CN109654485A - 一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置 - Google Patents

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张绍峰
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Abstract

一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置，它涉及工业煤粉锅炉燃烧装置领域。本发明解决了现有的工业煤粉锅炉存在NOx排放量高、结渣严重、飞灰可燃物含量高以及燃烧稳定性差的问题。本发明的旋流煤粉燃烧器通过预燃室与锅炉连接，内侧烟气再循环风管、内二次风管、外侧烟气再循环风管和外二次风管从内向外依次同轴套设在一次风管上且其内部均安装有旋流器，内侧烟气再循环风管和外侧烟气再循环风管入口分别与再循环烟气管道连接，再循环烟气管道入口端设置再循环风机，分离二次风喷口入口端与再循环烟气管道和外二次风管连接，分离二次风喷口出口端与锅炉连接。本发明用于强化分级燃烧，降低氮氧化物的浓度。

Description

一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置
技术领域
本发明涉及工业煤粉锅炉燃烧装置领域,具体涉及一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置。
背景技术
目前，我国的主要用煤设备集中在电站锅炉和工业煤粉锅炉，其中工业煤粉锅炉接近60万台，年消耗煤炭约6.4亿吨。随着中小型工业煤粉锅炉配套体系的不断完善，工业煤粉锅炉的技术越来越成熟，但受限于炉膛尺寸及燃烧方式的问题，中小型工业煤粉锅炉的NOx排放量大、易结渣、飞灰可燃物含量高等问题在日益严格的污染物治理和排放标准上愈发凸显出来。
针对中小型煤粉工业锅炉的应用及研究，德国和法国做了大量的工作。德国典型的技术有直吹式HM系列锅炉、中储式Dr.Schoppe锅炉和Saacke锅炉燃烧设备等；法国Pillard在低氮煤粉燃烧器相关技术上有独具特色的研究。其中Saacke公司专门为中国煤电及供热领域研发出了超低排放煤粉燃烧装置(以下简称CONOX UCC)，CONOX UCC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，实现空气径向分级燃烧，通过该燃烧器可在炉内形成独特的稳定短焰，同时可降低NOx生成量。
目前我国在工业煤粉锅炉上使用烟气再循环的煤粉燃烧装置，例如发明专利《一种工业煤粉锅炉烟气再循环低氮燃烧方法和***》(申请号为201610614713.6、申请公布日为2016年12月21日、申请公布号为CN106247368A，下称“文件一”)经再循环风机抽取一部分烟气作为循环烟气先与一部分高温二次风混合，再与携带煤粉的一次风混合进入炉膛进行燃烧；实用新型专利《一种烟气再循环和再燃技术协同作用的低氮燃烧***》(申请号为201320606708.2、授权公告日为2014年04月16日、授权公告号为CN203549796U，下称“文件二”)公开了一种针对煤粉炉的烟气再循环与再燃技术相结合的低氮燃烧***，该***利用再循环烟气将超细煤粉仓中的超细煤粉吹入炉膛，达到还原NOx的目的；发明专利《一种采用烟气再循环的中心给粉“Ω”形工业煤粉锅炉》(申请号为201710860350.9、申请公布日为2018年01月19日、申请公布号为CN107606606A，下称“文件三”)设计了一款一次风管、直流二次风管、旋流内二次风管和旋流外二次风管由内至外依次同心圆设置的旋流煤粉燃烧器。
工业煤粉锅炉在我国适用的区域分布广泛，因此也不可避免的带来了其煤种适应性问题，同时随着国家日益严格的节能减排政策，对工业煤粉锅炉的NOx排放限制越来越高，因此针对工业煤粉锅炉设计一款煤种适用范围广且具有高效低NOx燃烧性能的燃烧器是最经济、合理的方法。
综上所述，现有的工业煤粉锅炉存在NOx排放量高、结渣严重、飞灰可燃物含量高以及燃烧稳定性差的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的工业煤粉锅炉存在NOx排放量高、结渣严重、飞灰可燃物含量高以及燃烧稳定性差的问题，进而提供一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置。
本发明的技术方案是：
一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置，它包括煤粉燃烧***和烟气再循环***，煤粉燃烧***包括旋流煤粉燃烧器、预燃室和多个分离二次风喷口，旋流煤粉燃烧器通过预燃室8与锅炉连接，旋流煤粉燃烧器包括一次风管、内侧烟气再循环风管、内二次风管、外侧烟气再循环风管、外二次风管和多个旋流器，内侧烟气再循环风管、内二次风管、外侧烟气再循环风管和外二次风管从内向外依次同轴套设在一次风管上，内侧烟气再循环风管、内二次风管、外侧烟气再循环风管和外二次风管的内部均安装有旋流器，烟气再循环***包括多个再循环烟气管道阀门、多个再循环烟气支管道、多个二次风空气管道阀门、再循环烟气管道和再循环风机，内侧烟气再循环风管和外侧烟气再循环风管的入口分别通过再循环烟气支管道与再循环烟气管道连接，再循环烟气管道的入口端设置再循环风机，多个分离二次风喷口沿圆周方向均匀布置在预燃室***，多个分离二次风喷口的入口端通过再循环烟气支管道与再循环烟气管道和外二次风管连接，多个分离二次风喷口的出口端与锅炉连接，每个再循环烟气支管道上设置再循环烟气管道阀门，内二次风管、外二次风管和多个分离二次风喷口的入口端均设置二次风空气管道阀门。
进一步地，所述锅炉为卧式锅炉，旋流煤粉燃烧器通过预燃室连接布置在卧式锅炉的前墙上。
进一步地，所述锅炉为立式锅炉，旋流煤粉燃烧器通过预燃室连接布置在立式锅炉的炉顶上。
进一步地，多个分离二次风喷口的中心线与一次风管的轴线呈一固定的角度，β＝0～60°。
进一步地，多个分离二次风喷口包括多个内层分离二次风喷口和多个外层分离二次风喷口，多个内层分离二次风喷口与多个外层分离二次风喷口均匀交错布置。
进一步地，预燃室由耐热钢卷制而成，内衬耐火材料。
进一步地，预燃室入口端直径为外二次风管外径的1.5～3倍，预燃室长度为外二次风管外径的0.8～2倍。
进一步地，预燃室的入口端到出口端之间具备一定的扩展角，α＝0～10°。
进一步地，每个旋流器上设有旋流器调节手柄。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明有利于降低NOx生成量：本发明所述的用于工业煤粉锅炉的采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置中，旋流燃烧器一次风管与内二次风管之间设有环形内侧烟气再循环风管，内二次风管与外二次风管之间设有环形外侧烟气再循环风管，推迟了一次风与内二次风的混合以及内二次风与外二次风的混合，因此强化了预燃室内空气径向分级燃烧的效果；分离二次风分为内外两层，在进入炉膛前的先与再循环烟气于风管中混合，两层分离二次风喷***错布置，逐层向炉膛中心射入，进一步强化了炉膛内的分级燃烧程度，该装置实现空气分级燃烧，有效的抑制了NOx的生成。
对比CONOX UCC，本发明所述的用于工业煤粉锅炉的采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置在中心直流一次风外侧依次布置环形内侧再循环烟气、环形内二次风、环形外侧再循环烟气及环形外二次风，强化了煤粉的径向分级燃烧，有利于减少NOx的生成。
“文件一”所述低氮燃烧方法和***是在再循环风机中抽取一部分烟气作为循环烟气先与一部分高温二次风混合，再与携带煤粉的一次风混合进入炉膛进行燃烧，该装置通过控制循环烟气量很好的控制了进入燃烧器的一次风的风温及含氧量，有利于煤粉着火稳定性的提高，但是其旋流燃烧器***未分层设置环形二次风，产生径向分级燃烧的效果较差，形成的低氮燃烧效果有限。对比“文件一”，本发明所述的用于工业煤粉锅炉的采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置在中心一次风***依次布置环形内侧再循环烟气、环形内二次风、环形外侧再循环烟气及环形外二次风，该结构有利于一次风中煤粉的径向分级燃烧。
对比“文件三”，本发明燃烧装置设有预燃室，有利于中心回流区的形成，回流区大延长了煤粉气流在中心还原性气氛中的停留时间，有利于减少NOx的生成。
2、本发明有利于增加火焰的稳定性和燃烧强度：本发明所述的用于工业煤粉锅炉的采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置中，预燃室的入口端到出口端之间具备一定的扩展角α，α＝0～10°，在预燃室扩展角α的作用下，煤粉气流容易形成高温烟气回流区，煤粉气流着火后，反向回流到燃烧器出口附近，进一步参与燃烧反应，增强了火焰的稳定性和燃烧强度。再循环烟气分为内侧再循环烟气和外侧再循环烟气，并分层射入预燃室，现场可根据预燃室内煤粉燃烧情况调节内侧再循环烟气和外侧再循环烟气的射入量及旋流强度，从而调节炉内燃烧中心位置，改善炉内火焰充满情况，进而增强火焰的稳定性和燃烧强度。
对比“文件三”，本发明所述的用于工业煤粉锅炉的采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置设有预燃室和旋流器调节手柄，在预燃室形成高温回流区，有利于煤粉气流着火，根据锅炉的运行情况实时调整旋流器调节手柄进行配风调节，从而增强燃烧的稳定性和强度。
3、本发明有利于避免预燃室壁面结渣：本发明所述的用于工业煤粉锅炉的采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置最内侧风管为直流一次风，其外侧依次为环形内侧旋流再循环烟气、环形内旋流二次风、环形外侧旋流再循环烟气及环形外旋流二次风，煤粉在预燃室中心燃烧，同时利用再循环烟气控制预燃室内温度，避免结渣。该结构可以避免直流煤粉对预燃室壁面的磨损及煤粉和灰渣的沉积，从而为预燃室长期运行创造了条件。
CONOX UCC由内向外分级风依次布置为中心旋流二次风、环形直流一次风、环形旋流二次风及均匀间隔布置的直流三次风，该结构的布置，容易使环形直流一次风在中心旋流二次风的作用下发生离心效果，向***扩散，进而导致一次风中的煤粉冲刷、磨损预燃室壁面，造成预燃室壁面上煤粉及灰渣的沉积。对比CONOX UCC，本发明的直流一次风布置在旋流煤粉燃烧器中心，外侧依次布置为环形内侧旋流再循环烟气、环形内旋流二次风、环形外侧旋流再循环烟气及环形外旋流二次风，该结构很好的将中心直流一次风集中在预燃室中心区域，由于外侧各层再循环烟气和二次风的阻隔，避免了将一次风中煤粉甩到预燃室8壁面的可能，有利于避免预燃室壁面上煤粉的沉积及结渣。
附图说明
图1是本发明应用在卧式锅炉上的结构示意图；
图2是本发明应用在立式锅炉上的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置，它包括煤粉燃烧***和烟气再循环***，煤粉燃烧***包括旋流煤粉燃烧器1、预燃室8和多个分离二次风喷口7，旋流煤粉燃烧器1通过预燃室8与锅炉10连接，旋流煤粉燃烧器1同轴设置在预燃室8的前端，旋流煤粉燃烧器1出口与预燃室8内壁平齐(即一次风管1-1、内侧烟气再循环风管1-2、内二次风管1-3、外侧烟气再循环风管1-4、外二次风管1-5的出口均与预燃室8内壁平齐)，旋流煤粉燃烧器1包括一次风管1-1、内侧烟气再循环风管1-2、内二次风管1-3、外侧烟气再循环风管1-4、外二次风管1-5和多个旋流器1-6，内侧烟气再循环风管1-2、内二次风管1-3、外侧烟气再循环风管1-4和外二次风管1-5从内向外依次同轴套设在一次风管1-1上，内侧烟气再循环风管1-2、内二次风管1-3、外侧烟气再循环风管1-4和外二次风管1-5的内部均安装有旋流器1-6，所述一次风管1-1内输送高浓度煤粉气流；烟气再循环***包括多个再循环烟气管道阀门2、多个再循环烟气支管道3、多个二次风空气管道阀门4、再循环烟气管道5和再循环风机6，内侧烟气再循环风管1-2和外侧烟气再循环风管1-4的入口分别通过再循环烟气支管道3与再循环烟气管道5连接，再循环烟气管道5的入口端设置再循环风机6，多个分离二次风喷口7沿圆周方向均匀布置在预燃室8***，多个分离二次风喷口7的入口端通过再循环烟气支管道3与再循环烟气管道5和外二次风管1-5连接，多个分离二次风喷口7的出口端与锅炉10连接，每个再循环烟气支管道3上设置再循环烟气管道阀门2，内二次风管1-3、外二次风管1-5和多个分离二次风喷口7的入口端均设置二次风空气管道阀门4。
本发明的一次风管1-1与内二次风管1-3之间设有内侧烟气再循环风管1-2，内二次风管1-3和外二次风管1-5之间设有外侧烟气再循环风管1-4，推迟了一次风与内二次风的混合以及内二次风与外二次风的混合，因此强化了预燃室8内空气径向分级燃烧的效果。
本发明设有预燃室8，有利于中心回流区的形成，回流区大延长了煤粉气流在中心还原性气氛中的停留时间，有利于减少NOx的生成。
本发明的再循环烟气分为内侧再循环烟气和外侧再循环烟气，内侧再循环烟气和外侧再循环烟气分别通过内侧烟气再循环风管1-2和外侧烟气再循环风管1-4分层射入预燃室8，现场可根据预燃室8内煤粉燃烧情况调节内侧再循环烟气和外侧再循环烟气的射入量及旋流强度，从而调节炉内燃烧中心位置，改善炉内火焰充满情况，进而增强火焰的稳定性和燃烧强度。
本发明的最内侧风管为直流一次风，其外侧依次为环形内侧旋流再循环烟气、环形内旋流二次风、环形外侧旋流再循环烟气及环形外旋流二次风，煤粉在预燃室8中心燃烧，同时利用再循环烟气控制预燃室8内温度，避免结渣。该结构可以避免直流煤粉对预燃室8壁面的磨损及煤粉和灰渣的沉积，从而为预燃室8长期运行创造了条件。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述锅炉10为卧式锅炉，旋流煤粉燃烧器1通过预燃室8连接布置在卧式锅炉的前墙9上。如此设置，所述多个分离二次风喷口7入口端接入二次风和再循环烟气，所述多个分离二次风喷口7出口端设置在卧式锅炉的前墙9上。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的所述锅炉10为立式锅炉，旋流煤粉燃烧器1通过预燃室8连接布置在立式锅炉的炉顶11上。如此设置，所述多个分离二次风喷口7入口端接入二次风和再循环烟气，所述多个分离二次风喷口7出口端设置在立式锅炉的炉顶11上。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的多个分离二次风喷口7的中心线与一次风管1-1的轴线呈一固定的角度β，β＝0～60°。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的多个分离二次风喷口7包括多个内层分离二次风喷口和多个外层分离二次风喷口，多个内层分离二次风喷口与多个外层分离二次风喷口均匀交错布置。如此设置，分离二次风分为内外两层，在进入炉膛前先与再循环烟气于风管中混合，内、外两层分离二次风喷***错布置，逐层向炉膛中心射入，进一步强化了炉膛内的分级燃烧程度，该装置实现空气分级燃烧，有效的抑制了NOx的生成。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的预燃室8由耐热钢卷制而成，内衬耐火材料。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的预燃室8入口端直径为外二次风管1-5外径的1.5～3倍，预燃室8长度为外二次风管1-5外径的0.8～2倍。如此设置，所述预燃室8长径比(预燃室8长度与入口端直径之比)和直径比(预燃室8直径与旋流器1-6直径之比)可根据设计煤种做出相应的调节，根据实验发现，贫煤型预燃室燃烧器的长径比和直径比分别为1.7～2.2、2.0～2.8，烟煤型预燃室燃烧器的长径比和直径比分别为1.0～1.2、1.7～2.0，针对不同煤种调节预燃室长径比和直径比，以达到最佳的燃烧效果。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的预燃室8的入口端到出口端之间具备一定的扩展角α，α＝0～10°。如此设置，在预燃室8扩展角α的作用下，煤粉气流容易形成高温烟气回流区，煤粉气流着火后，反向回流到旋流煤粉燃烧装置出口附近，进一步参与燃烧反应，增强了火焰的稳定性和燃烧强度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
具体实施方式九：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的每个旋流器1-6上设有旋流器调节手柄1-7。如此设置，在预燃室8形成高温回流区，有利于煤粉气流着火，根据锅炉10的运行情况实时调整旋流器调节手柄1-7进行配风调节，从而增强燃烧的稳定性和强度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。

Claims (9)

1.一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置，它包括煤粉燃烧***和烟气再循环***，其特征在于：煤粉燃烧***包括旋流煤粉燃烧器(1)、预燃室(8)和多个分离二次风喷口(7)，旋流煤粉燃烧器(1)通过预燃室(8)与锅炉(10)连接，旋流煤粉燃烧器(1)包括一次风管(1-1)、内侧烟气再循环风管(1-2)、内二次风管(1-3)、外侧烟气再循环风管(1-4)、外二次风管(1-5)和多个旋流器(1-6)，内侧烟气再循环风管(1-2)、内二次风管(1-3)、外侧烟气再循环风管(1-4)和外二次风管(1-5)从内向外依次同轴套设在一次风管(1-1)上，内侧烟气再循环风管(1-2)、内二次风管(1-3)、外侧烟气再循环风管(1-4)和外二次风管(1-5)的内部均安装有旋流器(1-6)，烟气再循环***包括多个再循环烟气管道阀门(2)、多个再循环烟气支管道(3)、多个二次风空气管道阀门(4)、再循环烟气管道(5)和再循环风机(6)，内侧烟气再循环风管(1-2)和外侧烟气再循环风管(1-4)的入口分别通过再循环烟气支管道(3)与再循环烟气管道(5)连接，再循环烟气管道(5)的入口端设置再循环风机(6)，多个分离二次风喷口(7)沿圆周方向均匀布置在预燃室(8)***，多个分离二次风喷口(7)的入口端通过再循环烟气支管道(3)与再循环烟气管道(5)和外二次风管(1-5)连接，多个分离二次风喷口(7)的出口端与锅炉(10)连接，每个再循环烟气支管道(3)上设置再循环烟气管道阀门(2)，内二次风管(1-3)、外二次风管(1-5)和多个分离二次风喷口(7)的入口端均设置二次风空气管道阀门(4)。
2.根据权利要求1所述的一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置，其特征在于：所述锅炉(10)为卧式锅炉，旋流煤粉燃烧器(1)通过预燃室(8)连接布置在卧式锅炉的前墙(9)上。
3.根据权利要求1所述的一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置，其特征在于：所述锅炉(10)为立式锅炉，旋流煤粉燃烧器(1)通过预燃室(8)连接布置在立式锅炉的炉顶(11)上。
4.根据权利要求2或3所述的一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置，其特征在于：多个分离二次风喷口(7)的中心线与一次风管(1-1)的轴线呈一固定的角度β，β＝0～60°。
5.根据权利要求4所述的一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置，其特征在于：多个分离二次风喷口(7)包括多个内层分离二次风喷口和多个外层分离二次风喷口，多个内层分离二次风喷口与多个外层分离二次风喷口均匀交错布置。
6.根据权利要求2或3所述的一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置，其特征在于：预燃室(8)由耐热钢卷制而成，内衬耐火材料。
7.根据权利要求6所述的一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置，其特征在于：预燃室(8)入口端直径为外二次风管(1-5)外径的1.5～3倍，预燃室(8)长度为外二次风管(1-5)外径的0.8～2倍。
8.根据权利要求7所述的一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置，其特征在于：预燃室(8)的入口端到出口端之间具备一定的扩展角α，α＝0～10°。
9.根据权利要求8所述的一种采用烟气再循环及预燃室的旋流煤粉燃烧装置，其特征在于：每个旋流器(1-6)上设有旋流器调节手柄(1-7)。
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