一种微气点火助燃燃烧装置

技术领域

本发明属于燃煤电站锅炉启动点火技术领域，涉及一种微气点火助燃燃烧装置。

背景技术

在目前电力市场条件下，各电站锅炉运行小时数较以前有大幅下降，且机组灵活性运行下需要频繁启停以及长时间地低负荷运行，对电站锅炉的点火助燃提出了新的要求。目前主流燃煤锅炉点火助燃技术可分为节油点火技术和无油点火技术，节油点火技术主要包括少油点火和微油点火技术，无油点火技术主要指等离子体点火技术。

采用少油油枪进行点火及助燃，单台机组启停点火及助燃用油量居高不下，电厂燃油成本过大。而且存在锅炉启动过程中未燃尽油污污染脱硝催化剂、脱硫浆液等问题，导致环保设备无法正常投运，给电厂环保运行指标带来较大压力。采用微油点火燃烧器进行点火及助燃，燃油成本大幅下降，但存在燃烧器喷口易烧损、结焦堵塞等问题，且冷态启炉阶段无法直接投入无烟煤，燃烧初期煤粉燃尽率较差。等离子体点火燃烧器受其点火能量限制，煤种适应性较差，尚无法用于点燃无烟煤及劣质贫煤等低挥发份煤种。且其系统复杂，阴极寿命短，日常运行维护工作量大。

近年来，天然气由于其供应系统不存在堵塞、喷枪口不存在油渣结焦、投停速度快、燃尽性能好等优点，目前正逐步应用于燃煤电站锅炉。天然气直接点火助燃系统可独立于燃煤系统设置，天然气以非预混方式直接进入炉内进行燃烧，产生的火焰用于加热炉膛及直接加热点燃煤粉气流，实现锅炉启停点火及低负荷助燃，且由于燃烧产物洁净，不影响下游环保设备，可实现环保设备全程投运。天然气点火助燃系统设备简单、日常运行维护工作量少，燃料成本较燃油低，但耗气量非常大，一般按30％BMCR出力设计。现今全国天然气资源日益紧张，部分省市冬季经常出现“气荒”现象，因此有必要采用一种更加节能的点火助燃技术来满足点火助燃需求及应对“气荒”问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种微气点火助燃燃烧装置，该装置能够实现锅炉启停及助燃过程中环保设备的全程投运，且大幅降低燃料成本。

为达到上述目的，本发明所述的微气点火助燃燃烧装置包括煤粉燃烧装置、气膜冷却风装置及若干天然气燃烧装置；煤粉燃烧装置包括一次风粉管、煤粉二级燃烧室、煤粉三级燃烧室、煤粉预燃室、煤粉一级燃烧室；

气膜冷却风装置上设置有气膜冷却风入口，一次风粉管的尾部、煤粉二级燃烧室及煤粉三级燃烧室均位于气膜冷却风装置内，煤粉预燃室及煤粉一级燃烧室位于一次风粉管内，煤粉预燃室包括第一空心圆台及第二空心圆台，第一空心圆台的底部正对一次风粉管4的来流方向，第一空心圆台的顶部与第二空心圆台的底部相连通，各天然气燃烧装置的出口沿轴对称倾斜插入第二空心圆台内；第二空心圆台的底部与煤粉一级燃烧室的入口相连通，煤粉一级燃烧室的出口与煤粉二级燃烧室的入口相连，煤粉二级燃烧室的出口与煤粉三级燃烧室的入口相连通；

煤粉预燃室为先缩后扩结构；

天然气燃烧装置包括旋流盘、燃烧器外壳、支路燃气管、主燃气管、燃气进口、燃气布风板、点火装置及助燃风进口；

旋流盘位于第二空心圆台，旋流盘固定于燃烧器外壳的顶部开口处，支路燃气管的枪头穿过旋流盘，主燃气管的顶部沿轴向穿过燃烧器外壳及旋流盘，主燃气管的尾部与燃气进口相连通，主燃气管的顶部开口处通过燃气布风板封闭，点火装置沿轴向穿过主燃气管及燃气布风板，助燃风进口设置于旋流盘上。

冷却风通道沿轴向穿过燃烧器外壳及旋流盘内，冷却风进口与冷却风通道相连通，火检装置沿轴向插入于冷却风通道内。

第二空心圆台与煤粉一级燃烧室的连接位置处布置有一级旋流叶片。

煤粉一级燃烧室与煤粉二级燃烧室连接位置处布置有二级旋流叶片。

支路燃气管的枪头为文丘里式结构，旋流盘与该文丘里式结构的喉口之间的距离为0-100mm。

天然气燃烧装置的倾斜角度为15°-75°。

煤粉预燃室、煤粉一级燃烧室、煤粉二级燃烧室及煤粉三级燃烧室的壁面处均设置有温度连续监测元件。

煤粉二级燃烧室、煤粉三级燃烧室及气膜冷却风装置的出口均为向内弯曲10°-60°的缩环结构。

一级旋流叶片及二级旋流叶片上面向来流方向的部位设置有防磨层。

燃烧器外壳的底部上设置有观火孔。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的微气点火助燃燃烧装置在具体操作时，燃气经主燃气管和支路燃气管喷出，助燃风经旋流盘喷出，实现气风的分级均匀混合燃烧。同时，燃气布风板保证助燃火焰的稳定，支路燃气管轴向喷出的燃气与旋流盘喷出的旋流风相混合，在燃烧器的喉口下游形成主燃烧区域，燃气可燃混合物的火焰传播速度快，火焰温度高，可直接点燃煤粉气流，有利于煤粉预燃室内煤粉的着火燃烧稳定。天然气燃烧装置的对冲倾斜式布置有利于天然气火焰的相互支撑，强化热质交换过程，为煤粉气流的着火燃烧提供有利条件，使得天然气的燃尽率高达99.99％以上，且燃烧产物清洁，不会对后续环保设备产生额外压力，实现锅炉启停及助燃过程中环保设备的全程投运，且大幅降低燃料成本。

进一步，采用先缩后扩的煤粉预燃室结构有助于煤粉气流的富集与着火，煤粉预燃室中的浓相煤粉气流在天然气燃烧装置喷出的高温火焰加热下，煤粉颗粒温度急剧升高，析出大量挥发分并迅速着火燃烧。煤粉预燃室中已着火燃烧的煤粉气流进入煤粉一级燃烧室中，旋转进入的淡相煤粉气流被混合加热点燃后，继续向前扩散点燃煤粉二级、三级燃烧室中的煤粉气流，实现煤粉气流的逐级燃烧，达到以煤代气进行点火助燃的目的，大大降低了冷炉点火启动时保证煤粉气流燃烧所需的点火助燃天然气量，节气率可达90％以上。另外，气膜冷却风可以有效防止煤粉一级、二级及三级燃烧室的管壁超温，确保煤粉燃烧器不结渣、不烧蚀

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中天然气燃烧装置2的结构示意图；

图3为本发明中天然气燃烧装置2的正视图。

其中，1为煤粉燃烧装置、2为天然气燃烧装置、3为气膜冷却风装置、4为一次风粉管、5为煤粉预燃室、6为煤粉一级燃烧室、7为煤粉二级燃烧室、8为煤粉三级燃烧室、9为一级旋流叶片、10为二级旋流叶片、11为第一为空心圆台、12为第二空心圆台、13为缩环结构、14为气膜冷却风入口、2-1为主燃气管、2-2为燃气进口、2-3为支路燃气管、2-4为点火装置、2-5为火检装置、2-6为冷却风进口、2-7为旋流盘、2-8为燃烧器外壳、2-9为助燃风进口、2-10为燃气布风板、2-11为观火孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1、图2及图3，本发明所述的微气点火助燃燃烧装置包括煤粉燃烧装置1、气膜冷却风装置3及若干天然气燃烧装置2；煤粉燃烧装置1包括一次风粉管4、煤粉二级燃烧室7、煤粉三级燃烧室8、煤粉预燃室5、煤粉一级燃烧室6；煤粉预燃室5为先缩后扩结构，煤粉预燃室5包括第一空心圆台11及第二空心圆台12，第一空心圆台11的底部正对一次风粉管4的来流方向，第一空心圆台11的顶部与第二空心圆台12的底部相连通，各天然气燃烧装置2的出口轴对称倾斜插入于第二空心圆台12内；第二空心圆台12的底部与煤粉一级燃烧室6的入口相连通，第二空心圆台12与煤粉一级燃烧室6的连接位置处布置有一级旋流叶片9；煤粉一级燃烧室6的出口与煤粉二级燃烧室7的入口相连，煤粉一级燃烧室6与煤粉二级燃烧室7连接位置处布置有二级旋流叶片10；煤粉二级燃烧室7的出口与煤粉三级燃烧室8的入口相连通；煤粉二级燃烧室7、煤粉三级燃烧室8及一次风粉管4的尾部均位于气膜冷却风装置3内。

天然气燃烧装置2包括燃烧器主燃气管2-1、燃气进口2-2、支路燃气管2-3、点火装置2-4、火检装置2-5、冷却风进口2-6、旋流盘2-7、燃烧器外壳2-8及助燃风进口2-9；主燃气管2-1的尾部与燃气进口2-2相连，主燃气管2-1的顶部开口处通过燃气布风板2-10封闭，点火装置2-4沿轴向穿过主燃气管2-1及燃气布风板2-10，支路燃气管2-3的枪头穿过旋流盘2-7，旋流盘2-7固定于燃烧器外壳2-8的顶部开口处，冷却风通道沿轴向插入于燃烧器外壳2-8及旋流盘2-7内，冷却风进口2-6与冷却风通道相连通，火检装置2-5沿轴向插入于冷却风通道内，助燃风进口2-9设置于旋流盘2-7上，支路燃气管2-3的枪头穿过旋流盘2-7。支路燃气管2-3的枪头低于旋流盘2-7的折板高度。

一级旋流叶片9及二级旋流叶片10的角度及数量可变，一级旋流叶片9及二级旋流叶片10上面向来流方向的部位设置有防磨层。

支路燃气管2-3的枪头为文丘里式结构，旋流盘2-7与该文丘里式结构的喉口之间距离为0-100mm。

天然气燃烧装置2的底板上还设置有观火孔2-11。天然气燃烧装置2以15°-75°的角度倾斜且轴对称布置在第二空心圆台12上，天然气燃烧装置2产生的天然气火焰对冲喷入煤粉预燃室5，对煤粉气流进行加热。

煤粉预燃室5、煤粉一级燃烧室6、煤粉二级燃烧室7及煤粉三级燃烧室8的壁面处均设置有温度连续监测元件。

气膜冷却风装置3靠近天然气燃烧装置2处的侧面上设置有气膜冷却风入口14。煤粉二级燃烧室7、煤粉三级燃烧室8及气膜冷却风装置3的出口均为向内弯曲10°-60°的缩环结构13，弯曲角度可自由设置。

本发明工作时，燃气经主燃气管2-1及支路燃气管2-3喷出，助燃风经旋流盘2-7喷出，实现气风的分级均匀混合燃烧。同时，通过燃气布风板2-10保证助燃火焰的稳定，支路燃气管2-3轴向喷出的燃气与旋流盘2-7的旋流风相混合，在燃烧器的喉口下游形成主燃烧区域，燃气可燃混合物的火焰传播速度快，火焰温度高，可直接点燃煤粉气流，有利于煤粉预燃室5内煤粉的着火燃烧稳定。天然气燃烧装置2的对冲倾斜式布置有利于天然气火焰的相互支撑，强化了热质交换过程，为煤粉气流的着火燃烧提供了有利条件。先缩后扩的煤粉预燃室5结构有助于煤粉气流的富集与着火，煤粉预燃室5中的浓相煤粉气流在天然气燃烧装置2喷出的高温火焰加热下，煤粉颗粒温度急剧升高，析出大量挥发成分并迅速着火燃烧。煤粉预燃室5中已着火燃烧的煤粉气流进入煤粉一级燃烧室6中，旋转进入的淡相煤粉气流被混合加热点燃后，继续向前扩散点燃煤粉二级燃烧室7、煤粉三级燃烧室8中的煤粉气流，实现煤粉气流的逐级燃烧，达到以煤代气进行点火助燃的目的，大大降低了冷炉点火启动时保证煤粉气流燃烧所需的点火助燃天然气量，节气率可达90％以上。气膜冷却风可以有效防止煤粉一级燃烧室6、煤粉二级燃烧室7及煤粉三级燃烧室8的管壁超温，确保煤粉燃烧装置1不结渣、不烧蚀。缩环结构13有利于煤粉燃烧装置1出口的煤粉气流火焰稳燃及扩散。

本发明通过助燃气体与空气分级旋流混合燃烧，高温火焰对冲进入煤粉预燃室5与煤粉气流相遇，达到加热点燃煤粉气流使能量逐级放大，最终实现点火助燃的目的。在具体操作时，本发明为燃煤电站锅炉冷态点火启动及低负荷稳燃时提供了一种经济可行的节能改造技术路线，可实现锅炉启停及助燃过程中环保设备的全程投运，且大幅降低燃料成本。本装置的煤种适应性广，可适用于褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤等的冷态点火启动，对一次风粉浓度无特殊要求，一次风粉浓度可根据锅炉升温升压需要进行调节，系统自身的能耗较小。

最后需要说明的是的煤种适应性广，适用于褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤等的冷态点火启动。对一次风粉浓度无特殊要求，一次风粉浓度可根据锅炉升温升压需要进行调节。系统自身能耗较小。