一种回流区形态可调节的旋流煤粉燃烧器及其使用方法

本发明属于燃烧器及燃烧器应用，具体涉及一种回流区形态可调节的旋流煤粉燃烧器及其使用方法。

背景技术：

1、随着我国新能源的发展，风电和光伏等间歇式新能源装机容量持续上升，新能源的并网消纳对电力系统灵活性和安全稳定运行的要求越来越高。中国的能源结构仍以煤炭为主的火力发电为主。当火电机组参与深度调峰时，稳燃负荷需要在30％～20％之间。动力用煤分类中，贫煤的干燥无灰基挥发分(vdaf)含量为10％～20％，贫煤属于反应性能较差的煤类。中国是世界上少数贫煤储量丰富的国家之一，贫煤在中国电站锅炉燃用煤量中所占比例高达40％。然而，目前中国燃用贫煤锅炉的最低稳燃负荷率仅能达到50％左右，无法满足深度调峰的要求。

2、燃烧器是燃煤锅炉的核心设备。当锅炉处于低负荷运行时，主燃区温度降低，若燃烧器出口没有回流区或回流区尺寸较小，会导致回流的高温烟气量难以点燃燃烧器出口附近的煤粉，造成锅炉低负荷稳燃性能变差。因此，锅炉在低负荷运行时，需要燃烧器出口存在较大的中心回流区以保证煤粉稳燃。然而，当锅炉处于较高负荷运行时，炉膛温度较高，若燃烧器出口回流区较大，则会导致煤粉在燃烧器喷口附近燃烧，长时间运行会出现喷口烧损及结渣问题。因此，锅炉在高负荷运行时，就需要改变回流区的形态，使其变为环形回流区，以减小回流区的高度或宽度。

3、《一种多通道旋流煤粉燃烧器》(申请(专利)号：cn201110181144.8)开发了一种多通道旋流煤粉燃烧器，在燃烧器设置多个二次风通道，以期在燃烧器二次风风量变化时稳定煤粉燃烧。但实际应用表明，应用该燃烧器后，燃用贫煤锅炉的最低稳燃负荷无法达到30％，且燃烧器喷口存在结渣问题。《一种带有中心风管道的中心给粉旋流煤粉燃烧器》(申请(专利)号：cn201110302031.9)开发了一种带有中心风道的中心给粉燃烧器，通过中心风量的调节，以期控制中心回流区的大小。但实际应用表明，低速中心风吹入后的调控效果不明显，若增大中心风风量，反而会恶化燃烧，使用该燃烧器的燃用贫煤锅炉的最低稳燃负荷也无法达到30％。因此，为了彻底解决燃用贫煤锅炉深度调峰能力差和喷口结渣的问题，发明了一种回流区形态可调节的旋流煤粉燃烧器及其使用方法。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有燃用贫煤锅炉低负荷稳燃性能差和喷口结渣的问题，进而提出一种回流区形态可调节的旋流煤粉燃烧器及其使用方法；

2、一种回流区形态可调节的旋流煤粉燃烧器，所述旋流煤粉燃烧器包括一次风管道、内二次风第一管道、内二次风第二管道、外二次风管道和多个锥形分离环，所述内二次风第一管道套设在一次风管道上，内二次风第二管道套设在内二次风第一管道上，外二次风管道套设在内二次风第二管道上，且一次风管道、内二次风第一管道、内二次风第二管道和外二次风管道同轴设置，多个锥形分离环沿一次风管道的长度延伸方向依次等距设置在一次风管道内；

3、进一步地，所述内二次风第一管道中设置有内二次风一号叶片，在内二次风一号叶片处连接有一号叶片角度调节机构，内二次风第一管道内安装一号风门，一号风门设置在一次风管道与内二次风第一管道之间，内二次风第二管道中设置有内二次风二号叶片，在内二次风二号叶片处连接有二号叶片角度调节机构，内二次风第二管道内安装有二号风门，二号风门设置在内二次风第一管道与内二次风第二管道之间，外二次风管道中设置有外二次风叶片，在外二次风叶片处连接有三号叶片角度调节机构，外二次风管道内设置有三号风门，三号风门设置在内二次风第二管道与外二次风管道之间；

4、进一步地，所述内二次风第一管道完全设置在内二次风第二管道内，且内二次风第一管道设置在靠近燃烧器出口的位置，在在远离燃烧器出口的位置，内二次风第二管道和一次风管道之间构成燃烧器内二次风通道，在内二次风通道上安装有四号风门，四号风门设置在一次风管道与内二次风第二管道之间；

5、进一步地，所述内二次风第一管道远离燃烧器出口的一端与蜗壳连通设置，在蜗壳入口处安装有舌形挡板，内二次风第二管道中设置有内二次风二号叶片，在内二次风二号叶片处连接有二号叶片角度调节机构，内二次风第二管道内安装有二号风门，二号风门设置在内二次风第一管道与内二次风第二管道之间，外二次风管道中设置有外二次风叶片，在外二次风叶片处连接有三号叶片角度调节机构，外二次风管道内设置有三号风门，三号风门设置在内二次风第二管道与外二次风管道之间；

6、进一步地，所述多个锥形分离环的直径沿烟气流动方向依次减小；

7、一种回流区形态可调节的旋流煤粉燃烧器的使用方法，所述方法是通过改变燃烧器回流区形态来实现对燃用贫煤锅炉进行灵活性调峰，具体步骤如下：

8、当锅炉在30％及更低负荷运行时，调节内二次风第一管道内的一号叶片角度调节机构，将内二次风一号叶片与燃烧器中心轴线所呈夹角调节为45°～60°，增大该管道气流的旋流强度；同时调节一号风门的开度，使内二次风第一管道内的二次风量占到燃烧器总二次风量的20％～30％，平均风速为13～15m/s，调节内二次风第二管道内的二号叶片角度调节机构，调节外二次风管道内的三号叶片角度调节机构，将内二次风二号叶片和外二次风叶片的角度均调节至45°～55°，并调节二号风门和三号风门开度，将内二次风第二管道和外二次风管道的风量比控制在4:6～5:5之间，内二次风第二管道出口平均风速为13～15m/s，外二次风管道出口的平均风速为17～20m/s。此时燃烧器出口为“椭圆形”中心回流区，回流区起点位置距离出口0～0.15d，回流区的长度为1.5～2.0d，直径为0.5～0.8d，d为外二次风扩口的直径；

9、当锅炉在30％～50％负荷运行时，调节内二次风第一管道内的一号叶片角度调节机构，将内二次风一号叶片与燃烧器中心轴线所呈夹角调节为30°～45°，降低出口气流旋流强度，并扳动内二次风第一管道内的一号风门，使内二次风第一管道内的二次风量占到燃烧器总二次风量的15％～20％，此时该管道出口风速为10～13m/s，调节内二次风第二管道内的二号叶片角度调节机构，调节外二次风管道内的三号叶片角度调节机构，将内二次风二号叶片和外二次风叶片角度调节为30°～40°，降低旋流强度；调小二号风门和三号风门开度，增加进入内二次风第二管道和外二次风管道的二次风量，以保证总二次风量不变，并控制两通道风量比在4:6～5:5之间，内二次风第二管道出口平均风速为14～17m/s，外二次风管道出口的平均风速为18～22m/s。此时燃烧器出口回流区为“心形”中心回流区，回流区起点位置距离出口0.15～0.25d，回流区的长度为1.0～1.5d，直径为0.35～0.5d；

10、当锅炉在50％及以上负荷运行时，调节内二次风第一管道内的一号叶片角度调节机构，将内二次风一号叶片与燃烧器中心轴线所呈夹角调节为0°～30°，并扳动内二次风第一管道内的一号风门，控制该风道二次风风率为0％～15％；调节内二次风第二管道内的二号叶片角度调节机构，调节外二次风管道内的三号叶片角度调节机构，将内二次风二号叶片和外二次风叶片角度调节为30°～40°，调节二号风门和三号风门的开度，保证总二次风量不变，内二次风第二管道和外二次风管道的风量比为5:5，内二次风第二管道出口平均风速为16～18m/s，外二次风管道出口的平均风速为17～23m/s。此时燃烧器出口存在“环形”回流区，回流区起点位置距离出口大于0.25d，回流区长度为0.6～1.0d，直径为0.25～0.35d。

11、本技术相对于现有技术所产生的有益效果：

12、已有专利通过设置多个二次风调节管道的方式，通过设置多个二次风调节管道的方式，在燃烧器二次风量变化时，维持少数管道内的二次风量和旋流强度为设计值，保证燃烧器出口流场不发生大幅变化，因此该燃烧器出口回流区形态和尺寸固定(小中心回流区，长度约0.8d，直径约0.4d，d为燃烧器出口直径)，锅炉负荷变化时无法及时调节燃烧。另外，也有专利通过在一次风管内设置中心风，通过中心风量的调节，来改变中心回流区的大小，但在专利要求的中心风风量变化范围内，无法调节回流区的形态，而且中心风风量增大后反而会恶化燃烧，因此，该燃烧器的灵活性较差。上述两种燃烧器应用在燃用贫煤的锅炉后，最低稳燃负荷只有50％，无法满足深度调峰的需求。

13、实践表明，在锅炉进行调峰期间，需要在30％及以下负荷长时间运行时，

14、超低负荷下主燃区烟气温度降低，需要较大尺寸的回流区来卷吸更多的高温烟气，稳定煤粉燃烧。当锅炉从高负荷降低至超低负荷过程中，采用本发明的方法和装置，通过调控回流区形态，可满足锅炉变负荷和超低负荷运行的要求。当锅炉负荷小于30％时，在不改变燃烧器二次风量的条件下，通过调节内二次风第一管道3中的风量和各通道叶片角度，将燃烧器出口回流区从高负荷的“环形”回流区或“心形”中心回流区变为“椭圆形”中心回流区，回流区的长度为1.5～2.0d，直径为0.5～0.8d，增大燃烧器出口高温烟气回流量，且回流区起点在燃烧器出口0～0.15d附近，使煤粉在燃烧器出口就与回流的高温烟气接触，有利于煤粉的及时着火和稳定燃烧，进而可确保锅炉在30％及以下负荷稳燃，提高深度调峰能力；

15、本发明提供的一种回流区形态可调节的旋流煤粉燃烧器，可以通过调控回流区形态，有效防止燃烧器喷口结渣及烧损，当锅炉处于较高负荷运行时，由于炉膛温度较高，煤粉容易着火，若燃烧器出口为“椭圆形”中心回流区，会导致煤粉在燃烧器喷口附近燃烧，长时间运行会出现喷口结渣及烧损问题。

16、采用本发明的方法和装置，当锅炉在30％～50％负荷运行时，在不改变燃烧器总二次风量的情况下，通过降低内二次风第一管道3中的风量以及出口旋流强度，使“椭圆形”中心回流区变为“心形”中心回流区，增大回流区起点位置与燃烧器喷口的距离(0.15～0.25d)，并合理缩小回流区的尺寸(长度为1.0～1.5d，直径为0.35～0.5d)，能够防止煤粉在喷口附近燃烧，解决了喷口结渣和烧损的问题。同时，由于此时燃烧器出口仍然存在中心回流区，因此燃烧器的稳燃不受影响。当锅炉在50％及以上负荷运行时，通过进一步降低燃烧器内二次风第一管道3中的风量以及出口旋流强度，将“心形”中心回流区变为“环形”回流区(回流区长度为0.6～1.0d，直径为0.25～0.35d)，回流区起点到燃烧器喷口的距离大于0.25d，煤粉在远离喷口的位置燃烧，不会导致喷口结渣和烧损；

17、本发明提供的一种回流区形态可调节的旋流煤粉燃烧器，其中燃烧器的二次风由三个通道分级送入，有效降低nox排放，现有技术虽然设置有多个二次风通道，但其根本目的是为了适应燃烧器二次风量的变化，只有在二次风量增大时多个二次风通道才同时开启，且在实际操作过程中，风门开度和叶片角度的调节需要时间，导致nox排放波动大。另外，也有已有专利通过设置中心风，以期抑制nox的生成，但中心风管的布置会妨碍煤粉浓缩装置的效果，且高浓度的煤粉聚集在中心风边缘，部分煤粉直接与中心风接触，煤粉着火晚，导致大量煤粉进入二次风区域，nox的生成反而升高。

18、在实际工作中采用本技术的方法和装置，不改变燃烧器总二次风量，二次风分为三股依次送入燃烧器，且三个通道一直处于通风状态，实现煤粉分级燃烧，降低nox排放。