一种旋流煤粉锅炉燃烧器的制作方法

1.本实用新型属于锅炉燃烧器技术领域，具体涉及一种旋流煤粉锅炉燃烧器。

背景技术：

[0002]“十三五”期间，我国风电、太阳能等清洁能源装机容量迅猛增长，电网在运机组调峰容量不足，为增加电网的调峰容量及保证电网安全稳定运行，火电机组灵活性改造及深度调峰迫在眉睫。目前电力市场的供需矛盾同样十分突出，要求火电机组在超低负荷下运行，实现深度调峰，提高机组的调峰容量。提升我国火电机组的运行灵活性。
[0003]
目前我国燃煤火电机组在纯凝工况下可调峰幅度在60～70％，为达到稳定燃烧最低负荷 20％额定负荷的目标，30％额定负荷下，超临界机组需要进行十分复杂且稳定性较差的“干态”/“湿态”转换，锅炉的稳燃性能也将接受极大考验。为此亟需开展宽调节比旋流燃烧器的优化设计，对燃烧器结构进行改造。
[0004]
对于燃烧器来说，影响其煤粉气流着火的主要因素有三方面，煤粉浓度、温度、氧浓度。对于一个实际工程来说，特定工况下，炉内的温度水平已经基本确定，煤粉气流的边界条件的调整范围极小，故在燃烧器改造中，只能通过煤粉浓缩设计入手，来改善煤粉气流的着火条件。下面就煤粉浓度的影响做一说明。
[0005]
一次风煤粉气流进入炉膛后，接受炉内对流和辐射传热，温度升高，达到着火温度后开始着火，即要吸收一定的热量——着火热。该热量包括加热煤粉和一次风所需热量以及煤粉中水分蒸发、过热所需热量。煤粉气流的着火热越小，就越容易着火。影响煤粉气流着火的主要因素有煤的性质、煤粉细度、一次风量、一次风速、一次风温、燃烧器区域烟气温度和炉内空气动力场等。
[0006]
从传热角度来看，对煤粉气流的加热来自于炉壁的辐射热。如图1和图2所示，随着煤粉气流变浓，煤粉气流温升加快，导致着火提前。另一方面，随着煤粉浓度上升，颗粒对辐射热的屏蔽作用加强，煤粉气流所吸收的热量随着煤粉浓度的增加而增加的很少，而煤粉气流的热容则迅速增加，对应的煤粉气流的升温速度反而降低。这一规律在二者的关系曲线中体现的结果就是，初期随煤粉浓度升高，着火热下降很快；随着煤粉浓度的进一步上升，着火热下降渐趋缓慢。
[0007]
从反应机理来看，在低煤粉浓度下，颗粒升温速率低，挥发份释放时间长，不足以引起整个煤粉气流的连续着火，而氧量相对较多，极易达到颗粒表面，着火易在颗粒表面进行，引起多相着火，着火温度升高。当煤粉浓度升高时，颗粒升温速度加快，挥发份释放时间短，气相中挥发份浓度高，引起均相着火，着火温度低。当煤粉浓度太高时，由于氧量不足，难以维持反应的持续进行，反应速度降低，导致浓度增加而升温速度明显减慢，此时助燃挥发份的浓度不足以抵消升温速度的降低，燃烧温度有所下降。
[0008]
因此，对每一种煤来说，其煤粉浓度都有一个最佳值，在此最佳值下，着火最容易、迅速。

技术实现要素：

[0009]
本实用新型的目的在于提供一种旋流煤粉锅炉燃烧器，通过优化燃烧器出口着火区的煤粉燃烧条件，保证燃料与氧气的良好接触，提高了燃烧器低负荷稳燃能力。
[0010]
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0011]
一种旋流煤粉锅炉燃烧器，包括由外向内依次同轴设置的二次风管、一次风管及中心风管，一次风管一端外侧安装有稳燃头，靠近稳燃头一侧管壁内部设置有节流环，管壁外部套装有旋风器，一次风管另一端设置成弯头，所述一次风管与中心风管之间安装有稳燃齿环，且稳燃齿环与稳燃头位于同侧设置。
[0012]
靠近所述弯头一侧一次风管内壁设置有挡块，挡块面积占一次风管面积的18.7％。
[0013]
所述一次风管的出口处设置有与一次风平齐的分隔环。
[0014]
本实用新型的技术效果为：
[0015]
本实用新型通过增设挡块后，消弱弯头效应，使得一次风管出口煤粉分布形式更加均匀；锅炉低负荷稳燃能力提高，同时高负荷结焦性影响不大。
[0016]
本实用新型通过增设分隔环，风粉气流在经过浓缩器之后，能够保持一定的浓缩效果到一次风管出口，内环煤粉量增加，煤粉更靠近中心风管，且一次风管出口处风量均匀性有所增加。
[0017]
既可以保证锅炉低负荷稳燃能力提高，同时高负荷结焦性影响不大。
附图说明
[0018]
图1是煤粉浓度与着火热的关系示意图；
[0019]
图2是煤粉浓度与着火距离示意图；
[0020]
图3是原始设计燃烧器不同截面位置速度分布图；
[0021]
图4是原始设计燃烧器不同截面位置煤粉浓度分布图；
[0022]
图5本实用新型实施例1带有挡块的旋流煤粉锅炉燃烧器示意图；
[0023]
图6本实用新型实施例1带有挡块的旋流煤粉锅炉燃烧器断面示意图；
[0024]
图7是本实用新型实施例1带有挡块的旋流煤粉锅炉燃烧器不同截面位置速度分布仿真图；
[0025]
图8是本实用新型实施例1带有挡块的旋流煤粉锅炉燃烧器不同截面位置煤粉浓度分布仿真图；
[0026]
图9是本实用新型实施例2带有分隔环的旋流煤粉锅炉燃烧器示意图；
[0027]
图10是本实用新型实施例2带有分隔环的旋流煤粉锅炉燃烧器不同截面位置速度分布仿真图；
[0028]
图11是本实用新型实施例2带有分隔环的旋流煤粉锅炉燃烧器不同截面位置煤粉浓度分布仿真图；
[0029]
1-稳燃头，2-二次风管，3-中心风管，4-旋风器，5-节流环，6-一次风管，7-弯头，8-稳燃齿环，9-进风管，10-挡块，11-分隔环。
具体实施方式
[0030]
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
[0031]
实施例1
[0032]
如图5和图6所示，一种旋流煤粉锅炉燃烧器，包括由外向内依次同轴设置的二次风管、一次风管及中心风管，一次风管一端外侧安装有稳燃头，靠近稳燃头一侧管壁内部设置有节流环，管壁外部套装有旋风器，一次风管另一端设置成弯头，所述一次风管与中心风管之间安装有稳燃齿环，且稳燃齿环与稳燃头位于同侧设置；靠近所述弯头一侧一次风管内壁设置有挡块，挡块面积占一次风管面积的18.7％；将燃烧用空气分为四部分：直流一次风、旋流二次风、旋流三次风及中心风，燃烧器逐级配风，实现分级燃烧。
[0033]
二次分管内的风量是内二次风；不通过燃烧器即燃烧器外部的边界条件是外二次风。
[0034]
针对此技术改造方案进行数值模拟，通过冷态时煤粉浓度的变化到最佳的燃烧器优化结构，计算的边界条件见表1、表2。
[0035]
表1燃烧器边界条件(100％负荷)
[0036] 单位一次风中心风内二次风外二次风风量kg/s7.89250.543.087.2风温℃65390390390
[0037]
其中，一次风量包含煤粉水分，单台磨5根粉管。
[0038]
表2煤质数据
[0039]
项目单位数值收到基全水分％29.6空气干燥基水分％14.8干燥无灰基挥发分％47.97收到基灰分％15.99收到基低位发热量kj/kg14510收到基碳％40.25收到基氢％3.28收到基氧％9.74收到基氮％0.71收到基硫％0.43单只煤量kg/s3.5694
[0040]
如图3和图4所示，截面位置为燃烧器中心截面和靠近出口截面。从速度场可以看出，在燃烧器出口区域一次风外向扩散，中心风速较低，靠近中心风区域形成中心回流；由出口截面速度分布可见，由于弯头的影响，在一次风出口最低位置，速度较低；又由于弯头内挡块的作用，在一次风出口截面左右两侧靠近中间位置速度较高，但流场分布呈现左右对称的形式。
[0041]
根据燃烧器截面的煤粉浓度分布图可见，煤粉主要集中在一次风的上半部，且在弯头与浓缩器的共同作用下，煤粉分布主要集中在内侧靠近中心风管的位置。
[0042]
如图7和图8为燃烧器不同截面位置的速度分布于煤粉浓度分布计算结果，可以看
出，由于设置了挡块，一次风管内的风与煤粉的分布更为均匀，由一次风出口速度云图可见，对比原始设计工况一次风出口速度均匀性出现变好的趋势。
[0043]
如图8煤粉浓度分布可见，由于设置了挡块，进一步削弱弯头效应，一次风出口煤粉分布形式更为均匀。
[0044]
由表3可见，从出口位置上半部与下半部风量与煤量统计来看，增加挡块可以减小上、下部分煤量的差别，但是同时增大了上、下部风量差别。
[0045]
表3一次风出口位置风量与煤量统计结果
[0046][0047]
使用本实用新型的有益效果是：增设挡块后，消弱弯头效应，使得一次风出口煤粉分布形式更加均匀；锅炉低负荷稳燃能力提高，同时高负荷结焦性影响不大。
[0048]
实施例2
[0049]
如图9所示，一种旋流煤粉锅炉燃烧器，包括由外向内依次同轴设置的二次风管、一次风管及中心风管，一次风管一端外侧安装有稳燃头，靠近稳燃头一侧管壁内部设置有节流环，管壁外部套装有旋风器，一次风管另一端设置成弯头，所述一次风管与中心风管之间安装有稳燃齿环，且稳燃齿环与稳燃头位于同侧设置。所述一次风的出口处设置有与一次风平齐的分隔环，使浓淡相煤粉气体保持到燃烧器出口。
[0050]
针对此技术改造方案进行数值模拟，通过冷态时煤粉浓度的变化到最佳的燃烧器优化结构，计算的边界条件见表4、表5。
[0051]
表4燃烧器边界条件(100％负荷)
[0052] 单位一次风中心风内二次风外二次风风量kg/s7.89250.543.087.2风温℃65390390390
[0053]
其中，一次风量包含煤粉水分，单台磨5根粉管。
[0054]
表5煤质数据
[0055]
项目单位数值收到基全水分％29.6空气干燥基水分％14.8干燥无灰基挥发分％47.97收到基灰分％15.99收到基低位发热量kj/kg14510收到基碳％40.25收到基氢％3.28收到基氧％9.74收到基氮％0.71
收到基硫％0.43单只煤量kg/s3.5694
[0056]
如图3和图4所示，截面位置为燃烧器中心截面和靠近出口截面。从速度场可以看出，在燃烧器出口区域一次风外向扩散，中心风速较低，靠近中心风区域形成中心回流；由出口截面速度分布可见，由于弯头的影响，在一次风出口最低位置，速度较低；在一次风管出口处增设分隔环，使浓淡相煤粉气流保持到燃烧器出口。
[0057]
根据燃烧器截面的煤粉浓度分布图可见，煤粉主要集中在一次风的上半部，且在弯头与浓缩器的共同作用下，煤粉分布主要集中在内侧靠近中心风管的位置。
[0058]
从图10分布形式可以看出，增加分隔环对出口回流区的形式没有明显影响。对比原始设计工况，由于增设了分隔环，使得风粉气流在经过浓缩器之后，能够保持一定的浓缩效果到一次风出口，且一次风出口处风量均匀性有所增加。
[0059]
如图11所示，煤粉浓度分布可见，煤粉浓度分布形式无明显变化，煤粉主要分布在一次风管上半部，且由于分隔环的影响，经过浓缩器后，煤粉主要集中在内环区域。
[0060]
通过分隔环的设计，既可以保证锅炉低负荷稳燃能力提高，同时高负荷结焦性影响不大。
[0061]
由表6可见，增设分隔环，内环煤粉量增加，煤粉更靠近中心风管；增设分隔环后内环的风量也是增加的，且风量的增加量更大。故风煤比有所下降。
[0062]
表6计算结果汇总表
[0063][0064]
注：内外环一次风量为输出统计数据，已包含煤粉水分。
[0065]
使用本实用新型的有益效果是：增设分隔环，风粉气流在经过浓缩器之后，能够保持一定的浓缩效果到一次风出口，内环煤粉量增加，煤粉更靠近中心风管，且一次风出口处风量均匀性有所增加。

技术特征：

1.一种旋流煤粉锅炉燃烧器，其特征在于：包括由外向内依次同轴设置的二次风管、一次风管及中心风管，一次风管一端外侧安装有稳燃头，靠近稳燃头一侧管壁内部设置有节流环，管壁外部套装有旋风器，一次风管另一端设置成弯头，所述一次风管与中心风管之间安装有稳燃齿环，且稳燃齿环与稳燃头位于同侧设置，靠近所述弯头一侧一次风管内壁设置有挡块，挡块面积占一次风管面积的18.7％。2.一种旋流煤粉锅炉燃烧器，其特征在于：包括由外向内依次同轴设置的二次风管、一次风管及中心风管，一次风管一端外侧安装有稳燃头，靠近稳燃头一侧管壁内部设置有节流环，管壁外部套装有旋风器，一次风管另一端设置成弯头，所述一次风管与中心风管之间安装有稳燃齿环，且稳燃齿环与稳燃头位于同侧设置，所述一次风管的出口处设置有与一次风平齐的分隔环。

技术总结

一种旋流煤粉锅炉燃烧器，包括由外向内依次同轴设置的二次风管、一次风管及中心风管，一次风管一端外侧安装有稳燃头，靠近稳燃头一侧管壁内部设置有节流环，管壁外部套装有旋风器，一次风管另一端设置成弯头，所述一次风管与中心风管之间安装有稳燃齿环，且稳燃齿环与稳燃头位于同侧设置。靠近所述弯头一侧一次风管内壁设置有挡块，挡块面积占一次风管面积的18.7％。所述一次风管的出口处设置有与一次风平齐的分隔环。本实用新型通过增设挡块后，消弱弯头效应，使得一次风出口煤粉分布形式更加均匀。本实用新型通过增设分隔环，风粉气流在经过浓缩器之后，能够保持一定的浓缩效果到一次风管出口，且一次风出口处风量均匀性有所增加。加。加。