CN101220954A - 一种纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器及燃烧方法 - Google Patents

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张建文
宋光荣
郭琴琴
董师宏
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    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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Abstract

本发明涉及一种纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器，其特征在于，由煤气管、空气管、煤气叶片、空气叶片、缩放扩口、点火***、高能点火枪组成，空气进口管的喷口与缩放扩口连接，煤气进口管设于空气进口管里，与煤气进口管同心轴，点火***和高能点火枪设于煤气管的中心管内，在煤气管和空气管的喷口处，在煤气管和中心管之间均匀设有轴向或切向煤气叶片，在煤气管和空气管之间均匀设有轴向或切向空气叶片。所述的燃烧方法，其特征在于，在锅炉炉膛的前后墙上布置一一对应的燃烧器，采用前后墙对冲燃烧技术，本发明的优点是能充分利用原本无法有效利用而放散的高炉煤气。

Description

一种纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器及燃烧方法
技术领域
本发明涉及一种纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器及燃烧方法，用于50MW～300MW机组全烧高炉煤气或低热值煤气的锅炉，单只燃烧器的热功率为4.0MW～30.0MW，以适应大型化高参数燃烧高炉煤气以及其他低热值煤气锅炉的要求，属于锅炉燃烧器技术领域。
背景技术
随着我国钢铁工业突飞猛进的发展，冶金过程中产生的高炉煤气和低热值煤气产量大大提高，而且高炉煤气或低热值煤气的发热量越来越低。1965年高炉煤气的平均热值约4180kJ/m3，2006年高炉煤气的平均热值已降低为3135kJ/m3。除了用混烧法，即与焦炉煤气或转炉煤气混合提高热值，在钢铁企业内部流程中用去约50％外，接近一半的高炉煤气无法有效利用而放散。放散的高炉煤气不但污染了环境，而且浪费了能源。然而高炉煤气作燃料由于其发热量很低，燃烧的稳定性是限制其转化利用的关键。以往用掺入煤粉炉中与煤混烧的办法，燃烧器中使用的叶片的安装角小于40度，由于高炉煤气或低热值煤气与煤粉的热力特性相差太大，掺烧少量(以热量计算)高炉煤气和低热值煤气尚可，超过一定量后会严重影响锅炉的运行参数和安全经济性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电站锅炉的具有较强稳燃能力的纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器及燃烧方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器，其特征在于，由煤气管、空气管、煤气叶片、空气叶片、缩放扩口、点火***、高能点火枪组成，空气进口管的喷口与缩放扩口连接，煤气进口管设于空气进口管里，与煤气进口管同心轴，点火***和高能点火枪设于煤气管的中心管内，在煤气管和空气管的喷口处，在煤气管和中心管之间均匀设有轴向或切向煤气叶片，在煤气管和空气管之间均匀设有轴向或切向空气叶片。
所述的煤气叶片为8-25片，煤气叶片的安装角为45度～70度；所述的空气叶片为10-30片，空气叶片的安装角为45度～70度。
一种纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器的燃烧方法，其特征在于，在锅炉炉膛的前后墙上布置一一对应的燃烧器，采用前后墙对冲燃烧技术，煤气出口速度为15～40m/s，空气出口速度为20～60m/s。
本发明的燃烧器采用煤气和空气的双旋流结构，中心设置点火装置，煤气和空气的旋转通过轴向或切向导向叶片来达到，在炉膛的前后墙上布置一一对应的燃烧器，采用前后墙对冲燃烧技术，产生双旋流平面火焰，通过射流的旋转来达到强化燃烧和稳定火焰的目的，实现高炉煤气或低热值煤气的安全、经济和高效燃烧。
燃烧器在射流离开喷口前通过轴向或切向导向叶片强迫其做旋转运动，当气流从喷口脱离后，由于失去了喷口壁面的约束作用，在离心力和惯性力的联合作用下，一面向静止介质中扩展，一面旋转前进，形成旋转射流。旋转射流从燃烧器喷口进入炉膛大空间，不再受通道壁面的约束而自由扩展，强旋转射流流场一般包含有两个回流区，即外回流区和中心回流区。
外回流区是旋转射流强烈卷吸外部介质而在射流边界处形成的回流区。从组织燃烧角度考虑，外回流区能保证射流具有合适的扩展角，并能通过高温烟气的回流加热了燃烧器出口气流，对着火和稳定燃烧起到了一定作用。
由于旋流的作用，在旋转射流内部出现一个中心回流区。在中心回流区，把流场下游已经开始燃烧的高温烟气卷吸至燃烧器出口附近，直接引燃出口气流。燃料着火初期所发生的预热过程、热解过程、挥发分及固定碳的燃烧和污染物的生成过程主要是在中心回流区及其边界附近进行。所以相比较而言，中心回流区在燃烧过程中起着更为重要的作用。
中心回流区的特性对燃料着火和火焰稳定有很重要的意义，从燃烧和安全的角度考虑，封闭式和全开式气流都不是理想的气流结构。前者的回流区过小，对着火和稳燃的作用较小；后者虽然回流区很大，但回流速度低，卷吸高温烟气量不多，而且火焰贴墙很容易烧坏喷口，导致结渣。而开口式旋转气流结构无论是从燃烧稳定性还是运行安全性来看，效果都是比较理想的。
本发明的技术要点就是通过优化燃烧器的设计，包括优化燃烧器出口旋口的几何形状，以及优化燃烧器出口煤气和空气的速度，来达到理想的开口式旋转气流结构，得到合理的回流区长度、回流区宽度、回流速度和回流率等技术参数。
本发明的优点是能充分利用原本无法有效利用而放散的高炉煤气。
附图说明
图1为一种纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器结构示意图；
图2为A-A剖视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
如图1、2所示，为一种纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器结构示意图，所述的一种纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器由煤气管1、空气管2、煤气叶片3、空气叶片4、缩放扩口5、点火***6、高能点火枪7组成，空气进口管2的喷口与缩放扩口5连接，煤气进口管1安装在空气进口管2里，与煤气进口管1同心轴，点火***6和高能点火枪7安装在煤气管1的中心管8内，在煤气管1和空气管2的喷口处，在煤气管1和中心管8之间均匀安装8片轴向煤气叶片3, 在煤气管1和空气管2之间均匀安装10片轴向空气叶片4，煤气叶片3的安装角为60度，空气叶片4的安装角为60度，所述的缩放扩口5的扩张角度为60度。
使用时，在锅炉炉膛的前后墙上布置一一对应的燃烧器，采用前后墙对冲燃烧技术，  煤气出口速度为35m/s，空气出口速度为50m/s，通过射流的旋转来达到强化燃烧和稳定火焰的目的，实现高炉煤气和低热值煤气的安全、经济和高效燃烧。得到的燃烧器出口轴向速度分布处于燃烧器出口中轴线基本对称，在径向大致呈“M”形。在距燃烧器出口的一段距离内，中轴线附近流场的轴向速度为负值，即存在明显的回流区，旋转射流的高速区则不断向外扩展，得到的燃烧器出口切向速度径向分布均大致呈“N”形。各截面上切向速度的绝对值沿射流方向不断减小，切向速度场在出口附近扩散明显。
适当的回流区形状、尺寸为燃料气流的着火提供稳定热源，这是燃烧器具有较强稳燃能力的重要保证，本燃烧器的回流区扩展角为30度～60度，且有较好的回流区宽度和长度，这有利于卷吸高温回流烟气，对着火和稳定燃烧是很有利的。
本燃烧器设计得到的射流边界明显向外扩展，在离出口比较近时，射流扩展角较大，在离出口较远时，射流扩展角增加速度减慢，射流扩展角为50度～80度。

Claims (5)

1.一种纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器，其特征在于，由煤气管(1)、空气管(2)、煤气叶片(3)、空气叶片(4)、缩放扩口(5)、点火***(6)、高能点火枪(7)组成，空气进口管(2)的喷口与缩放扩口(5)连接，煤气进口管(1)设于空气进口管(2)里，与煤气进口管(1)同心轴，点火***(6)和高能点火枪(7)设于煤气管(1)的中心管(8)内，在煤气管(1)和空气管(2)的喷口处，在煤气管(1)和中心管(8)之间均匀设有轴向或切向煤气叶片(3)，在煤气管(1)和空气管(2)之间均匀设有轴向或切向空气叶片(4)。
2.根据权利要求1所述的一种纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器，其特征在于，所述的煤气叶片(3)为8-25片，煤气叶片(3)的安装角为45度～70度。
3.根据权利要求1所述的一种纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器，其特征在于，所述的空气叶片(4)为10-30片，空气叶片(4)的安装角为45度～70度。
4.根据权利要求1所述的一种纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器，其特征在于，所述的缩放扩口(5)的扩张角度为10度～80度。
5.根据权利要求1所述的一种纯烧高炉煤气或低热值煤气的燃烧器的燃烧方法，其特征在于，在锅炉炉膛的前后墙上布置一一对应的燃烧器，采用前后墙对冲燃烧技术，煤气出口速度为15～40m/s，空气出口速度为20～60m/s。
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