第二个目的在于，提供一种包括该煤粉燃烧器的煤粉锅炉。

为了实现上述第一个目的，本实用新型提供的煤粉燃烧器包括一次风筒和煤粉浓缩装置；相对于所述一次风筒的轴线，所述煤粉浓缩装置能够使煤粉气流浓度沿径向由内向外逐渐降低，与现有技术的区别在于，煤粉燃烧器还包括位于一次风筒中、且位于所述煤粉浓缩装置下游的煤粉分隔筒和煤粉导流筒，所述煤粉分隔筒后端与煤粉导流筒前端相接；所述煤粉导流筒出口具有锥状的外扩角；还包括与所述一次风筒的后端相连接、沿煤粉气流流动方向截面积逐渐增加的渐扩喷口，所述渐扩喷口的外扩角大于煤粉导流筒的外扩角。

优选的，所述煤粉导流筒前端的截面积大于煤粉分隔筒后端的截面积。

优选的，所述煤粉分隔筒前部具有截面积沿煤粉气流流动方向逐渐增加的渐扩部。

优选的，沿煤粉气流流动方向，所述渐扩部与一次风筒之间的通流截面逐渐减小。

优选的，所述煤粉导流筒出口的外扩角在10度～40度之间。

优选的，所述渐扩喷口的外扩角在50度～90度之间。

优选的，煤粉燃烧器还具有二次风通道，所述二次风通道位于一次风筒外侧。

优选的，煤粉燃烧器还包括布置在二次风道内或燃烧器轴线上的点火油枪。

优选的，二次风通道的出口具有50度～90度的外扩角。

在提供煤粉燃烧器的基础上，为了实现上述第二个目的，还提供了一种煤粉锅炉，该煤粉锅炉包括炉体和上述任一种煤粉燃烧器，所述煤粉燃烧器安装在炉体上。

与现有技术相比，本实用新型提供的煤粉燃烧器还包括位于一次风筒中的煤粉分隔筒和煤分导流筒，二者位于所述煤粉浓缩装置下游。具有预定浓度的浓煤粉气流进入煤粉分隔筒中，并通过煤粉分隔筒继续向下游流动；同时，淡煤粉气流在煤粉分隔筒外向下游流动。这样就可以将浓煤粉气流和淡煤粉气流在煤粉燃烧器内被强制分隔，防止二者在着火前混合。煤粉导流筒出口具有锥状的外扩角；还包括与所述一次风筒的后端相连接、沿煤粉气流流动方向截面积逐渐增加的渐扩喷口，所述渐扩喷口的外扩角不小于煤粉导流筒的外扩角。这样，在浓煤粉气流和淡煤粉气流从煤粉分隔筒流出后，浓煤粉气流和淡煤粉气流之间就会产生预定的距离，保持浓煤粉气流和淡煤粉气流的分隔；而且，浓煤粉气流、淡煤粉气流从燃烧器射出后，浓煤粉气流和淡煤粉气流之间的距离越来越大，形成一个负压区，将位于煤粉燃烧器下游的燃尽区内的高温烟气卷吸，使高温烟气进入到浓煤粉气流和淡煤粉气流之间，浓煤粉气流和淡煤粉气流着火。浓煤粉气流在高度欠氧的环境下燃烧，煤粉中含有的氮元素大量转化为具有还原性的中间产物；而淡煤粉气流在富氧的环境下燃烧，生成氮氧化物；随着燃烧反应的进行，浓煤粉气流和淡煤粉气流一同进入下游的煤粉燃尽区与二次风混合后，浓煤粉燃烧生成的还原性中间产物与淡煤粉燃烧生成的氮氧化物发生反应并生成氮气，从而实现氮氧化物的还原，更好抑制NOx生成，大幅度降低锅炉氮氧化物的生成量。

在进一步的技术方案中，使所述煤粉导流筒前端的截面积大于煤粉分隔筒后端的截面积，煤粉导流筒与煤粉分隔筒之间形成突扩结构，更有利于在浓煤粉气流和淡煤粉气流之间形成预定的距离。

在进一步的技术方案中，使所述煤粉分隔筒前部具有截面积沿煤粉气流流动方向逐渐增加的渐扩部，从而改变浓煤粉气流的流速，使浓煤粉气流和淡煤粉气流流动速度之间产生流速差，有利于形成环形回流区。再进一步的，可以通过所述渐扩部与一次风筒之间的通流截面逐渐减小，增加淡煤粉气流的流速，进一步增加浓煤粉气流和淡煤粉气流流动速度之间的流速差。

总之，本实用新型的积极效果在于：

(1)利用煤粉浓缩装置、煤粉分隔筒和一次风筒将煤粉气流分成浓煤粉气流和淡煤粉气流，使二者沿不同方向射入炉膛，使浓煤粉气流和淡煤粉气流之间产生环形回流区，实现了浓淡分离燃烧，从而降低NOx的生成量。

(2)利用浓煤粉气流和淡煤粉气流之间的负压将高温烟气卷吸进来，并形成环形回流区，能够增大了煤粉气流的受热面积，实现煤粉快速着火，确保了粉燃烧的稳定性和燃烧效率。

(3)在燃烧器出口处，绝大部分的煤粉被环形回流区内的高温烟气包围并限制在燃烧器轴线附近，避免了燃烧器出口附近水冷发生结渣，增强了煤粉锅炉运行的安全性。

附图说明

图1为现有技术的一种具有中心回流区的煤粉燃烧器的流场分布图。

图2为现有技术的一种具有环形回流区的煤粉燃烧器的流场分布图。

图3给出了本实用新型实施例一提供的一种煤粉燃烧器的结构示意图。

图4给出了实施例一提供的煤粉燃烧器的流场分布图。

图5给出了本实用新型实施例二提供的一种煤粉燃烧器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细介绍。应当说明的是，本申请文件中，所述的截面积为空间内部形成的通流截面积。

图3给出了本实用新型实施例一提供的一种煤粉燃烧器的结构示意图。如图所示，该煤粉燃烧器包括一次风筒111、煤粉浓缩装置112、煤粉分隔筒113、煤粉导流筒114和渐扩喷口115。在包括该煤粉燃烧器的煤粉锅炉中，通常，还具有向煤粉锅炉供给二次风的二次风通道。

煤粉浓缩装置112可以设在一次风筒111内，还可以布置在燃烧器弯头内。煤粉浓缩装置112功能在于：将进入煤粉燃烧器的煤粉气流进行浓淡分离，并使煤粉气流中的煤粉在燃烧器轴线100附近集中，从而相对于燃烧器轴线100，使煤粉气流的浓度沿径向由内向外逐渐降低。本实施例中，煤粉浓缩装置112采用截面先缩后扩的结构，包括相连接的缩口部分和扩口部分，沿煤粉气流流动方向，缩口部分的通流截面逐渐减小，扩口部分的通流截面逐渐增加，其中，缩口部分内壁形成的扩张角α，所述扩张角为通过燃烧器轴线100的平面与内壁的两条交线之间的夹角。缩口部分可使一次风中的煤粉气流逐渐向燃烧器轴线100附近集中。在煤粉气流经过扩口部分时，通流截面逐渐变大，此时惯性相对较大的煤粉颗粒依然在燃烧器轴线100附近向下游流动，而惯性相对较小的煤粉颗粒则向远离燃烧器轴线100方向扩散，即向一次风筒111内壁附近扩散。因此，在煤粉浓缩装置112下游形成煤粉气流浓度沿燃烧器径向由内向外逐渐降低的分布状态。经过煤粉浓缩装置112后，大多数的惯性相对较大的煤粉颗粒和部分一次风分布在以燃烧器轴线100为中心的、预定的径向范围内，形成浓煤粉气流；少数惯性相对较小的细煤粉颗粒和其余一次风在浓煤粉气流外周，形成淡煤粉气流。

煤粉浓缩装置112不限于上述的结构，还可以为现有技术提供的其他结构的煤粉浓缩装置，比如专利文献CN2157400公开的百叶窗煤粉浓缩装置，专利文献CN1477330公开的挡块煤粉浓缩装置等；还可以是多个煤粉浓缩装置的组合，以更好地调整煤粉气流浓度的分布。根据调整煤粉气流浓度需要，可以适当调整煤粉浓缩装置112的位置，将煤粉浓缩装置112设置在煤粉气流通道的预定位置。

煤粉分隔筒113位于煤粉浓缩装置112下游的预定位置，并使煤粉分隔筒113与煤粉浓缩装置112之间具有预定的距离；优选的，使所述煤粉分隔筒113轴线与煤粉燃烧器轴线100重合，使浓煤粉气流进入煤粉分隔筒113内再向下游流动，淡煤粉气流进入煤粉分隔筒113与一次风筒111之间的空间再向下游流动，在煤粉分隔筒113内形成浓煤粉通道103，在煤粉分隔筒113与一次风筒111之间形成淡煤粉通道102，进而将浓煤粉气流和淡煤粉气流强制分隔，防止二者在着火前混合。

煤粉导流筒114前端与煤粉分隔筒113的后端相连接，优选煤粉分隔筒113轴线与煤粉导流筒114的轴线重合，煤粉导流筒114出口具有锥状的外扩角1141；这样，在淡煤粉气流通过外扩角1141时，在外扩角1141作用下，淡煤粉气流沿外扩角1141偏离燃烧器轴线100向外射出；而浓煤粉气流经过煤粉导流筒114时，保持沿燃烧器轴线100前进的方向，进而使浓煤粉气流与淡煤粉气流流动方向之间产生预定的射流夹角。优选的技术方案是：使所述外扩角1141的外扩角β在10度～40度之间，以形成合适的射流夹角。

为利于淡煤粉气流的射出，便于形成预定的射流夹角，煤粉燃烧器还包括与一次风筒111后端相连接、沿煤粉气流流动方向内径逐渐增加的渐扩喷口115。渐扩喷口115的外扩角γ大于或等于煤粉导流筒114的外扩角β，外扩角γ优选为50°～90°之间。

由于在浓煤粉气流和淡煤粉气流之间形成预定的射流夹角，就可以在浓煤粉气流和淡煤粉气流之间形成一个具有预定负压的环形回流区。

图4给出了实施例一提供的煤粉燃烧器的流场分布图。在煤粉燃烧器出口26下游，从燃烧器轴线100由内向外依次形成浓煤粉气流34、环形回流区31、淡煤粉气流33和二次风32，其中，二次风32由二次风通道供给。浓煤粉气流34与淡煤粉气流33之间环形回流区31具有预定负压。在环形回流区31负压的作用下，来自下游燃尽区35内的高温烟气被卷吸进入环形回流区31中；进入环形回流区31高温烟气分割并同时加热浓煤粉气流34和淡煤粉气流33，使浓煤粉气流34和淡煤粉气流33分离燃烧。

对于浓煤粉气流34，因其在高度欠氧的环境下燃烧，其含有的氮元素大量转化为具有还原性的中间产物；而淡煤粉气流33则在富氧的环境下燃烧，生成氮氧化物。随着燃烧反应的进行，浓煤粉气流34、淡煤粉气流33与二次风32一同进入燃尽区35。在燃尽区35，浓煤粉气流34燃烧生成的还原性中间产物与淡煤粉气流23燃烧生成的氮氧化物发生反应生成氮气，从而实现了氮氧化物的火焰内还原，大幅度降低了煤粉锅炉氮氧化物的生成总量。由于二次风为燃烧补充了氧气，确保了在降低NOx生成量的同时不影响煤粉燃烧效率。

另外，利用本实施例提供的煤粉燃烧器，由于燃烧器出口处的浓煤粉气流34被环形回流区31内的高温烟气所包围，并被限制在燃烧器轴线100附近，因此可以避免了浓煤粉气流34与燃烧器出口附近水冷壁接触，避免了水冷壁发生结渣，进而增强了煤粉锅炉运行的安全性。同时，环形回流区31内的高温烟气同时对浓煤粉气流34和淡煤粉气流33加热，煤粉燃烧器的煤粉气流整体的受热面积相当于增大一倍，进而使得煤粉更容易着火，燃烧更加稳定，保证煤粉燃烧的燃烧效率。

为了在煤粉燃烧器出口26下游获得更好的环形回流区31，实施例一中，还采取了以下技术手段。

请再参考图3，煤粉导流筒114前端截面积大于煤粉分隔筒113后端截面积，并使煤粉分隔筒113和煤粉导流筒114之间形成突扩结构。突扩结构更有利于浓煤粉气流和淡煤粉气流之间形成预定的距离，可以保持浓煤粉气流和淡煤粉气流的分隔。

浓淡煤粉分隔筒113的前部还具有截面积沿煤粉气流流动方向逐渐增加的渐扩部1131；这使得与渐扩部1131相对应部分的浓煤粉通道103的通流截面逐渐增大，使浓煤粉气流速度逐渐降低。同时，在渐扩部1131相对应的部分，一次风筒111的截面积保持不变，使得淡煤粉通道102的通流截面积相应逐渐减小，淡煤粉气流的速度得以提高。这样，使浓煤粉气流与淡煤粉气流流动速度之间产生预定的流速差。

图5给出了本实用新型实施例二提供的一种煤粉燃烧器的结构示意图。在煤粉燃烧器一次风筒111外侧布置二次风通道105；二次风通道105至少分为两层，每层具有相对应的出口；优选地，出口处具有外扩角118，且沿燃烧器径向由内向外，多个出口的外扩角逐渐增大，优选的，所述外扩角118在50度～90度之间；二次风通道105的入口设置有可调风门117，用以调节进入二次风通道105内的风量；为了强化二次风与煤粉的混合，在一层二次风的通道内可以设置叶片116，使二次风气流产生旋转。

为满足煤粉锅炉点火需要，还可在燃烧器轴线位置设置油枪风通道104，用于布置点火油枪及为油枪提供中心风气流。另外，该油枪风通道104也可布置在二次风通道105内，同样可以实现煤粉锅炉点火的需要。

在提供煤粉燃烧器的基础上，本实用新型还提供了一种煤粉锅炉，该煤粉锅炉包括炉体和上述任一种煤粉燃烧器，所述煤粉燃烧器安装在炉体上。该煤粉锅炉可以降低NOx生成量。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种煤粉燃烧器，包括一次风筒和煤粉浓缩装置；相对于所述一次风筒的轴线，所述煤粉浓缩装置能够使煤粉气流浓度沿径向由内向外逐渐降低，其特征在于，还包括位于一次风筒中、且位于所述煤粉浓缩装置下游的煤粉分隔筒和煤粉导流筒，所述煤粉分隔筒后端与煤粉导流筒前端相接；所述煤粉导流筒出口具有锥状的外扩角；还包括与所述一次风筒的后端相连接、沿煤粉气流流动方向截面积逐渐增加的渐扩喷口，所述渐扩喷口的外扩角不小于煤粉导流筒的外扩角。

2.根据权利要求1所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述煤粉导流筒前端的截面积大于煤粉分隔筒后端的截面积。

3.根据权利要求1所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述煤粉分隔筒前部具有截面积沿煤粉气流流动方向逐渐增加的渐扩部。

4.根据权利要求3所述的煤粉燃烧器，其特征在于，沿煤粉气流流动方向，所述渐扩部与一次风筒之间的通流截面逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述煤粉导流筒出口的外扩角在10度～40度之间。

6.根据权利要求5所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述渐扩喷口的外扩角在50度～90度之间。

7.根据权利要求1-6任一项所述的煤粉燃烧器，其特征在于，还包括二次风通道，所述二次风通道位于一次风筒外侧。

8.根据权利要求7所述的煤粉燃烧器，其特征在于，还包括布置在二次风道内或燃烧器轴线上的点火油枪。

9.根据权利要求8所述的煤粉燃烧器，其特征在于，二次风通道的出口具有50度～90度的外扩角。

10.一种煤粉锅炉，包括炉体，其特征在于，还包括权利要求1-9任一项所述的煤粉燃烧器，所述煤粉燃烧器安装在炉体上。