專利名稱：一種多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及煤粉燃燒設(shè)備領(lǐng)域，具體地，本實用新型涉及一種多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置。
背景技術(shù)：
在煤粉燃燒的實際應(yīng)用中，隨著煤粉空氣混合物在燃燒階段的燃燒溫度和氧濃度的提高，煤粉更易快速、充分燃盡，煙氣中飛灰可燃物(未燃盡碳和CO)的含量降低；同時， 高溫富氧又會使燃燒過程中生成的NOx大幅提高；另一方面，煤粉空氣混合物在燃燒階段的燃燒溫度和氧濃度越低越有利于抑制氮氧化物NOx生成，但煤粉更不易燃盡。因而，解除煤粉燃燒的飛灰可燃物與NOx的耦合排放問題是燃燒技術(shù)上長期存在的技術(shù)難點。目前，應(yīng)用較廣的煤粉燃燒鍋爐的低NOx燃燒技術(shù)主要是空氣分級燃燒技術(shù)。由于前述的耦合排放關(guān)系，該技術(shù)往往只能側(cè)重一個方面問題的解決，不僅不能徹底地解決問題，同時還帶來許多其它問題。例如，宏觀空氣分級燃燒技術(shù)主要采用與NOx反應(yīng)活性較低、且分布在爐膛大范圍濃度較低的一氧化碳來還原已生成的N0X，為提高抑制NOx排放的效果，被迫通過增大燃盡風(fēng)(也稱火上風(fēng))到主燃燒區(qū)的距離，提高燃盡風(fēng)量，來增強(qiáng)爐膛內(nèi)還原性氣氛和增大還原性氣氛的區(qū)域，這樣就使得富氧燃燒的階段拖后，極難燃盡的焦炭和半焦推遲到離爐膛出口較近的低溫燃燒區(qū)去燃盡，致使飛灰可燃物的含量增高，鍋爐效率下降，而且爐膛中大范圍還原性氣氛也使得爐膛結(jié)焦和水冷壁的高溫腐蝕幾率大大增加。對于傳統(tǒng)的四角切圓煤粉燃燒爐，由于一次風(fēng)和二次風(fēng)布置在一條垂直線上，距離較近，使得一、二次風(fēng)的混合較早，減小了一次風(fēng)中煤粉在強(qiáng)還原性氣氛中的燃燒時間， 抑制生成燃料型NOx的能力下降。解耦燃燒技術(shù)可以實現(xiàn)解除煤炭燃燒的飛灰可燃物與NOx的耦合排放關(guān)系，是同時降低飛灰可燃物和NOx排放的有效方法，其機(jī)理是將煤炭燃燒過程分為兩個階段，第一階段，煤炭在很高的還原性氣氛下發(fā)生熱解、氣化和煤氣燃燒，充分利用煤炭自身的熱解和氣化產(chǎn)物將燃料型NOx轉(zhuǎn)化為更為穩(wěn)定的N2;第二階段創(chuàng)造高溫富氧但不產(chǎn)生熱力型NOJA 環(huán)境，再確保煤炭的充分燃盡。由此可見，解耦燃燒抑制NOx排放的關(guān)鍵過程，在燃燒初期熱解氣化產(chǎn)生的揮發(fā)份氮的轉(zhuǎn)化過程，該過程主要在一次風(fēng)內(nèi)部、二次風(fēng)混合前的較小空間范圍進(jìn)行，一次風(fēng)與二次風(fēng)混合后即開始燃盡階段，不需要前述的空氣分級燃燒產(chǎn)生的大范圍爐膛還原性氣氛。該過程是屬于微觀上的分級燃燒，只是機(jī)理不同于前述的宏觀上的空氣分級燃燒，解耦燃燒的還原劑充分利用了熱解氣化產(chǎn)物，反應(yīng)活性更高。專利“低氮氧化物排放煤粉解耦燃燒器及煤粉解耦燃燒方法”(中國實用新型專利申請?zhí)?01110033811.8)實用新型了一種煤粉解耦燃燒器和煤粉解耦燃燒方法，該技術(shù)主要依賴燃燒器自身的性能，沒有和鍋爐的二次風(fēng)配風(fēng)結(jié)合起來，因而抑制NOx排放的能力受到一定限制。[0008]對于傳統(tǒng)四角切圓燃燒的鍋爐，燃燒器布置在四個角部，該區(qū)域爐溫較低，一次風(fēng)風(fēng)粉混合物噴出時，對于鍋爐的穩(wěn)定燃燒和抑制N0X的排放都不利，特別是燃用低揮發(fā)份和低熱值等難燃煤時，問題更為突出。另外，傳統(tǒng)的四角切圓燃燒爐，燃燒器通常采用垂直上下擺動的方式來調(diào)節(jié)火焰中心的高度，從而來調(diào)節(jié)主、再熱汽溫，該方式使得一次風(fēng)和二次風(fēng)必須同時擺動，一次風(fēng)噴口過大的擺角使得煤粉對在高溫下工作的噴口的沖刷磨損十分嚴(yán)重，燃燒器壽命大大下降。而且，因為一套機(jī)構(gòu)上的連桿傳動較多，連桿長度和銷軸定位保持統(tǒng)一的要求就較高， 但由于爐體和燃燒器風(fēng)箱存在不規(guī)則的熱膨脹，使得該擺動裝置的故障率很高，往往長時間失去作用，影響鍋爐的燃燒特性。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于，為了克服上述問題，從而提供一種多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置， 所述裝置包括多角切圓燃燒爐膛，該多角切圓燃燒爐膛包括爐膛角墻2和爐膛側(cè)墻4、多角切圓燃燒爐膛上的一列以上的沿高度方向設(shè)置的一次風(fēng)噴口 3、一級二次風(fēng)噴口 7和中心燃盡風(fēng)噴口 9，其特征在于，所述的一次風(fēng)噴口 3采用局部集中布置方式，至少2個或以上的一次風(fēng)噴口 3上下相鄰集中布置，再在其下方布置一級二次風(fēng)噴口 7形成一個分區(qū)燃燒器組；若干組分區(qū)燃燒器組形成一列，且在最上方的分區(qū)燃燒器組的上方設(shè)置中心燃盡風(fēng)噴口 9 ；所述的每列一次風(fēng)噴口 3和一級二次風(fēng)噴口 7的近側(cè)均平行布置有一列二級二次風(fēng)噴口 1，該列二級二次風(fēng)噴口 1采用局部集中布置方式，至少2個或以上的二級二次風(fēng)噴口 1上下相鄰集中布置，形成若干分區(qū)二級二次風(fēng)噴口組，對應(yīng)于所述的分區(qū)燃燒器組的設(shè)置，其數(shù)目與分區(qū)燃燒器組相同，其高度與分區(qū)燃燒器組相對應(yīng)；在最上方的所述分區(qū)二級二次風(fēng)噴口組的上方設(shè)置外周燃盡風(fēng)噴口 8。作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的多角切圓燃燒爐膛為四角切圓燃燒爐膛或八角切圓燃燒爐膛。作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的每列二級二次風(fēng)噴口 1及其外周燃盡風(fēng)噴口 8設(shè)置于爐膛角墻上，對應(yīng)地，所述的每列一次風(fēng)噴口 3、一級二次風(fēng)噴口 7及其中心燃盡風(fēng)噴口 9設(shè)置于爐膛側(cè)墻上；或，所述的二級二次風(fēng)噴口 1及其外周燃盡風(fēng)噴口 8設(shè)置于爐膛側(cè)墻上，對應(yīng)地，所述的每列一次風(fēng)噴口 3、一級二次風(fēng)噴口 7及其中心燃盡風(fēng)噴口 9設(shè)置于爐膛角墻上；或，所述的每列一次風(fēng)噴口(3)、一級二次風(fēng)噴口(7)及其中心燃盡風(fēng)噴口(9)設(shè)置于爐膛側(cè)墻一側(cè)，并與設(shè)置于爐膛同一側(cè)墻上的二級二次風(fēng)噴口(1)及其外周燃盡風(fēng)噴口(8)彼此保持一定間隔。由于爐膛中煙氣的旋轉(zhuǎn)上升運行，煙氣上游和下游是相對的，因而，上述二級二次風(fēng)噴口 1作為中等尺度分級送風(fēng)噴口可以布置在一次風(fēng)噴口 3的上游，也可布置在下游，二級二次風(fēng)噴口組和也可和對應(yīng)的每列一次風(fēng)噴口 3、一級二次風(fēng)噴口 7和中心燃盡風(fēng)噴口 9都設(shè)置于爐膛側(cè)墻上，只要彼此保持一定間隔即可實現(xiàn)分級燃燒的目的，但二級二次風(fēng)噴口組設(shè)置在下游更有利于抑制爐墻的結(jié)焦和高溫腐蝕。[0017]作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的一次風(fēng)噴口 3采用煤粉解耦燃燒器。作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的一級二次風(fēng)噴口 7采用一套獨立的進(jìn)行水平左右擺動的結(jié)構(gòu)；所述的二級二次風(fēng)噴口 I采用一套獨立的進(jìn)行垂直上下擺動的結(jié)構(gòu)； 所述的外周燃盡風(fēng)噴口 8和中心燃盡風(fēng)噴口 9各自采用一套獨立的同時進(jìn)行水平左右擺動和垂直上下擺動的結(jié)構(gòu)。作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的一級二次風(fēng)噴口 7內(nèi)設(shè)置有點火和助燃油槍；所述一次風(fēng)噴口 3內(nèi)部設(shè)置點火和助燃的小油槍或等離子點火裝置。作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的中心燃盡風(fēng)噴口(9)采用單個噴口，或，采用上下或左右相鄰2個及以上的中心燃盡風(fēng)噴口(9)組成一組，各噴口獨立布置。中心燃盡風(fēng)噴口 9也可僅設(shè)一個噴口，也可多個噴口米用上下或左右分散布置。作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的外周燃盡風(fēng)噴口(8)采用單個噴口，或，采用上下相鄰2個及以上的外周燃盡風(fēng)噴口(8)組成一組，各噴口獨立布置。燃盡風(fēng)噴口 8 也可僅設(shè)一個噴口，也可多個噴口米用上下分散布置。作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的外周燃盡風(fēng)噴口 8或/和中心燃盡風(fēng)噴口 9的下方還設(shè)置有三次風(fēng)噴口或乏氣噴口，以利于三次風(fēng)或乏氣攜帶的煤粉在高溫區(qū)燃盡。作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的爐膛側(cè)墻上各噴口的兩側(cè)上、下游設(shè)置分別設(shè)置縫隙，用于調(diào)節(jié)爐墻附近的氧量和溫度，調(diào)節(jié)風(fēng)可以保護(hù)各噴口，并防護(hù)煤粉氣流對爐墻的沖刷。本實用新型根據(jù)煤粉燃燒特性和物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律，實現(xiàn)同時降低飛灰可燃物和NOx 排放的解耦燃燒；在微觀尺度上，通過將多角切圓燃燒爐膛上的每列一次風(fēng)噴口 3采用至少2個或以上的噴口上下相鄰集中布置方式，再在其下方布置一級二次風(fēng)噴口 7形成一個分區(qū)燃燒器組，每列中的若干一次風(fēng)噴口 3形成的分區(qū)燃燒器組，相對集中布置在距火焰中心較近爐膛溫度很高的區(qū)域，利用解耦燃燒器一次風(fēng)噴口的高度濃縮和高速加熱特性，使燃燒器噴口射向爐膛的氣流在前后分別形成強(qiáng)還原性和弱還原性區(qū)域，實現(xiàn)多區(qū)徑向前后分級燃燒；在中等尺度上，通過在所述的每列一次風(fēng)噴口 3和一級二次風(fēng)噴口 7的近側(cè)均平行布置有一列二級二次風(fēng)噴口 1，該列二級二次風(fēng)噴口 I采用局部集中布置方式，至少2個或以上的二級二次風(fēng)噴口 I上下相鄰集中布置，形成若干組，對應(yīng)于所述的分區(qū)燃燒器組設(shè)置，該二級二次風(fēng)噴口 I與一次風(fēng)噴口 3出來的風(fēng)混合前后分別形成強(qiáng)還原性區(qū)域和弱還原性或弱氧化性區(qū)域，實現(xiàn)多區(qū)水平左右分級燃燒；在宏觀尺度上，通過在大爐膛上部設(shè)置外周燃盡風(fēng)噴口 8和中心燃盡風(fēng)噴口 9，使?fàn)t膛下部和上部分別形成還原性區(qū)域和氧化性區(qū)域，實現(xiàn)垂直上下空氣分級燃燒。本實用新型的優(yōu)點在于，本實用新型提供的多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置及燃燒方法根據(jù)煤粉燃燒特性和物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律，充分發(fā)揮了在燃燒初期微觀尺度上的多區(qū)徑向前后分級燃燒特性和中等尺度上的的多區(qū)水平左右分級燃燒，在不同尺度和區(qū)域重點解決不同問題，在確保安全性的條件下，克解煤粉燃燒耦合排放的頑癥，實現(xiàn)同時降低飛灰可燃物和NOx排放的解耦燃燒。具體體現(xiàn)包括[0030]1、本實用新型充分發(fā)揮了在燃燒初期微觀尺度上利用解耦燃燒器一次風(fēng)噴口的多區(qū)徑向前后分級燃燒特性、在燃燒中期中等尺度的多區(qū)水平左右分級燃燒特性和在燃燒的中后期宏觀尺度上利用大爐膛垂直上下空氣分級燃燒的特性。首先，通過多尺度的多區(qū)分級燃燒，較早地完成顯!￡向隊的轉(zhuǎn)化，二次風(fēng)及時補(bǔ)充， 讓煤粉及時發(fā)生高溫富氧反應(yīng)，延長在爐膛充分燃燒的時間，從而充分燃盡，降低煙氣中飛灰可燃物、C0的含量。其次，由于燃燒的多區(qū)性，增加了在爐膛內(nèi)燃燒的均勻性，從而有利于避免出現(xiàn)局部燃料和氧氣過于集中的環(huán)境，產(chǎn)生過大的高溫富氧的燃燒峰值，有利于抑制熱力型N0X的生成。總之，通過多尺度的多區(qū)分級燃燒抑制N0X的生成，可減小對傳統(tǒng)大爐膛空氣分級燃燒所需要的大還原區(qū)的依賴，減小燃盡區(qū)到主燃燒區(qū)的距離來增加燃盡區(qū)的溫度、空間， 增加燃盡速度和燃盡時間，從而克解其耦合排放的頑癥，實現(xiàn)同時降低飛灰可燃物和N0X排放的解耦燃燒。2、本實用新型的燃燒裝置，一次風(fēng)噴口相對集中布置在距火焰中心較近爐膛溫度很高的區(qū)域，不僅有利于難燃煤的穩(wěn)燃，而且有利于提高一次風(fēng)射入爐膛的煤粉的熱解氣化速度，可增加燃燒初期對N0X還原性較強(qiáng)的煤炭自身的熱解氣化產(chǎn)物的濃度，同時揮發(fā)份快速析出也可增大揮發(fā)份氮的比例，降低焦炭氮的比例，為解耦燃燒抑制N0X的生成創(chuàng)造了更好的條件；3、本實用新型的燃燒裝置，部分二級二次風(fēng)噴口可以集中布置在一次風(fēng)的下游與一次風(fēng)混合助燃，這樣可在爐膛內(nèi)沿氣流方向從一次風(fēng)到二次風(fēng)噴口之間，形成多個區(qū)域較大的局部還原性燃燒區(qū)，延長了煤粉在較強(qiáng)還原性氣氛下的燃燒時間，從而增強(qiáng)抑制燃料型和熱力型N0X的生成能力，降低N0X的排放；4、本實用新型的燃燒裝置，部分助燃上游一次風(fēng)的一級和二級二次風(fēng)在爐膛內(nèi)與下游一次風(fēng)混合前含氧量已降低并且被加熱到很高溫度，結(jié)合一次風(fēng)噴口的相對集中布置，充分實現(xiàn)了高溫空氣燃燒的條件，即有利于同時抑制燃料型和熱力型N0X的生成，也可實現(xiàn)穩(wěn)燃；5、本實用新型的燃燒裝置，與四角切圓燃燒相比，一次風(fēng)射流更遠(yuǎn)離爐墻，通過調(diào)節(jié)各列二級二次風(fēng)噴口組的風(fēng)量，可在爐膛內(nèi)二級二次風(fēng)下游靠近爐墻附近的易結(jié)焦范圍內(nèi)，形成二次風(fēng)包圍一次風(fēng)的旋轉(zhuǎn)動力場，不僅有利于實現(xiàn)降低N0X排放的逐級燃燒，也有利于防止?fàn)t墻的結(jié)焦和高溫腐蝕。6、與四角切圓鍋爐相比，本實用新型的每列一次風(fēng)噴口 3、二級二次風(fēng)噴口 1和中心燃盡風(fēng)噴口 9中的二次風(fēng)噴口和燃盡風(fēng)噴口距離爐膛中心較近，氣流貫穿到爐膛中心的能力較強(qiáng)，因而可加強(qiáng)包括爐膛中部在內(nèi)的整個爐膛空間的風(fēng)粉混合，使煤粉及時燃盡，有利于降低飛灰含碳量，增強(qiáng)解耦燃燒的效果。7、本實用新型通過水平和垂直擺動二次風(fēng)噴口組合來調(diào)節(jié)爐膛內(nèi)的動力場、溫度場和濃度場，且一次風(fēng)噴口可以不隨二次風(fēng)噴口一起擺動，從而可以減小一次風(fēng)噴口的磨損速度，提高使用壽命。將擺動機(jī)構(gòu)分解為多種，部分僅需進(jìn)行簡單的手動調(diào)節(jié)，僅保留部分調(diào)節(jié)比較頻繁的噴口采用遠(yuǎn)程調(diào)控機(jī)構(gòu)執(zhí)行調(diào)節(jié)，這樣可以減小擺動機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性和工作負(fù)荷，降低該機(jī)構(gòu)的故障率。CN 202350012 U
書
明
說
5/8頁綜上，本實用新型的燃燒裝置及其方法，除了有可靠的解耦燃燒技術(shù)性能，還有突出的穩(wěn)燃能力、防結(jié)焦和易調(diào)節(jié)等燃燒性能，不僅對難燃煤和易結(jié)焦煤及其它劣質(zhì)煤等有更好的適應(yīng)性，同時，由于燃燒區(qū)布置較為集中，相對傳統(tǒng)煤粉鍋爐，也有利于減小爐膛設(shè)計高度，降低制造和安裝成本。

圖I為本實用新型的多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置的俯視圖示意圖，圖2是本實用新型的多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置的側(cè)視圖示意圖。附圖標(biāo)識I、二級二次風(fēng)噴口 2、爐膛角墻3、一次風(fēng)噴口4、爐膛側(cè)墻5、一次風(fēng)假想切圓6、二級二次風(fēng)假想切圓7、一級二次風(fēng)噴口 8、外周燃盡風(fēng)噴口 9、中心燃盡風(fēng)噴口
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖I所示，本實施例中的多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置采用四角切圓的煤粉解耦燃燒爐，四列一次風(fēng)噴口 3、一級二次風(fēng)噴口 7及其中心燃盡風(fēng)噴口 9安裝在四面爐膛側(cè)墻4上，對應(yīng)地，四列二級二次風(fēng)噴口 I及其外周燃盡風(fēng)噴口 8安裝在四個爐膛角墻2 上；如圖2所示，所述一次風(fēng)噴口 3可采用煤粉解耦燃燒器，并采用局部集中布置方式，上下相鄰2個及以上的一次風(fēng)噴口 3組成一組布置在爐膛側(cè)墻4上；所述一次風(fēng)噴口 3 內(nèi)也可設(shè)置點火和助燃的小油槍或等離子點火裝置；一級二次風(fēng)噴口 7布置在該一次風(fēng)噴口組的下方形成一個分區(qū)燃燒器組，側(cè)墻上沿高度方向可布置多組該分區(qū)燃燒器組；該側(cè)墻上的一級二次風(fēng)噴口 7采用可進(jìn)行水平擺動的結(jié)構(gòu)，在專設(shè)機(jī)構(gòu)帶動下可使噴口噴射角度做水平左右擺動；所述側(cè)墻上的一級二次風(fēng)噴口 7內(nèi)也可設(shè)置點火和助燃油槍；對于不同煤種該側(cè)墻上的一級二次風(fēng)噴口 7也可上下連續(xù)布置多個噴口，也可在一次風(fēng)之間插入小流量的該噴口；所述四列二級二次風(fēng)噴口 I采用局部集中布置方式，上下相鄰2個及以上的二級二次風(fēng)噴口 I組成一組布置在爐膛角墻2上，形成分區(qū)二級二次風(fēng)噴口組；該分區(qū)二級二次風(fēng)噴口組數(shù)量與前述側(cè)墻上安裝的分區(qū)燃燒器組相同，且在標(biāo)高上，該分區(qū)二級二次風(fēng)噴口組與前述各分區(qū)燃燒器組相對應(yīng)；所述二級二次風(fēng)噴口 I采用可垂直上下擺動的結(jié)構(gòu)， 在專設(shè)機(jī)構(gòu)帶動下可使分區(qū)二次風(fēng)噴口組各噴口的噴射角度做垂直上下擺動；中心燃盡風(fēng)噴口 9位于前述最上方的分區(qū)燃燒器組的上方，并與最上方的分區(qū)燃燒器組相距一定距離；中心燃盡風(fēng)噴口 9采用可同時水平和垂直擺動的結(jié)構(gòu)，在專設(shè)機(jī)構(gòu)帶動下可使該中心燃盡風(fēng)噴口 9的噴射角度做水平左右和垂直上下擺動；中心燃盡風(fēng)噴口 9可采用局部集中布置方式，上下或左右相鄰2個及以上的中心燃盡風(fēng)噴口 9組成一組布置在爐膛側(cè)墻4上；中心燃盡風(fēng)噴口 9也可僅設(shè)一個噴口，也可多個噴口采用上下或左右分散布置；外周燃盡風(fēng)噴口 8位于前述最上方的分區(qū)二級二次風(fēng)噴口組的上方，并與最上方的分區(qū)二次風(fēng)噴口組相距一定距離；外周燃盡風(fēng)噴口 8采用可同時水平和垂直擺動的結(jié)構(gòu)，在專設(shè)機(jī)構(gòu)帶動下可使該燃盡風(fēng)各噴口的噴射角度做水平左右和垂直上下擺動；外周燃盡風(fēng)噴口 8可采用局部集中布置方式，上下相鄰2個及以上的外周燃盡風(fēng)噴口 8組成一組布置在爐膛角墻2上，燃盡風(fēng)噴口 8也可僅設(shè)一個噴口，也可多個噴口采用上下分散布置；所述四面爐膛側(cè)墻4上安裝的各層分區(qū)燃燒器組的標(biāo)高相對應(yīng)；各一次風(fēng)噴口 3 的噴射中心線匯集在爐膛圍成一個與噴射中心線相切、旋轉(zhuǎn)運動方向一致的一次風(fēng)假想切圓5 ；所述四角爐膛角墻2上安裝的各層分區(qū)二級二次風(fēng)噴口組的標(biāo)高相對應(yīng)；各二級二次風(fēng)噴口 1的噴射中心線匯集在爐膛圍成一個與噴射中心線相切、旋轉(zhuǎn)運動方向一致的二級二次風(fēng)假想切圓6 ；實際應(yīng)用中，通過改變一次風(fēng)噴口 3水平安裝位置和噴射中心線的角度以及二級二次風(fēng)噴口 1噴射中心線的角度，一次風(fēng)假想切圓的直徑可大于也可小于二級二次風(fēng)假想切圓的直徑；兩個假想切圓的旋轉(zhuǎn)方向可以相同，也可相反；一次風(fēng)假想切圓的直徑也可以為零。對于設(shè)有三次風(fēng)噴口或乏氣噴口的系統(tǒng)，可以將三次風(fēng)噴口或乏氣噴口設(shè)于外周燃盡風(fēng)噴口 8或中心燃盡風(fēng)噴口 9之下，以利于三次風(fēng)或乏氣攜帶的煤粉在高溫區(qū)燃盡。通過在側(cè)墻上各噴口的上、下游設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)，可調(diào)節(jié)爐墻附近的氧量和溫度，保護(hù)各噴口，并防護(hù)煤粉氣流對爐墻的沖刷，減輕受熱面的結(jié)焦和高溫腐蝕。根據(jù)本實用新型的構(gòu)思，調(diào)節(jié)風(fēng)風(fēng)量較小，可以不設(shè)噴口，只是從爐膛開的縫隙進(jìn)入。本實用新型的二級二次風(fēng)噴口 1也都可布置在側(cè)墻上，屬于次級二次風(fēng)，由于爐膛中煙氣的旋轉(zhuǎn)上升運行，煙氣上游和下游是相對的，因而上述二級二次風(fēng)噴口 1作為中等尺度分級送風(fēng)噴口可以布置在側(cè)墻上一次風(fēng)噴口的上游，也可布置在下游，只要彼此保持一定間隔即可實現(xiàn)分級燃燒的目的。但設(shè)置在下游更有利于抑制爐墻的結(jié)焦和高溫腐蝕。此外本實用新型煤粉解耦燃燒的步驟包括1) 一次風(fēng)噴口 3采用煤粉解耦燃燒器或其它一次風(fēng)中有濃煤粉氣流和對氣流快速加熱的燃燒器；濃煤粉氣流首先被爐膛高溫?zé)煔飧咚偌訜?，迅速加熱到著火溫度，同時高溫高速的熱解氣化大幅增加了揮發(fā)份氮比例，且煤熱解氣化后揮發(fā)份中的NH3、NCH、CmHn(碳?xì)浠衔?、C0具有強(qiáng)還原性和高濃度，該階段揮發(fā)份氮生成的N0X可大部分轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的 N2。隨煤粉氣流沿徑向流向爐膛，淡粉氣流和一級二次風(fēng)及爐膛中的氧氣依次逐步混入，由于半焦開始燃燒，對氧氣的消耗增大，因此該燃燒的氣流始終處于還原性氣氛下，可大幅抑制N0X的生成；該燃燒過程的不同階段主要產(chǎn)生在各一次風(fēng)噴口出口附近，并沿徑向氣流由前向后的流動過程，因而屬于微觀尺度的多區(qū)徑向前后分級燃燒；一次風(fēng)風(fēng)粉混合物由一次風(fēng)噴口 3進(jìn)入爐膛一定深度后，隨著煙氣在爐膛內(nèi)做旋轉(zhuǎn)上升；2) 一級二次風(fēng)由位于一次風(fēng)噴口組下方的一級二次風(fēng)噴口 7進(jìn)入爐膛，該氣流逐漸與前述一次風(fēng)混合旋轉(zhuǎn)上升，以防止一次風(fēng)煤粉的離析下落，同時其補(bǔ)充的空氣可使煤粉維持持續(xù)的較強(qiáng)的還原性燃燒；且該一級二次風(fēng)噴口 7做水平擺動時，可改變氣流的進(jìn)入角度，從而調(diào)節(jié)爐膛內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣流的動力場強(qiáng)度和控制與一次風(fēng)的混合時機(jī)；該二次風(fēng)內(nèi)可設(shè)置油槍，以在鍋爐點火和助燃階段提供燃油火炬。3) 二級二次風(fēng)，則由每列二次風(fēng)噴口組中的二級二次風(fēng)噴口 I進(jìn)入爐膛，為在爐膛形成強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)氣流提供動力，該氣流與上游旋轉(zhuǎn)而來的一次風(fēng)風(fēng)粉混合氣流逐漸混合， 旋轉(zhuǎn)上升；由于該二次風(fēng)氣流受到上游氣流的推擠，相對處于旋轉(zhuǎn)氣流的外側(cè)，大范圍包圍著爐內(nèi)煙氣，其補(bǔ)充的空氣仍可使上游煤粉繼續(xù)維持還原性燃燒，同時該氣流還可阻止煤粉沖刷爐墻，并防止?fàn)t墻附近出現(xiàn)較強(qiáng)的還原性氣氛，保護(hù)爐墻不發(fā)生結(jié)焦和高溫腐蝕；所述的每列二次風(fēng)噴口組可上下擺動，從而上下調(diào)節(jié)爐膛火焰的中心位置；該二次風(fēng)為上游煤粉氣流提供了部分的燃燒空氣，使氣流含氧量增加，促使煤粉快速燃盡；該燃燒過程的不同階段主要產(chǎn)生在爐膛水平旋轉(zhuǎn)氣流的二級二次風(fēng)的上游和下游之間。上游一次風(fēng)到二級二次風(fēng)之間為較強(qiáng)還原性氣氛；二級二次風(fēng)到下游一次風(fēng)之間為弱氧化性或弱還原性氣氛，并在該區(qū)間沿水平周向氣流由左向右(或由右向左)的流動過程，平均含氧量逐漸降低。相對于噴口附近微觀尺度的分級燃燒，該燃燒過程屬于中等尺度的多區(qū)水平左右分級燃燒；在較強(qiáng)還原性氣氛區(qū)，煤粉中剩余的部分焦炭氮進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為N2 ;在之后的區(qū)域， 焦炭氮的比例已很低，而且，由于其析出時要穿越煤粉顆粒表面的還原性界面，使得焦炭氮向NOx轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化率很低；4)中心燃盡風(fēng)經(jīng)由中心燃盡風(fēng)噴口 9進(jìn)入爐膛內(nèi)，與前述旋轉(zhuǎn)上升的煙氣中靠近爐膛中心的部分混合均勻，為未燃盡的煤粉及時提供燃盡空氣；該燃盡風(fēng)各噴口的噴射角度做水平左右擺動時，可調(diào)節(jié)爐膛煙氣的旋轉(zhuǎn)動力強(qiáng)度，調(diào)節(jié)爐膛上部及出口煙氣溫度的分布，即可通過減弱旋轉(zhuǎn)氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度來避免爐膛出口不同區(qū)域煙溫出現(xiàn)過大的偏差，也可通過調(diào)節(jié)爐墻附近煙氣溫度和煙氣在爐膛放熱量來調(diào)節(jié)鍋爐主、再熱汽溫；該燃盡風(fēng)各噴口的噴射角度做垂直上下擺動時，可通過上下調(diào)節(jié)爐膛火焰的中心位置來調(diào)節(jié)鍋爐主、再熱汽溫，并控制燃盡風(fēng)與上升煙氣的混合時機(jī)，以控制NOx和飛灰可燃物的耦合排放；5)外周燃盡風(fēng)由外周燃盡風(fēng)噴口 8進(jìn)入爐膛內(nèi)，與上升的煙氣中靠近爐墻的部分混合均勻，為未燃盡的煤粉及時提供燃盡空氣；該燃盡風(fēng)各噴口的噴射角度做水平左右擺動時，可調(diào)節(jié)爐膛煙氣的旋轉(zhuǎn)動力強(qiáng)度，調(diào)節(jié)爐膛上部及出口煙氣溫度的分布，即可通過減弱旋轉(zhuǎn)氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度來避免爐膛出口不同區(qū)域煙溫出現(xiàn)過大的偏差，也可通過調(diào)節(jié)爐墻附近煙氣溫度和煙氣在爐膛放熱量來調(diào)節(jié)鍋爐主、再熱汽溫；該燃盡風(fēng)各噴口的噴射角度做垂直上下擺動時，可通過上下調(diào)節(jié)爐膛火焰的中心位置來調(diào)節(jié)鍋爐主、再熱汽溫，并控制燃盡風(fēng)與上升煙氣的混合時機(jī)，以控制NOx和飛灰可燃物的耦合排放；6)根據(jù)鍋爐NOx和飛灰可燃物的耦合排放關(guān)系和安全性要求，對于鍋爐燃用煤種的不同，所述二次風(fēng)和燃盡風(fēng)的配風(fēng)方式也不同；流經(jīng)所述二級二次風(fēng)噴口 I的二次風(fēng)比例占二次風(fēng)和燃盡風(fēng)總量的15% 80%; 隨著燃煤的易燃性的增強(qiáng)，該風(fēng)量可減小；若鍋爐爐膛的結(jié)焦?fàn)顩r較重，可增大該風(fēng)量；流經(jīng)所述一級二次風(fēng)噴口 7的二次風(fēng)比例占二次風(fēng)和燃盡風(fēng)總量的15% 80%; 隨著燃煤的易燃性的增強(qiáng)，該風(fēng)量可增大；流經(jīng)所述外周燃盡風(fēng)噴口 8的燃盡風(fēng)比例占二次風(fēng)和燃盡風(fēng)總量的0% 30% ；隨著燃煤的易燃性的增強(qiáng)，該風(fēng)量可減小；若要提高鍋爐主、再熱汽溫，則可增大該風(fēng)量；流經(jīng)所述中心燃盡風(fēng)噴口 9的燃盡風(fēng)比例占二次風(fēng)和燃盡風(fēng)總量的0% 30% ； 隨著燃煤的易燃性的增強(qiáng)，該風(fēng)量可減?。蝗粢岣咤仩t主、再熱汽溫，則可增大該風(fēng)量； 若飛灰含碳量較大，可調(diào)節(jié)該風(fēng)量在最佳組合；通常為了降低鍋爐N0X的排放，可增大燃盡風(fēng)量和二級二次風(fēng)量；本實用新型采用多尺度的多區(qū)分級燃燒方法；微觀尺度上利用解耦燃燒器一次風(fēng)噴口的高度濃縮和高速加熱特性，使燃燒器噴口射向爐膛的氣流在前后分別形成強(qiáng)還原性和弱還原性區(qū)域，實現(xiàn)多區(qū)徑向前后分級燃燒；在中等尺度通過二級二次風(fēng)與上游一次風(fēng)混合前后分別形成強(qiáng)還原性區(qū)域和弱還原性或弱氧化性區(qū)域，實現(xiàn)多區(qū)水平左右分級燃燒；在宏觀尺度上通過在大爐膛上部設(shè)置燃盡風(fēng)，使?fàn)t膛下部和上部分別形成還原性區(qū)域和氧化性區(qū)域，實現(xiàn)垂直上下空氣分級燃燒。在燃燒初期微觀尺度上，通過對一次風(fēng)煤粉氣流的高度濃縮和高速加熱等手段來創(chuàng)造抑制燃料型N0X生成的有利條件，重點是促使產(chǎn)生更多的揮發(fā)份氮并向N2轉(zhuǎn)化；在燃燒中期，重點通過控制混合氣流的含氧量來控制濃度場和溫度場，來進(jìn)一步抑制燃料型N0X的生成，促使焦炭氮向N2的轉(zhuǎn)化；同時避免出現(xiàn)產(chǎn)生大量生成熱力型N0X的高溫富氧條件；通過前述手段，已使大部分燃料氮轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的N2，在燃燒的中后期，即可通過在爐膛內(nèi)爐溫較高的區(qū)域及時送入燃盡空氣，并及時混合均勻，使可燃物有充分燃盡的條件， 來降低煙氣中飛灰可燃物的含量；由此可見，多尺度的多區(qū)分級燃燒，是根據(jù)煤粉燃燒特性和物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律，在不同尺度和區(qū)域重點解決不同問題，在確保安全性的條件下，克解煤粉燃燒耦合排放的頑癥，實現(xiàn)同時降低飛灰可燃物和N0X排放的解耦燃燒。最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置，所述裝置包括多角切圓燃燒爐膛，該多角切圓燃燒爐膛包括爐膛角墻(2)和爐膛側(cè)墻(4)、多角切圓燃燒爐膛上的一列以上的沿高度方向設(shè)置的一次風(fēng)噴口(3)、一級二次風(fēng)噴口(7)和中心燃盡風(fēng)噴口(9)，其特征在于，所述的一次風(fēng)噴口(3)采用局部集中布置方式，至少2個或以上的一次風(fēng)噴口(3)上下相鄰集中布置，再在其下方布置一級二次風(fēng)噴口(7)形成一個分區(qū)燃燒器組；若干組分區(qū)燃燒器組形成一列，且在最上方的分區(qū)燃燒器組的上方設(shè)置中心燃盡風(fēng)噴口(9)；所述的每列一次風(fēng)噴口(3)和一級二次風(fēng)噴口(7)的近側(cè)均平行布置有一列二級二次風(fēng)噴口(1)，該列二級二次風(fēng)噴口(I)采用局部集中布置方式，至少2個或以上的二級二次風(fēng)噴口(I)上下相鄰集中布置，形成若干分區(qū)二級二次風(fēng)噴口組，對應(yīng)于所述的分區(qū)燃燒器組的設(shè)置，其數(shù)目與分區(qū)燃燒器組相同，其高度與分區(qū)燃燒器組相對應(yīng)；在最上方的所述分區(qū)二級二次風(fēng)噴口組的上方設(shè)置外周燃盡風(fēng)噴口(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置，其特征在于，所述的多角切圓燃燒爐膛為四角切圓燃燒爐膛或八角切圓燃燒爐膛。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置，其特征在于，所述的每列二級二次風(fēng)噴口(I)及其外周燃盡風(fēng)噴口(8)設(shè)置于爐膛角墻上，對應(yīng)地，所述的每列一次風(fēng)噴口(3)、一級二次風(fēng)噴口(7)及其中心燃盡風(fēng)噴口(9)設(shè)置于爐膛側(cè)墻上；或，所述的二級二次風(fēng)噴口(I)及其外周燃盡風(fēng)噴口(8)設(shè)置于爐膛側(cè)墻上，對應(yīng)地，所述的每列一次風(fēng)噴口(3)、一級二次風(fēng)噴口(7)及其中心燃盡風(fēng)噴口(9)設(shè)置于爐膛角墻上；或，所述的每列一次風(fēng)噴口(3)、一級二次風(fēng)噴口(7)及其中心燃盡風(fēng)噴口(9)設(shè)置于爐膛側(cè)墻一側(cè)，并與設(shè)置于爐膛同一側(cè)墻上的二級二次風(fēng)噴口(I)及其外周燃盡風(fēng)噴口(8)彼此保持一定間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置，其特征在于，所述的一次風(fēng)噴口(3)采用煤粉解耦燃燒器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置，其特征在于，所述的一級二次風(fēng)噴口(7)采用一套獨立的進(jìn)行水平左右擺動的結(jié)構(gòu)；所述的二級二次風(fēng)噴口(I)采用一套獨立的進(jìn)行垂直上下擺動的結(jié)構(gòu)；所述的外周燃盡風(fēng)噴口(8)和中心燃盡風(fēng)噴口(9)各自采用一套獨立的同時進(jìn)行水平左右擺動和垂直上下擺動的結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置，其特征在于，所述的一級二次風(fēng)噴口(7)內(nèi)設(shè)置有點火和助燃油槍；所述一次風(fēng)噴口(3)內(nèi)部設(shè)置點火和助燃的小油槍或等離子點火裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置，其特征在于，所述的中心燃盡風(fēng)噴口(9)采用單個噴口，或，采用上下或左右相鄰2個及以上的中心燃盡風(fēng)噴口(9)組成一組,各噴口獨立布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置，其特征在于，所述的外周燃盡風(fēng)噴口(8)采用單個噴口，或，采用上下相鄰2個及以上的外周燃盡風(fēng)噴口(8) 組成一組，各噴口獨立布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置，其特征在于，所述的外周燃盡風(fēng)噴口(8)或/和中心燃盡風(fēng)噴口(9)的下方還設(shè)置有三次風(fēng)噴口或乏氣噴口， 以利于三次風(fēng)或乏氣攜帶的煤粉在高溫區(qū)燃盡
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置，其特征在于，所述的爐膛側(cè)墻上各噴口的兩側(cè)上、下游設(shè)置分別設(shè)置縫隙，用于調(diào)節(jié)爐墻附近的氧量和溫度， 保護(hù)各噴口，并防護(hù)煤粉氣流對爐墻的沖刷。
專利摘要本實用新型涉及一種多角切圓多尺度煤粉解耦燃燒裝置，根據(jù)煤粉燃燒特性和物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律，在微觀尺度上，通過將多角切圓燃燒爐膛上的每列一次風(fēng)噴口(3)采用至少2個或以上的噴口上下相鄰集中布置方式，相對集中布置在距火焰中心較近爐膛溫度很高的區(qū)域，實現(xiàn)多區(qū)徑向前后分級燃燒；在中等尺度上，通過二級二次風(fēng)噴口(1)采用局部集中布置方式，與一次風(fēng)噴口(3)混合前后分別形成強(qiáng)還原性區(qū)域和弱還原性或弱氧化性區(qū)域，實現(xiàn)多區(qū)水平左右分級燃燒；在宏觀尺度上，通過設(shè)置外周燃盡風(fēng)噴口(8)和中心燃盡風(fēng)噴口(9)，使?fàn)t膛下部和上部分別形成還原性區(qū)域和氧化性區(qū)域，實現(xiàn)垂直上下空氣分級燃燒。
文檔編號F23C5/32GK202350012SQ20112046752
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者何京東, 劉新華, 劉雅寧, 孫廣藩, 李靜海, 葛蔚, 郝江平 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所