一种锅炉制粉乏气低NOx燃烧系统的制作方法

本发明涉及火力发电技术领域，特别地，涉及一种锅炉制粉乏气低nox燃烧系统。

背景技术：

基于钢球磨煤机的中间储仓式制粉系统是电站煤粉锅炉中应用最广泛的制粉系统，该系统中钢球磨煤机出口的煤粉气流经传统的细粉分离器分离之后的乏气中仍含有约法10-15％左右的超细煤粉颗粒，对这部分含有超细颗粒的乏气的处理一直困扰着火力发电行业与锅炉燃烧工程技术人员。

目前，通常将这股乏气送入锅炉燃烧器的三次风喷咀中进行燃烧。由于制粉乏气流量较大，煤粉浓度较低，再加之磨煤机的运行方式及数量变化较频繁，从而导致制粉乏气送入锅炉中时会对锅炉的运行造成不利影响，主要体现在：(1)乏气的送入会使锅炉的燃烧稳定性降低，从而影响锅炉运行的安全性；(2)制粉乏气的送入会使锅炉的飞灰含碳量增加，从而降低燃料的燃烧效率与锅炉机组的热效率；(3)传统的制粉乏气送入及燃烧方式，会使锅炉炉膛出口的nox生成量显著增加，从而影响下游脱硝系统的运行及nox的达标排放；(4)制粉乏气的送入还会对锅炉的过热汽与再热汽的温度特性造成不利影响，降低锅炉机组对煤质特性及负荷变化的适应性。

综上所述，急需一种结构精简、操作方便、能高效燃烧制粉乏气且实现低nox排放的系统以解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构精简、操作方便、能高效燃烧制粉乏气且实现低nox排放的系统，具体技术方案如下：

一种锅炉制粉乏气低nox燃烧系统，包括原煤仓、磨煤机、粗粉分离器、细粉分离器、煤粉储存仓、煤粉分离装置以及锅炉燃烧器；

所述原煤仓的出料口通过给煤机与所述磨煤机的进料口连通，所述磨煤机的出料口与所述粗粉分离器的物料进口连通；

所述粗粉分离器的混合气体出口与所述细粉分离器的入料口连通，所述粗粉分离器的物料出口与所述磨煤机的进料口连通；

所述细粉分离器的混合气体出口与所述煤粉分离装置的入料口连通，所述细粉分离器的物料出口与所述煤粉储存仓的入口连通；

所述煤粉分离装置的混合气体出口与所述锅炉燃烧器连通，或者是，所述所述煤粉分离装置的混合气体出口与所述锅炉燃烧器连通，且所述煤粉分离装置的物料出口与所述煤粉储存仓的入口连通。

以上技术方案中优选的，所述煤粉分离装置包括分离器筒体以及旋转叶轮装置；

所述分离器筒体包括具有空腔的本体以及均设置在所述本体上的乏气入口、空气出口和煤粉出口，所述乏气入口连通所述空腔和所述细粉分离器的混合气体出口，所述乏气入口进入的乏气切向进入所述空腔内；所述空气出口连通所述空腔和所述锅炉燃烧器的燃尽风喷嘴或顶部燃尽风喷嘴；所述煤粉出口与所述煤粉储存仓的入口连通；

所述旋转叶轮装置包括旋转叶轮以及电机，所述旋转叶轮为所述空腔的气流提供旋转动量，所述旋转叶轮设置在所述空腔的内部；所述电机为所述旋转叶轮提供旋转动力，所述电机设置在所述本体的外壁上。

以上技术方案中优选的，所述煤粉出口为上宽下窄的锥形结构，其上端与所述本体的下端连接且与所述空腔连通，其下端与所述煤粉储存仓的入口连通。

以上技术方案中优选的，所述乏气入口设置在所述本体的上部，所述空气出口设置在所述本体的顶部中心位置，所述本体的上部还设有防爆阀。

以上技术方案中优选的，所述旋转叶轮通过支撑架设置在所述空腔的上部，且所述旋转叶轮位于所述乏气入口的下方；

所述电机为变频电机，所述电机的输出轴端部设有第一锥形齿轮，所述旋转叶轮的旋转轴的端部设有与所述第一锥形齿轮相匹配的第二锥形齿轮。

以上技术方案中优选的，所述细粉分离器的物料出口与所述煤粉储存仓的入口连通的管路上以及所述煤粉出口与所述煤粉储存仓的入口连通的管路上均设有锁气器。

以上技术方案中优选的，所述煤粉分离装置包括浓缩器本体以及叶轮旋转部件；

所述浓缩器本体包括具有腔体的筒体以及同时设置在所述筒体上的乏气进入管、稀相气流引出管和浓相气流引出管，所述乏气进入管连通所述腔体和所述细粉分离器的混合气体出口，所述乏气进入管进入的乏气切向进入所述腔体内；所述稀相气流引出管与所述锅炉燃烧器的燃尽风喷嘴或顶部燃尽风喷嘴连通；所述浓相气流引出管与所述锅炉燃烧器的主燃烧喷嘴之上的再燃烧喷嘴连通；

所述叶轮旋转部件包括叶轮以及电动机，所述叶轮为所述腔体内的气流提供旋转动量，所述叶轮设置在所述腔体的内部；所述电动机为所述叶轮提供旋转动力，所述电动机设置在所述筒体的外壁上。

以上技术方案中优选的，所述电动机为变频电机；

所述电动机的输出轴的末端设有锥形齿轮a，所述叶轮的转动轴的端部设有与所述锥形齿轮a相匹配的锥形齿轮b；

或者是，所述叶轮安装在所述电动机的输出轴上。

以上技术方案中优选的，所述锅炉燃烧器的燃尽风喷嘴的进口管道上设有电磁阀和流量测量装置；

所述燃尽风喷嘴的上下摆角为±30°，其水平摆角为±15°。

以上技术方案中优选的，所述空气出口与所述锅炉燃烧器的燃尽风喷嘴连通的管道上以及所述乏气进入管与所述细粉分离器的混合气体出口连通的管道上均设有电动风门；

所述电动风门的入口还与所述给煤机的输出口和或所述煤粉储存仓连通。

应用本发明的炉制粉乏气高效低nox燃烧系统，效果是：

1、本发明的煤粉锅炉制粉乏气高效低nox燃烧系统技术既可用于现役燃煤锅炉中间储仓式制粉乏气燃烧系统的改造，以提高锅炉及制粉系统对煤种与负荷的适应性、运行可靠性、运行灵活性及经济性，也可用于新建燃煤电站锅炉燃烧系统及制粉系统的设计。

2、与传统的制粉乏气燃烧技术相比，本发明的系统具有以下技术优势：①可以显著提高燃烧的稳定性与乏气中超细颗粒的燃烧效率；②可显著降低锅炉炉膛出口的nox生成量；③通过在主燃烧器上部区域敷设卫燃带，可以显著改善锅炉炉膛出口的烟气温度特性，进而有效改善锅炉的过热汽温与再热汽温特性；④煤种负荷变化时，可以实现高效燃烧、低nox排放、过热汽与再汽温调节的协同，从而显著提高锅炉机组制粉与燃烧系统运行的可靠性与灵活性。

3、本发明的燃烧系统主要基于制粉乏气中超细煤粉的高效分离与浓缩技术(即本发明中的煤粉分离装置)，其对制粉乏气的处理主要两种方式：①利用高效分离器技术将制粉乏气中的超细煤粉颗粒进行分离，然后将分离出来的超细颗粒经煤粉储存仓和给煤机直接进入锅炉燃烧器中的一次风喷嘴(主燃烧器)进行燃烧，而将含有极少量超细颗粒的空气送入锅炉燃烧器的ofa(顶部燃烬风)喷嘴或sofa(独立顶部燃烬风)喷嘴；②利用细颗粒高效浓缩技术将制粉乏气进行浓缩得到浓淡两股气流，然后再将含煤粉颗粒较多的浓相超细煤粉颗粒气流作为再燃燃料送入锅炉燃烧器的一次风喷嘴上部的再燃烧喷嘴，而将含煤粉颗粒较少的稀相气流作为燃烬风送入锅炉燃烧器的ofa(顶部燃烬风)喷嘴或sofa(独立顶部燃烬风)喷嘴。

4、为了使锅炉在煤质特性、负荷及磨煤机运行方式及投入台数发生变化时具有足够的燃烧调整手段以实现高效低nox燃烧，工程实施时ofa(顶部燃烬风)或sofa(独立顶部燃烬风)喷嘴设计成可在垂直、水平方向上摆动的喷嘴，其布置高度应根据具体的煤质特性变化范围进行优化；ofa(顶部燃烬风)或sofa(独立顶部燃烬风)喷嘴入口前应设置电动调节阀门及流量测量装置，以便在煤种与负荷变化时进行现场整与优化。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是实施例1中锅炉制粉乏气低nox燃烧系统的结构简图；

图2是图1中的煤粉分离装置的结构示意图；

图3是实施例2中锅炉制粉乏气低nox燃烧系统的结构简图；

图4是图2中的煤粉分离装置的结构示意图；

1、原煤仓，2、磨煤机，3、粗粉分离器，4、细粉分离器，5、煤粉储存仓，6、煤粉分离装置，6.1、分离器筒体，6.11、本体，6.111、空腔，6.12、乏气入口，6.13、空气出口，6.14、煤粉出口，6.2、旋转叶轮装置，6.21、旋转叶轮，6.22、电机，6.23、支撑架，6.3、防爆阀，6.4、浓缩器本体，6.41、筒体，6.411、腔体，6.42、乏气进入管，6.43、浓相气流引出管，6.44、稀相气流引出管，6.5、叶轮旋转部件，6.51、叶轮，6.52、电动机，7、锅炉燃烧器，7.1、燃尽风喷嘴或顶部燃尽风喷嘴，7.2、主燃烧喷嘴，7.3、再燃烧喷嘴，7.4、烟道出口，8、给煤机，9、锁气器，10、电磁阀，11、电动风门，12、冷风进入管，13、热风进入管，14、防护罩。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

一种锅炉制粉乏气低nox燃烧系统，详见图1，具体包括原煤仓1、磨煤机2、粗粉分离器3、细粉分离器4、煤粉储存仓5、煤粉分离装置6以及锅炉燃烧器7，具体连接关系如下：

所述原煤仓1的出料口通过给煤机8与所述磨煤机2的进料口连通，所述磨煤机2的出料口与所述粗粉分离器3的物料进口连通。所述磨煤机2同时与冷风管道12、热风管道13以及电动风门11。

所述粗粉分离器3的混合气体出口与所述细粉分离器4的入料口连通，所述粗粉分离器3的物料出口与所述磨煤机2的进料口连通。磨煤机2的进料口还与外界冷风进入管12和热风进入管13连通。

所述细粉分离器4的混合气体出口与所述煤粉分离装置6的入料口连通，所述细粉分离器4的物料出口与所述煤粉储存仓5的入口连通。

所述所述煤粉分离装置6的混合气体出口与所述锅炉燃烧器7连通，且所述煤粉分离装置6的物料出口与所述煤粉储存仓5的入口连通。锅炉燃烧器上端还设有烟道出口7.3。

上述煤粉分离装置6的结构详见图2，具体包括分离器筒体6.1以及旋转叶轮装置6.2，详细结构如下：

所述分离器筒体6.1包括具有空腔6.111的本体6.11以及均设置在所述本体6.11上的乏气入口6.12、空气出口6.13和煤粉出口6.14；所述乏气入口6.12设置在所述本体6.11的上部，其用于连通所述空腔6.111和所述细粉分离器4的混合气体出口，所述乏气入口6.12进入的乏气切向进入所述空腔6.111内；所述空气出口6.13设置在所述本体6.11的顶部中心位置，其用于连通所述空腔6.111和所述锅炉燃烧器7的燃尽风喷嘴或顶部燃尽风喷嘴7.1；所述煤粉出口6.14与所述煤粉储存仓5的入口连通。所述本体1.1的上部还设有防爆阀6.3。所述煤粉出口6.14为上宽下窄的锥形结构，其上端与所述本体6.11的下端连接且与所述空腔6.111连通，其下端与所述煤粉储存仓5连通。

所述旋转叶轮装置6.2包括旋转叶轮6.21以及电机6.22，所述旋转叶轮6.21为所述空腔6.111的气流提供旋转动量，所述旋转叶轮6.21设置在所述空腔6.111的内部；所述电机6.22为所述旋转叶轮6.21提供旋转动力，所述电机6.22设置在所述本体6.11的外壁上。具体是：

所述旋转叶轮6.21通过支撑架6.23设置在所述空腔6.111的上部，且所述旋转叶轮6.21位于所述乏气入口6.12的下方。

所述电机6.22为变频电机，所述电机6.22的输出轴端部设有第一锥形齿轮，所述旋转叶轮6.21的旋转轴的端部设有与所述第一锥形齿轮相匹配的第二锥形齿轮。第一锥形齿轮和第二锥形齿轮均设置在防护罩14内部。

所述细粉分离器4的物料出口与所述煤粉储存仓5的入口连通的管路上以及所述煤粉出口6.14与所述煤粉储存仓5的入口连通的管路上均设有锁气器9。

所述锅炉燃烧器7的燃尽风喷嘴7.1的进口管道上设有电磁阀10和流量测量装置；所述燃尽风喷嘴7.1的上下摆角为±30°，其水平摆角为±15°。

所述空气出口6.13与所述锅炉燃烧器7的燃尽风喷嘴7.1连通的管道上设有电动风门11，所述电动风门11的入口还同时与所述给煤机8的输出口和所述煤粉储存仓5连通。

应用本实施例的燃烧系统，具体是：

中间储仓式制粉系统中原煤仓1中的煤粉经给煤机8进入磨煤机2(此处采用钢球磨煤机)或者是直接再经电动风门11直接进入锅炉燃烧器7的主燃烧喷嘴7.2；

磨细后的煤粉气流经磨煤机2的出料口进入粗粉分离器3的物料进口；煤粉气流经粗粉分离器3分离成煤粉混合气流和煤粉颗粒，煤粉混合气流经粗粉分离器3的混合气体出口进入所述细粉分离器4的入料口，而煤粉颗粒经粗粉分离器3的物料出口返回至所述磨煤机2的进料口，继而进入磨粉机2；

煤粉混合气流经细粉分离器4分离成含超细煤粉混合气流和煤粉微粒，含超细煤粉混合气流经细粉分离器4的混合气体出口进入所述煤粉分离装置6的乏气入口6.12，继而进入煤粉分离装置6中分离器筒体6.1的空腔6.111内；煤粉微粒经所述细粉分离器4的物料出口进入所述煤粉储存仓5的入口，继而进入所述煤粉储存仓内，后可经电动风门11直接进入锅炉燃烧器7的主燃烧喷嘴7.2；

含超细煤粉混合气流经煤粉分离装置6分离成煤粉粒和空气，空气经电动风门11直接进入锅炉燃烧器7的燃尽风喷嘴或顶部燃尽风喷嘴7.1，实现基于空气分级的高效低nox燃烧；煤粉粒经所述煤粉分离装置6的物料出口进入所述煤粉储存仓5的入口，继而进入所述煤粉储存仓内，后可经电动风门11直接进入锅炉燃烧器7的主燃烧喷嘴7.2。

燃尽风喷嘴或顶部燃尽风喷嘴设计成可在垂直、水平方向上摆动的喷嘴，其布置高度应根据具体的煤质特性变化范围进行优化。

燃尽风喷嘴或顶部燃尽风喷嘴入口前应设置电动调节阀门及流量测量装置，以便在煤种与负荷变化时进行现场整与优化。

应用本实施例的技术方案，效果是：

1、燃烧系统结构精简，用于中间储仓式制粉系统不会占用大的空间以及无需铺设复杂管线，工业化应用方便。

2、煤粉分离装置利用惯性分离和旋转叶轮分离的复合模式，大大提高煤粉分离效果，具体是：含有超细煤粉颗粒的乏气气流在分离器筒体内高速旋转，使气流中的一部分超细颗粒得到分离，并在离心力的作用下被甩至分离器筒体的内壁面上，这部分颗粒沿筒体壁面下落进入煤粉出口；随着气流的旋转下行，其动量(特别是旋转动量)衰减较快，此时，这股下行的气流因旋转叶轮的高速旋转再次获得旋转动量，因而继续在离心力的作用下被分离，实现基于空气分级的高效低nox燃烧。

3、本实施例燃烧系统既可用于现役燃煤锅炉中间储仓式制粉乏气燃烧系统的改造，以提高锅炉及制粉系统对煤种与负荷的适应性、运行可靠性、运行灵活性及经济性，也可用于新建燃煤电站锅炉燃烧系统及制粉系统的设计。

实施例2

一种锅炉制粉乏气低nox燃烧系统，详见图3，与实施例1不同之处在于：

1、所述煤粉分离装置6的混合气体出口与所述锅炉燃烧器7的进气口连通。

2、所述煤粉分离装置的结构详见图4，具体是：包括浓缩器本体6.4以及叶轮旋转部件6.5，详情如下：

所述浓缩器本体6.4包括具有腔体6.411的筒体6.41以及同时设置在所述筒体6.41上的乏气进入管6.42、浓相气流引出管6.43和稀相气流引出管6.44，所述乏气进入管6.42连通所述腔体6.411和所述细粉分离器4的混合气体出口，所述乏气进入管6.42进入的乏气切向进入所述腔体6.411内；所述稀相气流引出管6.44与所述锅炉燃烧器7的燃尽风喷嘴或顶部燃尽风喷嘴7.1连通；所述浓相气流引出管6.43与所述锅炉燃烧器7的主燃烧喷嘴7.2之上的再燃烧喷嘴7.3连通。所述乏气进入管6.42与所述细粉分离器4的混合气体出口连通的管道上设有电动风门11。

所述叶轮旋转部件6.5包括叶轮6.51以及电动机6.52，所述叶轮6.51为所述腔体6.411内的气流提供旋转动量，所述叶轮6.51设置在所述腔体6.411的内部；所述电动机6.52为所述叶轮6.51提供旋转动力，所述电动机6.52设置在所述筒体6.41的外壁上。所述电动机6.52为变频电机；所述叶轮6.51安装在所述电动机6.52的输出轴上。叶轮和电动机的连接还可以采用以下方式：所述电动机6.52的输出轴的末端设有锥形齿轮a，所述叶轮6.51的转动轴的端部设有与所述锥形齿轮a相匹配的锥形齿轮b，锥形齿轮a和锥形齿轮b均设置在防护罩内部。

应用本实施例的燃烧系统，具体是：

中间储仓式制粉系统中原煤仓1中的煤粉经给煤机8进入磨煤机2(此处采用钢球磨煤机)或者是直接再经电动风门11直接进入锅炉燃烧器7的主燃烧喷嘴7.2；

磨细后的煤粉气流经磨煤机2的出料口进入粗粉分离器3的物料进口；煤粉气流经粗粉分离器3分离成煤粉混合气流和煤粉颗粒，煤粉混合气流经粗粉分离器3的混合气体出口进入所述细粉分离器4的入料口，而煤粉颗粒经粗粉分离器3的物料出口返回至所述磨煤机2的进料口，继而进入磨粉机2；

煤粉混合气流经细粉分离器4分离成含超细煤粉混合气流和煤粉微粒，含超细煤粉混合气流经细粉分离器4的混合气体出口和电动风门11直接进入所述煤粉分离装置6的乏气进入管6.42内，继而进入煤粉分离装置6中浓缩器本体6.4的腔体6.411内；煤粉微粒经所述细粉分离器4的物料出口进入所述煤粉储存仓5的入口，继而进入所述煤粉储存仓内，后可经电动风门11直接进入锅炉燃烧器7的主燃烧喷嘴7.2；

含超细煤粉混合气流经煤粉分离装置6分离成浓相气流和稀相气流，浓相气流经浓相气流引出管6.43进入锅炉燃烧器7的主燃烧喷嘴之上的再燃烧喷嘴7.3，稀相气流经稀相气流引出管6.44进入锅炉燃烧器7的燃尽风喷嘴或顶部燃尽风喷嘴7.1，实现基于空气分级的高效低nox燃烧。

本实施例的效果与实施例的效果相当。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。