专利名称：多重烧嘴煤粉燃烧装置的制作方法
技术领域：
本实用新型提出了一种可以燃烧不同煤质煤粉的燃烧装置，适合于工业生产用锅炉、供暖锅炉等领域，特别是锅炉负荷变化较大的工业生产和供暖过程。在锅炉受热面不变条件下，实现中小型煤粉锅炉的变负荷运行。
背景技术：
中国能源结构中有70%左右的份额是煤炭，煤炭主要是燃烧利用，其中差不多一半左右用于锅炉。中国拥有50 60万台工业锅炉，这些锅炉除强制改烧天然气以外几乎都是燃煤锅炉，每年煤炭消耗量超过4亿吨。燃煤锅炉中，容量在20t/h以下的约占80%，平均容量约为4t/h以上，且绝大部分为传统链条炉排锅炉和固定炉箅手烧炉，锅炉效率不高，通常在60%左右。后者锅炉运行的电耗高，锅炉排放的粉尘对环境的影响大。煤颗粒燃烧受到一些因素的制约，如温度、氧气供给、燃料浓度以及其他物理条件。另外，颗粒尺寸、混合条件等也决定着煤颗粒的燃尽效果。层燃锅炉燃用数十毫米尺寸的颗粒，以层状方式在炉排上燃烧。这种燃烧方式的缺点表现在1.颗粒燃尽时间相差较大而炉排运转速度固定。2.层状燃烧的透气性不均匀，即使可以采用辅助的分层手段，细颗粒对燃烧空气的阻力也构成对燃烧过程的巨大妨碍。3.对操作技术依赖较大。操作人员的熟练程度直接影响燃烧效果。从燃烧学角度看，煤颗粒燃尽时间正比于煤颗粒尺寸的平方，燃烧细的煤颗粒需要的燃尽时间短。另一方面，燃烧需要及时供应燃烧需要的氧气，这在煤粉锅炉上通过二次风来实现。除了及时供氧外，所供的氧气还需要与煤粉良好混合。这些燃烧过程在煤粉锅炉上已经得到了较好的实现。煤粉燃烧有一个重要的缺陷，煤粉制备的电耗太高。火力发电厂使用的中速磨的磨煤电耗高达6 9kWh/t，球磨机电耗是中速磨的1. 5 2倍。而小型工业锅炉不可能得到这一等级的磨煤电耗，除非一些工业锅炉联合使用中速磨制粉，采用管道输送或罐车输送供粉。一旦采用集中制粉，按锅炉配送的运营方式，工业锅炉燃烧煤粉就可以克服制粉电耗高的缺点，达到与火电厂相同的制粉运行成本。这样，工业锅炉燃烧煤粉，提高燃烧效率和锅炉效率就获得了经济运行的渠道。如果一些锅炉房不具备集中送粉条件，可以采用小型多级风扇磨，虽然电耗仍然偏高，但由于锅炉效率提高的经济效益远高于磨煤电耗的消耗，经济效益仍然是可观的。煤粉在工业锅炉上使用已有多年历史。早期的应用是在层燃锅炉上作为独立燃烧系统出现。即层状燃烧系统不变，在炉膛中喷入煤粉，强化炉膛中出现的燃烧和传热过程，获得了很好的技术效果。但由于每台锅炉配备一台磨煤机，磨煤机电耗“吃掉”了很大一部分节能效果。煤粉工业锅炉研究的专利申请和授予情况比较简单，虽然上世纪有过一些专利(如李春甫提出的适用各种工业、民用锅炉的锅炉煤粉燃烧器(申请号95111916. 8))，但很多专利在实施过程中显示出的缺陷导致煤粉在工业锅炉上的应用止步不前。2005年之前不论文献还是专利，工业锅炉燃烧煤粉都鲜有报道。2005年起，煤炭科学研究总院围绕煤粉工业锅炉获得了 10项左右专利，至少有三种炉型获得了专利(200520002170. X—种卧式工业煤粉锅炉，200920108895. 5 一种双炉胆卧式工业煤粉锅炉和200920108897. 4 一种双锅壳卧式工业煤粉锅炉)，相关专利涉及到自动控制系统、除尘系统和供油系统等。文献表明，煤炭科学研究总院的煤粉燃烧技术具有良好的燃烧效果，燃烧效率和锅炉效率等具体指标都十分优秀，试验装置中的燃烧温度不超过1200°C (冀飞，纪任山，何海军，王乃继，工业煤粉锅炉煤种适应性的燃烧试验研究)，燃烧装置也进行过细致的计算机优化(纪任山，煤粉工业锅炉燃烧的数值模拟，第34卷第12期煤炭学报，2009)，而且已经形成系列化产品(何海军，纪任山，王乃继，高效煤粉工业锅炉系统的研发与应用，煤炭科学技术第37卷第11期，2009年)。但相关文献也反映出，煤炭科学研究总院开发的煤粉工业锅炉有“挑食”的毛病。即只能“吃细粮”烧好煤。如何海军(2009)给出的例子，煤粉锅炉燃烧的是26359kJ/kg (6295kcal/kg)热值的煤,Ikg这样的原煤相当于O. 9kg标准煤。这就使煤粉工业锅炉的应用受到极大限制。优质煤产区的用户(25. 12MJ/kg或6000kcal/kg，郭德生，王楠，史培甫，新型高效小煤粉锅炉系统节能减排功效突出，节能2010年)和接受远距离煤粉配送的用户对这项技术是欢迎的。研究人员曾试图扩大煤粉工业锅炉的燃料范围，将锅炉燃料产地化，但由于遇到点火困难和锅炉运行状态不稳定等问题，最终不得不放弃燃料本地化的努力(郭永葆，王守信，郭复炎，张瑞华，试论工业煤粉锅炉技术应用中应关注的几个问题，科技情报开发与经济2011年第21卷第16期)。
发明内容为适应较差煤种的煤粉工业锅炉燃烧，本实用新型开发了多重烧嘴煤粉燃烧装置，本装置可以稳定燃烧较差煤种。多重烧嘴煤粉燃烧装置是双层套筒结构，外筒是连接煤粉气流和二次风的容器，内筒内是煤粉燃烧空间，内外筒之间的缝隙是二次风通道，煤粉燃烧装置上布置有煤粉点火燃烧器、中心直流煤粉燃烧器和中心旋流煤粉燃烧器，中心夹层二次风、切向二次风和直流二次风。内筒由耐火材料构成，其上开有O 10道切向二次风口，切向二次风形成低温气膜保护耐火材料，同时控制燃烧温度不超过1000 1300°C以控制燃烧过程中NOx的生成过程。内筒根部设置I 28个采用天然气或燃料油点火的煤粉燃烧器，每个点火燃烧器可以承担一部分燃烧负荷作为最小燃烧负荷调节用。燃烧装置轴线上的中心直流煤粉燃烧器和中心旋流煤粉燃烧器被中心夹层二次风隔开，按照用户的生产或供暖的特征要求分割中心直流煤粉燃烧器和中心旋流煤粉燃烧器的燃烧负荷比例。图1是多重烧嘴煤粉燃烧装置的主剖面结构。多重烧嘴煤粉燃烧装置共有3个煤粉燃烧器，即点火煤粉燃烧器6、中心旋流煤粉燃烧器8和中心直流煤粉燃烧器10。二次风口有2个，即夹层二次风口 9和主二次风口 11，主二次风口 11向切向二次风口 3，4，5和直流二次风口 14供风。内筒和外筒之间通过配有旋流器12的环形燃烧器8和径向支撑结构2支撑。电子打火的点火枪7 (可使用天然气或其他气体液体燃料)点火燃烧后，点火煤粉燃烧器6投入运行，形成的煤粉火炬作为主燃烧器的点火火焰。根据锅炉负荷，主燃烧器可以是煤粉燃烧器10或8。当主燃烧器10或8投入运行后，二次风9和11全部投入运行。其中二次风11被燃烧器的燃烧空间分成两部分，一部分是切向二次风5、4和3，一部分是直流二次风14。切向二次风除了供应燃烧需要的氧气外，还形成一层冷空气膜将燃烧的高温火焰与耐火材料分开，既起到保护燃烧空间耐火材料的作用，又起到避免熔融飞灰颗粒在耐火材料上黏附结焦的作用。直流二次风14兼有保护燃烧空间耐火材料13和出口耐火材料I的作用。燃烧产生的火焰和烟气在出口耐火结构I整流后与锅炉炉膛衔接。燃烧产生的高温烟气经过燃烧器出口 15整流后喷入锅炉炉膛。图2是图1的轴向剖面结构。电子打火引燃器2 (天然气或燃料油)引燃后，带动点火煤粉燃烧器3燃烧，形成稳定的着火热源，保证可以燃烧劣质煤的主燃烧器4和6稳定燃烧。切向二次风在外筒9和耐火结构8之间前进和分配，通过切向进口 7进入主燃烧空间I燃烧。主燃烧器4和6中间布置有夹层风5提供主燃烧器煤粉燃烧需要氧气的不足部分，起到供氧、促进煤粉与氧气混合、质量与动量传递的作用。切向二次风在煤粉燃烧火焰和耐火内筒之间形成低温气膜，其作用一是保护耐火不被高温火焰烧坏，二是避免因燃烧高温而熔化的飞灰在耐火内筒上沉积结焦，三是控制燃烧室温度，避免高温条件造成空气中的氮大量氧化生成过量NOx污染物。主燃烧空间I是煤粉燃烧的主空间，也是与锅炉连接的接口。切向二次风、直流二次风(见图1中14)和夹层二次风由二次风机供风；主燃烧器4和6由主磨煤机供粉，在长期燃用优质煤时，主磨煤机同时供应点火燃烧器煤粉。当主燃烧器4和6燃烧劣质煤时，点火燃烧器由单独的磨煤机供优质煤，优质煤燃烧放出的热量保证劣质煤的充分燃烧。点火燃烧器的最小容量可以设计成主煤粉气流的着火热，实际热负荷视劣质煤的煤质及其与确定的主燃烧器结构的匹配而定。与现有技术相比，本实用新型有如下优点1.当点火燃烧器以最小燃烧负荷燃烧优质煤时，其提供的热量可以保证其他燃烧器使用的低发热量煤粉着火燃烧，只要锅炉炉膛保证后续燃烧条件，煤粉燃尽率能得到足够的保证。这个优点可以克服现有煤粉粉着火燃烧，只要锅炉炉膛保证后续燃烧条件，煤粉燃尽率能得到足够的保证。这个优点可以克服现有煤粉锅炉燃烧器只能烧优质煤的缺陷。2.多重烧嘴煤粉燃烧装置设计了煤粉点火燃烧器、中心直流煤粉燃烧器和被中心夹层二次风隔开的中心旋流煤粉燃烧器。预燃室器壁上设计切向二次风，通过大量二次风控制预燃室温度。3.各燃烧器可以单独运行，每个燃烧器承担一定锅炉负荷，当锅炉负荷发生变化时可以根据锅炉负荷调整燃烧器投入次序，通过调整投煤量和风量来适应负荷变化。4.点火燃烧器既可承担锅炉点火启动过程，又可以承担锅炉最低负荷。当煤粉锅炉作为供热锅炉使用时，点火燃烧器可作为锅炉最低负荷供热，扩大锅炉稳定运行范围。5.中心夹层二次风及时供应燃烧耗氧，强化气固混合，可以有效改善煤粉燃烧。6.切向二次风除了燃烧供氧外，还提供了低温气体保护膜，一方面冷却了燃烧室器壁，另一方面将燃烧的颗粒与燃烧器壁隔开，避免了燃烧室器壁结焦。7.直流二次风为燃烧室出口提供了低温保护，可以避免燃烧室出口结焦现象。[0028]8.运行调节方便。为适应锅炉负荷变化，一方面可以在允许范围内调整空气量来适应负荷的小幅度变化，另一方面可以通过改变燃烧器投入来适应锅炉负荷的大幅度变化。这对于周期性工业生产和供热锅炉十分方便。
图1是多重烧嘴煤粉燃烧装置的主剖面结构。图2是图1的轴向剖面结构。图1中1.出口耐火结构，2.径向支撑结构，3.第一道切向二次风入口，4.第二道切向二次风入口，5.第三道切向二次风入口，6.点火煤粉燃烧器，7.电子打火点火枪，8.中心旋流煤粉燃烧器，9.中心夹层二次风入口，10.中心直流煤粉燃烧器，11.主二次风入口，12. —次风旋流器，13.燃烧空间耐火材料，14.直流二次风口，15.燃烧装置出口。图2中1.主燃烧空间，2.电子打火引燃器，3.点火煤粉燃烧器，4.中心旋流煤粉燃烧器，5.中心夹层二次风入口，6.中心直流煤粉燃烧器，7.切向二次风入口，8.燃烧空间耐火结构，9.外筒。
具体实施方式
设计燃料Vdaf = 38. 48% ；Car = 57. 24% ；Har = 3. 81% ；0ar = 7. 16% ；Nar = 0. 93% ；Sar =
0.46% ；Aar = 21. 57% ；Mar = 8. 85% ；Qarjnet = 22. 2MJ/kg ；
烟气特性
Vk0 = 5. 89Nm3/kg ；VE02 =1. 075Nm3/kg ;VN20 = 4. 661Nm3/kg ；VH20° = 0. 627Nm3/kg ；Vy0 = 6. 363Nm3/kg ；锅炉设计规范D = lOt/h ；P =1. 27MPa ;饱和蒸汽；计算燃料量Β」=1247. 75kg/h风量分配设计总风量Qt = 8451. 63m3/h，其中一次风占25%，为2112. 91m3/h，其余为二次风 6338. 725m3/h ；主要结构预燃室燃烧空间(如图2中I所示)直径700mm，直段长度600mm，直段上开有3处切向二次风口(图1中3、4、5)，其数量分别为6、8和6个，尺寸分别为100mmX40mm和100mmX40mm、50mmX40mm，圆周方向均匀布置，距离一次风旋流器(图1中12)的位置分别为245mm、395mm和595mm。点火直流煤粉燃烧器(图1中6)管子尺寸Φ78Χ6出口对着燃烧器出口中心。内置Φ25Χ4点火燃料管(图1中7)和点火电极。燃料供应量120kg/h，可以带动O. 7 1. 2t/h的锅炉产汽量。中心直流煤粉燃烧器(图1中10)尺寸Φ 76 X 5，燃料供应量140kg/h可以带动
O.8 1. 5t/h锅炉负荷；中心旋流煤粉燃烧器(图1中8)尺寸Φ 213-Φ 133环形空间，燃料供应量890kg/h可以带动 8t/h锅炉负荷；中心夹层二次风入口(图1中9)尺寸Φ 123-Φ 76.5环形空间，二次风速42m/s，供风量1100m3/h ；切向二次风量6338. 725-1100 = 5238. 725m3/h
权利要求1.一种用于工业锅炉的多重烧嘴煤粉燃烧装置，其特征是燃烧装置是双层套筒结构，外筒是连接煤粉气流和二次风的容器，内筒内是煤粉燃烧空间，内外筒之间的缝隙是二次风通道，煤粉燃烧装置上布置有煤粉点火燃烧器、中心燃烧器和环形燃烧器，夹层二次风、切向二次风和直流二次风。
2.根据权利要求1所述的多重烧嘴煤粉燃烧装置，其特征是内筒根部设置I 28个采用天然气或燃料油点火的煤粉燃烧器，每个点火燃烧器可以承担一部分燃烧负荷作为最小燃烧负荷调节用。
3.根据权利要求1所述的多重烧嘴煤粉燃烧装置，其特征是燃烧装置轴线上的中心燃烧器和环形燃烧器被环形二次风隔开，按照用户的生产或供暖的特征要求分割中心燃烧器和环形燃烧器的燃烧负荷比例。
4.根据权利要求1所述的多重烧嘴煤粉燃烧装置，其特征是内筒由耐火材料构成，其上开有O 10道切向二次风口，切向二次风形成低温气膜保护耐火材料，同时控制燃烧温度不超过1000 1300°C以控制燃烧过程中NOx的生成过程。
5.根据权利要求1所述的多重烧嘴煤粉燃烧装置，其特征是夹层风为环形结构，可以根据煤种特性设计成直流二次风或旋流二次风，在两个燃烧器之间提供氧气，并单独或联合使用速度差或旋流等手段强化与夹层二次风内外煤粉的混合。
专利摘要一种可以燃烧较差煤质、用于工业锅炉为目的的煤粉燃烧装置。燃烧装置由内外筒构成，其上设有煤粉点火燃烧器、中心直流煤粉燃烧器和中心旋流煤粉燃烧器，中心夹层二次风、旋流二次风和直流二次风。点火燃烧器稳定燃烧时，可以保证中心直流煤粉燃烧器和中心旋流煤粉燃烧器实现稳定的不同品质煤粉充分燃烧。用冷风量控制燃烧温度，可以避免生成大量的NOx污染物。
文档编号F23D1/00GK202902268SQ201220000169
公开日2013年4月24日 申请日期2012年1月4日 优先权日2012年1月4日
发明者刘柏谦 申请人:刘柏谦