CN102393015A - 一种浓相旋流煤粉燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种浓相旋流煤粉燃烧器，包含一次风通道、直流二次风通道及最外侧的旋流二次风通道；一次风通道的直管段中，沿油枪套管的轴向间隔布置有若干级煤粉浓缩环，使煤粉在一次风喷口处形成外浓内淡的气流分布。本发明中一次风喷口外围的浓相煤粉经过导向叶片后形成扰流喷入炉膛，并在出口与高温回流烟气快速充分混合，同时中心侧淡煤粉流保持直流射入炉膛，保证了煤粉流的后期混合和燃烧。一、二次风处均设置一定角度的喷口扩锥结构，有效控制二次风与煤粉的适时混合。该发明具有强的着火稳燃性能，煤种适应性强；同时具有低氮氧化物排放特点；一次风道结构简单，阻力小，有效减缓了部件磨损速度。

Description

一种浓相旋流煤粉燃烧器

技术领域

本发明涉及电站燃煤锅炉技术领域，特别是燃煤锅炉所用的一种浓相旋流煤粉燃烧器。

背景技术

近年来，随着国家对燃煤电站锅炉氮氧化物排放控制的日益严格，一种全炉膛分级燃烧低NOx技术配套低NOx燃烧器技术得到了广泛应用，其中在墙式锅炉中形成了各种流派的低NOx旋流燃烧器技术。

在墙式锅炉上，为在炉内有效还原燃烧产生的氮氧化物，全炉膛分级燃烧技术采用把早期技术中为满足燃尽从主燃烧区域（即煤粉送入炉膛的燃烧器区域，下称主燃区）送入的氧量的一部分从炉膛上部专门的风口延迟送入炉膛，使主燃区的空气化学当量比小于1，即形成缺氧燃烧气氛，同时在主燃区与上部风口（燃尽区）之间形成还原气氛区域，使早期氮氧化物得到充分还原。同时应用的旋流燃烧器也大多采用浓淡燃烧和多通道分级送风形式，控制风粉的混合时机，形成燃烧器区域的还原性气氛，达到燃烧器区域降低氮氧化物的目的。

 然而，通过上述燃烧器技术的应用，目前存在3个方面的问题：1、为使一次风通道内的煤粉气流周向均匀并有效分离为浓淡2股，结构往往相对复杂，不但加大了系统阻力，增加了风机负载和厂用电，同时也容易在通道内产生磨损，缩短了设备的使用周期，增加了电厂的运行维护成本；2、煤种的适应性差，特别是随着我国动力煤质变差，实际使用的煤种着火稳燃性能均达不到原设计要求，锅炉调峰时燃烧器出口火焰常常出现不稳定现象；3、一次风煤粉气流与燃烧器喷口二次风气流的后期混合性能差，锅炉未燃尽损失增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于电站燃煤锅炉的浓相旋流煤粉燃烧器，其通过喷口浓相煤粉扰流，强化浓相煤粉气流与出口高温回流区的混合，达到煤粉的快速着火和稳定燃烧；同时能够控制二次风与一次风的适时混合，强化煤粉气流的后期混合和充分燃烧；并且一次风道内部煤粉浓缩环的结构简单，阻力小，有效延缓了磨损，延长了设备的使用维护周期。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种浓相旋流煤粉燃烧器，其包含：

一次风通道，其设置有依次连通的以下部件：作为煤粉进口的弯头段，水平布置的直管段，以及一次风的喷口；在所述直管段内的中心轴上布置有油枪套管，该油枪套管内设燃烧器点火油枪；

还包含：直流二次风通道，其环绕所述一次风通道的喷口外壁设置；以及，旋流二次风通道，其环绕所述直流二次风通道的喷口外壁设置；所述直流二次风通道与旋流二次风通道在同一大风箱内配风。所述直流二次风通道内设置有进行风量调节的调节装置；所述旋流二次风通道内设置有进行旋流风强度调节的调节装置。

其中，所述一次风通道的弯头段内设置有煤粉均流板，其沿该弯头段的中心轴布置，并在该弯头段内分成两层气流通道；所述煤粉均流板一端位于所述弯头段的进口，另一端延伸至所述弯头段的出口，即弯头段与直管段连通的位置，使煤粉气流通过该弯头段后在周向均匀分布并进入所述直管段。

所述一次风通道直管段内，沿所述油枪套管的轴向间隔布置有若干级的煤粉浓缩环；每一级所述煤粉浓缩环是环绕所述油枪套管外缘设置的扩锥结构，其扩锥的开口朝向所述一次风的喷口，经过若干级扩锥后使煤粉气流在所述一次风的喷口处形成外浓内淡的煤粉气流分布。

优选地，所述直管段的油枪套管上间隔设置有2~3级煤粉浓缩环，各级所述煤粉浓缩环的尺寸逐级放大。每一级所述煤粉浓缩环的扩锥角在10°~25°的范围内。

所述一次风通道的喷口处，环绕其内壁周向均匀布置有若干导向叶片；该些导向叶片的设置位置与所述喷口外围的浓相煤粉气流的路径区域相匹配，仅对所述外围的浓相煤粉进行扰动，而使浓相煤粉气流形成一定的旋向喷出；而所述喷口中心侧的淡相煤粉气流直接喷入外部炉膛。

优选地，所述一次风通道的喷口处环绕其内壁设置有10~20片的所述导向叶片。每个导向叶片与一次风通道轴向的夹角为10°~30°，且导向叶片沿一次风通道的径向高度为该一次风通道直径的0.05~0.1倍。

所述一次风通道、直流二次风通道、旋流二次风通道的喷口外壁，分别设置有扩流锥结构；所述若干扩流锥结构，分别朝外部炉膛的方向设置其扩锥开口，以延迟二次风与一次风的混合时间。

优选地，所述若干扩流锥结构的扩锥角均小于或等于45°。

与现有技术相比，本发明所述浓相旋流煤粉燃烧器，其优点在于：本发明中一次风进入时通过煤粉均流板，在风道周向形成相对均匀的两层；之后，由于水平直管段中若干级煤粉浓缩环的作用，使一次风通过扩锥作用在喷口处形成外浓内淡的气流分布形式。

由于在一次风和二次风的喷口上分别设置了扩流锥结构，使二次风在扩锥的作用下延迟了与一次风的混合时间；通过扩锥角度的合理控制，在着火初期一次风内部形成缺氧气氛，使初期的氮氧化物得到充分还原。一、二次风的适时混合，能够使喷口水冷壁长期处于氧化气氛中，有效防止燃烧器区域水冷壁的结渣和高温腐蚀发生。

同时由于一次风喷口的扩锥作用，在喷口外周形成高温烟气回流区；通过在一次风通道喷口内壁布置若干导向叶片，使浓相煤粉在喷入炉膛前得到扰动，并形成一定的旋向喷入所述高温烟气回流区，从而进行强烈地混合燃烧，达到快速点火和强化稳燃的目的。

另外，一次风喷口中心侧的淡相煤粉以直流射入炉膛，保持了一次风的刚性，使一、二次风在后期能够充分地混合和燃尽。

因此，本发明具有较强的变煤种适应能力。针对不同的煤种，通过煤粉浓缩环的扩锥角度和级数布置的设计，能够控制煤粉的浓淡分离程度；通过导向叶片的径向高度及导向叶片与轴向交角大小的设计，能够控制对浓相煤粉的扰流大小；通过一次风喷口的扩流锥结构，能够控制高温回流区的大小。并可针对运行时煤质的变化，通过调节装置调节二次风的旋流强度，以适应不同煤质着火和稳燃的要求。

本发明的一次风通道结构简单，防磨性能优良；整体着火稳燃性强，煤质适应性好；同时具有高效和低氮氧化物排放的特点。

附图说明

图1是本发明所述浓相旋流煤粉燃烧器的总体结构剖视图；

图2是本发明中所述燃烧器喷口的导向叶片布置结构的示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明所述浓相旋流煤粉燃烧器（以下简称燃烧器），包含一次风通道1，环绕一次风通道1的喷口外壁设置的直流二次风通道2，以及环绕所述直流二次风通道2的喷口外壁设置的旋流二次风通道3。所述直流二次风通道2与旋流二次风通道3在同一大风箱内配风。

其中，所述一次风通道1设置有依次连通的以下部件：作为煤粉进口的弯头段，水平布置的直管段，以及一次风的喷口。在一次风通道1的直管段内的中心轴上，布置有油枪套管4；该油枪套管4内设燃烧器点火油枪。

在一次风通道1的弯头段内设置有煤粉均流板5，其沿该弯头段的中心轴布置，并将该弯头段内分成靠近和远离转弯圆心的内侧及外侧两层气流通道；该煤粉均流板5一端位于所述弯头段的进口，另一端延伸至所述弯头段的出口，即弯头段与直管段连通的位置。因此，当一次风煤粉气流通过所述一次风通道1的弯头段进入，经由所述煤粉均流板5再进入所述水平的直管段时，形成了上下两层均匀分布的气流，保证了煤粉在弯头段的出口处周向相对均匀。

进一步地，在所述一次风通道1的水平直管段内，沿所述油枪套管4轴向间隔布置有2~3级的煤粉浓缩环6；每一级所述煤粉浓缩环6是环绕所述油枪套管4外缘设置的扩锥结构，其扩锥的开口朝向所述喷口，扩锥角α在10°~25°的范围内；各级所述煤粉浓缩环6的尺寸逐级放大。经上述煤粉均流板5作用而在进入直管段时均匀分布的煤粉气流，在依次通过每一级所述煤粉浓缩环6的扩锥结构后，由于惯性作用，大部分煤粉气流会保持在该一次风通道1直管段内远离中心轴的外围流动；而夹带部分细煤粉的空气流则由于惯性小在直管段内更靠近中心轴的中心侧流动，最后在所述一次风通道1的喷口处形成外浓内淡的煤粉气流分布形式。

配合参见图1、图2所示，所述一次风通道1的喷口处，环绕其内壁周向均匀布置有若干导向叶片7，叶片数量为10~20片；每个导向叶片7与该一次风通道1轴向的夹角为10°~30°，且沿一次风通道1的径向高度为该一次风通道1直径的0.05~0.1倍。即是说，所述若干导向叶片7布置于上述通道外周浓相煤粉的流经区域，在喷入炉膛之前增加了浓相气流的扰动，使之形成一定的旋向喷出；而中心侧的淡相煤粉气流，则仍然为直流并沿通道的轴线喷入炉膛内。

所述一次风通道1、直流二次风通道2、旋流二次风通道3上，面向炉膛一端的喷口外壁，分别设置有扩流锥结构，在图1中对应以序号8、9、10表示，从而使二次风在扩锥作用下延迟与一次风的混合时间。通过控制合理的扩锥角度，在着火初期能够在一次风内部形成缺氧气氛，使初期的氮氧化物得到充分还原。对应扩流锥结构8、9、10，其各自优选的扩锥角β1、β2、β3均小于或等于45°。

另外，由于扩流锥结构8的设置在内部形成负压，从而会在一次风通道1的喷口卷吸高温烟气，形成环形的高温烟气回流区。这样，位于一次风喷口外周的浓相煤粉气流在经过导向叶片7的扰流后直接射入所述高温烟气回流区，强烈的混合会使煤粉气流瞬间得到巨大的热量升温并着火燃烧。

同时，根据扩流锥结构8和9的布置，并由直流二次风通道2及旋流二次风通道3内分别设置用于调节风量和旋流风强度的调节装置11和12，来控制二次风混入一次风的时机。一、二次风的适时混合，能够使喷口水冷壁长期处于氧化气氛中，有效防止燃烧器区域水冷壁的结渣和高温腐蚀发生。

并且，位于一次风喷口中心侧的淡相煤粉气流，由于没有扰流作用而沿风道的轴向直接喷入炉内，保持了一次风的刚性并能射入炉内一定深度，后期在旋流二次风的扰流下强烈混合，保证了煤粉气流后期混合和燃烧，使燃烧器在前期缺氧燃烧还原氮氧化物的同时达到煤粉高效燃尽的目的。

因此，本发明具有较强的变煤种适应能力。针对不同的煤种，通过煤粉浓缩环6的扩锥角度和级数布置的设计，能够控制煤粉的浓淡分离程度；通过导向叶片7的径向高度及导向叶片7与轴向交角大小的设计，能够控制对浓相煤粉的扰流大小；通过一次风喷口的扩流锥结构8，能够控制高温回流区的大小。并可针对运行时煤质的变化，通过调节装置11、12调节二次风的旋流强度，以适应不同煤质着火和稳燃的要求。

本发明结构简单，防磨性能优良；着火稳燃性强，煤质适应性好；同时具有高效和低氮氧化物排放的特点。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种浓相旋流煤粉燃烧器，其特征在于，包含：

一次风通道（1），其设置有依次连通的以下部件：作为煤粉进口的弯头段，水平布置的直管段，以及一次风的喷口；在所述直管段内的中心轴上布置有油枪套管（4），该油枪套管（4）内设燃烧器点火油枪；

还包含：直流二次风通道（2），其环绕所述一次风通道（1）的喷口外壁设置；以及，旋流二次风通道（3），其环绕所述直流二次风通道（2）的喷口外壁设置；所述直流二次风通道（2）与旋流二次风通道（3）在同一大风箱内配风；

其中，所述一次风通道（1）直管段内，沿所述油枪套管（4）的轴向间隔布置有若干级的煤粉浓缩环（6）；每一级所述煤粉浓缩环（6）是环绕所述油枪套管（4）外缘设置的扩锥结构，其扩锥的开口朝向所述一次风的喷口，使煤粉气流经过若干级扩锥后在所述一次风的喷口处形成外浓内淡的煤粉气流分布。

2.如权利要求1所述浓相旋流煤粉燃烧器，其特征在于，

所述一次风通道（1）的弯头段内设置有煤粉均流板（5），其沿该弯头段的中心轴布置，并在该弯头段内分成两层气流通道；

所述煤粉均流板（5）一端位于所述弯头段的进口，另一端延伸至所述弯头段的出口，即弯头段与直管段连通的位置，使煤粉气流通过该弯头段后在周向均匀分布并进入所述直管段。

3.如权利要求1所述浓相旋流煤粉燃烧器，其特征在于，

所述一次风通道（1）的喷口处，环绕其内壁周向均匀布置有若干导向叶片（7）；该些导向叶片（7）的位置与所述喷口外围的浓相煤粉气流的路径区域相匹配，使浓相煤粉气流形成扰流并以一定旋向喷出；而所述喷口中心侧的淡相煤粉气流直接喷入外部炉膛。

4.如权利要求1所述浓相旋流煤粉燃烧器，其特征在于，

所述一次风通道（1）、直流二次风通道（2）、旋流二次风通道（3）的喷口外壁，分别设置有扩流锥结构（8、9、10）；

所述若干扩流锥结构（8、9、10），分别朝外部炉膛的方向设置其扩锥开口，以延迟二次风与一次风的混合时间。

5.如权利要求1所述浓相旋流煤粉燃烧器，其特征在于，

所述直管段的油枪套管（4）上间隔设置有2~3级煤粉浓缩环（6），各级所述煤粉浓缩环（6）的尺寸逐级放大。

6.如权利要求5所述浓相旋流煤粉燃烧器，其特征在于，

每一级所述煤粉浓缩环（6）的扩锥角（α）在10°~25°的范围内。

7.如权利要求3所述浓相旋流煤粉燃烧器，其特征在于，

所述一次风通道（1）的喷口处环绕其内壁设置有10~20片的所述导向叶片（7）。

8.如权利要求7所述浓相旋流煤粉燃烧器，其特征在于，

每个导向叶片（7）与一次风通道（1）轴向的夹角为10°~30°，且导向叶片（7）沿一次风通道（1）的径向高度为该一次风通道（1）直径的0.05~0.1倍。

9.如权利要求4所述浓相旋流煤粉燃烧器，其特征在于，

所述若干扩流锥结构（8、9、10）的扩锥角（β1、β2、β3）均小于或等于45°。

10.如权利要求1所述浓相旋流煤粉燃烧器，其特征在于，

所述直流二次风通道（2）内设置有进行风量调节的调节装置（11）；

所述旋流二次风通道（3）内设置有进行旋流风强度调节的调节装置（12）。

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