一種帶有煤粉流速與濃度監測的微油點火與穩燃裝置的制作方法

本發明涉及一種微油點火與穩燃裝置，屬于熱能動力技術領域。

背景技術：

隨著國際國內燃油價格的不斷攀升，電力、供暖機組的不斷擴建，使得電力、石化等行業的各種煤粉鍋爐的冷態或熱態啟動點火與低負荷穩燃用油量大增，費用也直線上升，同時隨著交通運輸、化工等各種行業用油量的加大，又使得燃油價格不斷生高。為了解決這個問題，各國都在研究無油或者微油點火與穩燃技術，力圖在電力、石化等行業的鍋爐點火與穩燃階段，用價格較低的燃煤來代替燃油，達到以煤代油，節能能源費用的目的。

目前的微油點火技術的研究，但是從研究成果來看，都存在一定的不足，主要表現在煤粉燃燒器燃燒效果不好，煤粉流速與濃度沒有精確的監測，微油槍噴油孔堵塞，導致微油點火發生燃燒器結焦與滅火現象。

技術實現要素：

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種帶有煤粉流速與濃度監測的微油點火與穩燃裝置，將安裝斜坡擾動塊的分級燃燒煤粉燃燒器、空氣霧化微油槍以及煤粉流速與濃度監測裝置結合在一起，從根本上解決點火不成功與燃燒不穩定的問題。

本發明的技術解決方案：一種帶有煤粉流速與濃度監測的微油點火與穩燃裝置，包括分級燃燒煤粉燃燒器、壓縮空氣霧化微油槍組件、煤粉流速與濃度監測裝置、一次風粉管道、微油槍助燃空氣通道；所述的分級燃燒煤粉燃燒器包括煤粉燃燒器外殼、燃燒室、煤粉燃燒器彎頭，燃燒室安裝在煤粉燃燒器外殼內，靠近煤粉燃燒器外殼一端端口；煤粉燃燒器彎頭兩端分別與煤粉燃燒器外殼另一端端口、一次風粉管道連接；所述的壓縮空氣霧化微油槍組件包括微油槍、高能點火器、氣動執行機構連接桿、氣動執行器、微油火檢裝置；微油槍助燃空氣通道插入分級燃燒煤粉燃燒器，端部伸入分級燃燒煤粉燃燒器的燃燒室端口內且從位于微油槍助燃空氣通道末端的微油槍助燃空氣進口獲得空氣，微油槍助燃空氣通道與分級燃燒煤粉燃燒器的燃燒室同軸；微油槍、高能點火器均位于微油槍助燃空氣通道內；氣動執行器通過氣動執行機構連接桿與高能點火器外殼連接，通過氣動執行器的行程運動使得高能點火器進行前后移動；微油火檢裝置與微油槍平行安置，對微油槍的著火狀態進行判斷；煤粉流速與濃度監測裝置固定安裝于一次風粉管道上。

所述的分級燃燒煤粉燃燒器的燃燒室包括外層燃燒室、外層燃燒室環形碰撞環、中間燃燒室、中間燃燒室斜坡擾動塊、內層燃燒室、內層燃燒室斜坡擾動塊、外層燃燒室壁溫測點、內層燃燒室壁溫測點；外層燃燒室、中間燃燒室、內層燃燒室從煤粉燃燒器外殼一端端口開始依次前后排布，外層燃燒室、中間燃燒室與內層燃燒室之間同軸，分別通過支撐塊安裝于煤粉燃燒器外殼內；外層燃燒室環形碰撞環安裝于外層燃燒室的內壁靠近煤粉燃燒器外殼端口一端，中間燃燒室斜坡擾動塊間隔地均勻分布于中間燃燒室的內壁上，內層燃燒室斜坡擾動塊間隔地均勻分布于內層燃燒室的內壁上；外層燃燒室壁溫測點位于外層燃燒室上，內層燃燒室壁溫測點位于內層燃燒室上，外層燃燒室壁溫測點、內層燃燒室壁溫測點分別實時監測外層燃燒室和內層燃燒室的壁溫變化。

所述煤粉燃燒器彎頭內沿弧形彎道安裝彎頭隔板，煤粉燃燒器彎頭內壁與彎頭隔板兩面都安裝有耐磨材質件。

所述中間燃燒室斜坡擾動塊或內層燃燒室斜坡擾動塊為帶有10度～45度傾角的楔形擋塊。

所述微油槍包括外噴嘴、中噴嘴、油噴嘴、微油槍連接管、微油槍槍體；外噴嘴、中噴嘴、油噴嘴以同圓環方式由外到內套裝布置，通過微油槍連接管同微油槍槍體連接；外噴嘴、中噴嘴、油噴嘴、微油槍連接管、高能點火器均位于微油槍助燃空氣通道內。

所述煤粉流速與濃度監測裝置安裝位置距一次風粉管道進口的直段長度大于倍的一次風粉管道直徑，距風粉管道出口的直段長度大于倍的一次風粉管道直徑；一次風粉管道與煤粉燃燒器彎頭連接一端為一次風粉管道出口，另一端為一次風粉管道進口。

所述煤粉流速與濃度監測裝置的感應測量部件為內環盤管式，環繞安裝在一次風粉管道上。

所述耐磨材質件的材料為耐磨陶瓷、龜甲網、高鉻合金或KN納米合金。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)本發明采用安裝斜坡擾動塊的分級燃燒煤粉燃燒器，煤粉燃燒器設計為三層分級燃燒結構，在外層燃燒室內壁布置環形的碰撞環，在中間燃燒室和內層燃燒室內壁布置斜坡擾動塊，能夠使風粉氣流在流動過程中產生流動梯度擾動，增加風粉氣流的湍流度，從而能夠使風粉氣流更好的與微油火焰接觸，穩定燃燒。

(2)本發明在外層燃燒室外壁布置外層燃燒室壁溫測點，在內層燃燒室布置內層燃燒室壁溫測點，能夠實時監測外層燃燒室和內層燃燒室的壁溫變化情況，通過壁溫的變化來調整一次風粉的流動速度，從而防止燃燒室超溫運行.

(3)本發明在煤粉燃燒器彎頭內部布置彎頭隔板，彎頭隔板與彎頭內壁布置耐磨材質件，能夠防止一次風粉在流動過程中經過彎頭時由于離心作用，造成煤粉濃度的不均勻，耐磨材質件保證了彎頭內壁與中間隔板不被風粉氣流沖刷，延長使用壽命。

(4)本發明微油槍采用壓縮空氣霧化形式，壓縮空氣流量通過熱式質量流量計或者金屬管浮子流量計進行精準測量，燃油流量通過渦輪流量計或者質量流量計進行精準測量，對壓縮空氣和燃油也可以采用壓力開關信號測量，壓縮空氣信號和燃油信號輸送到控制系統，對微油槍的燃燒運行提供保護，防止異常情況出現。

(5)本發明微油槍與煤粉燃燒器采用同軸安裝結構，微油槍火焰向前運動的方向與風粉氣流運動方向一致，且相互平行，風粉氣流被噴槍火焰加熱的時間較長，提高了點火穩定性。

(6)本發明煤粉流速與濃度監測裝置設計為非接觸式、全截面風粉測量的測量方式，以陣列式靜電傳感器和空間濾波測量為主，傳感器完全包裹整個風粉徑流，和風粉無摩擦碰撞，對風粉流動無任何干擾，通過煤粉攜帶的靜電信息進行測量，實時記錄風粉的流動速度與濃度。當點火燃燒火焰出現異常時，能夠通過數據測量來進行判斷，從而再進行相關設備與裝置的運行調整，達到穩定的點火燃燒狀態。

(7)本發明主要應用在煤粉鍋爐的冷態或熱態啟動點火與低負荷穩燃階段，同時也可以應用在水泥、陶瓷、冶金等以煤粉作為主要能源的行業。此發明裝置對于煤粉具有很強的適應性，能夠點燃褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤、混煤等各種煤種的煤粉。

附圖說明

圖1為本發明整體結構示意圖；

圖2為本發明煤粉燃燒器部分與微油槍部分前部示意圖；

圖3為本發明煤粉燃燒器部分與微油槍部分后部示意圖；

圖4為本發明煤粉燃燒器彎頭示意圖；

圖5為本發明煤粉燃燒器彎頭隔板示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種帶有煤粉流速與濃度監測的微油點火與穩燃裝置，包括安裝斜坡擾動塊的分級燃燒煤粉燃燒器、壓縮空氣霧化微油槍組件、煤粉流速與濃度監測裝置26、一次風粉管道25、微油槍助燃空氣通道10。

如圖2、圖4、圖5所示，分級燃燒煤粉燃燒器包括煤粉燃燒器外殼1、外層燃燒室2、外層燃燒室環形碰撞環3、中間燃燒室4、中間燃燒室斜坡擾動塊5、內層燃燒室6、內層燃燒室斜坡擾動塊7、外層燃燒室壁溫測點8、內層燃燒室壁溫測點9、煤粉燃燒器彎頭22、彎頭隔板23、耐磨材質件24；外層燃燒室2、中間燃燒室4、內層燃燒室6從煤粉燃燒器外殼1一端端口開始依次前后排布，外層燃燒室2、中間燃燒室4與內層燃燒室6之間同軸，分別通過支撐塊安裝于煤粉燃燒器外殼1內；能夠使風粉氣流在流動過程中產生流動梯度擾動，增加風粉氣流的湍流度，從而能夠使風粉氣流更好的與微油火焰接觸，穩定燃燒。外層燃燒室環形碰撞環3安裝于外層燃燒室2的內壁靠近煤粉燃燒器外殼1端口一端，中間燃燒室斜坡擾動塊5間隔地均勻分布于中間燃燒室4的內壁上，內層燃燒室斜坡擾動塊7間隔地均勻分布于內層燃燒室6的內壁上，中間燃燒室斜坡擾動塊5與內層燃燒室斜坡擾動塊7為帶有10度～45度傾角的楔形擋塊；煤粉燃燒器彎頭22兩端分別與煤粉燃燒器外殼1另一端端口、一次風粉管道25端口連接；煤粉燃燒器彎頭22內沿弧形彎道安裝彎頭隔板23，煤粉燃燒器彎頭22內壁與彎頭隔板23兩面都安裝有耐磨材質件24，能夠防止一次風粉在流動過程中經過煤粉燃燒器彎頭22時由于離心作用，造成煤粉濃度的不均勻，耐磨材質件24保證了煤粉燃燒器彎頭22內壁與中間隔板23不被風粉氣流沖刷，延長使用壽命。外層燃燒室壁溫測點8位于外層燃燒室2上，內層燃燒室壁溫測點9位于內層燃燒室6上。外層燃燒室壁溫測點8、內層燃燒室壁溫測點9能夠分別實時監測外層燃燒室2和內層燃燒室6的壁溫變化情況，通過壁溫的變化來調整一次風粉的流動速度，從而防止燃燒室超溫運行。耐磨材質件24的材料為為耐磨陶瓷、龜甲網、高鉻合金或KN納米合金。

如圖3所示，壓縮空氣霧化微油槍組件包括微油槍11、高能點火器17、氣動執行機構連接桿18、氣動執行器19、微油火檢裝置20；微油槍助燃空氣通道10插入煤粉燃燒器彎頭22，端部伸入內層燃燒室6端口且從位于微油槍助燃空氣通道10末端的微油槍助燃空氣進口21獲得空氣，微油槍11與安裝斜坡擾動塊的分級燃燒煤粉燃燒器部分安裝時采用同軸結構，微油槍助燃空氣通道10與內層燃燒室6同軸；微油槍11包括外噴嘴12、中噴嘴13、油噴嘴14、微油槍連接管15、微油槍槍體16；外噴嘴12、中噴嘴13、油噴嘴14以同圓環方式由外到內套裝布置，通過微油槍連接管15同微油槍槍體16連接；外噴嘴12、中噴嘴13、油噴嘴14、微油槍連接管15、高能點火器17均位于微油槍助燃空氣通道10內；氣動執行器19通過氣動執行機構連接桿18與高能點火器17外殼連接，通過氣動執行器19的行程運動使得高能點火器17進行前后移動，在需要點火時，高能點火器17最前端進入到微油槍11的油霧內，當點火完成后，高能點火器17后移到微油槍噴嘴后面，防止高能點火器17被燒壞；微油火檢裝置20與微油槍11平行安置，對微油槍11的著火狀態進行判斷，當微油槍11著火時，發出有火信號，當微油槍11無火時，發出滅火信號。燃油和霧化空氣從微油槍槍體16和微油槍連接管道15進入到微油槍噴嘴，燃油從油噴嘴14噴出，壓縮空氣從中噴嘴13和外噴嘴12噴出，燃油被壓縮空氣霧化，霧化為超細油霧。壓縮空氣流量通過熱式質量流量計或者金屬管浮子流量計進行精準測量，燃油流量通過渦輪流量計或者質量流量計進行精準測量，對壓縮空氣和燃油也可以采用壓力開關信號測量，壓縮空氣信號和燃油信號輸送到控制系統，對微油槍11的燃燒運行提供保護，防止異常情況出現。

一次風粉管道25與煤粉燃燒器彎頭22連接，煤粉流速與濃度監測裝置26固定安裝于一次風粉管道25上。煤粉流速與濃度監測裝置26包括靜電傳感器27和信號處理模塊28；煤粉流速與濃度監測裝置26固定安裝于一次風粉管道25上；煤粉流速與濃度監測裝置26安裝位置需保證一次風粉管道25進口直段長度大于5倍的一次風粉管道25直徑，出口直段長度大于1倍的一次風粉管道25直徑，煤粉流速與濃度監測裝置26的感應測量部件為內環盤管式，環繞安裝在一次風粉管道25上。

煤粉流速與濃度監測裝置26設計為非接觸式、全截面風粉測量的測量方式，以陣列式靜電傳感器27和空間濾波測量為主，靜電傳感器27完全包裹整個風粉徑流，和風粉無摩擦碰撞，對風粉流動無任何干擾，通過煤粉自身攜帶的靜電信息進行測量，信號處理模塊28對靜電傳感器27測得的信息進行處理，獲得并實時記錄風粉的流動速度與濃度；同時煤粉流速與濃度監測裝置26也可以采用超聲波測量方式。當點火燃燒火焰出現異常時，能夠通過數據測量來進行判斷，從而再進行相關設備與裝置的運行調整，達到穩定的點火燃燒狀態。

本發明的工作原理：一次風粉管道25進口與鍋爐或者窯爐現場的一次風粉管道進行連接，分級煤粉燃燒器噴口前端與爐墻連接，微油槍11的燃油與壓縮空氣通道通過微油槍槍體16與現場管道連接，連接完畢后，仔細檢查燃油、壓縮空氣、信號線等接口，確保無誤后系統安裝完成。先打開壓縮空氣閥門，再打開燃油閥門，壓力與流量信號正常后，氣動執行器運動到位，高能點火器產生高能電火花，高能電火花點燃燃油油霧，然后高能點火器后退，形成溫度在1800℃左右穩定的高溫微油燃燒火焰，微油燃燒火焰穩定運行的同時，保證一次風粉管道25內的風粉氣流滿足點火狀態，并通過煤粉流速與濃度監測裝置26對一次風粉氣流進行穩定監測，保證一次風粉氣流的流速與濃度在點火范圍內，如果風粉流速與濃度出現大的波動，及時通過調整裝置進行調整，微油火檢裝置20能夠保證判斷微油槍噴出燃油是否被點燃，防止意外情況的發生。1800℃的高溫微油燃燒火焰能夠使粒徑在10μm-200μm的煤粉顆粒受到加熱發生爆裂，再造揮發份，所以這種高溫火焰對于點燃煤粉具有良好的效果，微油燃燒火焰首先與煤粉燃燒器內層燃燒室6內的風粉混合物進行點燃作用，然后再與中間燃燒室4的風粉點燃作用，最后再與外層燃燒室2的風粉混合物進行點燃作用，達到分級燃燒的目的，減少煤粉點燃需要的能量。同時彎頭隔板23能夠有效的減少風粉氣流經過彎頭時因為離心作用產生的煤粉顆粒不均的現象，內層燃燒室斜坡擾動塊7和中間燃燒室斜坡擾動塊5以及外層燃燒室環形碰撞環3能夠增加一次風粉氣流的湍流度，增加與微油燃燒火焰的接觸效果，形成穩定的點火燃燒狀態，風粉氣流再進入到爐膛內進行后續的燃燒。

目前以煤作為燃燒介質的行業，由于煤自身的燃燒特性，低溫時煤粉無法直接點燃著火，必須首先將爐膛加熱到一定的溫度，然后再投入煤粉，在加熱的過程中，要消耗大量的燃油或燃氣，我國每年僅電站鍋爐的冷態啟動點火與低負荷穩燃就燒掉大約3000萬噸的燃油，目前在液體燃料與氣體燃料價格高漲的情況下，以每噸燃油價格6000.00元計算，折合人民幣1800.00億元，再加上其它的水泥、陶瓷、冶金等行業，因此每年的冷態啟動點火與低負荷穩燃，所消耗液體燃料的費用是一個極大的數字，而應用這項技術，以微油槍燃燒火焰直接點燃煤粉放出的熱量，來代替大油槍燃燒放出的熱量，以煤代油，消耗微量燃油，所以應用這項技術在目前能源供給緊張的情況下，將對國家的燃油與燃氣的安全供應提供強大的支持。

本發明未詳細說明的內容為本領域技術人員公知常識。