專利名稱：煤粉鍋爐純氧點火/穩(wěn)燃裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于煤粉鍋爐，具體涉及一種煤粉鍋爐純氧點火/穩(wěn)燃裝置及 方法。
背景技術：
煤粉鍋爐點火和穩(wěn)燃技術是鍋爐啟動過程中組織煤粉燃燒，以及在鍋 爐運行時穩(wěn)定燃燒的技術措施。現(xiàn)代煤粉鍋爐點火和穩(wěn)燃措施主要分為三 大類1、常規(guī)油槍點火和穩(wěn)燃技術；2、小油(微油)點火和穩(wěn)燃技術；3、等離子點火和穩(wěn)燃技術。1、常規(guī)油槍點火和穩(wěn)燃技術常規(guī)油槍點火和穩(wěn)燃技術是目前最常見的技術，主要包擴電打火器、 點火啟動油槍(含推進裝置)、供油系統(tǒng)、蒸汽霧化裝置和火檢保護等， 油槍一般安裝在煤粉燃燒器內(nèi)部。鍋爐啟動時，油槍噴出高濃度霧化后的 燃油并與空氣充分混合，燃油混合氣被電打火器點燃后燃燒并釋放大量熱 量，形成高溫煙氣點燃煤粉燃燒器噴出的煤粉。當進入鍋爐燃燒的煤粉煤 質(zhì)變差，燃燒不穩(wěn)定時，投入油槍噴入助燃油可以起到穩(wěn)定燃燒的作用。 常規(guī)油槍點火和穩(wěn)燃主要依靠助燃油(通常為柴油或重油)燃燒，單位小時的燃油消耗量為1 2噸左右，300MW鍋爐啟動需消耗助燃油50噸左右。 常規(guī)油槍點火和穩(wěn)燃技術具有性能可靠、功率大、適用煤種范圍廣等 優(yōu)點，因此在電廠得到廣泛應用，特別是應用于燃燒著火性能差的貧煤無 煙煤鍋爐上。這種技術的缺點也是十分明顯的點火需要配置大儲油罐和油泵房，系統(tǒng)占地大，鍋爐啟動點火助燃油消耗巨大，費用高，越來越不 符合當今社會對節(jié)能環(huán)保的發(fā)展要求。
2、 小油(微油)點火和穩(wěn)燃技術
小油(微油)點火和穩(wěn)燃技術是一項應用較為廣泛的技術，它的原理 是在煤粉燃燒器內(nèi)部布置小油點火裝置，并利用文丘里等裝置將煤粉濃縮 和分級，先將很小一部分高濃度煤粉送入小型油槍中，迅速被點燃并釋放 出熱量，燃燒溫度提高，隨后加入更多的被濃縮的煤粉，熱量釋放放大， 溫度進一步提高直到全部煤粉混合和點燃。煤粉燃燒過程是一個逐級放大 的過程。小油和微油點火裝置的助燃油消耗量相對較少，單位小時的燃油 消耗量大約從幾十到一二百公斤。
小油(微油)點火和穩(wěn)燃技術在很大程度上節(jié)約了助燃油耗量、系統(tǒng) 相對簡單、初投資小。但其缺點也不少，主要表現(xiàn)在由于熱功率較小， 一般只適合于煙煤鍋爐，在貧煤鍋爐上使用效果欠佳，在無煙煤鍋爐上不 能使用；小油槍的噴嘴常因高溫結(jié)焦堵塞，可靠性差；點燃和助燃能力相 對較弱，鍋爐啟動時間延長，許多時候仍需常規(guī)油槍投入才能按時啟動完 成，造成實際節(jié)油效果下降。
3、 等離子點火和穩(wěn)燃技術
等離子點火和穩(wěn)燃技術是一種新發(fā)展起來的技術，利用高電壓產(chǎn)生等 離子電弧，核心溫度高達三、四千攝氏度，先利用等離子弧點燃少部分濃 縮煤粉，其它技術原理與小油(微油)點火和穩(wěn)燃技術相仿，剩余煤粉逐 級送入，熱量釋放逐級放大，直至足夠的煤粉被點燃。
等離子點火和穩(wěn)燃技術是目前唯一實現(xiàn)鍋爐無油啟動的技術，實際節(jié) 油效果十分明顯，與前兩種技術比較，技術優(yōu)勢較為明顯，因此近年來展很快。但等離子點火和穩(wěn)燃技術的缺陷也是十分明顯的，主要表現(xiàn)在 受電極材料壽命的限制，等離子的功率一般限制在200KW以下，點燃煙煤 煤粉相對容易，但對貧煤鍋爐則使用效果較差，對無煙煤無能為力；采用 等離子技術點火后，鍋爐啟動溫升速率較快，部分鍋爐不適應；電極存在 壽命短、使用中易損壞的缺陷；需要布置眾多隔離變壓器、系統(tǒng)占地面積 大、初投資大，運行維護工作量較大；實際使用中的可靠性與常規(guī)油槍相 比仍有相當大的差距。
煤粉鍋爐點火和穩(wěn)燃技術至今已有近百年的發(fā)展歷史，當今上述三種 技術在不同的電廠和鍋爐上廣泛使用，總結(jié)起來，它們共同的技術特征是: 利用外界能源(燃油化學能、電能)持續(xù)不斷地提供煤粉氣流點火和穩(wěn)燃 所需的基本能量，助燃能源消耗量較大；在燃燒的化學機理和燃燒過程上， 上述燃燒方式主要是建立滿足煤粉初始燃燒所需要的穩(wěn)定溫度條件。
由于上述兩個技術特征的限制，對于燃燒無煙煤的鍋爐，由于煤粉燃 燒所需的初始溫度很高(〉700°C)，常規(guī)油槍技術需要長時間消耗大量的 助燃油，等離子和小油技術則無能為力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種助燃油或外界能源消耗很小，運行費用 低，點火和穩(wěn)燃效果好、煤種適應性強，鍋爐啟動中防止尾部受熱面干燒 超溫的效果好，鍋爐啟動過程中尾部煙道二次燃燒的可能性大大減少，同 時又減少了啟動過程中的污染物排放的煤粉鍋爐純氧點火/穩(wěn)燃裝置及方 法。
為達到上述目的，本發(fā)明的裝置包括包括一次風通道以及設置在一 次通道內(nèi)的純氧點火槍和用于打火的電子打火器，所說的純氧點火槍包括一個油通道和套裝在油通道外側(cè)的高壓純氧通道，所說的油通道出口側(cè)的 管壁上開設有與高壓純氧通道相連通的通孔，高壓純氧通道的外壁上開設 有一至兩組與煤粉氣流相連通的噴嘴。
本發(fā)明的高壓純氧通道后端連接有一高壓氧腔體，高壓氧腔體內(nèi)設置 有一環(huán)形分隔板，環(huán)形分隔板將高壓氧腔體分隔成兩個漸縮結(jié)構(gòu)且分別與
通孔及噴嘴相連通的空腔；油通道的出口為一漸擴結(jié)構(gòu)，通孔開設在油通 道的喉部且沿圓周均勻分布；噴嘴沿圓周均勻開設在高壓純氧通道的外壁 上。
本發(fā)明的方法為1)初期點火階段
在鍋爐點火啟動時，助燃燃料即油或天然氣經(jīng)由純氧點火槍2的助燃 燃料油通道5噴入爐膛，在即將進入爐膛前純氧經(jīng)過高壓純氧通道4通過 通孔7送入油通道5與助燃燃料預混，并在離開純氧點火槍2后被電子打 火器3產(chǎn)生的電弧點燃，釋放熱量，并形成高溫煙氣；
2) 助燃煤粉階段
煤粉和一次風粉混合物通過主燃燒器的一次風通道1進入爐膛，此時 大量純氧通過高壓純氧通道4并經(jīng)噴嘴8噴出與一次風粉混合物進行混 合.
助燃燃料燃燒形成的高溫煙氣與純氧一次風粉混合物摻混，提升了煤 粉顆粒的溫度并達到著火點。在持續(xù)不斷的純氧助燃下，混合物溫度急劇 上升，并達到自組織燃燒的臨界條件；
3) 純煤粉燃燒階段
繼續(xù)提高純氧和煤粉的供應量，在煤粉燃燒能夠完全自我支持的條件 下，切斷助燃油燃料供應，轉(zhuǎn)為純煤粉燃燒階段。本發(fā)明在燃燒的化學機理和過程上，依靠持續(xù)不斷提供純氧后降低煤 粉著火點溫度，迅速提高煤粉燃燒速率和燃燒規(guī)模，由于純氧對煤粉顆粒 的燃燒速率提升有很大的幫助，并使得燃燒功率持續(xù)放大，初期點火和助 燃煤粉階段的時間很短，因此助燃燃料的消耗極少。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
參見圖1，本發(fā)明包括一次風通道1以及設置在一次風通道1內(nèi)的純
氧點火槍2和用于打火的電子打火器3，點火槍2包括一個油通道5和套 裝在油通道5外側(cè)的高壓純氧通道4，高壓純氧通道4后端連接有一高壓 氧腔體6，高壓氧腔體6內(nèi)設置有一環(huán)形分隔板9，環(huán)形分隔板9將高壓 氧腔體6分隔成內(nèi)外兩個漸縮結(jié)構(gòu)的空腔，油通道5的出口為一漸擴結(jié)構(gòu)， 油通道5的喉部沿圓周均勻開設有與外空腔相連通的通孔7，高壓純氧通 道4的外壁上沿圓周均勻開設有兩組與煤粉氣流相連通的噴嘴8。 純氧點火及穩(wěn)燃方法的工作過程和原理
純氧點火及穩(wěn)燃技術的工作過程分三個階段，原理分析如下 第一階段初期點火階段
在鍋爐點火啟動時，助燃燃料即油或天然氣經(jīng)由點火槍2的助燃燃料 油通道5噴入爐膛，在即將進入爐膛前純氧經(jīng)過高壓純通道4通過通孔7 送入油通道5與助燃燃料預混，并在離開點火槍2后被電子打火槍3產(chǎn)生 的電弧點燃，由于摻混了純氧，燃燒速率很高，釋放大量熱量，并形成高溫煙氣；
第二階段助燃煤粉階段
煤粉和一次風粉混合物通過主燃燒器的一次風通道1進入爐膛，此時 大量純氧通過高壓純氧通道4并經(jīng)噴嘴8噴出與一次風粉混合物進行混 合.
在離點火槍出口一定距離，助燃燃料燃燒形成的高溫煙氣與純氧一次 風粉混合物摻混，提升了煤粉顆粒的溫度并達到著火點。在持續(xù)不斷的純 氧助燃下，燃燒十分迅猛，大量熱量釋放，混合物溫度急劇上升，并達到 能夠自組織燃燒的臨界條件；
第三階段純煤粉燃燒階段
繼續(xù)提高純氧和煤粉的供應量，在煤粉燃燒能夠完全自我支持的條件 下，切斷助燃燃料供應，轉(zhuǎn)為純煤粉燃燒階段，此階段中不再需要外界熱 源，完全依賴煤粉燃燒使得鍋爐升溫升壓。
由于純氧對煤粉顆粒的燃燒速率提升有很大的幫助，并使得燃燒功率 持續(xù)放大，初期點火和助燃煤粉階段的時間較短，預計只需十幾分鐘甚至 幾分鐘就能轉(zhuǎn)入純煤粉燃燒階段，因此助燃燃料的消耗量很少。
鍋爐正常運行期間，如果入爐煤煤質(zhì)較差，鍋爐燃燒不穩(wěn)時，只需由 點火槍提供一定量的純氧即可穩(wěn)定燃燒，不需另外提供助燃燃料就可有效 防止鍋爐滅火事件發(fā)生。
點火槍的冷卻和保護是通過提高純氧氣流的速率，使得燃料燃燒離開 噴口一定的距離，同時對噴口進行有效冷卻。
本發(fā)明的優(yōu)點如下
1、助燃油或外界能源消耗很小，運行費用低目前助燃油的價格高昂，而工業(yè)用氧氣價格相對低廉，經(jīng)過估算，300MW鍋爐利用本發(fā)明技術點火啟動費用僅為常規(guī)油槍點火技術的1/10。2、 點火和穩(wěn)燃效果好、煤種適應性強即便剛剛燒紅的鐵絲在純氧中也能持續(xù)燃燒并化為粉塵，因此純氧對 于燃燒速率的提高無可置疑，這使得本發(fā)明的效果十分好，特別有利于在 燃燒難燃的無煙煤和摻燒煤矸石的鍋爐上啟動點火和穩(wěn)燃。3、 鍋爐啟動中防止尾部受熱面干燒超溫的效果好 在鍋爐啟動過程初期，鍋爐尾部受熱面包括過熱器和再熱器處于干燒狀態(tài)。當采用純氧點火方式后，鍋爐通風量減少，很大程度上使得流過尾 部受熱面的高溫煙氣量大大減少，非常有利于尾部受熱面的超溫保護。4、 鍋爐啟動過程中尾部煙道二次燃燒的可能性大大減少 鍋爐常規(guī)油槍點火啟動中，在尾部煙道上會沾污大量的未燃盡助燃油和煤粉顆粒，當溫度升高時可能發(fā)生二次燃燒而損壞設備。當采用純氧點 火燃燒方式后，由于助燃燃料使用得很少，以及未燃盡煤粉的量大大減少， 二次燃燒的可能性幾乎不存在。5、 減少了啟動過程中的污染物排放鍋爐常規(guī)油槍點火啟動初期，由于助燃油燃燒不盡，為減輕設備沾污 等原因，電廠的電除塵不投入運行，鍋爐排煙中夾雜大量的煙塵，對大氣 環(huán)境的破壞很大。采用純氧點火技術后，由于沒有助燃油持續(xù)投入，加之 未燃盡煤粉顆粒的減少，電除塵可以在點火一開始就投入運行，電廠排煙 中的粉塵量將大大減少，從而有效地保護了環(huán)境。
權利要求
1、一種煤粉鍋爐純氧點火/穩(wěn)燃裝置，包括一次風通道(1)以及設置在一次通道(1)內(nèi)的純氧點火槍(2)和用于打火的電子打火器(3)，其特征在于所說的純氧點火槍(2)包括一個油通道(5)和套裝在油通道(5)外側(cè)的高壓純氧通道(4)，所說的油通道(5)出口側(cè)的管壁上開設有與高壓純氧通道(4)相連通的通孔(7)，高壓純氧通道(4)的外壁上開設有一至兩組與煤粉氣流相連通的噴嘴(8)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的煤粉鍋爐純氧點火/穩(wěn)燃裝置，其特征在于: 所說的高壓純氧通道(4)后端連接有一高壓氧腔體(6)，高壓氧腔體(6) 內(nèi)設置有一環(huán)形分隔板(9)，環(huán)形分隔板(9)將高壓氧腔體(6)分隔成 兩個漸縮結(jié)構(gòu)且分別與通孔(7)及噴嘴(8)相連通的空腔。
3、 根據(jù)權利要求1所述的煤粉鍋爐純氧點火/穩(wěn)燃裝置，其特征在于 所說的油通道(5)的出口為一漸擴結(jié)構(gòu)，通孔(7)開設在油通道(5) 的喉部且沿圓周均勻分布。
4、 根據(jù)權利要求1所述的煤粉鍋爐純氧點火/穩(wěn)燃裝置，其特征在于 所說的噴嘴(8)沿圓周均勻開設在高壓純氧通道(4)的外壁上。
5、 一種基于權利要求1所述裝置的煤粉鍋爐純氧點火/穩(wěn)燃方法，其 特征在于1)初期點火階段在鍋爐點火啟動時，助燃燃料即油或天然氣經(jīng)由純氧點火槍(2)的 助燃燃料油通道(5)噴入爐膛，在即將進入爐膛前純氧經(jīng)過高壓純氧通 道(4)通過通孔(7)送入油通道(5)與助燃燃料預混，并在離開純氧點火槍(2)后被電子打火器(3)產(chǎn)生的電弧點燃，釋放熱量，并形成髙 溫煙氣；2) 助燃煤粉階段煤粉和一次風粉混合物通過主燃燒器的一次風通道(1)進入爐膛， 此時大量純氧通過高壓純氧通道(4)并經(jīng)噴嘴(8)噴出與一次風粉混合 物進行混合；助燃燃料燃燒形成的高溫煙氣與純氧一次風粉混合物摻混，提升了煤 粉顆粒的溫度并達到著火點。在持續(xù)不斷的純氧助燃下，混合物溫度急劇 上升，并達到自組織燃燒的臨界條件；3) 純煤粉燃燒階段繼續(xù)提高純氧和煤粉的供應量，在煤粉燃燒能夠完全自我支持的條件 下，切斷助燃油燃料供應，轉(zhuǎn)為純煤粉燃燒階段。
全文摘要
一種煤粉鍋爐純氧點火/穩(wěn)燃裝置及方法，包括一次風通道以及設置在一次通道內(nèi)的純氧點火槍和用于打火的電子打火器，純氧點火槍包括一個油通道和套裝在油通道外側(cè)的高壓純氧通道，所說的油通道出口側(cè)的管壁上開設有與高壓純氧通道相連通的通孔，高壓純氧通道的外壁上開設有一至兩組與煤粉氣流相連通的噴嘴。本發(fā)明從燃燒的化學機理和燃燒過程上進行創(chuàng)新，依靠持續(xù)不斷提供純氧后降低煤粉著火點溫度，迅速提高煤粉燃燒速率和燃燒規(guī)模，由于純氧對煤粉顆粒的燃燒速率提升有很大的幫助，并使得燃燒功率持續(xù)放大，初期點火和助燃煤粉階段的時間很短，因此助燃燃料的消耗極少。
文檔編號F23C7/02GK101324341SQ200810150290
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月9日 優(yōu)先權日2008年7月9日
發(fā)明者周虹光, 閔宏斌 申請人:西安熱工研究院有限公司