專利名稱：三層二次風(fēng)低氮氧化物旋流燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃燒過程中氮氧化物(NOx)排放控制裝置領(lǐng)域，特別是涉及一種降低 燃煤電站鍋爐燃燒過程中氮氧化物排放的低NOx燃燒器。
背景技術(shù)：
燃煤電廠鍋爐排放的酸性污染氣體主要包括S0X，NOx以及CO2等。隨著我國經(jīng)濟(jì) 技術(shù)發(fā)展和環(huán)保要求的提高，對燃煤電站鍋爐的NOx排放進(jìn)行有效控制，不僅具有顯著的環(huán) 境效益，而且也具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，是目前亟待解決的環(huán)境問題之一。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，低NOx燃燒技術(shù)一直是應(yīng)用最廣泛的控制燃煤鍋爐NOx排 放措施，即便是為了滿足排放標(biāo)準(zhǔn)不得不使用投資和運(yùn)行成本巨大的燃燒后的煙氣脫硝技 術(shù)，仍須采用低NOx燃燒技術(shù)來降低煙氣凈化裝置入口的NOx濃度，從而達(dá)到節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用 的目的。現(xiàn)有的低NOx燃燒技術(shù)主要包括低過量空氣燃燒技術(shù)、空氣分級燃燒技術(shù)、燃料 分級燃燒技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)、低NOx燃燒器技術(shù)等。由于低NOx燃燒器具有技術(shù)成熟、應(yīng) 用簡便、投資費(fèi)用小以及不增加運(yùn)行費(fèi)用，同時能夠?qū)⑸鲜鰩追N低NOx技術(shù)原理綜合在一 起等優(yōu)勢，因此一般作為降低燃煤鍋爐NOx排放的首選技術(shù)，在燃煤電站鍋爐中得到了廣泛 應(yīng)用。許多文獻(xiàn)表明低NOx燃燒器技術(shù)與其他單獨(dú)的NOx控制技術(shù)相比，從脫硝效率、投資 費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、技術(shù)成熟度等綜合考慮上有很大的優(yōu)勢。美國、日本、加拿大、德國等國在 這方面開展了很多研究，但多是針對褐煤、煙煤等高揮發(fā)分煤種開發(fā)的低NOx旋流燃燒器。目前，國內(nèi)外現(xiàn)有低NOx旋流燃燒器能有效降低褐煤、煙煤鍋爐的NOx排放，而貧 煤、無煙煤等低揮發(fā)分煤種存在著著火困難、燃燒穩(wěn)定性差、難燃盡等特點(diǎn)，常規(guī)的手段是 強(qiáng)化著火，強(qiáng)化燃燒，增加熱強(qiáng)度，這固然有利于貧煤、無煙煤的燃燒，但同時也導(dǎo)致了 NOx 生成量的增加，因此現(xiàn)有低NOx旋流燃燒器對燃用貧煤/無煙煤鍋爐的NOx減排效果很差。 然而，我國燃煤電廠中燃用貧煤和無煙煤鍋爐比例較大，且電廠煤質(zhì)多變、質(zhì)量較差，一些 即使按照燃用優(yōu)質(zhì)高揮發(fā)份煤種設(shè)計的鍋爐，經(jīng)常也要燃用較差的低揮發(fā)分煤種。低揮發(fā) 分煤種鍋爐采用低NOx旋流燃燒器同時實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒和低NOx排放的問題至今未能得到很 好解決，國內(nèi)外開展的相關(guān)研究也還很少。因此，開發(fā)一種能夠適用于燃用貧煤/無煙煤鍋 爐同時實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒和低NOx排放的低NOx旋流燃燒器就具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一套實用、高效、經(jīng)濟(jì)的低NOx旋流燃燒器設(shè)備，對于低品質(zhì)煤 種，本發(fā)明可以在保證高效穩(wěn)燃基礎(chǔ)上降低NOx排放達(dá)50%以上，以達(dá)到效益與環(huán)保的最優(yōu) 化組合，為煙氣脫硝技術(shù)提供良好的基礎(chǔ)，可大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用于燃煤電站鍋爐。本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案為—種三層二次風(fēng)低氮氧化物旋流燃燒器，包括由內(nèi)到外依次套接的中心風(fēng)管，一 次風(fēng)管，內(nèi)二次風(fēng)管、中二次風(fēng)管和外二次風(fēng)管，其特征在于，所述內(nèi)二次風(fēng)管出口端位于 所述一次風(fēng)管出口端的下游，所述中二次風(fēng)管出口端位于所述內(nèi)二次風(fēng)管出口端的下游，
3所述外二次風(fēng)管出口端位于中二次風(fēng)管出口端的下游。本發(fā)明所述的中心風(fēng)管送出的中心風(fēng)為直流，用于燃燒器點(diǎn)火時提供油燃燒所需 空氣、在油槍退出和停爐時冷卻油槍和燃燒器，以及在低負(fù)荷時補(bǔ)充所需的氧量。本發(fā)明所述的一次風(fēng)管采用切向進(jìn)風(fēng)方式，以產(chǎn)生旋流的一次風(fēng)；一次風(fēng)管出口 端裝有煤粉濃縮器以提高煤粉濃度。本發(fā)明所述的內(nèi)二次風(fēng)管內(nèi)安裝有內(nèi)二次風(fēng)旋流葉片，以產(chǎn)生旋流的內(nèi)二次風(fēng)。本發(fā)明所述的中二次風(fēng)管內(nèi)安裝有中二次風(fēng)旋流葉片，以產(chǎn)生旋流的中二次風(fēng)。本發(fā)明所述的外二次風(fēng)管中的外二次風(fēng)為直流。本發(fā)明的上述各風(fēng)管出口端都具有一定的徑向向外擴(kuò)展角度。本發(fā)明所述的擴(kuò)展角度為5° 45°。本發(fā)明提供了一套實用、高效、經(jīng)濟(jì)的低NOx旋流燃燒器，脫硝效率可達(dá)50%以上。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)(1)采用了三層二次風(fēng)管的結(jié)構(gòu)，即旋流內(nèi)二次風(fēng)管、旋流中二次風(fēng)管和直流外二 次風(fēng)管。(2)空氣分級技術(shù)明顯加強(qiáng)，燃燒器結(jié)構(gòu)上保證了每層二次風(fēng)管出口端相對其內(nèi) 部的風(fēng)管出口端都有一定距離，這就推遲了燃料與空氣的接觸時間，從而有利于形成還原 性氣氛，使燃料型NOx大幅度降低；同時直流的外二次風(fēng)氧化性氣氛外殼保障了燃燒后期溫 度不會過高，從而可以降低熱力型NOx的生成量。(3)安裝在內(nèi)二次風(fēng)管和中二次風(fēng)管中的旋流葉片固定在葉片拉板上，拉板上安 裝有拉桿，拉桿可以使旋流葉片前后移動，從而可以通過調(diào)節(jié)旋流葉片拉桿位置調(diào)節(jié)旋流 內(nèi)二次風(fēng)、旋流中二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度以及與直流外二次風(fēng)的比例，從而適應(yīng)煤種和負(fù)荷的變化。(4)本發(fā)明的煤種適應(yīng)范圍廣，能很好的適用于我國電站系統(tǒng)的動力用煤。本發(fā)明具有的結(jié)構(gòu)更好的加強(qiáng)了低NOx旋流燃燒器的燃料分級技術(shù)和空氣分級技 術(shù)，從而能夠滿足穩(wěn)定燃燒貧煤、無煙煤的需要和最大限度的降低NOx的生成。


圖1為新型三層二次風(fēng)低NOx旋流燃燒器剖視圖。圖2為新型三層二次風(fēng)低NOx旋流燃燒器進(jìn)口結(jié)構(gòu)圖。圖3為新型三層二次風(fēng)低NOx旋流燃燒器出口結(jié)構(gòu)圖。圖4為臥式單角爐新型三層二次風(fēng)低NOx旋流燃燒器試驗臺架。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明如附圖1 圖3所示的一種三層二次風(fēng)低NOJ^流燃燒器，其主要由從內(nèi)到外依次 套接的中心風(fēng)管1，一次風(fēng)管2，內(nèi)二次風(fēng)管3、中二次風(fēng)管6和外二次風(fēng)管7構(gòu)成。所述內(nèi) 二次風(fēng)管(3)出口端位于所述一次風(fēng)管(2)出口端的下游，所述中二次風(fēng)管(6)出口端位 于所述內(nèi)二次風(fēng)管(3)出口端的下游，所述外二次風(fēng)管(7)出口端位于中二次風(fēng)管(6)出 口端的下游。
中心風(fēng)管1中的中心風(fēng)為直流，中心風(fēng)在燃燒器正常負(fù)荷運(yùn)行時不使用，而主要 用在燃燒器點(diǎn)火時提供油燃燒所需空氣、在油槍退出和停爐時冷卻油槍和燃燒器以及在低 負(fù)荷時補(bǔ)充所需的氧量；一次風(fēng)管2采用了切向進(jìn)風(fēng)方式，造成了一次風(fēng)的旋流，加強(qiáng)了煤粉與空氣的接 觸面積，有利于快速燃燒，一次風(fēng)的風(fēng)率一般為16% 22%;旋流一次風(fēng)管2出口端布置有 煤粉濃縮器，以提高煤粉濃度；內(nèi)二次風(fēng)管3內(nèi)安裝有內(nèi)二次風(fēng)旋流葉片4，造成了內(nèi)二次風(fēng)的旋流，內(nèi)二次風(fēng)風(fēng) 率一般為12% 18%;旋流內(nèi)二次風(fēng)管3出口端位于一次風(fēng)管2出口端下游(沿氣體流動 方向)，與一次風(fēng)管2出口端相距一般為50mm 100mm。旋流內(nèi)二次風(fēng)管3結(jié)構(gòu)一方面滿 足了煤粉在燃燒初期對氧的需要，使煤粉及時著火；另一方面可以增大煙氣回流區(qū)，在燃燒 器出口形成還原性氣氛，以抑制N0X的生成；中二次風(fēng)管6內(nèi)安裝有中二次風(fēng)旋流葉片8，造成了中二次風(fēng)的旋流，中二次風(fēng)風(fēng) 率一般為28% 35%;旋流中二次風(fēng)管6出口端位于內(nèi)二次風(fēng)管3出口端下游(沿氣體流 動方向)，與內(nèi)二次風(fēng)管3出口端相距一般為20mm-50mm。中二次風(fēng)管6結(jié)構(gòu)一方面加大了 空氣分級的力度，可以卷吸更多的高溫?zé)煔饣亓?；另一方面可以使燃料繼續(xù)在還原性氣氛 下燃燒，從而進(jìn)一步還原已生成的N0X ；外二次風(fēng)管7中送出的外二次風(fēng)為直流，直流外二次風(fēng)風(fēng)率一般為25% 30% ； 外二次風(fēng)管7的出口端位于中二次風(fēng)管6出口端下游(沿氣體流動方向)，與中二次風(fēng)管6 出口端相距一般為60mm-120mm。外二次風(fēng)管7結(jié)構(gòu)一方面加強(qiáng)了空氣分級，補(bǔ)充了煤粉燃 燒后期所需空氣，以提高燃燒效率；另一方面提高了氣流射流剛性，在火焰周圍形成了一個 氧化性氣氛殼，避免了結(jié)渣和高溫腐蝕；低N0X旋流燃燒器三層二次風(fēng)管出口端都具有一定的徑向向外擴(kuò)展角度，以加大 空氣分級力度，擴(kuò)展角度一般為5° 45°。應(yīng)用時，三層二次風(fēng)低N0X旋流燃燒器安裝在一臺100kW單角燃燒煤粉爐上開展 試驗。試驗臺架如附圖4所示，它由風(fēng)機(jī)9、給煤器10、一次風(fēng)道11、中心風(fēng)道12、內(nèi)二次風(fēng) 道13、中二次風(fēng)道14、外二次風(fēng)道15、二次風(fēng)風(fēng)箱16、臥式單角爐17以及檢測口 18組成。 啟動時燃燒器先用油槍點(diǎn)火，并由中心風(fēng)管噴出的直流中心風(fēng)提供油燃燒所需空氣，待爐 膛加熱到一定溫度后投入煤粉燃燒，燃燒穩(wěn)定后退出油槍并關(guān)閉中心風(fēng)道，測定此時尾部 N0X排放濃度。煤粉由給煤器進(jìn)行給粉，給煤器給粉量為25kg/h，落下的煤粉由來自下面管 道的熱風(fēng)攜帶，煤粉與一次風(fēng)混合后切向進(jìn)入燃燒器一次風(fēng)管，一次風(fēng)管出口處的煤粉濃 縮器將煤粉濃縮后噴入爐膛燃燒；二次風(fēng)經(jīng)過熱風(fēng)箱加熱后通過不同的管道進(jìn)入不同的二 次風(fēng)管，內(nèi)二次風(fēng)和中二次風(fēng)經(jīng)過各自風(fēng)管內(nèi)安裝的旋流葉片產(chǎn)生旋流后噴入爐膛，而直 流外二次風(fēng)直接由外二次風(fēng)管噴入爐膛。低N0X旋流燃燒器的旋流內(nèi)二次風(fēng)、旋流中二次 風(fēng)以及直流外二次風(fēng)分別由來自同一加熱風(fēng)箱的不同管道進(jìn)行送風(fēng)，管道上有閥門來控制 風(fēng)量的大小，一次風(fēng)道上閥門控制風(fēng)煤比大小。下面是利用上述燃燒器進(jìn)行具體實驗的例子。1.實驗煤種劣質(zhì)煤，以下是煤的工業(yè)分析和元素分析(空氣干燥基)
權(quán)利要求
一種三層二次風(fēng)低氮氧化物旋流燃燒器，包括由內(nèi)到外依次套接的中心風(fēng)管(1)，一次風(fēng)管(2)，內(nèi)二次風(fēng)管(3)，中二次風(fēng)管(6)和外二次風(fēng)管(7)，其特征在于，所述內(nèi)二次風(fēng)管(3)出口端位于所述一次風(fēng)管(2)出口端的下游，所述中二次風(fēng)管(6)出口端位于所述內(nèi)二次風(fēng)管(3)出口端的下游，所述外二次風(fēng)管(7)出口端位于中二次風(fēng)管(6)出口端的下游。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三層二次風(fēng)低氮氧化物旋流燃燒器，其特征在于，所述中心 風(fēng)管(1)送出的中心風(fēng)為直流，用于燃燒器點(diǎn)火時提供油燃燒所需空氣、在油槍退出和停 爐時冷卻油槍和燃燒器，以及在低負(fù)荷時補(bǔ)充所需的氧量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三層二次風(fēng)低氮氧化物旋流燃燒器，其特征在于，所述的 一次風(fēng)管(2)采用切向進(jìn)風(fēng)方式，以產(chǎn)生旋流的一次風(fēng)；一次風(fēng)管(2)出口端裝有煤粉濃縮 器(5)以提高煤粉濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的三層二次風(fēng)低氮氧化物旋流燃燒器，其特征在于，所 述內(nèi)二次風(fēng)管(3)內(nèi)安裝有內(nèi)二次風(fēng)旋流葉片(4)，以產(chǎn)生旋流的內(nèi)二次風(fēng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的三層二次風(fēng)低氮氧化物旋流燃燒器，其特征在于，所 述中二次風(fēng)管(6)內(nèi)安裝有中二次風(fēng)旋流葉片(8)，以產(chǎn)生旋流的中二次風(fēng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的三層二次風(fēng)低氮氧化物旋流燃燒器，其特征在于，所 述外二次風(fēng)管(7)中的外二次風(fēng)為直流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的三層二次風(fēng)低氮氧化物旋流燃燒器，其特征在于，上 述各風(fēng)管出口端都具有一定的徑向向外擴(kuò)展角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三層二次風(fēng)低氮氧化物旋流燃燒器，其特征在于，所述擴(kuò)展 角度為5° 45°。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三層二次風(fēng)低氮氧化物(NOx)旋流燃燒器，它主要由從內(nèi)到外依次套接的一層中心風(fēng)管，一層一次風(fēng)管、內(nèi)二次風(fēng)管、中二次風(fēng)管和外二次風(fēng)管三層二次風(fēng)管組成；其中一次風(fēng)管采用了切向進(jìn)風(fēng)方式，一次風(fēng)管出口端安裝有煤粉收集器；內(nèi)二次風(fēng)管和外二次風(fēng)管內(nèi)安裝有旋流葉片；各二次風(fēng)管出口端都具有一定的向外擴(kuò)展角度。本發(fā)明的低NOx旋流燃燒器通過上述結(jié)構(gòu)能夠加強(qiáng)燃燒器局部分級燃燒效果并增大高溫?zé)煔饣亓髁?，最終達(dá)到燃燒器穩(wěn)定燃燒和降低燃燒所生成NOx的目的。本發(fā)明工業(yè)應(yīng)用性強(qiáng)，適用煤種廣泛，特別適合于我國電力系統(tǒng)的動力用煤。
文檔編號F23D14/58GK101949542SQ201010145738
公開日2011年1月19日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者向軍, 孫路石, 胡松, 蘇勝 申請人:華中科技大學(xué)