CN87106630A - 粉煤点火燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明是关于火力发电用粉煤锅炉使用的一种粉煤点火燃烧器，用这种粉煤燃烧器，可对粉煤进行直接点火，而且既无大量的热NOx产生，也不用以往燃烧器所必需的轻油、重油、燃气等辅助燃料。这种粉煤燃烧器借助于输送装置23，50把粉煤从粉煤供给源18送入粉煤燃烧器4—9，在其内形成粉煤空气混合流，其中在粉煤浓度大而混合流流速低的点火区域39在内，混合流中的粉煤可用点火器(41)点燃。

Description

本发明与粉煤燃烧器，特别是与粉煤直接点火的燃烧器有关。

近年来，在我国由于供给重油有些困难，所以，为了改变对石油的依靠，正在把燃料从历来燃料的重油改为燃烧煤炭，特别是在企业用火力发电锅炉方面，正在建设燃烧粉煤的大容量火力发电厂。

另一方面，作为最近用电的特点，最大负载和最小负载之差也随着原子能发电的发展而有所增加，火力发电用锅炉有从基本负载转为调节负载的趋势，这种锅炉就是根据负载来改变压力，进行变压运转的锅炉，即所谓全负载运转是在趋临界区运转，而在局部负载运转是在临界区运转的变压锅炉，这样，可在某种程度上（百分之几）提高局部负载运转时的发电效率。

因此，对于这种燃烧煤炭的火力发电来说，这种锅炉在全负载下运转的为数不多，而是向承受中间负载的煤炭火力发极转变，即白天把负载提高到或降低到75%、50%、25%的情况下运转，而夜里停止运转，即进行所谓每日起动停止（Daily    Start    Stop-以下简称DSS）运转。

对于进行DSS运转的煤炭锅炉来说，从起动到全负载，只用粉煤进行全负载运转的尚不多见，而且即使是煤炭锅炉，在起动或低负载时，除粉煤外，还要使用轻油、重油、燃气等易燃的辅助燃料。

这里因为，起动时从锅炉中无法得到供粉碎机加热用的排气-热空气，所以无法使粉碎机运转，因而也无法把煤炭破碎成粉煤。

因为低负载时无法选择粉碎机的调节比，而且粉煤本身的可燃性又差，所以大都使用轻油、重油、燃气等辅助燃料。

例如，起动时差使用轻油、重油、那么，从起动到15%负载，锅炉以轻油为燃料;从15%到40%负载。将燃料从轻油改为重油;当负载达到40%以上时，则使重油和粉煤混合燃烧，并逐渐减少重油的比例，这样一来，粉煤的混合比就可显著加大，进而过渡到完全燃烧。

当锅炉负载由全负载降为低负载时（即降到35%负载时），便开始使用粉煤，于是成为完全以煤为燃料的锅炉，当负载低于35%时，则借助于重油、轻油、燃气等辅助燃料来运转。

由此可见，进行DSS运转并以煤炭为燃料的火力发电，通常使用轻油、重油、燃气等可燃性良好的辅助燃料和粉煤燃料。

图4表示原有粉煤锅炉的概略系统图。

在该图中，粉煤燃烧器4、5、6、7、8、9等，从锅炉1的下部起依次向上配置在锅炉1的前侧壁2和后侧壁3上。

在粉煤燃烧器8、9的上方，设有低NOx化用的二次空气口10、11。辅助于炉前风箱12和炉后风箱13把空气送给粉煤燃烧器4、5、6、7、8、9;借助于炉前二次空气风箱14和炉后二次空气风箱15把空气送给二次空气口10和11。

粉煤燃烧器4、5、6、7、8、9使用的粉煤是如下供给的：煤仓16中的煤炭由供煤器17送给粉碎机18，在粉碎机18中进行粉碎。粉碎机18中粉煤所含的较大煤块由分级器（图中未示出）加以分离，然后将其返回粉碎机18再加以粉碎成为粉煤。

从粉碎机得到的粉煤，由粉煤供给源，即粉碎机18，借助于包括粉煤管23和鼓风机50在内的输送设备输送给粉煤燃烧器4、5、6、7、8、9。就是说，粉煤是借助于鼓风机50产生的并由风道经粉碎机18和粉煤管23到粉煤燃烧器4、5、6、7、8、9的气流输送的。

进入炉前风箱12、炉后风箱13、炉前两次空气风箱14和炉后二次空气风箱15的燃烧用空气，由压力通风机19加压后，用空气预热器20预热，然后由风道21、气流调节器24以及风道25送给风箱12、13、14、15。

为了控制局部负载下锅炉运转时的蒸汽温度，由排气再循环用风扇27、排气再循环通道28把排气送给料斗26;为了减少NOx，在排气再循环风扇27的出口，设有排气管道29，把排出的空气混进风道25中用来燃烧的空气内。

上面对粉煤锅炉中燃烧用空气、排气以及粉煤的一般流动情况做了说明，此外，在粉煤燃烧器4、5、6、7、8、9中均装有点火器。

图5所示系图4中粉煤燃烧器部分放大后的详图。

在图5中，1为锅炉燃烧室，2为前侧壁，3为后侧壁，4、5、6、7、8、9为粉煤燃烧器，12，13为炉前风箱和炉后风箱，23为粉煤管，这些部件均与图4中的相同。

30为空气记录器，31为等离子点火器。

就燃煤锅炉来说，目前对于旨在降低轻油、重油、燃气等易燃辅助燃料消耗的点火燃烧器的研究相当活跃，如图5所示，配备有等离子弧直接对粉煤点火器的进行点火，这对点火燃烧器的开发是具有代表性的例子。具有这种等离子点火器的点火燃烧器，可以提供1500～2000℃的高温热源，而且不用轻油、重油、燃气之类的助辅燃料就可以直接使粉煤点火燃烧。但是，利用等离子弧点火时，点火前必须有60～80千瓦的高能以及接近2000℃的热源，因此，这种燃烧器的主要问题在于，粉煤燃烧器4、5、6、7、8、9中，在点火时排出有大量的热NOx，所以未能予以实际应用。

对于原有的燃煤锅炉来说，使用的辅助燃料均为可燃性良好的轻油、重油，在DSS运转到负载变化时，从点火和使用的观点来看，起动燃烧器以重油为燃料，点火燃烧器以轻油为燃料，再加上主燃料-粉煤，则总共需要三种不同的燃料，因此，其缺点是必须花费与各种燃料的运输、贮存、保养有关的设备费和运转费。

如前所述，利用等离子弧直接点火的缺点在于：点火能量以及产生的热源温度过高，而且点火时还产生大量的NOx。

本发明可以消除这种缺点，其目的在于，提供一种不用辅助燃料就能对粉煤直接点火，在排出适量NOx的情况下，对粉煤直接点火的燃烧器是切实可靠的。

作为与本发明有关的其它现有技术如日本专利昭61-1843095号以及美国专利第4，545，307号说明书所述。

本发明提供一种粉煤点火燃烧器，包括下列部分，粉煤供给源;粉煤点火器，在氧气存在的情况下，将粉煤点燃;输送装置，产生把粉煤从粉煤供给源输送到粉煤燃烧器的气流，然后把粉煤和空气的混合流送给粉煤燃烧器。粉煤点火燃烧器的特点是有点火区域形成装置和点火器;点火区域形成装置的作用是：将上述输送装置送给粉煤燃烧器的煤粉和空气在粉煤燃烧器大形成一种混合流，其中形成粉煤浓度大而混合流流速低的点火区域;点火器的作用是将上述点火区域大混合流中的粉煤点燃。

图1所示系与本发明实施例有关的粉煤点火燃烧器主要部件的断面图;图2所示系图1中粉煤点火燃烧器的构成图;图3所示系图1中粉煤点火燃烧器的点火特性曲线;图4系粉煤锅炉的概略系统图;图5系配备有等离子点火器的粉锅点火燃烧器的断面图。

下面，我们用图来说明本发明的实施例。图1系本发明实施例中粉煤点火燃烧器主要部件的断面图;图2系图1中粉煤点火燃烧器的结构图;图3所示系图1中粉煤点火燃烧器的点火特性曲线，其中，纵轴表示粉煤和空气比（C/A），横轴表示粉煤燃烧器喷咀出口的空气流速米/秒）。

在图1和图2中，4、5、6、7、8、9的粉煤燃烧器，来自图4中粉碎机18的粉煤管23的粉煤33和一次空气34的混合流送入粉煤燃烧器4、5、6、7、8、9的一次套管32，而二次空气送到一次套管32的四周，所有这些，在结构上，均与原有的燃烧器相同。

36是给粉煤33和一次空气34的混合流施加旋转力的旋转叶片;37是装在一次套管32顶端的扩径部分;38是火焰稳定器;39是粉煤流速低于扩径部分37中形成的一次套管内粉煤流速的点火区域;40为粉煤33的循环涡流，41为陶瓷点火器;42为C/A检测装置;43为旋转叶片36的开度调节器;44为陶瓷点火器41的发热元件电源;45为控制装置;46为火焰。

从结构上来说，上述实施例中的粉煤直接将燃烧器点火，如图2所示由下列部分组成：供给粉煤33和一次空气34用的一次套管32;旋转叶片36，它使粉煤33和一次空气34的混合流旋转，进而使混合流产生浓淡分布，扩径部分37;火焰稳定器38;调节旋转叶片36张开度的开度调节器43;检测粉煤浓度（C/A）的C/A检测器42;对粉煤点火的陶瓷点火器41，发热元件电源44;控制装置45，它根据C/A检测器42发出的信号来控制旋转叶片36的开度，并加电压电流给发热元件41，再发出点火指令。

图3所示系将陶瓷点火器41插入粉煤空气混合流中，研究点火特性的实际结果。由图3可以看出，为了对粉煤33和一次空气34的混合流进行稳定点火，粉煤浓度大体上应为C/A≥0.5，空气流速（V）应为V≤10米/秒。图3表明，随着粉煤供给量的减少如从A-B，从B-C，流速的影响愈加明显，因此，要进行稳定燃烧，就必须降低流速。

对于实际应用的粉煤锅炉来说，粉煤33的管道输送，由于粉煤33比重的关系，多将C/A取为≤0.5。此外，为防止发生逆火，燃烧器形状的设计应以一次套管中粉煤33的流速V＞15米/秒为宜。

因此，要用陶瓷点火器41的发热元件对粉煤33直接点火，必须采取措施，以便像本发明实施例那样来改造燃烧器的结构。

其次，我们用图1和图2来说明本实施例的点火作用。借助于一次套管32中设置的耐热性和耐磨性良好的陶瓷制成旋转叶片36，使一次套管32中以15-20米/秒流速进入的粉煤33和一次空气34的混合流旋转，就可象图1那样，在一次套管32扩径部分37的内表面形成粉煤浓度的点火区域39。

要实现稳定的燃烧，如图3所示，必须根据供煤量来设定适当的粉煤浓度（C/A），但对本实施例来说，利用激光C/A检测装置42来检测扩径部分37中的粉煤浓度，就可根据其检测信号，用开度调节器43和控制装置45控制旋转叶片36的开度。此外，若用旋转叶片36使混合流旋转过快，就会加大压力损失，所以，若对旋转叶片36的开度加以控制，使C/A介于0.5≤C/A≤2之间，实际使用就没有问题。

作为影响稳定燃烧的其它因素，还有图3示出的空气流速这一条件，就本实施例来说，在粉煤燃烧器4、5、6、7、8、9的出口，亦即一次套管32的顶端设有扩径部分37，因其直径有所加大，所以可将15-20米/秒的流速减小到10米/秒以下。又因混合流与火焰稳定器35碰撞，结果，在火焰稳定器38的附近便可形成循环涡流40。这种循环涡流40的空气流速，就其绝对值来说，就是0-5米/秒的低流速区域，也是适于点火和稳定火焰的区域。就是说，在粉煤燃烧器4、5、6、7、8、9出口的内表面，可以形成粉煤浓度高而且适于对低流速粉煤直接点火的点火区域39。

再者，扩径部分37中粉煤33的粒子与该点火区域大可以加热到给定温度1000～1200℃的陶瓷点火器相撞，结果，导致粉煤33中的不断挥发可连续点火，并在循环涡流40中形成火焰40。通过火焰46的传播蔓延，供给的粉煤33就可以全部燃烧起来。

可见，按照本发明的实施例，在没有以往等离子点火器点火时所产生的那种热NOx的情况下，对粉煤直接点火是切实可行的。

综上所述，就本发明的实施例来说，利用旋转叶片36是可以提高粉煤浓度的。但本发明不仅限于本实施例，若将其它煤仓中的粉煤送入一次套管32，也可以提高粉煤的浓度，此外，若从一次套管32中抽出一次空气，也能提高一次套管32中粉煤的浓度。

按照本发明，可以直接对粉煤进行点火，所以无须使用轻油、重油、燃气之类的辅助燃料，而且能够减少点火时产生的热NOx。若将本发明的粉煤直接点火燃烧器应用于粉煤锅炉，就可以把燃料系统从以往的轻油、重油、粉煤等三个系统合并成为一个粉煤系统，而且可以免除对辅助设备以及燃料供给方面的维护保养。

Claims (3)

1、一种粉煤点火燃烧器，包括：粉煤供给源(18)；在氧气存在的情况下，对粉煤点火的粉煤燃烧器(4，5，6，7，8，9)；粉煤空气混合流的输送装置(23，50)，它产生一种把粉煤从粉煤供给源送给粉煤燃烧器用的气流，进而把粉煤空气混合流送入粉煤燃烧器；该粉煤燃烧器的特点在于，其中有点火区域形成装置(36，37)和点火器(41)，前者的作用是在粉煤燃烧器中，将上述输送装置送入粉煤燃烧器中的粉煤和空气，形成一个粉煤空气混合流，其中形成粉煤浓度高，而混合流流速低的点火区域(39)；后者的作用是对上述点火区域内混合流中的粉煤进行点火。

2、根据权利要求1所述点火区域形成装置，其特征在于，其中配备有一个旋转叶片（36），它装在上述粉煤燃烧器中，从结构上来说，旋转叶片对粉煤燃烧器中的混合流产生旋转能，籍以提高粉煤燃烧器出口处大表面附近混合流中的粉煤浓度，而粉煤燃烧器出口内表面的附近就是上述点火区域。

3、根据权利要求1所述点火区域形成装置，其特征在于其中在上述粉煤燃烧器中，包括有降低粉煤燃烧器中混合流流速的扩径部分（37），而扩径部分的附近可形成上述点火区域（39）。

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