專利名稱：多重燒嘴煤粉燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型提出了一種可以燃燒不同煤質(zhì)煤粉的燃燒裝置，適合于工業(yè)生產(chǎn)用鍋爐、供暖鍋爐等領(lǐng)域，特別是鍋爐負荷變化較大的工業(yè)生產(chǎn)和供暖過程。在鍋爐受熱面不變條件下，實現(xiàn)中小型煤粉鍋爐的變負荷運行。
背景技術(shù)：
中國能源結(jié)構(gòu)中有70%左右的份額是煤炭，煤炭主要是燃燒利用，其中差不多一半左右用于鍋爐。中國擁有50 60萬臺工業(yè)鍋爐，這些鍋爐除強制改燒天然氣以外幾乎都是燃煤鍋爐，每年煤炭消耗量超過4億噸。燃煤鍋爐中，容量在20t/h以下的約占80%，平均容量約為4t/h以上，且絕大部分為傳統(tǒng)鏈條爐排鍋爐和固定爐箅手燒爐，鍋爐效率不高，通常在60%左右。后者鍋爐運行的電耗高，鍋爐排放的粉塵對環(huán)境的影響大。煤顆粒燃燒受到一些因素的制約，如溫度、氧氣供給、燃料濃度以及其他物理條件。另外，顆粒尺寸、混合條件等也決定著煤顆粒的燃盡效果。層燃鍋爐燃用數(shù)十毫米尺寸的顆粒，以層狀方式在爐排上燃燒。這種燃燒方式的缺點表現(xiàn)在1.顆粒燃盡時間相差較大而爐排運轉(zhuǎn)速度固定。2.層狀燃燒的透氣性不均勻，即使可以采用輔助的分層手段，細顆粒對燃燒空氣的阻力也構(gòu)成對燃燒過程的巨大妨礙。3.對操作技術(shù)依賴較大。操作人員的熟練程度直接影響燃燒效果。從燃燒學角度看，煤顆粒燃盡時間正比于煤顆粒尺寸的平方，燃燒細的煤顆粒需要的燃盡時間短。另一方面，燃燒需要及時供應燃燒需要的氧氣，這在煤粉鍋爐上通過二次風來實現(xiàn)。除了及時供氧外，所供的氧氣還需要與煤粉良好混合。這些燃燒過程在煤粉鍋爐上已經(jīng)得到了較好的實現(xiàn)。煤粉燃燒有一個重要的缺陷，煤粉制備的電耗太高?；鹆Πl(fā)電廠使用的中速磨的磨煤電耗高達6 9kWh/t，球磨機電耗是中速磨的1. 5 2倍。而小型工業(yè)鍋爐不可能得到這一等級的磨煤電耗，除非一些工業(yè)鍋爐聯(lián)合使用中速磨制粉，采用管道輸送或罐車輸送供粉。一旦采用集中制粉，按鍋爐配送的運營方式，工業(yè)鍋爐燃燒煤粉就可以克服制粉電耗高的缺點，達到與火電廠相同的制粉運行成本。這樣，工業(yè)鍋爐燃燒煤粉，提高燃燒效率和鍋爐效率就獲得了經(jīng)濟運行的渠道。如果一些鍋爐房不具備集中送粉條件，可以采用小型多級風扇磨，雖然電耗仍然偏高，但由于鍋爐效率提高的經(jīng)濟效益遠高于磨煤電耗的消耗，經(jīng)濟效益仍然是可觀的。煤粉在工業(yè)鍋爐上使用已有多年歷史。早期的應用是在層燃鍋爐上作為獨立燃燒系統(tǒng)出現(xiàn)。即層狀燃燒系統(tǒng)不變，在爐膛中噴入煤粉，強化爐膛中出現(xiàn)的燃燒和傳熱過程，獲得了很好的技術(shù)效果。但由于每臺鍋爐配備一臺磨煤機，磨煤機電耗“吃掉”了很大一部分節(jié)能效果。煤粉工業(yè)鍋爐研究的專利申請和授予情況比較簡單，雖然上世紀有過一些專利(如李春甫提出的適用各種工業(yè)、民用鍋爐的鍋爐煤粉燃燒器(申請?zhí)?5111916. 8))，但很多專利在實施過程中顯示出的缺陷導致煤粉在工業(yè)鍋爐上的應用止步不前。2005年之前不論文獻還是專利，工業(yè)鍋爐燃燒煤粉都鮮有報道。2005年起，煤炭科學研究總院圍繞煤粉工業(yè)鍋爐獲得了 10項左右專利，至少有三種爐型獲得了專利(200520002170. X—種臥式工業(yè)煤粉鍋爐，200920108895. 5 一種雙爐膽臥式工業(yè)煤粉鍋爐和200920108897. 4 一種雙鍋殼臥式工業(yè)煤粉鍋爐)，相關(guān)專利涉及到自動控制系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和供油系統(tǒng)等。文獻表明，煤炭科學研究總院的煤粉燃燒技術(shù)具有良好的燃燒效果，燃燒效率和鍋爐效率等具體指標都十分優(yōu)秀，試驗裝置中的燃燒溫度不超過1200°C (冀飛，紀任山，何海軍，王乃繼，工業(yè)煤粉鍋爐煤種適應性的燃燒試驗研究)，燃燒裝置也進行過細致的計算機優(yōu)化(紀任山，煤粉工業(yè)鍋爐燃燒的數(shù)值模擬，第34卷第12期煤炭學報，2009)，而且已經(jīng)形成系列化產(chǎn)品(何海軍，紀任山，王乃繼，高效煤粉工業(yè)鍋爐系統(tǒng)的研發(fā)與應用，煤炭科學技術(shù)第37卷第11期，2009年)。但相關(guān)文獻也反映出，煤炭科學研究總院開發(fā)的煤粉工業(yè)鍋爐有“挑食”的毛病。即只能“吃細糧”燒好煤。如何海軍(2009)給出的例子，煤粉鍋爐燃燒的是26359kJ/kg (6295kcal/kg)熱值的煤,Ikg這樣的原煤相當于O. 9kg標準煤。這就使煤粉工業(yè)鍋爐的應用受到極大限制。優(yōu)質(zhì)煤產(chǎn)區(qū)的用戶(25. 12MJ/kg或6000kcal/kg，郭德生，王楠，史培甫，新型高效小煤粉鍋爐系統(tǒng)節(jié)能減排功效突出，節(jié)能2010年)和接受遠距離煤粉配送的用戶對這項技術(shù)是歡迎的。研究人員曾試圖擴大煤粉工業(yè)鍋爐的燃料范圍，將鍋爐燃料產(chǎn)地化，但由于遇到點火困難和鍋爐運行狀態(tài)不穩(wěn)定等問題，最終不得不放棄燃料本地化的努力(郭永葆，王守信，郭復炎，張瑞華，試論工業(yè)煤粉鍋爐技術(shù)應用中應關(guān)注的幾個問題，科技情報開發(fā)與經(jīng)濟2011年第21卷第16期)。
發(fā)明內(nèi)容為適應較差煤種的煤粉工業(yè)鍋爐燃燒，本實用新型開發(fā)了多重燒嘴煤粉燃燒裝置，本裝置可以穩(wěn)定燃燒較差煤種。多重燒嘴煤粉燃燒裝置是雙層套筒結(jié)構(gòu)，外筒是連接煤粉氣流和二次風的容器，內(nèi)筒內(nèi)是煤粉燃燒空間，內(nèi)外筒之間的縫隙是二次風通道，煤粉燃燒裝置上布置有煤粉點火燃燒器、中心直流煤粉燃燒器和中心旋流煤粉燃燒器，中心夾層二次風、切向二次風和直流二次風。內(nèi)筒由耐火材料構(gòu)成，其上開有O 10道切向二次風口，切向二次風形成低溫氣膜保護耐火材料，同時控制燃燒溫度不超過1000 1300°C以控制燃燒過程中NOx的生成過程。內(nèi)筒根部設置I 28個采用天然氣或燃料油點火的煤粉燃燒器，每個點火燃燒器可以承擔一部分燃燒負荷作為最小燃燒負荷調(diào)節(jié)用。燃燒裝置軸線上的中心直流煤粉燃燒器和中心旋流煤粉燃燒器被中心夾層二次風隔開，按照用戶的生產(chǎn)或供暖的特征要求分割中心直流煤粉燃燒器和中心旋流煤粉燃燒器的燃燒負荷比例。圖1是多重燒嘴煤粉燃燒裝置的主剖面結(jié)構(gòu)。多重燒嘴煤粉燃燒裝置共有3個煤粉燃燒器，即點火煤粉燃燒器6、中心旋流煤粉燃燒器8和中心直流煤粉燃燒器10。二次風口有2個，即夾層二次風口 9和主二次風口 11，主二次風口 11向切向二次風口 3，4，5和直流二次風口 14供風。內(nèi)筒和外筒之間通過配有旋流器12的環(huán)形燃燒器8和徑向支撐結(jié)構(gòu)2支撐。電子打火的點火槍7 (可使用天然氣或其他氣體液體燃料)點火燃燒后，點火煤粉燃燒器6投入運行，形成的煤粉火炬作為主燃燒器的點火火焰。根據(jù)鍋爐負荷，主燃燒器可以是煤粉燃燒器10或8。當主燃燒器10或8投入運行后，二次風9和11全部投入運行。其中二次風11被燃燒器的燃燒空間分成兩部分，一部分是切向二次風5、4和3，一部分是直流二次風14。切向二次風除了供應燃燒需要的氧氣外，還形成一層冷空氣膜將燃燒的高溫火焰與耐火材料分開，既起到保護燃燒空間耐火材料的作用，又起到避免熔融飛灰顆粒在耐火材料上黏附結(jié)焦的作用。直流二次風14兼有保護燃燒空間耐火材料13和出口耐火材料I的作用。燃燒產(chǎn)生的火焰和煙氣在出口耐火結(jié)構(gòu)I整流后與鍋爐爐膛銜接。燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣經(jīng)過燃燒器出口 15整流后噴入鍋爐爐膛。圖2是圖1的軸向剖面結(jié)構(gòu)。電子打火引燃器2 (天然氣或燃料油)引燃后，帶動點火煤粉燃燒器3燃燒，形成穩(wěn)定的著火熱源，保證可以燃燒劣質(zhì)煤的主燃燒器4和6穩(wěn)定燃燒。切向二次風在外筒9和耐火結(jié)構(gòu)8之間前進和分配，通過切向進口 7進入主燃燒空間I燃燒。主燃燒器4和6中間布置有夾層風5提供主燃燒器煤粉燃燒需要氧氣的不足部分，起到供氧、促進煤粉與氧氣混合、質(zhì)量與動量傳遞的作用。切向二次風在煤粉燃燒火焰和耐火內(nèi)筒之間形成低溫氣膜，其作用一是保護耐火不被高溫火焰燒壞，二是避免因燃燒高溫而熔化的飛灰在耐火內(nèi)筒上沉積結(jié)焦，三是控制燃燒室溫度，避免高溫條件造成空氣中的氮大量氧化生成過量NOx污染物。主燃燒空間I是煤粉燃燒的主空間，也是與鍋爐連接的接口。切向二次風、直流二次風(見圖1中14)和夾層二次風由二次風機供風；主燃燒器4和6由主磨煤機供粉，在長期燃用優(yōu)質(zhì)煤時，主磨煤機同時供應點火燃燒器煤粉。當主燃燒器4和6燃燒劣質(zhì)煤時，點火燃燒器由單獨的磨煤機供優(yōu)質(zhì)煤，優(yōu)質(zhì)煤燃燒放出的熱量保證劣質(zhì)煤的充分燃燒。點火燃燒器的最小容量可以設計成主煤粉氣流的著火熱，實際熱負荷視劣質(zhì)煤的煤質(zhì)及其與確定的主燃燒器結(jié)構(gòu)的匹配而定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型有如下優(yōu)點1.當點火燃燒器以最小燃燒負荷燃燒優(yōu)質(zhì)煤時，其提供的熱量可以保證其他燃燒器使用的低發(fā)熱量煤粉著火燃燒，只要鍋爐爐膛保證后續(xù)燃燒條件，煤粉燃盡率能得到足夠的保證。這個優(yōu)點可以克服現(xiàn)有煤粉粉著火燃燒，只要鍋爐爐膛保證后續(xù)燃燒條件，煤粉燃盡率能得到足夠的保證。這個優(yōu)點可以克服現(xiàn)有煤粉鍋爐燃燒器只能燒優(yōu)質(zhì)煤的缺陷。2.多重燒嘴煤粉燃燒裝置設計了煤粉點火燃燒器、中心直流煤粉燃燒器和被中心夾層二次風隔開的中心旋流煤粉燃燒器。預燃室器壁上設計切向二次風，通過大量二次風控制預燃室溫度。3.各燃燒器可以單獨運行，每個燃燒器承擔一定鍋爐負荷，當鍋爐負荷發(fā)生變化時可以根據(jù)鍋爐負荷調(diào)整燃燒器投入次序，通過調(diào)整投煤量和風量來適應負荷變化。4.點火燃燒器既可承擔鍋爐點火啟動過程，又可以承擔鍋爐最低負荷。當煤粉鍋爐作為供熱鍋爐使用時，點火燃燒器可作為鍋爐最低負荷供熱，擴大鍋爐穩(wěn)定運行范圍。5.中心夾層二次風及時供應燃燒耗氧，強化氣固混合，可以有效改善煤粉燃燒。6.切向二次風除了燃燒供氧外，還提供了低溫氣體保護膜，一方面冷卻了燃燒室器壁，另一方面將燃燒的顆粒與燃燒器壁隔開，避免了燃燒室器壁結(jié)焦。7.直流二次風為燃燒室出口提供了低溫保護，可以避免燃燒室出口結(jié)焦現(xiàn)象。[0028]8.運行調(diào)節(jié)方便。為適應鍋爐負荷變化，一方面可以在允許范圍內(nèi)調(diào)整空氣量來適應負荷的小幅度變化，另一方面可以通過改變?nèi)紵魍度雭磉m應鍋爐負荷的大幅度變化。這對于周期性工業(yè)生產(chǎn)和供熱鍋爐十分方便。

圖1是多重燒嘴煤粉燃燒裝置的主剖面結(jié)構(gòu)。圖2是圖1的軸向剖面結(jié)構(gòu)。圖1中1.出口耐火結(jié)構(gòu)，2.徑向支撐結(jié)構(gòu)，3.第一道切向二次風入口，4.第二道切向二次風入口，5.第三道切向二次風入口，6.點火煤粉燃燒器，7.電子打火點火槍，8.中心旋流煤粉燃燒器，9.中心夾層二次風入口，10.中心直流煤粉燃燒器，11.主二次風入口，12. —次風旋流器，13.燃燒空間耐火材料，14.直流二次風口，15.燃燒裝置出口。圖2中1.主燃燒空間，2.電子打火引燃器，3.點火煤粉燃燒器，4.中心旋流煤粉燃燒器，5.中心夾層二次風入口，6.中心直流煤粉燃燒器，7.切向二次風入口，8.燃燒空間耐火結(jié)構(gòu)，9.外筒。
具體實施方式
設計燃料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 ；
煙氣特性
Vk0 = 5. 89Nm3/kg ；VE02 =1. 075Nm3/kg ;VN20 = 4. 661Nm3/kg ；VH20° = 0. 627Nm3/kg ；Vy0 = 6. 363Nm3/kg ；鍋爐設計規(guī)范D = lOt/h ；P =1. 27MPa ;飽和蒸汽；計算燃料量Β」=1247. 75kg/h風量分配設計總風量Qt = 8451. 63m3/h，其中一次風占25%，為2112. 91m3/h，其余為二次風 6338. 725m3/h ；主要結(jié)構(gòu)預燃室燃燒空間(如圖2中I所示)直徑700mm，直段長度600mm，直段上開有3處切向二次風口(圖1中3、4、5)，其數(shù)量分別為6、8和6個，尺寸分別為100mmX40mm和100mmX40mm、50mmX40mm，圓周方向均勻布置，距離一次風旋流器(圖1中12)的位置分別為245mm、395mm和595mm。點火直流煤粉燃燒器(圖1中6)管子尺寸Φ78Χ6出口對著燃燒器出口中心。內(nèi)置Φ25Χ4點火燃料管(圖1中7)和點火電極。燃料供應量120kg/h，可以帶動O. 7 1. 2t/h的鍋爐產(chǎn)汽量。中心直流煤粉燃燒器(圖1中10)尺寸Φ 76 X 5，燃料供應量140kg/h可以帶動
O.8 1. 5t/h鍋爐負荷；中心旋流煤粉燃燒器(圖1中8)尺寸Φ 213-Φ 133環(huán)形空間，燃料供應量890kg/h可以帶動 8t/h鍋爐負荷；中心夾層二次風入口(圖1中9)尺寸Φ 123-Φ 76.5環(huán)形空間，二次風速42m/s，供風量1100m3/h ；切向二次風量6338. 725-1100 = 5238. 725m3/h
權(quán)利要求1.一種用于工業(yè)鍋爐的多重燒嘴煤粉燃燒裝置，其特征是燃燒裝置是雙層套筒結(jié)構(gòu)，外筒是連接煤粉氣流和二次風的容器，內(nèi)筒內(nèi)是煤粉燃燒空間，內(nèi)外筒之間的縫隙是二次風通道，煤粉燃燒裝置上布置有煤粉點火燃燒器、中心燃燒器和環(huán)形燃燒器，夾層二次風、切向二次風和直流二次風。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重燒嘴煤粉燃燒裝置，其特征是內(nèi)筒根部設置I 28個采用天然氣或燃料油點火的煤粉燃燒器，每個點火燃燒器可以承擔一部分燃燒負荷作為最小燃燒負荷調(diào)節(jié)用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重燒嘴煤粉燃燒裝置，其特征是燃燒裝置軸線上的中心燃燒器和環(huán)形燃燒器被環(huán)形二次風隔開，按照用戶的生產(chǎn)或供暖的特征要求分割中心燃燒器和環(huán)形燃燒器的燃燒負荷比例。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重燒嘴煤粉燃燒裝置，其特征是內(nèi)筒由耐火材料構(gòu)成，其上開有O 10道切向二次風口，切向二次風形成低溫氣膜保護耐火材料，同時控制燃燒溫度不超過1000 1300°C以控制燃燒過程中NOx的生成過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多重燒嘴煤粉燃燒裝置，其特征是夾層風為環(huán)形結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)煤種特性設計成直流二次風或旋流二次風，在兩個燃燒器之間提供氧氣，并單獨或聯(lián)合使用速度差或旋流等手段強化與夾層二次風內(nèi)外煤粉的混合。
專利摘要一種可以燃燒較差煤質(zhì)、用于工業(yè)鍋爐為目的的煤粉燃燒裝置。燃燒裝置由內(nèi)外筒構(gòu)成，其上設有煤粉點火燃燒器、中心直流煤粉燃燒器和中心旋流煤粉燃燒器，中心夾層二次風、旋流二次風和直流二次風。點火燃燒器穩(wěn)定燃燒時，可以保證中心直流煤粉燃燒器和中心旋流煤粉燃燒器實現(xiàn)穩(wěn)定的不同品質(zhì)煤粉充分燃燒。用冷風量控制燃燒溫度，可以避免生成大量的NOx污染物。
文檔編號F23D1/00GK202902268SQ201220000169
公開日2013年4月24日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者劉柏謙 申請人:劉柏謙