CN105402723B - 一种适于低阶混煤燃烧的燃煤电厂旋流燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于低阶混煤燃烧的燃煤电厂旋流燃烧器，其包括锥体、套于中心锥体***的内一次风壳体、套于内一次风壳体***的内二次风壳体、套于内二次风壳体***的外一次风壳体，套于外一次风壳体***的外二次风壳体，以及外二次风外侧的周界风壳体；内一次风壳体围合形成内一次风通道，内二次风壳体与内内一次风壳体围合形成内二次风通道，内二次风壳体与外一次风壳体围合成外一次风通道，外一次风壳体与外二次风壳体围合形成外二次风通道，旋流燃烧器外部形成周界风通道。本发明不仅克服了传统旋流燃烧器单一一次风喷口进煤混烧燃烧导致的难易特性差别较大的煤种时所存在的“抢风”问题，而且还能促进难燃煤种的着火和燃烧。

Description

一种适于低阶混煤燃烧的燃煤电厂旋流燃烧器

技术领域

本发明涉及燃煤锅炉领域，具体涉及旋流煤粉燃烧器，特别适用于掺烧混煤的锅炉。

背景技术

火电厂占我国电力行业发电份额的80%以上。燃煤电厂锅炉在设计时是根据特定煤种来进行设计的。根据设计煤种的不同，锅炉的炉型、结构和燃烧器的选择也会不同。设计锅炉时依据的煤种为设计煤种，是最佳的“适炉”煤种。但随着国内电煤供应的市场化以及国内大型燃煤电厂的不断增加，实际上国内几乎所有的电厂都在燃用非设计煤种。而且，为了追求最大的经济性，大量掺烧劣质煤进行混煤燃烧已经成为大部分火电厂“正常”运行模式。

然而伴随着混煤掺烧，电站锅炉产生了一系列的问题。主要分为以下几类：（1）锅炉掺烧低挥发分煤种，会引起煤粉燃尽度变差和燃烧不稳；（2）掺烧低灰熔点煤，燃烧器区和屏区受热面易出现严重结渣，引起管壁超温、排烟温度升高、锅炉降参数运行和锅炉效率降低等；（3）不同煤燃烧速率不同，导致还原区和氧化区界限不明确，造成NOx控制效果不理想。导致这些问题的根本原因在于混煤挥发分和固定碳含量不同，当差异较大时，会发生诸如“抢风”等问题。“抢风”会造成难燃煤在燃烧初段燃烧不完全，从而使入炉煤粉燃烧不稳定、燃尽程度差。且难燃煤燃烧延后，在炉顶得到燃尽风氧气补充时才会继续燃烧，易造成受热面超温、结焦等问题，危害机组的安全运行。

旋流燃烧器为火电厂主流燃烧器。目前市场上应用的旋流燃烧器大都采用了低NO_X燃烧技术。这类燃烧器在燃烧设计煤种的时候往往会取得很好的脱硝效果，但是当掺烧两种煤质差异较大的混煤时，由于无法划定氧化区和还原区的界限，NO_X的控制并不理想。同时，掺烧混煤时，一方面由于“抢风”现象导致难燃煤燃烧延后，致使炉膛出口温度升高，在炉内的有效燃烧停留时间缩短，燃尽程度变差，锅炉飞灰含碳量增加，未燃尽热损失增加,锅炉效率变低，另一方面大量未燃尽颗粒只有在炉膛上部的氧气充足区域才能充分燃烧，膛出口温度升高容易造成炉膛出口过热器超温和结渣等危害，影响锅炉运行安全。

在当前的旋流燃烧器喷口布置方式下，混煤（难燃煤与易燃煤组成）由燃烧器同一个一次风喷口同时喷入炉膛。难燃煤与易燃煤在同一个区域进行升温、着火、燃烧。由于易燃煤的挥发分含量高、着火温度低，易燃煤的着火位置会比较靠近燃烧器喷口，难燃煤的着火位置会远离燃烧器。由于易燃煤先着火燃烧，同时大量消耗混燃区域的氧气，导致燃烧器一次风出口区域的氧气很快耗尽，形成一个低氧区域，而这一位置恰好是难燃煤开始着火的位置，在这低氧区域里，难燃煤由于自身难燃和外部缺氧两方面的不利影响，导致难燃煤的燃烧情况变得更差，表现为难燃煤的着火困难，燃烧延后，难燃煤的大量未燃尽颗粒只有在炉膛上部的氧气充足区域才能充分燃烧，致使炉膛出口温度升高，在炉内的有效燃烧停留时间缩短，燃尽程度变差，锅炉飞灰含碳量增加，未燃尽热损失增加，炉膛出口温度升高有加剧炉膛出口过热器超温和结渣等危害。

因此，鉴于目前国内燃煤电厂普遍燃用混煤的现状，以及锅炉燃用混煤时产生的一系列问题，找到一种即能保证不结焦安全、高效运行，又能满足低NOx环保要求的适于混煤燃烧的燃烧器就具有极为迫切的需求。这样不仅仅会使锅炉对煤种的适应性有了大大的提升，而且有利于改善燃煤机组运行的安全性和经济性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适于低阶混煤燃烧的燃煤电厂旋流燃烧器，其适于低阶混煤燃烧的燃煤电厂，使锅炉对煤种的适应性有了大大的提升，而且有利于改善燃煤机组运行的安全性和经济性。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种适于低阶混煤燃烧的燃煤电厂旋流燃烧器，其关键技术在于：其包括锥体、套于中心锥体***的内一次风壳体、套于内一次风壳体***的内二次风壳体、套于内二次风壳体***的外一次风壳体，套于外一次风壳体***的外二次风壳体，以及外二次风外侧的周界风壳体；

所述内一次风壳体围合形成内一次风通道，内二次风壳体与内内一次风壳体围合形成内二次风通道，所述内二次风壳体与外一次风壳体围合成外一次风通道，所述外一次风壳体与外二次风壳体围合形成外二次风通道，所述旋流燃烧器外部形成周界风通道；

所述内一次风壳体的一端设有内一次风接口，所述外一次风壳体壳体的一端设有外一次风接口；

所述外二次风壳体上设有外二次风量调杆，所述内二次风壳体上设有内二次风量调杆，所述外二次风通道内设有外二次风旋流器和与之配套的外二次风旋流强度调杆，所述内二次风通道内设有内二次风旋流器和与之配套的内二次风旋流强度调杆。

所述周界风壳体上设有周界风量调杆。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本发明形成了5个风通道，携带不同煤种的一次风由内二次风通道隔开，使难燃煤与易燃煤的入炉通道和燃烧区域分开，有效避免了混煤掺烧时的抢风问题；

2、本发明采用双一次风通道给粉设计，掺烧混煤时，易燃煤粉通过内一次风通道携带入炉，难燃的煤粉通过外一次风通道携带入炉，利用内侧易燃煤先着火加热外侧难燃煤使其挥发分溢出产生还原气氛减少NOx生成，并通过中心回流区席卷高温烟气加热难燃煤使其更易着火、燃尽；

3、采用本发明，使用时由二次风包覆一次风气流，再通过周界风量调杆9控制周界风量，冷却喷口，改善局部水冷壁缺氧，消除高温区域缺氧现象，提高煤粉的燃尽程度，解决炉膛内水冷壁的高温腐蚀，缓解或解决了由于炉膛空气深度分级所带来的高温腐蚀；

4、本发明通过内二次风量调杆、外二次风量调杆和内二次风旋流强度调杆、外二次风旋流强度调杆来调整内外二次风的风量比例和旋流强度，从而实现两种煤混合点的控制，不仅可以调整混煤燃烧的位置,解决燃烧器出口局部超温问题，还可以实现对还原区和氧化区的控制，更有效地降低NO_X生成；

5、本发明通过对燃烧器的改进，不仅克服了传统旋流燃烧器单一一次风喷口进煤混烧燃烧导致的难易特性差别较大的煤种时所存在的“抢风”问题，而且还能促进难燃煤种的着火和燃烧，同时也能够很好地限制燃烧混煤时NO_X的生成。其尤其适于低阶混煤燃烧的燃煤电厂，使锅炉对煤种的适应性有了大大的提升，而且有利于改善燃煤机组运行的安全性和经济性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2是本发明工作原理示意图；

其中，1锥体、2内一次风壳体、3内二次风壳体、4外一次风壳体、5外二次风壳体、6周界风壳体、7外二次风旋流器、8内二次风旋流器、9周界风量调杆、10外二次风量调杆、11外二次风旋流强度调杆、12内二次风量调杆、13内二次风旋流强度调杆、14内一次风接口、15外一次风接口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细的说明。

参见附图1，本发明包括包括锥体1、套于中心锥体1***的内一次风壳体2、套于内一次风壳体2***的内二次风壳体3、套于内二次风壳体3***的外一次风壳体4以及套于外一次风壳体4***的外二次风壳体5；所述内一次风壳体2围合形成内一次风通道，内二次风壳体3与内内一次风壳体2围合形成内二次风通道，所述内二次风壳体3与外一次风壳体4围合成外一次风通道，所述外一次风壳体4与外二次风壳体5围合形成外二次风通道，所述旋流燃烧器外部形成周界风通道。

所述内一次风壳体2的一端设有内一次风接口14，所述外一次风壳体壳体4的一端设有外一次风接口15；所述外二次风壳体5上设有外二次风量调杆10，所述内二次风壳体3上设有内二次风量调杆12，所述外二次风通道内设有外二次风旋流器7和与之配套的外二次风旋流强度调杆11，所述内二次通道内设有内二次风旋流器8和与之配套的内二次风旋流强度调杆13。

所述周界风壳体6设于外二次风壳体5外侧，与外二次风壳体5之间有一定距离，所述周界风通道上设有周界风量调杆9。

所述锥体1位于燃烧器筒体中心位置，其形状结构固定但前后位置可调，有利于内回流区的产生及位置调节。

参见附图2，可知本发明最大的特点之一是中心回流区分为内中心回流区和外中心回流区两个。在煤粉燃烧时，内一次风（即内一次风道出来的风）在区域1形成内中心回流区，外一次风在区域2形成外中心回流区。内一次风和外一次风之间由一股内二次风隔开，避免煤粉提前混合。最外侧由一股周界风包覆，即起到了维持火焰刚度的效果还能冷却燃烧器防止局部超温，同时还可以为煤粉的燃烧提供必要的氧气。本方案的优点之一是促进难燃煤的燃烧，使其燃尽效果更佳。如上图所示，难燃煤粉随外一次风携带入炉，通过旋流强度调杆使其在区域2形成外中心回流区。由于外中心回流区的卷吸作用，炉内的高温烟气回流和难燃煤粉混合，为难燃煤燃烧提供良好的着火条件。而同时内一次风会携带易燃煤粉，在内二次风的包覆下在区域1形成内中心回流区，内中心回流区会从区域2卷吸难燃煤点燃后的烟气并结合外回流烟气热量与易燃煤混合燃烧，燃烧后的热量会通过辐射换热的方式加热外一次风，使其挥发分尽快析出，产生大量的HCN等中间产物，为抑制NO_X生成提供还原性气氛。更加合理的解决了煤粉气流与二次风混合所带来的着火问题、避免一次风与二次风的过早混合，降低了NO_X等NO_X中间产物与氧气过早接触的几率，更加深度抑制煤粉燃烧初期NO_X的生产量。本发明首次提出的“双一次风双中心回流区”设计，有效增强了煤粉燃烧后期的混合程度，提高了煤粉的燃尽程度。同时，由于难燃煤和易燃煤分别在不同的区域着火燃烧，避免了混煤燃烧时的“抢风”问题，即能够很好的控制NO_X的生成又可以提高煤粉的燃尽效果。

由二次风包覆一次风气流，再通过周界风挡板控制周界风量，冷却喷口，改善局部水冷壁缺氧，消除高温区域缺氧现象，提高煤粉的燃尽程度，解决炉膛内水冷壁的高温腐蚀，缓解或解决了由于炉膛空气深度分级所带来的高温腐蚀。两个中心回流区的大小和形状随时根据掺烧煤种不同进行调节，煤种适应性强。通过合理改变燃烧器出口气流流场，适应不同煤种的着火特性和低NO_X特性。不同的导流装置的结构实现一次风出口不同大小和面积的中心回流区域，配合不同煤种的燃烧特性。改变燃烧器出口气流流场，适应不同煤种的着火特性和低NO_X特性，加上周界风的特性，既不让燃烧器出口局部出现超温问题，又能让煤粉在炉内尽量充分地燃烧。本发明可显著提升锅炉对煤种的适应性，在面对多种混煤方案的选择时，可以有更宽泛的选择空间。

本发明的燃烧器并不局限于只燃用混煤，在燃用单煤时仍会有很好的表现，只需对燃烧方式进行一定的调整。如：燃用设计煤或单煤时，内一次风和外一次风均携带设计煤种或某种单煤，外二次风补充后续燃烧用氧气，不会影响机组原设计、运行特性。

本发明通过对燃烧器的改进，不仅克服了传统旋流燃烧器单一一次风喷口进煤混烧燃烧导致的难易特性差别较大的煤种时所存在的“抢风”问题，而且还能促进难燃煤种的着火和燃烧，同时也能够很好地限制燃烧混煤时NO_X的生成。具体特点如下：

1、通过特殊的喷口布置，通过内二次风将难燃煤和易燃煤的燃烧区域隔离，使得易燃煤不会从难燃煤的燃烧区域“抢风”，保证了难燃煤在燃烧初期有充足的氧；

2、把易燃煤布置在燃烧器内一次风通道处，难燃煤布置在燃烧器外一次风通道处，这样可以充分利用旋流燃烧器内回流区所卷吸的高温烟气来快速加热内一次风里的难燃煤粉，能够促进难燃煤的升温和挥发分析出过程，促进难燃煤的快速着火燃烧，有利于提高锅炉效率和维持机组运行的安全性；

3、利用内、外二次风的风量调杆和旋流强度调杆的调节，可以实现混合点的控制，通过混合点的调整来调节另外一种煤的着火、燃尽，有效防止燃烧器喷口局部高温的产生。混合点，还可以实现还原区和氧化区的控制，更有效降低NO_X生成。

4、由二次风包覆一次风气流，再通过周界风挡板控制周界风量，冷却喷口，改善局部水冷壁缺氧，消除高温区域缺氧现象，提高煤粉的燃尽程度，解决炉膛内水冷壁的高温腐蚀，缓解或解决了由于炉膛空气深度分级所带来的高温腐蚀。

5、煤种适应性更强，合理改变燃烧器出口气流流场，适应不同煤种的着火特性和低NO_X特性，既不让燃烧器出口局部出现超温问题，又能让煤粉在炉内尽量充分地燃烧。

Claims (1)

1.一种适于低阶混煤燃烧的燃煤电厂旋流燃烧器，其特征在于：其包括锥体（1）、套于中心锥体（1）***的内一次风壳体（2）、套于内一次风壳体（2）***的内二次风壳体（3）、套于内二次风壳体（3）***的外一次风壳体（4），套于外一次风壳体（4）***的外二次风壳体（5）以及外侧的周界风壳体（6）；所述内一次风壳体（2）围合形成内一次风通道，内二次风壳体（3）与内一次风壳体（2）围合形成内二次风通道，所述内二次风壳体（3）与外一次风壳体（4）围合成外一次风通道，所述外一次风壳体（4）与外二次风壳体（5）围合形成外二次风通道，所述旋流燃烧器外侧的周界风壳体（6）形成周界风通道；所述内一次风壳体（2）的一端设有内一次风接口（14），所述外一次风壳体（4）的一端设有外一次风接口（15）；所述外二次风壳体（5）上设有外二次风量调杆（10），所述内二次风壳体（3）上设有内二次风量调杆（12），所述外二次风通道内设有外二次风旋流器（7）和与之配套的外二次风旋流强度调杆（11），所述内二次通道内设有内二次风旋流器（8）和与之配套的内二次风旋流强度调杆（13），所述周界风壳体(6)上设有周界风量调杆(9)；

难燃煤粉随外一次风携带入炉，在区域2形成外中心回流区；同时内一次风会携带易燃煤粉，在内二次风的包覆下在区域1形成内中心回流区。