CN203024148U - 一种纯氧助燃的点火燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种纯氧助燃的点火燃烧器，包括燃烧器和点火源，所述燃烧器的后端与燃料气流通道相连，所述点火源前端外侧设有一级筒，所述一级筒的前端外侧设有二级筒，所述二级筒至少部分设置在所述燃烧器的内部，且在一级筒的喷口、二级筒的喷口、以及燃烧器的喷口当中的至少一处设有将氧气直接喷射向火焰燃烧区域的氧气喷射装置。本实用新型在煤粉着火后喷入纯氧，强化燃烧，解决了劣质煤点火时点火能量足够而后续燃烧不足的问题；本实用新型的燃烧器结构合理，能够长时间稳定工作而不发生结渣烧损事故，适用于所有内燃的点火煤粉燃烧器，包括等离子体点火燃烧器及小油枪、微油点火等点火燃烧器。

Description

一种纯氧助燃的点火燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种点火燃烧器设备，特别是涉及一种纯氧助燃的点火燃烧器。

背景技术

传统的大型煤粉锅炉点火和稳燃均采用燃烧柴油或重油来实现的，电站锅炉的启动、停止和低负荷稳燃需要消耗大量的燃油。近年来，随着石油资源紧张的日益加剧，燃油价格不断上涨，给电厂带来沉重的经济负担。为降低油耗节约成本，部分现有技术采用了等离子体无油点火技术和微油点火技术，并在很多电站锅炉上得到了广泛应用。

但是，在实际的工程应用中，等离子体和微油点火技术仍存在一些不足：

第一，对煤质的要求较高。煤质依赖性较大，目前在已成功应用的大量实例中，多数为以烟煤与褐煤为动力用煤的电站锅炉。而劣质煤挥发分含量低、着火温度高、火焰传播速度低，点燃时需要较高的着火热。现有等离子体和微油点火技术能量有限，很难将劣质煤点燃，所以，在劣质煤点火时仍然需要投入大量燃油助燃，节油效果受到了很大的限制。

第二，对工况要求较高。锅炉点火时，通常需要采用较高的煤粉浓度、较低的风速；当工况发生变化时，易出现燃烧不稳，甚至发生灭火事故。

第三，煤粉的燃烧效率较低。实际运行的情况显示，在锅炉点火过程中，飞灰的含碳量高，大量的煤粉没有燃尽，给尾部烟道及设备带来安全隐患，严重影响锅炉的安全性与经济性。根据研究，氧气能够降低燃料着火温度、提高燃烧区域火焰黑度、提高火焰传播速度。因此，很多研究者在等离子体点火技术中引入氧气助燃。如中国专利“富氧等离子无油点火稳燃方法及装置”（CN201110105569.0）和“一种等离子无油点火燃烧器”（CN201110442988.3），

专利CN201110105569.0如图1所示，将氧气喷口16沿一次风气流方向设于等离子体发生器2的上游，使氧气喷入预混燃烧管12内和一次风煤粉预混后，使一次风粉呈富氧状态，再经过等离子体点燃煤粉。此技术虽然能起到富氧助燃的作用，但与喷入的氧量相比，一次风煤粉量较大，氧气喷入后首先与一次风混合，然后才能进入煤粉燃烧区域，预混后氧气浓度被严重稀释，助燃效果降低，纯氧助燃的效果大打折扣。

专利CN201110442988.3如图2所示，该专利的实用新型人在等离子体发生器2外设一个环形的氧气套筒13，在等离子电弧区域喷入氧气，点火时在燃烧器内形成局部富氧区，形成煤粉的富氧燃烧。该公开技术存在以下问题：等离子体区域温度高于4000K，加之等离子体的高活性特性，能够轻易点燃进入此区域的煤粉，在此处加入氧气，会造成煤粉燃烧过于剧烈，易导致筒壁超温，甚至燃烧器烧损。

劣质煤挥发分低，火焰传播速度较慢，劣质煤点火的关键在于点火区域着火后的后续燃烧，针对常规等离子和微油点火技术的不足和现有富氧助燃点火技术的缺陷，本实用新型采用煤粉着火后立即补氧，集中射流喷氧的方式解决以上问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对目前点火技术的不足而提出一种纯氧助燃的点火燃烧器，该燃烧器能够显著增强等离子体点火技术点燃劣质煤的能力，且结构合理，不易出现结渣烧损事故。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种纯氧助燃的点火燃烧器，包括燃烧器和点火源，所述燃烧器的后端与燃料气流通道相连，所述点火源前端外侧设有至少一级筒状结构，所述筒状结构至少部分设置在所述燃烧器的内部，且在所述筒状结构的喷口以及燃烧器的喷口当中的至少一处设有将氧气直接喷射向火焰燃烧区域的氧气喷射装置。

优选地，所述等离子体发生器前端的一级筒状结构可以是中国专利CN200910119640.3中的煤粉浓缩装置。

优选地，所述等离子体发生器前端的筒状结构可以是中国专利CN 032684126或CN2007201462446中的中心筒结构。

优选地，所述点火源为等离子体发生器，所述等离子体发生器与所述燃烧器同轴布置，且所述等离子体发生器前端外侧设有一级筒，所述一级筒的前端外侧设有二级筒，所述二级筒至少部分设置在所述燃烧器的内部，且在一级筒的喷口、二级筒的喷口、以及燃烧器的喷口当中的至少一处设有将氧气直接喷射向火焰燃烧区域的氧气喷射装置。

优选地，所述点火燃烧器中的点火源可以为等离子体发生器、微油油枪或其他点火源。

优选地，所述氧气喷射装置具有环形本体，并在所述环形本体上安装有至少两个呈对称设置的氧气喷管。

优选地，所述氧气喷射装置喷射氧气的方向与所述燃烧器中一次风的气流方向呈0～80°。

优选地，所述氧气喷射装置喷射氧气的方向与所述燃烧器中一次风的气流方向呈30°。

优选地，所述氧气喷射装置喷射的氧气与所述燃烧器中一次风的气流方向呈切线方向喷入。

优选地，所述氧气喷射装置的环形本体上安装有三个或四个相对于燃烧器的轴心呈中心对称设置的氧气喷管。

优选地，所述一级筒的直径和轴向长度小于所述二级筒的直径和轴向长度。

优选地，所述氧气喷射装置的氧气喷管外部设有防磨组件。

优选地，所述氧气喷管与外部氧气供给系统连接，并设有供给量调节机构。

基于上述技术方案，本实用新型的优点是：

本实用新型在煤粉着火后喷入纯氧，强化燃烧，解决了劣质煤点火时点火能量足够而后续燃烧不足的问题；多点对称、集中射流的方式加氧，使氧气集中利用，形成纯氧的燃烧环境，最大限度的发挥了氧气的助燃特性。本实用新型的燃烧器结构合理，能够长时间稳定工作而不发生结渣烧损事故。本实用新型适用于所有内燃的点火煤粉燃烧器，包括等离子体点火燃烧器及小油枪、微油点火等点火燃烧器。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中专利CN201110105569.0的结构示意图；

图2为现有技术中专利CN201110442988.3的结构示意图；

图3－1为本实用新型第一实施例的结构示意图；

图3－2为图3－1中A－A向的剖视图；

图4－1为本实用新型防磨组件的结构示意图；

图4－2为本实用新型一种实施例中氧气喷射装置喷口处的结构示意图；

图5－1为本实用新型第二实施例的结构示意图；

图5－2为图5－1中B－B向的剖视图；

图6为本实用新型第三实施例的结构示意图；

图7－1为本实用新型第四实施例的结构示意图；

图7－2为图7－1中C－C向的剖视图；

图8为本实用新型第五实施例的结构示意图；

图9为本实用新型第六实施例的结构示意图；

图10为本实用新型第七实施例的结构示意图；

图11为本实用新型第八实施例的结构示意图；

图12－1为本实用新型第九实施例的结构示意图；

图12－2为图12－1中氧气喷射装置喷口处的结构示意图；

图13－1为本实用新型第十实施例的结构示意图；

图13－2为图13－1中D－D向的剖视图；

图14－1为本实用新型第十一实施例的结构示意图；

图14－2为图14－1中E－E向的剖视图。

具体实施方式

参见图3－1～图14－2，下面通过附图和各个实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

首先参见图3－1，本实用新型提供的一种纯氧助燃的点火燃烧器包括等离子体发生器2（本实用新型的点火源也可以为微油油枪或其他点火源）、燃烧器1、氧气输送管道（图中未示出）及氧气喷射装置4，燃烧器1的后端与燃料气流通道相连，在本实用新型中，所述的燃料气流通道为煤粉气流通道，如图1所示；等离子体发生器2的前端外侧设有一级筒3，一级筒3的前端外侧设有二级筒5，所述二级筒5至少部分设置在所述燃烧器1的内部，如图1所示，当然，根据需要，本实用新型可以设置多于两级的套筒结构，套筒的数量n可以为1≤n≤6，优选地，各个套筒之间同轴设置；换言之，本实用新型的燃烧器1内设置有至少一级内套筒，在图1所示的实施例中，具有两级内套筒结构，即一级筒3和二级筒5。

本实用新型中，在一级筒3的喷口、二级筒5的喷口、以及燃烧器1的喷口当中的至少一处设有将氧气直接喷射向火焰燃烧区域的氧气喷射装置，本实用新型的上述结构可以将纯氧直接喷射于火焰内，每个喷口都可以视为一个新的、燃烧剧烈的点火源，由此充分地利用了纯氧的助燃能力。

优选地，本实用新型所述氧气喷射装置具有环形本体，并在所述环形本体上安装有至少两个呈对称设置的氧气喷管，本实用新型氧气喷射装置的环形本体在如下各个实施例中，体现为氧气一级集箱7或氧气二级集箱8等。

进一步，本实用新型所述氧气喷射装置喷射氧气的方向与所述燃烧器中一次风的气流方向呈0～80°，在本实用新型的一个实施例中，所述氧气喷射装置（例如图3－1中的一级氧气喷射装置4）喷射氧气的方向与所述燃烧器中一次风的气流方向呈30°。而在本实用新型的另一个实施例中，所述氧气喷射装置喷射的氧气与所述燃烧器中一次风的气流方向呈切线方向喷入。换言之，同一截面的氧气喷射装置喷射方向优选的集中于轴线一点，也可相切于与轴线同心的假想圆。

更优选地，本实用新型的氧气喷射装置的出口在各级内套筒（例如：一级筒3，二级筒5等）或燃烧器“喷口”的加入位置沿轴线方向上定义了一个长度范围：即以本级内套筒（或燃烧器）出口端面为原点，以煤粉气流方向为正方向，本实用新型氧气喷射装置的出口位置优选在原点，或在距离原点±150mm以内。这种结构保证了每级加氧的位置都处于本级内套筒中的煤粉已经着火形成的火焰区域内；此时，将纯氧直接喷射于火焰内，每个喷射口都可以视为一个新的、燃烧剧烈的点火源，由此，可以完全充分地利用纯氧的助燃能力。

本实用新型所述内套筒与燃烧器1的外筒同轴布置：一次风携带煤粉进入燃烧器1后，首先经过一级燃烧室（一级筒3），在一级燃烧室内被等离子体发生器电弧（微油油枪火焰或其他点火源）点燃，之后进入二级筒5。由于后一级内套筒（二级筒5）的截面积大于前一级内套筒（一级筒3），这样，前一级内套筒（一级筒3）的煤粉火焰进入后一级内套筒（二级筒5）的同时，前一级内套筒（一级筒3）外的部分煤粉也进入后一级内套筒（二级筒5），并被煤粉火焰点燃。从而形成分级点火、逐级放大的内燃式煤粉燃烧器。在每级内套筒内，火焰都是由中心部位向外围扩散，结合一次风的推动，火焰可想象为在每级内套筒的入口处由中心向外、向喷口方向传播；在这种燃烧器的设计中，每级内套筒的直径和长度根据不同煤种作出相应设计，设计的依据是保证火焰能够传播到每级内套筒的喷口壁面，并在内套筒金属所能承受的温度内（一般为800℃以下）尽量延长每级内套筒的长度，以保证充分燃烧。

本实用新型上述提到的氧气喷射装置均布置于内套筒或燃烧器的喷口也是基于上述的燃烧器设计理念，从而保证氧气流出氧气喷射装置后直接进入煤粉火焰，避免氧气被一次风稀释（由纯氧变为富氧），需要说明的是对于为了规避本专利而采用较长或较短的内套筒从而使得氧气喷射装置所在位置偏离本专利定义的喷口位置的应用，也应视为侵犯了本专利的权利要求。

氧气布置于内套筒或燃烧器喷口，可以避免内燃筒的超温、烧损，各级内套筒的喷口除了是本级煤粉火焰喷出的位置，也是下一级套筒未然烧煤粉开始混入的位置，是需要强化燃烧的位置，如果过早的喷入氧气，本级内套筒在氧气喷入位置的下游非常容易出现因燃烧过于剧烈造成的筒壁超温、烧损。

所述氧气喷射装置的环形本体绕内套筒及燃烧器均匀对称分布，并安装有至少两个呈对称设置的氧气喷管，这些氧气喷管与外部氧气供给系统连接。所以，本实用新型氧气喷入的方式为多点对称、柱状集中射流，使氧气易于被集中利用，形成纯氧燃烧环境，避免氧气被一次风稀释；同时也使得氧气气流具有较强的穿透力，增加氧气与煤粉的接触机会。

氧气喷射时，氧气喷射装置将氧气直接喷到着火区域，与刚刚着火的煤粉相遇，促进燃烧；同时能在一定程度上加强燃烧器内的扰动，有利于氧气和煤粉的充分接触，进一步强化燃烧。优选地，所述氧气喷管外部设有防磨组件6，由此，可以减轻氧气管的磨损；此外，氧气喷管与外部氧气供给系统连接，并设有供给量调节机构，可根据着火情况的需要灵活调节喷入的氧量。

下面结合各个具体的实施例进行分别描述。

实施例1

如图3－1和图3－2以及图4－1和图4－2所示，本实施例的一种纯氧助燃的点火燃烧器，包括燃烧器1、等离子体发生器2、一级筒3、二级筒5，一级氧气喷射装置4安装于防磨组件6内（如图4－1所示），7为氧气一级集箱。等离子体发生器2和燃烧器1采用同轴方向布置，一级筒3的直径和轴向长度小于二级筒5的直径和轴向长度，一级筒3和二级筒5的长度和直径满足在喷口形成稳定的火焰，并且筒壁不超温。在一级筒3内形成一级燃烧室，煤粉着火后，在一级筒3出口喷入氧气，如图4－2所示，一级氧气喷射装置4环形本体绕一级筒3均匀对称分布，如图3－2所示，由三个氧气喷管71组成并与一级氧气集箱7连接，氧气喷管71的氧气喷口与一次风气流呈30°的夹角。煤粉着火后在二级筒5内形成二级燃烧室，进一步扩大燃烧。

此实施例的具体工作过程如下：点火时，一级筒内较浓的煤粉气流与高温等离子体相遇，被瞬间引燃，煤粉着火后到达一级筒出口，此时喷入纯氧，氧气集中喷射，形成穿透力强的纯氧气流，煤粉遇到纯氧后猛烈燃烧，形成热容量巨大的高温火核，进一步引燃周围的煤粉，扩大燃烧。

在一级燃烧室内，首先由高能量的等离子体将煤粉点燃，在煤粉初期着火后，在一级筒出口遇到纯氧，此时煤粉气流着火热大大降低，燃烧速率得到很大提高，火焰传播速度加快，同时促进煤粉中焦炭的燃烧，使燃烧温度大大提升，产生足够的能量引燃后续的煤粉，解决劣质煤点火时后续燃烧不足的问题，拓宽燃烧器的煤种适应范围。

实施例2

如图5－1和图5－2所示，本实施例与实施例1的区别在于氧气喷射装置位于二级筒5的出口，8为氧气二级集箱，9为二级氧气喷射装置。该实施例设计的目的在于，根据煤质情况，在保证一级筒与二级筒内的煤粉能可靠点燃的条件下，在二级筒5的出口喷入氧气，强化燃烧，继续引燃燃烧器内的后续煤粉。

实施例3

如图6所示，本实施例与上述实施例的区别在于氧气喷射装置位于燃烧器1的出口，10为三级氧气喷射装置，煤粉着火后在燃烧器出口喷入氧气，强化燃烧，提高煤粉燃尽率。

实施例4

如图7－1和图7－2所示，本实施例与上述实施例的区别在于氧气喷射装置分别布置在一级筒3和二级筒5的出口处，分两级喷入氧气，每级通过三个氧气喷管71由三个喷口喷出氧气，将氧气集中喷射到燃烧器内强化燃烧。

实施例5

如图8所示，本实施例与上述实施例的区别在于，设置三级筒11，氧气喷射装置布置在一级筒3和三级筒11的出口，分两级喷入氧气，强化燃烧。

实施例6

如图9所示，本实施例与上述实施例的区别在于氧气喷射装置分别布置在一级筒3和燃烧器1的出口，分两级喷入氧气，每级由三个喷口组成，将氧气集中喷射到燃烧器内强化燃烧。

实施例7

如图10所示，本实施例与上述实施例的区别在于氧气喷射装置分别布置在二级筒5和燃烧器1的出口，分两级喷入氧气，每级由三个喷口组成，将氧气集中喷射到燃烧器内强化燃烧。

实施例8

如图11所示，本实施例与上述实施例的区别在于氧气喷射装置分别布置在一级筒3、二级筒5和燃烧器1的出口，分三级喷入氧气，每级由三个喷口组成，将氧气集中喷射到燃烧器内强化燃烧。

实施例9

如图12－1和图12－2所示，本实施例与上述实施例的区别在于氧气喷口与一次风气流呈0°的夹角。氧气喷射方向与一次风煤粉气流的方向F相同，在一级筒出口喷入氧气，强化燃烧。

实施例10

如图13－1和图13-2所示，本实施例与上述实施例的区别在于，氧气喷射装置由4根氧气喷管71组成，绕一级筒均匀对称分布，氧气喷射为4点对称，集中射流，形成更大的纯氧空间，有助于点燃较差的劣质煤，拓宽燃烧器的煤种适应范围。

实施例11

如图14－1和图14－2所示，本实施例与上述实施例的区别在于，氧气喷口与一次风气流呈切线方向G在一级筒3的出口喷入燃烧器，强化燃烧。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种纯氧助燃的点火燃烧器，包括燃烧器（1）和点火源，所述燃烧器（1）的后端与燃料气流通道相连，其特征在于：所述点火源前端外侧设有至少一级筒状结构，所述筒状结构至少部分设置在所述燃烧器（1）的内部，且在所述筒状结构的喷口以及燃烧器（1）的喷口当中的至少一处设有将氧气直接喷射向火焰燃烧区域的氧气喷射装置。

2.根据权利要求1所述的纯氧助燃的点火燃烧器，其特征在于：所述点火源为等离子体发生器（2），所述等离子体发生器（2）与所述燃烧器同轴布置，且所述等离子体发生器（2）前端外侧设有一级筒（3），所述一级筒（3）的前端外侧设有二级筒（5），所述二级筒（5）至少部分设置在所述燃烧器（1）的内部，且在一级筒（3）的喷口、二级筒（5）的喷口、以及燃烧器（1）的喷口当中的至少一处设有将氧气直接喷射向火焰燃烧区域的氧气喷射装置。

3.根据权利要求2所述的纯氧助燃的点火燃烧器，其特征在于：所述氧气喷射装置具有环形本体，并在所述环形本体上安装有至少两个呈对称设置的氧气喷管。

4.根据权利要求3所述的纯氧助燃的点火燃烧器，其特征在于：所述氧气喷射装置喷射氧气的方向与所述燃烧器中一次风的气流方向呈0～80°。

5.根据权利要求4所述的纯氧助燃的点火燃烧器，其特征在于：所述氧气喷射装置喷射氧气的方向与所述燃烧器中一次风的气流方向呈30°。

6.根据权利要求3所述的纯氧助燃的点火燃烧器，其特征在于：所述氧气喷射装置喷射的氧气与所述燃烧器中一次风的气流方向呈切线方向喷入。

7.根据权利要求3所述的纯氧助燃的点火燃烧器，其特征在于：所述氧气喷射装置的环形本体上安装有三个或四个相对于燃烧器的轴心呈中心对称设置的氧气喷管。

8.根据权利要求2所述的纯氧助燃的点火燃烧器，其特征在于：所述一级筒（3）的直径和轴向长度小于所述二级筒（5）的直径和轴向长度。

9.根据权利要求3所述的纯氧助燃的点火燃烧器，其特征在于：所述氧气喷射装置的氧气喷管外部设有防磨组件（6）。

10.根据权利要求9所述的纯氧助燃的点火燃烧器，其特征在于：所述氧气喷管与外部氧气供给系统连接，并设有供给量调节机构。

Images