專利名稱:粉煤點火燃燒器的制作方法
本發(fā)明與粉煤燃燒器，特別是與粉煤直接點火的燃燒器有關(guān)。
近年來，在我國由于供給重油有些困難，所以，為了改變對石油的依靠，正在把燃料從歷來燃料的重油改為燃燒煤炭，特別是在企業(yè)用火力發(fā)電鍋爐方面，正在建設(shè)燃燒粉煤的大容量火力發(fā)電廠。
另一方面，作為最近用電的特點，最大負載和最小負載之差也隨著原子能發(fā)電的發(fā)展而有所增加，火力發(fā)電用鍋爐有從基本負載轉(zhuǎn)為調(diào)節(jié)負載的趨勢，這種鍋爐就是根據(jù)負載來改變壓力，進行變壓運轉(zhuǎn)的鍋爐，即所謂全負載運轉(zhuǎn)是在趨臨界區(qū)運轉(zhuǎn)，而在局部負載運轉(zhuǎn)是在臨界區(qū)運轉(zhuǎn)的變壓鍋爐，這樣，可在某種程度上(百分之幾)提高局部負載運轉(zhuǎn)時的發(fā)電效率。
因此，對于這種燃燒煤炭的火力發(fā)電來說，這種鍋爐在全負載下運轉(zhuǎn)的為數(shù)不多，而是向承受中間負載的煤炭火力發(fā)極轉(zhuǎn)變，即白天把負載提高到或降低到75%、50%、25%的情況下運轉(zhuǎn)，而夜里停止運轉(zhuǎn)，即進行所謂每日起動停止(Daily Start Stop-以下簡稱DSS)運轉(zhuǎn)。
對于進行DSS運轉(zhuǎn)的煤炭鍋爐來說，從起動到全負載，只用粉煤進行全負載運轉(zhuǎn)的尚不多見，而且即使是煤炭鍋爐，在起動或低負載時，除粉煤外，還要使用輕油、重油、燃氣等易燃的輔助燃料。
這里因為，起動時從鍋爐中無法得到供粉碎機加熱用的排氣-熱空氣，所以無法使粉碎機運轉(zhuǎn)，因而也無法把煤炭破碎成粉煤。
因為低負載時無法選擇粉碎機的調(diào)節(jié)比，而且粉煤本身的可燃性又差，所以大都使用輕油、重油、燃氣等輔助燃料。
例如，起動時差使用輕油、重油、那么，從起動到15%負載，鍋爐以輕油為燃料;從15%到40%負載。將燃料從輕油改為重油;當(dāng)負載達到40%以上時，則使重油和粉煤混合燃燒，并逐漸減少重油的比例，這樣一來，粉煤的混合比就可顯著加大，進而過渡到完全燃燒。
當(dāng)鍋爐負載由全負載降為低負載時(即降到35%負載時)，便開始使用粉煤，于是成為完全以煤為燃料的鍋爐，當(dāng)負載低于35%時，則借助于重油、輕油、燃氣等輔助燃料來運轉(zhuǎn)。
由此可見，進行DSS運轉(zhuǎn)并以煤炭為燃料的火力發(fā)電，通常使用輕油、重油、燃氣等可燃性良好的輔助燃料和粉煤燃料。
圖4表示原有粉煤鍋爐的概略系統(tǒng)圖。
在該圖中，粉煤燃燒器4、5、6、7、8、9等，從鍋爐1的下部起依次向上配置在鍋爐1的前側(cè)壁2和后側(cè)壁3上。
在粉煤燃燒器8、9的上方，設(shè)有低NOx化用的二次空氣口10、11。輔助于爐前風(fēng)箱12和爐后風(fēng)箱13把空氣送給粉煤燃燒器4、5、6、7、8、9;借助于爐前二次空氣風(fēng)箱14和爐后二次空氣風(fēng)箱15把空氣送給二次空氣口10和11。
粉煤燃燒器4、5、6、7、8、9使用的粉煤是如下供給的煤倉16中的煤炭由供煤器17送給粉碎機18，在粉碎機18中進行粉碎。粉碎機18中粉煤所含的較大煤塊由分級器(圖中未示出)加以分離，然后將其返回粉碎機18再加以粉碎成為粉煤。
從粉碎機得到的粉煤，由粉煤供給源，即粉碎機18，借助于包括粉煤管23和鼓風(fēng)機50在內(nèi)的輸送設(shè)備輸送給粉煤燃燒器4、5、6、7、8、9。就是說，粉煤是借助于鼓風(fēng)機50產(chǎn)生的并由風(fēng)道經(jīng)粉碎機18和粉煤管23到粉煤燃燒器4、5、6、7、8、9的氣流輸送的。
進入爐前風(fēng)箱12、爐后風(fēng)箱13、爐前兩次空氣風(fēng)箱14和爐后二次空氣風(fēng)箱15的燃燒用空氣，由壓力通風(fēng)機19加壓后，用空氣預(yù)熱器20預(yù)熱，然后由風(fēng)道21、氣流調(diào)節(jié)器24以及風(fēng)道25送給風(fēng)箱12、13、14、15。
為了控制局部負載下鍋爐運轉(zhuǎn)時的蒸汽溫度，由排氣再循環(huán)用風(fēng)扇27、排氣再循環(huán)通道28把排氣送給料斗26;為了減少NOx，在排氣再循環(huán)風(fēng)扇27的出口，設(shè)有排氣管道29，把排出的空氣混進風(fēng)道25中用來燃燒的空氣內(nèi)。
上面對粉煤鍋爐中燃燒用空氣、排氣以及粉煤的一般流動情況做了說明，此外，在粉煤燃燒器4、5、6、7、8、9中均裝有點火器。
圖5所示系圖4中粉煤燃燒器部分放大后的詳圖。
在圖5中，1為鍋爐燃燒室，2為前側(cè)壁，3為后側(cè)壁，4、5、6、7、8、9為粉煤燃燒器，12，13為爐前風(fēng)箱和爐后風(fēng)箱，23為粉煤管，這些部件均與圖4中的相同。
30為空氣記錄器，31為等離子點火器。
就燃煤鍋爐來說，目前對于旨在降低輕油、重油、燃氣等易燃輔助燃料消耗的點火燃燒器的研究相當(dāng)活躍，如圖5所示，配備有等離子弧直接對粉煤點火器的進行點火，這對點火燃燒器的開發(fā)是具有代表性的例子。具有這種等離子點火器的點火燃燒器，可以提供1500～2000℃的高溫?zé)嵩?，而且不用輕油、重油、燃氣之類的助輔燃料就可以直接使粉煤點火燃燒。但是，利用等離子弧點火時，點火前必須有60～80千瓦的高能以及接近2000℃的熱源，因此，這種燃燒器的主要問題在于，粉煤燃燒器4、5、6、7、8、9中，在點火時排出有大量的熱NOx，所以未能予以實際應(yīng)用。
對于原有的燃煤鍋爐來說，使用的輔助燃料均為可燃性良好的輕油、重油，在DSS運轉(zhuǎn)到負載變化時，從點火和使用的觀點來看，起動燃燒器以重油為燃料，點火燃燒器以輕油為燃料，再加上主燃料-粉煤，則總共需要三種不同的燃料，因此，其缺點是必須花費與各種燃料的運輸、貯存、保養(yǎng)有關(guān)的設(shè)備費和運轉(zhuǎn)費。
如前所述，利用等離子弧直接點火的缺點在于點火能量以及產(chǎn)生的熱源溫度過高，而且點火時還產(chǎn)生大量的NOx。
本發(fā)明可以消除這種缺點，其目的在于，提供一種不用輔助燃料就能對粉煤直接點火，在排出適量NOx的情況下，對粉煤直接點火的燃燒器是切實可靠的。
作為與本發(fā)明有關(guān)的其它現(xiàn)有技術(shù)如日本專利昭61-1843095號以及美國專利第4，545，307號說明書所述。
本發(fā)明提供一種粉煤點火燃燒器，包括下列部分，粉煤供給源;粉煤點火器，在氧氣存在的情況下，將粉煤點燃;輸送裝置，產(chǎn)生把粉煤從粉煤供給源輸送到粉煤燃燒器的氣流，然后把粉煤和空氣的混合流送給粉煤燃燒器。粉煤點火燃燒器的特點是有點火區(qū)域形成裝置和點火器;點火區(qū)域形成裝置的作用是將上述輸送裝置送給粉煤燃燒器的煤粉和空氣在粉煤燃燒器大形成一種混合流，其中形成粉煤濃度大而混合流流速低的點火區(qū)域;點火器的作用是將上述點火區(qū)域大混合流中的粉煤點燃。
圖1所示系與本發(fā)明實施例有關(guān)的粉煤點火燃燒器主要部件的斷面圖;圖2所示系圖1中粉煤點火燃燒器的構(gòu)成圖;圖3所示系圖1中粉煤點火燃燒器的點火特性曲線;圖4系粉煤鍋爐的概略系統(tǒng)圖;圖5系配備有等離子點火器的粉鍋點火燃燒器的斷面圖。
下面，我們用圖來說明本發(fā)明的實施例。圖1系本發(fā)明實施例中粉煤點火燃燒器主要部件的斷面圖;圖2系圖1中粉煤點火燃燒器的結(jié)構(gòu)圖;圖3所示系圖1中粉煤點火燃燒器的點火特性曲線，其中，縱軸表示粉煤和空氣比(C/A)，橫軸表示粉煤燃燒器噴咀出口的空氣流速米/秒)。
在圖1和圖2中，4、5、6、7、8、9的粉煤燃燒器，來自圖4中粉碎機18的粉煤管23的粉煤33和一次空氣34的混合流送入粉煤燃燒器4、5、6、7、8、9的一次套管32，而二次空氣送到一次套管32的四周，所有這些，在結(jié)構(gòu)上，均與原有的燃燒器相同。
36是給粉煤33和一次空氣34的混合流施加旋轉(zhuǎn)力的旋轉(zhuǎn)葉片;37是裝在一次套管32頂端的擴徑部分;38是火焰穩(wěn)定器;39是粉煤流速低于擴徑部分37中形成的一次套管內(nèi)粉煤流速的點火區(qū)域;40為粉煤33的循環(huán)渦流，41為陶瓷點火器;42為C/A檢測裝置;43為旋轉(zhuǎn)葉片36的開度調(diào)節(jié)器;44為陶瓷點火器41的發(fā)熱元件電源;45為控制裝置;46為火焰。
從結(jié)構(gòu)上來說，上述實施例中的粉煤直接將燃燒器點火，如圖2所示由下列部分組成供給粉煤33和一次空氣34用的一次套管32;旋轉(zhuǎn)葉片36，它使粉煤33和一次空氣34的混合流旋轉(zhuǎn)，進而使混合流產(chǎn)生濃淡分布，擴徑部分37;火焰穩(wěn)定器38;調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)葉片36張開度的開度調(diào)節(jié)器43;檢測粉煤濃度(C/A)的C/A檢測器42;對粉煤點火的陶瓷點火器41，發(fā)熱元件電源44;控制裝置45，它根據(jù)C/A檢測器42發(fā)出的信號來控制旋轉(zhuǎn)葉片36的開度，并加電壓電流給發(fā)熱元件41，再發(fā)出點火指令。
圖3所示系將陶瓷點火器41插入粉煤空氣混合流中，研究點火特性的實際結(jié)果。由圖3可以看出，為了對粉煤33和一次空氣34的混合流進行穩(wěn)定點火，粉煤濃度大體上應(yīng)為C/A≥0.5，空氣流速(V)應(yīng)為V≤10米/秒。圖3表明，隨著粉煤供給量的減少如從A-B，從B-C，流速的影響愈加明顯，因此，要進行穩(wěn)定燃燒，就必須降低流速。
對于實際應(yīng)用的粉煤鍋爐來說，粉煤33的管道輸送，由于粉煤33比重的關(guān)系，多將C/A取為≤0.5。此外，為防止發(fā)生逆火，燃燒器形狀的設(shè)計應(yīng)以一次套管中粉煤33的流速V＞15米/秒為宜。
因此，要用陶瓷點火器41的發(fā)熱元件對粉煤33直接點火，必須采取措施，以便像本發(fā)明實施例那樣來改造燃燒器的結(jié)構(gòu)。
其次，我們用圖1和圖2來說明本實施例的點火作用。借助于一次套管32中設(shè)置的耐熱性和耐磨性良好的陶瓷制成旋轉(zhuǎn)葉片36，使一次套管32中以15-20米/秒流速進入的粉煤33和一次空氣34的混合流旋轉(zhuǎn)，就可象圖1那樣，在一次套管32擴徑部分37的內(nèi)表面形成粉煤濃度的點火區(qū)域39。
要實現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒，如圖3所示，必須根據(jù)供煤量來設(shè)定適當(dāng)?shù)姆勖簼舛?C/A)，但對本實施例來說，利用激光C/A檢測裝置42來檢測擴徑部分37中的粉煤濃度，就可根據(jù)其檢測信號，用開度調(diào)節(jié)器43和控制裝置45控制旋轉(zhuǎn)葉片36的開度。此外，若用旋轉(zhuǎn)葉片36使混合流旋轉(zhuǎn)過快，就會加大壓力損失，所以，若對旋轉(zhuǎn)葉片36的開度加以控制，使C/A介于0.5≤C/A≤2之間，實際使用就沒有問題。
作為影響穩(wěn)定燃燒的其它因素，還有圖3示出的空氣流速這一條件，就本實施例來說，在粉煤燃燒器4、5、6、7、8、9的出口，亦即一次套管32的頂端設(shè)有擴徑部分37，因其直徑有所加大，所以可將15-20米/秒的流速減小到10米/秒以下。又因混合流與火焰穩(wěn)定器35碰撞，結(jié)果，在火焰穩(wěn)定器38的附近便可形成循環(huán)渦流40。這種循環(huán)渦流40的空氣流速，就其絕對值來說，就是0-5米/秒的低流速區(qū)域，也是適于點火和穩(wěn)定火焰的區(qū)域。就是說，在粉煤燃燒器4、5、6、7、8、9出口的內(nèi)表面，可以形成粉煤濃度高而且適于對低流速粉煤直接點火的點火區(qū)域39。
再者，擴徑部分37中粉煤33的粒子與該點火區(qū)域大可以加熱到給定溫度1000～1200℃的陶瓷點火器相撞，結(jié)果，導(dǎo)致粉煤33中的不斷揮發(fā)可連續(xù)點火，并在循環(huán)渦流40中形成火焰40。通過火焰46的傳播蔓延，供給的粉煤33就可以全部燃燒起來。
可見，按照本發(fā)明的實施例，在沒有以往等離子點火器點火時所產(chǎn)生的那種熱NOx的情況下，對粉煤直接點火是切實可行的。
綜上所述，就本發(fā)明的實施例來說，利用旋轉(zhuǎn)葉片36是可以提高粉煤濃度的。但本發(fā)明不僅限于本實施例，若將其它煤倉中的粉煤送入一次套管32，也可以提高粉煤的濃度，此外，若從一次套管32中抽出一次空氣，也能提高一次套管32中粉煤的濃度。
按照本發(fā)明，可以直接對粉煤進行點火，所以無須使用輕油、重油、燃氣之類的輔助燃料，而且能夠減少點火時產(chǎn)生的熱NOx。若將本發(fā)明的粉煤直接點火燃燒器應(yīng)用于粉煤鍋爐，就可以把燃料系統(tǒng)從以往的輕油、重油、粉煤等三個系統(tǒng)合并成為一個粉煤系統(tǒng)，而且可以免除對輔助設(shè)備以及燃料供給方面的維護保養(yǎng)。
權(quán)利要求
1.一種粉煤點火燃燒器，包括粉煤供給源(18)；在氧氣存在的情況下，對粉煤點火的粉煤燃燒器(4，5，6，7，8，9)；粉煤空氣混合流的輸送裝置(23，50)，它產(chǎn)生一種把粉煤從粉煤供給源送給粉煤燃燒器用的氣流，進而把粉煤空氣混合流送入粉煤燃燒器；該粉煤燃燒器的特點在于，其中有點火區(qū)域形成裝置(36，37)和點火器(41)，前者的作用是在粉煤燃燒器中，將上述輸送裝置送入粉煤燃燒器中的粉煤和空氣，形成一個粉煤空氣混合流，其中形成粉煤濃度高，而混合流流速低的點火區(qū)域(39)；后者的作用是對上述點火區(qū)域內(nèi)混合流中的粉煤進行點火。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述點火區(qū)域形成裝置，其特征在于，其中配備有一個旋轉(zhuǎn)葉片(36)，它裝在上述粉煤燃燒器中，從結(jié)構(gòu)上來說，旋轉(zhuǎn)葉片對粉煤燃燒器中的混合流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)能，籍以提高粉煤燃燒器出口處大表面附近混合流中的粉煤濃度，而粉煤燃燒器出口內(nèi)表面的附近就是上述點火區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述點火區(qū)域形成裝置，其特征在于其中在上述粉煤燃燒器中，包括有降低粉煤燃燒器中混合流流速的擴徑部分(37)，而擴徑部分的附近可形成上述點火區(qū)域(39)。
專利摘要
本發(fā)明是關(guān)于火力發(fā)電用粉煤鍋爐使用的一種粉煤點火燃燒器，用這種粉煤燃燒器，可對粉煤進行直接點火，而且既無大量的熱NOx產(chǎn)生，也不用以往燃燒器所必需的輕油、重油、燃氣等輔助燃料。這種粉煤燃燒器借助于輸送裝置23，50把粉煤從粉煤供給源18送入粉煤燃燒器4—9，在其內(nèi)形成粉煤空氣混合流，其中在粉煤濃度大而混合流流速低的點火區(qū)域39在內(nèi)，混合流中的粉煤可用點火器(41)點燃。
文檔編號F23D1/00GK87106630SQ87106630
公開日1988年6月8日 申請日期1987年9月30日
發(fā)明者津村俊一, 杉田隆一, 坂口安英, 浜田幾久, 馬場彰 申請人:巴布考克日立株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan