CN217978872U - 燃烧器和锅炉 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种燃烧器和锅炉。燃烧器包括：燃烧筒；点火源，具有设置于燃烧筒内的点火端；第一助燃筒，第一助燃筒与点火源之间形成沿燃烧筒的轴向延伸的第一通道，第一通道被配置为将部分燃料气流输送至点火端；第二助燃筒，位于燃烧筒内且套设于第一助燃筒的下游端的外侧，第二助燃筒与第一助燃筒之间形成沿燃烧筒的轴向延伸的第二通道；和第一喷射装置，具有设置于第二通道的第一喷口，第一喷口的喷射方向与第二助燃筒的气流方向成夹角，第一喷射装置被配置为向第二通道喷射第一助燃介质，第二通道被配置为将第一助燃筒以外的部分燃料气流和第一助燃介质混合形成第一混合气流，并将第一混合气流输送至第一助燃筒的下游端。

Description

燃烧器和锅炉

技术领域

本公开涉及燃烧设备领域，特别涉及一种燃烧器和锅炉。

背景技术

以一次风煤粉为燃料的电站锅炉是我国火力发电的主力。由于我国不同产地的煤质差异很大，发电锅炉的启停及低负荷运行需消耗大量的燃烧用油。为了节省成本、降低油耗和保护环境，等离子点火及稳燃技术逐渐得到开发和应用。等离子点火技术是一种无油点火技术，通过以小能量的等离子电弧直接点燃煤粉气流，从而实现以煤代油。

但是，在实际应用中，等离子体点火技术存在对煤质的要求较高的问题。目前大量成功应用等离子体点火的实例，主要是在以烟煤为动力用煤的电站锅炉上，原因是烟煤的干燥无灰基挥发分含量高(一般在30％-50％)，煤粉气流容易被点燃；而低挥发分煤的挥发分含量低，着火温度高、火焰传播速度低，点燃时需要较高的着火热。目前的等离子体点火技术很难点燃低挥发分煤，故在低挥发分煤点火时仍需要大量投油助燃，其节油效果受到很大限制。

实用新型内容

本公开的目的在于提供一种燃烧器和锅炉。

本公开的第一方面提供一种燃烧器，包括：

燃烧筒，被配置为输送燃料气流；

点火源，具有设置于所述燃烧筒内的点火端；

第一助燃筒，位于所述燃烧筒内且套设于所述点火端的外侧，所述第一助燃筒与所述点火源之间形成沿所述燃烧筒的轴向延伸的第一通道，所述第一通道被配置为将部分所述燃料气流输送至所述点火端；

第二助燃筒，位于所述燃烧筒内且套设于所述第一助燃筒的下游端的外侧，所述第二助燃筒与所述第一助燃筒之间形成沿所述燃烧筒的轴向延伸的第二通道；和

第一喷射装置，具有设置于所述第二通道的第一喷口，所述第一喷口的喷射方向与所述第二助燃筒的气流方向成夹角，所述第一喷射装置被配置为向所述第二通道喷射第一助燃介质，所述第二通道被配置为将所述第一助燃筒以外的部分所述燃料气流和所述第一助燃介质混合形成第一混合气流，并将所述第一混合气流输送至所述第一助燃筒的下游端。

根据本公开的一些实施例，所述燃烧器还包括：

第三助燃筒，位于所述燃烧筒内且套设于所述第二助燃筒的下游端的外侧，所述第三助燃筒被配置为将所述第二助燃筒以外的部分所述燃料气流和所述第一混合气流混合形成第二混合气流，并将所述第二混合气流输送至所述第三助燃筒的下游；和

第二喷射装置，具有设置于所述第三助燃筒的下游的第二喷口，被配置为向所述第三助燃筒的下游喷射第二助燃介质。

根据本公开的一些实施例，所述第一喷口的喷射方向与所述第二助燃筒中的气流方向的夹角为10°～90°。

根据本公开的一些实施例，所述第二喷口的喷射方向与所述第三助燃筒中的气流方向的夹角为30°～60°。

根据本公开的一些实施例，所述第一通道的轴向截面为环状，所述第一通道的轴向截面的径向尺寸r₁为0～20mm。

根据本公开的一些实施例，所述第二通道的轴向截面为环状，所述第二通道的轴向截面的径向尺寸r₂为20～50mm。

根据本公开的一些实施例，多个所述第一喷口沿所述第二助燃筒的周向均布。

根据本公开的一些实施例，多个所述第二喷口沿所述第三助燃筒的周向均布。

根据本公开的一些实施例，所述燃烧器还包括第一位置调节部，所述第一位置调节部被配置为沿所述燃烧筒的轴向调节所述第二助燃筒相对于所述第一助燃筒的位置。

根据本公开的一些实施例，所述燃烧器还包括第二位置调节部，所述第二位置调节部被配置为沿所述燃烧筒的轴向调节所述第三助燃筒相对于所述第二助燃筒的位置。

根据本公开的一些实施例，所述第一喷射装置包括第一流量调节部，所述第一流量调节部被配置为调节所述第一助燃介质的流量。

根据本公开的一些实施例，所述第二喷射装置包括第二流量调节部，所述第二流量调节部被配置为调节所述第二助燃介质的流量。

根据本公开的一些实施例，所述点火源包括等离子体发生器。

本公开的第二方面提供一种锅炉，包括本公开第一方面所述的燃烧器。

本公开实施例提供的燃烧器中，由于第二助燃筒与第一助燃筒之间形成沿燃烧筒的轴向延伸的第二通道，且第一喷射装置的第一喷口的喷射方向与第二助燃筒的气流方向成夹角，第一助燃介质在与已点燃的燃料气流混合之前，第一助燃介质在由第一喷口喷出后改变了流动方向，并通过第二通道与第一助燃筒以外的部分燃料气流进行预混形成第一混合气流，不仅可以降低第一助燃介质的流速和刚性，从而形成低速的第一助燃介质的局部富集区，减少对燃烧器内火焰燃烧区的扰动，利于强化煤粉气流的燃烧，即使当氧气流量较大时，也不会对点火效果产生负面影响。而且，对于煤粉燃烧器，第一助燃介质并不是直接喷入燃烧区，而是先喷入第一通道，在第一通道中预混后，不会因煤粉剧烈燃烧导致燃烧筒筒壁超温，从而可以使燃烧器长期稳定工作而不发生结渣烧损事故。本公开的实施例提供的锅炉具有本公开的实施例提供的燃烧器所具有的优点。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

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

图1为本公开的一些实施例的燃烧器的结构示意图。

图2为图1所示的燃烧器的A-A剖视结构示意图。

图1和图2中，各附图标记分别代表：

1、点火源；2、燃烧筒；3、第一助燃筒；4、第二助燃筒；5、第三助燃筒；6、第一喷射装置；7、第二喷射装置；

C1、第一通道；C2、第二通道。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，这些技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

本公开的实施例提供一种燃烧器和锅炉。

参考图1至图2，本公开的一些实施例提供一种燃烧器，包括燃烧筒2、点火源1、第一助燃筒3、第二助燃筒4和第一喷射装置6。

燃烧筒2被配置为输送燃料气流。

点火源1具有设置于燃烧筒2内的点火端。

第一助燃筒3位于燃烧筒2内且套设于点火端的外侧，第一助燃筒3与点火源1之间形成沿燃烧筒2的轴向延伸的第一通道C1，第一通道C1被配置为将部分燃料气流输送至点火端。

第二助燃筒4位于燃烧筒2内且套设于第一助燃筒3的下游端的外侧，第二助燃筒4与第一助燃筒3之间形成沿燃烧筒2的轴向延伸的第二通道C2。

第一喷射装置6具有设置于第二通道C2的第一喷口，第一喷口的喷射方向与第二助燃筒4的气流方向成夹角，第一喷射装置6被配置为向第二通道C2喷射第一助燃介质，第二通道C2被配置为将第一助燃筒3以外的部分燃料气流和第一助燃介质混合形成第一混合气流，并将第一混合气流输送至第一助燃筒3的下游端。

前述的燃料气流可以是携带有煤粉的煤粉气流或其它气体燃料的气流。前述的第一助燃介质可以是氧气或空气等含有助燃成分的气体。

本公开实施例提供的燃烧器中，由于第二助燃筒与第一助燃筒之间形成沿燃烧筒的轴向延伸的第二通道，且第一喷射装置的第一喷口的喷射方向与第二助燃筒的气流方向成夹角，第一助燃介质在与已点燃的燃料气流混合之前，第一助燃介质在由第一喷口喷出后改变了流动方向，并通过第二通道与第一助燃筒以外的部分燃料气流进行预混形成第一混合气流，不仅可以降低第一助燃介质的流速和刚性，从而形成低速的第一助燃介质的局部富集区，减少对燃烧器内火焰燃烧区的扰动，利于强化煤粉气流的燃烧，即使当氧气流量较大时，也不会对点火效果产生负面影响。而且，对于煤粉燃烧器，第一助燃介质并不是直接喷入燃烧区，而是先喷入第一通道，在第一通道中预混后，不会因煤粉剧烈燃烧导致燃烧筒筒壁超温，从而可以使燃烧器长期稳定工作而不发生结渣烧损事故。

在一些实施例中，如图1所示，燃烧器还包括第三助燃筒5和第二喷射装置7。第三助燃筒5位于燃烧筒2内且套设于第二助燃筒4的下游端的外侧，第三助燃筒5被配置为将第二助燃筒4以外的部分燃料气流和第一混合气流混合形成第二混合气流，并将第二混合气流输送至第三助燃筒5的下游。第二喷射装置7具有设置于第三助燃筒5的下游的第二喷口，被配置为向第三助燃筒5的下游喷射第二助燃介质。

同样地，前述的第二助燃介质也可以是氧气或空气等含有助燃成分的气体。

通过在第三助燃筒5的下游进一步设置第二喷射装置7的第二喷口，可以强化后续混入的燃料气流，例如煤粉气流的燃烧。对于煤粉气流，可以解决低挥发分煤点火时，后续燃烧能量不足的问题。

在一些实施例中，如图1所示，第一喷口的喷射方向与第二助燃筒4中的气流方向的夹角为10°～90°。

上述第一喷口的喷射方向与第二助燃筒4中的气流方向的夹角范围利于进一步提升降低第一助燃介质的流速和刚性的效果。

在一些实施例中，第二喷口的喷射方向与第三助燃筒5中的气流方向的夹角为30°～60°。

上述第二喷口的喷射方向与第三助燃筒5中的气流方向的夹角范围利于进一步提升强化第二混合气流的燃烧的效果。

在一些实施例中，第一通道C1的轴向截面为环状，第一通道C1的轴向截面的径向尺寸r₁为0～20mm。

上述第一通道C1的尺寸范围可以将进入第一通道C1点火的燃料气流的流量控制在较少的范围内，从而点火源1只需点燃较少的燃料，利于提升燃烧器的点火能力。

在一些实施例中，第二通道C2的轴向截面为环状，第二通道C2的轴向截面的径向尺寸r₂为20～50mm。

上述第二通道C2的尺寸范围，一方面可以使第一助燃介质不会被燃料气流过于稀释，另一方面对于煤粉等燃料，又不会因为速度过低而在第二通道C2内产生积粉。

在一些实施例中，多个第一喷口沿第二助燃筒4的周向均布。

周向均布的多个第一喷口利于助燃气流沿燃烧筒的周向均匀地混入第二通道C2内的燃料气流，形成良好的预混和助燃的效果。第一喷口的数目可以根据燃料点火的实际需求设置，例如可以根据燃料的种类、性质和燃烧器的尺寸设置。第一喷口的数目可以是1～8个。

在一些实施例中，多个第二喷口沿第三助燃筒5的周向均布。

周向均布的多个第二喷口利于助燃气流沿燃烧筒的周向均匀地混入燃料气流，形成良好的混合和助燃效果。第二喷口的数目可以根据燃料点火的实际需求设置，例如可以根据燃料的种类、性质和燃烧器的尺寸设置。第二喷口的数目可以是1～8个。

对于不同燃料的点火，例如不同煤质的点火，可以通过调节燃烧器中三个助燃筒的相对位置和两个喷射装置中助燃介质的喷射流量实现。

在一些实施例中，燃烧器还包括第一位置调节部，第一位置调节部被配置为沿燃烧筒2的轴向调节第二助燃筒4相对于第一助燃筒3的位置。

在一些实施例中，燃烧器还包括第二位置调节部，第二位置调节部被配置为沿燃烧筒2的轴向调节第三助燃筒5相对于第二助燃筒4的位置。

通过设置第一位置调节部和第二位置调节部，可以根据燃料气流的种类调节点火源1、第一助燃筒3、第二助燃筒4和第三助燃筒5沿燃烧器的轴向的相对位置，从而调节第一通道C1和第二通道C2的轴向尺寸，以及第三助燃筒5中用于形成第二混合气流的部分的轴向尺寸，同样利于燃烧器在点燃不同种类的燃料气流，例如不同煤质的煤粉气流时，都具有较好的点燃和节油的效果。

在一些实施例中，第一喷射装置6包括第一流量调节部，第一流量调节部被配置为调节第一助燃介质的流量。

在一些实施例中，第二喷射装置7包括第二流量调节部，第二流量调节部被配置为调节第二助燃介质的流量。

上述实施例中，第一流量调节部可以设置于第一喷口的上游，第二流量调节部可以设置于第二喷口的上游，第一流量调节部和第二流量调节部可以采用风阀等结构。设置第一流量调节部和第二流量调节部，同样利于燃烧器在点燃不同种类的燃料气流，例如不同煤质的煤粉气流时，都具有较好的点燃和节油的效果。

在一些实施例中，燃烧器采用等离子体点火的方式点燃燃料气流，点火源1包括等离子体发生器。

对于采用等离子体点火的方式的前述燃烧器，点火源只需点燃少量的煤粉形成初期火焰，后续的煤粉通过与助燃介质充分混合，着火热降低，从而可以提高点燃低挥发分煤，例如干燥无灰基挥发分的比例≥16％的煤的能力。

下面结合图1和图2，以煤粉气流的点火为例，进一步说明本公开的实施例提供的燃烧器的工作原理。

一次风携带煤粉进入燃烧筒2后，首先由第一通道C1进入第一助燃筒3，煤粉向点火源1处汇集，煤粉浓度提高，风速降低，由高能量的等离子体将少量、高浓度、低风速的煤粉全部有效点燃，培育良好的初期火焰，提高点火能力。

之后煤粉气流进入第二助燃筒4。第二助燃筒4的截面积大于第一助燃筒3，第一助燃筒3的煤粉火焰进入第二助燃筒4的同时，第一助燃筒3以外的部分煤粉也进入第二助燃筒4，并被煤粉火焰点燃。同时，氧气通过第一喷射装置6进入第二助燃筒4内，在形成的环状的第二通道C2内与第二助燃筒4和第一助燃筒3之间的煤粉气流进行预混，并且降低刚性和流速，能够在第一助燃筒3的出口形成低速局部富氧区。煤粉初期着火后在第一助燃筒3出口遇到低速氧气，使煤粉与氧气充分混合，此时煤粉气流的着火热大大降低，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。

之后煤粉气流进入第三助燃筒5，在第三助燃筒5出口设置第二喷射装置7，此时火焰已稳定，采取将氧气直接喷射于第三助燃筒5的下游的方式，继续点燃后续煤粉并使之稳定燃烧，从而可以达到强化燃烧、提高燃尽效率的作用。

由第一助燃筒3、第二助燃筒4到第三助燃筒5，火焰沿径向由燃烧器的中心部位向外围扩散，并沿轴向向下游方向传播，形成了分级点火、局部强化、逐级放大的内燃式煤粉燃烧器。

上述燃烧器的结构适用于点燃不同的煤质。对于优质烟煤，燃烧器不会发生结焦烧损的问题；而对于低挥发分煤，能够将其有效点燃并使其稳定燃烧。

本公开的一些实施例还提供一种锅炉，包括前述燃烧器。本公开提供的锅炉具有本公开提供的燃烧器所具有的优点。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开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，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。

Claims (14)

1.一种燃烧器，其特征在于，包括：

燃烧筒(2)，被配置为输送燃料气流；

点火源(1)，具有设置于所述燃烧筒(2)内的点火端；

第一助燃筒(3)，位于所述燃烧筒(2)内且套设于所述点火端的外侧，所述第一助燃筒(3)与所述点火源(1)之间形成沿所述燃烧筒(2)的轴向延伸的第一通道(C1)，所述第一通道(C1)被配置为将部分所述燃料气流输送至所述点火端；

第二助燃筒(4)，位于所述燃烧筒(2)内且套设于所述第一助燃筒(3)的下游端的外侧，所述第二助燃筒(4)与所述第一助燃筒(3)之间形成沿所述燃烧筒(2)的轴向延伸的第二通道(C2)；和

第一喷射装置(6)，具有设置于所述第二通道(C2)的第一喷口，所述第一喷口的喷射方向与所述第二助燃筒(4)的气流方向成夹角，所述第一喷射装置(6)被配置为向所述第二通道(C2)喷射第一助燃介质，所述第二通道(C2)被配置为将所述第一助燃筒(3)以外的部分所述燃料气流和所述第一助燃介质混合形成第一混合气流，并将所述第一混合气流输送至所述第一助燃筒(3)的下游端。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，还包括：

第三助燃筒(5)，位于所述燃烧筒(2)内且套设于所述第二助燃筒(4)的下游端的外侧，所述第三助燃筒(5)被配置为将所述第二助燃筒(4)以外的部分所述燃料气流和所述第一混合气流混合形成第二混合气流，并将所述第二混合气流输送至所述第三助燃筒(5)的下游；和

第二喷射装置(7)，具有设置于所述第三助燃筒(5)的下游的第二喷口，被配置为向所述第三助燃筒(5)的下游喷射第二助燃介质。

3.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述第一喷口的喷射方向与所述第二助燃筒(4)中的气流方向的夹角为10°～90°。

4.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，所述第二喷口的喷射方向与所述第三助燃筒(5)中的气流方向的夹角为30°～60°。

5.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述第一通道(C1)的轴向截面为环状，所述第一通道(C1)的轴向截面的径向尺寸为0～20mm。

6.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述第二通道(C2)的轴向截面为环状，所述第二通道(C2)的轴向截面的径向尺寸为20～50mm。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃烧器，其特征在于，多个所述第一喷口沿所述第二助燃筒(4)的周向均布。

8.根据权利要求2或4所述的燃烧器，其特征在于，多个所述第二喷口沿所述第三助燃筒(5)的周向均布。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器还包括第一位置调节部，所述第一位置调节部被配置为沿所述燃烧筒(2)的轴向调节所述第二助燃筒(4)相对于所述第一助燃筒(3)的位置。

10.根据权利要求2或4所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器还包括第二位置调节部，所述第二位置调节部被配置为沿所述燃烧筒(2)的轴向调节所述第三助燃筒(5)相对于所述第二助燃筒(4)的位置。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述第一喷射装置(6)包括第一流量调节部，所述第一流量调节部被配置为调节所述第一助燃介质的流量。

12.根据权利要求2或4所述的燃烧器，其特征在于，所述第二喷射装置(7)包括第二流量调节部，所述第二流量调节部被配置为调节所述第二助燃介质的流量。

13.根据权利要求1至6中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述点火源(1)包括等离子体发生器。

14.一种锅炉，其特征在于，包括根据权利要求1至13中任一项所述的燃烧器。

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