CN112212310A - 煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置 - Google Patents

煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置 Download PDF

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Abstract

本发明为一种煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置，在煤粉炉燃烧器内置同轴的稳燃装置，其前端伸入炉内、后端与煤粉炉燃烧器后端固定，稳燃装置至少包含同轴设置的第一至第四管体，高温炉烟进入第一管体，第二管体套设于第一管体之外形成第一环腔，第三管体套设于第二管体外形成与第一管体连通的第二环腔，第三管体后端内插设第四管体，二者之间形成第三异径环腔，第四管体内为第一环腔连通的冷却风流动腔，第二环腔的前端出口处设置稳燃锥，本发明通过改进型射气抽气器实现燃烧器火焰中心部分高温炉烟炉外再循环，整体可靠性高、造价及维护费用低，用锅炉燃煤自身热量实现预混燃烧，节能效果显著。

Description

煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置
技术领域
本发明涉及锅炉燃烧***，属于动力工程领域。
背景技术
对于调峰火电机组来讲，其能够调峰的能力取决于机组的最小负荷与最大负荷之比，而其关键又在于锅炉低负荷稳燃能力。
用于电站的炉型主力为煤粉炉，其次为循环流化床锅炉。
循环流化床锅炉由于炉膛内灰渣蓄热量大，入炉煤易于着火，因而低负荷稳燃能力大大高于煤粉炉，最低不投油稳燃负荷基本能够稳定在25%BMCR左右。
煤粉炉厂家承诺的最低不投油稳燃负荷35%BMCR实现起来已很费力，如要达到或超越循环流化床锅炉水平，需要新的理论及技术创新才能实现。
煤粉锅炉低负荷稳燃目前采用的主要方式为柴油助燃及高温等离子体助燃，两种助燃方式都是通过外配优质能源实现。
煤粉锅炉柴油助燃先期采用二次风喷口内置大油枪技术，该技术油耗高，后来改置于一次风喷口内，由于油燃烧后，直接与煤粉气流接触，能量利用率高，节油约80%，在微油助燃出现后，又比一次风内置油枪节油80%。为适应锅炉深度调峰要求，锅炉每天都需要长时间投入小油枪，由于柴油价格大大高于煤炭，燃油费用仍居高不下。
等离子助燃功率受限，除存在点火煤燃尽率低、锅炉尾部受热面（特别是空预器）积碳严重问题外，还存在阴极头设计寿命短（50小时）、需频繁更换问题，否则随时会发生故障，进而导致锅炉灭火，故障后不但失去稳燃功效，还会威胁机组安全运行。
热烟气再循环也有益于助燃，目前烟气再循环技术有两种：
第一种是内循环，有不少燃烧器对喷口进行合理设计，使烟气在喷口附近产生回流区，让回流的烟气与新鲜的燃料空气混合，具有一定的稳燃效果，同时降低NOX排放。产生回流区的方法一般是利用燃烧器出口的旋流，然而，实际上由于旋流强度弱、形成的负压不够高，因此内循环的烟气量很少，稳燃及降低NOX排放效果很有限，目前一般只能作为辅助手段使用；
第二种是外循环，该循环就是通过烟气管道将锅炉尾部烟气引入燃烧器入口，一方面提高风粉温度，因着火热降低，故对稳燃有利，另一方面，由于风粉含氧量降低，燃烧时必会降低温度型NOX产生量。该技术易于实施，循环量可控，缺点是高温耐磨风机造价及维护费用高。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置，通过改进型射气抽气器实现燃烧器火焰中心部分高温炉烟炉外再循环，整体可靠性高、造价及维护费用低，用锅炉燃煤自身热量实现预混燃烧，节能效果显著。
本发明所采用的技术手段如下。
一种煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置，在煤粉炉燃烧器内置有同轴的稳燃装置，该稳燃装置的前端伸入炉内，该稳燃装置的后端与煤粉炉燃烧器后端固定相对位置，该稳燃装置至少包含同轴设置的第一管体、第二管体、第三管体和第四管体；所述第一管体内为高温炉烟流动腔，第二管体套设于第一管体之外，且二者之间形成第一环腔，第一环腔后端设有封口用的环状端板，该第一管体和第二管体的前端伸入炉内；第三管体套设于第二管体外，且二者之间形成第二环腔，第三管体后端内插设第四管体，且二者之间形成第三异径环腔，第四管体内设第一端板，其后侧的第四管体内形成冷却风流动腔，该第一端板上设有若干个第五管体，该第五管体将冷却风流动腔与第一环腔连通；所述高温炉烟流动腔通过若干个第五管体之间的间隙与第二环腔连通；所述第二管体外设有稳燃锥，其位于第二环腔的前端出口处。
进一步的，在第一环腔内间隔设置3个或3个以上第一导向块，使第一管体与第二管体的同心度以及安装间隙不发生变化；在第二环腔内间隔设置3个或3个以上第二导向块，使第二管体与第三管体的同心度以及安装间隙不发生变化；所述第三管体与煤粉燃烧器外壳管之间形成第四环腔，在该第四环腔内间隔设置3个或3个以上个第三导向块，使第三管体与煤粉燃烧器外壳管的同心度以及安装间隙不发生变化。
进一步的，所述第一管体的后端直径向后渐缩，所述环状端板外沿与第二管体后端连接、内沿与第一管体后端连接，所述稳燃锥前端直径大于后端直径。
进一步的，所述第四管体的外壁设置3个或3个以上环状间隔设置的定位块，该第四管体的后端环设有第四管体法兰，安装时所述第三管体的后端抵在该第四管体法兰的前端，所述定位块卡在第三管体的内壁上，使第四管体与第三管体的同心度以及安装间隙不发生变化，所述第四管体法兰的后端连接第二端板，第二端板的中心设有开孔，冷却风管通过该开孔与冷却风流动腔连通，第四管体的管壁内径从第一端板前向前端方向逐渐增大，直到与管壁外径相同，形成烟气导流的通道。
进一步的，向冷却风管内通入冷却风，该冷却风由热二次风与冷二次风混合而成。
进一步的，在第一管体的前端设有向远离轴线方向弯曲的导向槽，第二管体的前端与导向槽之间形成冷却风出口。
进一步的，所述第三管体上设有动力气进气口，动力气径向进入第三异径环腔并在第三异径环腔内增速降压后进入第二环腔。
进一步的，所述动力气为低压蒸汽或压缩空气。
进一步的，稳燃装置整体在煤粉炉燃烧器内轴向自由滑动且同时仍保持煤粉炉燃烧器尾端的密封。
进一步的，第一管体的内壁、第二管体的外壁、环状端板的后侧面、第五管体的外壁、第三管体的内壁、第一端板的前侧面附有耐磨耐火绝热层。
本发明所产生的有益效果如下。
1、本发明利用低压蒸汽或压缩空气作为动力源，通过改进型射气抽气器实现燃烧器火焰中心部分高温炉烟炉外再循环，即引射动力气带动高温烟气在煤粉燃烧器点火前使用对经分离的浓相混合煤粉气流进行斜吹稳燃，而后共同作为入炉煤粉点火源，装置整体可靠性高、造价及维护费用低，用锅炉燃煤自身热量实现预混燃烧，节能效果显著。
2、本发明自然形成烟气热环，热环与空气+煤粉的混合气流接触面积大，热利用率高，初步计算表明，对于600MW锅炉，单只燃烧器仅需耗费压力0.8MPa低压蒸汽或压缩空气100kg/h即可实现稳燃，而采用微油稳燃时，需要轻柴油100 kg/h。
3、本发明热烟气管对周边一次风煤粉气流具有预热功能，而预热后的煤粉更易于点燃。
4、本发明在高温炉烟出口即第二环腔出口配置导流锥，将高温炉烟喷向预热后的煤粉气流，同时迫使煤粉气流产生气固分离，气体易于转向，煤粉颗粒惯性大，具有飞蛾扑火效应，从而被迅速引燃。
5、本发明的稳燃装置伸入燃烧器火焰中心抽取高温烟气的管道为第一管体和第二管体组成的金属套管，其内的第一环腔内有流动的冷却风，可有效避免火焰对管体造成的影响、避免金属管道长时间运行超温。与高温炉烟接触的管内壁或外壁上附有耐磨耐火绝热层，以减少烟气降温。金属套管、冷却风、耐磨耐火绝热层的组合使用，可以平衡高温炉烟与管体温度的情况，避免管体损坏也可保持稳燃装置的运行温度。
6、大量资料表明烟气再循环有利于降低NOX排放值，这是由于惰性气体可以降低火焰中心氧气浓度，进而降低燃烧峰值温度，对于本发明，这只是一有益的副产物。
7、本发明即可用于新建锅炉，也方便用于在役锅炉改造，只需满足稳燃器***及抽出空间要求及配置煤粉浓淡分离分配装置，在外空间不满足要求时，可利用炉内空间进行装卸。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1中的A-A截面结构示意图。
图3为图1中的B-B截面结构示意图。
图4为图1中圆圈C的放大结构示意图。
图5为图1中圆圈D的放大结构示意图。
图6为图1中圆圈E的放大结构示意图。
具体实施方式
本发明是一种煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置。定义混合气体向炉内喷射端为前端，另一端为后端，这样的定义方式仅为了本发明在描述过程中便于说明，而非对前后顺序做出限定。
本发明在煤粉炉燃烧器内置有同轴的稳燃装置，该稳燃装置的前端伸入炉内，该稳燃装置的后端与煤粉炉燃烧器后端固定相对位置。
如图1所示，稳燃装置至少包含同轴设置的第一管体1、第二管体2、第三管体3和第四管体4。
结合图1、图2及图4所示，第一管体1内为高温炉烟流动腔10，第一管体1的后端直径向后渐缩，其后端部为第一管体出口11。
第二管体2套设于第一管体1之外，且二者之间形成第一环腔20，在第二管体2的后端连接有封口用的环状端板21，该环状端板21外沿与第二管体2连接，该环状端板21内沿与第一管体1连接，环状端板21上预设复数个第一环腔开孔22。如图6所示在第一管体1前端设有向远离轴线方向弯曲的导向槽12，第二管体2的入口端与导向槽12形成冷却风出口24，需要说明的是，该导向槽12根据实际燃煤种类选择性设置，当燃用易结焦煤种时不设导向槽12。第一管体1和第二管体2的前端都在炉内，且***炉内有一定长度，在火焰中心抽取高温烟气。
第三管体3套设于第二管体2之外，且二者之间形成第二环腔30。第二管体2外设有稳燃锥23，其位置在第三管体3的前端，即位于第二环腔30的出口处，该稳燃锥23前端直径大于后端直径。
结合图1和图4所示，在第三管体3的后端开口处插设第四管体4，该第四管体4的外壁设有3个或3个以上环状间隔设置的定位块41，图示实施例的第四管体4外壁上设有凸起部，定位块41设置于凸起部的最高处，基于前述结构，第三管体3与第四管体4之间形成第三异径环腔40。第四管体4的后端环设有第四管体法兰42，安装时上述第三管体3的后端抵在该第四管体法兰42的前端，定位块41刚好卡在第三管体3的内壁上，使第四管体4与第三管体3的同心度以及安装间隙保持一致。
结合图3和图4所示，第四管体4内中部偏前端设第一端板43，该第一端板43上设有环状均匀布置的第一端板开孔431，该第一端板开孔431的位置和个数与第一环腔开孔22一一对应，且每组一一对应的2个孔之间通过第五管体5连接。第四管体法兰42的后端连接第二端板45，第四管体4、第一端板43、第二端板45之间形成冷却风流动腔44。第二端板45的中心设有开孔，冷却风管7通过该开孔与冷却风流动腔44连通，向冷却风管7通入冷却风，冷却风进入冷却风流动腔44后通过第五管体5进入第一环腔20，且冷却风不会进入其他腔体。冷却风采用温度可调二次风，由热二次风与冷二次风混合而成。
在第三管体3的后端还设有动力气进气口，其位于如图1所示的第三管体3上相对定位块41和第四管体法兰42之间位置为最佳，该动力气进气口连接动力气进气管31，可选用低压蒸汽或压缩空气作为动力气。
上述稳燃装置整体同轴的内置于煤粉燃烧器内，其后端通过法兰与煤粉燃烧器固定。
具体来说，在上述第三管体3外套设有同轴的煤粉燃烧器外壳管6，其前端为广口设置，该煤粉燃烧器外壳管6与第三管体3之间形成第四环腔60，煤粉燃烧器外壳管6的后端设有法兰盖61，该法兰盖61将第四环腔60的后端封闭，同时连接稳燃装置后端与燃烧器后端以及固定二者的相对位置，在煤粉燃烧器外壳管6的后端预设有混合气入口62，其用于通入一次风粉，其为一次风与待燃煤粉的混合气。
如图5所示，在第一环腔20内根据需要设置第一导向块81，其用于保证第一管体1与第二管体2的同心度以及安装间隙不发生变化，其可以连接在第一管体1的外壁或第二管体2的内壁上。在第二环腔30内根据需要设置第二导向块82，其用于保证第二管体2与第三管体3的同心度以及安装间隙不发生变化，其可以连接在第二管体2的外壁或第三管体3的内壁上。在第四环腔60内设置第三导向块83，用于保证第三管体3与煤粉燃烧器外壳管6的同心度以及安装间隙不发生变化，其可以连接在第三管体3的外壁或煤粉燃烧器外壳管6的内壁上。
上述第一管体1和第二管体2采用金属管，以便于冷却风对金属管进行适当的降温，避免管体因高温损坏。同时在第一管体1的内壁、第二管体2的外壁、环状端板21的后侧面、第五管体5的外壁、第三管体3的内壁、第一端板43的前侧面等与高温烟气接触的表面附有耐磨耐火绝热层，以减少含尘高温炉烟的对接触面的磨损。上述金属套管、冷却风、耐磨耐火绝热层的组合使用，可以平衡高温炉烟与管体温度的情况，避免管体损坏也可保持稳燃装置的运行温度。
射气抽气器为高温烟气回流提供动力，常规射气抽气器结构不满足本发明要求，为此需进行改进，第三管体3相当于内径值固定的射气抽气器外管，第四管体4相当于可选用不同外径的射气抽气器内管。
为了保证高温炉烟可以稳定的进入第一管体1内，整体稳燃装置在煤粉炉燃烧器内轴向自由滑动且同时仍保持煤粉炉燃烧器尾端的密封，以将第一管体1位于炉内的进烟口与燃烧部分拉开一定的距离，避免火焰与进烟相互影响，具体的伸入煤粉燃烧器内的长度根据实际所使用的煤质确定。
上述稳燃装置在运行中，一次风与燃煤粉的混合煤粉气流从混合气入口62通入第四环腔60。高温炉烟从第一管体1前端进入高温炉烟流动腔10并从第一管体出口11流出，接着从相邻第五管体5之间转向进入第二环腔30。引射动力气从动力气进气管31径向进入第三异径环腔40，增速降压后进入第二环腔30向前流动，引射动力气流速由低变高的同时压力由高变低（低于混合环处高温烟气压力），从而抽吸并带动高温炉烟一并向前端流动，在第二环腔30出口按照稳燃锥23的导向倾斜的喷吹，加热并点燃浓淡分离后的浓相混合煤粉气流，实现稳燃效果。同时冷却风从冷却风管7轴向进入冷却风流动腔44并通过第五管体5进入第一环腔20，向前流动以冷却第一管体1和第二管体2，防止金属管道长时间运行超温，吸收热量后的冷却风从冷却风出口24经导向槽12改变方向喷出（不设导向槽时直接喷出），可用作煤粉燃烧空气。

Claims (10)

1.一种煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置，其特征在于，在煤粉炉燃烧器内置有同轴的稳燃装置，该稳燃装置的前端伸入炉内，该稳燃装置的后端与煤粉炉燃烧器后端固定相对位置，该稳燃装置至少包含同轴设置的第一管体（1）、第二管体（2）、第三管体（3）和第四管体（4）；
所述第一管体（1）内为高温炉烟流动腔（10），第二管体（2）套设于第一管体（1）之外，且二者之间形成第一环腔（20），第一环腔（20）后端设有封口用的环状端板（21），该第一管体（1）和第二管体（2）的前端伸入炉内；
第三管体（3）套设于第二管体（2）外，且二者之间形成第二环腔（30），第三管体（3）后端内插设第四管体（4），且二者之间形成第三异径环腔（40），第四管体（4）内设第一端板（43），其后侧的第四管体（4）内形成冷却风流动腔（44），该第一端板（43）上设有若干个第五管体（5），该第五管体（5）将冷却风流动腔（44）与第一环腔（20）连通；
所述高温炉烟流动腔（10）通过若干个第五管体（5）之间的间隙与第二环腔（30）连通；
所述第二管体（2）外设有稳燃锥（23），其位于第二环腔（30）的前端出口处。
2.如权利要求1所述的煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置，其特征在于，在第一环腔（20）内间隔设置3个或3个以上第一导向块（81），使第一管体（1）与第二管体（2）的同心度以及安装间隙不发生变化；
在第二环腔（30）内间隔设置3个或3个以上第二导向块（82），使第二管体（2）与第三管体（3）的同心度以及安装间隙不发生变化；
所述第三管体（3）与煤粉燃烧器外壳管（6）之间形成第四环腔（60），在该第四环腔（60）内间隔设置3个或3个以上个第三导向块（83），使第三管体（3）与煤粉燃烧器外壳管（6）的同心度以及安装间隙不发生变化。
3.如权利要求1所述的煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置，其特征在于，所述第一管体（1）的后端直径向后渐缩，所述环状端板（21）外沿与第二管体（2）后端连接、内沿与第一管体（1）后端连接，所述稳燃锥（23）前端直径大于后端直径。
4.如权利要求1所述的煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置，其特征在于，所述第四管体（4）的外壁设置3个或3个以上环状间隔设置的定位块（41），该第四管体（4）的后端环设有第四管体法兰（42），安装时所述第三管体（3）的后端抵在该第四管体法兰（42）的前端，所述定位块（41）卡在第三管体（3）的内壁上，使第四管体（4）与第三管体（3）的同心度以及安装间隙不发生变化，所述第四管体法兰（42）的后端连接第二端板（45），第二端板（45）的中心设有开孔，冷却风管（7）通过该开孔与冷却风流动腔（44）连通，第四管体（4）的管壁内径从第一端板（43）前向前端方向逐渐增大，直到与管壁外径相同，形成烟气导流的通道。
5.如权利要求4所述的煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置，其特征在于，向冷却风管（7）内通入冷却风，该冷却风由热二次风与冷二次风混合而成。
6.如权利要求1所述的煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置，其特征在于，在第一管体（1）的前端设有向远离轴线方向弯曲的导向槽（12），第二管体（2）的前端与导向槽（12）之间形成冷却风出口（24）。
7.如权利要求1所述的煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置，其特征在于，所述第三管体（3）上设有动力气进气口（31），动力气径向进入第三异径环腔（40）并在第三异径环腔（40）内增速降压后进入第二环腔（30）。
8.如权利要求7所述的煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置，其特征在于，所述动力气为低压蒸汽或压缩空气。
9.如权利要求8所述的煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置，其特征在于，稳燃装置整体在煤粉炉燃烧器内轴向自由滑动且同时仍保持煤粉炉燃烧器尾端的密封。
10.如权利要求1至9任一所述的煤粉炉燃烧器中心回火稳燃装置，其特征在于，第一管体（1）的内壁、第二管体（2）的外壁、环状端板（21）的后侧面、第五管体（5）的外壁、第三管体（3）的内壁、第一端板（43）的前侧面附有耐磨耐火绝热层。
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