一种大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器

摘要

一种大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器，它涉及一种中心给粉旋流煤粉燃烧器。针对采用中心给粉旋流煤粉燃烧器对老锅炉机组进行低NOx排放改造时，采用在中心给粉旋流煤粉燃烧器与水冷壁之间铺设耐火材料而导致结渣或采用对炉膛水冷壁进行改造方式存在工作量大、周期长、费用高问题。一次风通道内安装有锥形煤粉分离器，一次风通道的外侧设置有内二次风通道，内二次风通道的外侧设置有外二次风通道，一次风通道与内二次风通道之间设置有内侧低速风通道，外二次风通道的外侧设置有外侧低速风通道。本发明既能保证燃烧器具有较好的燃尽效率、稳燃能力和防止结渣能力外，还能够进一步降低炉膛出口NOx的排放量。因此，本发明更适用于老锅炉的改造。

权利要求

1.一种大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器，所述燃烧器包括一次风通道(1)、锥形煤粉分离器(2)、内二次风风门挡板(4)、内二次风通道(7)、内二次风旋流器(8)、内二次风扩口(11)、外二次风扩口(13)、外二次风通道(15)、外二次风风门挡板(6)和外二次风旋流器(19)；所述一次风通道(1)内安装有锥形煤粉分离器(2)，一次风通道(1)的外侧设置有内二次风通道(7)，内二次风通道(7)的外侧设置有外二次风通道(15)，所述内二次风通道(7)的进风口处安装有内二次风风门挡板(4)，内二次风通道(7)的出风口一端与内二次风扩口(11)的小直径端固接，内二次风通道(7)内安装有内二次风旋流器(8)，所述外二次风通道(15)的进风口处安装有外二次风风门挡板(6)，外二次风通道(15)内安装有外二次风旋流器(19)，所述内二次风扩口(11)的外侧设置有外二次风扩口(13)，所述外二次风通道(15)的出风口一端与外二次风扩口(13)的小直径端固接；其特征在于：所述燃烧器还包括内侧低速风风门挡板(3)、内侧低速风通道(5)、内侧低速风旋流器(9)、内侧低速风扩口(10)、外侧低速风扩口(14)、外侧低速风旋流器(16)、外侧低速风挡板(17)和外侧低速风通道(18)；所述一次风通道(1)与内二次风通道(7)之间设置有内侧低速风通道(5)，内二次风扩口(11)的内侧设置有内侧低速风扩口(10)，所述内侧低速风通道(5)的出风口一端与内侧低速风扩口(10)的小直径端固接，内侧低速风通道(5)内安装有内侧低速风旋流器(9)，内侧低速风通道(5)的进风口处安装有内侧低速风风门挡板(3)，所述外二次风通道(15)的外侧设置有外侧低速风通道(18)，所述外二次风扩口(13)的外侧设置有外侧低速风扩口(14)，外侧低速风通道(18)的出风口一端与外侧低速风扩口(14)的小直径端固接，外侧低速风通道(18)内安装有外侧低速风旋流器(16)，外侧低速风通道(18)的进风口处安装有外侧低速风挡板(17)。

2.根据权利要求1所述的一种大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述内侧低速风扩口(10)与一次风通道(1)中心轴线的夹角α、内二次风扩口(11)与一次风通道(1)中心轴线的夹角β、外二次风扩口(13)与一次风通道(1)中心轴线的夹角γ及外侧低速风扩口(14)与一次风通道(1)中心轴线的夹角δ均在15°-35°之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述一次风通道(1)、内侧低速风通道(5)、内二次风通道(7)、外二次风通道(15)和外侧低速风通道(18)同轴。

说明书

一种大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种中心给粉旋流煤粉燃烧器。

背景技术

[0002] 随着环保问题的日益严峻，电站锅炉对NOx排放的要求也越来越高。NOx的过量排放将造成严重的大气污染，不仅破坏环境，还会危害人类的健康。2000年9月1日执行的《中华人民共和国大气污染防治法》提出了对锅炉NOx排放治理的要求。国家环保局于2003年12月23日颁布了《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)，标准中明确规定了火电厂NOx排放量，同时我国火电机组的NOx排放量是实行零排放收费标准的。根据我国的国情，如果老锅炉机组不采取低NOx排放措施，将很难满足NOx的排放要求。

[0003] 在我国，有一大批老锅炉因结构上的缺陷，存在着NOx排放量过高的问题。要想很好的解决该问题，降低NOx排放，满足环保要求，最有效的方法之一便是在炉膛顶部安装燃尽风装置。燃尽风装置实现了炉内分级燃烧，使主燃烧区域的过量空气系数小于1，形成还原性气氛，从而抑制NOx生成，降低了NOx排放量。在炉膛顶部安装燃尽风装置后，燃烧器的二次风风量会降低30％左右。在采用中心给粉旋流煤粉燃烧器对老锅炉机组进行低NOx排放改造时，为了保证中心给粉燃烧器不因为二次风量的降低而影响到燃烧器的性能，通常会采取以下两种方案：方案一，减小燃烧器的内、外二次风喷口面积，保证燃烧器设计参数及低NOx排放和稳燃的性能。由于燃烧器的内、外二次风喷口面积的减小，燃烧器最外层喷口直径也会减小，使得中心给粉旋流煤粉燃烧器与炉膛水冷壁之间产生一定的间隙(如图1所示)，如果在不改造水冷壁12的情况下，只能在该间隙内铺设耐火材料20。铺设有耐火材料的区域相当于卫燃带，在该区域极易形成结渣，严重的结渣会影响到锅炉的安全稳定运行；方案二，依然采用减小燃烧器的内、外二次风喷口面积的方法，来保证燃烧器设计参数及低NOx排放和稳燃的性能。同时，为了实现燃烧器喷口与炉膛水冷壁之间很好的连接，对炉膛水冷壁进行改造，减小炉膛水冷壁开孔直径。但是，改造水冷壁的工作量大、周期长及费用高，还可能影响到锅炉水循环的安全性。因此采用中心给粉旋流煤粉燃烧器对老锅炉机组的旋流煤粉燃烧器进行改造，很难得到一个较理想的结果。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器，以解决采用中心给粉旋流煤粉燃烧器对老锅炉机组进行低NOx排放改造时，采用在中心给粉旋流煤粉燃烧器与水冷壁之间铺设耐火材料而导致结渣的问题或采用对炉膛水冷壁进行改造的方式存在工作量大、周期长、费用高的问题。

[0005] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述燃烧器包括一次风通道、锥形煤粉分离器、内二次风风门挡板、内二次风通道、内二次风旋流器、内二次风扩口、外二次风扩口、外二次风通道、外二次风风门挡板和外二次风旋流器；所述一次风通道内安装有锥形煤粉分离器，一次风通道的外侧设置有内二次风通道，内二次风通道的外侧设置有外二次风通道，所述内二次风通道的进风口处安装有内二次风风门挡板，内二次风通道的出风口一端与内二次风扩口的小直径端固接，内二次风通道内安装有内二次风旋流器，所述外二次风通道的进风口处安装有外二次风风门挡板，外二次风通道内安装有外二次风旋流器，所述内二次风扩口的外侧设置有外二次风扩口，所述外二次风通道的出风口一端与外二次风扩口的小直径端固接；所述燃烧器还包括内侧低速风风门挡板、内侧低速风通道、内侧低速风旋流器、内侧低速风扩口、外侧低速风扩口、外侧低速风旋流器、外侧低速风挡板和外侧低速风通道；所述一次风通道与内二次风通道之间设置有内侧低速风通道，内二次风扩口的内侧设置有内侧低速风扩口，所述内侧低速风通道的出风口一端与内侧低速风扩口的小直径端固接，内侧低速风通道内安装有内侧低速风旋流器，内侧低速风通道的进风口处安装有内侧低速风风门挡板，所述外二次风通道的外侧设置有外侧低速风通道，所述外二次风扩口的外侧设置有外侧低速风扩口，外侧低速风通道的出风口一端与外侧低速风扩口的小直径端固接，外侧低速风通道内安装有外侧低速风旋流器，外侧低速风通道的进风口处安装有外侧低速风挡板。

[0006] 本发明的有益效果是：一、本发明实现了燃烧器最外层喷口直径与水冷壁开孔很好的连接，采用大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器后，解决了中心给粉旋流煤粉燃烧器与水冷壁之间铺设耐火材料而导致结渣的问题，而且不需要对炉膛水冷壁进行改造，减少了工作量和改造周期，降低了改造费用，保证了锅炉水循环的安全性。二、本发明将二次风分为内侧低速风、内二次风、外二次风和外侧低速风，进一步实现了径向空气分级燃烧，逐步补充煤粉燃烧所需氧量，更为有效的抑制了NOx的生成。而且旋转的内侧低速风风速为3-5m/s，风量较低，减少了扩散到中心回流区的二次风量，进一步强化了中心回流区域内还原性气氛，使煤粉在还原性气氛下NOx的生成量降低，有效地抑制了NOx的生成，使得主燃烧区域NOx的排放量进一步降低。三、本发明的燃烧器紧贴一次风的是内侧低速风，便于在燃烧器中心区域形成负压区，使中心回流区的直径和长度增大，而中心回流区又为还原性气氛，大的中心回流区也使得还原性气氛区加大，从而使煤粉在还原性气氛下的停留时间延长，使得主燃烧区域NOx的排放量进一步降低。四、现有的老锅炉采用大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器后，既能保证燃烧器具有较好的燃尽效率、稳燃能力和防止结渣能力外，还能够进一步降低炉膛出口NOx的排放量。因此，本发明是一种适用于老锅炉改造的、更低NOx排放的大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器。

附图说明

[0007] 图1是中心给粉旋流煤粉燃烧器的结构示意图，图2为本发明的一种大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器的结构示意图。

具体实施方式

[0008] 具体实施方式一：结合图2说明本实施方式，本实施方式的燃烧器包括一次风通道1、锥形煤粉分离器2、内二次风风门挡板4、内二次风通道7、内二次风旋流器8、内二次风扩口11、外二次风扩口13、外二次风通道15、外二次风风门挡板6和外二次风旋流器19；所述一次风通道1布置在燃烧器的中心位置，一次风通道1内安装有锥形煤粉分离器2，一次风通道1的外侧设置有内二次风通道7，内二次风通道7的外侧设置有外二次风通道15，所述内二次风通道7的进风口处安装有内二次风风门挡板4，内二次风通道7的出风口一端与内二次风扩口11的小直径端固接，内二次风通道7内安装有内二次风旋流器8，所述外二次风通道15的进风口处安装有外二次风风门挡板6，外二次风通道15内安装有外二次风旋流器19，所述内二次风扩口11的外侧设置有外二次风扩口13，所述外二次风通道15的出风口一端与外二次风扩口13的小直径端固接；所述燃烧器还包括内侧低速风风门挡板3、内侧低速风通道5、内侧低速风旋流器9、内侧低速风扩口10、外侧低速风扩口14、外侧低速风旋流器16、外侧低速风挡板17和外侧低速风通道18；所述一次风通道1与内二次风通道7之间设置有内侧低速风通道5，内二次风扩口11的内侧设置有内侧低速风扩口10，所述内侧低速风通道5的出风口一端与内侧低速风扩口10的小直径端固接，内侧低速风通道5内安装有内侧低速风旋流器9，内侧低速风通道5的进风口处安装有内侧低速风风门挡板3，所述外二次风通道15的外侧设置有外侧低速风通道18，所述外二次风扩口13的外侧设置有外侧低速风扩口14，外侧低速风通道18的出风口一端与外侧低速风扩口14的小直径端固接，外侧低速风通道18内安装有外侧低速风旋流器16，外侧低速风通道18的进风口处安装有外侧低速风挡板17。

[0009] 本实施方式中的内侧低速风通道5、内二次风通道7、外二次风通道15和外侧低速风通道18的供风均来自燃烧器的二次风箱。通过调节内侧低速风风门挡板3、内二次风风门挡板4、外二次风风门挡板6及外侧低速风挡板17的开度，可以调节进入各个通道的风量，调整各个通道的风速。内二次风旋流器8、内侧低速风旋流器9、外侧低速风旋流器16和外二次风旋流器19的旋转方向一致，通过调整各个旋流器的角度可以调整燃烧器出口的旋流强度，改变中心回流区大小。各旋流器可以采用固定叶片，也可采用可调叶片。

[0010] 另外，本发明的部分结构可多样化，如可采用内侧低速风、内二次风和外二次风为旋流、外侧低速风为直流的形式，通过调整各个通道风门挡板的开度来调整旋转，改变回流区的大小；也可以使内侧低速风、内二次风、外二次风和外侧低速风为旋流，通过调节内二次风旋流器8、内侧低速风旋流器9、外侧低速风旋流器16和外二次风旋流器19的角度或在通道中的位置，来调整旋流强度，形成合适的中心回流区。

[0011] 具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式的内侧低速风扩口10与一次风通道1中心轴线的夹角α、内二次风扩口11与一次风通道1中心轴线的夹角β、外二次风扩口13与一次风通道1中心轴线的夹角γ及外侧低速风扩口14与一次风通道1中心轴线的夹角δ均在15°-35°之间，可保证进入炉膛内的风量充足。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

[0012] 具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的内侧低速风通道5、内二次风通道7、外二次风通道15和外侧低速风通道18与一次风通道同轴，可保证风从各个风通道均匀的进入炉膛内。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

[0013] 具体实施方式四：本实施方式是将本发明的一种大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器应用到一台600MW燃用烟煤的煤粉锅炉上的实施例，即对所述600MW燃用烟煤的煤粉锅炉分别采用中心给粉旋流煤粉燃烧器(方案一)和大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器(方案二)的工况进行了模拟。计算结果表明：与方案一相比，采用大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器(方案二)后，中心回流区直径由1.1D(D为燃烧器最外层喷口直径)增加到1.33D，中心3
回流区长度由1.9D增加到2.0D；炉膛出口处平均NOx的排放量由448mg/m(折算到O2的浓
3
度为6％)降低到327mg/m(折算到O2的浓度为6％)，降幅达27％；锅炉热效率由91.28％上升到92.01％。因此，采用大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器(方案二)后，锅炉具有更大的中心回流区、更低的NOx排放和更高的热效率。

[0014] 改造一个燃烧器喷口处水冷壁的费用大约是12万元人民币，与方案二相比，采用大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器后，每只燃烧器的改造费用将节约12万元人民币。对于一台600MW的煤粉锅炉，共有32只旋流煤粉燃烧器，则改造水冷壁的总费用约为384万元人民币，而采用大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器则能将该费用完全节省下来，降低了改造成本，缩短了改造周期，还避免了影响锅炉水循环安全性问题的发生。

[0015] 通过以上的研究和分析，采用本发明的大速比中心给粉旋流煤粉燃烧器在老式煤粉锅炉上应用将会得到很好的效果。

[0016] 工作原理是：从一次风输粉管道送来的煤粉空气经过一次风通道1内的锥形煤粉分离器2后，煤粉被集中在燃烧器的中心喷入炉膛。喷入位置正对燃烧器的中心回流区中心部分，穿越中心回流区的煤粉量增加，煤粉在回流区停留时间延长。由于内侧低速风通道5的存在，使得一次风与外层主二次风的混合被推迟，而且旋转的内侧低速风风速为3-5m/s，风量较低，减少了扩散到中心回流区的二次风量，进一步强化了中心回流区域内还原性气氛，而煤粉在还原性气氛下NOx的生成量降低，有效地抑制了NOx的生成，使得主燃烧区域NOx的排放量进一步降低。随着煤粉的着火，逐渐与内侧低速风、内二次风、外二次风及外侧低速风混合，保证了煤粉燃烧需要的氧气，有利于煤粉的燃尽。外侧低速风风速为3-5m/s，风量不大，但可调节性强。内侧低速风通道5和外侧低速风通道18的存在，实现了燃烧器最外层喷口直径与水冷壁开孔很好的连接，又实现了更低的NOx排放量，同时还能保证燃烧器的稳燃性能和防结渣性能。