一种新型富氧微油点火和超低负荷稳燃燃烧器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型富氧微油点火和超低负荷稳燃燃烧器，包括富氧导管，中心轴线重合的一次风管、圆筒形油煤混合燃烧室、二次风管、二次风箱和预燃室。二次风箱在管壁上设置有朝周向倾斜的二次风进口；二次风箱沿轴向贯穿有一次风管，一次风管内同轴设置有油煤混合燃烧室，在油煤混合燃烧室设有高能微油点火油枪和富氧导管；一次风管外同轴套设装有旋流叶片的二次风管，并在出口端安装有钝体；二次风箱内设有预燃室，预燃室进口端设分级风道，并在燃烧器出口安装若干扰动风喷口。本发明的点火节油率达90%以上，具有低负荷和超低负荷稳燃功能；并且采用了富氧、煤粉浓缩及分级送风等技术，使得该燃烧器还具有煤粉燃尽率高、NOX排放量低等优点。
【专利说明】一种新型富氧微油点火和超低负荷稳燃燃烧器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃烧器，尤其涉及一种新型富氧微油点火和超低负荷稳燃燃烧器。
【背景技术】
[0002]2012年，我国进口原油约2.85亿吨，对进口原油的依存度已达58.7%。一般通行观点认为，一国石油进口依存度超过50%，就说明该国已进入能源预警期。可见石油现已成为关系我国经济安全的战略物资。
[0003]大型电站锅炉点火和低负荷稳燃用油量巨大，一台200MW锅炉冷炉升炉一次要消耗50-70吨油，一台300MW锅炉约消耗80-100吨油，一台600MW锅炉约消耗200-250吨油。有相关统计数据表明，我国每年锅炉升炉点火约消耗150-180万吨燃油，折合人民币45-54亿元。在低负荷助燃用油方面，随着电网容量加大，电网峰谷差加剧，在晚上用电低谷时段，许多机组经过燃烧器改造后，能在50-60%负荷时不投油稳燃，但在超低负荷(30-50%)运行时，必须投用助燃用油，助燃用油量巨大。基于此，国家发改委鼓励开发和推广无油点火技术和微油点火技术。
[0004]国内已经成功开发了等离子体无油点火技术，该技术已经在大型电站锅炉上得到推广应用。该技术可以实现无油点火，但也存在系统复杂，成本高等问题。
[0005]微油点火技术是指将一只出力较小的油枪布置在一次风喷口内，用少量的油点燃经浓淡分离后的部分浓一次风粉气流，通常采用小火点大火逐渐放大的方法，最后点燃整个一次风气流。但现有的微油点火技术，在煤粉浓度高的地方往往氧浓度较低，而煤粉着火和燃烧需要足够的氧气供给，因此煤粉由于得不到充足的氧气而导致燃烧不完全，使得燃烧器出口煤粉的燃尽率降低；另外，大部分微油点火技术并没有很好解决氮氧化物排放量高的问题。
【发明内容】
[0006]针对以上存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型富氧微油点火和超低负荷稳燃燃烧器。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:本发明富氧微油点火和超低负荷稳燃燃烧器包括富氧导管、一次风管、圆筒形油煤混合燃烧室、二次风管、二次风箱和预燃室，所述一次风管、圆筒形油煤混合燃烧室、二次风管、二次风箱和预燃室的中心轴线重合，其中，所述二次风箱在管壁上设置有朝周向倾斜的二次风进口 ；一次风管的出口端伸入二次风箱内，油煤混合燃烧室置于一次风管内，在油煤混合燃烧室的前端斜向设有高能微油点火油枪，高能微油点火油枪的出口端置于油煤混合燃烧室内，高能微油点火油枪的进口端置于一次风管外；富氧导管穿过一次风管和油煤混合燃烧室的管壁伸入油煤混合燃烧室内，且富氧导管的出口端的中心轴线与油煤混合燃烧室的中心轴线重合；所述一次风管的出口端外套有所述二次风管，二次风管置于二次风箱内，二次风管的内壁与一次风管的出口端的外壁之间安装有旋流叶片；所述二次风箱内设有两端敞口的所述预燃室和由二次风管扩锥延伸形成的锥形筒，锥形筒的大端伸入预燃室的进口端，且在锥形筒和预燃室之间形成环形的分级风道；在所述预燃室的外壁与二次风箱的内壁之间形成环形通道，该环形通道的出口处设有环形端面，环形端面上均匀地设有开孔，在所述开孔处固定安装有扰动风喷口。
[0008]进一步地，本发明所述一次风管的进口端内设置有煤粉浓缩器。
[0009]进一步地，本发明所述一次风管的出口端呈扩口状，该扩口状出口端伸入到所述锥形筒内，在该扩口状出口端内设有圆锥形的钝体。
[0010]进一步地，本发明所述扰动风喷口与预燃室的轴向夹角为10°?20°、切向夹角为30?45°。
[0011]进一步地，本发明所述高能微油点火油枪的中心轴线与油煤混合燃烧室的中心轴线的轴向夹角为30°?45°。
[0012]进一步地，本发明所述富氧导管的出口端的壁上开有均匀布置的小孔。
[0013]进一步地，本发明所述小孔的数目为20-30个。
[0014]与现有技术相比，本发明具有的有益效果是:
[0015](I)本发明的高能微油点火油枪将液体燃料油进行机械雾化，变成超细油滴进行燃烧，由此产生温度很高(1500-2000°C )的火炬点燃经浓缩的高浓度煤粉，从而达到用微量的油点燃大量煤粉的目的。点火节油率可达90%以上，并且具有低负荷稳燃功能。
[0016](2)本发明在煤粉的着火燃烧过程中通入了富氧，及时地提供了煤粉燃烧所需的氧气，提高了燃烧器出口煤粉的燃尽率。
[0017]( 3 )本发明在二次风管内设置旋流叶片，使经过旋流叶片的气流产生旋转，并在一次风管喷口处设置钝体，从而形成有利于着火的回流区，使煤粉更易点燃。
[0018](4)本发明采用了预燃室设计，利用预燃室高温筒壁的辐射和反向回流高温烟气的对流传热，使煤粉气流迅速着火燃烧；另一方面，预燃室的进口端设有高速分级风，具有吹灰作用，使预燃室内不积灰，并能有效防止结渣。
[0019](5)本发明在燃烧器的出口处喷入了带有一定切向角度的扰动风，加强了气流的扰动程度，从而促进了煤粉的燃烧，提高了煤粉的燃尽率。
[0020](6)本发明采用二次风、分级风及扰动风的三级配风方式，有效地降低了氮氧化物的排放。
[0021](7)本发明结构简单，投资成本低，具有一定的市场竞争力。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明的结构示意图；
[0023]图2是图1的A向视图；
[0024]图3是扰动风喷口分布示意图；
[0025]图4是燃烧器的流场示意图；
[0026]图中:1、一次风管，2、二次风管，3、分级风道，4、扰动风喷口，5、旋流叶片，6、钝体，
7、煤粉浓缩器，8、油煤混合燃烧室，9、富氧导管，10、二次风进口，11、二次风箱，12、预燃室，13、环形端面，14、环形通道，15、高能微油点火油枪。【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0028]如图1所示，本发明包括一次风管1、油煤混合燃烧室8、富氧导管9、二次风管2、二次风箱11和预燃室12，一次风管1、圆筒形油煤混合燃烧室8、二次风管2、二次风箱11和预燃室12的中心轴线重合。
[0029]二次风箱11在管壁上设置有朝周向倾斜的二次风进口 10 (如图2所示)。根据流体力学原理可知，气流采用这种方式进入风箱，使得风箱内的气流更为均匀，从而提高了燃烧器出口界面处气流的均匀度。一次风管I的进口端内设置有煤粉浓缩器7，煤粉气流撞击煤粉浓缩器7后，形成了中心浓、两边淡的两股煤粉气流，这有利于煤粉气流的着火和稳燃。一次风管I内设置有圆筒形的油煤混合燃烧室8，在油煤混合燃烧室8的前端安装有高能微油点火油枪15，高能微油点火油枪15向油煤混合燃烧室8的进口方向偏斜一定角度^^为高能微油点火油枪15的中心轴线与油煤混合燃烧室8的中心轴线的轴向夹角，优选30° <45°。高能微油点火油枪15将液体燃料油进行机械雾化，变成超细油滴进行燃烧，由此产生温度很高(1500-2000°C )的火炬点燃中心经浓缩的高浓度煤粉，从而达到用微量的油点燃大量煤粉的目的。油煤混合燃烧室8内还安装有富氧导管9，在富氧导管9的出口端的一段壁上开有均匀布置的小孔，小孔的数量可为20-30个，氧气从这些小孔中喷出然后与煤粉气流混合，使得在该处形成高温、高煤粉浓度和适当高的氧浓度的所谓“三高区”，保证了煤粉的着火和稳定燃烧。
[0030]从图1中还可以看出，一次风管I的出口端外同轴套设有二次风管2，二次风管2置于二次风箱11内，在二次风管2的内壁与一次风管I的出口端的外壁之间安装有旋流叶片5。二次风管2扩锥延伸形成锥形筒，锥形筒位于二次风箱11内。如图1所示，一次风管I的出口端呈扩口状，该扩口状出口端伸入到所述锥形筒内，在该扩口状出口端内设有圆锥形的钝体6。在二次风管2内的旋流叶片5和钝体6的共同作用下，二次风管2内的气流流出二次风管2后在中心(即钝体6的尾部)形成了有利于煤粉着火稳燃的高温回流区，如图3所示。另外，本发明还采用了预燃室12的结构，预燃室12的内壁为保温绝热材料制成，所以预燃室12的壁温能很快升高并保持在一个比较高的温度。二次风管2扩锥延伸形成的锥形筒的大端伸入预燃室12的进口端，并且在锥形筒的外壁和预燃室12的内壁之间形成环形的分级风道3 ;预燃室12的外壁与二次风箱11的内壁之间形成环形通道14，该环形通道14的出口处设有环形端面13，环形端面13上均匀地设有开孔，在所述开孔处固定安装有扰动风喷口 4。煤粉气流在高温筒壁的辐射和反向回流高温烟气的对流传热两者共同作用下，迅速着火燃烧。预燃室12的根部(即进口端)由于设置了分级风道3，分级风可通过分级风道3紧贴着预燃室12的壁面喷入，不仅可以有效地防止预燃室12的结渣，还可对本发明燃烧器出口起到很好的保护作用。
[0031]如图1、2所示，本发明在燃烧器出口四周设置有若干扰动风喷口 4，该扰动风喷口沿预燃室12的轴向和切向皆摆动一定角度，其中，轴向夹角a优选10° < a <20° (参见图1和图4)，切向夹角Y优选30° < Y < 45° (参见图3)。轴向夹角a指的是扰动风喷口 4的中心轴线与预燃室12的中心轴线的夹角，切向夹角Y指的是扰动风喷口 4的中心轴线与预燃室12的圆周切线的夹角。[0032]本发明将煤粉后期燃烧所需的空气分成三部分送入，即分别通过二次风管2、分级风道3、扰动风喷口 4送入燃烧器的锥形筒、预燃室12的进口端和出口端，使燃料在燃烧器的油煤混合燃烧室8及预燃室12内都处于缺氧燃烧状态，从而大幅度地降低了氮氧化物的生成。
[0033]参见图4，本发明的工作过程如下:
[0034]本发明在启动点火时，首先点燃小功率高能微油点火油枪15，由此产生温度很高的火炬进入油煤混合燃烧室8，从而点燃油煤混合燃烧室8中心的浓煤粉气流，达到微量油点燃大量煤粉的目的。同时打开二次风进口 10，此时二次风、分级风、扰动风分别通过二次风管2、分级风道3、扰动风喷口 4进入燃烧器的锥形筒、预燃室12的进口端和燃烧器的出口，实现空气的分级供给，能有效降低NOx的排放。其中，二次风管2的气流通过旋流叶片5后，产生旋转，并在流出二次风管2的喷口(即二次风管的出口)后在锥形筒的中心(即在钝体6尾部)形成回流区，卷吸锅炉炉膛内的高温烟气，加热并点燃煤粉。扰动风喷口 4的气流旋转冲刷煤粉气流，产生良好的扰动效果，从而促进煤粉的燃烧，提高煤粉的燃尽率。
【权利要求】
1.一种富氧微油点火和超低负荷稳燃燃烧器，包括富氧导管(9)、一次风管(I)、圆筒形油煤混合燃烧室(8)、二次风管(2)、二次风箱(11)和预燃室(12)，所述一次风管(I)、圆筒形油煤混合燃烧室(8)、二次风管(2)、二次风箱(11)和预燃室(12)的中心轴线重合，其特征在于:所述二次风箱(11)在管壁上设置有朝周向倾斜的二次风进口(10); —次风管(I)的出口端伸入二次风箱(11)内，油煤混合燃烧室(8 )置于一次风管(I)内，在油煤混合燃烧室(8 )的前端斜向设有高能微油点火油枪(15 )，高能微油点火油枪(15 )的出口端置于油煤混合燃烧室(8)内，高能微油点火油枪(15)的进口端置于一次风管(I)外；富氧导管(9)穿过一次风管(I)和油煤混合燃烧室(8)的管壁伸入油煤混合燃烧室(8)内，且富氧导管(9)的出口端的中心轴线与油煤混合燃烧室(8)的中心轴线重合；所述一次风管(I)的出口端外套有所述二次风管(2 )，二次风管(2 )置于二次风箱(11)内，二次风管(2 )的内壁与一次风管(I)的出口端的外壁之间安装有旋流叶片(5);所述二次风箱(11)内设有两端敞口的所述预燃室(12)和由二次风管(2)扩锥延伸形成的锥形筒，锥形筒的大端伸入预燃室(12)的进口端，且在锥形筒和预燃室(12)之间形成环形的分级风道(3);在所述预燃室(12)的外壁与二次风箱(11)的内壁之间形成环形通道(14)，该环形通道(14)的出口处设有环形端面(13)，环形端面(13)上均匀地设有开孔，在所述开孔处固定安装有扰动风喷口(4)。
2.根据权利要求1所述的一种富氧微油点火和超低负荷稳燃燃烧器，其特征在于:所述一次风管(I)的进口端内设置有煤粉浓缩器(7)。
3.根据权利要求1所述的一种富氧微油点火和超低负荷稳燃燃烧器，其特征在于:所述一次风管(I)的出口端呈扩口状，该扩口状出口端伸入到所述锥形筒内，在该扩口状出口端内设有圆锥形的钝体(6)。
4.根据权利要求1所述的一种富氧微油点火和超低负荷稳燃燃烧器，其特征在于:所述扰动风喷口(4)与预燃室(12)的轴向夹角为10°?20°、切向夹角为30?45°。
5.根据权利要求1所述的一种富氧微油点火和超低负荷稳燃燃烧器，其特征在于:所述高能微油点火油枪(15)的中心轴线与油煤混合燃烧室(8)的中心轴线的轴向夹角为30。?45°。
6.根据权利要求1所述的一种富氧微油点火和超低负荷稳燃燃烧器，其特征在于:所述富氧导管(9)的出口端的壁上开有均匀布置的小孔。
7.根据权利要求6所述的一种富氧微油点火和超低负荷稳燃燃烧器，其特征在于:所述小孔的数目为20-30个。
【文档编号】F23D1/00GK103615717SQ201310506650
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】王进卿, 池作和, 张光学, 韩子墨 申请人:中国计量学院