CN109631019A - 工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器 - Google Patents

Abstract

工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器，本发明涉及锅炉旋流燃烧器，本发明的目的是解决目前工业煤粉锅炉NOx排放量高、炉膛易结渣、飞灰可燃物含量高的问题，它包括旋流煤粉燃烧器、再循环烟气管道、再循环风机、分离二次风空气管道阀门、第一燃烧器二次风空气管道、第二燃烧器二次风空气管道、分离二次风空气管道、两个燃烧器二次风空气管道阀门、多个分离二次风喷口管和多个分离二次风旋流器，第一燃烧器二次风空气管道和第二燃烧器二次风空气管道上分别安装有一个燃烧器二次风空气管道阀门，分离二次风空气管道上安装有分离二次风空气管道阀门，旋流煤粉燃烧器安装在卧式锅炉的锅炉炉膛前墙的中心位置，本发明用于锅炉燃烧领域。

Description

工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器

技术领域

本发明涉及锅炉主燃区喷还原剂炉内联合脱硝燃烧器，具体涉及工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器，属于锅炉领域。

背景技术

燃煤工业锅炉是我国除电站锅炉以外的主要用煤装备，总数接近60万台，年消耗煤炭近6.4亿吨。燃煤工业锅炉每年产生NOx约200万吨，排放量仅次于燃煤电站锅炉，已成为我国最主要的NOx污染物排放源之一。

传统燃煤工业锅炉以采用火床燃烧方式的链条炉居多。相比链条炉，煤粉锅炉采用的是室燃燃烧方式，煤粉颗粒随同空气喷入炉膛进行悬浮燃烧，具有较高的锅炉热效率。但受到炉膛尺寸及燃烧方式的限制，现有中小型工业煤粉锅炉普遍存在NOx排放量高、炉膛易结渣、飞灰可燃物含量高等问题。随着我国环保问题的日益严峻，我国政府对于工业用燃煤锅炉的污染物排放量要求也日趋严格，如果不对工业煤粉锅炉现存问题采取有效的解决措施，将难以满足日益严苛的环保标准。同时，工业锅炉尤其是供暖锅炉，白天负荷低、晚上负荷高，一天内的负荷波动大，低负荷为设计负荷的1/7，甚至更低，大部分工业煤粉锅炉无法满足要求。所以，开发出具有较负荷宽调节比的工业煤粉锅炉势在必行。

针对工业煤粉锅炉的研究，以德国为主的发达国家在过去的30多年中形成了Dr.Schoppe、HM、Pillard及Saacke等不同的技术流派。其中Saacke开发的CONOx-UCC燃烧器采用分段送风多级燃烧技术，通过在直流环形一次风内、外分别布置一层旋流二次风，在预燃室四周环形布置多个直流三次风喷口，实现了空气径向分级燃烧。

我国也提出了一些针对工业炉的燃烧技术，例如发明专利《采用分离二次风双层射流的中心给粉旋流煤粉燃烧装置》中国专利申请号为CN201710861235.3、申请公布号为CN107477572A，下称“文件一”设有一次风管和内、外二次风管以及三次风管，没有混入再循环烟气；发明专利《一种用于工业窑炉的采用烟气再循环的旋流煤粉燃烧器》中国专利号为ZL201010213627.7、申请公布日为2010年11月3日、申请公布号为CN101876433A，下称“文件二”在一次风通道与内二次风通道之间以及内二次风通道与外二次风通道之间设有环形外侧烟气再循环通道，将再循环烟气直接送入烟气再循环通道内。上述这些技术，虽然在一定程度上降低了NOx浓度，但仍然普遍存在NOx排放量高、炉膛易结渣、飞灰可燃物含量高等问题。

发明内容

本发明的目的是解决目前工业煤粉锅炉NOx排放量高、炉膛易结渣、飞灰可燃物含量高的问题，进而提供工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器。

本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：

它包括旋流煤粉燃烧器、再循环烟气管道、再循环风机、分离二次风空气管道阀门、第一燃烧器二次风空气管道、第二燃烧器二次风空气管道、分离二次风空气管道、两个燃烧器二次风空气管道阀门、多个分离二次风喷口管和多个分离二次风旋流器；第一燃烧器二次风空气管道和第二燃烧器二次风空气管道上分别安装有一个燃烧器二次风空气管道阀门，分离二次风空气管道上安装有分离二次风空气管道阀门，旋流煤粉燃烧器安装在卧式锅炉的锅炉炉膛前墙的中心位置，第一燃烧器二次风空气管道、第二燃烧器二次风空气管道和分离二次风空气管道分别与旋流煤粉燃烧器连通，再循环烟气管道的一端与分离二次风空气管道侧壁连通，再循环烟气管道的另一端与再循环风机连通，分离二次风空气管道上安装有多个分离二次风喷口管，每个分离二次风喷口管的一端与分离二次风空气管道的侧壁连通，每个分离二次风喷口管的另一端分别与卧式锅炉的锅炉炉膛前墙连通，且每个分离二次风喷口管内分别对应安装有一个分离二次风旋流器。

本发明的有益效果：

1本发明有利于更大幅度地降低NOx生成量

①本发明装置在燃烧器外侧布置多个分离二次风喷口，并将35％～55％的空气量由分离二次风喷口送入，从燃烧器喷口送入的助燃空气比例仅占45％～65％，大幅度强化燃烧器中心区域的还原性，燃料长时间处于还原性气氛中燃烧，整个燃烧过程中的NOx生成量都能得到有效降低。

②“文件一”所述燃烧器未采用烟气再循环技术。对比“文件一”，本发明装置中分离二次风管道内引入再循环烟气，再循环烟气与空气在分离二次风管中混合，当烟气再循环率设置为20％时，再循环烟气与空气混合后的气体氧浓度在16％左右，相较于混合前的空气氧浓度下降约5％，强化了炉内还原性气氛，有效地降低NOx的生成量；同时，再循环烟气的混入有效地降低了助燃空气中的氧含量，降低了火焰局部高温，能够有效地抑制热力型NOx的生成；再循环烟气抽取的是锅炉尾部的低温烟气，低温烟气的混入使得炉膛内平均温度降低，从而进一步降低了NOx的生成量。

③“文件二”所述燃烧器在一次风通道与内二次风通道之间及内二次风通道与外二次风通道之间设环形外侧烟气再循环通道，再循环烟气与空气在燃烧器喷口处分层进入炉膛内，空气层气流氧浓度较再循环烟气层气流浓度高，喷入炉膛一段距离后才混合均匀，煤粉进入氧含量高的空气层时，NOx排放量增加。对比“文件二”，本发明装置仅将再循环烟气引入分离二次风中，使再循环烟气与空气在分离二次风管中混合，燃烧器喷口处不存在气体分层进入，既节省了烟气与空气在炉内的混合过程，又使燃烧器出口区域径向氧浓度分布均匀，保证了煤粉稳定燃烧，抑制了NOx排放量。

④“文件二”所述燃烧器通过在一次风通道内设置一组锥环形来集中一次风粉气流中的煤粉，但锥形环并不能将煤粉气流完全集中在燃烧器中心喷入炉膛，只能形成“中间浓、两边淡”的燃烧形式，并且浓缩后的浓、淡煤粉流在通过末级锥形环后又会出现重新混合，煤粉浓淡分级燃烧降低NOx的有益效果没有得到完全发挥，此外，通道内的煤粉气流还会对锥形环形成锥面冲刷，在使用过程中出现因为锥形环被煤粉磨损而更换燃烧器的情况，增加了运行成本，降低了锅炉的经济效益。对比“文件二”，本发明装置采用一次风管输送高浓度煤粉气流，煤粉被完全集中在燃烧器中心喷入炉膛，增大了燃烧器出口中心回流区的煤粉浓度，使煤粉集中在中心回流区还原性气氛中燃烧，延长了煤粉在还原性气氛中的停留时间，进一步降低了NOx的生成量，并且采用一次风管输送高浓度煤粉气流降低了煤粉气流的磨损，延长了燃烧器的使用寿命。

⑤Saacke生产的CONOx-UCC燃烧器由内向外依次布置旋流内二次风、直流环形一次风、旋流外二次风。在一次风内布置旋流内二次风，一次风与内二次风在出口即可混合，降低了中心区煤粉浓度。对比该燃烧器，本发明装置将旋流内二次风布置在一次风管外，一次风管输送高浓度煤粉气流，煤粉被完全集中在燃烧器中心喷入炉膛，增大了燃烧器出口中心回流区的煤粉浓度，使煤粉集中在中心回流区还原性气氛中燃烧，延长了煤粉在还原性气氛中的停留时间，降低了燃烧器中心区域NOx的生成量。

⑥Saacke生产的CONOx-UCC燃烧器采用的直流三次风，在低负荷时，三次风风速较低，不利于分级燃烧。对比该燃烧器，本发明装置分离二次风喷口可沿燃烧器径向摆动并在分离二次风喷口内布置叶片角度可调的旋流器，可摆动的分离二次风喷口保证分离二次风具有足够的穿透性，燃烧器的负荷适应性更好。同时，分离二次风喷口内布置的旋流器使分离二次风微旋进入炉内，分离二次风与炉内烟气的接触面积更大、扰动更强烈，混合效果更好，混合后烟气中氧浓度更加均匀，可以避免局部NOx的大量生成。

2本发明有利于避免炉内结渣及高温腐蚀

①对比“文件二”，本发明不单独设置再循环烟气通道，避免了再循环烟气与空气分层送入炉膛，再循环烟气与空气在分离二次风管中已经混合均匀，燃烧器出口区域径向氧浓度分布均匀，保证了煤粉稳定燃烧，避免了因为氧浓度分布不均、部分区域燃烧温度高而导致的结渣。

②相较于Saacke生产的CONOx-UCC燃烧器，本发明装置分离二次风喷口可沿燃烧器径向向四周水冷壁方向摆动，并在分离二次风喷口内布置叶片角度可调的旋流器。可摆动的喷口加大了分离二次风在径向的射流范围，旋转的分离二次风在水冷壁附近形成的强烈的扰动，将高温、高灰渣浓度的烟气与炉膛内壁分隔开，减少了高温的灰渣与炉膛内壁的接触，减轻炉内结渣。同时旋转的分离二次风能够吹扫炉膛内壁，起到清灰的作用，减少炉内积灰，避免了因为受热面积灰过多而引起的结渣，并且在径向范围上的吹扫，能够有效降低水冷壁附近温度，防止水冷壁高温腐蚀。更重要的是，分离二次风喷口内布置的旋流器叶片角度可调，即叶片旋流强度可调，可以根据煤质、负荷等，有效地控制壁面气氛，使燃烧器周围炉墙均处于氧化性气氛，氧化性气氛下灰熔点较高，从而可以避免因为还原性气氛使灰熔点下降而导致的结渣。

3本发明有利于煤粉的燃尽

①“文件二”所述燃烧器在一次风通道与内二次风通道之间及内二次风通道与外二次风通道之间设环形外侧烟气再循环通道，再循环烟气与内、外二次风混合，影响煤粉的初始燃烧。对比“文件二”，本发明装置仅将再循环烟气引入分离二次风中，使再循环烟气与空气在分离二次风管中混合，分离二次风喷口原理燃烧器中心，避免了烟气与内、外二次风的混合，保证了煤粉稳定燃烧，有利于煤粉燃尽。

②“文件二”所述燃烧器通过在一次风通道内设置一组锥环形来集中一次风粉气流中的煤粉，这并不能将煤粉完全集中在燃烧器中心送入炉膛。对比“文件二”，本发明采用一次风管将煤粉完全集中在燃烧器中心送入炉膛，使得喷入炉内的煤粉集中在高温中心回流区，不仅延长了煤粉在高温回流区的停留时间，有利于煤粉的燃尽，同时煤粉浓度高有利于着火，着火热降低，着火时间提前，也能够延长煤粉在高温回流区的停留时间。

③Saacke生产的CONOx-UCC燃烧器将高浓度煤粉气流环形给入炉内，在旋转的内二次风的导向作用下煤粉气流迅速向外二次风区域扩开，与旋转的外二次风混合，二次风风温低导致煤粉着火推迟，炉内停留时间缩短，并且长时间处于低温二次风中不利于煤粉的燃尽。对比扎克燃烧器，本发明装置将一次风管布置在燃烧器中心，一次风管将煤粉完全集中在燃烧器中心送入炉膛，使得喷入炉内的煤粉全部集中在高温中心回流区，延长了煤粉在高温回流区的停留时间，有利于煤粉的燃尽。

4煤种适应性广

本发明在各级二次风管及再循环烟气管道上分别安装有阀门，阀门可调节各级二次风管及再循环烟气管道的开度以合理分配送入各级二次风管的空气与送入炉内的再循环烟气的比例，能够针对不同的煤质及锅炉负荷选取合适的空气及烟气量送入炉内，有效地增强了锅炉的煤种适应性及负荷调节范围。

附图说明

图1是工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器的结构示意图，

图2是图1中旋流煤粉燃烧器1和多个分离二次风喷口管2安装在卧式锅炉的锅炉炉膛前墙8上的A向视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器，它包括旋流煤粉燃烧器1、再循环烟气管道6、再循环风机7、分离二次风空气管道阀门4-1、第一燃烧器二次风空气管道9、第二燃烧器二次风空气管道10、分离二次风空气管道11、两个燃烧器二次风空气管道阀门4、多个分离二次风喷口管2和多个分离二次风旋流器3；第一燃烧器二次风空气管道9和第二燃烧器二次风空气管道10上分别安装有一个燃烧器二次风空气管道阀门4，分离二次风空气管道11上安装有分离二次风空气管道阀门4-1，旋流煤粉燃烧器1安装在卧式锅炉的锅炉炉膛前墙8的中心位置，第一燃烧器二次风空气管道9、第二燃烧器二次风空气管道10和分离二次风空气管道11分别与旋流煤粉燃烧器1连通，再循环烟气管道6的一端与分离二次风空气管道11侧壁连通，再循环烟气管道6的另一端与再循环风机7连通，分离二次风空气管道11上安装有多个分离二次风喷口管2，每个分离二次风喷口管2的一端与分离二次风空气管道11的侧壁连通，每个分离二次风喷口管2的另一端分别与卧式锅炉的锅炉炉膛前墙8连通，且每个分离二次风喷口管2内分别对应安装有一个分离二次风旋流器3。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器，旋流煤粉燃烧器1包括一次风管1-1、旋流内二次风管1-2、旋流外二次风管1-3、内二次旋流叶片1-4和外二次旋流叶片1-5，一次风管1-1、旋流内二次风管1-2和旋流外二次风管1-3由内向外依次同轴套装设置，一次风管1-1和旋流内二次风管1-2之间安装有内二次旋流叶片1-4，旋流内二次风管1-2和旋流外二次风管1-3之间安装有外二次旋流叶片1-5，一次风管1-1的长度值、旋流内二次风管1-2的长度值和旋流外二次风管1-3的长度值逐渐减小，内二次旋流叶片1-4和外二次旋流叶片1-5既可以采用轴向旋流叶片也可以采用切向旋流叶片。内二次旋流叶片1-4、外二次旋流叶片1-5和分离二次风旋流器3中叶片角度均可调，其它方法与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器，一次风管1-1、旋流内二次风管1-2和旋流外二次风管1-3上分别安装有一个二次风空气管道，位于旋流外二次风管1-3上的二次风空气管道的侧壁上均布倾斜安装有多个分离二次风喷口管2，且多个分离二次风喷口管2由二次风空气管道至卧式锅炉的锅炉炉膛前墙8为渐扩形分散设置，且每个分离二次风喷口管2的中心线与一次风管1-1的中心线所在的所成的角度为r，r的数值范围为30°-60°，可摆动的分离二次风旋流器3加大了分离二次风喷口管2的风在径向的射流范围，旋转的分离二次风在水冷壁附近形成的强烈的扰动，将高温、高灰渣浓度的烟气与炉膛内壁分隔开，减少了高温的灰渣与炉膛内壁的接触，减轻炉内结渣。同时旋转的分离二次风能够吹扫炉膛内壁，起到清灰的作用，减少炉内积灰，避免了因为受热面积灰过多而引起的结渣，并且在径向范围上的吹扫，能够有效降低水冷壁附近温度，防止水冷壁高温腐蚀。其它方法与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器，它还包括再循环烟气管道阀门5，再循环烟气管道阀门5安装在再循环烟气管道6上。其它方法与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器，旋流煤粉燃烧器1上一次风管1-1、旋流内二次风管1-2和旋流外二次风管1-3与卧式锅炉的锅炉炉膛前墙8连接端的端面均平齐设置。其它方法与具体实施方式二相同。

工作原理

1启动锅炉引风机和鼓风机进行预吹扫，调节风机至要求的炉膛负压。启动点火装置点火，燃气被点燃后，启动煤粉输送装置，煤粉在一次风的运送下经一次风管从燃烧器中心喷出，并被燃气火焰点燃。

2同时鼓风机鼓入的新鲜空气形成内二次风、外二次风，新鲜空气与再循环风机引回的再循环烟气在分离二次风管道内充分混合形成分离二次风送入燃烧器。内二次风、外二次风以及分离二次风分别在内二次风旋流叶片、外二次风旋流叶片以及分离二次风旋流器的作用下形成旋转射流，送入炉膛。

3在煤粉被点燃与燃气共燃至稳定后，关闭点火装置，完全由煤粉进行燃烧。通过各级风管道以及烟气管道阀门对内二次风、外二次风以及分离二次风进行调节，使各级二次风合理分配，同时调节分离二次风径向角度，实现不同运行条件下旋流煤粉燃烧器的低氮高效燃烧。

Claims (5)

1.工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器,其特征在于：它包括旋流煤粉燃烧器(1)、再循环烟气管道(6)、再循环风机(7)、分离二次风空气管道阀门(4-1)、第一燃烧器二次风空气管道(9)、第二燃烧器二次风空气管道(10)、分离二次风空气管道(11)、两个燃烧器二次风空气管道阀门(4)、多个分离二次风喷口管(2)和多个分离二次风旋流器(3)；第一燃烧器二次风空气管道(9)和第二燃烧器二次风空气管道(10)上分别安装有一个燃烧器二次风空气管道阀门(4)，分离二次风空气管道(11)上安装有分离二次风空气管道阀门(4-1)，旋流煤粉燃烧器(1)安装在卧式锅炉的锅炉炉膛前墙(8)的中心位置，第一燃烧器二次风空气管道(9)、第二燃烧器二次风空气管道(10)和分离二次风空气管道(11)分别与旋流煤粉燃烧器(1)连通，再循环烟气管道(6)的一端与分离二次风空气管道(11)侧壁连通，再循环烟气管道(6)的另一端与再循环风机(7)连通，分离二次风空气管道(11)上安装有多个分离二次风喷口管(2)，每个分离二次风喷口管(2)的一端与分离二次风空气管道(11)的侧壁连通，每个分离二次风喷口管(2)的另一端分别与卧式锅炉的锅炉炉膛前墙(8)连通，且每个分离二次风喷口管(2)内分别对应安装有一个分离二次风旋流器(3)。

2.根据权利要求1所述工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器,其特征在于：旋流煤粉燃烧器(1)包括一次风管(1-1)、旋流内二次风管(1-2)、旋流外二次风管(1-3)、内二次旋流叶片(1-4)和第二旋流叶片(1-5)，一次风管(1-1)、旋流内二次风管(1-2)和旋流外二次风管(1-3)由内向外依次同轴套装设置，一次风管(1-1)和旋流内二次风管(1-2)之间安装有内二次旋流叶片(1-4)，旋流内二次风管(1-2)和旋流外二次风管(1-3)之间安装有第二旋流叶片(1-5)。

3.根据权利要求2所述工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器,其特征在于：一次风管(1-1)、旋流内二次风管(1-2)和旋流外二次风管(1-3)上分别安装有一个二次风空气管道，位于旋流外二次风管(1-3)上的二次风空气管道的侧壁上均布倾斜安装有多个分离二次风喷口管(2)，且多个分离二次风喷口管(2)由二次风空气管道至卧式锅炉的锅炉炉膛前墙(8)为渐扩形分散设置，且每个分离二次风喷口管(2)的中心线与一次风管(1-1)的中心线所在的所成的角度为r，r的数值范围为30°-60°。

4.根据权利要求1所述工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器,其特征在于：它还包括再循环烟气管道阀门(5)，再循环烟气管道阀门(5)安装在再循环烟气管道(6)上。

5.根据权利要求2所述工业煤粉锅炉采用烟气再循环的宽调节比旋流煤粉燃烧器,其特征在于：旋流煤粉燃烧器(1)上一次风管(1-1)、旋流内二次风管(1-2)和旋流外二次风管(1-3)与卧式锅炉的锅炉炉膛前墙(8)连接端的端面均平齐设置。