專利名稱：富氧燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種富氧燃燒器，尤其涉及一種用于電站燃煤鍋爐的富氧燃燒器。
背景技術(shù)：
由于煤粉點火時間長、耗費大以及低負荷時燃燒不穩(wěn)定等，其著火條件比 燃油和燃氣的著火條件高得多，因此過去的傳統(tǒng)電站鍋爐點火普遍采用油槍點 火。點火過程如下鍋爐啟動時先點燃油槍，油在爐膛中燃燒一定時間后將爐 膛加熱到煤粉的著火溫度，此時將煤粉噴入爐膛進行煤油混燒；直到鍋爐達到 50%以上負荷且煤粉可以穩(wěn)定燃燒時才將油逐漸切斷，完成點火啟動過程。這 種點火方法有以下兩個缺點 一、耗油量大，根據(jù)對燃煤機組點火用油情況進 行的抽樣調(diào)查顯示100MW、 125 MW、 200MW、 300MW及600MW機組年冷態(tài)起動機 組平均用油量分別為216.4噸/臺、309.6噸/臺、291.66噸/臺、908. 24噸/臺 和451.62噸/臺。近幾年，工業(yè)用電及民用電不斷增長，但平均電負荷率卻在 下降，電網(wǎng)峰谷差不斷擴大，特別是在低谷時段，使得大容量機組被迫頻繁啟 停調(diào)峰，這樣又大大地增加了電站鍋爐的點火及穩(wěn)燃用油。統(tǒng)計數(shù)字顯示， 100MW、 125MW、 200MW、 300MW及600MW機組年平均穩(wěn)燃用油量分別為312. 2噸 /臺、119.6噸/臺、276.8噸/臺、546.8噸/臺和359.8噸/臺。二、會產(chǎn)生環(huán) 保與社會問題，重油與煤粉混燒導(dǎo)致火電廠的技術(shù)及經(jīng)濟指標變壞，在投油燃 燒時，鍋爐配套的靜電除塵器不能使用，產(chǎn)生一系列環(huán)保、生態(tài)等社會問題。 例如機械不完全燃燒的損失將提高10% 15%，而鍋爐總效率則降低4% 5%;氮、硫氧化物排放量將增大40% 50%;同時由于重油的初始含硫量一般比 煤的含硫量多好幾倍，因而受熱面的高溫腐蝕將加劇，二氧化硫的排放量也將 增加；此外，燃燒重油時排放出的^05還是一種較強的致癌物質(zhì)。3因此，為了提高火力發(fā)電廠的經(jīng)濟性，我國及世界其他國家的科研工作者 研制成功了多種少(節(jié))油點火。少油點火技術(shù)主要有以下五種1、 小油槍點火，將油槍布置在一次風(fēng)燃燒器中，由于油槍的發(fā)熱量全部 用于煤粉氣流的升溫及點火，因此油槍的容量比放置在二次風(fēng)燃燒器中的油槍 小得多。在冷爐啟動或者鍋爐低負荷穩(wěn)燃時，投入小油槍。帶油運行時，小油 槍煤粉燃燒器的燃油熱負荷僅占煤粉燃燒器熱負荷的6%-13%，不會引起燃燒器 燒壞或結(jié)渣。小油槍煤粉燃燒器已應(yīng)用于全國100多臺電站鍋爐(1501:/11-1050t/h)的直流煤粉燃燒器技術(shù)改造。但小油槍點火技術(shù)仍需燃用一定量的燃 料油；且小油槍煤粉燃燒器的設(shè)計還沒有一種公認的方法，特別是對小油槍容 量基本上是通過試驗確定的，其仍然存在需要改進的地方。2、 預(yù)燃室型煤粉燃燒器，如圖1所示，該種燃燒器包括預(yù)燃筒100、旋流 器101、內(nèi)套管102以及一次風(fēng)進口 103和二次風(fēng)進口 104，其利用回流巻吸 高溫?zé)煔夂透邼舛让悍凼姑悍壑鹋c燃燒穩(wěn)定。預(yù)燃室型煤粉燃燒器分為煙煤 型和貧煤型兩種煙煤型預(yù)燃室的壁面為裸露的鋼板，可用冷空氣輸送煤粉； 貧煤型預(yù)燃室的壁面涂有耐火涂料，用熱風(fēng)送粉，使著火穩(wěn)定。這兩種預(yù)燃室 的燃燒器采用葉片旋流式或直流式，因而分別稱為旋流預(yù)燃室和直流預(yù)燃室。 在1990年左右，預(yù)燃室的應(yīng)用最為廣泛，全國使用預(yù)燃室的鍋爐達159臺， 總?cè)萘窟_36860t/h，單臺鍋爐出力在35t/h-670t/h之間不等。但是，該種燃 燒器預(yù)燃室內(nèi)的結(jié)渣和積粉阻礙了其推廣和應(yīng)用，另外，該技術(shù)在大容量機組 方面還不成熟。3、 中心火炬點火技術(shù)如圖2所示，為南京電力?？茖W(xué)校和東南大學(xué)等單位為某電廠670T/ H鍋爐研制的一種中心火炬點火穩(wěn)燃器，其分為兩段，由 燃油預(yù)燃室200和燃煤預(yù)燃室201組成，燃油預(yù)燃室200周壁上設(shè)有一次風(fēng)進 口 202，燃煤預(yù)燃室201周壁上設(shè)有二次風(fēng)進口 203，燃油預(yù)燃室200和燃煤 預(yù)燃室201外部設(shè)有夾套204。該點火穩(wěn)燃器還包括設(shè)在一次風(fēng)管內(nèi)的點火油 槍和燃燒器(未圖示)。在一次風(fēng)管內(nèi)， 一部分煤粉預(yù)燃，剩余的煤粉都直接在 爐膛中點燃，且燃燒器和一次風(fēng)進口平齊放置。該點火穩(wěn)燃器可同時適用于煙 煤和貧煤的點火與穩(wěn)燃。4、 煤粉直接點火燃燒器，如圖3所示，該點火燃燒器包括外殼300、散熱 片301、托架302、燃燒管303、穩(wěn)燃錐304、點火槍305、電弧槍306、防磨 板307以及密封座308，將直流燃燒器的一次風(fēng)進口分成內(nèi)、外兩部分，內(nèi)部 的中心部分即為燃燒管303。由于點火燃燒器內(nèi)安裝了一支點火槍305，所以 開啟點火點火槍305時，燃油火炬將流過燃燒管303的煤粉加熱并點燃。燃燒 放出的熱量通過燃燒管303管壁向外傳遞，使流過一次風(fēng)管與燃燒管303之間 的煤粉氣流加熱升溫，這部分煤粉被噴入爐膛后即被燃燒管303中噴出的煤粉 火焰點燃。當關(guān)閉點火槍305時，燃燒管303內(nèi)的煤粉氣流停止燃燒，使燃燒 管303象普通的一次風(fēng)進口一樣工作。其與第二種煤粉預(yù)燃室比較可看出，當 點火槍305開啟時，燃燒管303相當于一個直流式燃燒預(yù)燃室，預(yù)燃的煤粉是 主煤粉氣流的一部分，這就省去煤粉預(yù)燃室所需的專用煤粉管道及有關(guān)設(shè)備。 這種燃燒器的燃燒管壁不會結(jié)焦，可通用于四角燃燒和一般煤種的鍋爐。5、 少油煤粉直接點火燃燒器，如圖4所示，該種燃燒器主要由拋物線型 的內(nèi)筒構(gòu)成。燃燒器內(nèi)筒利用拋物線有聚焦能量于焦點的光學(xué)特性，把熱量聚 焦于焦點；同時， 一次風(fēng)煤粉氣流以旋流方式進入燃燒筒時形成的回流區(qū)吸引 一部分高溫?zé)煔鈱︼L(fēng)粉進行根部加熱。這兩者足以滿足煤粉著火所需的著火熱 和環(huán)境溫度的需要。內(nèi)筒的二次風(fēng)既冷卻內(nèi)筒，又吹掃內(nèi)襯，使之不積灰、不 結(jié)焦，保證燃燒器長期穩(wěn)定工作。上述幾種少油點火技術(shù)經(jīng)過科研工作者的不懈努力和電力工作者的密切配 合，被不斷應(yīng)用到電力生產(chǎn)之中，節(jié)省了點火與穩(wěn)燃用油，降低了發(fā)電成本。 但是，少油點火技術(shù)只是降低了燃油消耗量，并沒有根本解決煤粉鍋爐點火和 穩(wěn)燃用油的現(xiàn)狀，燃油系統(tǒng)依然存在，油燃料的采購、運輸、儲存和處理等系 統(tǒng)的設(shè)施和管理成本并沒有降低太多。為了解決點火和穩(wěn)燃用油的問題，國內(nèi)外的各大研究機構(gòu)投入了大量的人 力和物力研究開發(fā)了無油點火技術(shù)。無油點火技術(shù)拋棄原有的燃油點火系統(tǒng)， 采用電弧、等離子體、熱壁面、激光等熱源直接點燃煤粉氣流，實現(xiàn)鍋爐啟動 和低負荷穩(wěn)燃。從1978年美國燃燒公司(ACI)研制成功電弧直接點燃煤粉的燃 燒器開始，至今二十多年來，無油點火燃燒器技術(shù)的研究和應(yīng)用一直是最活躍的課題之一。目前，煤粉燃燒器無油直接點火技術(shù)主要有等離子體火焰直接點 火技術(shù)、易燃氣體直接點火技術(shù)、電加熱直接點火技術(shù)和激光直接點火技術(shù)等4種，目前激光直接點火技術(shù)尚未實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。但是，前述的少油點火方式或無油點火方式，或者需要利用某種物質(zhì)的燃 燒熱為激發(fā)熱源，如天然氣、甲垸、乙炔、輕質(zhì)柴油等，或者需要利用電能作 為激發(fā)熱源維持一個長久的點火火炬以保證一次風(fēng)粉的穩(wěn)定燃燒。但綜合評價 煤粉直接點火燃燒器的標準如計算標準(點火技術(shù)、穩(wěn)燃技術(shù)、污染物排放水 平)以及經(jīng)濟標準(初投資及運行、維護等綜合費用)，現(xiàn)有的煤粉點火燃燒器 總拘泥于一種純粹預(yù)燃室的形式，即創(chuàng)造一個高溫的熱源，而忽略了穩(wěn)燃的另 一方面問題即如何降低一次風(fēng)粉的著火溫度，因此這種點火方式還有待于進 一步改進。于是，研究人員研發(fā)了富氧燃燒技術(shù)。由于燃料的燃點溫度通常不 是一個常數(shù)，它與燃燒狀況、受熱速度及環(huán)境溫度等有關(guān)，燃料在空氣中和在 純氧中的燃燒速度相差甚大，如C0在空氣中的點火溫度為609'C，而在純氧中 僅為388'C;氫氣在空氣中的燃燒速度最大為280cm/s,在純氧中的燃燒速度 最大為1175cm/s，是空氣中的4.2倍；天然氣更是高達10. 7倍左右，因此用 富氧助燃，不僅能使火焰變短，提高燃燒強度，加快燃燒速度，獲得較好的熱 傳導(dǎo)，同時溫度的提高將有利于燃燒反應(yīng)完全，從而消除煙塵污染。另外加入 富氧后，燃燒產(chǎn)物減少，相應(yīng)提高了理論燃燒溫度。在一般條件下，富氧率每 提高1%，理論燃燒溫度可提高5(TC 6(TC。因此，對煤粉的點火將起到積極 的作用。實驗顯示用26. 7%的富氧空氣燃燒褐煤或用21. 8%的富氧空氣燃燒無 煙煤所得到的理論燃燒溫度T與用普通空氣燃燒重油得到的T相當，說明用富 氧燒煤可代替用空氣燒油，這在我國煤多油少的情況下特別具有重要意義。隨著近年來膜法制氧技術(shù)的日臻成熟和制氧成本的下降，富氧燃燒技術(shù)日 益得到人們的重視。圖5為Kiga公司在研究C02煙氣回流富氧點火燃燒裝置時 采用的富氧煤粉點火器形式，其包括空氣室400、調(diào)風(fēng)器401、粉煤噴管402、 氧氣管403及精洗煤氣入口 404。這種燃燒裝置不能使富氧氣體與煤粉得到充 分、均勻混合，而且利用回流氣體預(yù)熱的換熱效率也比較低，在富氧氣體與煤 粉的混合以及利用回流氣體對煤粉進行預(yù)熱方面仍存在缺陷。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于電站燃煤鍋爐的富氧燃燒器。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的富氧燃燒器，包括與爐膛連通的燃燒 器，還包括富氧氣體發(fā)生器，該富氧氣體發(fā)生器包括空氣分離器、空氣進管、 氮氣出管及富氧氣體出管；空氣進管、氮氣出管及富氧氣體出管分別與該空氣 分離器的三個端口連接；燃燒器包括內(nèi)套管、中套管、外套管及內(nèi)外套管連接 管，其中，內(nèi)套管置于中套管內(nèi)，中套管置于外套管內(nèi)，內(nèi)套管的一端通過內(nèi) 外套管連接管與外套管的一端連接，內(nèi)套管的另一端與爐膛的入口連通，外套 管的另一端為再生循環(huán)煙氣的進口；中套管一端與爐膛的入口連通，另一端為 煤粉及富氧氣體進口。由以上可見，本發(fā)明使得電站燃煤鍋爐在點火與穩(wěn)燃過程中不再使用燃 油，節(jié)約傳統(tǒng)火電站鍋爐消耗的高品位能；而且燃燒器采用內(nèi)外套管的結(jié)構(gòu)可 對富氧氣體和煤粉進行雙重換熱，提高回流氣體預(yù)熱煤粉的換熱效率，同時利用富氧氣體對煤粉進行氣力輸送，使得富氧氣體與煤粉充分、均勻混合，克服 了現(xiàn)有富氧燃燒技術(shù)的缺點，采用的煙氣再生回流技術(shù)降低了氮氧化物的排放 及減少了高溫?zé)煔鈳ё叩挠酂帷?br>

圖1是現(xiàn)有的預(yù)燃室型煤粉燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有的中心火炬預(yù)燃室的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是現(xiàn)有的煤粉直接點火燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是現(xiàn)有的少油煤粉直接點火燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是現(xiàn)有的富氧點火燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細地說明。
具體實施方式
參照圖6，本發(fā)明包括富氧氣體發(fā)生器和燃燒器兩部分，其中，富氧氣體 發(fā)生器包括空氣分離器10、空氣進管ll、氮氣出管12以及富氧氣體出管13。 燃燒器與爐膛23連通，其包括內(nèi)套管20、中套管21、外套管22以及內(nèi)外套 管連接管24。在富氧氣體發(fā)生器中，空氣進管ll、氮氣出管12、富氧氣體出 管13分別與空氣分離器10的三個端口連接；在燃燒器中，內(nèi)套管20置于中 套管21中，中套管21又置于外套管22中；內(nèi)套管20的一端通過內(nèi)外套管連 接管24與外套管22的一端連接，內(nèi)套管20的另一端與爐膛23的入口 230連 通，外套管22的另一端為如二氧化碳、水蒸氣等再生循環(huán)煙氣的進口 220，再 生回流煙氣依次從進口 220進入外套管22后經(jīng)過內(nèi)套管20流入爐膛23內(nèi)； 中套管21的一端為富氧氣體及煤粉的進口，另一端與爐膛23的入口 230連 通。再生回流煙氣在外套管22內(nèi)流動時運用逆流原理與中套管21中的富氧氣 體、煤粉混合氣流進行熱交換；而再生回流煙氣在內(nèi)套管20內(nèi)流動時運用順 流原理與中套管21中的富氧氣體、煤粉混合氣流進行熱交換；經(jīng)過兩次熱交 換后的富氧氣體與煤粉混合后，經(jīng)過中套管21吹入爐膛23內(nèi)。以下以運用于燃煤電廠的電站鍋爐中的本發(fā)明的富氧燃燒器為例，對本發(fā) 明的工作原理作進一步的說明電廠進行發(fā)電時，首先需要點燃鍋爐，鍋爐進行燃燒時，將空氣由空氣進 管11通入空氣分離器10中，空氣分離器10將空氣分離為氮氣和富氧氣體兩 部分，其中氮氣部分由氮氣出管12排出，富氧氣體部分由富氧氣體出管13排 出，排出的富氧氣體將煤粉運用氣力輸送原理吹入中套管21中；中套管21中 的富氧氣體、煤粉混合氣流， 一方面與外套管22中流動的再生回流煙氣運用 逆流原理進行熱交換，另一方面與內(nèi)套管20中流動的再生回流煙氣運用順流 原理進行熱交換，最后經(jīng)過充分預(yù)熱的富氧氣體、煤粉混合氣流進入鍋爐爐膛 23中進行燃燒；燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過再生處理后經(jīng)過外套管22的進口 220流 入外套管22中，該再生回流煙氣與中套管21中流動的富氧氣體、煤粉混合氣 流經(jīng)過逆流熱交換后，再由內(nèi)外套管連接管24流入內(nèi)套管20中，在內(nèi)套管20 中的再生回流煙氣又與中套管21中流動的富氧氣體、煤粉混合氣流經(jīng)過順流 熱交換，最后由內(nèi)套管20進入鍋爐爐膛23，如此進行不斷循環(huán)回流。8本發(fā)明不但能夠使得電站鍋爐在點火與穩(wěn)燃過程中不再使用燃油，節(jié)約傳統(tǒng)火電站鍋爐消耗的高品位能；而且采用的煙氣再生回流技術(shù)，在降低氮氧化 物排放，減少高溫?zé)煔馑鶐ё叩挠酂岬耐瑫r；采用的內(nèi)套管20、外套管22與 中套管21雙重的換熱技術(shù)，將使得富氧氣體、煤粉混合氣流得到充分預(yù)熱， 縮短煤粉在鍋爐爐膛內(nèi)的著火時間，提高回流氣體預(yù)熱煤粉的換熱效率。同時 本發(fā)明利用富氧氣體吹送煤粉，使得富氧氣體與煤粉得到充分、均勻的混合， 這將有利于煤粉充分燃燒，克服了現(xiàn)有富氧燃燒技術(shù)的缺點。同時采用的內(nèi)套 管、外套管與中套管雙重的換熱技術(shù)，將使得富氧氣體、煤粉混合氣流得到充 分預(yù)熱，縮短煤粉在鍋爐爐膛內(nèi)的著火時間，提高回流氣體預(yù)熱煤粉的換熱效 率。
權(quán)利要求
1、富氧燃燒器，包括與爐膛(23)連通的燃燒器，其特征在于還包括富氧氣體發(fā)生器，所述富氧氣體發(fā)生器包括空氣分離器(10)、空氣進管(11)、氮氣出管(12)及富氧氣體出管(13)；所述空氣進管(11)、氮氣出管(12)及富氧氣體出管(13)分別與所述空氣分離器(10)的三個端口連接；所述燃燒器包括內(nèi)套管(20)、中套管(21)、外套管(22)及內(nèi)外套管連接管(24)，其中，所述內(nèi)套管(20)置于所述中套管(21)內(nèi)，所述中套管(21)置于所述外套管(22)內(nèi)，所述內(nèi)套管(20)的一端通過所述內(nèi)外套管連接管(24)與所述外套管(22)的一端連接，所述內(nèi)套管(20)的另一端與爐膛的入口(230)連通，所述外套管(22)的另一端為再生循環(huán)煙氣的進口(220)；所述中套管(21)一端與爐膛的入口(230)連通，另一端為煤粉及富氧氣體進口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種富氧燃燒器，其包括與爐膛連通的燃燒器，還包括富氧氣體發(fā)生器，該富氧氣體發(fā)生器包括空氣分離器、空氣進管、氮氣出管及富氧氣體出管；空氣進管、氮氣出管及富氧氣體出管分別與空氣分離器的三個端口連接；該燃燒器包括內(nèi)套管、中套管、外套管及內(nèi)外套管連接管，其中，內(nèi)套管置于中套管內(nèi)，中套管置于外套管內(nèi)，內(nèi)套管的一端通過內(nèi)外套管連接管與外套管的一端連接，內(nèi)套管的另一端與爐膛的入口連通，外套管的另一端為再生循環(huán)煙氣的進口；中套管一端與爐膛的入口連通，另一端為煤粉及富氧氣體進口。本發(fā)明使得富氧氣體與煤粉充分、均勻混合，提高回流氣體預(yù)熱煤粉的換熱效率，克服了現(xiàn)有富氧燃燒技術(shù)的缺點。
文檔編號F23D1/00GK101556039SQ20091002253
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月14日
發(fā)明者司鵬飛, 樊越勝 申請人:西安建筑科技大學(xué)