技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及一種防焦多級點火燃燒裝置，適用以
煤粉為
燃料的
鍋爐。
背景技術(shù)
[0002] 在電
力行業(yè)中，電站
煤粉鍋爐在啟動時通常用價格昂貴的輕油來進(jìn)行點火升爐，并且在低負(fù)荷運行或煤質(zhì)變差時也需用輕油來穩(wěn)燃。同時，隨著機(jī)組容量向大型化發(fā)展，要求
電網(wǎng)中有更多的機(jī)組參與調(diào)峰，致使點火和助燃用油大幅增加。而我國自2003年以來，石油進(jìn)口量和消耗量已超過日本，位居世界第二位，石油安全形勢嚴(yán)峻。故而開發(fā)電站鍋爐的無油或少油直接點火與穩(wěn)燃新技術(shù)為緩解我國石油供需矛盾，保障國家經(jīng)濟(jì)安全，具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003] 我國現(xiàn)有的煤粉直接點火技術(shù)，根據(jù)點燃煤粉的
能量的最終來源(激發(fā)熱源)的不同，可以將直接點火技術(shù)分為兩大類：以某物質(zhì)的
燃燒熱作為激發(fā)熱源，包括
馬弗爐點火，少油與微油點火，可燃性氣體點火等點火方式；以
電能作為激發(fā)熱源，包括
電阻加熱點火，中頻
感應(yīng)加熱熱壁面點火，
等離子體點火，中頻感應(yīng)加熱高溫空氣點火等點火方式。而對于大容量的電站煤粉鍋爐來說，無論何種點火技術(shù)，如果采用單級點火的方式去點燃一次
風(fēng)煤粉氣流，外界所需供給的點火能量是非常巨大的，勢必增加煤粉直接
點火系統(tǒng)的設(shè)計難度、設(shè)備成本和運行
費用。
[0004] 對此，研究者們提出了多級點火的概念：利用煤粉直接點火技術(shù)先將一小股煤粉點燃，再利用這股煤粉放出的著火熱去點燃后續(xù)的二三級煤粉，最終點燃整個一次風(fēng)煤粉氣流，實現(xiàn)低功率點火。
[0005] 為了快速穩(wěn)定地點燃一次風(fēng)煤粉氣流，多級點火都是內(nèi)燃式點火。而煤粉氣流的著火放熱呈現(xiàn)強(qiáng)烈的非線性，一旦被點燃后，煤粉氣流放出的著火熱進(jìn)一步促進(jìn)煤粉的燃燒放熱，不但提高了點火燃燒裝置內(nèi)部
溫度，而且迅速消耗氣流中的
氧氣，產(chǎn)生大量CO，使得
燃燒室內(nèi)的氣氛轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原性氣氛，這些都容易使煤粉在燃燒裝置內(nèi)部發(fā)生結(jié)焦，從而影響燃燒裝置的安全運行。
發(fā)明內(nèi)容
[0006] 本實用新型的目的就是針對現(xiàn)有煤粉多級點火技術(shù)中，煤粉著火燃燒與防焦的矛盾，提供一種防焦多級點火燃燒裝置。
[0007] 本實用新型包括一級熱源管、風(fēng)箱、煤粉氣流進(jìn)料裝置、初級預(yù)燃裝置、后級預(yù)燃裝置。
[0008] 初級預(yù)燃裝置包括套置的內(nèi)筒和外筒，內(nèi)筒的內(nèi)部空間為初級預(yù)燃室，內(nèi)筒與外筒之間的空間為環(huán)形的煤粉氣流通道；外筒的長度為外筒內(nèi)徑D的1.5～5倍；內(nèi)筒的
側(cè)壁端面設(shè)置有
倒角，內(nèi)筒長度為外筒長度的60～90％，內(nèi)筒的兩個端面均在外筒的兩個端面以內(nèi)。
[0009] 后級預(yù)燃裝置為與初級預(yù)燃裝置的外筒等徑的圓筒，圓筒的內(nèi)部空間為后級預(yù)燃室，后級預(yù)燃裝置圓筒的長度為0.2～3D。
[0010] 煤粉氣流進(jìn)料裝置包括進(jìn)料管和連接筒，連接筒與為與初級預(yù)燃裝置的外筒等徑的圓筒，進(jìn)料管與連接筒連通，進(jìn)料管軸線與連接筒軸線的夾角為Φ，30°≤Φ≤70°，連接筒內(nèi)對應(yīng)進(jìn)料管的進(jìn)口設(shè)置有
擋板。
[0011] 煤粉氣流進(jìn)料裝置中的連接筒與初級預(yù)燃裝置的外筒之間設(shè)置有初級調(diào)節(jié)環(huán)，初級預(yù)燃裝置的外筒與后級預(yù)燃裝置的圓筒之間設(shè)置有后級調(diào)節(jié)環(huán)，初級預(yù)燃裝置的外筒的一端與初級調(diào)節(jié)環(huán)以及連接筒通過
法蘭連接，初級預(yù)燃裝置的外筒的另一端與后級調(diào)節(jié)環(huán)以及后級預(yù)燃裝置的圓筒通過法蘭連接。
[0012] 初級調(diào)節(jié)環(huán)和后級調(diào)節(jié)環(huán)均為圓環(huán)形，包括連接為一體的環(huán)形平面和圓錐面，其中環(huán)形平面作為法蘭，圓錐面
母線與法蘭環(huán)形平面的夾角為θ，30°≤θ≤80°，圓錐面的高度h＝0.1～0.3D，初級調(diào)節(jié)環(huán)的圓錐面在初級預(yù)燃裝置的外筒內(nèi)、后級調(diào)節(jié)環(huán)的圓錐面在后級預(yù)燃室內(nèi)。
[0013] 風(fēng)箱包括圓筒形的本體和與本體端面中心連通的套筒，套筒的軸向與本體端面垂直，本體的側(cè)面開有進(jìn)風(fēng)口。
[0014] 風(fēng)箱的套筒穿過煤粉氣流進(jìn)料裝置的連接筒進(jìn)入初級預(yù)燃室，一級熱源管穿過風(fēng)箱的本體伸入套筒內(nèi)，一級熱源管與套筒間隙配合，一級熱源管的出口端面與套筒的出口端面的距離k＝0～0.8D，一級熱源管與套筒之間的環(huán)形空間為微調(diào)風(fēng)道。
[0015] 初級預(yù)燃裝置的內(nèi)筒分為引燃段和防焦段，防焦段的長度L為內(nèi)筒總長度的20～80％；防焦段內(nèi)筒的側(cè)壁開有呈陣列排列的防焦孔，防焦孔為傾斜的圓錐形通孔，圓錐孔的
頂點位于初級預(yù)燃室內(nèi)，圓錐孔的頂角β為15～60°，圓錐孔的軸線與內(nèi)筒的軸線夾角α為30～60°，圓錐孔在內(nèi)筒內(nèi)壁的開口的最小孔徑大于等于4mm，圓錐孔在內(nèi)筒外壁的開口面積為防焦段內(nèi)筒外壁總面積的60～95％。
[0016] 一級熱源管、風(fēng)箱的本體和套筒、初級預(yù)燃裝置的內(nèi)筒和外筒、后級預(yù)燃裝置的圓筒同軸設(shè)置。
[0017] 本實用新型可替代現(xiàn)有的電站鍋爐的一次風(fēng)煤粉燃燒裝置，其中初級調(diào)節(jié)環(huán)和后級調(diào)節(jié)環(huán)采用法蘭連接，拆卸更換方便。本實用新型的防焦段的防焦孔的斜向圓錐孔的布置形式使得進(jìn)入初級預(yù)燃室的冷態(tài)后級稀相煤粉氣流的流量與二級預(yù)燃室的燃燒狀況相適應(yīng)，具有自適應(yīng)性，且具有氣流的單向自
鎖性。本實用新型中加入微調(diào)風(fēng)，可對燃燒裝置內(nèi)部的燃燒狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
附圖說明
[0018] 圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為圖1中初級調(diào)節(jié)環(huán)和后級調(diào)節(jié)環(huán)的截面示意圖；
[0020] 圖3為圖1中初級預(yù)燃裝置內(nèi)筒的截面示意圖。
具體實施方式
[0021] 如圖1、2和3所示，一種防焦多級點火燃燒裝置包括一級熱源管1、風(fēng)箱、煤粉氣流進(jìn)料裝置、初級預(yù)燃裝置、后級預(yù)燃裝置6。
[0022] 一級熱源管1內(nèi)通過作為點火熱源的高溫氣流，它可以是由等離子、微油、高溫空氣、可燃性氣體等方式點燃的少量煤粉氣流形成的高溫?zé)煔猓蛉加?、燃?xì)猱a(chǎn)生的高溫?zé)煔猓部梢允菃渭兊母邷乜諝狻?/div>
[0023] 初級預(yù)燃裝置包括套置的內(nèi)筒9和外筒5，內(nèi)筒9的內(nèi)部空間為初級預(yù)燃室，內(nèi)筒9與外筒5之間的空間為環(huán)形的煤粉氣流通道；外筒5的長度為外筒5內(nèi)徑D的1.5～5倍；內(nèi)筒9的側(cè)壁端面設(shè)置有倒角，內(nèi)筒9的長度為外筒5長度的60～90％，內(nèi)筒9的兩個端面均在外筒5的兩個端面以內(nèi)。內(nèi)筒9將電站鍋爐的一次風(fēng)煤粉氣流分為內(nèi)外兩股，其內(nèi)部的煤粉氣流為初級煤粉氣流，在初級預(yù)燃室內(nèi)被一級熱源管內(nèi)的高溫氣流點燃，其外部的煤粉氣流通過內(nèi)筒與外筒之間的環(huán)形通道進(jìn)入后級預(yù)燃室。在后級預(yù)燃室被已經(jīng)著火燃燒的初級煤粉氣流點燃。
[0024] 后級預(yù)燃裝置6為與初級預(yù)燃裝置的外筒等徑的圓筒，圓筒的內(nèi)部空間為后級預(yù)燃室。后級預(yù)燃裝置6圓筒的長度為0.2～3D。
[0025] 煤粉氣流進(jìn)料裝置包括進(jìn)料管2和連接筒3，連接筒3與為與初級預(yù)燃裝置的外筒5等徑的圓筒，進(jìn)料管2與連接筒3連通，進(jìn)料管軸線與連接筒軸線的夾角為Φ，30°≤Φ≤70°，鍋爐一次風(fēng)煤粉氣流從進(jìn)料管進(jìn)入多級點火燃燒裝置。連接筒內(nèi)對應(yīng)進(jìn)料管的進(jìn)口設(shè)置有擋板10。該擋板能夠減少一次風(fēng)煤粉氣流拐彎處形成的回流區(qū)，防止煤粉在該處沉積。
[0026] 煤粉氣流進(jìn)料裝置中的連接筒3與初級預(yù)燃裝置的外筒5之間設(shè)置有初級調(diào)節(jié)環(huán)4，初級預(yù)燃裝置的外筒5與后級預(yù)燃裝置6的圓筒之間設(shè)置有后級調(diào)節(jié)環(huán)7，初級預(yù)燃裝置的外筒5的一端與初級調(diào)節(jié)環(huán)4以及連接筒3通過法蘭連接，初級預(yù)燃裝置的外筒5的另一端與后級調(diào)節(jié)環(huán)7以及后級預(yù)燃裝置6的圓筒通過法蘭連接。在一次風(fēng)煤粉氣流分為兩股之前，流經(jīng)靠近初級預(yù)燃裝置的進(jìn)口
位置處的初級調(diào)節(jié)環(huán)，使得處于中心位置與處于近壁面處的煤粉氣流產(chǎn)生速度差，由于煤粉顆粒的跟隨性，使得大量的煤粉隨氣流進(jìn)入初級預(yù)燃室，提高了位于初級預(yù)燃室內(nèi)的煤粉的濃度，使得從一次風(fēng)煤粉氣流中分出一股較濃的煤粉作為初級預(yù)燃煤粉，降低了其著火熱，使之更易于被點燃。不同參數(shù)的初級調(diào)節(jié)環(huán)可以使這兩股煤粉氣流形成不同的濃淡比。而相對較稀的后級煤粉經(jīng)過內(nèi)筒外的環(huán)行通道后，流經(jīng)的后級濃淡調(diào)節(jié)環(huán)又將其再進(jìn)行濃淡分離，使它的濃相處于后級預(yù)燃室的中心位置，便于被初級預(yù)燃室出口的高溫?zé)煔恻c燃；而稀相處于后級預(yù)燃室的壁面位置，便于保護(hù)后級預(yù)燃室壁面，避免其壁面超溫，
預(yù)防其壁面結(jié)焦。
[0027] 初級調(diào)節(jié)環(huán)4和后級調(diào)節(jié)環(huán)7均為圓環(huán)形，包括環(huán)形平面4-1和圓錐面4-2，環(huán)形平面4-1作為法蘭，圓錐面4-2母線與法蘭環(huán)形平面4-1的夾角為θ，30°≤θ≤80°，圓錐面4-2的高度h＝0.1～0.3D，初級調(diào)節(jié)環(huán)的圓錐面在初級預(yù)燃裝置的外筒內(nèi)、后級調(diào)節(jié)環(huán)的圓錐面在后級預(yù)燃室內(nèi)。
[0028] 風(fēng)箱包括圓筒形的本體12和與本體端面中心連通的套筒11，套筒11的軸向與本體12的端面垂直，本體12的側(cè)面開有進(jìn)風(fēng)口。
[0029] 風(fēng)箱的套筒11穿過煤粉氣流進(jìn)料裝置的連接筒3進(jìn)入初級預(yù)燃室，一級熱源管1穿過風(fēng)箱的本體伸入套筒內(nèi)，一級熱源管1與套筒11間隙配合，一級熱源管1的出口端面與套筒11的出口端面的距離k＝0～0.8D，一級熱源管1與套筒11之間的環(huán)形空間為微調(diào)風(fēng)道。微調(diào)風(fēng)為溫度為
環(huán)境溫度的冷空氣，用于一次風(fēng)煤粉氣流著火后對燃燒的調(diào)節(jié)，其作用有兩點：首先，冷卻一級熱源管，避免一級點火熱源管內(nèi)在可能產(chǎn)生的結(jié)焦；其次，對初級預(yù)燃室的內(nèi)部溫度進(jìn)行一定范圍的調(diào)節(jié)。其風(fēng)量最大不超過一次風(fēng)煤粉氣流流量的5％。
[0030] 初級預(yù)燃裝置的內(nèi)筒9分為引燃段和防焦段，為了防止結(jié)焦，在煤粉氣流燃燒較劇烈的初級預(yù)燃室后部設(shè)計了防焦段，防焦段的長度L為內(nèi)筒總長度的20～80％。防焦段內(nèi)筒的側(cè)壁開有呈陣列排列的防焦孔8，防焦孔8為傾斜的圓錐形通孔，圓錐孔頂點位于初級預(yù)燃室內(nèi)，圓錐孔頂角β為15～60°，圓錐孔的軸線與內(nèi)筒的軸線夾角α為30～60°，圓錐孔在內(nèi)筒內(nèi)壁的開口的最小孔徑大于等于4mm，圓錐孔在內(nèi)筒外壁的開口面積為防焦段內(nèi)筒外壁總面積的60～95％。圓錐孔的作用在于：防止煤粉氣流燃燒較劇烈的初級預(yù)燃室后部結(jié)焦，降低初級預(yù)燃室后部的壁面溫度。當(dāng)初級煤粉被點燃后，由于氣流的膨脹，初級預(yù)燃室內(nèi)的高溫?zé)煔庀虺隹诟咚倭鲃?，此時其內(nèi)部產(chǎn)生較大
負(fù)壓，將其外筒外側(cè)的環(huán)形通道內(nèi)相對稀相的部分后級煤粉氣流通過斜圓錐孔吸入初級預(yù)燃室的防焦段內(nèi)，冷卻初級預(yù)燃室防焦段的壁面，同時在其壁面處形成具有氧化性氣氛的保護(hù)膜。由于初級煤粉的燃燒越劇烈，煙氣流速就越快，產(chǎn)生的負(fù)壓就越大，從防焦錐型孔吸入的氣流就越多，更好地保護(hù)了初級預(yù)燃室壁面，故而該結(jié)構(gòu)具有防焦的自適應(yīng)性，可根據(jù)初級預(yù)燃室內(nèi)的燃燒劇烈程度
自動調(diào)節(jié)吸入的防焦風(fēng)量。且斜錐形孔的結(jié)構(gòu)使得氣流流動具有一定的單向自鎖性，即：氣流從初級預(yù)燃室通過錐孔流向其外環(huán)的流動(反向)阻力遠(yuǎn)大于外環(huán)稀相后級氣流流入初級預(yù)燃室(正向)的阻力大，在試驗工況下，通過數(shù)值模擬以及試驗測量表明，當(dāng)正向流動的阻力系數(shù)為0.7時，反向流動的局部阻力系數(shù)為8。在點火初期，由于可能存在著火的不穩(wěn)定，造成的初級預(yù)燃室壓力
波動，可能會產(chǎn)生間斷性的瞬時
正壓，此時，這種自鎖特性防止了正壓時較大量二級煤粉從防焦孔反向串入三級煤粉氣流。
[0031] 一級熱源管、風(fēng)箱的本體和套筒、初級預(yù)燃裝置的內(nèi)筒和外筒、后級預(yù)燃裝置的圓筒同軸設(shè)置。
