一种煤粉燃烧系统的制作方法

本发明涉及大型煤粉锅炉启动点火和低负荷稳燃技术领域，特别是电站锅炉。

背景技术：

大型煤粉锅炉，特别是电站锅炉采用的都是悬浮燃烧，传统的点火方式是采用油枪加热炉膛，使炉膛温度达到所燃煤质的着火温度，然后再投入煤粉燃烧。因此其启动、低负荷稳燃都需要消耗大量的燃油，成本极高。

近十多年，逐渐发展出两种新型点火技术：一种是微油点火，它是将油枪装在煤粉燃烧器内部，利用少量的燃油点燃煤粉；另一种是将等离子发生器装在煤粉燃烧器内部，通过等离子火炬点燃煤粉。

然而这两种技术也有着非常明显的缺点：微油点火节油率虽然达到80%～90%，但由于基数大，仍需消耗数量可观的燃油；等离子点火虽然不需要消耗燃油，但是系统负载，设备投资大，耗电量高，等离子阴阳极寿命短，配件价格高，只适应高挥发分的煤种。

但是无论采用微油点火还是等离子点火技术，煤粉都是在燃烧器内靠油火焰或等离子火炬来点燃，然后就随火焰被喷射到炉膛，所以煤粉在火焰中停留时间非常短，很难被充分加热并燃烧。因此，大型煤粉锅炉在低负荷工况下，由于炉膛温度比较低，无法维持煤粉的持续燃烧，需要额外的点火源来稳燃。

技术实现要素：

本发明提供一种煤粉燃烧系统，应用于新建或者改造现有的大型煤粉锅炉。

传统方式采用一次风送粉，一次风量比较大，但是在煤粉着火初期并不需要消耗这么多的空气，而多余的空气被加热需要消耗额外的热量，从而降低了火焰温度，延缓了煤粉被加热燃烧的速率。

根据本发明的一个实施实例，在一次风管内设置一个直径较小的点火风管，采用风量较小的点火风输送煤粉，当煤粉着火初期，不需要加热过量的空气，因此火焰温度较高，煤粉被加热燃烧的速率较高。通过点火风管出口处的反射装置使煤粉在火焰中反向运动，在一次风作用下逐渐减速再正向加速随火焰喷射入炉膛，这个过程大大延长了煤粉在火焰中加热的时间。

根据本发明的一个实施实例，在煤粉燃烧系统中安装一个煤粉浓淡分离装置。在锅炉点火时，一次风和煤粉混合物在进入炉膛之前，受到所述煤粉浓淡分离装置的作用发生浓相、淡相分离；浓相风煤混合物进入所述点火风管的入口、之后经过所述反射装置的作用下折返从而回流；淡相风煤混合物在所述点火风管外流动，遭遇回流的浓相风煤混合物，形成湍流区域；处于所述湍流区域的煤粉被火焰发生装置点燃。

根据本发明的一个实施实例，点火系统包括：一个煤粉浓淡分离装置；一个点火风管，沿一次风管内的轴心线布置，其直径小于所述一次风管的直径；一个反射装置，连接到所述点火风管的出口，能够反转通过所述点火风管进入炉膛的风和煤粉混合物的流动方向；一个火焰发生装置。

本发明可以使得锅炉的煤粉中产生稳定的火焰，而无需通过使用辅助燃料进行预热。在投放煤粉之后，很短时间（例如几十秒内）煤粉即可被点燃、并且稳燃。

优选地，在锅炉点火后，浓相风煤混合物经过所述反射装置的作用下折返从而回流、进入煤粉火焰，从而被预热、点燃。浓相风煤混合物因此在火焰中的流程较长，可以得到充分的预热；被点燃之后，也可以实现稳定的燃烧。

优选地，所述煤粉浓淡分离装置是一个环状钝体，在一次风管的内壁上、以与一次风管的轴心线相垂直的方向布置。根据本发明的一个实施实例，所述环状钝体沿一次风管的切面呈三角形，便于浓相风煤混合物被导入沿一次风管中心轴线布置的点火风管，而淡相风煤混合物从点火风管和一次风管的间隙流动。实验表明，这种钝体分布方式可以很好的实现浓淡分离：淡相风煤混合物所含的煤粉浓度很低，肉眼观察接近透明。

优选地，所述煤粉浓淡分离装置是一个旋风分离器，其入口端与一次风管连接。根据本发明的实施实例，众多的、商用的旋风分离器都可以采用，适应具体项目的要求。根据本发明的一个实施实例，旋风分离器布置在距离炉膛较远的位置。

需要指明的是，以上所述的浓淡分离装置是本发明的一个实施实例；本行业专业技术人员可以理解，有很多其它浓淡分离装置和方式可以采用，都属于本发明的范围之内。

优选地，所述点火风管的出口伸入所述锅炉炉膛内部。电站锅炉一次风管的常规管径在500毫米左右；在一次风管内，点火和稳燃的流场不是最佳。根据本发明的一个实施实例，点火风管的出口伸入所述锅炉炉膛内部之后，在点火风管的出口处和一次风管的出口处的之间的空间，是一个较开放的空间，可以实现根据本发明较好的实现点火和稳燃的流场。

优选地，所述系统还包括旋流叶片，安装在所述一次风管和所述点火风管之间，用于给一次风施加旋流。如果提高火焰速度是一个目的，那么所述旋流叶片可以省略，而且不影响本发明的实施。

优选地，在淡相风煤混合物遭遇回流的浓相风煤混合物之前，经过一个散风装置，所述散风装置的作用是使部分淡相风煤混合物绕开所述湍流区域。根据本发明的一个实施实例，分流部分淡相风煤混合物可以增加火焰的稳定性。

优选地，点火风管的入口的内径大于点火风管的中部的内径。根据本发明的一个实施实例，点火风管不是一根固定直径的管；大一些的入口便于浓相风煤混合物的进入。

优选地，所述系统还包括退出装置，所述煤粉被点燃后，启动所述退出装置，将所述点火风管从所述一次风管退出到离锅炉炉膛较远的位置。

优选地，所述反射装置是反射帽，所述反射帽和所述点火风管外壁形成一个环形间隙，所述点火风和煤粉的混合物通过所述环形间隙离开所述点火风管。

需要指明的是，以上所述的反射帽是本发明的一个实施实例；本行业专业技术人员可以理解，有很多其它反射装置和方式可以采用，都属于本发明的范围之内。

本发明提供一种煤粉燃烧方法，应用于新建或者改造现有的大型煤粉锅炉。根据本发明的一个实施实例，所述煤粉燃烧方法包括：

在一次风和煤粉混合物进入炉膛之前，通过一个煤粉浓淡分离装置，将所述一次风和煤粉混合物实现浓相、淡相分离；

浓相风煤混合物进入点火风管的入口，之后经过反射装置的作用下折返从而回流；

淡相风煤混合物在所述点火风管外流动，遭遇回流的浓相风煤混合物，形成湍流区域；

处于所述湍流区域的煤粉被火焰发生装置点燃；

其中，所述点火风管沿一次风管内的轴心线布置，其直径小于所述一次风管的直径；所述反射装置连接到所述点火风管的出口，能够反转通过所述点火风管进入炉膛的风和煤粉混合物的流动方向。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：自主稳燃，无需油火焰或等离子火焰的伴烧，利用煤粉浓淡分离装置进行浓淡分离，形成湍流区域，处于所述湍流区域的煤粉被火焰发生装置迅速点燃，大大减少燃油或电力消耗；使用煤种范围广，包括挥发份很少的煤种。

附图说明

为了更好地说明本发明实施例的技术特征，本发明的不同实施例将结合附图进行简要描述。很明显，附图是本发明的典型例子，不偏离本发明的原则，本领域技术人员可以导出额外的附图。

图1是根据本发明实施例，说明传统电站锅炉的剖视图。

图2是根据本发明实施例，说明安装环状钝体的一次风管的示意图。

图3是根据本发明实施例，在一次风管的出口安装一个散风管的示意图。

图4是根据本发明实施例，在散风管的内外两侧安装旋流叶片的示意图。

图5是根据本发明实施例，说明煤粉燃烧方法的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，传统电站锅炉采用一次风送粉，一次风管5在炉膛的下部和中部分多层布置，一次风管5通过煤粉燃烧器1与炉膛连接，煤粉燃烧器上下分别布置有二次风管2，炉膛顶部布置有三次风管3，炉膛底部和中间二次风管2内布置有点火油枪，一次风管5的入口端与煤粉给料机4连接。

微油点火和等离子点火一般将从下面数第一层或第二层煤粉燃烧器1更换成微油燃烧器或等离子燃烧器，煤粉从储仓通过煤粉给料机4进入一次风管5，然后在燃烧器中被油火焰或等离子火焰点燃，之后喷入炉膛。

如图2所示，所述煤粉浓淡分离装置是一个环状钝体。煤粉燃烧系统包括：一个点火风管6，插入与炉膛墙壁连接的一次风管5，沿着一次风管5的中轴线延伸，其直径小于一次风管5的直径；一个环状钝体7，在一次风管5的内壁上、以与一次风管5的轴心线相垂直的方向布置；一个反射装置8，反射装置8可以是钝体、弯头或特殊角度的开孔，连接到点火风管6的出口，能够反转通过点火风管6进入的点火风和煤粉混合物的流动方向；一个火焰发生装置9。

环状钝体7沿一次风管的切面呈三角形，便于浓相风煤混合物被导入沿一次风管中心轴线布置的点火风管，而淡相风煤混合物从点火风管和一次风管的间隙流动。实验表明，这种钝体分布方式可以很好的实现浓淡分离：淡相风煤混合物所含的煤粉浓度很低，肉眼观察接近透明。环状钝体7直接设置在一次风管上，无需另外的风粉分离设备和煤粉储存设备、或者显著改变现有的煤粉锅炉的炉膛供粉系统，简化系统设置，减少设备投资。

在本发明的另一实施例中，所述煤粉浓淡分离装置是一个旋风分离器，其入口端与一次风管连接。旋风分离器布置在距离炉膛较远的位置。众多的、商用的旋风分离器都可以采用，适应具体项目的要求。

需要指明的是，以上所述的浓淡分离装置是本发明的一个实施实例；本行业专业技术人员可以理解，有很多其它浓淡分离装置和方式可以采用，都属于本发明的范围之内。

如图3所示，散风装置是一个散风管。在一次风管5的出口的内侧、所述点火风管6的外侧安装一个散风管10，散风管10的特征是沿着一次风的流动方向散风管的内径逐渐增加。散风管10将一次风分为两部分：散风管10外的一次风被扩散远离点火风和煤粉混合物的回流，散风管10内的一次风被吹入点火风和煤粉混合物的回流。减少进入点火风和煤粉混合物的回流的一次风的风量，可以使点火风和煤粉混合物的回流行程更长，可以实现稳定燃烧，燃烧状况更好。

除了散风管，散风装置也可以是其他结构。在淡相风煤混合物遭遇回流的浓相风煤混合物之前，经过一个散风装置，所述散风装置的作用是使部分淡相风煤混合物绕开所述湍流区域，分流部分淡相风煤混合物可以增加火焰的稳定性。

如图4所示，在散风管10的内外加装所述旋流叶片11，进一步促进了更稳定的火焰。

电站锅炉一次风管6的常规管径在500毫米左右；在一次风管6内，点火和稳燃的流场不是最佳。在本发明的另一个实施实例中，点火风管6的出口伸入所述锅炉炉膛内部之后，在点火风管6的出口处与一次风管5的出口处的之间的空间，是一个较开放的空间，可以实现根据本发明较好的实现点火和稳燃的流场。

在本发明的另一实施例中，在一次风管5与点火风管6之间安装旋流叶片，以便给一次风施加旋流力。旋流叶片11引起的旋流力给现有的更大湍流区域增加了另外一个维度（例如离心力），这样，煤粉颗粒进一步均匀混合，在被火焰发生装置点燃后，进一步促进了更稳定的火焰。此外，由于煤粉在更大的湍流区域花了更长时间，在离开改进的一次风管5之前，煤粉燃烧比例提高。如果提高火焰速度是一个目的，那么所述旋流叶片可以省略，而且不影响本发明的实施。

在本发明的另一实施例中，点火风管6的入口的内径大于点火风管6的中部的内径。点火风管不是一根固定直径的管；大一些的入口便于浓相风煤混合物的进入。

在本发明的另一实施例中，可以将点火风管6与电动执行器连接，锅炉启动完成进入常规燃烧状态后，如需点火风管6停止供粉，可启动电动执行器，将点火风管6退出一次风管5，这样就不需要额外的冷却，也减少对原燃烧系统的影响。

在本发明的另一实施例中，反射装置8可以是反射帽，反射帽8和点火风管6外壁形成一个环形间隙，所述点火风和煤粉的混合物通过所述环形间隙输入所述炉膛。反射装置8也可以是其它结构，只要能够显著反转点火风和煤粉混合物的流动方向。本行业专业技术人员可以理解，有很多其它反射装置和方式可以采用，都属于本发明的范围之内。

本发明的提供一种煤粉燃烧方法，应用于新建或者改造现有的大型煤粉锅炉，如图5所示，包括：

步骤一，一次风和煤粉混合；

步骤二，通过一个煤粉浓淡分离装置，将所述一次风和煤粉混合物实现浓相、淡相分离；

步骤三，浓相风煤混合物进入点火风管的入口，之后经过出口处的反射装置的作用下折返从而回流；淡相风煤混合物在所述点火风管外流动；

步骤四，淡相风煤混合物遭遇回流的浓相风煤混合物，形成湍流区域；

步骤五，处于所述湍流区域的煤粉被火焰发生装置点燃；

其中，所述点火风管沿一次风管内的轴心线布置，其直径小于所述一次风管的直径；所述反射装置连接到所述点火风管的出口，能够反转通过所述点火风管进入炉膛的风和煤粉混合物的流动方向。

在本发明的另一实施例中，在锅炉点火后，浓相风煤混合物经过所述反射装置的作用下折返从而回流、进入煤粉火焰，从而被预热、点燃。浓相风煤混合物因此在火焰中的流程较长，可以得到充分的预热；被点燃之后，也可以实现稳定的燃烧。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：自主稳燃，无需油火焰或等离子火焰的伴烧，利用煤粉浓淡分离装置进行浓淡分离，形成湍流区域，处于所述湍流区域的煤粉被火焰发生装置迅速点燃，大大减少燃油或电力消耗；使用煤种范围广，包括挥发份很少的煤种。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。