分相氣化低氮旋流燃燒器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)煤粉爐及電站鍋爐領(lǐng)域，具體的說是一種分相氣化低氮旋流燃燒器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國家對鍋爐氮氧化物排放控制的日益嚴(yán)格，一種全爐膛空氣分級配套低NOx燃燒器的燃燒系統(tǒng)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，并形成了各種流派的低NOx旋流和直流燃燒器技術(shù)。就工業(yè)煤粉鍋爐及電站鍋爐而言，為使氮氧化物在爐內(nèi)得到有效還原，全爐膛分級燃燒低NOx排放技術(shù)采用把供應(yīng)給爐內(nèi)煤粉燃盡所需要的全部空氣(氧量)分為2部分，一部分空氣從下爐膛主燃燒器噴口噴入爐膛，滿足煤粉早期燃燒所需氧量；而另一部分空氣從爐膛上部空氣噴口(燃盡風(fēng)口)送人爐膛，使主燃區(qū)的空氣化學(xué)當(dāng)量比小于1，形成了缺氧燃燒的還原性氣氛，同時在主燃區(qū)與上部風(fēng)口(燃盡風(fēng)口)之間形成還原性氣氛區(qū)域，使早期燃燒生成的氮氧化物得到還原。同時，現(xiàn)大多旋流燃燒器本身也都采用煤粉濃淡分離和空氣分級送風(fēng)形式，控制風(fēng)粉在燃燒器內(nèi)部的混合時機，形成燃燒器噴口區(qū)域的還原性氣氛，達(dá)到燃燒器區(qū)域降低氮氧化物的目的。如公告號為203927901U的專利公開了一種XC-LNB低氮煤粉旋流燃燒器，其具有一次風(fēng)通道和內(nèi)、外二次風(fēng)通道，在一次風(fēng)道的直管段的出口處內(nèi)設(shè)有煤粉分離器，具有燃燒效率高、一次風(fēng)通道內(nèi)阻力小、有效減輕腐蝕及磨損問題、設(shè)備使用壽命長、維護(hù)成本低的優(yōu)點，但仍存在燃燒效率有待進(jìn)一步提高、低氮排放值仍有待進(jìn)一步降低的問題。將上述低氮煤粉旋流燃器實際應(yīng)用在煤粉爐和鍋爐內(nèi)時，發(fā)現(xiàn)存在如下問題:1、部分空氣從鍋爐的燃盡風(fēng)口送入后，使主燃燒器區(qū)域的空氣減少，出現(xiàn)主燃燒器區(qū)域燃燒延遲并帶來飛灰可燃物偏高。2、現(xiàn)有技術(shù)下，電站及工業(yè)用煤粉鍋爐氮氧化物排放值較高。為降低最終出口排放值，特別是為達(dá)到國家超低排放要求時，選用的煙氣尾部脫硝工藝(SNCR，SCR工藝)成本較高，對尾部受熱面產(chǎn)生的負(fù)面影響也較大，如堵管，受熱面化學(xué)腐蝕等。3、煤種適應(yīng)性不夠廣泛，特別是在燃燒貧煤或混煤的情況下，燃燒效率和焦炭氣化也有待提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、燃燒效率高、有效減輕腐蝕及磨損問題、設(shè)備使用壽命長、煤種適應(yīng)性好、低氮排放物值低的低氮旋流燃燒器。
[0004]本發(fā)明還提供一種方法簡單、操作簡便、可靠性好的上述低氮旋流燃燒器的控制方法。
[0005]本發(fā)明低氮旋流燃燒器包括由內(nèi)至外依次設(shè)置的一次風(fēng)通道及其噴口、內(nèi)二次風(fēng)通道及其噴口和外二次風(fēng)通道及其噴口，所述一次風(fēng)通道及二次風(fēng)通道之間還設(shè)有富氧氣膜風(fēng)通道及其噴口。
[0006]所述一次風(fēng)通道的中心軸線處設(shè)有中心氣流引射裝置，所述中心氣流引射裝置由中心氣流引射管及其噴口組成。
[0007]所述中心氣流引射管的噴口直徑與所述一次風(fēng)通道的噴口的直徑比值為0.15-0.35 之間。
[0008]各通道的噴口擴(kuò)錐角彡35°。
[0009]上述低氮旋流燃燒器的控制方法為:攜帶煤粉的一次風(fēng)通入低氮旋流燃燒器的最內(nèi)層的一次風(fēng)通道內(nèi)并由其噴口噴出；二次風(fēng)分成兩股，一股通入一次風(fēng)通道外層的內(nèi)二次風(fēng)通道并由其噴口噴出，另一股通入內(nèi)二次風(fēng)通道外層的外二次風(fēng)通道并由其噴口噴出，其特征在于，富氧氣膜風(fēng)通入位于所述一次風(fēng)通道和所述內(nèi)二次風(fēng)通道之間的富氧氣膜風(fēng)通道，并由其噴口噴出，所述富氧氣膜風(fēng)的氧氣濃度為體積百分比30-80%。
[0010]所述富氧氣膜風(fēng)的溫度控制在110 - 370°C之間。
[0011]控制富氧氣膜風(fēng)的純氧通入量為所述二次風(fēng)純氧通入量的5 — 10%。
[0012]所述二次風(fēng)分成三股，第三股作為高速二次風(fēng)通入位于一次風(fēng)通道中心軸線處的中心氣流引射管并由其噴口噴出，所述高速二次風(fēng)的風(fēng)速是一次風(fēng)風(fēng)速的2 — 3倍。
[0013]所述一次風(fēng)為300_800°C、氧氣濃度低于體積百分比15%的高溫?zé)煔狻?br>[0014]針對【背景技術(shù)】中存在的問題，發(fā)明人進(jìn)行了如下改進(jìn):
[0015](1)在一次風(fēng)通道及二次風(fēng)通道之間增設(shè)富氧氣膜風(fēng)通道及其噴口，通過向富氧氣膜風(fēng)通道內(nèi)通入富氧氣膜風(fēng)，在噴出的一次風(fēng)外周形成一個環(huán)形的富氧區(qū)，有利于在燃燒器的噴口處火焰中心區(qū)的劇烈燃燒，形成極高溫度狀態(tài)，從而提高出口煤粉氣化率，為后期煤粉氮的處理及燃燼創(chuàng)造條件。優(yōu)選控制
[0016]控制富氧氣膜風(fēng)的純氧通入量為所述二次風(fēng)純氧通入量的5 - 10%，過高會導(dǎo)致煤粉燃燒初期在富氧狀態(tài)下產(chǎn)生大量氮氧化物及后期鍋爐整體煙氣量不足引起受熱面不匹配。過低會導(dǎo)致初期燃燒無法迅速進(jìn)入劇烈的高溫狀態(tài)，使得焦碳氮不能快速的氣化并揮發(fā)出來，進(jìn)一步的，富氧氣膜風(fēng)的溫度優(yōu)選100 - 180°C (對工業(yè)煤粉爐)，240 -370°C (對電站煤粉爐)，相對于燃燒器工作狀態(tài)時的1000°C以上的高溫，富氧氣膜風(fēng)的通入可以有效為通道內(nèi)的壁面降溫，有效保護(hù)設(shè)備，確保高溫燃燒狀態(tài)能持續(xù)進(jìn)行并提高設(shè)備的使用壽命。
[0017](2)在一次風(fēng)通道內(nèi)中心軸線處設(shè)有中心氣流引射裝置，通過向中心氣流引射裝置內(nèi)通入高速二次風(fēng)，使由中心氣流引射裝置噴出的高速二次風(fēng)的風(fēng)速明顯高于其它通道噴出的風(fēng)速，因而，在近噴口處的火焰中心區(qū)形成高溫負(fù)壓氣流，一次風(fēng)攜帶的煤粉受高溫而大量析出的揮發(fā)份會迅速被該高溫負(fù)壓氣流卷入火焰中心區(qū)，在此快速著火，燃燒，迅速消耗內(nèi)部氧量，初期深度缺氧達(dá)到還原氮氧化物的目的；之后，剩余焦炭(脫除了揮發(fā)份的煤粉)進(jìn)入富氧區(qū)進(jìn)行劇烈燃燒，提高焦炭氣化率以確保后期燃燒效率，提高煤種的適應(yīng)性。所述高速二次風(fēng)的風(fēng)速是一次風(fēng)風(fēng)速的2 - 3倍，過高會導(dǎo)致燃燒中心被過度推遠(yuǎn)引起火焰失穩(wěn)，過低會則無法達(dá)到負(fù)壓抽吸進(jìn)行氣固兩相分離的效果。
[0018](3)為了進(jìn)一步提高煤粉中揮發(fā)份的析出，以利于煤粉噴出后揮發(fā)份的快速分離和燃燒，采用高溫?zé)煔馑头?，在一次風(fēng)通道中就利用煙氣的高溫將煤粉中的揮發(fā)份盡早的析出，通過控制高溫?zé)煔庵械难鯘舛纫蕴岣咴O(shè)備的安全性，優(yōu)選高溫?zé)煔獾臏囟葹?00-800°C，更為優(yōu)選為300 - 500°C，過高會增加煤粉自燃產(chǎn)生爆炸的風(fēng)險，過低會影響煤粉中的揮發(fā)份大量析出。
[0019](4)所有通道的噴口具有擴(kuò)錐角，擴(kuò)錐角可形成擴(kuò)散噴出的效果，使一、二次風(fēng)的混合延遲，并使燃燒器的噴口區(qū)域形成風(fēng)包粉的流場結(jié)構(gòu)，達(dá)到著火初期一次風(fēng)內(nèi)部形成缺氧氣氛，使初期的氮氧化