專利名稱：一種防焦多級點火燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種防焦多級點火燃燒裝置，適用以煤粉為燃料的鍋爐。
背景技術(shù)：
在電力行業(yè)中，電站煤粉鍋爐在啟動時通常用價格昂貴的輕油來進行點火升爐， 并且在低負荷運行或煤質(zhì)變差時也需用輕油來穩(wěn)燃。同時，隨著機組容量向大型化發(fā)展，要 求電網(wǎng)中有更多的機組參與調(diào)峰，致使點火和助燃用油大幅增加。而我國自2003年以來， 石油進口量和消耗量已超過日本，位居世界第二位，石油安全形勢嚴峻。故而開發(fā)電站鍋爐 的無油或少油直接點火與穩(wěn)燃新技術(shù)為緩解我國石油供需矛盾，保障國家經(jīng)濟安全，具有 重要的現(xiàn)實意義。我國現(xiàn)有的煤粉直接點火技術(shù)，根據(jù)點燃煤粉的能量的最終來源(激發(fā)熱源)的 不同，可以將直接點火技術(shù)分為兩大類以某物質(zhì)的燃燒熱作為激發(fā)熱源，包括馬弗爐點 火，少油與微油點火，可燃性氣體點火等點火方式；以電能作為激發(fā)熱源，包括電阻加熱點 火，中頻感應加熱熱壁面點火，等離子體點火，中頻感應加熱高溫空氣點火等點火方式。而 對于大容量的電站煤粉鍋爐來說，無論何種點火技術(shù)，如果采用單級點火的方式去點燃一 次風煤粉氣流，外界所需供給的點火能量是非常巨大的，勢必增加煤粉直接點火系統(tǒng)的設 計難度、設備成本和運行費用。對此，研究者們提出了多級點火的概念利用煤粉直接點火技術(shù)先將一小股煤粉 點燃，再利用這股煤粉放出的著火熱去點燃后續(xù)的二三級煤粉，最終點燃整個一次風煤粉 氣流，實現(xiàn)低功率點火。為了快速穩(wěn)定地點燃一次風煤粉氣流，多級點火都是內(nèi)燃式點火。而煤粉氣流的 著火放熱呈現(xiàn)強烈的非線性，一旦被點燃后，煤粉氣流放出的著火熱進一步促進煤粉的燃 燒放熱，不但提高了點火燃燒裝置內(nèi)部溫度，而且迅速消耗氣流中的氧氣，產(chǎn)生大量C0，使 得燃燒室內(nèi)的氣氛轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原性氣氛，這些都容易使煤粉在燃燒裝置內(nèi)部發(fā)生結(jié)焦，從而 影響燃燒裝置的安全運行。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是針對現(xiàn)有煤粉多級點火技術(shù)中，煤粉著火燃燒與防焦的矛 盾，提供一種防焦多級點火燃燒裝置。本實用新型包括一級熱源管、風箱、煤粉氣流進料裝置、初級預燃裝置、后級預燃
直ο初級預燃裝置包括套置的內(nèi)筒和外筒，內(nèi)筒的內(nèi)部空間為初級預燃室，內(nèi)筒與外 筒之間的空間為環(huán)形的煤粉氣流通道；外筒的長度為外筒內(nèi)徑D的1. 5 5倍；內(nèi)筒的側(cè)壁 端面設置有倒角，內(nèi)筒長度為外筒長度的60 90%，內(nèi)筒的兩個端面均在外筒的兩個端面 以內(nèi)。后級預燃裝置為與初級預燃裝置的外筒等徑的圓筒，圓筒的內(nèi)部空間為后級預燃
3室，后級預燃裝置圓筒的長度為0. 2 3D。煤粉氣流進料裝置包括進料管和連接筒，連接筒與為與初級預燃裝置的外筒等徑 的圓筒，進料管與連接筒連通，進料管軸線與連接筒軸線的夾角為φ，30°，連 接筒內(nèi)對應進料管的進口設置有擋板。煤粉氣流進料裝置中的連接筒與初級預燃裝置的外筒之間設置有初級調(diào)節(jié)環(huán)，初 級預燃裝置的外筒與后級預燃裝置的圓筒之間設置有后級調(diào)節(jié)環(huán)，初級預燃裝置的外筒的 一端與初級調(diào)節(jié)環(huán)以及連接筒通過法蘭連接，初級預燃裝置的外筒的另一端與后級調(diào)節(jié)環(huán) 以及后級預燃裝置的圓筒通過法蘭連接。初級調(diào)節(jié)環(huán)和后級調(diào)節(jié)環(huán)均為圓環(huán)形，包括連接為一體的環(huán)形平面和圓錐面，其 中環(huán)形平面作為法蘭，圓錐面母線與法蘭環(huán)形平面的夾角為θ，30° < θ <80°，圓錐面 的高度h = 0. 1 0. 3D，初級調(diào)節(jié)環(huán)的圓錐面在初級預燃裝置的外筒內(nèi)、后級調(diào)節(jié)環(huán)的圓錐 面在后級預燃室內(nèi)。風箱包括圓筒形的本體和與本體端面中心連通的套筒，套筒的軸向與本體端面垂 直，本體的側(cè)面開有進風口。風箱的套筒穿過煤粉氣流進料裝置的連接筒進入初級預燃室，一級熱源管穿過風 箱的本體伸入套筒內(nèi)，一級熱源管與套筒間隙配合，一級熱源管的出口端面與套筒的出口 端面的距離k = 0 0. 8D，一級熱源管與套筒之間的環(huán)形空間為微調(diào)風道。初級預燃裝置的內(nèi)筒分為引燃段和防焦段，防焦段的長度L為內(nèi)筒總長度的20 80% ；防焦段內(nèi)筒的側(cè)壁開有呈陣列排列的防焦孔，防焦孔為傾斜的圓錐形通孔，圓錐孔的 頂點位于初級預燃室內(nèi)，圓錐孔的頂角β為15 60°，圓錐孔的軸線與內(nèi)筒的軸線夾角 α為30 60°，圓錐孔在內(nèi)筒內(nèi)壁的開口的最小孔徑大于等于4mm，圓錐孔在內(nèi)筒外壁的 開口面積為防焦段內(nèi)筒外壁總面積的60 95%。一級熱源管、風箱的本體和套筒、初級預燃裝置的內(nèi)筒和外筒、后級預燃裝置的圓 筒同軸設置。本實用新型可替代現(xiàn)有的電站鍋爐的一次風煤粉燃燒裝置，其中初級調(diào)節(jié)環(huán)和后 級調(diào)節(jié)環(huán)采用法蘭連接，拆卸更換方便。本實用新型的防焦段的防焦孔的斜向圓錐孔的布 置形式使得進入初級預燃室的冷態(tài)后級稀相煤粉氣流的流量與二級預燃室的燃燒狀況相 適應，具有自適應性，且具有氣流的單向自鎖性。本實用新型中加入微調(diào)風，可對燃燒裝置 內(nèi)部的燃燒狀態(tài)進行調(diào)節(jié)。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中初級調(diào)節(jié)環(huán)和后級調(diào)節(jié)環(huán)的截面示意圖；圖3為圖1中初級預燃裝置內(nèi)筒的截面示意圖。
具體實施方式
如圖1、2和3所示，一種防焦多級點火燃燒裝置包括一級熱源管1、風箱、煤粉氣流 進料裝置、初級預燃裝置、后級預燃裝置6。一級熱源管1內(nèi)通過作為點火熱源的高溫氣流，它可以是由等離子、微油、高溫空
4氣、可燃性氣體等方式點燃的少量煤粉氣流形成的高溫煙氣，或燃油、燃氣產(chǎn)生的高溫煙 氣，也可以是單純的高溫空氣。初級預燃裝置包括套置的內(nèi)筒9和外筒5，內(nèi)筒9的內(nèi)部空間為初級預燃室，內(nèi)筒 9與外筒5之間的空間為環(huán)形的煤粉氣流通道；外筒5的長度為外筒5內(nèi)徑D的1. 5 5 倍；內(nèi)筒9的側(cè)壁端面設置有倒角，內(nèi)筒9的長度為外筒5長度的60 90%，內(nèi)筒9的兩 個端面均在外筒5的兩個端面以內(nèi)。內(nèi)筒9將電站鍋爐的一次風煤粉氣流分為內(nèi)外兩股， 其內(nèi)部的煤粉氣流為初級煤粉氣流，在初級預燃室內(nèi)被一級熱源管內(nèi)的高溫氣流點燃，其 外部的煤粉氣流通過內(nèi)筒與外筒之間的環(huán)形通道進入后級預燃室。在后級預燃室被已經(jīng)著 火燃燒的初級煤粉氣流點燃。后級預燃裝置6為與初級預燃裝置的外筒等徑的圓筒，圓筒的內(nèi)部空間為后級預 燃室。后級預燃裝置6圓筒的長度為0. 2 3D。煤粉氣流進料裝置包括進料管2和連接筒3，連接筒3與為與初級預燃裝置的 外筒5等徑的圓筒，進料管2與連接筒3連通，進料管軸線與連接筒軸線的夾角為Φ， 30° ，鍋爐一次風煤粉氣流從進料管進入多級點火燃燒裝置。連接筒內(nèi)對應進 料管的進口設置有擋板10。該擋板能夠減少一次風煤粉氣流拐彎處形成的回流區(qū)，防止煤 粉在該處沉積。煤粉氣流進料裝置中的連接筒3與初級預燃裝置的外筒5之間設置有初級調(diào)節(jié)環(huán) 4，初級預燃裝置的外筒5與后級預燃裝置6的圓筒之間設置有后級調(diào)節(jié)環(huán)7，初級預燃裝 置的外筒5的一端與初級調(diào)節(jié)環(huán)4以及連接筒3通過法蘭連接，初級預燃裝置的外筒5的 另一端與后級調(diào)節(jié)環(huán)7以及后級預燃裝置6的圓筒通過法蘭連接。在一次風煤粉氣流分為 兩股之前，流經(jīng)靠近初級預燃裝置的進口位置處的初級調(diào)節(jié)環(huán)，使得處于中心位置與處于 近壁面處的煤粉氣流產(chǎn)生速度差，由于煤粉顆粒的跟隨性，使得大量的煤粉隨氣流進入初 級預燃室，提高了位于初級預燃室內(nèi)的煤粉的濃度，使得從一次風煤粉氣流中分出一股較 濃的煤粉作為初級預燃煤粉，降低了其著火熱，使之更易于被點燃。不同參數(shù)的初級調(diào)節(jié)環(huán) 可以使這兩股煤粉氣流形成不同的濃淡比。而相對較稀的后級煤粉經(jīng)過內(nèi)筒外的環(huán)行通道 后，流經(jīng)的后級濃淡調(diào)節(jié)環(huán)又將其再進行濃淡分離，使它的濃相處于后級預燃室的中心位 置，便于被初級預燃室出口的高溫煙氣點燃；而稀相處于后級預燃室的壁面位置，便于保護 后級預燃室壁面，避免其壁面超溫，預防其壁面結(jié)焦。初級調(diào)節(jié)環(huán)4和后級調(diào)節(jié)環(huán)7均為圓環(huán)形，包括環(huán)形平面4-1和圓錐面4-2，環(huán)形 平面4-1作為法蘭，圓錐面4-2母線與法蘭環(huán)形平面4-1的夾角為θ，30°彡θ彡80°， 圓錐面4-2的高度h = 0. 1 0. 3D，初級調(diào)節(jié)環(huán)的圓錐面在初級預燃裝置的外筒內(nèi)、后級調(diào) 節(jié)環(huán)的圓錐面在后級預燃室內(nèi)。風箱包括圓筒形的本體12和與本體端面中心連通的套筒11，套筒11的軸向與本 體12的端面垂直，本體12的側(cè)面開有進風口。風箱的套筒11穿過煤粉氣流進料裝置的連接筒3進入初級預燃室，一級熱源管1 穿過風箱的本體伸入套筒內(nèi)，一級熱源管1與套筒11間隙配合，一級熱源管1的出口端面 與套筒11的出口端面的距離k = 0 0. 8D，一級熱源管1與套筒11之間的環(huán)形空間為微 調(diào)風道。微調(diào)風為溫度為環(huán)境溫度的冷空氣，用于一次風煤粉氣流著火后對燃燒的調(diào)節(jié)， 其作用有兩點首先，冷卻一級熱源管，避免一級點火熱源管內(nèi)在可能產(chǎn)生的結(jié)焦；其次，對初級預燃室的內(nèi)部溫度進行一定范圍的調(diào)節(jié)。其風量最大不超過一次風煤粉氣流流量的5%。初級預燃裝置的內(nèi)筒9分為引燃段和防焦段，為了防止結(jié)焦，在煤粉氣流燃燒較 劇烈的初級預燃室后部設計了防焦段，防焦段的長度L為內(nèi)筒總長度的20 80%。防焦 段內(nèi)筒的側(cè)壁開有呈陣列排列的防焦孔8，防焦孔8為傾斜的圓錐形通孔，圓錐孔頂點位于 初級預燃室內(nèi)，圓錐孔頂角β為15 60°，圓錐孔的軸線與內(nèi)筒的軸線夾角α為30 60°，圓錐孔在內(nèi)筒內(nèi)壁的開口的最小孔徑大于等于4mm，圓錐孔在內(nèi)筒外壁的開口面積為 防焦段內(nèi)筒外壁總面積的60 95%。圓錐孔的作用在于防止煤粉氣流燃燒較劇烈的初 級預燃室后部結(jié)焦，降低初級預燃室后部的壁面溫度。當初級煤粉被點燃后，由于氣流的膨 脹，初級預燃室內(nèi)的高溫煙氣向出口高速流動，此時其內(nèi)部產(chǎn)生較大負壓，將其外筒外側(cè)的 環(huán)形通道內(nèi)相對稀相的部分后級煤粉氣流通過斜圓錐孔吸入初級預燃室的防焦段內(nèi)，冷卻 初級預燃室防焦段的壁面，同時在其壁面處形成具有氧化性氣氛的保護膜。由于初級煤粉 的燃燒越劇烈，煙氣流速就越快，產(chǎn)生的負壓就越大，從防焦錐型孔吸入的氣流就越多，更 好地保護了初級預燃室壁面，故而該結(jié)構(gòu)具有防焦的自適應性，可根據(jù)初級預燃室內(nèi)的燃 燒劇烈程度自動調(diào)節(jié)吸入的防焦風量。且斜錐形孔的結(jié)構(gòu)使得氣流流動具有一定的單向自 鎖性，S卩氣流從初級預燃室通過錐孔流向其外環(huán)的流動(反向)阻力遠大于外環(huán)稀相后級 氣流流入初級預燃室(正向)的阻力大，在試驗工況下，通過數(shù)值模擬以及試驗測量表明， 當正向流動的阻力系數(shù)為0. 7時，反向流動的局部阻力系數(shù)為8。在點火初期，由于可能存 在著火的不穩(wěn)定，造成的初級預燃室壓力波動，可能會產(chǎn)生間斷性的瞬時正壓，此時，這種 自鎖特性防止了正壓時較大量二級煤粉從防焦孔反向串入三級煤粉氣流。一級熱源管、風箱的本體和套筒、初級預燃裝置的內(nèi)筒和外筒、后級預燃裝置的圓 筒同軸設置。
權(quán)利要求一種防焦多級點火燃燒裝置，包括一級熱源管、風箱、煤粉氣流進料裝置、初級預燃裝置、后級預燃裝置；其特征在于所述的初級預燃裝置包括套置的內(nèi)筒和外筒，內(nèi)筒的內(nèi)部空間為初級預燃室，內(nèi)筒與外筒之間的空間為環(huán)形的煤粉氣流通道；外筒的長度為外筒內(nèi)徑D的1.5～5倍；內(nèi)筒的側(cè)壁端面設置有倒角，內(nèi)筒長度為外筒長度的60～90％，內(nèi)筒的兩個端面均在外筒的兩個端面以內(nèi)；所述的后級預燃裝置為與初級預燃裝置的外筒等徑的圓筒，圓筒的內(nèi)部空間為后級預燃室，后級預燃裝置圓筒的長度為0.2～3D；所述的煤粉氣流進料裝置包括進料管和連接筒，連接筒與為與初級預燃裝置的外筒等徑的圓筒，進料管與連接筒連通，進料管軸線與連接筒軸線的夾角為Φ，30°≤Φ≤70°，連接筒內(nèi)對應進料管的進口設置有擋板；煤粉氣流進料裝置中的連接筒與初級預燃裝置的外筒之間設置有初級調(diào)節(jié)環(huán)，初級預燃裝置的外筒與后級預燃裝置的圓筒之間設置有后級調(diào)節(jié)環(huán)，初級預燃裝置的外筒的一端與初級調(diào)節(jié)環(huán)以及連接筒通過法蘭連接，初級預燃裝置的外筒的另一端與后級調(diào)節(jié)環(huán)以及后級預燃裝置的圓筒通過法蘭連接；所述的初級調(diào)節(jié)環(huán)和后級調(diào)節(jié)環(huán)均為圓環(huán)形，包括連接為一體的環(huán)形平面和圓錐面，其中環(huán)形平面作為法蘭，圓錐面母線與法蘭環(huán)形平面的夾角為θ，30°≤θ≤80°，圓錐面的高度h＝0.1～0.3D，初級調(diào)節(jié)環(huán)的圓錐面在初級預燃裝置的外筒內(nèi)、后級調(diào)節(jié)環(huán)的圓錐面在后級預燃室內(nèi)；所述的風箱包括圓筒形的本體和與本體端面中心連通的套筒，套筒的軸向與本體端面垂直，本體的側(cè)面開有進風口；風箱的套筒穿過煤粉氣流進料裝置的連接筒進入初級預燃室，一級熱源管穿過風箱的本體伸入套筒內(nèi)，一級熱源管與套筒間隙配合，一級熱源管的出口端面與套筒的出口端面的距離k＝0～0.8D，一級熱源管與套筒之間的環(huán)形空間為微調(diào)風道；所述的初級預燃裝置的內(nèi)筒分為引燃段和防焦段，防焦段的長度L為內(nèi)筒總長度的20～80％；防焦段內(nèi)筒的側(cè)壁開有呈陣列排列的防焦孔，所述的防焦孔為傾斜的圓錐形通孔，圓錐孔的頂點位于初級預燃室內(nèi)，圓錐孔的頂角β為15～60°，圓錐孔的軸線與內(nèi)筒的軸線夾角α為30～60°，圓錐孔在內(nèi)筒內(nèi)壁的開口的最小孔徑大于等于4mm，圓錐孔在內(nèi)筒外壁的開口面積為防焦段內(nèi)筒外壁總面積的60～95％；所述的一級熱源管、風箱的本體和套筒、初級預燃裝置的內(nèi)筒和外筒、后級預燃裝置的圓筒同軸設置。
專利摘要本實用新型涉及一種防焦多級點火燃燒裝置?，F(xiàn)有燃燒裝置內(nèi)部發(fā)生結(jié)焦，影響燃燒裝置的安全運行。本實用新型包括一級熱源管、風箱、煤粉氣流進料裝置、初級預燃裝置、后級預燃裝置；初級預燃裝置包括套置的內(nèi)筒和外筒，內(nèi)筒的內(nèi)部空間為初級預燃室，內(nèi)筒與外筒之間的空間為環(huán)形的煤粉氣流通道，初級預燃裝置的外筒兩端分別連接有初級調(diào)節(jié)環(huán)和后級調(diào)節(jié)環(huán)；初級預燃裝置的內(nèi)筒分為引燃段和防焦段，防焦段內(nèi)筒的側(cè)壁開有呈陣列排列的防焦孔，防焦孔為傾斜的圓錐形通孔。本實用新型可替代現(xiàn)有的電站鍋爐的一次風煤粉燃燒裝置，拆卸更換方便，防焦孔具有自適應性，且具有氣流的單向自鎖性，可以有效防止裝置內(nèi)部發(fā)生結(jié)焦。
文檔編號F23Q9/00GK201697123SQ201020226118
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者嚴圣林, 呂明, 潘華辰, 聶欣 申請人:杭州電子科技大學