一种低负荷稳定燃烧的锅炉燃烧器及其燃烧方法与应用

技术领域

本发明涉及锅炉燃烧器技术领域，尤其涉及一种低负荷稳定燃烧的锅炉燃烧器及其燃烧方法与应用。

背景技术

煤炭是重要的能源和化工原料，以煤为主的能源结构中相当长的时间内不会改变。我国煤炭资源虽然丰富，随着资源利用，煤炭资源的减少，劣质煤占比加大，约占煤炭总储量的20％，并且随着煤炭资源的不断开采，煤质呈逐年下降的趋势。我国劣质煤的利用方式以电站锅炉燃烧发电为主，但由于其所含成分较差，在锅炉燃烧时会引起诸多问题。以难燃的无烟煤为例，其挥发分含量低，挥发分的发热量也较低，挥发分析出速度慢，并且可燃性差，燃尽困难，在燃烧时会导致炉膛温度低、燃烧不稳定、不完全燃烧损失增加、运行不安全可靠等一系列问题。

机组在调峰低负荷运行时，由于偏离了最佳设计工况，安全性和经济性都会降低，会造成燃烧不稳定、炉膛燃烧温度低、水循环安全性降低、制粉系统和炉膛爆炸等一系列问题。这些安全性问题很多都是由于炉内燃烧不稳定引起的。因此，通过研究低负荷稳燃技术，可以改善炉内燃烧工况，提高整个机组的运行安全性。燃烧器作为组织煤粉燃烧的关键设备，对于炉膛内的流场和煤粉的稳定燃烧有重要影响。自20世纪70年代以来，国内外的科研工作者已经研发出了各种具有稳燃性能的煤粉燃烧器，如WR燃烧器、船型体燃烧器、预燃室燃烧器等，这些发明各有特点，但都是从结构方面进行考虑，均未涉及采用生物质混合燃烧，既可以稳燃，又可以采用更环保的燃料。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中低负荷燃烧时会导致炉膛温度低、燃烧不稳定、不完全燃烧损失增加、运行不安全可靠等一系列问题，通过对燃烧器的结构、燃料配比进行改进，来提高劣质煤的低负荷稳燃特性。

为了实现本发明的主要目的，本发明提供：

一种低负荷稳定燃烧的锅炉燃烧器，包括燃烧器和炉膛，所述燃烧器包括壳体、设置在壳体中心的二次风管、环围在二次风管两侧的一次风管、紧贴壳体内壁设置的生物质燃料管，所述燃烧器设置在炉膛的四个角处，其中：

所述二次风管的二次风喷口沿炉膛的圆切线方向设置；

所述一次风管的一次风喷口沿炉膛的径向方向设置；

所述生物质燃料管的生物质燃料喷口沿炉膛中心设置。

作为优选，所述生物质燃料管的生物质燃料进口位于二次风管的二次进风口前端，所述二次进风口与一次风管的一次进风口齐平。

作为优选，所述生物质燃料喷口与生物质燃料管成30°～45°向外弯折设置。

作为优选，所述生物质燃料管的生物质燃料喷口末端为坡口形状。

作为优选，所述一次风喷口与二次风喷口平齐设置，且位于生物质燃料喷口的前端。

作为优选，所述炉膛包括保护墙壁及设置在保护墙壁内的腔室。

一种低负荷稳定燃烧的锅炉燃烧方法，包括如下任意步骤：

炉膛正常负荷燃烧时，同时打开通风管道向一次风管和二次风管内通风气流、打开物料管道向一次风管内通煤粉、气混合流，之后打开点火装置点燃一次风管内的一次风气流，使得当点燃的一次风气流与煤粉流在一次风喷口相遇时瞬间点燃煤粉，进而在二次风喷口形成火焰；或

炉膛低负荷燃烧时，同时打开通风管道向一次风管和二次风管内通风气流、打开物料管道向一次风管内通煤粉、气混合流，同时打开生物质燃料管输送生物质，之后打开点火装置点燃一次风管内的一次风气流，使得当点燃的一次风气流与煤粉流在一次风喷口相遇时瞬间点燃煤粉，进而在二次风喷口形成火焰，火焰向外扩散时与其四周的生物质接触，使煤粉充分燃烧。

作为优选，所述生物质燃料管内随带生物质颗粒的空气经空气预热器预热至温度为200℃。

作为优选，所述炉膛满负荷燃烧时，所述一次风管及二次风管内煤粉、气混合流流速为20～30m/s；所述炉膛低负荷燃烧时，所述一次风管及二次风管内煤粉、气混合流流速为15～25m/s，所述生物质流速为10～15m/s。

本发明进一步公开了低负荷稳定燃烧的锅炉燃烧器在煤粉或生物质或秸秆燃烧的应用。

可选的，所述壳体为铸钢壳体，所述保护墙壁的内衬为耐火内衬。

可选的，所述壳体靠近炉膛的一端具有圆台设置，且圆台较大面积一端朝向炉膛燃烧腔室。

可选的，所述燃烧器与炉膛为一体成型，所述燃烧器为铸钢燃烧器。

可选的，所述燃烧器与炉膛分体设置，所述燃烧器为铸钢燃烧器，所述燃烧器与炉膛通过螺栓螺母结构连接。

本发明所采用的生物质燃料由秸秆、稻草、稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉籽壳等以及"三剩物"经过加工产生的块状环保新能源。生物质颗粒的直径一般为6～10毫米。生物质颗粒的直径一般为6～8毫米，长度为其直径的4～5倍，破碎率小于1.5％～2.0％，干基含水量小于10％～15％，灰分含量小于1.5％，硫含量和氯含量均小于0.07％，氮含量小于0.5％。若使用添加剂，则应为农林产物，并且应标明使用的种类和数量。

与现有技术相比，本发明具有的有益技术效果：

1)锅炉满负荷燃烧时，生物质燃料进口关闭，炉膛燃烧只采用煤粉燃烧，不使用生物质燃烧减轻炉膛结渣，低负荷燃烧时，送入炉膛的煤粉降低，炉膛温度降低，火焰燃烧不稳定，为保证燃烧稳定，将生物质燃料进口打开送入生物质燃料，利用生物质挥发分高、易点燃、发热量较好的特点，保证火焰的燃烧稳定；

2)具有较好的煤种适应性与负荷调节性，能够根据煤种和负荷的变化而准确调节风速和风量，灵活调节煤粉与生物质燃料燃烧比例，调节机构灵敏、可靠、耐用；

3)对生物质资源化利用，一方面避免了资源的浪费，另一方面可以减少焚烧和废弃生物质引起的环境污染和温室气体排放；

附图说明

图1为本发明低负荷稳定燃烧的锅炉燃烧器俯视图；

图2为本发明的燃烧器主视图；

图3为本发明的燃烧器右视图；

图4为本发明的燃烧器的俯视图。

具体实施方式

如图1-4所示，图1中箭头分别表示气流方向，一种低负荷稳定燃烧的锅炉燃烧器，包括燃烧器1和炉膛2，所述燃烧器1包括壳体11、设置在壳体11中心的二次风管12、环围在二次风管12两侧的一次风管13、紧贴壳体11内壁设置的生物质燃料管14，所述燃烧器1设置在炉膛2的四个角处，其中：

所述二次风管12的二次风喷口122沿炉膛2的圆切线方向设置；二次风从二次风喷口122喷出，形成切圆燃烧。

所述一次风管13的一次风喷口132沿炉膛2的径向方向设置；一次风从一次风喷口132处喷出，携带煤粉送入炉膛燃烧。

所述生物质燃料管14的生物质燃料喷口142沿炉膛2中心设置。

生物质燃料管14的生物质燃料进口141位于二次风管12的二次进风口121前端，所述二次进风口121与一次风管13的一次进风口131齐平，生物质燃料喷口142与生物质燃料管14成30°～45°向外弯折设置，这样设置的目的在于，延长了生物质与煤粉气流的混合时间，压缩了一次风喷口132处煤粉燃烧形成的火焰长度，有利于低氮燃烧。生物质将煤粉包裹式燃烧，由于挥发分高、易点燃、发热量较好的特点，保证火焰的燃烧稳定，弥补了低负荷燃烧时，送入炉膛的煤粉降低，炉膛温度降低，火焰燃烧不稳定的缺陷。为进一步增大生物质的扩散面积，将生物质燃料喷口142末端设为坡口形状。

本发明中，一次风喷口132与二次风喷口122平齐设置，且位于生物质燃料喷口142的前端。

所述炉膛2包括保护墙壁21及设置在保护墙壁21内的腔室22。

本发明进一步公开了一种低负荷稳定燃烧的锅炉燃烧方法：

当炉膛正常负荷燃烧时，同时打开通风管道向一次风管和二次风管内通风气流、打开物料管道向一次风管内通煤粉、气混合流，之后打开点火装置点燃一次风管内的一次风气流，使得当点燃的一次风气流与煤粉流在一次风喷口相遇时瞬间点燃煤粉，进而在二次风喷口形成火焰；

当炉膛低负荷燃烧时，同时打开通风管道向一次风管和二次风管内通风气流、打开物料管道向一次风管内通煤粉、气混合流，同时打开生物质燃料管输送生物质，之后打开点火装置点燃一次风管内的一次风气流，使得当点燃的一次风气流与煤粉流在一次风喷口相遇时瞬间点燃煤粉，进而在二次风喷口形成火焰，火焰向外扩散时与其四周的生物质接触，使煤粉充分燃烧。

具体燃烧过程：一次风气流从一次风喷口处喷出，携带煤粉送入炉膛燃烧，二次风气流从二次风喷口喷出，提供空气助燃。炉膛在低负荷燃烧运行时，相比设计工况进煤量降低，炉膛整体温度下降，影响煤粉燃烧，导致火焰不稳，甚至熄灭。

本发明最大特点：在炉膛低负荷燃烧运行时，生物质燃料喷将生物质颗粒(例如秸秆颗粒、稻草颗粒等)喷入炉膛中进行燃烧，利用生物质挥发分较高的特点，生物质燃料更易燃，燃烧更迅速，可以起到稳定炉膛火焰燃烧的作用。同时，生物质颗粒的热值低于煤粉，不会出现稳定火焰的同时引起炉膛火焰温度升高从而导致产能超过负荷要求的现象。空气经过空气预热器加温后进入煤仓，空气携带煤粉作为一次风送入炉膛，当炉膛正常负荷燃烧时，一次风气流与二次风气流风速控制在20～30m/s，当炉膛低负荷燃烧时，减小一次风气流与二次风气流风速，降低煤粉送入量，所述一次风管及二次风管内煤粉、气混合流流速为15～25m/s，所述生物质流速为10～15m/s。低负荷运行时，启动生物质燃料进口。随带生物质颗粒的空气经过空气预热器加热到200℃，空气温度过高容易引起生物质燃烧，将生物质燃料送入炉膛，风速控制在10-15m/s，防止风速过大吹灭火焰。生物质燃料喷口方向与一次风喷口方向一致，使生物质燃料在生物质燃料进口进入，在生物质燃料喷口处喷出，与一次风气流方向一致，送入炉膛进行燃烧。

以上实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。