鍋爐用燃燒器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可改善在富氧燃燒工況下火焰燃燒穩(wěn)定性、燃盡特性的鍋爐用燃燒器，其包括燃燒器本體和設(shè)置在燃燒器本體內(nèi)的一次風(fēng)管和煤粉濃縮器，在燃燒器噴口內(nèi)側(cè)布置有穩(wěn)燃體，還包括出口端與所述一次風(fēng)管的中心線同軸的氧氣注入管，氧氣注入管的出口采用噴射孔式結(jié)構(gòu)，氧氣注入管的氧氣噴射孔布置于穩(wěn)燃體內(nèi)，氧氣注入管與穩(wěn)燃體連接并相對(duì)固定，氧氣注入管或穩(wěn)燃體與平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是沿氧氣注入管的中心線所在方向在設(shè)定調(diào)節(jié)行程內(nèi)調(diào)整氧氣注入管和穩(wěn)燃體相對(duì)于燃燒器噴口的位置，應(yīng)用該燃燒器能改善富氧燃燒條件下火焰燃燒的穩(wěn)定性，并具有較好的火焰可調(diào)節(jié)性，同時(shí)可以兼顧空氣燃燒條件下的燃燒穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】鍋爐用燃燒器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鍋爐燃燒器，尤其是一種用于富氧燃燒鍋爐的直流燃燒器。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化碳因具有溫室效應(yīng)被普遍認(rèn)為是導(dǎo)致全球氣候變暖的重要原因之一，隨著全球氣候變暖，國(guó)際上碳減排的呼聲日益高漲，中國(guó)政府面臨極其巨大的減排壓力，并對(duì)國(guó)際社會(huì)作出了碳減排的承諾。。中國(guó)的國(guó)情決定在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)中國(guó)能源將來(lái)自化石燃料，化石能源利用是最重要的CO2排放源，如果將全球溫室氣體排放量按行業(yè)統(tǒng)計(jì)，發(fā)電行業(yè)是最大的排放源，而燃煤發(fā)電又是發(fā)電行業(yè)中CO2排放的最主要來(lái)。為實(shí)現(xiàn)CO2減排，在常規(guī)空氣燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上研究了一種富氧燃燒技術(shù)，富氧燃燒是一種針對(duì)化石燃料發(fā)電的CO2減排解決方案。
[0003]富氧燃燒是在現(xiàn)有電站鍋爐系統(tǒng)基礎(chǔ)上，用高濃度的氧代替常規(guī)的助燃空氣，同時(shí)通過(guò)煙氣再循環(huán)來(lái)獲得富含80%以上體積濃度的CO2煙氣，以較小的代價(jià)冷凝壓縮后實(shí)現(xiàn)CO2的永久封存或資源化利用，較為容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；疌O2富集和減排，并且由于這種新型燃燒方式與現(xiàn)有電站燃燒方式在技術(shù)具有良好的承接性，也容易被電力行業(yè)接受。這種燃燒方式的主要特點(diǎn)是采用煙氣再循環(huán)，以煙氣中的CO2替代助燃空氣中的氮?dú)猓c氧一起參與燃燒，這樣可大幅度提高煙氣中的CO2濃度，CO2無(wú)需額外分離即可利用和處理。該燃燒方式還具有高效脫硫脫硝的效能，可望形成一種污染物綜合排放低的“無(wú)煙? ”的環(huán)境友好的發(fā)電方式。已有的分析表明，和其他碳捕獲方式相比，富氧燃燒技術(shù)在投資成本、運(yùn)行成本、CO2減排成本、大型化和與現(xiàn)有技術(shù)的兼容度等方面都具有優(yōu)越性。
[0004]在燃料的燃燒過(guò)程中，氮氧化物的生成是燃燒反應(yīng)的一部分。燃燒生成的氮氧化物主要是NO和NO2,統(tǒng)稱為NOx。在鍋爐燃料的燃燒過(guò)程中生成的NOx，其生成形式主要有熱力型NOx、瞬時(shí)反應(yīng)型NOx和燃料型NOx。對(duì)富氧燃燒鍋爐而言,如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,或系統(tǒng)配置不當(dāng)，空氣混入爐內(nèi)，易出現(xiàn)熱力型氮氧化物的產(chǎn)生；或者由于燃燒器配風(fēng)不合理和爐內(nèi)不合理的化學(xué)當(dāng)量比也可能使得燃料氮在火焰前鋒內(nèi)就急劇轉(zhuǎn)化為氮氧化物，即便在后期采用分級(jí)燃燒也無(wú)法有效降低氮氧化物的排放。
[0005]富氧燃燒由于采用鍋爐排除的煙氣進(jìn)行再循環(huán)，并注入一定比如的純氧作為燃煤的助燃劑，即煙氣中80%的N2被80% CO2所取代，而且CO2具有明顯的滅火特性，這使得煤的著火穩(wěn)定性和燃盡性能在富氧條件比在常規(guī)空氣燃燒條件下變得困難，火焰的傳播速度也比在空氣條件下變慢；同時(shí)由于煙氣中的CO2比重增加使得燃燒空氣的理論燃燒最高溫度偏低，這樣極易造成富氧燃燒情況下火焰的不穩(wěn)定。因此解決富氧條件下煤的著火穩(wěn)定性和燃盡特性是發(fā)展富氧燃燒技術(shù)的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可改善在富氧燃燒工況下火焰燃燒穩(wěn)定性、燃盡特性的鍋爐用燃燒器。[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:鍋爐用燃燒器，包括燃燒器本體和設(shè)置在燃燒器本體內(nèi)的一次風(fēng)管和煤粉濃縮器，在燃燒器噴口內(nèi)側(cè)布置有穩(wěn)燃體，還包括氧氣注入管，氧氣注入管的出口端與所述一次風(fēng)管的中心線同軸，氧氣注入管的出口采用噴射孔式結(jié)構(gòu)，氧氣注入管的氧氣噴射孔布置于穩(wěn)燃體內(nèi)，氧氣注入管與穩(wěn)燃體連接并相對(duì)固定，氧氣注入管或穩(wěn)燃體與平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是沿氧氣注入管的中心線所在方向在設(shè)定調(diào)節(jié)行程內(nèi)調(diào)整氧氣注入管和穩(wěn)燃體相對(duì)于燃燒器噴口的位置。
[0008]所述穩(wěn)燃體的出口左右區(qū)域?qū)ΨQ開(kāi)有缺口，單個(gè)缺口弧長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的圓心角為30?70°，單個(gè)缺口在其中心線方向所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度為穩(wěn)燃體的全長(zhǎng)的1/6?1/3。
[0009]所述燃燒器噴口的出口角度為7?10°。
[0010]所述氧氣注入管在供氧狀態(tài)下，氧氣的出口流速為60?70m/s。
[0011]控制所述氧氣注入管的風(fēng)率比例為占總需氧量的5?10%。
[0012]所述煤粉濃縮器采用多級(jí)慣性煤粉濃縮器。
[0013]所述燃燒器為直流燃燒器。
[0014]或者，所述燃燒器為旋流燃燒器。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:改善了富氧燃燒鍋爐在富氧燃燒條件下火焰燃燒的穩(wěn)定性，并具有較好的火焰可調(diào)節(jié)性，同時(shí)可以兼顧空氣燃燒條件下的燃燒穩(wěn)定性，若用于直流燃燒器，可確保四角切圓富氧燃燒系統(tǒng)獲得良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)、火焰充滿度、達(dá)到優(yōu)良的火焰穩(wěn)定和燃盡性能及防結(jié)渣性能，保證富氧燃燒鍋爐的安全穩(wěn)定高效運(yùn)行。該燃燒器可用于富氧燃燒鍋爐，也可用于空氣燃燒鍋爐；可用于直流燃燒器改進(jìn)，也可用于旋流燃燒器改進(jìn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的鍋爐用燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是圖1的A向視圖。
[0018]圖3是本發(fā)明中穩(wěn)燃體上開(kāi)設(shè)缺口的示意圖。
[0019]圖4是本發(fā)明中燃燒器出口角度的示意圖。
[0020]圖中標(biāo)記為:1- 一次風(fēng)管，2-氧氣注入管，3-煤粉濃縮器，4-燃燒器出口，5-穩(wěn)燃體，6-氧氣噴射孔，7-周界風(fēng)，8-燃燒器本體，50-缺口，α -出口角度，β -圓心角，L-調(diào)節(jié)行程。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明的鍋爐用燃燒器包括燃燒器本體8和設(shè)置在燃燒器本體8內(nèi)的一次風(fēng)管I和煤粉濃縮器3，在燃燒器出口 4內(nèi)側(cè)布置有穩(wěn)燃體5，還包括氧氣注入管2，氧氣注入管2的出口端與所述一次風(fēng)管I的中心線同軸，氧氣注入管2的出口采用噴射孔式結(jié)構(gòu)，氧氣注入管2的氧氣噴射孔6布置于穩(wěn)燃體5內(nèi)，氧氣注入管2與穩(wěn)燃體5相連接，且同時(shí)與平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是沿氧氣注入管2的中心線所在方向在設(shè)定調(diào)節(jié)行程內(nèi)調(diào)整氧氣注入管2與穩(wěn)燃體5相對(duì)于燃燒器出口 4的位置。在一次風(fēng)正中間布置用于純氧注入的氧氣注入管，其出口位于燃燒器出口因穩(wěn)燃體所形成的回流區(qū)內(nèi)，利于在一次風(fēng)中心區(qū)域形成一個(gè)穩(wěn)定的高溫燃燒火焰，改善了火焰穩(wěn)定性，也有利于燃燒器的燃盡特性；因?yàn)楦谎跞紵r及空氣燃燒工況煙氣量不一樣，空氣燃燒工況煙氣量較大，而富氧燃燒工況煙氣量略小，為了保證空氣燃燒及富氧燃燒均有較好的燃燒效果，變化一次風(fēng)出口流通截面，配備了平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)后，沿氧氣注入管2的中心線所在方向，在設(shè)定調(diào)節(jié)行程內(nèi)能根據(jù)煙氣的供應(yīng)來(lái)調(diào)整氧氣注入管2與穩(wěn)燃體5相對(duì)于燃燒器出口 4的位置，達(dá)到增減流通截面的作用，從而實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)速度的調(diào)節(jié)，使得該燃燒器具有火焰可調(diào)節(jié)性，達(dá)到燃燒穩(wěn)定性調(diào)節(jié)的作用。所述的平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通常選擇設(shè)置在燃燒器的后端，即靠近氧氣注入管的入口一端的位置，平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以采用常規(guī)的一些機(jī)構(gòu)，例如，氣缸，或者齒輪齒條等，圖中未加以明示。
[0023]如圖3所示，所述穩(wěn)燃體5的出口區(qū)域左右對(duì)稱開(kāi)有缺口 50，通過(guò)該缺口 50可以很容易的實(shí)現(xiàn)少量煤粉較早的進(jìn)入注氧區(qū)域，使得較早就實(shí)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定高效的高溫火焰，根據(jù)有關(guān)理論模型計(jì)算，得到以下具有較佳效果的值得推薦的缺口參數(shù):單個(gè)缺口 50弧長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的圓心角β為30?70°，單個(gè)缺口 50在其中心線方向所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度為穩(wěn)燃體5的全長(zhǎng)的1/6?1/3。穩(wěn)燃體5的缺口所對(duì)應(yīng)的圓心角的角度范圍選擇為30?70°主要是因?yàn)?若該缺口區(qū)域過(guò)大，將造成進(jìn)入煤粉過(guò)多，使得穩(wěn)燃器出口溫度過(guò)高，燒損穩(wěn)燃體5，同時(shí)也無(wú)法達(dá)到所需的形成回流區(qū)的效果。若該缺口區(qū)域過(guò)小，容易造成提前進(jìn)入的煤量不夠，達(dá)不到所需的形成穩(wěn)定火焰的效果。
[0024]如圖4所示，所述燃燒器出口 4的出口角度α為7?10。，設(shè)置了所述適當(dāng)?shù)某隹诮嵌群?，則調(diào)節(jié)穩(wěn)燃體5和氧氣注入管2的位置以增減流通截面的作用表現(xiàn)得更為突出。
[0025]所述氧氣注入管2在供氧狀態(tài)下，氧氣的出口流速為60?70m/s，因純氧的量較小，而且為小孔進(jìn)行噴射，控制的流速過(guò)低難以達(dá)到有效的混合，而且產(chǎn)生的純氧穩(wěn)定燃燒火焰過(guò)小也無(wú)法達(dá)到較大面積的穩(wěn)定火焰的目的，因此，通常會(huì)控制氧氣注入管2的入口壓力保證在0.1?0.2MPa左右，使得其出口的流速能夠達(dá)到60?70m/s。
[0026]至于純氧的風(fēng)率比例控制，其目的主要還是按照所需穩(wěn)定火焰形成的量的同時(shí)又不影響燃燒器整體燃燒狀況的情況下進(jìn)行，建議控制所述氧氣注入管2的風(fēng)率比例為占總需氧量的5?10%，使得純氧的比例較小，因該區(qū)域始終為富燃料區(qū)，這樣的控制不會(huì)造成煙氣NOx的升高。
[0027]如圖1所示，所述煤粉濃縮器3采用多級(jí)慣性煤粉濃縮器，通過(guò)氣固兩相的慣性濃縮達(dá)到噴口煤粉濃度濃淡分離的效果。
[0028]實(shí)施例:
如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明的鍋爐用直流燃燒器包括燃燒器本體8和設(shè)置在燃燒器本體8內(nèi)的一次風(fēng)管I和煤粉濃縮器3，在燃燒器出口 4內(nèi)側(cè)布置有穩(wěn)燃體5，還包括與所述一次風(fēng)管I的中心線同軸的氧氣注入管2，氧氣注入管2的出口采用噴射孔式結(jié)構(gòu)，氧氣注入管2的氧氣噴射孔6布置于穩(wěn)燃體5內(nèi)，氧氣注入管2的前端與穩(wěn)燃體5相連接，氧氣注入管2的后端與平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是沿氧氣注入管2的中心線所在方向在設(shè)定調(diào)節(jié)行程內(nèi)調(diào)整氧氣注入管2與穩(wěn)燃體5相對(duì)于燃燒器出口 4的位置，控制所述氧氣注入管2的風(fēng)率比例為占總需氧量的5?10%，同時(shí)氧氣注入管2的入口壓力保證在0.1?0.2MPa左右，使其出口流速能夠達(dá)到60?70m/s，氧氣在燃燒器出口 4的內(nèi)側(cè)注入，在因拋物面型穩(wěn)燃體5而形成的回流區(qū)內(nèi)，一次風(fēng)中心區(qū)域易于形成一個(gè)穩(wěn)定的高溫燃燒火焰，同時(shí)因純氧的比例較小，該區(qū)域始終為富燃料區(qū)，不會(huì)造成NOx的升高。
[0029]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，拋物面型穩(wěn)燃體5能增加高溫?zé)煔饣亓髁浚訌?qiáng)煤粉氣流的著火穩(wěn)定性，穩(wěn)燃體5的內(nèi)口大致呈球形，外形呈拋物面形，以盡可能的減少煤粉的磨損。穩(wěn)燃體5的占空比約為0.3，能夠形成一個(gè)非常穩(wěn)定而且較大的回流區(qū)，穩(wěn)燃體5的出口區(qū)域左右對(duì)稱(相對(duì)于水平濃淡的左右)開(kāi)有缺口 50，單個(gè)缺口 50弧長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的圓心角β為50。，缺口的長(zhǎng)度方向約為整個(gè)穩(wěn)燃體裝置的1/4，可以很容易的實(shí)現(xiàn)少量煤粉較早的進(jìn)入注氧區(qū)域，使得切換到富氧燃燒工況后較早就能得到穩(wěn)定高效的高溫火焰。穩(wěn)燃體5與氧氣注入管2連接為一體，并配有平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，能夠沿氧氣注入管2的中心線所在方向?qū)崿F(xiàn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)前后直線位移±0.2m,即調(diào)節(jié)行程L為與燃燒器出口 4平齊直至其內(nèi)側(cè)距燃燒器出口 4有0.4m處，同時(shí)燃燒器出口 4的出口角度α為10。，配備該平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使得該燃燒器具有火焰可調(diào)節(jié)性。
[0030]的煤粉濃縮器3采用多級(jí)慣性煤粉濃縮器，其內(nèi)部的第一塊葉片采用尾體式結(jié)構(gòu)，消除葉片導(dǎo)致的低流速回流區(qū)，防止煤粉在回流區(qū)內(nèi)沉積；第二和第三塊葉片采用開(kāi)縫直板形式，使得濃淡側(cè)風(fēng)量比1.1?1.30，煤粉濃縮比> 2，甚至達(dá)到3以上，從而通過(guò)燃燒器的濃淡調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)NOx的較低排放。
[0031]煤粉濃縮器3采用普通鋼材材質(zhì)，為防止?jié)饪s器各部件出現(xiàn)較快的磨損，延長(zhǎng)各部件的使用壽命，對(duì)濃縮器的內(nèi)表面貼防磨陶瓷片，對(duì)其葉片的迎風(fēng)面、檔板的兩面都進(jìn)行貼防磨陶瓷片處理，提高這些易磨損表面的表面硬度和耐磨性。煤粉濃縮3器內(nèi)的防磨陶瓷片采用高強(qiáng)耐磨的進(jìn)口氧化鋁防磨陶瓷。
【權(quán)利要求】
1.鍋爐用燃燒器，包括燃燒器本體(8)和設(shè)置在燃燒器本體(8)內(nèi)的一次風(fēng)管(I)和煤粉濃縮器(3)，在燃燒器出口(4)內(nèi)側(cè)布置有穩(wěn)燃體(5)，其特征是:還包括氧氣注入管(2)，氧氣注入管(2)的出口端與所述一次風(fēng)管(I)的中心線同軸，氧氣注入管(2)的出口采用噴射孔式結(jié)構(gòu)，氧氣注入管(2)的氧氣噴射孔(6)布置于穩(wěn)燃體(5)內(nèi)，氧氣注入管(2)與穩(wěn)燃體(5)連接并相對(duì)固定，氧氣注入管(2)或穩(wěn)燃體(5)與平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述平移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是沿氧氣注入管(2)的中心線所在方向在設(shè)定調(diào)節(jié)行程(L)內(nèi)調(diào)整氧氣注入管(2)和穩(wěn)燃體(5)相對(duì)于燃燒器出口(4)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的鍋爐用燃燒器，其特征是:所述穩(wěn)燃體(5)的出口區(qū)域左右對(duì)稱開(kāi)有缺口(50)，單個(gè)缺口(50)弧長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的圓心角(β )為30?70°，單個(gè)缺口(50)在其中心線方向所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度為穩(wěn)燃體(5)的全長(zhǎng)的1/6?1/3。
3.如權(quán)利要求1所述的鍋爐用燃燒器，其特征是:所述燃燒器出口(4)的出口角度(α )為 7 ?10°。
4.如權(quán)利要求1所述的鍋爐用燃燒器，其特征是:所述氧氣注入管(2)在供氧狀態(tài)下，氧氣的出口流速為60?70m/s。
5.如權(quán)利要求1所述的鍋爐用燃燒器，其特征是:控制所述氧氣注入管(2)的風(fēng)率比例為占總需氧量的5?10%。
6.如權(quán)利要求1所述的鍋爐用燃燒器，其特征是:所述煤粉濃縮器(3)采用多級(jí)慣性煤粉濃縮器。
7.如權(quán)利要求1所述的鍋爐用燃燒器，其特征是:所述燃燒器為直流燃燒器。
8.如權(quán)利要求1所述的鍋爐用燃燒器，其特征是:所述燃燒器為旋流燃燒器。
【文檔編號(hào)】F23D1/00GK103953924SQ201410161906
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】陳燦, 張定海, 毛宇, 孔紅兵, 胡修奎, 霍鎖善 申請(qǐng)人:東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司