一种低NO_X的风粉优化燃烧器组的制作方法

专利名称：一种低NO_X的风粉优化燃烧器组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种煤粉锅炉的燃烧器组，具体涉及一种低NOx的风粉优化燃烧器组。
背景技术：
在燃料的燃烧过程中，氮氧化物的生成是燃烧反应的一部分，燃烧生成的氮氧化物主要是NO和NO2等，统称为N0X。大气中的NOx溶于水后会成为硝酸雨，酸雨会对环境带来广泛的危害，造成巨大的经济损失，如腐蚀建筑物和工业设备；破坏露天的文物古迹；损坏植物叶面，导致森林死亡；使湖泊中鱼虾死亡；破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡等。饮用酸化物造成的地下水，对人体也有害，同样的酸浓度下硝酸雨对树木和农作物的损害是硫酸雨的I倍，NOx还对人的身体健康有直接损害，NOx浓度越大其毒性越强，因为它易与动·物血液中的血色素结合，造成血液缺氧而引起中枢神经麻痹。2000年，我国氮氧化物排放量约为1177万吨，其中约63%源于燃煤。按照目前的排放控制水平，到2020年我国氮氧化物排放量将达到2363 2914万吨，超过美国成为第一大氮氧化物排放国。因此，控制氮氧化物的排放已是刻不容缓。目前，存在电站锅炉燃烧时NOx排放量过高，水冷壁易结渣腐蚀，国内低NOx燃烧技术单一等问题。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低NOx的风粉优化燃烧器组，它具有低NOx排放特性，避免炉膛结渣和高温腐蚀，有效保护水冷壁。为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为
一种低NOx的风粉优化燃烧器组，燃烧器布置在炉膛四角，在高度方向分层布置，从下到上顺序为二次风I喷口、微油点火一次风喷口 I、偏置二次风喷口、油风室、浓一次风喷口、二次风I喷口、油风室、浓一次风喷口、二次风I喷口、偏置二次风喷口、淡一次风喷口、二次风I喷口、油风室、淡一次风喷口、二次风I喷口以及火上风喷口 ；同层的一次风反切圆、二次风I正切圆布置，二次风I正切圆直径大于一次风反切圆直径，偏置二次风较二次风I更贴近水冷壁。上述低NOx的风粉优化燃烧器组，一次风喷口的结构如下包括一次风管，一次风管内设置将一次风管分为上风室和下风室的水平隔板，上风室和下风室内均设置一组百叶窗式浓缩器，位于下风室的百叶窗式浓缩器包括多个水平方向延伸的叶片，以一次风粉气流的流向为参考方向，从上游到下游，叶片分别为起始叶片、若干中间叶片和终了叶片，中间叶片呈平板式，起始叶片迎风面和中间叶片的倾斜方向一致均斜向上朝向下游，起始叶片还具有斜向下朝向下游倾斜的背风面，终了叶片倾斜向下朝向下游；位于上风室的百叶窗式浓缩器包括同样的起始叶片、若干中间叶片和终了叶片，它们和下风室的百叶窗式浓缩器相应叶片以水平隔板为对称面对称设置。上述低NOx的风粉优化燃烧器组，所述中间叶片为3个，按照参考方向，分别为第一级中间叶片、第二级中间叶片和第三级中间叶片，第一级中间叶片和第二级中间叶片上均具有沿水平方向延伸的一条宽度为15-20mm的狭长型窄缝。上述低NOx的风粉优化燃烧器组，所述终了叶片的下游边朝下游的水平方向延伸形成水平板。上述低NOx的风粉优化燃烧器组，一次风喷口还设置周界风。上述低NOx的风粉优化燃烧器组，位于喷口上下侧的周界风宽度为14mm，左右侧的周界风宽度为12mm。上述低NOx的风粉优化燃烧器组，火上风喷口可水平、上下摆动。
上述低NOx的风粉优化燃烧器组，淡一次风的煤粉为粒径小于43 μ m的超细煤粉。上述低NOx的风粉优化燃烧器组，火上风喷口为两组，第一组为靠近最上层二次风I喷口的一个火上风喷口，第二组为在第一组上方一定距离的五个火上风喷口。本发明将燃烧区域在高度方向上分成三个区域，从下到上顺序为热解及主燃烧区，再燃还原区和燃尽区，通过优化控制每个区域的过量空气系数，在有效降低NOx排放的同时能最大限度地提高燃烧效率。采用一二次风大小切圆和正反切圆的布置方式，形成风包煤的燃烧状态，以避免气粉偏离而贴墙，引起高温腐蚀。通过燃烧器区域的刚性偏置二次风，在炉膛壁面附近形成低煤粉浓度的氧化区，进一步避免了炉膛结渣和高温腐蚀的发生，保护了水冷壁。


下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明
图I为本发明燃烧器喷口布置示意图。图2为本发明单只燃烧器喷嘴垂直剖切后的结构示意图
图中I 二次风I喷口，2微油点火一次风喷口 I，3偏置二次风喷口，4油风室，5浓一次风喷口，6 二次风I喷口，7油风室，8浓一次风喷口，9 二次风I喷口，10偏置二次风喷口，11淡一次风喷口，12 二次风I喷口，13油风室，14淡一次风喷口，15 二次风I喷口，16火上风喷口，17火上风喷口，18热解及主燃烧区，19再燃还原区，20燃尽区，31 —次风管，32起始叶片，33中间叶片，34终了叶片，35周界风，36水平隔板，37上风室，38下风室，311迎风面，312背风面，342水平板。
具体实施例方式如图I所示，一种低NOx的风粉优化燃烧器组，燃烧器布置在炉膛四角，在高度方向分层布置，从下到上顺序为二次风I喷口 I、微油点火一次风喷口 I 2、偏置二次风喷口3、油风室4、浓一次风喷口 5、二次风I喷口 6、油风室7、浓一次风喷口 8、二次风I喷口 9、偏置二次风喷口 10、淡一次风喷口 11、二次风I喷口 12、油风室13、淡一次风喷口 14、二次风I喷口 15以及火上风喷口(16和17)。同层的一次风(该处是指同层的微油点火一次风喷口、浓一次风喷口、淡一次风喷口的风粉气流)反切圆、二次风I (为了和偏置二次风区分，命名为二次风I )正切圆布置，二次风I正切圆直径大于一次风反切圆直径，偏置二次风较二次风I更贴近水冷壁。上述的浓(淡)一次风喷口的风粉气流是首先经由旋风分离器对一次风粉气流进行浓淡分离形成浓一次风和淡一次风并通入相应的一次风喷口的。下面介绍一种一次风喷嘴(喷口)的结构，它能实现对风粉气流浓缩加速，增强对高温烟气的卷吸回流，改善煤粉的着火条件。如图2所示，该一次风喷口的结构如下一次风管31内设置将一次风管分为上风室37和下风室38的水平隔板36，上风室和下风室内均设置一组百叶窗式浓缩器，位于下风室的百叶窗式浓缩器包括多个水平方向延伸的叶片，以一次风粉气流的流向为参考方向，从上游到下游，叶片分别为起始叶片32、若干中间叶片33和终了叶片34，中间叶片呈平板式，起始叶片迎风面311和中间叶片的倾斜方向一致均斜向上朝向下游，起始叶片还具有斜向下朝向下游倾斜的背风面312，终了叶片倾斜向下朝向下游；位于上风室的百叶窗式浓缩器包括同样的起始叶片、若干中间叶片和终了叶片，它们和下风室的百叶窗式浓缩器相应叶片以水平隔板为对称面对称设置。上风室和下风室内均设置一组百叶窗式浓缩器，每组百叶窗式浓缩器包括多个水平方向延伸的叶片，实现在垂直及水平方向上对风粉气流的浓缩加速。起始叶片还具有斜向下朝向下游倾斜的背风面，由于背风面的存在，一次风粉气流流经起始叶片后，过流断面渐变，和现有百叶窗水平浓淡燃烧器该处的突扩断面相比，形成的旋涡区大大减小，局部流动损失降低。本发明相当于将两个单浓淡煤粉燃烧器上下叠置，且两单浓淡煤粉燃烧器的浓粉气流在喷口处汇合，相对提高了浓粉流中的煤粉浓度，形成富燃料的燃烧环境，降低了NOx的生成量，两单浓淡煤粉燃烧器对高温烟气的卷吸作用在喷口处叠加，对高温烟气的卷吸作用更强，煤粉的热解效果十分显著，进而使煤粉燃烧稳定性增强。所述中间叶片为3个，按照参考方向，分别为第一级中间叶片、第二级中间叶片和第三级中间叶片，第一级中间叶片和第二级中间叶片上均具有沿水平方向延伸的一条宽度为15-20mm的狭长型窄缝。在第一级中间叶片和第二级中间叶片上开设狭长型窄缝，相当于将每个叶片分为沿流动方向尺寸小的两块。在相同的雷诺系数Re的情况下，旋涡区的面积近似于和叶片沿流动方向尺寸的平方成正比，这样每个小叶片的旋涡区面积将是一个大叶片的1/4左右，两个小叶片的旋涡区面积之和也仅是原来的一半左右，降低了风粉流经中间叶片的局部流动阻力，减少了风粉在中间叶片后的沉积，避免堵煤事故的发生。所述终了叶片的下游边朝下游的水平方向延伸形成水平板342。煤粉气流在流经终了叶片时，过流面积突然增大，煤粉气流的速度降低，压力下降，喷嘴出口处的压力较周围环境的压力低，形成回流区，卷吸高温烟气，提高煤粉的热解效果。终了叶片的水平板对风粉气流的扩散进行一定的限制，以控制回流区的大小，使煤粉气流中的过量空气系数维持小于1，以抑制NO5^A生成。该燃烧器的一次风喷口还设置周界风，位于喷口上下侧的周界风宽度为14_，左·右侧的周界风宽度为12mm。微油点火一次风喷口 I，可以在锅炉冷态以及热态启动时基本不投入大油枪，极大地降低了锅炉的启动和在更低负荷下的稳燃油耗。火上风喷口为两组，第一组为靠近最上层二次风I喷口的一个火上风喷口(OFA)，第二组为在第一组上方一定距离的五个火上风喷口(SOFA)。火上风喷口可水平、上下摆动，采用整个空间气粉的立体分级燃烧技术不仅是降低NOx排放、提高煤粉燃尽率的重要手段，同时采用对OFA及SOFA喷口(火上风喷口)的水平、上下摆动调整，根据炉内燃烧状况按需送风，更有助于降低炉膛出口两侧烟温偏差。燃料再燃的燃料可以选用煤粉、天然气或燃料油等。由于再燃区范围往往较窄，燃料的停留时间较短，因此再燃燃料需要容易着火，在此我们采用了超细煤粉。超细煤粉是指粒径小于43 μ m的煤粉，根据实验论证，这个粒度的煤粉有与雾化燃油相同的燃烧特性。在工程实施中，超细煤粉可以用浓淡分离器从常规煤粉中分离得到。本发明将燃烧区域在高度方向上分成三个区域，从下到上顺序为热解及主燃烧区18，再燃还原区19和燃尽区20。热解及主燃烧区包括下部的微油点火一次风喷口 I、两个浓一次风喷口、两个油风室、三个二次风I喷口以及两个偏置二次风喷口(图2中的I到10)。在热解阶段，主要进行的燃料的内分级，是煤粉的挥发份和煤焦的分离过程。约80%的燃料在主燃烧区的富氧条件下点燃并燃烧，此处的过量空气系数约为I，生成一定N0X。再燃还原区包括中部的两个淡一次风喷口、两个二次风I喷口、一个油风室及一个OFA喷口 16，其范围从淡一次风喷口 11 一直到SOFA喷口 17的底部。此区可分为两个部分再燃初还原区(11-16)和深 度还原区(16-17底部)。约20%燃料在再燃初还原区送入，因总的过量空气系数小于I形成还原性气氛，生成了大量活性基团NH+、NH2+、C0、CnHm等。这些活性基团和煤焦表面的活性C 一起与主燃烧区生成的烟气及未燃尽煤粒初步混合，将部分NOx还原成分子氮。随后，初步混合的烟粉进入过量空气系数更低的深度还原区，还原性的活性基团以及活性C与烟气充分混合，将大量的NOx还原成分子氮。再燃还原区因过量空气系数小于1，在还原NOx的同时，也有效抑制了新的NOx的生成，这样就整体降低了 NOx的排放水平。燃尽区包括上部的火上风喷口(SOFA) 17。最后在再燃还原区的上方通入过量空气(火上风)，使总的过量空气系数大于1，使未燃烧的燃料完全燃烧，因此称为燃尽区，由于此时的烟气温度已经降低，NOx生成量并不大。在整个燃烧区采用分级送风燃烧，采用一、二次风大小切圆设计，一次风在内，二次风在外，采用反切同轴燃烧技术，这样构成了在炉膛中央的高浓度煤粉、高温、低氧的主燃烧区，在炉膛壁面附近构成了低煤粉浓度、低温、高过量空气系数的氧化区，可以在降低NOx排放的同时预防炉内结渣的产生。另外，将部分二次风向炉墙偏置，保护水冷壁。通过对全炉膛空气动力场的合理组织，可以实现NOx降低和防止水冷壁结焦的耦合。本发明的技术优点
O单只燃烧器具有优异煤粉热解能力及煤种适应性。燃烧器喷口具有很强的稳燃性能，能够利用本身的特殊结构在喷口处形成高温回流区，使高温烟气卷吸到燃烧器内，增强了煤粉在燃烧器区域的热解效果，同时也拓宽了燃烧器对煤种的适应性。2)优异的煤粉高效燃尽、防结渣及高温腐蚀的特性。第一，高浓度煤粉的早期热解造成的挥发份和煤焦的分离燃烧提高了燃烧效率，同时通过采用一二次风大小切圆水平分级送风，不同高度通入二次风、偏置二次风及火上风的垂直分级送风设计，将炉膛分成三个相对独立的部分热解及主燃烧区，再燃还原区和燃尽区。在每个区域合理的控制各自的过量空气系数，有效降低了 NOx排放，最大限度地提高燃烧效率。第二，采用一二次风大小切圆和正反切圆的布置方式，使炉内形成风包煤的燃烧状态，中心区域为高温、低氧、高浓度煤粉的高燃烧强度区，水冷壁周围则为低温、高氧和低的煤粉浓度区，从而起到防止结渣和高温腐蚀的作用。第三，通过在一次风喷口间布置刚性偏置二次风，可在炉膛壁面附近形成低煤粉浓度的氧化区，进一步避免了炉膛结渣和高温腐蚀现象，有效保护了水冷壁。第四，本技术将煤粉浓淡分离，将浓一次风煤粉都布置在了燃烧区域下部，相当于提高了煤粉燃尽高度及NOx还原高度，有利于提高锅炉燃效烧率及降低NOx的排放水平。3)超低的NOx燃烧排放特性。在保证稳燃高效的前提下，通过采用高效浓淡分离技术、空间燃烧分级技术、一二次风大小切圆及各区合理控制过量空气系数等手段保证了煤粉的稳定燃烧及超低NOx排放。4)突出的微油点火稳燃能力。在最下层一次风室的煤粉燃烧器中布置了微油点火装置，可以在锅炉冷态以及热态启动时基本不投入大油枪，极大地降低了锅炉的启动和在更低负荷下的稳燃油耗。5)采用SOAF可以最大程度地提高煤粉燃尽率及降低炉膛出口烟温偏差。将SOFA喷口远离主燃烧区，保证了主燃烧器区与燃尽区之间的再燃还原区有足够的还原高度，以 最大程度地降低NOx排放。同时通过对SOFA喷口的水平、上下摆动调整，可根据炉内燃烧状况按需送风，明显提高了煤粉燃尽率，并降低了炉膛出口两侧烟温偏差。
权利要求
1.一种低NOx的风粉优化燃烧器组，其特征在于燃烧器布置在炉膛四角，在高度方向分层布置，从下到上顺序为二次风I喷口、微油点火一次风喷口 I、偏置二次风喷口、油风室、浓一次风喷口、二次风I喷口、油风室、浓一次风喷口、二次风I喷口、偏置二次风喷口、淡一次风喷口、二次风I喷口、油风室、淡一次风喷口、二次风I喷口以及火上风喷口 ；同层的一次风反切圆、二次风I正切圆布置，二次风I正切圆直径大于一次风反切圆直径，偏置二次风较二次风I更贴近水冷壁。
2.根据权利要求I所述的低NOx的风粉优化燃烧器组，其特征在于一次风喷口的结构如下包括一次风管，一次风管内设置将一次风管分为上风室和下风室的水平隔板，上风室和下风室内均设置一组百叶窗式浓缩器，位于下风室的百叶窗式浓缩器包括多个水平方向延伸的叶片，以一次风粉气流的流向为参考方向，从上游到下游，叶片分别为起始叶片、若干中间叶片和终了叶片，中间叶片呈平板式，起始叶片迎风面和中间叶片的倾斜方向一致均斜向上朝向下游，起始叶片还具有斜向下朝向下游倾斜的背风面，终了叶片倾斜向下朝向下游；位于上风室的百叶窗式浓缩器包括同样的起始叶片、若干中间叶片和终了叶片，它们和下风室的百叶窗式浓缩器相应叶片以水平隔板为对称面对称设置。
3.根据权利要求2所述的低NOx的风粉优化燃烧器组，其特征在于所述中间叶片为3个，按照参考方向，分别为第一级中间叶片、第二级中间叶片和第三级中间叶片，第一级中间叶片和第二级中间叶片上均具有沿水平方向延伸的一条宽度为15-20mm的狭长型窄缝。
4.根据权利要求2所述的低NOx的风粉优化燃烧器组，其特征在于所述终了叶片的下游边朝下游的水平方向延伸形成水平板。
5.根据权利要求2所述的低NOx的风粉优化燃烧器组，其特征在于一次风喷口还设置周界风。
6.根据权利要求5所述的低NOx的风粉优化燃烧器组，其特征在于位于喷口上下侧的周界风宽度为14_，左右侧的周界风宽度为12mm。
7.根据权利要求I所述的低NOx的风粉优化燃烧器组，其特征在于火上风喷口可水平、上下摆动。
8.根据权利要求I所述的低NOx的风粉优化燃烧器组，其特征在于淡一次风的煤粉为粒径小于43 μ m的超细煤粉。
9.根据权利要求I所述的低NOx的风粉优化燃烧器组，其特征在于火上风喷口为两组，第一组为靠近最上层二次风I喷口的一个火上风喷口，第二组为在第一组上方一定距离的五个火上风喷口。
全文摘要
本发明提供一种低NOX的风粉优化燃烧器组，燃烧器布置在炉膛四角，在高度方向分层布置，从下到上顺序为二次风Ⅰ喷口、微油点火一次风喷口Ⅰ、偏置二次风喷口、油风室、浓一次风喷口、二次风Ⅰ喷口、油风室、浓一次风喷口、二次风Ⅰ喷口、偏置二次风喷口、淡一次风喷口、二次风Ⅰ喷口、油风室、淡一次风喷口、二次风Ⅰ喷口以及火上风喷口；同层的一次风反切圆、二次风Ⅰ正切圆布置，二次风Ⅰ正切圆直径大于一次风反切圆直径，偏置二次风较二次风Ⅰ更贴近水冷壁。本发明具有低NOX排放特性，避免炉膛结渣和高温腐蚀，有效保护水冷壁。
文档编号F23C5/08GK102927560SQ20121044534
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者王伟, 田鹏, 张洪言 申请人:济南海普电力节能科技有限公司