專利名稱:一種煤粉高溫富氧點火穩燃器的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種煤粉點火穩燃器,屬于鍋爐配套設備技術領域。
背景技術:
在我國常規電站煤粉鍋爐的運行過程中要耗費大量的燃油。首先,在鍋爐冷態點火啟動過程中,需要燃用大量燃油使爐膛溫度升高,使之達到煤粉的著火溫度后再噴入煤粉進行油煤混燒,最終到煤粉自身能穩定燃燒后才能夠斷油,完成點火過程;另外,目前我國各主要電網的日用電峰谷差已達到了 30% 50%,深度調峰的需要導致鍋爐經常要在很低的負荷下運行,這會導致爐內燃燒不穩定,增加了熄火的危險,為此又需要啟動油槍燃油進行穩燃以防止熄火事故的發生。由于上述原因,我國常規電站燃煤機組每年在燃油方面的消費十分巨大。而近年來隨著燃油價格的不斷升高,盡量減少鍋爐啟動及低負荷穩燃用油以降低發電成本已成為發電企業的共識。為此,開發出一種經濟上合理、技術上穩定的新型煤粉無油點火穩燃技術是十分必要的。在電站煤粉鍋爐中,煤以煤粉的形式著火燃燒。而根據燃燒學的基本原理可知,燃料著火燃燒需要兩個基本條件一是達到燃料的著火溫度,二是具有充足的助燃劑。由此可知,在電站煤粉鍋爐運行過程中,溫度水平和供氧條件是控制煤粉著火燃燒過程的兩個最主要參數,也是決定煤粉能否順利著火燃燒的關鍵。大量的理論和實踐證明,富氧燃燒技術具有燃燒溫度高、燃燒強度大和可降低燃料著火溫度的特點,因此在強化燃料的著火燃燒方面有著明顯的優勢。而近年來,隨著新型制氧技術的逐步成熟,制氧的成本大大降低,相對于使用燃油助燃,采用富氧助燃在成本上的優勢愈發明顯,因此富氧燃燒技術在大型電站煤粉鍋爐上的應用也越來越多。但是,現有的應用大都是將富氧燃燒技術與油槍點火技術相結合,即用油槍點火后用富氧氣體助燃,就其點火方式而言,依然沒有擺脫燃油點火的束縛。
發明內容
本發明的目的是提供一種煤粉高溫富氧點火穩燃器,該點火穩燃器徹底取代油槍,利用高溫氧氣作為穩定熱源保證點火穩燃器自身的穩定著火,降低了成本。本發明利用高溫氧氣作為穩定熱源保證點火穩燃器自身的穩定著火,然后再利用點火穩燃器保證整個煤粉燃燒器火焰的穩定性,進而有效實現煤粉燃燒器在點火和低負荷穩燃過程中的穩定運行。本發明為實現上述目的采取的技術方案是 一種煤粉高溫富氧點火穩燃器,所述的點火穩燃器包括第一級煤粉氣流通道、高溫氧氣通道、高溫氧氣風室、第二級直流通道風室、第二級直流煤粉氣流通道、第二級旋流通道風室、第二級旋流煤粉氣流通道、第二級煤粉氣流旋流葉輪、高溫氧氣旋流葉輪、導流錐、第一級煤粉氣流噴射擴口、高溫氧氣噴射擴口、第二級旋流煤粉氣流噴射擴口及環腔;
第一級煤粉氣流通道、高溫氧氣通道、第二級直流煤粉氣流通道及第二級旋流煤粉氣流通道由內至外同軸環套在一起,高溫氧氣旋流葉輪安裝在高溫氧氣通道內并靠近高溫氧氣通道的前端設置,第二級煤粉氣流旋流葉輪安裝在第二級旋流煤粉氣流通道內并靠近第二級旋流煤粉氣流通道的前端設置,第二級旋流通道風室沿第二級旋流煤粉氣流通道的徑向設置在第二級旋流煤粉氣流通道的后端,第二級旋流通道風室與第二級旋流煤粉氣流通道連通,第二級直流通道風室沿第二級直流煤粉氣流通道的徑向設置在第二級直流煤粉氣流通道的后端,第二級直流通道風室與第二級直流煤粉氣流通道連通,高溫氧氣風室沿高溫氧氣通道的徑向設置在高溫氧氣通道的后端,高溫氧氣風室與高溫氧氣通道連通,第一級煤粉氣流通道的前端設有第一級煤粉氣流噴射擴口,高溫氧氣通道的前端設有高溫氧氣噴射擴口,第二級旋流煤粉氣流通道的前端設有第二級旋流煤粉氣流噴射擴口,導流錐固定安裝在第一級煤粉氣流通道的第一級煤粉氣流噴射擴口內,導流錐為正圓錐體,導流錐的底面朝向第一級煤粉氣流通道的前端設置,導流錐與第一級煤粉氣流噴射擴口之間設有環腔導流錐的高度與第一級煤粉氣流噴射擴口的長度一致,導流錐的底面與第一級煤粉氣流噴射擴口、高溫氧氣噴射擴口、第二級直流煤粉氣流通道及第二級旋流煤粉氣流通道平齊。第一級煤粉氣流噴射擴口的橫截面為圓形,橫截面為圓形的第一級煤粉氣流噴射擴口的半角α為15 25°。高溫氧氣噴射擴口的橫截面為圓形,橫截面為圓形的高溫氧氣噴射擴口的半角β為20 25°。第二級直流煤粉氣流通道為直噴口,第二級旋流煤粉氣流噴射擴口的半角Y為45。。本發明的有益效果是
在實際工程應用中,無論是對直流煤粉燃燒器還是對旋流煤粉燃燒器,其單只燃燒器的熱功率一般都不會設計的過大。通常來講,單只煤粉燃燒器的推薦功率為20MW 40MW。而就煤粉燃燒器的點火(穩燃)裝置而言,根據其功能需要的不同,對其熱功率的要求也不同。人們通常利用“點火能量”作為選擇點火(穩燃)裝置熱功率的依據,而“點火能量”是指點火(穩燃)裝置本身的熱功率與其要點燃的主燃料燃燒器的熱功率之比。通常情況下,對于只具有點火功能的點火裝置,其點火能量一般選擇為1% 4% ;對于兼具有帶低負荷穩燃功能的點火穩燃裝置,對其點火能量的要求則更大一些,可達到10%,特殊情況下甚至可能達到20% 30%。本發明的煤粉高溫富氧點火穩燃器總功率為3MW,可達到絕大多數煤粉燃燒器穩定點火燃燒對點火(穩燃)裝置熱功率的要求。其中,本發明的點火穩燃器采用分級點火技術,具體可分為一、二兩級點火穩燃器第一級熱功率為O. 5麗,采用高溫氧氣作為熱量和助燃氣的主要來源進行直接點火,主要用于點火穩燃器自身的點火;點火穩燃器第二級熱功率為2. 5MW,依靠第一級富氧燃燒的高溫火炬點燃,主要用于進行煤粉燃燒器的點火和低負荷穩燃。本發明的煤粉高溫富氧點火穩燃器的第一級采用中心管空氣直流送粉、外側環道旋流提供高溫氧氣的基本結構。這一結構的主要優點是在煤粉燃燒器被點燃后,本發明的點火穩燃器第一級中的高溫氧氣可直接被替換為普通二次風空氣,進而節約消耗氧氣的成本。另外,在第一級煤粉氣流通道(也即中心管煤粉氣流通道)的前端設置了第一級煤粉氣流擴口,并在所述的第一級煤粉氣流噴射擴口設置了導流錐,通過其導流作用強化煤粉氣流與外側旋流高溫氧氣的混合。其中,導流錐為正圓錐體,高度與第一級煤粉氣流噴射擴口長度一致,位置與第一級煤粉氣流噴口擴口平齊;第一級煤粉氣流噴射擴口半角角度為15 25° ;高溫氧氣通道擴口半角角度為20 25° ;高溫氧氣旋流強度為2. O 2. 5 ;第二級旋流煤粉氣流旋流強度為I. 5 2. 5。
本發明的煤粉高溫富氧點火穩燃器的第二級則采用直流、旋流聯合的方式送粉,即在點火穩燃器第一級外側同時設置直流煤粉氣流通道和旋流煤粉氣流通道,其中旋流煤粉氣流通道位于最外側。其中,第二級直流煤粉氣流通道為直噴口,擴口半角角度為0° ;第二級旋流煤粉氣流通道擴口半角角度為45° ;第二級旋流煤粉氣流旋流強度為I. 5 2. 5。這一結構的主要優點是通過調整進入直流煤粉氣流通道和旋流煤粉氣流通道的送風一次風量,可有效控制點火穩燃器第二級煤粉氣流的著火位置和火焰形狀,進而使得點火穩燃器能夠與煤粉燃燒器進行更好的配合,保證煤粉燃燒器點火和低負荷穩燃的穩定性。本發明可應用于各類大型直流或旋流煤粉燃燒器的煤粉點火穩燃器。
附圖I表示的是本發明的一種煤粉高溫富氧點火穩燃器的主剖視圖。圖中1_第一級煤粉氣流通道;2_高溫氧氣通道;3_高溫氧氣風室;4_第二級直流通道風室;5_第二級直流煤粉氣流通道;6_第二級旋流通道風室;7_第二級旋流煤粉氣流通道;8_第二級煤粉氣流旋流葉輪;9_高溫氧氣旋流葉輪;10_導流錐;11_第一級煤粉氣流噴射擴口 ; 12-高溫氧氣噴射擴口 ; 13-第二級旋流煤粉氣流噴射擴口 ; 14-環腔。F1-第一級煤粉氣流,Fy-高溫氧氣流,F21-第二級直流煤粉氣流,F22-第二級旋流煤粉氣流。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖I所示,一種煤粉高溫富氧點火穩燃器,所述的點火穩燃器包括第一級煤粉氣流通道I、高溫氧氣通道2、高溫氧氣風室3、第二級直流通道風室4、第二級直流煤粉氣流通道5、第二級旋流通道風室6、第二級旋流煤粉氣流通道7、第二級煤粉氣流旋流葉輪8、高溫氧氣旋流葉輪9、導流錐10、第一級煤粉氣流噴射擴口 11、高溫氧氣噴射擴口 12、第二級旋流煤粉氣流噴射擴口 13及環腔14 ;
第一級煤粉氣流通道I、高溫氧氣通道2、第二級直流煤粉氣流通道5及第二級旋流煤粉氣流通道7由內至外同軸環套在一起,高溫氧氣旋流葉輪9安裝在高溫氧氣通道2內并靠近高溫氧氣通道2的前端設置,第二級煤粉氣流旋流葉輪8安裝在第二級旋流煤粉氣流通道7內并靠近第二級旋流煤粉氣流通道7的前端設置,第二級旋流通道風室6沿第二級旋流煤粉氣流通道7的徑向設置在第二級旋流煤粉氣流通道7的后端,第二級旋流通道風室6與第二級旋流煤粉氣流通道7連通,第二級直流通道風室4沿第二級直流煤粉氣流通道5的徑向設置在第二級直流煤粉氣流通道5的后端,第二級直流通道風室4與第二級直流煤粉氣流通道5連通,高溫氧氣風室3沿高溫氧氣通道2的徑向設置在高溫氧氣通道2的后端,高溫氧氣風室3與高溫氧氣通道2連通,第一級煤粉氣流通道I的前端設有第一級煤粉氣流噴射擴口 11,高溫氧氣通道2的前端設有高溫氧氣噴射擴口 12,第二級旋流煤粉氣流通道7的前端設有第二級旋流煤粉氣流噴射擴口 13,導流錐10固定安裝在第一級煤粉氣流通道I的第一級煤粉氣流噴射擴口 11內,導流錐10為正圓錐體,導流錐10的底面朝向第一級煤粉氣流通道I的前端設置,導流錐10與第一級煤粉氣流噴射擴口 11之間設有環腔14。其中各通道的截面尺寸由其對應通過的風量、風速計算得出。
具體實施方式
二 如圖I所示,具體實施方式
一所述的一種煤粉高溫富氧點火穩燃器,導流錐10的高度與第一級煤粉氣流噴射擴口 11的長度一致,導流錐10的底面與第 一級煤粉氣流噴射擴口 11、高溫氧氣噴射擴口 12、第二級直流煤粉氣流通道5及第二級旋流煤粉氣流通道7平齊。導流錐10的高度與第一級煤粉氣流噴射擴口 11的長度一致,可最大程度地利用導流錐10高度,使之與第一級煤粉氣流噴射擴口 11配合,保證第一級煤粉氣流的充分轉向。導流錐10的底面與噴口平齊而不突出于噴口之外,可使導流錐10周向外側各噴口的射流發揮隔離保護作用,進而保證導流錐10不會因為距離流場高溫區過近而導致燒損。
具體實施方式
三如圖I所示,具體實施方式
一或二所述的一種煤粉高溫富氧點火穩燃器,其特征是第一級煤粉氣流噴射擴口 11的橫截面為圓形,橫截面為圓形的第一級煤粉氣流噴射擴口的半角α為15 25° ;高溫氧氣噴射擴口 12的橫截面為圓形,橫截面為圓形的高溫氧氣噴射擴口的半角β為20 25° ;第二級直流煤粉氣流通道5為直噴口,第二級旋流煤粉氣流噴射擴口 13的半角Y為45°。第一級煤粉氣流噴射擴口 11的半角α (15 25° )略小于高溫氧氣噴射擴口 12的半角β (20 25° ),可防止第一級煤粉氣流與高溫氧氣混合過早,進而造成著火位置距離噴口太近,燒損噴口。第二級直、旋流煤粉氣流聯合送粉的主要優點是通過調整直流煤粉氣流和旋流煤粉氣流的風量,可控制煤粉氣流的著火位置和火焰形狀,保證其與煤粉燃燒器的良好配合。本發明結合富氧燃燒技術的特點,以強化溫度水平和供氧條件這兩個控制煤粉著火燃燒的主要參數為依據,設計了一種煤粉高溫富氧點火穩燃器以徹底取代油槍。煤粉高溫富氧點火穩燃器利用高溫氧氣作為穩定熱源來保證點火穩燃器自身的穩定著火,然后再利用點火穩燃器保證整個煤粉燃燒器火焰的穩定性,進而有效實現煤粉燃燒器在點火和低負荷穩燃過程中的穩定運行。本發明的煤粉高溫富氧點火穩燃器安裝及工作過程如下
I、安裝位置本發明的煤粉高溫富氧點火穩燃器適合安裝的燃燒器包括旋流煤粉燃燒器和直流煤粉燃燒器。在旋流煤粉燃燒器上,應將本發明的煤粉高溫富氧點火穩燃器安裝在所述的旋流煤粉燃燒器的中心位置,即燃燒器中心管內,取代油槍。在直流煤粉燃燒器上,同樣宜將本發明的煤粉高溫富氧點火穩燃器安裝于所述的直流煤粉燃燒器的中心,即直流煤粉燃燒器一次風道內,取代油槍;當燃燒器一次風道偏小,使得本發明的煤粉高溫富氧點火穩燃器無法安置于其間時,可將本發明的煤粉高溫富氧點火穩燃器安裝于燃燒器一次風道噴口正下方30 IOOmm處。2、工作過程首先,第一級煤粉氣流F1從第一級煤粉氣流通道I以直吹的方式吹出,并在導流錐10的作用下沿一定角度向外擴散;與此同時,高溫氧氣流Fy通過高溫氧氣風室3、高溫氧氣通道2及高溫氧氣旋流葉輪9以旋流方式吹出,并在旋流作用下在流場中形成回流區,與第一級煤粉氣流F1相混合;隨著混合的進行,混合氣流的氧氣體積份額不斷增大、溫度不斷升高,直到達到煤粉氣流的著火溫度,第一級煤粉氣流被點燃;然后,第二級直流煤粉氣流F21通過第二級直流通道風室4、第二級直流煤粉氣流通道5以直流方式吹出;第二級旋流煤粉氣流F22通過第二級旋流通道風室6、第二級旋流煤粉氣流通道7及第二級煤粉氣流旋流葉輪8以旋流吹出,保證第二級直流煤粉氣流與第二級旋流煤粉氣流同時吹出;在第一級富氧燃燒高溫火炬的作用下,第二級直流煤粉氣流F21與第二級旋流煤粉氣流F22被點燃,點火穩燃器成功點火。之后,便可利用點火穩燃器來實現煤粉燃燒器的點火和低負荷穩燃。3、過程控制在使用本發明的煤粉高溫富氧點火穩燃器進行煤粉燃燒器點火時,點火過程遵循所述點火穩燃器第一級到點火穩燃器第二級、再到煤粉燃燒器這一順序,在煤粉燃燒器被 點燃后,可將點火穩燃器第一級中的高溫氧氣直接替換為普通二次風空氣;在使用煤粉高溫富氧點火穩燃器進行煤粉燃燒器低負荷穩燃時,則必須保證在點火穩燃器第一級中使用高溫氧氣,否則可能導致煤粉燃燒器燃燒不穩定,甚至熄火。4、運行調整本發明煤粉高溫富氧點火穩燃器在與直流煤粉燃燒器配合使用時,第二級應以直流煤粉氣流為主,且直流煤粉氣流的煤粉濃度應相對較高,此時旋流煤粉氣流主要起輔助燃盡風的作用;反之,當所述點火穩燃器與旋流煤粉燃燒器配合使用時,第二級應以旋流煤粉氣流為主,且旋流煤粉氣流的煤粉濃度應相對較高,此時直流煤粉氣流主要起間隔風的作用,防止第二級煤粉氣流的著火位置過于靠前,燒損噴口。
權利要求
1.一種煤粉高溫富氧點火穩燃器,其特征是所述的點火穩燃器包括第一級煤粉氣流通道(I)、高溫氧氣通道(2)、高溫氧氣風室(3)、第二級直流通道風室(4)、第二級直流煤粉氣流通道(5 )、第二級旋流通道風室(6 )、第二級旋流煤粉氣流通道(7 )、第二級煤粉氣流旋流葉輪(8 )、高溫氧氣旋流葉輪(9 )、導流錐(10 )、第一級煤粉氣流噴射擴口( 11)、高溫氧氣噴射擴口(12)、第二級旋流煤粉氣流噴射擴口(13)及環腔(14); 第一級煤粉氣流通道(I)、高溫氧氣通道(2)、第二級直流煤粉氣流通道(5)及第二級旋流煤粉氣流通道(7)由內至外同軸環套在一起,高溫氧氣旋流葉輪(9)安裝在高溫氧氣通道(2 )內并靠近高溫氧氣通道(2 )的前端設置,第二級煤粉氣流旋流葉輪(8 )安裝在第二級旋流煤粉氣流通道(7)內并靠近第二級旋流煤粉氣流通道(7)的前端設置,第二級旋流通道風室(6)沿第二級旋流煤粉氣流通道(7)的徑向設置在第二級旋流煤粉氣流通道(7)的后端,第二級旋流通道風室(6)與第二級旋流煤粉氣流通道(7)連通,第二級直流通道風室(4 )沿第二級直流煤粉氣流通道(5 )的徑向設置在第二級直流煤粉氣流通道(5 )的后端,第二級直流通道風室(40與第二級直流煤粉氣流通道(5)連通,高溫氧氣風室(3)沿高溫 氧氣通道(2)的徑向設置在高溫氧氣通道(2)的后端,高溫氧氣風室(3)與高溫氧氣通道(2)連通,第一級煤粉氣流通道(I)的前端設有第一級煤粉氣流噴射擴口(11),高溫氧氣通道(2)的前端設有高溫氧氣噴射擴口(12),第二級旋流煤粉氣流通道(7)的前端設有第二級旋流煤粉氣流噴射擴口(13),導流錐(10)固定安裝在第一級煤粉氣流通道(I)的第一級煤粉氣流噴射擴口( 11)內,導流錐(10)為正圓錐體,導流錐(10)的底面朝向第一級煤粉氣流通道(I)的前端設置,導流錐(10)與第一級煤粉氣流噴射擴口( 11)之間設有環腔(14)。
2.如權利要求I所述的一種煤粉高溫富氧點火穩燃器,其特征是導流錐(10)的高度與第一級煤粉氣流噴射擴口(11)的長度一致,導流錐(10)的底面與第一級煤粉氣流噴射擴口(11)、高溫氧氣噴射擴口(12)、第二級直流煤粉氣流通道(5)及第二級旋流煤粉氣流通道(7)平齊。
3.如權利要求I或2所述的一種煤粉高溫富氧點火穩燃器,其特征是第一級煤粉氣流噴射擴口(11)的橫截面為圓形,橫截面為圓形的第一級煤粉氣流噴射擴口的半角α為15 25°。
4.如權利要求3所述的一種煤粉高溫富氧點火穩燃器,其特征是高溫氧氣噴射擴口(12)的橫截面為圓形,橫截面為圓形的高溫氧氣噴射擴口的半角β為20 25°。
5.如權利要求4所述的一種煤粉高溫富氧點火穩燃器,其特征是第二級直流煤粉氣流通道(5)為直噴口,第二級旋流煤粉氣流噴射擴口(13)的半角Y為45°。
全文摘要
一種煤粉高溫富氧點火穩燃器,它涉及一種煤粉點火穩燃器,該點火穩燃器徹底取代油槍,利用高溫氧氣作為穩定熱源保證點火穩燃器自身的穩定著火,降低了成本。第一級煤粉氣流通道、高溫氧氣通道、第二級直流煤粉氣流通道及第二級旋流煤粉氣流通道由內至外同軸環套在一起,高溫氧氣旋流葉輪安裝在高溫氧氣通道內,第二級煤粉氣流旋流葉輪安裝在第二級旋流煤粉氣流通道內,第二級旋流通道風室與第二級旋流煤粉氣流通道連通,第二級直流通道風室與第二級直流煤粉氣流通道連通,高溫氧氣風室與高溫氧氣通道連通,導流錐固定安裝在第一級煤粉氣流通道的第一級煤粉氣流噴射擴口內,導流錐為正圓錐體。本發明能徹底取代油槍,可與各類煤粉燃燒器配合使用。
文檔編號F23D1/02GK102620292SQ201210120080
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月23日 優先權日2012年4月23日
發明者劉國偉, 張玉, 翟明, 董芃 申請人:哈爾濱工業大學