专利名称：煤粉燃烧装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种燃烧装置及方法，尤其是涉及一种煤粉燃烧装置及方法。
背景技术：
我国是一个以煤为主要燃料的国家，这种状况在今后相当长一段时间
内不会发展根本性的变化。目前煤炭占我国能源总需求的70%左右，在我 国煤炭资源中低挥发份煤(如无烟煤、贫煤等)和劣质煤占很大的比重， 在这些煤炭的使用过程中存在一些问题， 一是锅炉燃烧器对于煤质及负荷 变化的适应性差，当锅炉高负荷运行时，炉内结焦比较严重，而当锅炉低 负荷运行时，燃烧又难以稳定，燃烬率低，造成对能源的浪费和环境的污 染；二是未燃烬的煤粉粒子对燃烧器内壁面产生挂壁现象，从而产生结焦 和高温腐蚀现象，大大降低了燃烧器的使用寿命；三是煤粉燃烧器在燃烧 过程中将产生大量的NOx,对环境造成巨大的污染。
如中国专利第CN 93244359.1号所揭示的一种径向浓淡旋流煤粉燃 烧器，它包括一浓煤粉通道， 一个具有环状空间的淡煤粉通道和一个具有 环状空间的二次风管道，二次风管道的环状空间中安装有旋流器，浓煤粉 通道的入口通过输送管与煤粉浓缩器的浓煤粉出口通道、其出口通过火嘴 与炉膛连通，煤粉浓缩器的入口接一次风道，二次风管道的入口连通二次 风道、其出口与炉膛连通，其特征在于浓煤粉通道，淡煤粉通道和二次风 管道由里向外依次排列，淡煤粉通道的环状空间中安装有旋流器。但是， 这种径向浓淡旋流煤粉燃烧器中心管的煤粉磨损非常大，需要经常换管， 而且煤粉浓缩器在负荷变化较大时，容易发生堵粉现象。200710032333.2
又如中国专利第CN 98117424.8号所揭示的一种煤粉燃烧器，它包括 一个喷射煤粉和一次风混合物的煤粉喷嘴，一个二次风喷嘴和一个三次风 喷嘴，它们围绕煤粉喷嘴的外周边同轴布置，和一个在分隔两个邻近的空 气喷嘴的分隔壁的末端的管道扩展部分；设置一个变换二次风喷嘴中二次 风的流动变换装置，以便使二次风沿管道扩展部分流动。二次风由于导向 板朝外喷射，二次风、三次风与煤粉混合延迟，由此产生的NOx的量减 少。虽然这种煤粉燃烧器有效能降低NOx的排放量，但对于煤种的适应 性比较差，对于难以着火的低挥发份煤和劣质煤稳燃性差，且同样存在煤 粉喷嘴磨损严重的问题。
针对我国环保要求不断提高以及我国市场上大量着火难、稳燃难、燃 烬更难的低挥发份煤和劣质煤不能有效利用的实际情况，提供一种煤种适 应性强、负荷调节范围大、低NOx排放、燃烧效率高且使用寿命长的煤 粉燃烧器成为业界需要解决的问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种低负荷稳燃能力强、煤种适应性好、 燃烧效率高、NOx排放量低的煤粉燃烧装置。
本发明的另 一个目的在于提供一种使用本发明装置的煤粉燃烧方法。 本发明的一种技术方案是这样实现的提供一种煤粉燃烧装置，包括 用于输送煤粉和一次风的混合通道、连接于混合通道尾部的稳燃室、以及 延伸设置于稳燃室入口端的点火装置，其中，稳燃室包括纵向布置的第一 级稳燃腔、第二级稳燃腔以及第三级稳燃腔，第一级稳燃腔、第二级稳燃 腔以及第三级稳燃腔均为圆筒状结构，第一级稳燃腔沿切线方向设置至少 一个用于向第 一级稳燃腔内输送第 一级二次风的第 一级二次风管，第二级 稳燃腔沿切线方向设置至少一个用于向第二级稳燃腔内输送第二级二次 风的第二级二次风管，第三级稳燃腔沿切线方向设置至少一个用于向第三 级稳燃腔内输送第三级二次风的第三级二次风管，第二级稳燃腔的径向尺
5寸大于第 一级稳燃腔及第三级稳燃腔的径向尺寸。
优选地，第一级稳燃腔、第二级稳燃腔以及第三级稳燃腔大致布置在 同一条轴心线上。
更优选地，第 一级稳燃腔沿切线方向设置两个或两个以上的用于向第 一级稳燃腔内输送第 一级二次风的第 一级二次风管。第二级稳燃腔沿切线 方向设置两个或两个以上的用于向第二级稳燃腔内输送第二级二次风的 第二级二次风管。第三级稳燃腔沿切线方向设置两个或两个以上的用于向 第三级稳燃腔内输送第三级二次风的第三级二次风管。
其中，第三级稳燃腔的径向尺寸大于第一级稳燃腔的径向尺寸。可选
择地，第二级稳燃腔的径向尺寸为第一级稳燃腔径向尺寸的1.5倍到3倍， 比如1.8倍或2倍；第三级稳燃腔的径向尺寸为第一级稳燃腔径向尺寸的 1倍到1.5倍，比如1.2或1.3倍。
可选择地，第二级稳燃腔的纵向尺寸为第一级稳燃腔纵向尺寸的1 倍到2倍，比如1.2倍或1.5倍；第三级稳燃腔的纵向尺寸为第一级稳燃 腔纵向尺寸的1倍到2倍，比如1.5或2倍。
优选地，进一步设置一个三次风道，三次风道围绕稳燃室的外壁设置 并从稳燃室的入口端延伸到稳燃室的出口端。更优选地，三次风道的尾部 向内收缩形成圆锥段。
优选地，混合通道与第一级稳燃腔连接处设置扰流叶片。
具体地，点火装置包括点火油枪，点火油枪的末端延伸设置在稳燃室 入口端的中央处，扰流叶片环绕点火油枪设置。
本发明的另 一种技术方案是这样实现的提供一种使用本发明煤粉燃 烧装置的煤粉燃烧方法，该方法包括(一)、通过混合通道向稳燃室内输 送煤粉以及占煤粉完全燃烧所需空气总量5%~15%的一次风；(二)、通过 第 一级二次风管向第 一级稳燃腔内输送占煤粉完全燃烧所需空气总量 10%~20%的第一级二次风；(三)、通过第二级二次风管向第二级稳燃腔 内输送占煤粉完全燃烧所需空气总量45%~55%的第二级二次风；(四)、
6通过第三级二次风管向第三级稳燃腔内输送占煤粉完全燃烧所需空气总
量20%~30%的第三级二次风；(五)、启动点火装置点火。
其中，根据具体需要，上述步骤可以同步进行也可以分步进行，各步
骤执行的顺序不受上述排列顺序的限制。
优选地，在煤粉与一次风混合物进入稳燃室之前采用扰流叶片使煤粉
与一次风混合物形成旋流。更优选地，该方法进一步包括向三次风道内输
送三次风。
在本发明中，煤粉燃烧所需要的空气分为五级送风，分别为一次风、 第一级二次风、第二级二次风、第三级二次风以及三次风，其中一次风、 第一级二次风、第二级二次风和第三级二次风为旋流风， 一次风通过扰流 叶片实现旋流。第一级二次风、第二级二次风和第三级二次风通过第一级 二次风管、第二级二次风管和第三级二次风管分别切向进入第一级稳燃 腔、第二级稳燃腔及第三级稳燃腔而实现旋流。其中，第一级二次风的作 用在于点火助燃，第二级二次风的作用在于实现强旋流稳燃，第三级二次 风的作用在于使煤粉燃烬。三次风道环绕燃烧器外壁安装，其内的三次风 为直流风，其作用在于一方面冷却燃烧器外壁， 一方面调节燃烧器产生火 焰的形状。
本发明的有益效果是 一、稳燃室本体为阶梯型结构，稳燃性强，并 采用分级送风旋流燃烧方式，燃烧效率高，NOx排放量低。二、通过调节 各腔风量，对锅炉低负荷运行具有极强的稳燃能力，因为第一级稳燃腔、 第二级稳燃腔以及第三级稳燃腔均为绝热结构，具有良好的保温稳燃作
用，是一个优良的蓄热体，也是一个稳定的点火源，最低负荷可调至1/3 以下，兼有着火和强化燃烬的双重功能；通过控制各稳燃腔中的氧气浓度 来避免高温结焦现象的发生，同时还可以抑制NOx的生成；三、在燃烧 器外围设置有风冷夹套(即，三次风道)，可根据需要调节风冷夹套的三 次风流量防止燃烧器壁面过热，以防止高温腐蚀；四、在燃烧器换热空间 内部无中心管等机械部件，无明显的磨损现象发生，进一步提高了燃烧器的使用寿命。
以下结合附图和实施例，来进一步说明本发明，但本发明不局限于这 些实施例，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要 求书中所要求保护的范围。
图1为本发明煤粉燃烧器的结构示意图。
具体实施例方式
实施例1
请参照图1,本发明的煤粉燃烧器包括混合通道1、设置于混合通道
尾部的扰流叶片2、小型点火油枪3、第一级稳燃腔4、第一级二次风管5、 第二级稳燃腔6、第二级二次风管7、第三级稳燃腔8、第三级二次风管9、 三次风道IO。其中，第一级稳燃腔4、第二级稳燃腔6以及第三级稳燃腔 8均为大致位于同一轴心线上的圆筒状结构，第一级稳燃腔4、第二级稳 燃腔6以及第三级稳燃腔8纵向分布形成一个稳燃室。
其中，第二级稳燃腔6的径向尺寸大于第三级稳燃腔8的径向尺寸， 第三级稳燃腔8的径向尺寸大于第一级稳燃腔4的径向尺寸。具体地，第 二级稳燃腔6的径向尺寸约为第一级稳燃腔4径向尺寸的2倍；第三级稳 燃腔8的径向尺寸约为第一级稳燃腔4径向尺寸的1.2倍。
另外，第二级稳燃腔6的纵向尺寸约为第一级稳燃腔4纵向尺寸的 1.2倍；第三级稳燃腔8的纵向尺寸也约为第一级稳燃腔4纵向尺寸的1.2 倍。
其中， 一次风和煤粉的混合物在其混合通道l内通过若干扰流叶片2 旋流进入第 一级稳燃腔4后，在第 一级稳燃腔4内煤粉被点火油枪2点燃， 在煤粉着火燃烧的开始阶段，只加入部分二次风，即第一级二次风，第一 级二次风由第一级二次风管5从第一级稳燃腔4切线方向高速喷出，煤粉
8在高速旋转的第一级二次风作用下，形成富燃料燃烧的旋涡区，使煤粉迅 速着火。着火后的气流进入第二级稳燃腔6，在高速旋流的第二级二次风 强烈作用下，在第二级稳燃腔四角部位形成涡流区，在涡流区形成局部高 温区，具有极强的稳燃作用。高速旋转的高温烟气进入第三级稳燃腔8，
第三级稳燃腔8为煤粉的燃烬区，其内安装有第三级二次风管9，使煤粉 在这里完成完全燃烧，大大降低飞灰的含碳量。环绕燃烧室外壁安装有三 次风道10，三次风为直流风，其作用一方面在于调节火焰的形状， 一方 面可避免燃烧室壁面过热，防止高温腐蚀。
本发明的工作原理为 一次风和煤粉的混合物通过若干扰流叶片2 旋流进入第 一级稳燃腔4后，在第 一级稳燃腔4内煤粉被点火油枪3点燃。 在煤粉着火燃烧的开始阶段，只加入部分二次风，即第一级二次风，煤粉 在高速旋转的第一级二次风作用下，形成富燃料燃烧的旋涡区，使煤粉迅 速着火。 一次风占煤粉完全燃烧所需要的空气的10%左右，第一级二次风 占煤粉完全燃烧所需要空气的15%左右，使得在燃烧室入口端附近的煤粉 最早着火区形成强烈的还原性气氛，从而有效抑制燃料型N(X的生成。 着火后的气流进入第二级稳燃腔，在高速旋流的第二级二次风强烈作用 下，在第二级稳燃腔6四角部位形成涡流区，在涡流区形成局部高温区， 具有极强的稳燃作用，通过调节风量，使第二级稳燃腔6内部同样处于贫 氧燃烧状态，过量空气系数小于0.8,温度不超过1200。C,可进一步抑制 热力型NOx的生成，第二级二次风占煤粉完全燃烧所需要空气50%左右。 高速旋转的高温烟气进入第三级稳燃腔8，第三级稳燃腔8为煤粉的燃烬 区，其内安装有第三级二次风管，以使煤粉在这里完全燃烬，大大降低飞 灰的含碳量。环绕燃烧室外壁流动着三次风，三次风为直流风，在三次风 道IO末端为收缩型圆锥段，其作用在于使三次风形成一段风道圈，防止 三次风散流，还可以控制火焰的形状，以适应不同的锅炉，三次风的另外 一个作用在于冷却燃烧室外壁。实施例2
请参照图2，作为本发明的另一种方案，其它部分与实施例l相同， 不同之处在于
不釆用三次风道10。第二级稳燃腔6的径向尺寸约为第一级稳燃腔4 径向尺寸的1.5倍；第三级稳燃腔8的径向尺寸约为第一级稳燃腔4径向 尺寸的1.1倍。第二级稳燃腔6的纵向尺寸约为第 一级稳燃腔4纵向尺寸 的1.5倍；第三级稳燃腔8的纵向尺寸也约为第一级稳燃腔4纵向尺寸的 1.5倍。
一次风约占煤粉完全燃烧所需空气总量的15%。第 一级二次风约占煤 粉完全燃烧所需空气总量的20%。第二级二次风约占煤粉完全燃烧所需空 气总量的40%。第三级二次风约占煤粉完全燃烧所需空气总量的25%。
实施例3
作为本发明的另一种方案，其它部分与实施例1相同，不同之处在于
第 一级稳燃腔4设置一个第一级二次风管5,第二级稳燃腔6设置四 个第二级二次风管7，第三级稳燃腔8设置三个第三级二次风管9。
第二级稳燃腔6的径向尺寸约为第一级稳燃腔4径向尺寸的1.5倍； 第三级稳燃腔8的径向尺寸约为第一级稳燃腔4径向尺寸的1.1倍。第二 级稳燃腔6的纵向尺寸约为第一级稳燃腔4纵向尺寸的1.5倍；第三级稳 燃腔8的纵向尺寸也约为第一级稳燃腔4纵向尺寸的1.5倍。
一次风约占煤粉完全燃烧所需空气总量的8%。第一级二次风约占煤 粉完全燃烧所需空气总量的10%。第二级二次风约占煤粉完全燃烧所需空 气总量的60%。第三级二次风约占煤粉完全燃烧所需空气总量的22%。
10
权利要求
1、一种煤粉燃烧装置，包括用于输送煤粉和一次风的混合通道、连接于所述混合通道尾部的稳燃室、以及延伸设置于所述稳燃室入口端的点火装置，其特征在于，所述稳燃室包括纵向布置的第一级稳燃腔、第二级稳燃腔以及第三级稳燃腔，所述第一级稳燃腔、所述第二级稳燃腔以及所述第三级稳燃腔均为圆筒状结构，所述第一级稳燃腔沿切线方向设置至少一个用于向所述第一级稳燃腔内输送第一级二次风的第一级二次风管，所述第二级稳燃腔沿切线方向设置至少一个用于向所述第二级稳燃腔内输送第二级二次风的第二级二次风管，所述第三级稳燃腔沿切线方向设置至少一个用于向所述第三级稳燃腔内输送第三级二次风的第三级二次风管，所述第二级稳燃腔的径向尺寸大于所述第一级稳燃腔及所述第三级稳燃腔的径向尺寸。
2、 如权利要求1所述的煤粉燃烧装置，其特征在于，所述第二级稳 燃腔的径向尺寸为所述第一级稳燃腔径向尺寸的1.5倍到3倍，所述第三 级稳燃腔的径向尺寸为所述第一级稳燃腔径向尺寸的l倍到1.5倍。
3、 如权利要求1所述的煤粉燃烧装置，其特征在于，所述第二级稳 燃腔的纵向尺寸为所述第一级稳燃腔纵向尺寸的1倍到2倍，所述第三级 稳燃腔的纵向尺寸为所述第一级稳燃腔纵向尺寸的1倍到2倍。
4、 如权利要求1 3之一所述的煤粉燃烧装置，其特征在于，进一步 设置一个三次风道，所述三次风道围绕所述稳燃室的外壁设置并从所述稳 燃室的入口端延伸到所述稳燃室的出口端。
5、 如权利要求4所述的煤粉燃烧装置，其特征在于，所述三次风道的尾部向内收缩形成圓锥段。
6、 如权利要求l-3之一所述的煤粉燃烧装置，其特征在于，所述混 合通道与所述第 一级稳燃腔连接处设置扰流叶片。
7、 如权利要求6所述的煤粉燃烧装置，其特征在于，所述点火装置包括点火油枪，所述点火油枪的末端延伸设置在所述稳燃室入口端的中央 处，所述扰流叶片环绕所述点火油枪设置。
8、 一种使用权利要求1 7之一的煤粉燃烧装置的煤粉燃烧方法，该 方法包4舌( 一 )、通过所述混合通道向所述稳燃室内输送煤粉以及占所述煤粉 完全燃烧所需空气总量5%~15%的一次风；(二 )、通过所述第 一级二次风管向所述第 一级稳燃腔内输送占所述 煤粉完全燃烧所需空气总量10%~20%的第一级二次风；(三) 、通过所述第二级二次风管向所述第二级稳燃腔内输送占所述 煤粉完全燃烧所需空气总量45%~55%的第二级二次风；(四) 、通过所述第三级二次风管向所述第三级稳燃腔内输送占所述 煤粉完全燃烧所需空气总量20%~30%的第三级二次风；(五) 、启动所述点火装置点火。
9、 如权利要求8所述的煤粉燃烧方法，其特征在于，在煤粉与一次 风混合物进入所述稳燃室之前采用扰流叶片使所述煤粉与 一次风混合物 形成旋流。
10、 如权利要求8所述的煤粉燃烧方法，其特征在于，进一步包括向 三次风道内输送三次风。
全文摘要
本发明公开了一种煤粉燃烧装置及方法，该装置包括用于输送煤粉和一次风的混合通道、连接于混合通道尾部的稳燃室、以及延伸设置于稳燃室入口端的点火装置，其中，稳燃室包括纵向布置的第一级稳燃腔、第二级稳燃腔以及第三级稳燃腔，第一级稳燃腔、第二级稳燃腔以及第三级稳燃腔均为圆筒状结构，第二级稳燃腔的径向尺寸大于第一级稳燃腔及第三级稳燃腔的径向尺寸。本发明的稳燃室本体为阶梯型结构，稳燃性强，并采用分级送风旋流燃烧方式，燃烧效率高，NO<sub>x</sub>排放量低。
文档编号F23D1/00GK101457928SQ20071003233
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月10日 优先权日2007年12月10日
发明者刘效洲, 刘武标, 陈鹏飞 申请人:广州德上能源技术有限公司;刘效洲