一種煤粉燃燒器和具有煤粉燃燒器的鍋爐的製作方法

2023-07-20 15:30:16

專利名稱：一種煤粉燃燒器和具有煤粉燃燒器的鍋爐的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃燒設備，特別涉及一種煤粉燃燒器，還涉及具有該煤粉燃燒器 的鍋爐。
背景技術：
申請人:在另一件發明名稱為「一種煤粉燃燒器及具有該煤粉燃燒器的鍋爐」的專 利申請中，提供了一種煤粉燃燒器，請參考圖1，該圖示意上述發明提供的煤粉燃燒器的結 構。該煤粉燃燒器包括熱源330和內燃室320，內燃室320具有進口 101和出口 102，內燃 室320形成一個合適的空間，以維持內部煤粉氣流具有預定過量空氣係數。內燃室320的 進口 101與一次風煤粉管道相通，煤粉氣流通過一次風煤粉管道、進口 101進入內燃室320 中。熱源330從過渡管道300伸入內燃室320中，以持續地將通過進口 101進入內燃室320 的煤粉點燃。在煤粉氣流流動方向上，所述內燃室320具有預定的長度，並能夠維持煤粉氣流 中的過量空氣係數遠小於1。這裡的過量空氣係數是指，燃燒Ikg煤粉時實際供入內燃室 320的空氣量與完全燃燒Ikg煤粉時所需的理論空氣量的比值。維持預定過量空氣係數的 方式可以是限制煤粉氣流中空氣與煤粉的比例，過量空氣係數與煤種有關煤的水分越大， 過量空氣係數越大，煤的灰分越大，過量空氣係數越小；反之，煤的水分越小，過量空氣係數 越大，煤的灰分越小，過量空氣係數越大。通過簡單的試驗，就可以確定適合的過量空氣系 數，獲得最優的技術效果。過量空氣係數優選在0. 15-0. 45之間，在該範圍內煤粉燃燒器能 夠維持穩定燃燒，同時可以實現在煤粉著火的內燃室320內形成強烈的還原性氣氛，從而 有效地抑制氮氧化物的生成。該發明提供的煤粉燃燒器的工作過程是過量空氣係數為0. 15-0. 45的煤粉氣流 通過內燃室320時，熱源330持續地將煤粉氣流中煤粉，煤粉在內燃室320內進行不完全 的、還原性燃燒，還原性燃燒形成的火焰在內燃室320中傳播，並釋放出熱量，在內燃室320 中形成適當高溫環境，煤粉氣流形成高溫煤粉燃燒火焰從出口 102噴出。在還原性燃燒過 程中，持續性熱源330和過量空氣係數遠小於1的條件使內燃室320內維持一個還原性氣 氛。在該高溫環境下，還原性氣氛使煤粉中的氮元素首先被熱分解，並轉化成NHi (i = 0，1， 2)、HCN等還原性中間產物和氮氧化物。還原性中間產物與已生成的氮氧化物反應生成氮 氣。煤粉氣流在內燃室320內燃燒，形成的高溫煤粉燃燒火焰通過出口 102噴到爐膛 中，這樣，煤粉就不依賴於爐膛內的高溫煙氣著火，從而為煤粉後續在爐膛內的繼續燃燒提 供良好的著火基礎和條件，滿足鍋爐爐膛中，煤粉穩定燃燒的需要。煤粉在內燃室320內進行還原性燃燒過程中，相應的氮元素轉化為氮氣，從而能 夠減少進入爐膛的煤粉中的氮元素含量，減少煤粉在爐膛中燃燒時產生的燃料型氮氧化物 的生成量；由於燃料型氮氧化物為煤粉燃燒的氮氧化物的主要組成部分， 從而能夠減少爐 膛燃燒過程中氮氧化物的生成量，減少鍋爐運行過程中氮氧化物的生成量。
在採用上述內燃式煤粉燃燒器時，由於煤粉在內燃室內持續地燃燒，並通過所述 出口向外噴出高溫煤粉燃燒火焰，該工作環境對煤粉燃燒器提出了很高的要求，要求煤粉 燃燒器具有較高的耐熱、耐磨性能，還要求具有適當的保溫性能，以減少熱量的散失。然而， 現有技術的燃燒器無法滿足這些要求。

發明內容
本發明的第一個目的在於提供一種具有較高耐熱、耐磨性能的煤粉燃燒器，同時， 減少煤粉燃燒器的熱量散失。本發明的第二個目的在於提供一種具有上述煤粉燃燒器的鍋爐。為了實現上述第一個目的，本發明提供的煤粉燃燒器包括熱源和維持內部煤粉氣 流具有預定過量空氣係數的內燃室，所述熱源位於內燃室內，所述內燃室具有進口和出口 ； 所述熱源能夠點燃通過內燃室的煤粉，並使煤粉在內燃室內進行還原性燃燒，所述內燃室 壁包括金屬制的外筒和陶瓷質材料製成內襯。優選的，所述內襯與所述外筒之間設置有隔熱夾層。優選的，所述隔熱夾層為氣體隔熱層。優選的，所述內襯和外筒之間還設有支撐機構，以使所述內襯與外筒相對固定。可選的，所述支撐機構與內襯連為一體，或者與外筒連為一體。優選的，所述煤粉燃燒器包括後端與內襯前端相接的錐管狀的擴張過渡件，該擴 張過渡件內形成前端截面積小於後端截面積的空間。優選的，所述擴張過渡件包含由陶瓷質材料製成的內襯。優選的，所述內襯包括前後相接的主體段和錐管狀的收縮過渡段，該收縮過渡段 內形成前端截面積大於後端截面積的空間。優選的，所述內襯還包括與所述收縮過渡段後端相接的筒狀的出口調整段，該出 口調整段內形成前端截面積與後端截面積相等的空間。為了實現上述第二個目的，本發明提供的鍋爐包括爐膛，還具有上述任一種煤粉 燃燒器，所述煤粉燃燒器的內燃室與所述爐膛相通，使高溫煤粉燃燒火焰經所述內燃室出 口注入所述爐膛。本發明提供的煤粉燃燒器，具有金屬制的外筒，外筒內具有筒狀的內襯，所述內襯 由陶瓷質材料製成；所述內襯包圍的圓筒狀空間形成煤粉燃燒器的內燃室。由於陶瓷質材 料具有較好的耐高溫性和耐熱震性，從而由陶瓷質材料製成的內襯也具有良好的耐高溫性 和耐熱震性，該內襯不僅能夠適應煤粉燃燒器在啟動、停止過程中溫度的急劇變化，還能夠 在持續高溫條件下保持一定的機械強度，進而能夠延長煤粉燃燒器的使用壽命。而且，由陶 瓷質材料製成的內襯具有較小的熱傳導率，能夠更好地阻止內燃室的熱量向外傳導，減少 熱量散失，保證內燃室具有較高的溫度，有利於煤粉揮發分的析出，為煤粉的燃燒創造了有 利條件；同時，保證煤粉在內燃室中還原性燃燒的程度。該結構還能夠使煤粉燃燒器的外表 面保持較低的溫度，改善煤粉燃燒器的安全性能。另外，陶瓷質材料製成的內襯還具有耐磨 損、耐腐蝕等特點，能夠承受煤粉較長時間的衝刷，避免煙氣的高溫腐蝕問題，從而提高煤 粉燃燒器的使用性能。在進一步的技術方案中，煤粉燃燒器的內襯與外筒之間還設有隔熱夾層。該結構能夠進一步減少了熱量的散失，提高內燃室的溫度，改善內燃室煤粉的燃燒性能；還能夠降 低煤粉燃燒器外筒溫度，提高煤粉燃燒器的安全性，保證煤粉燃燒器安全穩定地運行。在進一步的技術方案中，將所述隔熱夾層設為空氣隔熱夾層，該結構簡化了所述 煤粉燃燒器的結構，具有製作方便、成本較低的特點；而且由於氣體介質非常容易獲得和更 換，因此，可以降低煤粉燃燒器的使用和維護成本。在進一步的技術方案中，陶瓷質材料製成的內襯和金屬制的外筒之間還設有支撐 機構，以使內襯與外筒相對固定，防止內襯相對於外筒移動；該結構能夠提高煤粉燃燒器的 整體強度，保證煤粉燃燒器工作的穩定可靠性。在進一步的技術方案中，所述煤粉燃燒器包括 與內襯前端相接的錐管狀的擴張過 渡件。該擴張過渡件能夠使煤粉氣流的流速減小；進一步地，該結構一方面可以使煤粉在內 燃室中停留較長的時間，使煤粉從熱源及已著火的煤粉放出的熱量中吸收更多的熱量，改 善煤粉的著火性能，提高煤粉在鍋爐爐膛中燃燒的穩定性；另一方面由於煤粉氣流流速相 應減小；可以使煤粉在具有預定長度的內燃室中停留較長的時間，使煤粉中的氮元素儘早、 盡多地轉化成還原性中間產物，最終轉化為氮氣，進而更好地抑制燃料型氮氧化物的生成。 錐管狀結構能夠在降低一次風速度的同時，增強煤粉氣流的湍流強度，有利於提高內燃室 內軸線附近煤粉的濃度，從而能夠提高劣質煤的著火性能，提高煤粉燃燒器的適應性能和 鍋爐中煤粉的燃盡率。在進一步的技術方案中，所述內襯還包括與主體段後端相接的、錐管狀的收縮過 渡段。該結構能夠提高進入鍋爐爐膛內的高溫煤粉燃燒火焰的速度，保證爐膛整體燃燒組 織對內燃室出口高溫煤粉燃燒火焰速度、動量提出的要求，促進爐膛內空氣動力場的組織 和爐膛內煤粉的穩定燃燒。錐管狀結構能夠有效減少煤粉氣流中渦流的產生，在內燃室邊 壁形成適當的流動層，防止內燃室出口的局部燒損和結焦。在進一步的技術方案中，所述內襯還包括與所述收縮過渡段後端相接的出口調整 段。該結構能夠規整高溫煤粉燃燒火焰，改善煤粉燃燒器噴出火焰的性能，滿足鍋爐燃燒組 織的需要。由於煤粉燃燒器具有上述技術效果，具有該煤粉燃燒器的鍋爐中，煤粉燃燒器能 夠向爐膛提供更優的高溫煤粉燃燒火焰，以滿足爐膛內燃燒組織的需要，提高鍋爐的運行 效率，降低鍋爐的最低運行負荷，提高鍋爐的適應性能。


圖1示意本申請人另一發明提供的煤粉燃燒器的結構；圖2示意本發明實施例一提供的煤粉燃燒器的軸向剖視結構；圖3示意本發明實施例二提供的煤粉燃燒器的軸向剖視結構；圖4示意圖3的A A剖面結構；圖5示意本發明實施例三提供的煤粉燃燒器的軸向剖視結構；圖6示意本發明實施例四提供的煤粉燃燒器的軸向剖視結構；圖7沿軸向示意金屬制的外筒與陶瓷質的內襯之間的支撐關係；圖8示意金屬制的外筒與陶瓷質的內襯支撐部位的橫截面；圖9示意本發明實施例支撐部分與陶瓷質內襯連為一體的支撐結構；
圖10示意本發明實施例支撐部分與金屬制外筒連為一體的支撐結構。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明提供的技術方案進行詳細描述，本部分的描述僅是示範性 的和解釋性的說明，不應對本發明的保護範圍有任何的限制作用。應當說明的是本部分中，軸向為與內燃室內煤粉氣流流動方向一致的方向，橫向 為與軸向垂直的方向；並以煤粉流動方向為參照，靠近內燃室進口位置為前，遠離內燃室進 口的位置為後。圖2示意本發明實施例一提供的煤粉燃燒器的軸向剖視結構。本例提供的煤粉燃 燒器具有金屬制的外筒322，陶瓷質材料製成的內襯的主體段321，主體段321沿軸向延伸 形成內燃室320，內燃室320 —端為進口，該進口與輸入煤粉氣流的導管340相通，使煤粉 氣流進入內燃室320中，當然，也可以在內燃室320進口與導管340之間設置過渡部分，以 連接進口和導管；內燃室320的另一端為出口，該出口與鍋爐爐膛相通。煤粉燃燒器內的熱 源330引燃進入內燃室320的煤粉，使煤粉在內燃室320內進行燃燒，煤粉氣流穿越內燃室 320經出口進入由爐牆310形成的鍋爐爐膛內完成燃燒。本例中，陶瓷質材料製成的內襯具有較好的耐高溫性和耐熱震性，從而由陶瓷質 材料製成的內襯也具有良好的耐高溫性和耐熱震性，該內襯不僅能夠適應煤粉燃燒器在啟 動、停止過程中溫度的急劇變化，還能夠在持續高溫條件下保持一定的機械強度，進而能夠 延長煤粉燃燒器的使用壽命。而且，由陶瓷質材料製成的內襯具有較小的熱傳導率，能夠更 好地阻止內燃室320的熱量向外傳導，減少熱量散失，保證內燃室320具有較高的溫度，有 利於煤粉揮發分的析出，為煤粉的燃燒創造了有利條件；同時，保證煤粉在內燃室320中還 原性燃燒的程度。該結構還能夠使煤粉燃燒器的外表面保持較低的溫度，改善煤粉燃燒器 的安全性能。另外，陶瓷質材料製成的內襯還具有耐磨損、耐腐蝕等特點，能夠承受煤粉較 長時間的衝刷，避免煙氣的高溫腐蝕問題，從而提高煤粉燃燒器的使用性能。圖3示意本發明實施例二提供的煤粉燃燒器的軸向剖視結構。圖4示意圖3中 A-A剖面結構。本實施例在陶瓷質材料製成的內襯和金屬制的外筒322之間設置了隔熱夾 層323，隔熱夾層323可以採用公知的隔熱材料，隔熱夾層323能夠有效地減少熱量向金屬 制的外筒322傳遞，減少了熱量的散失，提高內燃室320的溫度，改善內燃室320內煤粉的 燃燒性能；還能夠降低煤粉燃燒器外筒322溫度，提高煤粉燃燒器的安全性，保證煤粉燃燒 器安全穩定地運行。如圖3所示，煤粉燃燒器還包括錐管狀的擴張過渡件350，擴張過渡件350形成前 端截面積小於後端截面積的空間，且其後端與內襯前端相接；即在煤粉氣流流動方向上，擴 張過渡件350形成橫向截面積不斷增加的一段煤粉氣流通道。擴張過渡件350能夠使煤粉 氣流的流速減小；進一步地，該結構一方面可以使煤粉在內燃室320中停留較長的時間，使 煤粉從熱源及已著火的煤粉放出的熱量中吸收更多的熱量，改善煤粉的著火性能，提高煤 粉在鍋爐爐膛中燃燒的穩定性；另一方面由於煤粉氣流流速相應減小；可以使煤粉在具有 預定長度的內燃室中停留較長的時間，使煤粉中的氮元素儘早、盡多地轉化成還原性中間 產物，最終轉化為氮氣，進而更好地抑制燃料型氮氧化物的生成。錐管狀結構能夠在降低一 次風速度的同時，增強煤粉氣流的湍流強度，有利於提高內燃室內軸線附近煤粉的濃度，從而能夠提高劣質煤的著火性能，提高煤粉燃燒器的適應性能和鍋爐中煤粉的燃盡率。本例 中，為了保證煤粉燃燒器的更優性能，擴張過渡件350包含有陶瓷質材料製成的內襯；由於 在擴張過渡件350中，溫度低於主體段321內的溫度，因此，也可以包括用其他材料製成的 內襯。如圖3所示，內襯還包括與主體段321後端相接的收縮過渡段360，收縮過渡段 360為錐管狀，其內形成前端截面積大於後端截面積的空間；即在煤粉氣流流動方向上，形 成橫向截面積不斷減小的一段煤粉氣流通道。該結構能夠提高進入鍋爐爐膛內的高溫煤粉 燃燒火焰的速度，保證爐膛整體燃燒組織對內燃室320出口高溫煤粉燃燒火焰速度、動量 提出的要求，促進爐膛內空氣動力場的組織和爐膛內煤粉的穩定燃燒。錐管狀結構能夠有 效減少煤粉氣流中渦流的產生，在內燃室320邊壁形成適當的流動層，防止內燃室320出口 的局部燒損和結焦。如圖5所示，在實施例三提供的煤粉燃燒器中，內襯還可以包括與收縮過渡段360 後端相接的筒狀的出口調整段370，該出口調整段內形成前端截面積與後端截面積相等的 空間，以對高溫煤粉燃燒火焰作進一步調整，改善煤粉燃燒器噴出火焰的性能，滿足鍋爐燃 燒需要；出口調整段370具體結構也可以根據實際需要進行設置。如圖6所示，本發明實施例四還提供了另一種結構的煤粉燃燒器。作為優選的實 施例，本實施例中隔熱夾層323為氣體隔熱夾層，使內襯和外筒322之間的間隙有適量的氣 體，這樣能夠進一步的簡化隔熱夾層323的結構；由於氣體容易獲得和運載，能夠降低煤粉 燃燒器製作、運行和維護成本。煤粉燃燒器還可以在陶瓷質材料製成的內襯和金屬制的外筒322之間設置支撐 機構326 ；圖7沿軸向示意金屬制外筒與陶瓷質內襯之間的支撐關係，圖8示意金屬制的外 筒與陶瓷質內襯支撐部位的橫截面。支撐機構326的一個側面與陶瓷質材料製成的內襯的 外表面相貼合，另一側面與金屬制的外筒322的內表面相貼合。支撐機構326的功能在於 使陶瓷質材料製成的內襯與金屬制的外筒322相對固定，防止內襯相對於外筒322移動，提 高煤粉燃燒器的整體強度，保證煤粉燃燒器工作的穩定可靠性。該支撐機構326可與陶瓷質材料製成的內襯連為一體，如圖9所示，該支撐機構的 材質可以與內襯相同。如圖10所示，支撐機構326還可以與耐熱鋼製的外筒322連為一體。在提供上述煤粉燃燒器的基礎上，還提供了一種鍋爐，提供的鍋爐包括爐膛，還具 有上述的煤粉燃燒器，該煤粉燃燒器的內燃室的出口與爐膛相通，使高溫煤粉燃燒火焰經 所述煤粉燃燒器的出口注入所述鍋爐爐膛，為鍋爐爐膛內煤粉的穩定燃燒提供條件。由於 煤粉燃燒器具有上述技術效果，具有該煤粉燃燒器的鍋爐具有相應的技術效果。 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出許多改進，這些改進也應視為本發明的 保護範圍。
權利要求
1.一種煤粉燃燒器，其特徵在於，包括熱源和維持內部煤粉氣流具有預定過量空氣系 數的內燃室，所述熱源位於內燃室內，所述內燃室具有進口和出口 ；所述熱源能夠點燃通過 內燃室的煤粉，並使煤粉在內燃室內進行還原性燃燒，所述內燃室壁包括金屬制的外筒和 陶瓷質材料製成的內襯。
2.根據權利要求1所述的煤粉燃燒器，其特徵在於，所述內襯與所述外筒之間設置有 隔熱夾層。
3.根據權利要求2所述的煤粉燃燒器，其特徵在於，所述隔熱夾層為氣體隔熱層。
4.根據權利要求1-3任一項所述的煤粉燃燒器，其特徵在於，所述內襯和外筒之間還 設有支撐機構，以使所述內襯與外筒相對固定。
5.根據權利要求4所述的煤粉燃燒器，其特徵在於，所述支撐機構與內襯連為一體，或 者與外筒連為一體。
6.根據權利要求4所述的煤粉燃燒器，其特徵在於，包括後端與內襯前端相接的錐管 狀的擴張過渡件，該擴張過渡件內形成前端截面積小於後端截面積的空間。
7.根據權利要求6所述的煤粉燃燒器，其特徵在於，所述擴張過渡件包含由陶瓷質材 料製成的內襯。
8.根據權利要求1-7任一項所述的煤粉燃燒器，其特徵在於，所述內襯包括前後相接 的主體段和錐管狀的收縮過渡段，該收縮過渡段內形成前端截面積大於後端截面積的空 間。
9.根據權利要求8所述的煤粉燃燒器，其特徵在於，所述內襯還包括與所述收縮過渡 段後端相接的筒狀的出口調整段，該出口調整段內形成前端截面積與後端截面積相等的空 間。
10.一種鍋爐，包括爐膛，其特徵在於，還具有權利要求1-9中任一項所述的煤粉燃燒 器，所述煤粉燃燒器的內燃室與所述爐膛相通，使高溫煤粉燃燒火焰經所述內燃室出口注 入所述爐膛。
全文摘要
本發明公開了一種煤粉燃燒器和具有該煤粉燃燒器的鍋爐，煤粉燃燒器包括熱源和維持內部煤粉氣流具有預定過量空氣係數的內燃室，所述熱源位於內燃室內，所述內燃室具有進口和出口；所述熱源能夠點燃通過內燃室的煤粉，並使煤粉在內燃室內進行還原性燃燒，所述內燃室壁包括金屬制的外筒和陶瓷質材料製成內襯。製備煤粉燃燒器內襯的陶瓷質材料具有良好的耐高溫性能，能夠在持續高溫條件下保持相應的機械特性；而且，陶瓷質材料具有較好的隔熱效果，能夠使煤粉燃燒器的內燃室保持較高的溫度。
文檔編號F23C5/08GK102032564SQ20091017507
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月27日 優先權日2009年9月27日
發明者王雨勃, 程昌業, 龔澤儒 申請人:煙臺龍源電力技術股份有限公司