环形回流型褐煤旋流燃烧器及燃烧方法
【专利摘要】本发明公开了一种褐煤环形回流型旋流燃烧器，包括燃烧器风箱、中心风管、一次风管、二次风管、二次风旋流器、三次风管、三次风旋流器，二次风管的前端喷口设有二次风扩锥，三次风管的前端喷口设有三次风扩锥，其特征在于：一次风管前端设有一段锥形的内缩喷口，在一次风管与二次风管的喷口之间还设有一二次风隔断板；本发明还公开了该燃烧器的燃烧方法。本发明能在一次风率过大的工况下保证整个燃烧系统的稳定性和可靠性，并实现低NOx的燃烧效果。
【专利说明】
环形回流型褐煤旋流燃烧器及燃烧方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于褐煤的环形回流型旋流燃烧器及燃烧方法。
【背景技术】
[0002]对于高水分褐煤而言，虽然从挥发份上看，属于极易着火稳燃煤质，但褐煤本身也存在热值低、水分高的特点，往往存在一次风率过大的特点；而在燃尽方面，虽然褐煤为极易燃尽的煤种，但同时也受锅炉炉内燃烧温度水平的影响很大，需要煤粉颗粒在炉内有足够的停留时间，以便煤粉的充分燃尽；
由于褐煤的特殊性，一次风率大，一次风中煤含水率高，一次风中含氧量降低，含水蒸气量高，煤粉着火中辐射热仅占煤粉着火所需热能的10%?30%，着火所需热能主要来源于高温回流烟气的对流所携带的热能。而作为烟气回流的两种形式:一种为中心回流区，一种为环形回流区；现有的传统旋流燃烧器对于燃烧烟煤来说，因其本身的易着火性，可以在环形回流区较小、很小的烟气回流量下就获得较为稳定的燃烧，而传统旋流燃烧器对于燃烧褐煤来说，由于环形回流区较小，极易出现烟气回流量不足以支撑高水分低热值褐煤的稳定燃烧，造成火焰延迟极其严重，影响整个燃烧系统的稳定性和可靠性;且燃烧火焰包括中间还原区和外围富氧区，氮氧化物(NOx)的生成主要在富燃料及富氧区交界区，还原区的扩大对主要生成区的NOx也具有较好的还原作用，而还原区的扩大需要较大的环形回流区才能实现，因此常规较小的环形回流区无法有效组织形成火焰内还原NOx的低NOx燃烧效果，无法实现褐煤的稳定燃烧以及降低NOx的效果。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种褐煤环形回流型旋流燃烧器及燃烧方法，它能在一次风率过大的工况下保证整个燃烧系统的稳定性和可靠性，并实现低NOx的燃烧效果。
[0004]为了达到上述目的，本发明的褐煤环形回流型旋流燃烧器，包括燃烧器风箱、中心风管、一次风管、二次风管、二次风旋流器、三次风管、三次风旋流器，二次风管的前端喷口设有二次风扩锥，三次风管的前端喷口设有三次风扩锥，其特征在于:一次风管前端设有一段锥形的内缩喷口，在一次风管与二次风管的喷口之间还设有一二次风隔断板；
本发明用于上述褐煤环形回流型旋流燃烧器的燃烧方法，其特征在于包括:由中心风管通入中心风、并点火由一次风管通入的一次风粉混合物，一次风粉混合物在一次风管前端喷口呈内缩状喷入炉膛内燃烧，一次风粉混合物外围的二次风和三次风均呈旋流式、夕卜扩状喷入炉膛助燃，且二次风的旋流强度大于三次风的旋流强度，二次风与一次风粉混合物在喷口端呈径向间隔式喷入，形成环形回流区。
[0005]本发明在一次风率较大的工况下，一次风粉混合物在一次风管前端喷口呈内缩状喷入炉膛内燃烧，适当的采用内缩可以使得一次风刚性更强，一次风更不容易被二、三次风的旋流强度影响，从而形成更好的浓淡分离的煤粉浓度场，该浓淡分离会形成非常稳定的中间还原气氛区域，同时该还原性气氛会因为燃烧的持续而继续扩大，生产NOx主要在一二次风交接区域，而该交接区域生成的部分NOx又被中间扩大的还原性气氛还原，从而使得生成的NOx较低;通过设置一二次风隔断板，该板的作用使得二次风与一次风粉混合物在喷口端呈径向间隔式喷入，可延迟一、二次风的初期混合，使得NOx的初值低，且加大一二次风的间距及内缩状喷入的一次风引起二次风旋流强度可以适当提高，均导致形成更大的环形回流区，会使得二次风的强旋流不影响一次风的同时可以形成一个较常规燃烧器更大的环形回流区，通过环形回流区的加大可以将距离燃烧器更远的高温烟气卷吸至燃烧器的根部，可起到充分加热一次风中煤粉的作用(而不像小回流区，即使卷吸回来量大，因为卷吸回来的都是冷烟气，无法起到加热一次风中煤粉的作用)，实现煤粉着火燃烧，可提高整个燃烧系统的稳定性和可靠性，并有效形成火焰内还原NOx的低NOx燃烧效果;旋流强度较大的二次风的利于形成较大的环形回流区，旋流强度较小的三次风的主要为将产生的环形回流区巩固，同时使得燃烧器不会因为二次风的强旋流造成气流的飞边；
作为本发明褐煤环形回流型旋流燃烧器的一种优选，在一二次风隔断板的前端设有一次风扩锥;一次风扩锥可进一步延迟一、二次风的初期混合，使得NOx的初值低；
作为本发明褐煤环形回流型旋流燃烧器的一种优选，所述一次风扩锥前端设有径向的翻边，一次风扩锥长度大于二次风扩锥长度;均为延迟一、二次风的初期混合；
作为本发明褐煤环形回流型旋流燃烧器的一种优选，内缩喷口的长度为一次风管内径的0.05?0.2，内缩的角度为5?10°，一二次风隔断板前端径向长度为一次风管内径的0.3?
0.7;内缩的长度不能太过于长，过长极易使得一次风动量过大，火焰刚性过强，造成对冲燃烧的煤粉燃烧器相互撞击；内缩的角度以不超过10度为宜，超过10度度颗粒浓度场影响过大;一二次风隔断板前端径向长度过小无法起到延迟混合的效果，同时回流区较小，无法提供高水分褐煤着火所需的热量，过大会使得燃烧器的尺寸过大，而且会因为回流区过大造成烧喷口问题等；
作为本发明褐煤环形回流型旋流燃烧器的一种优选，所述中心风管内设有油枪;一次风粉混合物可由中心风管中的油枪点火，较为高效、方便；
作为本发明褐煤环形回流型的燃烧方法的一种优选，二次风采用旋流速度/直流速度为1.3?1.8的旋流强度，三次风采用旋流速度/直流速度为0.4-0.8的旋流强度，同时二次风与三次风的风量比为0.3?0.5;可实现二、三次风的旋流强度与风量比的匹配，利于形成稳定、较大的环形回流区；
综上所述，本发明能在一次风率过大的工况下保证整个燃烧系统的稳定性和可靠性，并实现低NOx的燃烧效果。
【附图说明】
[0006]图1为本发明褐煤环形回流型旋流燃烧器实施例一的结构示意图。
[0007]图2为图1的右视图。
[0008]图3为本发明褐煤环形回流型旋流燃烧器实施例二的结构示意图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
[0010]实施例一
如图1、图2所示，本发明实施例的褐煤环形回流型旋流燃烧器，包括燃烧器风箱1、中心风管2、设于中心风管2内的油枪3、一次风管4、二次风管5、二次风旋流器7、三次风管6、三次风旋流器8，在中心风管2上设有煤粉浓缩器14，二次风管5的前端喷口设有二次风扩锥9，三次风管6的前端喷口设有三次风扩锥10，一次风管4前端设有一段锥形的内缩喷口 11，内缩喷口 11的长度为一次风管内径的0.05?0.2，内缩的角度为5?10°，在内缩喷口 11端部设有稳燃齿16，在一次风管4与二次风管5的喷口之间设有圆筒形的一二次风隔断板12，一二次风隔断板12前端径向长度为一次风管内径的0.3?0.7;在一二次风隔断板12的前端设有一次风扩锥13;所述一次风扩锥13前端设有径向的翻边15，一次风扩锥13的长度大于二次风扩锥9的长度；
本实施例用于设计煤质:Vdaf=44.26；Mt=30；Mad=10.69 ；Qnet，ar=13.816MJ/Kg；按照常规计算一次风率约35%的660MW超超临界燃煤发电机组；
用于上述褐煤环形回流型旋流燃烧器的燃烧方法，包括:由中心风管2通入中心风、并通过油枪3点火由一次风管4通入的一次风粉混合物，一次风粉混合物在一次风管4前端喷口呈内缩状喷入炉膛内燃烧，一次风粉混合物外围通过燃烧器风箱I进入的二次风和三次风均呈旋流式、外扩状喷入炉膛助燃，二次风采用旋流速度/直流速度为1.3?1.8的旋流强度，三次风采用旋流速度/直流速度为0.4-0.8的旋流强度，同时二次风与三次风的风量比为0.3?0.5; 二次风与一次风粉混合物在喷口端呈径向间隔式喷入，形成环形回流区。
[0011 ]本发明在一次风率较大的工况下，一次风粉混合物在一次风管4前端喷口呈内缩状喷入炉膛内燃烧，内缩后喷口的流速范围为18?30m/s，适当的采用内缩可以使得一次风更不容易被二、三次风的旋流强度影响，从而形成更好的浓淡分离的煤粉浓度场，该浓淡分离会形成非常稳定的中间还原气氛区域，同时该还原性气氛会因为燃烧的持续而继续扩大，生产NOx主要在一、二次风交接区域，而该交接区域生成的部分NOx又被中间扩大的还原性气氛还原，从而使得生成的NOx较低;通过设置一二次风隔断板12，该板的作用使得二次风与一次风粉混合物在喷口端呈径向间隔式喷入，可延迟一、二次风的初期混合，使得NOx的初值低，且加大一、二次风的间距及内缩状喷入的一次风引起二次风旋流强度可以适当提高，均导致形成更大的环形回流区，会使得二次风的强旋流不影响一次风的同时可以形成一个较常规燃烧器更大的环形回流区，通过环形回流区的加大可以将距离燃烧器更远的高温烟气卷吸至燃烧器的根部，即使一次风中煤含水率高、一次风中含氧量降低、含水蒸气量高，仍可起到充分加热一次风中煤粉的作用(而不像小回流区，即使卷吸回来量大，因为卷吸回来的都是冷烟气，无法起到加热一次风中煤粉的作用)，提供着火所需热能，可提高整个燃烧系统的稳定性和可靠性，并有效形成火焰内还原NOx的低NOx燃烧效果;旋流强度较大的二次风的利于形成较大的环形回流区，旋流强度较小的三次风的主要为将产生的环形回流区巩固，同时使得燃烧器不会因为二次风的强旋流造成气流的飞边;一次风扩锥13及翻边15可进一步延迟一、二次风的初期混合，使得NOx的初值低；
实施例二
如图3所示，本实施例的褐煤环形回流型旋流燃烧器与实施例一相比，其区别仅在于:在一次风管4前端固联一锥形套17，锥形套17的斜边形成一次风管4前端的内缩喷口，锥形套17的端部形成一二次风隔断板，可实现与实施例一相同的燃烧方法，同样保证整个燃烧系统的稳定性和可靠性，并实现低NOx的燃烧效果。
【主权项】
1.一种褐煤环形回流型旋流燃烧器，包括燃烧器风箱、中心风管、一次风管、二次风管、二次风旋流器、三次风管、三次风旋流器，二次风管的前端喷口设有二次风扩锥，三次风管的前端喷口设有三次风扩锥，其特征在于:一次风管前端设有一段锥形的内缩喷口，在一次风管与二次风管的喷口之间还设有一二次风隔断板。2.根据权利要求1所述的褐煤环形回流型旋流燃烧器，其特征在于:在一二次风隔断板的前端设有一次风扩锥。3.根据权利要求2所述的褐煤环形回流型旋流燃烧器，其特征在于:所述一次风扩锥前端设有径向的翻边，一次风扩锥长度大于二次风扩锥长度。4.根据权利要求1至任一所述的褐煤环形回流型旋流燃烧器，其特征在于:内缩喷口的长度为一次风管内径的0.05?0.2，内缩的角度为5?10°，一二次风隔断板前端径向长度为一次风管内径的0.3?0.7。5.根据权利要求4所述的褐煤环形回流型旋流燃烧器，其特征在于:所述中心风管内设有油枪。6.用于如权利要求1所述褐煤环形回流型旋流燃烧器的燃烧方法，其特征在于包括:由中心风管通入中心风、并点火由一次风管通入的一次风粉混合物，一次风粉混合物在一次风管前端喷口呈内缩状喷入炉膛内燃烧，一次风粉混合物外围的二次风和三次风均呈旋流式、外扩状喷入炉膛助燃，且二次风的旋流强度大于三次风的旋流强度，二次风与一次风粉混合物在喷口端呈径向间隔式喷入，形成环形回流区。7.如权利要求6所述的褐煤环形回流型的燃烧方法，其特征在于:二次风采用旋流速度/直流速度为1.3-1.8的旋流强度，三次风采用旋流速度/直流速度为0.4-0.8的旋流强度，同时二次风与三次风的风量比为0.3?0.5。8.如权利要求6或7所述的褐煤环形回流型的燃烧方法，其特征在于:一次风粉混合物由中心风管中的油枪点火。
【文档编号】F23D1/02GK106090902SQ201610654450
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月11日 公开号201610654450.1, CN 106090902 A, CN 106090902A, CN 201610654450, CN-A-106090902, CN106090902 A, CN106090902A, CN201610654450, CN201610654450.1
【发明人】刘泰生, 张定海, 冉燊铭, 陈建梅, 吉彦鹏, 谢佳, 韦耿
【申请人】东方电气集团东方锅炉股份有限公司