富氧燃烧器及其配风方法与流程

本发明涉及能源技术领域，具体地，涉及一种富氧燃烧器及其配风方法。

背景技术：

燃烧器是煤粉锅炉的主要燃烧设备，其作用是将燃料与燃烧所需助燃剂按一定的比例、速度和混合方式经燃烧喷口送入炉膛，保证燃料在进入炉膛后能够与助燃剂充分混合、及时着火、稳定燃烧和燃尽。其合理的组织炉内气流是煤粉稳定高效燃烧的前提条件。

燃烧器按其出口气流特性分为两大类，一类为直流燃烧器，出口气流为直流射流组。另一类为旋流燃烧器，出口气流为旋转射流。直流燃烧器通常由一组或多组矩形或圆形的喷口组成，其一次风和二次风都是不旋流的直流射流。其可以布置在炉膛四角、炉膛顶部或炉膛中部的拱形部分，从而形成四角切圆燃烧、U型火焰燃烧和W型火焰燃烧方式。

然而，对于采用直流燃烧器的锅炉来说，在空气燃烧工况切换到富氧燃烧工况时，富氧燃烧工况下进入锅炉的气体(循环烟气和氧气)的体积以及组分都与空气燃烧工况有较大的不同。例如，与空气燃烧工况相比，在富氧燃烧工况下，进入锅炉的气体体积下降10～30％，气体体积中CO₂所含比例在60％以上，气体的平均氧分压约为23～30％。由于进入锅炉的气体体积以及组分的变化，若仍采用空气燃烧工况下使用的配风方法，流场会发生很大的变化，难以形成良好的炉内空气动力场，从而导致燃烧的不稳定。同时，在现有的燃烧器的配风方法中并不涉及一次风和二次风中氧气的配比方法。此外，由于采用现有的燃烧器的配风方法导致的燃烧不充分，使富氧燃烧炉内CO浓度提高，壁面还原性气氛增强，还容易导致水冷壁的结渣、高温腐蚀。

本发明针对现有技术的不足之处，提出了一种富氧燃烧器及其配风方法，以提高煤粉在切换到富氧燃烧工况下燃烧的高效性和稳定性。

技术实现要素：

本发明提出了一种富氧燃烧器及其配风方法，以提高煤粉在切换到富氧燃烧工况下燃烧的高效性和稳定性。

根据本发明提供的一种富氧燃烧器，包括燃烧腔室，燃烧腔室的腔壁上形成有燃尽风口，以及在燃烧腔室的高度方向上位于燃尽风口下方的沿竖直方向间隔设置的一次风口和二次风口，以形成一列风口，一次风口位于相邻的二次风口之间。

优选地，富氧燃烧器形成有多列风口，且周向均布；每一列风口中，一次风口的个数为偶数个，二次风口的个数为奇数个。

根据本发明提供的一种富氧燃烧器的配风方法，包括：

步骤一：在富氧燃烧工况下，关闭燃尽风口，保持一次风口和二次风口打开；

步骤二：调整进入锅炉内的循环烟气与注入的氧气的体积，以调整入炉氧分压；

步骤三：控制步骤二中所注入的氧气一部分进入一次风口，另一部分进入二次风口，并调整一次风的氧分压或二次风的氧分压；

步骤四：控制一次风的动量与在空气燃烧工况下一次风的动量相同。

优选地，在步骤一与步骤二之间还包括：调整富氧燃烧工况下的过氧系数。

优选地，过氧系数为1.10至1.30之间。

优选地，步骤二中的入炉氧分压为0.23至0.30之间。

优选地，步骤三中的一次风的氧分压为0.10至0.3之间。

优选地，富氧燃烧器的配风方法还包括：步骤五：调整最底端的二次风口中的二次风的动量大于或等于在空气燃烧工况下二次风的动量。

优选地，二次风相对于一次风向外偏转，并且一次风的射流中心线与二次风的射流中心线的夹角α为5°至15°。

优选地，富氧燃烧器的配风方法还包括：在空气燃烧工况下，打开燃尽风口。

本发明的富氧燃烧器及其配风方法能够有效地改变煤粉颗粒在炉内的燃烧气氛、停留时间、改善流场以及火焰形状、减少着火延迟、提高燃尽度以及降低污染物的排放，从而实现煤粉在富氧燃烧工况下的稳定、高效以及安全的燃烧。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的富氧燃烧器的结构示意图；

图2是图1所示的根据本发明的富氧燃烧器的结构的俯视图；

图3是根据本发明的富氧燃烧器的配风方法的原理图。

附图标记说明

1 一次风口 2 二次风口

3 燃尽风口 11 一次风的射流中心线

21 二次风的射流中心线 4 空气分离器

5 锅炉 A 氧气

a1 第一部分氧气 a2 第二部分氧气

B 再循环烟气 b1 第一部分循环烟气

b2 第二部分循环烟气

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中涉及以下术语：

过氧系数：指折算到每单位煤粉所供给的氧气量与每单位煤粉完全燃烧所需要氧气量之比；

氧气：指纯度在95％(体积份额)及以上的较高纯度氧气；

再循环烟气：指从除尘器或者烟气冷凝器循环进入锅炉内的烟气；

烟气循环倍率：指循环烟气总体积流量与炉膛出口湿烟气总体积流量之比；

入炉氧分压：指进入炉膛的总氧气体积量A与再循环烟气体积B与总氧气体积A之和的比值，即A/(A+B)。

图1显示了根据本发明提供的一种富氧燃烧器的结构示意图。该富氧燃烧器包括燃烧腔室，燃烧腔室的腔壁上形成有燃尽风口3，以及在燃烧腔室的高度方向上位于燃尽风口3下方的沿竖直方向间隔设置的一次风口1和二次风口2，以形成一列风口，一次风口1位于相邻的二次风口2之间。

本发明的富氧燃烧器通过将一次风口1和二次风口2彼此间隔设置，并且一次风口1始终位于相邻的二次风口2之间，从而使二次风口2喷出的二次风始终对一次风口1喷出的一次风形成一定的托举作用，由于一次风进入时通常携带煤粉，因此该设置可使一次风携带的煤粉燃烧更加充分。同时，在本发明中，若一个一次风口1与一个相应的二次风口2组成了一个燃烧层，则本发明的富氧燃烧器包括了多个燃烧层，在每个燃烧层中，煤粉均可稳定充分地燃烧，从而大大地提高了煤粉燃烧的高效性和稳定性。

优选地，结合图2所示，富氧燃烧器形成有多列风口，且周向均布；每一列风口中，一次风口1的个数为偶数个，二次风口2的个数为奇数个。通过该设置，一次风携带的煤粉完全被二次风包围，可进一步提高煤粉燃烧的高效性和稳定性。

本发明还提出了一种富氧燃烧器的配风方法，包括：

步骤一：在富氧燃烧工况下，关闭燃尽风口3，保持一次风口1和二次风口2打开；

步骤二：调整进入锅炉内的循环烟气与注入的氧气的体积，以调整入炉氧分压；

步骤三：控制步骤二中所注入的氧气一部分进入一次风口1，另一部分进入二次风口2，并调整一次风的氧分压或二次风的氧分压；

步骤四：控制一次风的动量与在空气燃烧工况下一次风的动量相同。

结合图3所示，在根据本发明的富氧燃烧器的配风方法中，将空气分离器4分离出的氧气A分成第一部分氧气a1和第二部分氧气a2，将由锅炉5出来的再循环烟气B分成第一部分循环烟气b1和第二部分循环烟气b2，第一部分氧气a1与第一部分循环烟气b1混合形成一次风并通过一次风口1进入锅炉内，第二部分氧气a2与第二部分循环烟气b2混合形成二次风并通过二次风口2进入锅炉内。优选地，形成一次风时，对于直吹式制粉系统，可在磨煤机前或者磨煤机后注入第一部分氧气a1；对于中储式制粉系统，需在磨煤机后、风粉混合器前注入第一部分氧气a1。本发明通过对一次风和二次风中的各个参数进行设计和调整，例如一次风或二次风的氧分压、一次风或二次风的动量等，可实现煤粉在富氧燃烧工况下稳定、高效以及安全的燃烧。

根据本发明，在步骤一中，由于在空气燃烧工况下风量充足，空气风量一部分通过一次风口1和二次风口2进入，其余的风量通过燃尽风口3进入，而在热负荷不变的情况下切换到富氧燃烧工况时，风量会减小很多，因此此时关闭燃尽风口3，让全部的风量由一次风口1和二次风口2进入。

优选地，在步骤一与步骤二之间还包括：调整富氧燃烧工况下的过氧系数。优选地，过氧系数为1.10至1.30之间。

还优选地，步骤二中的入炉氧分压为0.23至0.30之间。该入炉氧分压可通过调整烟气循环倍率来进行调整。进一步优选地，步骤三中的一次风的氧分压为0.10至0.3之间，在确定入炉氧分压和一次风的氧分压的具体数值的基础上，二次风的氧分压随一次风的氧分压的值的变化而变化。

根据本发明，步骤三用于将氧气分成两部分与再循环烟气混合，其一部分与部分再循环烟气混合后作为燃烧器的一次风；另一部分与剩下的再循环烟气混合作为燃烧器的二次风。优选地，二次风可以包括周界风、夹心风、贴壁风和燃尽风中的一种或多种。

根据本发明，步骤四用于保证煤粉的运输安全及着火的稳定性。优选地，在一次风的动量保持不变的情况下，可相应调整富氧燃烧工况下一次风的速度较空气燃烧工况下一次风的速度下降10％-20％，可进一步提高煤粉燃烧的稳定性。

此外，根据本发明，富氧燃烧器的配风方法还包括步骤五：控制最底端的二次风口2中的二次风的动量大于或等于在空气燃烧工况下二次风的动量，优选地，最底端的二次风口2中的二次风的动量大于在空气燃烧工况下二次风的动量，以增强最低端二次风的托举作用。

优选地，当采用无烟煤或贫煤做为煤粉时，可调整一次风的动量与二次风的动量比为3至4.2之间。进一步优选地，采用无烟煤时一次风的动量与二次风的动量比为1.5至3.5之间，采用煤粉时一次风的动量与二次风的动量比为2至3之间。

根据本发明，在一个优选地实施方案中，如图2所示，二次风相对于一次风向外偏转，并且一次风的射流中心线11与二次风的射流中心线21的夹角α为5°至15°。该设置通过减小一次风的切圆直径，将二次风相对于一次风向外偏转5～15°，从而在一次风和炉膛水冷壁之间形成一层风膜，达到风包粉的效果。同时，通过该设置还增加了贴壁风，使水冷壁附近的还原性气氛降低，有效地抑制了水冷壁的高温腐蚀和结渣现象。

综上所述，本发明的富氧燃烧器及其配风方法能够有效地改变煤粉颗粒在炉内的燃烧气氛、停留时间、改善流场以及火焰形状、减少着火延迟、提高燃尽度以及降低污染物的排放，从而实现煤粉在富氧燃烧工况下的稳定、高效以及安全的燃烧。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。