专利名称：一种煤粉燃烧器和锅炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种煤粉燃烧设备，特别涉及一种煤粉燃烧器，还涉及一种煤粉锅炉。
背景技术：
本申请人先申请的申请号为200910175071. 4，发明名称为“一种煤粉燃烧器及具有该煤粉燃烧器的锅炉”的专利申请中，提供了一种煤粉燃烧器，请参考图1、该图示意上述发明提供的煤粉燃烧器的结构。该煤粉燃烧器包括热源200和内燃室100，内燃室100具有进口 101和出口 102，内燃室100形成一个适合的空间，为煤粉的着火及燃烧创造了有利条件。内燃室100的进口 101与一次风煤粉管道相通，煤粉气流通过一次风煤粉管道、进口 101进入内燃室中。热源200从进风管300伸入内燃室100中，以持续地将通过进口 101进入内燃室100的煤粉点燃。在煤粉气流流动方向上，所述内燃室100具有预定的长度，使过量空气系数远小于1的煤粉与空气的混合物在其中稳定燃烧。这里的过量空气系数是指，燃烧Ikg煤粉时实际供入内燃室100的空气量与完全燃烧Ikg煤粉时所需的理论空气量的比值。一般来说，过量空气系数优选在0. 15-0. 45之间，在该范围内煤粉燃烧器能够维持稳定燃烧，同时可以实现煤粉稳定着火并在内燃室100内形成强烈的还原性气氛，从而有效地抑制氮氧化物的生成。该发明提供的煤粉燃烧器的工作过程是过量空气系数为0. 15-0. 45的煤粉气流通过内燃室100时，热源200持续地将煤粉气流中煤粉，煤粉在内燃室100内进行不完全燃烧，并在内燃室100中形成适当高温环境，煤粉气流形成的高温煤粉燃烧火焰从出口 102喷出。在不完全燃烧过程中，持续性热源200和过量空气系数远小于1的条件在内燃室100 内创造出一个还原性气氛。在该高温环境和还原性气氛下，煤粉中的氮元素首先被热分解， 并转化成NHi (i = 0,1,2)、HCN等还原性中间产物和氮氧化物，还原性中间产物与已生成的氮氧化物反应生成氮气。煤粉气流在内燃室100内燃烧，形成的高温煤粉燃烧火焰通过出口 102喷到炉膛中，这样，煤粉就不依赖于炉膛内的高温烟气着火，从而为煤粉后续在炉膛内的继续燃烧提供良好的着火基础和条件，满足锅炉炉膛中，煤粉稳定燃烧的需要。煤粉在内燃室100内进行不完全燃烧过程中，相应的氮元素转化为氮气，从而能够减少进入炉膛的煤粉中的氮元素含量，减少煤粉在炉膛中燃烧时燃料型氮氧化物的生成量；由于燃料型氮氧化物为煤粉燃烧的氮氧化物的主要组成部分，从而能够减少炉膛燃烧过程中氮氧化物的生成量，降低锅炉运行过程中氮氧化物的排放量。而且，内燃燃烧方式能有效降低锅炉烟气中可燃气体(CO)的含量，提高了煤粉的燃烧效率，从而兼顾了锅炉的环保性能和热效率。上述煤粉燃烧器，在提高了煤粉燃烧效率，降低了氮氧化物排放量的同时，由于煤粉在燃烧器内停留时间增长，还存在易于积粉和结渣的问题。因此，如何在保证煤粉燃烧效率的前提下，解决积粉和结渣的问题，是当前迫切需要解决的技术难题。
发明内容
针对上述技术难题，本发明的目的在于，提供一种煤粉燃烧器和一种锅炉，以在保证煤粉燃烧效率的前提下，解决积粉和结渣等问题。本发明提供一种煤粉燃烧器，为外侧筒和内侧筒双层套筒结构，所述煤粉燃烧器包括热源和内燃室；所述内侧筒作为所述内燃室；所述热源位于内燃室内，所述内燃室具有进口和出口 ；所述热源能够点燃通过内燃室的煤粉气流，并使煤粉在内燃室内进行不完全燃烧；所述外侧筒和内侧筒之间的空腔与气源相连，气源的压力大于所述煤粉气流的压力；所述内侧筒的筒壁开有通孔。优选地，所述通孔孔径和数量根据现场条件及煤粉燃烧器进行设定。优选地，所述内侧筒的筒壁开有多数个通孔；所述通孔的中心线均指向内侧筒的中心轴线。优选地，所述内侧筒的筒壁开有多数个通孔；所述通孔的中心线与内侧筒的中心
轴线向呈一定夹角。优选地，所述内侧筒的筒壁开有多数个通孔；所述通孔的中心线位于垂直内侧筒的中心轴线的同一平面内或不同平面内。优选地，所述内燃室包括与所述燃烧室前端相接的减速进口段，与所述燃烧室后端相接的加速出口段；所述减速进口段和所述加速出口段的截面积均小于燃烧室的截面积。优选地，所述通孔位于所述减速进口段，和/或所述燃烧室，和/或所述加速出口段。优选地，所述内燃室还包括与加速出口段后端相接的出口调整段。优选地，所述通孔位于所述减速进口段，和/或所述燃烧室，和/或所述加速出口段，和/或出口调整段。本发明还提供一种锅炉，包括前文所述的任何一种煤粉燃烧器，所述煤粉燃烧器内燃室的出口与所述炉膛相通，使着火的煤粉进入炉膛内继续燃烧。由于本发明实施例所述煤粉燃烧器为外侧筒和内侧筒双层套筒结构，内侧筒作为内燃室；热源能够点燃通过内燃室的煤粉气流，并使煤粉在内燃室内进行不完全燃烧。所述外侧筒和内侧筒之间的空腔与气源相连，气源的压力大于所述煤粉气流的压力。由于上述压力差的存在，使得所述外侧筒和内侧筒之间的空腔内的气体在压力作用下，通过所述内侧筒的筒壁的通孔射入内燃室，该气流能够对筒壁附近的煤粉形成吹扫，增强筒壁区域煤粉气流的扰动，使煤粉不易沉积，因此能够解决燃烧器内积粉的问题。同时，流动的气流能够对燃烧器内侧筒形成良好的冷却，降低燃烧器内侧筒壁温。另外，从通孔进入的空气能够在内侧筒壁面附近形成氧化性气氛，提高煤粉的灰熔点。这两个条件均有利于防止燃烧器内的结渣。因此，本发明实施例所述煤粉燃烧器能够有效解决燃烧器的积粉和结渣等一系列技术问题。
图1为本申请人另一发明提供的煤粉燃烧器的结构图；图2为本发明实施例一提供的煤粉燃烧器的纵向结构图；图3为本发明实施例一提供的煤粉燃烧器的另一种断面结构图；图4为图3所示E-E向剖视图；图5为图3所示F-F向剖视图；图6为本发明实施例二提供了的煤粉燃烧器的断面结构图；图7为图6所示B-B向剖视图；图8为图6所示C-C向剖视图；图9为图6所示D-D向剖视图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。实施例一请参考图2，该图为本发明实施例一提供的煤粉燃烧器的纵向结构图。为了描述的方便，图2中还示出了进风管300 ；火源200从进风管300伸入到内燃室100内，进风管300与进口 101相通。所述热源为持续性热源，以持续性地点燃煤粉。本发明实施例一提供的煤粉燃烧器为外侧筒10和内侧筒100的双层套筒结构，所述煤粉燃烧器包括热源200和内燃室。所述内侧筒100作为所述内燃室。所述热源200位于内燃室内，所述内燃室具有进口和出口 ；所述热源能够点燃通过内燃室的煤粉气流，并使煤粉在内燃室内进行不完全燃烧。所述外侧筒10和内侧筒100之间的空腔与气源(图2中未示出)相连，气源的压力大于所述煤粉气流的压力。所述内侧筒100的筒壁开有通孔121。所述通孔121孔径和数量根据现场条件及煤粉燃烧器进行设定。现场条件例如煤质、一次风速、距气源的距离等。所述内侧筒100的筒壁可以开有多数个通孔121。所述通孔121的中心线位于垂直内侧筒100的中心轴线的同一平面内或不同平面内。实施例一提供的煤粉燃烧器的工作原理是煤粉气流通过进风管300和进口 101 进入内燃室100时，火源200持续地将进入内燃室100的煤粉点燃，使煤粉在内燃室100内进行不完全燃烧，并在内燃室100内创造出强烈的还原性气氛，使煤粉中的氮元素转化为氮气，从而减少燃料型氮氧化物的生成量；在煤粉燃烧器中经过不完全燃烧的煤粉气流再进入锅炉的炉膛进行充分燃烧、燃尽，释放出全部热量；在不完全燃烧过程中，由于煤粉中的氮元素含量已经降低，因此可以降低锅炉的氮氧化物生成量及排放量。本发明实施例所述煤粉燃烧器所述外侧筒10和内侧筒100之间的空腔与气源相连，气源的压力大于所述煤粉气流的压力。使得所述外侧筒10和内侧筒100之间的空腔的气体在压力作用下，通过所述内侧筒100的筒壁的通孔射入内燃室，该气流能够对筒壁附近的煤粉形成吹扫，增强筒壁区域煤粉气流的扰动，使煤粉不易沉积，因此能够解决燃烧器内积粉的问题。同时，流动的气流能够对燃烧器内侧筒形成良好的冷却，降低燃烧器内侧筒壁温。另外，从通孔进入的空气能够在内侧筒壁面附近形成氧化性气氛，提高煤粉的灰熔点。这两个条件均有利于防止燃烧器内的结渣。因此，本发明实施例所述煤粉燃烧器能够解决积粉和结渣等一系列技术问题。为了保证煤粉在内燃室中的燃烧效果，本实施例中，所述内燃室100包括筒状的
燃烧室和第一进口段。参见图3至图5，图3为本发明实施例一提供的煤粉燃烧器的另一种结构图；图4 为图3所示E-E向剖视图；图5为图3所示F-F向剖视图。为了保证煤粉在内燃室中的燃烧效果，本实施例中，所述内燃室100包括筒状的燃烧室120和进口段110，进口段110为锥形，且后端截面积大于前端的截面积，燃烧室120 的前端通过燃料入口与进口段110后端相接；这样，燃烧室120前端的截面积等于进口段 110后端的截面积，且大于进口段110前端的截面积。所述通孔121可以只开设在所述减速进口段110，或燃烧室120的筒壁上。所述通孔121也可以在所述减速进口段110和燃烧室120的筒壁上。本实施例结构的煤粉燃烧器，由于在煤粉气流通过进口进入内燃室100时，首先进入进口段110，然后再通过燃料入口进入燃烧室120内。在煤粉气流流量保持不变的情况下，煤粉气流通过进口段110时，随着通流截面的逐渐增加，煤粉气流的流动速度会逐渐降低。这样，在煤粉燃烧器长度保持不变的情况下，煤粉气流中的煤粉颗粒在内燃室100内停留时间就会增加。一方面，由于内燃室100内为还原性气氛，这就能够延长煤粉在该环境下的停留时间，使煤粉中较多的氮元素转化为氮气，减少氮氧化物的生成量，强化煤粉燃烧器降低氮氧化物的作用。另一方面，煤粉气流速度降低，为煤粉的着火和稳定燃烧提供了有利条件，因此该燃烧器可有效降低对煤质的要求，即可以有效点燃劣质煤并使之稳定燃烧。进一步地，这不仅也有利于提高煤粉的燃烧效率，还有利于提高煤粉燃烧器对煤种的适应能力。所述燃烧室120的筒壁开有通孔121。所述通孔121孔径和数量根据现场条件及煤粉燃烧器进行设定。现场条件例如煤质、一次风速、距气源的距离等。所述内侧筒100的筒壁开有许多个通孔121。所述通孔121的中心线可以位于垂直内侧筒100的中心轴线的同一平面内。参见图4，所有通孔121的中心线均指向所述内侧筒100的中心。由于通孔121是由径向内侧筒100中心导入所述气源的气体射流，可以起到搅拌内侧筒100煤粉气流和促进燃烧的作用。特别是如果导入的气源是空气或氧气气流，可以进一步促进燃烧。参见图5，通孔122仅与燃烧器轴向成一定夹角导入气体射流。该结构的通孔122 可以有效地减轻积灰结渣现象，而且对燃烧射流产生最小扰动。当通孔122仅由下部向上导入气流，可以有效地防止沉降积粉。图5中标号200a与200b均是外侧筒10和内侧筒 100之间的空腔的进气管道。作用就是连通空腔与气源。实施例三参见图6至图9，图6为本发明实施例二提供了的煤粉燃烧器的断面结构图；图7 为图6所示B-B向剖视图；图8为图6所示C-C向剖视图；图9为图6所示D-D向剖视图。
在内燃室100内点燃的煤粉气流通过出口引出，并引入到锅炉炉膛时，为了使引出的高温煤粉燃烧火焰具有较高的刚性，并适应锅炉炉膛整体的燃烧组织需要，还可以在内燃室100内设加速出口段。如图6所示，该煤粉燃烧器还具有与燃烧室120后端相接的加速出口段130。所述通孔121可以只开设在所述减速进口段110，或燃烧室120，或加速出口段130 的筒壁上。所述通孔121也可以在所述减速进口段110和燃烧室120以及加速出口段130 任意两段或全部段的筒壁上。同样，为了保证煤粉气流流速改变时的稳定性，在煤粉气流流动方向上，优选的， 加速出口段130的截面积逐渐减小，以使煤粉气流的流速逐渐增加，进而，提高锅炉中煤粉燃烧的稳定性。该结构能够在增大一次风速度的同时，增强煤粉气流的湍流强度，有利于提高内燃室100内轴线附近煤粉的浓度，从而能够提高劣质煤的着火性能，提高煤粉燃烧器的适应性能，还能够提高锅炉中煤粉的燃尽率。当然也可以将加速出口段130做成纵向截面为直角的结构，只要是其截面积小于燃烧室120的截面积就能够实现增加一次风流速的目的。内燃室100截面可以是圆形，也可以是方形，多边形或椭圆形等等形状。在保持火源200在内燃室100中心处时，就可以使尽可能多的氮元素转化成氮气排出。如图6。所示，内燃室100还可以设置出口调整段140。出口调整段140的前端与加速出口段130后端相接，以对煤粉气流作进一步调整，满足锅炉中燃烧组织的需要，提高锅炉炉膛煤粉燃烧的稳定性。出口调整段140可以为前端和后端截面积相等的筒形结构，也可以根据实际需要设置为其他具体结构。所述通孔121可以只开设在所述减速进口段110，或燃烧室120，或加速出口段 130，或出口调整段140的筒壁上。所述通孔121也可以在所述减速进口段110、燃烧室120 和加速出口段130以及出口调整段140任意两段或任意三段或全部段的筒壁上。所述内侧筒100的筒壁开有多数个通孔121。所述通孔121的中心线可以位于垂直内侧筒100的中心轴线的同一平面内或不同平面。参见图7，所有通孔121的中心线均指向所述内侧筒100的中心。由于通孔121是由径向往内侧筒100中心导入所述气源的气体射流，可以起到搅拌内侧筒100煤粉气流和促进燃烧的作用。特别是如果导入的气源是空气或氧气气流，可以进一步促进燃烧。如图8所示，通孔121可以是由数个垂直于燃烧器轴线的断面上沿内表面切向夹角导入的气体射流。此结构的通孔121可以有效地减轻积粉和结渣现象，同时对燃烧射流产生较小扰动。如图9所示，通孔122仅与燃烧器轴向成一定夹角导入气体射流。该结构的通孔 122可以有效地减轻积灰结渣现象，而且对燃烧射流产生最小扰动。当通孔122仅由下部向上导入气流，可以有效地防止沉降积粉。图8和图9中200a和200b均是外侧筒10和内侧筒100之间的空腔的进气管道。
作用就是连通空腔与气源。在提供上述煤粉燃烧器的基础上，还提供了一种具有该煤粉燃烧器的锅炉，并使上述煤粉燃烧器的内燃室与锅炉的炉膛相通，使已经点燃的煤粉进入锅炉的炉膛内，并在炉膛内继续进行燃烧。所述煤粉燃烧器可以是前文所述的任何一种。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种煤粉燃烧器，其特征在于，为外侧筒和内侧筒双层套筒结构，所述煤粉燃烧器包括热源和内燃室；所述内侧筒作为所述内燃室；所述热源位于内燃室内，所述内燃室具有进口和出口 ；所述热源能够点燃通过内燃室的煤粉气流，并使煤粉在内燃室内进行不完全燃烧；所述外侧筒和内侧筒之间的空腔与气源相连，气源的压力大于所述煤粉气流的压力；所述内侧筒的筒壁开有通孔。
2.根据权利要求1所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述通孔孔径和数量根据现场条件及煤粉燃烧器进行设定。
3.根据权利要求1或2所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述内侧筒的筒壁开有多数个通孔；所述通孔的中心线均指向内侧筒的中心轴线。
4.根据权利要求1或2所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述内侧筒的筒壁开有多数个通孔；所述通孔的中心线与内侧筒的中心轴线向呈一定夹角。
5.根据权利要求1或2所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述内侧筒的筒壁开有多数个通孔；所述通孔的中心线位于垂直内侧筒的中心轴线的同一平面内或不同平面内。
6.根据权利要求1至5任一所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述内燃室包括与所述燃烧室前端相接的减速进口段，与所述燃烧室后端相接的加速出口段；所述减速进口段和所述加速出口段的截面积均小于燃烧室的截面积。
7.根据权利要求6所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述通孔位于所述减速进口段，和 /或所述燃烧室，和/或所述加速出口段。
8.根据权利要求6所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述内燃室还包括与加速出口段后端相接的出口调整段。
9.根据权利要求8所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述通孔位于所述减速进口段，和 /或所述燃烧室，和/或所述加速出口段，和/或出口调整段。
10.一种锅炉，其特征在于，包括权利要求1至9任一所述的煤粉燃烧器，所述煤粉燃烧器内燃室的出口与所述炉膛相通，使着火的煤粉进入炉膛内继续燃烧。
全文摘要
本发明公开一种煤粉燃烧器，为外侧筒和内侧筒双层套筒结构，所述煤粉燃烧器包括热源和内燃室；所述内侧筒作为所述内燃室；所述热源位于内燃室内，所述内燃室具有进口和出口；所述热源能够点燃通过内燃室的煤粉气流，并使煤粉在内燃室内进行不完全燃烧；所述外侧筒和内侧筒之间的空腔与气源相连，气源的压力大于所述煤粉气流的压力；所述内侧筒的筒壁开有通孔。本发明提供一种煤粉燃烧器，在保证煤粉的燃烧效率的前提下，解决积粉和结渣等技术问题。
文档编号F23D1/00GK102454986SQ20101052942
公开日2012年5月16日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者刘鹏, 唐宏, 崔星源, 张超群, 王雨勃, 王雨蓬, 程昌业, 苗雨旺, 雷刚, 龚泽儒 申请人:烟台龙源电力技术股份有限公司