專利名稱：一種旋流燃燒器低氮氧化物低負(fù)荷穩(wěn)燃裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電廠旋流燃燒器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種旋流燃燒器低氮氧化物低負(fù)荷穩(wěn)燃裝置。
背景技術(shù)：
由于國內(nèi)煤價(jià)上漲，大部分電廠改燃發(fā)熱量低的劣質(zhì)煤種，旋流燃燒器的穩(wěn)燃性能尤其是低負(fù)荷穩(wěn)燃能力變差，煤粉著火困難，燃燒不穩(wěn)定，甚至發(fā)生滅火現(xiàn)象，嚴(yán)重危害鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。目前提高旋流燃燒器穩(wěn)燃性能的措施主要有加裝濃縮環(huán)、改進(jìn)中心擴(kuò)口形狀、加裝穩(wěn)燃齒或穩(wěn)燃環(huán)等。濃縮環(huán)一般加裝在帶有中心風(fēng)管的一次風(fēng)管道內(nèi)。通過一次風(fēng)管內(nèi)的濃縮環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)徑向煤粉濃淡分離，得到內(nèi)濃外淡的煤粉濃度分布。其原理是利用濃縮構(gòu)件對(duì)煤粉氣流的導(dǎo)向作用，強(qiáng)迫煤粉氣流改變流動(dòng)方向，通過顆粒慣性遠(yuǎn)大于空氣慣性的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)煤粉氣流的濃縮和分流，將一次風(fēng)粉混合物分成煤粉濃度相差適當(dāng)?shù)膬晒伞Ｔ龃竺悍蹪舛瓤梢越档兔悍鄣闹饻囟?，?duì)穩(wěn)燃有利。在一次風(fēng)管中加裝穩(wěn)燃齒或穩(wěn)燃環(huán)是許多進(jìn)口鍋爐用于穩(wěn)定燃燒的技術(shù)。齒形或齒環(huán)形穩(wěn)燃器有裝在一次風(fēng)粉氣流外緣的，也有裝在內(nèi)緣的。德國Babcock公司DS燃燒器上的齒環(huán)穩(wěn)燃器裝在一次風(fēng)粉氣流外側(cè)。此外法國MeinmUler公司的SM2IV型燃燒器，美國(加拿大)B&W公司的典型DRB2XCL燃燒器等也均將齒形穩(wěn)燃器裝在一次風(fēng)粉氣流外側(cè)。 穩(wěn)燃齒或穩(wěn)燃環(huán)由一圈小齒(或再加一圓環(huán))組成。其目的是在齒的背流面形成許多小渦流，以穩(wěn)定煤粉氣流的著火。附著在一次風(fēng)粉氣流外側(cè)的齒形或齒環(huán)形穩(wěn)燃器形成的回流區(qū)，處于一、二次風(fēng)之間的環(huán)形區(qū)域，回流區(qū)的溫度不高，僅靠這一回流區(qū)難于穩(wěn)定煤粉的著火燃燒，但它有適當(dāng)阻止一次風(fēng)與二次風(fēng)過早混合和阻擋煤粉(特別是粗煤粉)向二次風(fēng)擴(kuò)散的趨勢(shì)，還可以讓適量煤粉顆粒進(jìn)入高溫內(nèi)回流區(qū)，對(duì)煤粉穩(wěn)燃有一定作用；附著在一次風(fēng)內(nèi)側(cè)的齒形或齒環(huán)形穩(wěn)燃器有助于高溫?zé)煔獾幕亓?，?duì)煤粉氣流的著火燃燒有一定作用。改進(jìn)中心擴(kuò)口(錐)形狀就是將普通圓環(huán)型中心擴(kuò)口(錐)更換為齒形或花瓣型結(jié)構(gòu)。中心管擴(kuò)口(錐)的作用是在燃燒器噴口附近形成較大的中心回流區(qū)，加大擴(kuò)口 (錐)角度可加寬回流區(qū)，增大回流區(qū)與高溫?zé)煔獾慕佑|面積。哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出把普通圓環(huán)形中心擴(kuò)口(錐)改為齒形結(jié)構(gòu)，使煤粉顆粒體積流量峰值更加靠近燃燒器中心，增加中心回流區(qū)中煤粉密度，提高中心回流區(qū)邊界附近湍流脈動(dòng)強(qiáng)度和中心擴(kuò)口下出口射流的回流強(qiáng)度，從而強(qiáng)化煤粉氣流的燃燒反應(yīng)。東南大學(xué)提出的花瓣穩(wěn)燃器為一擴(kuò)錐型結(jié)構(gòu)，出口邊界為花瓣形曲線，增加一次風(fēng)粉氣流與回流高溫?zé)煔饨佑|邊界。該設(shè)計(jì)除形成中心回流區(qū)外，還能在其背面形成徑向和軸向兩種回流區(qū)，強(qiáng)烈的回流可以加強(qiáng)煤粉氣流與高溫?zé)煔獾膶?duì)流混合，對(duì)低揮發(fā)性煤和低負(fù)荷時(shí)的燃燒有利。但以上三種方式各自存在無法避免的缺陷濃縮環(huán)形成了內(nèi)濃外淡的煤粉濃度分布，只適合于帶有中心風(fēng)管的旋流燃燒器。對(duì)于不帶中心風(fēng)管的旋流燃燒器，采用濃縮環(huán)反而加劇了燃燒的不穩(wěn)定性。旋流燃燒器加裝穩(wěn)燃齒和穩(wěn)燃環(huán)主要缺點(diǎn)，一是齒太小，其在背流面所形成的小渦流可能不穩(wěn)定，穩(wěn)燃效果不顯著；二是不利于降低NOx生成；三是齒和齒環(huán)均非流線形， 流動(dòng)阻力大，容易遭受煤粉氣流的磨損，壽命短；四是容易造成結(jié)焦掉焦現(xiàn)象。對(duì)于不帶中心風(fēng)管的旋流燃燒器加裝齒形穩(wěn)燃器則會(huì)引導(dǎo)風(fēng)粉氣流向軸心方向發(fā)展，妨礙中心回流區(qū)的形成。齒形或花瓣型穩(wěn)燃器的缺點(diǎn)一是當(dāng)擴(kuò)口設(shè)計(jì)較大時(shí)會(huì)引導(dǎo)煤粉氣流向外擴(kuò)散造成煤粉氣流與二次風(fēng)混合過早，影響煤粉著火和穩(wěn)燃，二是當(dāng)煤粉氣流速度較大時(shí)煤粉顆粒與穩(wěn)燃器表面的撞擊幾率增大，從而容易使煤粉顆粒從氣流中分離出來造成不完全燃燒損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種旋流燃燒器低氮氧化物低負(fù)荷穩(wěn)燃裝置，主要目的是解決不帶中心風(fēng)管的旋流燃燒器燃用劣質(zhì)煤種時(shí)的著火及穩(wěn)燃問題，保證鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)煤粉氣流仍然能快速著火穩(wěn)定燃燒充分燃盡，實(shí)現(xiàn)煤粉濃淡燃燒降低NOx生成量，同時(shí)防止燃燒器噴口結(jié)焦結(jié)渣以及防止燃燒器加裝一般穩(wěn)燃裝置后的煤粉沉積及結(jié)焦。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為該穩(wěn)燃裝置水平安裝在一次風(fēng)管中，由兩部分組成，第一部分為撞擊件，呈圓錐體結(jié)構(gòu)，第二部分為消渦件，是由一圓弧母線回轉(zhuǎn)體與一球體相貫組成的流線型結(jié)構(gòu)體；所述撞擊件和消渦件共用底面；圓錐體半徑R為(0. 3 0. 6)Re,圓錐角α為10° 30°，前端倒角圓弧半徑禮為(0.01 0.04) Re;圓弧母線回轉(zhuǎn)體弧線半徑r為(1.3 1.8) Re，球體半徑rQ為(0. 25 0. ；35) Re，中心角β為60° 85° ；穩(wěn)燃裝置末端與一次風(fēng)管出口的距離為(0. 1 0. 2) Re，其中，Rc為一次風(fēng)管的半徑；所述穩(wěn)燃裝置的中軸線與一次風(fēng)管的中軸線重合。所述撞擊件選用ZG8Cr26NiMn3N高鉻鑄鋼、氧化物陶瓷、或者高錳鑄鋼制成。所述消渦件采用普通合金鋼。當(dāng)一次風(fēng)管中的煤粉氣流經(jīng)過該穩(wěn)燃器時(shí)，煤粉顆粒撞擊圓錐體形的撞擊件表面，而后改變前進(jìn)方向，使煤粉顆粒向氣流外圈聚集，形成徑向方向上煤粉顆粒外濃內(nèi)淡的分布。徑向方向上靠近內(nèi)二次風(fēng)側(cè)的煤粉濃度高，有利于減小該區(qū)域煤粉氣流燃燒所需要的著火熱，穩(wěn)燃裝置的存在增加了回流區(qū)的大小，使得更多的高溫?zé)煔饣亓鞯揭淮物L(fēng)噴口附近，且增加了煤粉氣流與回流高溫?zé)煔獾慕佑|和換熱周界，回流的高溫?zé)煔饧訜嵋淮物L(fēng)管出口外圈的高濃度煤粉氣流，而內(nèi)二次風(fēng)又及時(shí)的補(bǔ)充燃燒所需要的氧氣，從而形成一個(gè)高煤粉濃度、高溫和合適的氧氣濃度的區(qū)域，有利于煤粉氣流的著火和燃燒。本發(fā)明的有益效果為1.對(duì)于不帶中心風(fēng)管的旋流燃燒器，使用本裝置后，燃燒器的煤種適應(yīng)性好，燃用低揮發(fā)份低發(fā)熱量的劣質(zhì)煤種時(shí)能夠保證煤粉氣流快速著火，穩(wěn)定燃燒，充分燃盡。2.對(duì)于不帶中心風(fēng)管的旋流燃燒器，使用本裝置后，徑向方向上實(shí)現(xiàn)了外濃內(nèi)淡的煤粉濃度分布特征。煤粉濃淡分離燃燒可以有效減少NOx的生成；高濃度煤粉區(qū)域，氧量相對(duì)不足，貧氧燃燒有利于控制燃料型NOx的產(chǎn)生；低濃度煤粉區(qū)域，氧量相對(duì)充足但是燃燒強(qiáng)度低，區(qū)域溫度低，減少了溫度型NOx的生成。
3.本裝置的獨(dú)特設(shè)計(jì)可以防止穩(wěn)燃裝置后出現(xiàn)掉焦、煤粉沉積、結(jié)渣等常見問題的發(fā)生。4.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工和安裝，且獨(dú)特的流線型設(shè)計(jì)可減少磨損提高裝置
壽命ο


圖1為本發(fā)明所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為所述裝置在一次風(fēng)管內(nèi)的安裝示意圖；圖3為本裝置對(duì)煤粉濃度的影響曲線；圖4為撞擊體半徑對(duì)煤粉濃度分布影響的曲線；圖5為該裝置不同安裝位置對(duì)煤粉濃度分布影響的曲線；圖6為煤粉氣流流過穩(wěn)燃裝置后在一次風(fēng)管不同截面的速度分布曲線；圖7為模擬熱態(tài)時(shí)一次風(fēng)管內(nèi)安裝本穩(wěn)燃裝置與不安裝本穩(wěn)燃裝置的情況下，一次風(fēng)管出口處截面上的徑向溫度分布對(duì)比曲線；圖8為模擬熱態(tài)時(shí)一次風(fēng)管內(nèi)安裝本穩(wěn)燃裝置與不安裝本穩(wěn)燃裝置的情況下，一次風(fēng)管噴口外沿軸向的溫度分布對(duì)比曲線。圖中標(biāo)號(hào)I-撞擊體；2-消渦體。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種旋流燃燒器低氮氧化物低負(fù)荷穩(wěn)燃裝置，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1所示，該穩(wěn)燃裝置水平安裝在一次風(fēng)管中，由兩部分組成，第一部分為撞擊件，呈圓錐體結(jié)構(gòu)，第二部分為消渦件，是由一圓弧母線回轉(zhuǎn)體與一球體相貫組成的流線型結(jié)構(gòu)體；所述撞擊件和消渦件共用底面；圓錐體半徑R為(0.3 0.6) Re，圓錐角α為 10° 30°，前端倒角圓弧半徑Rtl為(0.01 0.04)Rc ；圓弧母線回轉(zhuǎn)體弧線半徑r為 (1. 3 1.8) Re，球體半徑rQ為(0. 25 0. 35) Re，中心角β為60° 85° ；穩(wěn)燃裝置末端與一次風(fēng)管出口的距離為(0. 1 0. 2)Re，其中，Rc為一次風(fēng)管的半徑；所述穩(wěn)燃裝置的中軸線與一次風(fēng)管的中軸線重合。由于煤粉氣流中大部分煤粉與圓錐體撞擊件發(fā)生撞擊，磨損嚴(yán)重，所以撞擊件1 選用耐熱耐磨材料^Cr26NiMn3N高鉻鑄鋼、氧化物陶瓷、或者高錳鑄鋼制成，第二部分消渦件表面是呈流線型的光滑面，磨損較小，采用普通合金鋼。圖2是該穩(wěn)燃裝置在一次風(fēng)管內(nèi)的安裝示意圖，該穩(wěn)燃裝置水平安裝在一次風(fēng)管內(nèi)中心處，且穩(wěn)燃裝置的中軸線與一次風(fēng)管的中軸線重合；撞擊件1居前。借助CFD軟件，對(duì)配置該穩(wěn)燃裝置的不帶中心風(fēng)管的旋流燃燒器出口流場(chǎng)及溫度進(jìn)行了模擬。圖3為本裝置對(duì)煤粉濃度的影響曲線；從圖3可以看出不安裝本穩(wěn)燃裝置時(shí)煤粉顆粒在一次風(fēng)管內(nèi)的分布相對(duì)較均勻，而安裝本穩(wěn)燃裝置后煤粉顆粒主要向一次風(fēng)管外圈聚集，從而形成高煤粉濃度區(qū)域。
圖4所示是圓錐體半徑對(duì)煤粉濃度分布的影響，其中Rl < R2 < R3 < R4，分別表示不同的圓錐體半徑，從圖中可以看出濃煤粉區(qū)煤粉濃度隨圓錐體半徑增大而增大。圖5所示是不同安裝位置對(duì)煤粉濃度分布的影響，其中Ll < L2 < L3 < L4，分別表示穩(wěn)燃裝置距燃燒器出口的不同距離，從圖中可以看出濃煤粉區(qū)煤粉濃度隨穩(wěn)燃裝置與燃燒器出口的安裝距離的增大而減小。圖6所示是煤粉氣流流過穩(wěn)燃裝置后在一次風(fēng)管不同截面的速度分布，從圖中可以看出穩(wěn)燃裝置尾部中心處氣流速度最小，沿著氣流的前進(jìn)方向速度有所增加，但均沒有出現(xiàn)負(fù)值，穩(wěn)燃裝置尾部煤粉氣流速度向前流動(dòng)，沒有形成回流區(qū)，從而驗(yàn)證消渦件的設(shè)計(jì)可有效消除穩(wěn)燃裝置尾部漩渦。圖7是模擬熱態(tài)時(shí)一次風(fēng)管內(nèi)安裝本穩(wěn)燃裝置與不安裝本穩(wěn)燃裝置，一次風(fēng)管出口處截面上的徑向溫度分布對(duì)比。從圖中可以看到，不安裝本穩(wěn)燃時(shí)截面中心位置溫度最高，而此時(shí)截面上煤粉濃度分布較均勻；安裝本穩(wěn)燃裝置后，結(jié)合圖3可以看出在截面上煤粉濃度高的區(qū)域溫度也相對(duì)較高，所形成的高溫、高煤粉濃度有利于煤粉氣流及時(shí)著火。圖8是模擬熱態(tài)時(shí)一次風(fēng)管內(nèi)安裝本穩(wěn)燃裝置與不安裝本穩(wěn)燃裝置，一次風(fēng)管噴口外沿軸向的溫度分布對(duì)比。從圖中可以看到，安裝本穩(wěn)燃裝置后能使煤粉氣流提前達(dá)到著火溫度，從而有利于燃燒劣質(zhì)煤或低負(fù)荷時(shí)煤粉氣流及時(shí)著火并穩(wěn)定燃燒。從模擬結(jié)果還知道消渦件圓弧半徑大小影響尾部回流區(qū)的形成，增大圓弧半徑有利于消除回流區(qū)，且圓錐體半徑越大，消渦件圓弧的最小消渦半徑越大。安裝穩(wěn)燃裝置后一次風(fēng)管內(nèi)通流面積減小，考慮到煤粉氣流的流速一定，所以圓錐體半徑不宜過大。因而可以看出，當(dāng)選擇合適的圓錐體半徑，消渦圓弧半徑及合理的安裝位置后，該穩(wěn)燃裝置可以在徑向方向上實(shí)現(xiàn)煤粉氣流的濃淡分離，并有效消除圓椎體尾部的回流區(qū)，從而有利于不帶中心風(fēng)管的旋流燃燒器的著火和穩(wěn)燃，并且可以保護(hù)燃燒器不被燒壞和結(jié)焦。煤粉氣流流過本裝置之后流動(dòng)趨于平穩(wěn)，因而在保證煤粉氣流進(jìn)入爐膛后濃淡分布的情況下適當(dāng)減小L 的值，可以減輕煤粉對(duì)一次風(fēng)管壁的磨損。
權(quán)利要求
1.一種旋流燃燒器低氮氧化物低負(fù)荷穩(wěn)燃裝置，水平安裝在一次風(fēng)管中，其特征在于， 該裝置由兩部分組成，第一部分為撞擊件，呈圓錐體結(jié)構(gòu)，第二部分為消渦件，是由一圓弧母線回轉(zhuǎn)體與一球體相貫組成的流線型結(jié)構(gòu)體；所述撞擊件和消渦件共用底面；圓錐體半徑R為(0.3 0.6) Re，圓錐角α為10° 30°，前端倒角圓半徑R0為(0. 01 0. 04) Rc ； 消渦件圓弧母線回轉(zhuǎn)體弧線半徑r為(1.3 1.8) Re，球體半徑&為(0. 25 0. 35) Re，中心角β為60° 85° ；穩(wěn)燃裝置末端與一次風(fēng)管出口的距離為(0. 1 0. 2)Re，其中，Rc 為一次風(fēng)管的半徑；所述穩(wěn)燃裝置的中軸線與一次風(fēng)管的中軸線重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋流燃燒器低氮氧化物低負(fù)荷穩(wěn)燃裝置，其特征在于， 所述撞擊件選用ZG8Cr26NiMn3N高鉻鑄鋼、氧化物陶瓷、或者高錳鑄鋼制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋流燃燒器低氮氧化物低負(fù)荷穩(wěn)燃裝置，其特征在于， 所述消渦件采用普通合金鋼。
全文摘要
本發(fā)明屬于電廠旋流燃燒器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種旋流燃燒器低氮氧化物低負(fù)荷穩(wěn)燃裝置。該裝置由兩部分組成，第一部分是一個(gè)撞擊件，呈圓錐體結(jié)構(gòu)，第二部分是一個(gè)消渦件，是由兩個(gè)圓弧面組成的流線型結(jié)構(gòu)體。該穩(wěn)燃裝置安裝在旋流燃燒器的一次風(fēng)管出口附近，煤粉氣流經(jīng)過該裝置時(shí)煤粉顆粒向一次風(fēng)管外圈聚集，提高煤粉濃度，有效降低NOx的生成量，減少著火熱，有利于低負(fù)荷時(shí)和燃用劣質(zhì)煤時(shí)煤粉氣流的及時(shí)著火和穩(wěn)定燃燒。并且該裝置的消渦件可以有效防止穩(wěn)燃裝置尾部旋渦的形成，防止燃燒器結(jié)渣結(jié)焦和燒壞。
文檔編號(hào)F23D1/02GK102322636SQ20111026817
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者孫保民, 康志忠, 王世昌, 肖海平, 郭永紅 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)