[發明專利]基于相似準側的穩燃旋流燃燒器及其運行方法

有效

• 申請號: 202010181455.3
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111365712B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 李水清;宋民航;黃騫;楊遠平
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F23D1/02
• 分類號: F23D1/02;F23L1/00;F23L9/00;F23K3/02
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 劉葛

本發明提供一種基于相似準側的穩燃旋流燃燒器及其運行方法。該基于相似準側的穩燃旋流燃燒器包括：一次風煤粉結構；濃煤粉輸送結構，所述濃煤粉輸送結構用于輸送所述濃煤粉氣流；外層一次風結構，所述外層一次風結構的內側圍設成內層一次風通道，用于輸送所述濃煤粉氣流；一級二次風結構，用于輸送二次風；以及二級二次風結構，用于輸送二次風；所述基于相似準側的穩燃旋流燃燒器低負荷運行時，所述二級二次風結構關閉；所述基于相似準側的穩燃旋流燃燒器滿負荷運行時，所述二級二次風結構開啟。使低負荷運行與滿負荷運行下最大程度上滿足燃燒相似理論，使低負荷運行下的煤粉燃燒仍然能夠保持著滿負荷下良好的穩燃、燃盡及抑制污染物生成能力。

技術領域

本發明涉及燃燒設備技術領域，特別是涉及一種基于相似準側的穩燃旋流燃燒器及其運行方法。

背景技術

國家節能、減排、降耗的能源政策導向，提高燃煤電站鍋爐的燃燒效率及降低污染物排放一直是煤燃燒領域的熱點問題。隨著分布式清潔能源的興起，火、熱、機、光、電高度耦合的“多能互補”能源結構逐漸形成。同時隨著波動性可再生能源的發電比例不斷提高，煤電做為基礎調節能源，承擔著負荷調節的關鍵角色。火電機組運行目標在追求高效節能的同時也更加注重機組深度調峰及快速啟停能力的提升。在燃煤機組靈活調峰過程中，煤粉燃燒器做為鍋爐的“心臟”，是決定著機組低負荷穩燃及快速升降負荷能力的關鍵核心設備。

目前，旋流煤粉燃燒器在國內300MW及以上負荷燃煤機組中份額達40％以上。常規旋流煤粉燃燒器多基于滿負荷運行條件進行設計，在燃燒器滿負荷運行時，能夠實現良好的穩燃、燃盡及低污染物生成能力。但低負荷運行時，由于煤粉濃度大幅降低，使煤粉氣流著火熱增加，煤粉著火推遲，燃燒穩定性變差。同時，低負荷時煤粉氣流周圍的旋流二次風量降低，造成二次風卷吸高溫回流煙氣的能力減弱，進一步降低了燃燒器的穩燃能力。此外，為了降低鍋爐氮氧化物的排放，國內多數燃煤電站鍋爐在上爐膛燃盡區均增設了燃盡風，這部分風主要來源于燃燒器周圍的旋流二次風，進一步削弱了燃燒器的低負荷穩燃能力。以上因素共同作用，造成旋流燃燒器在低負荷運行時存在著火推遲、燃燒不穩、煤粉燃盡差及NO_x生成量較高的問題。

為了緩解上述問題，運行人員常對燃煤機組進行低負荷工況下的燃燒優化調整，但性能提升空間有限，多數燃煤鍋爐的低負荷穩燃能力仍然較低，在30％～40％額定負荷附近。開發低負荷穩燃燃燒器也是常用的提升低負荷穩燃能力的手段，但仍存在低負荷下燃燒器運行特性大幅偏離滿負荷運行特性的問題，制約了燃燒器低負荷穩燃能力的進一步提升。而投油燃燒是燃煤機組運行人員在低負荷運行時所采用的常用方法，但存在費用大及局部熱負荷過高造成的超溫等問題。

旋流煤粉燃燒器在低負荷工況下存在的上述問題本質上是燃燒特性的差異，也就是低負荷條件下，由于煤粉濃度及風量配比的變化，導致低負荷下煤粉燃燒特性大幅偏離滿負荷運行下的設計燃燒特性。在理論上，為了實現不同負荷下均具有相同的煤粉燃燒特性，應該滿足燃燒相似理論，具體包括幾何相似、氣流動量比相同、流動進入第二自模化區及斯托克斯準則等相似準則。而對于實際鍋爐煤粉燃燒器而言，受限于實際燃燒器的復雜結構尺寸，難以滿足不同負荷下的燃燒器幾何相似要求，制約了燃燒相似理論在燃燒器變負荷運行上的應用。

發明內容

基于此，有必要針對目前的燃燒器不能滿足不同負荷下的幾何相似要求的問題，提供一種能夠滿足不同負荷運行要求的基于相似準側的穩燃旋流燃燒器及其運行方法。

上述目的通過下述技術方案實現：

一種基于相似準側的穩燃旋流燃燒器，包括：

一次風煤粉結構，所述一次風煤粉結構具有進口端與出口端，用于輸送一次風煤粉氣流，并將所述一次風煤粉氣流分離成濃煤粉氣流與淡煤粉氣流；

濃煤粉輸送結構，設置于所述一次風煤粉結構中，并靠近所述進口端，所述濃煤粉輸送結構用于輸送所述濃煤粉氣流；