一種同心軸流式低氮氧化物套管燃燒器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種同心軸流式低氮氧化物套管燃燒器，其特征在于，包括主燃燒器及布置在主燃燒器上方的燃盡風(fēng)機(jī)構(gòu)，其中：主燃燒器包括一次風(fēng)粉氣流管道和位于一次風(fēng)粉氣流管道外的二次風(fēng)管道；燃盡風(fēng)機(jī)構(gòu)包括同軸布置的內(nèi)直流風(fēng)管道和外旋流風(fēng)管道。本發(fā)明提供的燃?xì)?劣質(zhì)煤混燒NOX燃燒器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝布置方便、NOX生成量低、著火穩(wěn)定性強(qiáng)、燃燒效率高等特點(diǎn)。
【專利說明】
一種同心軸流式低氮氧化物套管燃燒器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種工業(yè)燃煤鍋爐混燒燃?xì)?劣質(zhì)煤的燃燒器，用于清潔燃煤、降低大氣NOx排放量O
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)工業(yè)鍋爐以燃煤為主，截至2012年底，在用燃煤工業(yè)鍋爐達(dá)46.7萬(wàn)臺(tái)，總?cè)萘窟_(dá)178萬(wàn)蒸噸，年消耗原煤約7億噸，占全國(guó)煤炭消耗總量的18%以上。我國(guó)燃煤工業(yè)鍋爐整體能效水平較低，其實(shí)際運(yùn)行效率比國(guó)際先進(jìn)水平低15個(gè)百分點(diǎn)左右，具有較大的節(jié)能潛力。同時(shí)，燃煤工業(yè)鍋爐污染物排放強(qiáng)度較大，是重要污染源，年排放煙塵、二氧化硫、氮氧化物分別約占全國(guó)排放總量的33%、27%、9%。近年來(lái)，我國(guó)出現(xiàn)的大范圍、長(zhǎng)時(shí)間嚴(yán)重霧霾天氣，與燃煤工業(yè)鍋爐區(qū)域高強(qiáng)度、低空排放的特點(diǎn)密切相關(guān)。
[0003]大多數(shù)燃煤工業(yè)鍋爐容量較小，單臺(tái)平均容量?jī)H為3.8噸/時(shí)，其中2噸/時(shí)以下臺(tái)數(shù)占比達(dá)66.5%。部分鍋爐老化嚴(yán)重，很多超過折舊年限的鍋爐，甚至上世紀(jì)七八十年代生產(chǎn)的低能效、高排放的鍋爐仍在使用。鍋爐系統(tǒng)自控水平偏低，不利于工況調(diào)節(jié)。高效鍋爐價(jià)格高、市場(chǎng)份額低、推廣難度大。產(chǎn)業(yè)集中度低，制造企業(yè)數(shù)量多、規(guī)模小，技術(shù)水平普遍較弱。
[0004]2014年11月，國(guó)家七大部委聯(lián)合發(fā)文，要求推進(jìn)落實(shí)工業(yè)鍋爐領(lǐng)域綜合節(jié)能減排工程，其目標(biāo)是:到2018年，推廣高效鍋爐50萬(wàn)蒸噸，高效燃煤鍋爐市場(chǎng)占有率由目前的不足5%提高到40%;淘汰落后燃煤鍋爐40萬(wàn)蒸噸；完成40萬(wàn)蒸噸燃煤鍋爐的節(jié)能改造;推動(dòng)建成若干個(gè)高效鍋爐制造基地，培育一批大型高效鍋爐骨干企業(yè);燃煤工業(yè)鍋爐平均運(yùn)行效率在2013年的基礎(chǔ)上提高6個(gè)百分點(diǎn)，形成年4000萬(wàn)噸標(biāo)煤的節(jié)能能力；減排100萬(wàn)噸煙塵、128萬(wàn)噸二氧化硫、24萬(wàn)噸氮氧化物。
[0005]從煤的燃燒角度來(lái)看，目前低NOx燃燒技術(shù)已廣泛運(yùn)用于燃煤電站鍋爐上和部分工業(yè)鍋爐。對(duì)于新設(shè)計(jì)鍋爐，目前主流趨勢(shì)是開發(fā)燃料、空氣分級(jí)燃燒技術(shù)。對(duì)于現(xiàn)役的鍋爐，主要推行低NOx燃燒器改造、尾部煙道采用SCR或SNCR脫銷技術(shù)。針對(duì)低氮燃燒器來(lái)說，這面臨很多問題，以四角切圓燃燒方式為例，主要有:(I)垂直濃淡燃燒器和水平濃淡燃燒器只能選其一，不能二者兼有，NOx生成量的控制沒有實(shí)現(xiàn)最小化；(2)目前采用的垂直濃淡燃燒器，煤粉的濃淡分離一般通過彎管離心力、燃燒器內(nèi)部設(shè)置百葉窗片等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，煤粉管道改造工程量大，管內(nèi)耐破損能力差；(3)燃燒器一旦施工安裝完成后，濃淡相濃度不可調(diào)節(jié)；(4)燃燒器煤種適應(yīng)性差，一般來(lái)說，工業(yè)鍋爐燃燒的煤種波動(dòng)性較大，不同煤種對(duì)應(yīng)的煤粉最佳著火風(fēng)速及煤粉濃度不同，濃淡燃燒器需要適應(yīng)不同煤種變化；(5)負(fù)荷適應(yīng)性差，由于工業(yè)鍋爐熱負(fù)荷調(diào)節(jié)較為頻繁，不同熱負(fù)荷下一次風(fēng)濃度變化較大，對(duì)燃燒穩(wěn)定性不利，因此，濃淡燃燒器需要針對(duì)不同負(fù)荷調(diào)節(jié)一次風(fēng)速及煤粉濃度；(6)難以達(dá)到不同負(fù)荷不同工況下的最佳NOx生成量；(7)燃燒器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易維修，不易更換。
[0006]從NOx生成機(jī)理角度來(lái)看，主要有三種類型，燃料型、熱力型及快速型三種，燃料型NOx約占總NOx的80-90 %，是各種低NOx技術(shù)控制的主要對(duì)象。其次是熱力型，主要是由于爐內(nèi)局部高溫造成，降低燃料型NOx時(shí)，通過控制爐溫水平加以控制，快速型NOx生成量很少。
[0007]從煤種角度來(lái)看，劣質(zhì)煤的清潔利用近些年成為燃煤鍋爐領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)研究方向，但是劣質(zhì)煤存在著火困難(除褐煤外)、熱值低、硫分高以及燃燒時(shí)NOx含量不低的特點(diǎn)。當(dāng)前較多工業(yè)鍋爐采用燃?xì)?劣質(zhì)煤混燒方式，鍋爐在點(diǎn)火初期、低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)采用混燒方式，高負(fù)荷采用純燒劣質(zhì)煤的方式運(yùn)行，當(dāng)前大多數(shù)燃煤工業(yè)鍋爐并未采用低NOx燃燒器，所以在燃?xì)夂土淤|(zhì)煤混燒領(lǐng)域還存在低氮燃燒的空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是:使得濃淡燃燒器既能穩(wěn)定燃用劣質(zhì)煤又能多方位控制NOx生成。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種同心軸流式低氮氧化物套管燃燒器，其特征在于，包括主燃燒器及布置在主燃燒器上方的燃盡風(fēng)機(jī)構(gòu)，其中:
[0010]主燃燒器包括一次風(fēng)粉氣流管道和位于一次風(fēng)粉氣流管道外的二次風(fēng)管道，在一次風(fēng)粉氣流管道與二次風(fēng)管道之間設(shè)有燃?xì)馔ǖ?，一次風(fēng)粉氣流管道、燃?xì)馔ǖ兰岸物L(fēng)管道同軸布置，一次風(fēng)粉氣流、燃?xì)獯怪鼻邢蜻M(jìn)入一次風(fēng)粉氣流管道、燃?xì)馔ǖ溃鲆淮物L(fēng)粉氣流管道、燃?xì)馔ǖ篮笮纬蓤A形噴口切向旋轉(zhuǎn)氣流，在二次風(fēng)管道內(nèi)沿周向布置有可調(diào)二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)葉片，從而使得出二次風(fēng)管道的二次風(fēng)形成環(huán)形旋轉(zhuǎn)射流，在圓形噴口切向旋轉(zhuǎn)氣流及環(huán)形旋轉(zhuǎn)射流的共同作用下，在爐膛的火焰中心形成一個(gè)回流區(qū)；
[0011]燃盡風(fēng)機(jī)構(gòu)包括同軸布置的內(nèi)直流風(fēng)管道和外旋流風(fēng)管道，燃盡風(fēng)經(jīng)由內(nèi)直流風(fēng)管道和外旋流風(fēng)管道形成兩股獨(dú)立的氣流，出內(nèi)直流風(fēng)管道的氣流形成直流風(fēng)，出外旋流風(fēng)管道的氣流形成旋轉(zhuǎn)氣流，直流風(fēng)及旋轉(zhuǎn)氣流的風(fēng)量可調(diào)。
[0012 ]優(yōu)選地，在所述一次風(fēng)粉氣流管道內(nèi)設(shè)有煤粉濃縮器。
[0013]優(yōu)選地，在所述二次風(fēng)管道出口端設(shè)有外擴(kuò)的導(dǎo)流筒。
[0014]優(yōu)選地，在所述一次風(fēng)粉氣流管道出口處設(shè)有沿周向布置的穩(wěn)焰齒。
[0015]優(yōu)選地，在所述二次風(fēng)管道內(nèi)設(shè)有可伸縮式自動(dòng)點(diǎn)火器。
[0016]優(yōu)選地，在所述外旋流風(fēng)管道的出口處沿周向布置有外旋流風(fēng)旋轉(zhuǎn)葉片。
[0017]劣質(zhì)煤揮發(fā)分含量低、著火點(diǎn)高，燃燒初期所產(chǎn)生的熱量不足以使炭粒的溫度升高至著火溫度，從而使燃燒持續(xù)進(jìn)行，因此，確保劣質(zhì)煤持續(xù)穩(wěn)定點(diǎn)燃的方法是增加火焰中心的回流量，通過卷吸下游的高溫?zé)煔饣亓髦粱鹧娓恳蕴岣咭淮物L(fēng)粉溫度。本發(fā)明中煤粉氣流、燃?xì)饩鶑奶坠苤虚g以較高速度切向旋轉(zhuǎn)噴入燃燒室，增強(qiáng)了風(fēng)粉氣流的湍流;在燃?xì)夤艿劳饷嬉粚硬贾枚物L(fēng)，管道內(nèi)設(shè)置可調(diào)軸向葉片，二次風(fēng)旋流進(jìn)入燃燒室，火焰內(nèi)部形成一個(gè)高溫?zé)煔饣亓?，能夠及時(shí)補(bǔ)充燃燒所需的空氣，同時(shí)煤粉燃燒更加穩(wěn)定。最后在燃燒器上方適當(dāng)位置設(shè)置燃盡風(fēng)機(jī)構(gòu)，燃盡風(fēng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置內(nèi)直流和外旋流式，采用空氣分級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)降低燃燒生成的氮氧化物。
[0018]本發(fā)明提供的燃?xì)?劣質(zhì)煤混燒NOx燃燒器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝布置方便、NOx生成量低、著火穩(wěn)定性強(qiáng)、燃燒效率高等特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0020]圖2為圖1中的A-A向剖視圖；
[0021]圖3為圖1中的B-B向剖視圖；
[0022]圖4為本發(fā)明中主燃燒器的剖視圖；
[0023]圖5為圖5中的C-C向剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
[0025]本發(fā)明基于以下兩點(diǎn)基本原理:
[0026]1、旋流燃燒方式
[0027]旋轉(zhuǎn)射流具有向前的軸向速度和圓周向的切向速度，所以在離開噴口進(jìn)入空間后，旋流以螺旋式的運(yùn)動(dòng)擴(kuò)展向前形成輻射狀的流動(dòng)外形，在實(shí)際燃燒過程中，受到爐墻的作用旋轉(zhuǎn)氣流是封閉的，擴(kuò)展角比較大，在出口處具有負(fù)壓造成的回流區(qū)。旋轉(zhuǎn)氣流的最大軸向速度下降的很快，所以導(dǎo)致射程較短。由于擴(kuò)展角較大，中心又有回流區(qū)，所以在燃燒器噴口旋轉(zhuǎn)氣流卷吸周圍介質(zhì)的能力比直流射流強(qiáng)烈。
[0028]燃燒器噴口氣流的擾動(dòng)比較強(qiáng)烈，表現(xiàn)在出口的早期混合強(qiáng)烈，伴隨衰減的速度也很快，造成后期混合較弱。旋轉(zhuǎn)氣流的這些特性使得旋流燃燒器能夠依靠自身的回流區(qū)穩(wěn)定地著火，實(shí)踐證明它幾乎適用于各種燃料，尤其是適用于著火溫度較高的劣質(zhì)煤。在燃燒器出口處存在著兩個(gè)回流區(qū)，即中心回流區(qū)和外回流區(qū)。中心回流區(qū)直接卷吸下游已經(jīng)開始燃燒的高溫氣回流至一次風(fēng)粉混合氣流的根部，為燃料提供著火熱和反應(yīng)的活性基團(tuán)，而且煤粉顆粒在中心回流區(qū)附近的停留時(shí)間要比在外回流區(qū)的長(zhǎng)得多，因此煤粉著火初期發(fā)生的預(yù)熱過程、熱解過程、揮發(fā)分即固定碳的燃燒、污染物的生成過程主要在中心回流區(qū)邊界附近進(jìn)行。中心回流區(qū)對(duì)煤粉著火過程起著更為重要的作用。
[0029]2、空氣分級(jí)
[0030]將旋流燃燒器固定的外二次風(fēng)去掉，采用高位燃盡風(fēng)布置，將更多的風(fēng)量放到燃盡風(fēng)去，燃盡風(fēng)的通道內(nèi)部布置內(nèi)直流風(fēng)，外部布置外旋流風(fēng)。燃盡風(fēng)量可實(shí)現(xiàn)占總二次風(fēng)量的20?40%變化，燃盡風(fēng)噴口可實(shí)現(xiàn)上下左右擺動(dòng)。通過燃盡風(fēng)噴口的擺動(dòng)既可以實(shí)現(xiàn)爐膛出口溫度及煙氣溫偏差的調(diào)整，還可以強(qiáng)化飛灰可燃物燃盡。運(yùn)行時(shí)通過對(duì)縱向過量空氣系數(shù)分布控制，從下到上分別形成為氧化燃燒區(qū)、集中還原區(qū)、燃盡區(qū)三區(qū)分布。
[0031]氧化區(qū)有煤粉初期燃燒，爐溫升高，促進(jìn)煤粉著火、燃燒及燃盡，但此時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的NOx。由于有較大燃盡風(fēng)量的存在，主燃燒器區(qū)存在氧化還原交替存在及通過控制高度方向的配風(fēng)，可形成局部還原區(qū)，可以初步還原產(chǎn)生的NOx，使NOx在初始燃燒時(shí)就得到抑制，在主還原區(qū)內(nèi)已生成的NOx得到更充分還原，燃盡區(qū)內(nèi)將作為燃盡風(fēng)的二次風(fēng)及時(shí)補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，促進(jìn)焦碳最后燃盡。通過空氣分級(jí)，NOx將得到極大抑制，飛灰可燃物也會(huì)得到控制。
[0032]本發(fā)明提供的一種同心軸流式低氮氧化物套管燃燒器，包括主燃燒器及布置在其上方的燃盡風(fēng)機(jī)構(gòu)。
[0033]主燃燒器包括同軸的一次風(fēng)粉氣流管道1、較薄的用于通燃?xì)獾娜細(xì)馔ǖ?、二次風(fēng)管道3。燃?xì)馔ǖ?用于初期點(diǎn)火爐膛升溫以及低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)爐膛內(nèi)燃燒波動(dòng)時(shí)投燃?xì)夥€(wěn)燃?？缮炜s式自動(dòng)點(diǎn)火器6布置在二次風(fēng)管道3內(nèi)。
[0034]—次風(fēng)粉氣流11、燃?xì)獯怪鼻邢蜻M(jìn)入主燃燒器的一次風(fēng)粉氣流管道1、燃?xì)馔ǖ?，出一次風(fēng)粉氣流管道1、燃?xì)馔ǖ?后形成圓形噴口切向射流。在一次風(fēng)粉氣流管道I中布置煤粉濃縮器5，讓煤粉濃度分離，促使燃料分級(jí)。同時(shí)，通過煤粉濃縮器5增大了一次風(fēng)煤粉濃度，使煤粉更易著火。在一次風(fēng)粉氣流管道I出口設(shè)置穩(wěn)焰齒4，加強(qiáng)了一次風(fēng)煤粉氣流與高溫?zé)煔庵g的混合。
[0035]在二次風(fēng)管道3內(nèi)的出口處沿周向設(shè)置有可沿軸向調(diào)節(jié)的二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)葉片8，同時(shí)設(shè)有向外擴(kuò)張的導(dǎo)流筒7，使得主燃燒器噴口的二次風(fēng)產(chǎn)生旋流，形成環(huán)形旋轉(zhuǎn)射流，且旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度可調(diào)。
[0036]在圓形噴口切向射流及環(huán)形旋轉(zhuǎn)射流的共同作用下，在爐膛的火焰的中心形成一個(gè)回流區(qū)，有利于卷吸高溫?zé)煔?，使煤粉揮發(fā)分均衡揮發(fā)、快速著火，穩(wěn)定燃燒。
[0037]在主燃燒器上方布置燃盡風(fēng)機(jī)構(gòu)，燃盡風(fēng)率占總二次風(fēng)的20?40%可調(diào)。燃盡風(fēng)機(jī)構(gòu)包括同軸的內(nèi)直流風(fēng)管道9和外旋流風(fēng)管道10，在外旋流風(fēng)管道10的出口處沿周向布置有外旋流風(fēng)旋轉(zhuǎn)葉片。燃盡風(fēng)出燃盡風(fēng)機(jī)構(gòu)后分為兩股獨(dú)立的氣流進(jìn)入爐膛，中間氣流為直流風(fēng)，外圈氣流為旋轉(zhuǎn)氣流，兩者的風(fēng)量可以調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)空氣分級(jí)的目標(biāo)，能夠有效地抑制熱力型NOx的生成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種同心軸流式低氮氧化物套管燃燒器，其特征在于，包括主燃燒器及布置在主燃燒器上方的燃盡風(fēng)機(jī)構(gòu)，其中: 主燃燒器包括一次風(fēng)粉氣流管道(I)和位于一次風(fēng)粉氣流管道(I)外的二次風(fēng)管道(3)，在一次風(fēng)粉氣流管道(I)與二次風(fēng)管道(3)之間設(shè)有燃?xì)馔ǖ?2)，一次風(fēng)粉氣流管道(I)、燃?xì)馔ǖ?2)及二次風(fēng)管道(3)同軸布置，一次風(fēng)粉氣流(11)、燃?xì)獯怪鼻邢蜻M(jìn)入一次風(fēng)粉氣流管道(1)、燃?xì)馔ǖ?2)，出一次風(fēng)粉氣流管道(1)、燃?xì)馔ǖ?2)后形成圓形噴口切向旋轉(zhuǎn)氣流，在二次風(fēng)管道(3)內(nèi)沿周向布置有可調(diào)二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)葉片(8)，從而使得出二次風(fēng)管道(3)的二次風(fēng)形成環(huán)形旋轉(zhuǎn)射流，在圓形噴口切向旋轉(zhuǎn)氣流及環(huán)形旋轉(zhuǎn)射流的共同作用下，在爐膛的火焰中心形成一個(gè)回流區(qū)； 燃盡風(fēng)機(jī)構(gòu)包括同軸布置的內(nèi)直流風(fēng)管道(9)和外旋流風(fēng)管道(10)，燃盡風(fēng)經(jīng)由內(nèi)直流風(fēng)管道(9)和外旋流風(fēng)管道(10)形成兩股獨(dú)立的氣流，出內(nèi)直流風(fēng)管道(9)的氣流形成直流風(fēng)，出外旋流風(fēng)管道(10)的氣流形成旋轉(zhuǎn)氣流，直流風(fēng)及旋轉(zhuǎn)氣流的風(fēng)量可調(diào)。2.如權(quán)利要求1所述的一種同心軸流式低氮氧化物套管燃燒器，其特征在于，在所述一次風(fēng)粉氣流管道(I)內(nèi)設(shè)有煤粉濃縮器(5)。3.如權(quán)利要求1所述的一種同心軸流式低氮氧化物套管燃燒器，其特征在于，在所述二次風(fēng)管道(3)出口端設(shè)有外擴(kuò)的導(dǎo)流筒(7)。4.如權(quán)利要求1所述的一種同心軸流式低氮氧化物套管燃燒器，其特征在于，在所述一次風(fēng)粉氣流管道(I)出口處設(shè)有沿周向布置的穩(wěn)焰齒(4)。5.如權(quán)利要求1所述的一種同心軸流式低氮氧化物套管燃燒器，其特征在于，在所述二次風(fēng)管道(3)內(nèi)設(shè)有可伸縮式自動(dòng)點(diǎn)火器(6)。6.如權(quán)利要求1所述的一種同心軸流式低氮氧化物套管燃燒器，其特征在于，在所述外旋流風(fēng)管道(10)的出口處沿周向布置有外旋流風(fēng)旋轉(zhuǎn)葉片。
【文檔編號(hào)】F23D17/00GK105910107SQ201610242691
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月19日
【發(fā)明人】何翔, 魏增濤, 周文臺(tái), 王克
【申請(qǐng)人】上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院