一种煤粉旋流燃烧装置

1.本发明涉及一种旋流燃烧装置，具体涉及一种煤粉旋流燃烧装置，属于锅炉燃烧装置技术领域。


背景技术：

2.目前我国火电机组灵活性调峰的需求越来越迫切，各大电力集团对燃煤电站锅炉最低稳燃负荷限值已经低至15％额定负荷。在低负荷条的件下，受磨煤机最低投运数量限值(一般不低于两台磨煤机运行)，单只煤粉燃烧器热负荷大幅下降，对燃烧器的着火稳燃性能存在极大考验。
3.尤其对于旋流煤粉燃烧器而言，助燃风通常分两至三股进入燃烧器参与燃烧。目前助燃风大多采用大风箱进行提供，外部空气由大风箱两端的进风处进入大风箱成为助燃空气，一个大风箱上安装有若干个燃烧装置，燃烧装置的各个进风口均安装在大风箱上；当燃烧装置在按设计时的满负荷运行状态下，大风箱无法为不同位置的燃烧装置精准分配各股助燃风，经常出现“靠近大风箱两端布置的燃烧装置分配的助燃风多、靠近中间布置的燃烧装置分配的助燃风少”的情况，当燃烧装置在低负荷运行状态下，无法获得精准配风的问题则更为突出，这会导致超低负荷工况运行下着火稳燃性能差、氮氧化物排放过高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决目前旋流燃烧装置在按设计时的满负荷运行状态下，大风箱无法为不同位置的燃烧装置精准配风、在低负荷工况运行状态下，燃烧装置着火稳燃性差、氮氧化物排放过高的问题。进而提供一种煤粉旋流燃烧装置。
5.本发明的技术方案是：一种煤粉旋流燃烧装置，包括燃烧器入口弯头、第一套筒、第二套筒、第三套筒和中心空气管道，燃烧器入口弯头设置在第三套筒的一端，第三套筒的外圆周方向上同心设置有第二套筒，第二套筒的外圆周方向上同心布置有第一套筒，第三套筒的内部中心处设置有中心空气管道，中心空气管道与燃烧器入口弯头通过法兰连接，其特征在于：它还包括外层空气进风口、中心进风管、内层空气进风口、集粉器、扩粉器和分流锥。
6.外层空气进风口、中心进风管和内层空气进风口分别与一个外置的供风装置连接，实现对煤粉旋流燃烧装置精准分配各股助燃风；中心空气管道轴线方向的外侧壁上按照进口侧向出口侧的顺序依次同轴设置有集粉器、扩粉器和分流锥；集粉器为中空的锥形体，且横截面积大的一端为迎风端，集粉器在风粉混合物的流动过程中产生文氏管效应，将煤粉汇集成浓相煤粉后，使煤粉流动速度递增，集粉器通过肋板焊接在中心空气管道的外圆周上；扩粉器的外径先增大后减小，扩粉器与中心空气管道为一体设置；分流锥的纵截面为“y”形，且横截面积小的一端为迎风端，分流锥通过肋板焊接在中心空气管道的外圆周上；流动速度递增后的浓相煤粉经过扩粉器后，流动方向外扩，在分流锥与第三套筒之间的出口处喷出，形成“圆环”状的煤粉气流，淡相煤粉在分流锥与中心空气管道之间的出口处
1、扰流齿，5-2、扩口，6、中心空气管道，6-1、扩粉器，7、集粉器，7-1、压力平衡孔，8、分流锥，9、旋流器，10、风粉混合物通道，11、内层空气通道，12、外层空气通道，13、外层空气进风口，14、吊挂，15、肋板，16、中心进风管，17、内层空气进风口。
具体实施方式
20.为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而非全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都属于本发明保护的范围。
21.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.具体实施方式一：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式的一种煤粉旋流燃烧装置包括燃烧器入口弯头1、第一套筒3、第二套筒4、第三套筒5和中心空气管道6，燃烧器入口弯头1设置在第三套筒5的一端，第三套筒5的外圆周方向上同心设置有第二套筒4，第二套筒4的外圆周方向上同心布置有第一套筒3，第三套筒5的内部中心处设置有中心空气管道6，中心空气管道6与燃烧器入口弯头1通过法兰连接，其特征在于：它还包括外层空气进风口13、中心进风管16、内层空气进风口17、集粉器7、扩粉器6-1和分流锥8；
24.所述外层空气进风口13、中心进风管16和内层空气进风口17分别与一个外置的供风装置连接，实现对煤粉旋流燃烧装置精准分配各股助燃风；所述中心空气管道6轴线方向的外侧壁上按照进口侧向出口侧的顺序依次同轴设置有集粉器7、扩粉器6-1和分流锥8；所述集粉器7为中空的锥形体，且横截面积大的一端为迎风端，集粉器7在风粉混合物的流动过程中产生文氏管效应，将煤粉汇集成浓相煤粉后，使煤粉流动速度递增，集粉器7通过肋板15焊接在中心空气管道6的外圆周上；所述扩粉器6-1的外径先增大后减小，扩粉器6-1与中心空气管道6为一体设置；所述分流锥8的纵截面为“y”形，且横截面积小的一端为迎风端，分流锥8通过肋板焊接在中心空气管道6的外圆周上；流动速度递增后的浓相煤粉经过扩粉器6-1后，流动方向外扩，在分流锥8与第三套筒5之间的出口处喷出，形成“圆环”状的煤粉气流，淡相煤粉在分流锥8与中心空气管道6之间的出口处喷出。
25.本实施方式的风粉混合物在燃烧器入口弯头1和风粉混合物通道10内输送时，在通过集粉器7时产生文氏管效应，将风粉混合物中的煤粉高度浓缩并加快流动速度，浓相煤粉浓度可达燃烧器入口煤粉浓度的3倍以上，且浓、淡两相风量分配均匀，满足超低负荷工况下的最佳着火煤粉浓度需求。
26.本实施方式的燃烧器出口设置分流锥8将风粉混合物分离后喷出，在燃烧器出口处呈现“中心淡相，外围浓相”分布特性的煤粉气流，便于引燃；浓相煤粉进入燃烧器出口的回流区后，回流区卷吸高温烟气，将浓相煤粉引燃，实现强烈、稳定地着火燃烧，充分在燃烧前期释放出煤中燃料型氮元素，利于后期nox的还原，从而降低nox排放量。
27.本发明解决了目前旋流燃烧装置在满负荷工况运行状态下，燃烧装置无法精准配风、在低负荷工况运行状态下，燃烧装置着火稳燃性差、氮氧化物排放过高的问题，本发明适用于大、中型煤粉锅炉。
28.具体实施方式二：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，本实施方式还包括风粉混合物通道10，所述风粉混合物通道10由中心空气管道6的外圆周面与第三套筒5的内圆周面形成。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
29.具体实施方式三：结合图1、图3和图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，本实施方式还包括内层空气通道11，所述内层空气通道11由第三套筒5的外圆周面与第二套筒4的内圆周面形成。其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同。
30.具体实施方式四：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，本实施方式还包括外层空气通道12和旋流器9；所述外层空气通道12由第二套筒4的外圆周面与第一套筒3的内圆周面形成，外层空气通道12的出口处通过环形阵列的方式设置有若干个旋流器9。其他组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
31.具体实施方式五：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，外层空气进风口13与外层空气通道12连接；中心进风管16与中心空气管道6连接；内层空气进风口17与内层空气通道11连接。如此设置，有利于燃烧装置精准分配各股助燃风，保证煤粉燃烧效率。其他组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
32.本发明精准分配助燃风的工作原理：
33.三层空气通道及其进风口分别与一个外置的供风装置连接，助燃风通过独立工作的空气通道及进风口，分级进入炉膛，精准补充煤粉燃烧所需氧量，保证燃烧装置在各个负荷下能够精准获得各股助燃风，提高煤粉的稳燃性；且各层空气通道具备各自提高进风量、氧浓度甚至替换为纯氧的条件，保证煤粉燃烧效率。
34.具体实施方式六：结合图1、图3、图4和图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，本实施方式还包括扰流齿5-1和扩口5-2，所述扰流齿5-1以环形阵列的方式设置在第三套筒5端部的内圆周面上；所述第三套筒5端部的出口处设置有的扩口5-2，所述内层空气通道11用于输送内层助燃空气，内层助燃空气在内层空气通道11出口处沿扩口5-2的外扩角度喷出。如此设置，扩口5-2和中心空气管道6配合内层助燃空气、外层助燃空气，可以获得理想的回流区形态；浓相煤粉经扰流齿5-1打散后喷入燃烧器出口处的回流区，内层助燃空气沿扩口5-2的角度喷出,以实现在炉膛内延迟内层助燃空气与浓相煤粉的混合，强化欠氧富粉的还原性氛围，实现浓相煤粉的深度欠氧燃烧，进一步保证燃烧装置在超低负荷工况下也能实现低氮燃烧。其他组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
35.具体实施方式七：结合图1、图3和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，本实施方式的扰流齿5-1在第三套筒5的内圆周面上设置为8～10个；且扰流齿5-1迎风面为耐磨材料。如此设置，有利于提高扰流齿5-1使用寿命。其他组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
36.具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，本实施方式的集粉器7的圆周方向上设置有若干个压力平衡孔7-1。
37.优选地，压力平衡孔7-1在集粉器7宽度方向上居中均布，压力平衡孔7-1在集粉器7的圆周方向上间隔角度为10
°
～15
°
，孔的总面积低于扇形面积的10％。如此设置，即提高了煤粉颗粒的导向效果，又能够消除集粉器7背风侧的负压区，减小风粉混合物的阻力，使风粉混合物流经集粉器7后仍能在风粉混合物通道10内分布均匀。其他组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
38.具体实施方式九：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，本实施方式的第一套筒3外表面设置有保温装置2。如此设置，有利于保证旋流燃烧装置外表面不超温。其他组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
39.具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，本实施方式的燃烧器入口弯头1上设置有吊挂14。如此设置，对燃烧装置的安装和拆卸提供便利。其他组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。
40.本发明的工作原理：
41.风粉混合物在燃烧器入口弯头1和风粉混合物通道10内进行输送时，大部分的风粉混合物在经过集粉器7时产生加速，实现了气流密度大的浓相煤粉，浓相煤粉经过扩粉器6-1时，输送轨迹偏转至第三套筒5的内壁朝着出口的方向输送，浓相煤粉在喷出第三套筒5时，被扰流齿5-1打散，在燃烧器出口处形成“中心淡相，外围浓相”分布特性的煤粉气流，增大了浓相煤粉与助燃风的接触面积，回流区在卷吸炉膛内高温烟气后，浓相煤粉被迅速引燃，实现浓相煤粉强烈、稳定地着火燃烧，避免了锅炉在低负荷运行状态下，热负荷大幅下降而引起的燃烧装置着火稳燃性能差的问题；内层空气输送到内层空气通道11的出口处时，沿着扩口5-2的偏转角度向炉膛内扩散，实现内层空气在炉膛内与浓相煤粉延迟混合，强化欠氧富粉的还原性氛围，以实现低氮燃烧，从而降低nox的排放。
42.本发明已以较佳实施方式揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业技术人员，未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。