一种煤粉与天燃气一体式双燃料燃烧器的制作方法

本发明属于锅炉燃烧器技术领域，特别涉及一种煤粉与天燃气一体式双燃料燃烧器。

背景技术：

目前我国的锅炉燃烧设备中，燃油燃烧器、煤粉燃烧器和燃气燃烧器均比较常见，但都是单一的燃烧技术，当燃料发生变化时，相应燃烧器也需要更换，甚至锅炉本体及燃烧系统都需要改造，给用户造成极大的不便和大量经济成本的追加，因此提供一种可靠的煤粉与天燃气一体式双燃料燃烧器十分有必要。另外，随着市场的需求不断增加，目前也有少量企业将煤粉与天然气两种燃烧器进行简单、机械性地组合，即在一台锅炉上安装煤粉、燃气两种独立的燃烧器进行使用，这种方式局限性大、投入高、效果不理想。

另外，锅炉燃烧器普遍使用单一燃料进行燃烧运行，一般单独燃烧煤粉、油料或者天然气，很少有成熟的双燃料燃烧器投入使用。随着国家环保政策的进一步收紧，各地煤改气的浪潮正在如火如荼地展开，但是天然气的全面、足量供应目前还存在一定困难，同时我国又是一个产煤大国，燃煤的清洁高效利用，市场空间仍然很大。我国目前在运行的燃煤锅炉数量巨大，在全国全面推行煤改气政策也需要相当长的过渡期，因而开发一种煤粉与燃气双燃料燃烧设备来满足市场需求显得十分必要。我国目前仍有70％左右的发电厂应用燃煤火电技术，而火力发电厂90％以上的锅炉又应用的是煤粉锅炉，因此煤粉锅炉是目前燃煤高效清洁利用技术最成熟、应用最广的燃煤锅炉形式。天然气由于其成分中不含氮，因此是相对清洁的燃料。目前国内的天然气燃烧器基本都是引进的国外产品，而且是单一的天然气燃烧技术，与煤粉燃烧技术毫无关系。

综上，现有燃烧器存在的缺点主要表现为：

1.现有锅炉燃烧器使用单一燃料，燃烧功能单一，不能适应燃料的变更。

2.简单组成的双燃料锅炉，投入高、占地面积大、运行操作不方便。

3.运行安全性差，低氮燃烧效果不理想。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种煤粉与天燃气一体式双燃料燃烧器，把煤粉与天燃气燃烧技术有效结合起来，能够单独燃烧煤粉、也能够单独燃烧天然气，同时也能够进行双燃料复合燃烧。由于该燃烧器是一体式，使同一台锅炉具备使用两种燃料的功能，并且在控制、安装、附属设施建设等方面能够做到统筹规划，统一管理，集中运行操作的模式，极大地方便了广大用户在煤改气政策过渡与推广时期的选择性，同时也提升了锅炉长期连续运行中燃料供应的可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种煤粉与天燃气一体式双燃料燃烧器，包括轴向平行的一次风及煤粉通道13和天然气通道14，天然气通道14在一次风及煤粉通道13内，一次风及煤粉通道13上自前而后依次布置有一次风及煤粉通道组件15、内二次风组件6和外二次风组件7，一次风与煤粉入口5位于一次风及煤粉通道组件15的前部，所述天然气通道14上布置有中心助燃风组件4，天然气入口1位于中心助燃风组件4前部，一次风及煤粉通道13的出口连接预燃室10，天然气通道14的出口设置有天燃气烧嘴组件8，天燃气烧嘴组件8位于预燃室10中。

所述一次风与煤粉入口5竖直向上，与一次风套筒垂直，一次风与煤粉入口5接入煤粉储供系统送来的一次风与煤粉混合物，通过一次风及煤粉通道13送入燃烧器预燃室10中，并与内二次风组件6、外二次风组件7提供的内、外二次风混合燃烧；出天然气通道14的天然气由燃气烧嘴组件8、中心旋流喷嘴9喷出后进入预燃室10中，与中心助燃风以及内二次风组件6、外二次风组件7提供的内、外二次风混合燃烧。

所述中心助燃风为天然气的预混风，预混量按照安全可靠并兼顾低氮燃烧效果综合进行调节。

所述内二次风组件6提供的内二次风由内二次直流风和内二次旋流风两路配风组成；所述外二次风组件7和预燃室10融为一体，形成带有预热式SOFA的预燃室结构，外二次风喷口为切向旋流方式，绕预燃室10内壁圆周均布于预燃室10出口附近。

所述一次风及煤粉通道13内设有浓淡分离装置13a，使一次风中的煤粉在进入预燃室10时形成中心浓相区、周围稀相区。

所述浓淡分离装置13a位于一次风及煤粉通道13出口端，是由镶嵌在一次风及煤粉通道13内的环形导流锥和出口的稳焰齿组成。

由于环形导流锥的向心引射作用、稳焰齿阻拦作用，能够使一次风及煤粉混合物中的大部分煤粉颗粒集聚到燃烧器火焰中心部位，形成浓相区，而使外焰及周围成为煤粉浓度较低的稀相区。

所述一次风与煤粉入口5竖直向上，天然气入口1竖直向下，中心风助燃风入口在天然气入口1的位置处，竖直向上。

所述天燃气烧嘴组件8由多个小型均火式喷嘴组成，使天然气火焰的由多个圆周均匀分布的小火炬组成。

所述天然气的点火装置3设置在天然气通道14前端，水平安装，点火装置3主要由燃气小喷枪、高能点火杆和气动推进器构成，通过安装法兰与燃烧器中心管整体连接，点火装置中的燃气小喷枪和点火杆与天然气通道14平行，并穿过中心管到达燃气烧嘴组件8与中心旋流喷嘴9的位置，从而保证及时点燃燃气烧嘴组件8和中心旋流喷嘴9喷出的大流量天然气，采用天然气小火焰对预燃室10进行预热，在点火时由气动推进器驱动，使点火枪伸入到预燃室10内部，点火完成后退出预燃室10，使点火枪远离高温区。

所述预燃室10中设有火焰检测器11和热电偶测温仪表12，分别径向安装在预燃室的外壳上，用于检测预燃室10内火焰信号和温度信号。

与现有技术相比，本发明双燃料燃烧器可以单独燃烧煤粉，可以单独燃烧天然气，也可以使用煤粉和天然气两种燃料进行复合燃烧，使得煤粉和天然气两种燃料使用一套设备，实现安全、高效、清洁燃烧。由于是一体式的整套设备，它具有安装简便、占用空间小、与锅炉设计衔接简单、控制及辅助配套设施集中、操作运行方便、可靠性高、安全性强等优点。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是图1中B向视图。

图3是本发明工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

参考图1和图2，本发明一种煤粉与天燃气一体式双燃料燃烧器，包括同轴的一次风及煤粉通道13和天然气通道14，天然气通道14在一次风及煤粉通道13内，在一次风及煤粉通道13上自前而后依次布置有一次风及煤粉通道组件15、内二次风组件6和外二次风组件7。

一次风与煤粉入口5竖直向上，位于一次风及煤粉通道组件15的前部，与一次风套筒垂直。天然气通道14上布置有中心助燃风组件4，天然气入口1竖直向下，位于中心助燃风组件4前部，中心风助燃风入口在天然气入口1的位置处，竖直向上。一次风及煤粉通道13的出口连接预燃室10，天然气通道14的出口设置有天燃气烧嘴组件8和中心旋流喷嘴9，天燃气烧嘴组件8位于预燃室10中，由多个小型均火式喷嘴组成，环绕在中心旋流喷嘴9周围，使天然气火焰的由多个圆周均匀分布的小火炬组成，从而使天然气火焰中的温度能够均匀化，最大程度避免因局部高温而产生的热力型氮氧化物。

天然气的点火装置3设置在天然气通道14前端，水平安装，点火装置3主要由燃气小喷枪、高能点火杆和气动推进器等构成，通过安装法兰与燃烧器中心管整体连接，点火装置中的燃气小喷枪和点火杆与天然气通道14平行，并穿过中心管到达天燃气烧嘴组件8与中心旋流喷嘴9的位置，从而保证及时点燃燃气烧嘴组件8和中心旋流喷嘴9喷出的大流量天然气，采用天然气小火焰对预燃室10进行预热，从而达到快速安全地引燃煤粉和天燃气烧嘴组件8喷出的大量天然气的效果，装置在点火时由气动推进器驱动，使点火枪伸入到预燃室10内部，点火完成后退出预燃室10，使点火枪远离高温区，避免点火枪长期处于高温火焰中而降低寿命。

一次风与煤粉入口5接入煤粉储供系统送来的一次风与煤粉混合物，通过一次风及煤粉通道13送入燃烧器预燃室10中，并与内二次风组件6、外二次风组件7提供的内、外二次风混合燃烧。

出天然气通道14的天然气由燃气烧嘴组件8、中心旋流喷嘴9喷出后进入预燃室10中，与中心助燃风以及内二次风组件6、外二次风组件7提供的内、外二次风混合燃烧。

预燃室10中设有火焰检测器11和热电偶测温仪表12，分别径向安装在预燃室的外壳上，用于检测预燃室10内火焰信号和温度信号，为燃烧器灭火保护和燃烧状态调整提供依据。

其中，中心助燃风为天然气的预混风，预混量按照安全可靠并兼顾低氮燃烧效果综合进行调节。

内二次风组件6处于燃烧器主体中间，内二次风由内二次直流风和内二次旋流风两路配风组成，直流风穿透力强、射流行程远，可以增强火焰刚性，旋流风旋流强度大，能够迅速与一次风及煤粉或燃气混合，能够使燃烧器预燃室内部扰动充分，为煤粉和天然气着火初期提供所需氧量。

外二次风组件7和预燃室10融为一体，形成带有预热式SOFA的预燃室结构，外二次风喷口为切向旋流方式，绕预燃室10内壁圆周均布于预燃室10出口附近，一方面可在燃烧器出口附近形成卷吸回流区，可起到明显的稳燃作用，另一方面拉长了燃烧器的空气射流行程，使燃烧器的空气分级距离拉大，可有效拟制氮氧化物的生成。

在一次风及煤粉通道13内设有浓淡分离装置13a，使一次风中的煤粉在进入预燃室10时形成中心浓相区、周围稀相区，为煤粉低氮燃烧创造条件。浓淡分离装置13a位于一次风及煤粉通道13出口端，由镶嵌在一次风及煤粉通道13内的环形导流锥和出口的稳焰齿组成。由于环形导流锥的向心引射作用、稳焰齿阻拦作用，能够使一次风及煤粉混合物中的大部分煤粉颗粒集聚到燃烧器火焰中心部位，形成浓相区，而使外焰及周围成为煤粉浓度较低的稀相区。

参考图3，本发明的工作过程如下：

启动系统，检测是否具备点火条件，如具备，则允许点火，检测燃气压力，就地或者远程启动，送入组合映射点火气枪，启动高能点火器，30s后启动火焰检测器，打开点火燃气电磁阀。如点火不成功，则关闭点火电磁阀并报警，启动吹扫，排查故障后复位，并再次启动。

点火成功后，根据燃料情况，选择运行模式，包括煤粉、天然气和混烧三种，在煤粉单独燃烧模式下，首先检测预燃室是否达到投粉预定温度，如是，则投入煤粉，引火成功后开启助燃鼓风机，达到撤枪条件后，关闭燃气电磁阀，保持监测主火焰，之后退出组合映射点火气枪，调节热负荷，稳定运行。

在天然气单独燃烧模式下，直接打开主燃气阀，引火成功后退出组合映射点火气枪，开启助燃风机，保持监测主火焰，之后调节热负荷，稳定运行。

在混合燃烧模式下，则需要上述两部分同时运行。

可见，本发明一体式双燃料燃烧器可实现一机多用，适用三类烟煤煤粉和天燃气为燃料，可分别进行燃烧，也可以同时使用两种燃料混合燃烧。将固气两种燃料的燃烧功能集中在一台燃烧器中，使固、气两种形态不同的燃料运用同一台燃烧器燃烧成为现实，并且能够达到安全、高效、清洁、简便的运行效果。在煤粉燃烧排放的控制上，本发明应用了煤粉浓淡分离、分级配风、再循环烟气以及带有预热式SOFA的预燃室等技术，能够拟制约40％左右的NOx生成量。在天然气燃烧排放控制上，本发明应用了半预混技术、多烧嘴均火化技术、空气分级技术以及烟气再循环等技术，能够使NOx排放控制在50mg/m³以下。在安全运行控制方面，本发明主要提供了可靠的灭火联锁保护功能，即应用性能可靠的复合型火焰检测器和热电偶，通过对煤粉及天然气燃烧时的火焰光谱及预燃室温度进行实时监测分析，综合判断，及时输出灭火信号给燃烧控制系统，然后由控制系统自动发出切断燃料(煤粉、燃气)供给，并启动燃烧器及炉膛吹扫程序，使非正常灭火情况得到及时有效处理，避免因非正常灭火产生的安全事故，确保锅炉燃烧安全运行。