用于低负荷稳燃煤粉外加热烟热式旋流燃烧器及加热方法
技术领域：
本发明涉及电站锅炉燃烧设备技术领域，具体涉及一种用于低负荷稳燃煤粉外加热烟热式旋流燃烧器及加热方法。
背景技术：
随着风电和光伏等清洁能源发展越来越快，装机规模也迅猛增长，风电和光伏等清洁能源在提供大量清洁电力的同时，还存在着间歇性、波动性、随机性、无功供给性能低、短时提供短路电流能力弱等特点，无法被我国电力系统完全消纳，给电力系统的安全稳定性带来了巨大的挑战；
国家能源局要求对火电机组进行灵活性改造，释放其潜在的深度调峰能力，以提高我国电力系统的调节能力，促进可再生能源的消纳，然而，当燃煤机组进行深度调峰时，由于机组处于与设计负荷相差巨大的低负荷运行状态，将会发生许多问题，现有技术锅炉侧主要问题是在低负荷下，炉内燃煤量低，炉膛温度较低，会出现燃烧不稳定的情况。为了缓解这一问题，提高火电机组低负荷稳燃能力，亟待开发一种适用于锅炉低负荷条件下稳定燃烧的燃烧器，以适应燃煤机组深度调峰的需求。
发明内容：
本发明的目的是提供一种用于低负荷稳燃煤粉外加热烟热式旋流燃烧器及加热方法，其具有极强的稳燃能力和便于加热量调节的效果，在火电灵活性改造方面具有广阔的应用前景。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种用于低负荷稳燃煤粉外加热烟热式旋流燃烧器，其组成包括：旋流燃烧器，所述的旋流燃烧器包括中心风通道，所述的中心风通道外层设置一次风通道，所述的一次风通道左端靠近喷口的位置布置稳燃齿，右端与一次风供给管道相连，所述的一次风通道的右半段外层依次布置加热套管和风箱，所述的加热套管左端被加热套管端部挡板封堵，右端上侧连接加热套管烟气入口，其下侧连接加热套管烟气出口，所述的加热套管内部被加热套管烟气挡板A、加热套管轴向烟气挡板、加热套管烟气挡板B遮挡成曲折的通道。
所述的用于低负荷稳燃煤粉外加热烟热式旋流燃烧器，所述的风箱左端设置有二次风通道、三次风通道、四次风通道的右端并且敞开，所述的二次风通道、所述的三次风通道左侧为喷口，右侧与所述的风箱相连，所述的四次风通道左侧设置锥形喷口，右侧与所述的风箱相连。
所述的用于低负荷稳燃煤粉外加热烟热式旋流燃烧器，所述的中心风通道、所述的一次风通道、所述的稳燃齿采用耐磨耐热合金或陶瓷，所述的二次风管道，所述的三次风管道、所述的四次风管道与所述的风箱之间的连接方式可以是焊接、法兰连接、整体铸造，所述的四次风喷口外沿设置所述的锥形喷口。
一种用于低负荷稳燃煤粉外加热烟热式旋流燃烧器及加热方法，该方法包括如下步骤：
首先是将加热套管设置在一次风通道与风箱之间，热烟气可以从其右端上侧的加热套管烟气入口进入，从其右端下侧的加热套管烟气出口流出，在工作过程中所述的加热套管既能加热所述的一次风通道中的煤粉气流，也能加热风箱中的空气；
所述的加热套管内部被加热套管烟气挡板A、加热套管轴向烟气挡板、加热套管烟气挡板B遮挡成曲折的烟气通道，所述的烟气通道以加热套管轴向烟气挡板为界限分为上下两个部分，上侧分为整流动方向与煤粉流动方向相同的烟气来流通道，下侧为整流动方向与煤粉流动方向相反的烟气回流通道，保证热烟气在加热套管中较为均匀的流动，避免出现短路现象；
所述的加热套管左端被加热套管端部挡板封堵，所述的加热套管端部挡板与二次风通道、三次风通道、四次风通道的右侧入口之间需要保持烟气通道外壳高度5倍的距离，如果烟气外壳左端采用斜坡结构且倾角不大于45°时，该距离可以缩短一半，使风箱中的空气能够顺利进入二次风通道；
通过控制烟气流量可以将一次风通道中的煤粉气流加热至接近着火点的温度，使煤粉挥发分在燃烧器内析出，而挥发分较煤粉颗粒更加容易点燃，此时风箱中的空气也有较高的温度，更有利于煤粉在岗喷出喷口时完成点火过程，可使煤粉气流在进入炉膛当中时非常容易着火，即使在负荷率很低的情况下也能稳定燃烧。
有益效果：
1.本发明是一种适用于低负荷稳燃煤粉外加热烟热式旋流燃烧器及其加热方法，将加热套管设置在一次风通道与风箱之间，正常工作时加热套管既能加热一次风通道中的煤粉气流，也能加热风箱中的空气，通过控制烟气流量可以将一次风通道中的煤粉气流加热至接近着火点的温度，此时风箱中的空气也有较高的温度，这样的设计可使煤粉气流在进入炉膛当中时非常容易着火，即使在负荷率很低的情况下也能稳定燃烧。
本发明以热烟气作为加热热源，可直接从锅炉尾部烟道合适的地方抽取，经济性好，节省成本。
本发明的加热套管内部被加热套管烟气挡板A、加热套管轴向烟气挡板、加热套管烟气挡板B遮挡成曲折的烟气通道，保证热烟气在加热套管中较为均匀的流动，避免出现短路现象，使烟气的热量利用的更加充分。
本发明可采用法兰连接或者焊接的方式与固体燃料输送管道的连接，可以是直管连接或者弯头连接，其适用范围广，结构紧凑，便于燃烧器的安装、拆卸与运行维护。
本发明的结构将大大提高电站锅炉低负荷稳燃性能，该新型旋流燃烧器的特点是在风箱中设置烟气加热套管，以热烟气作为热源，具有经济性强、节省成本等优点。
本发明的加热套管同时对一次风通道当中的煤粉气流和风箱中的空气进行加热，提高煤粉和空气（二、三、四次风）进入到炉膛当中的初始温度，使煤粉着火所需热量更低，从而具有稳定燃烧的能力。
本发明的烟气加热套管内部被烟气挡板遮挡成曲折的烟气通道，保证热烟气在加热套管中均匀的流动，避免出现短路现象，使加热过程更加均匀，加热套管端部挡板与二三四次风通道右侧入口之间保持一定距离，使风箱中的空气能够顺利进入二次风通道，中心风通道、一次风通道、稳燃齿采用耐磨耐热合金或陶瓷，以保证燃烧器的正常运行，不会出现过热现象。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是附图1的俯视图。
附图3是附图1的A-A剖视图。
附图4是本申请加热套管烟气上进下出的结构示意图。
附图5是附图4的俯视图。
附图6是附图4的A-A剖视图。
附图7是本申请加热套管烟气下进上出的结构示意图。
附图8是附图7的俯视图。
附图9是附图7的A-A剖视图。
附图10是本申请加热套管烟气左进右出的结构示意图。
附图11是附图10的仰视图。
附图12是附图10的A-A剖视图。
附图13是本申请加热套管烟气右进左出的结构示意图。
附图14是附图13的仰视图。
附图15是附图13的A-A剖视图。
其中：1、中心风通道，2、一次风通道，3、加热套管烟气入口，4、加热套管，5、风箱，6、加热套管烟气挡板A，7、加热套管轴向烟气挡板，8、加热套管烟气挡板B，9、加热套管端部挡板，10、二次风通道，11、三次风通道，12、四次风通道，13、稳燃齿，14、锥形喷口，15、加热套管烟气出口。
具体实施方式：
实施例1：
一种用于低负荷稳燃煤粉外加热烟热式旋流燃烧器，其组成包括：旋流燃烧器，所述的旋流燃烧器包括中心风通道1，所述的中心风通道外层设置一次风通道2，所述的一次风通道左端靠近喷口的位置布置稳燃齿13，右端与一次风供给管道相连，所述的一次风通道的右半段外层依次布置加热套管4和风箱5，所述的加热套管左端被加热套管端部挡板9封堵，右端上侧连接加热套管烟气入口3，其下侧连接加热套管烟气出口15，所述的加热套管内部被加热套管烟气挡板A6、加热套管轴向烟气挡板7、加热套管烟气挡板B8遮挡成曲折的通道。
实施例2：
根据实施例1所述的用于低负荷稳燃煤粉外加热烟热式旋流燃烧器，所述的风箱左端设置有二次风通道10、三次风通道11、四次风通道12的右端并且敞开，所述的二次风通道、所述的三次风通道左侧为喷口，右侧与所述的风箱相连，所述的四次风通道左侧设置锥形喷口14，右侧与所述的风箱相连。
实施例3：
根据实施例2所述的用于低负荷稳燃煤粉外加热烟热式旋流燃烧器，所述的中心风通道、所述的一次风通道、所述的稳燃齿采用耐磨耐热合金或陶瓷，所述的二次风管道，所述的三次风管道、所述的四次风管道与所述的风箱之间的连接方式可以是焊接、法兰连接、整体铸造，所述的四次风喷口外沿设置所述的锥形喷口。
实施例4：
根据实施例1-3所述的用于低负荷稳燃煤粉外加热烟热式旋流燃烧器及加热方法，该方法包括如下步骤：
首先是将加热套管设置在一次风通道与风箱之间，热烟气可以从其右端上侧的加热套管烟气入口进入，从其右端下侧的加热套管烟气出口流出，在工作过程中所述的加热套管既能加热所述的一次风通道中的煤粉气流，也能加热风箱中的空气；
所述的加热套管内部被加热套管烟气挡板A、加热套管轴向烟气挡板、加热套管烟气挡板B遮挡成曲折的烟气通道，所述的烟气通道以加热套管轴向烟气挡板为界限分为上下两个部分，上侧分为整流动方向与煤粉流动方向相同的烟气来流通道，下侧为整流动方向与煤粉流动方向相反的烟气回流通道，保证热烟气在加热套管中较为均匀的流动，避免出现短路现象；
所述的加热套管左端被加热套管端部挡板封堵，所述的加热套管端部挡板与二次风通道、三次风通道、四次风通道的右侧入口之间需要保持烟气通道外壳高度5倍的距离，如果烟气外壳左端采用斜坡结构且倾角不大于45°时，该距离可以缩短一半，使风箱中的空气能够顺利进入二次风通道；
通过控制烟气流量可以将一次风通道中的煤粉气流加热至接近着火点的温度，使煤粉挥发分在燃烧器内析出，而挥发分较煤粉颗粒更加容易点燃，此时风箱中的空气也有较高的温度，更有利于煤粉在岗喷出喷口时完成点火过程，可使煤粉气流在进入炉膛当中时非常容易着火，即使在负荷率很低的情况下也能稳定燃烧；
所述的用于低负荷稳燃煤粉外加热烟热式旋流燃烧器，所述的中心风通道位于整个燃烧器的最内层，左端为喷口，右端与输送中心风的管道相连；一次风通道位于中心风通道外层，左端靠近喷口的位置布置稳燃齿，右端与一次风供给管道相连；一次风通道的外层分为两段设计：
所述的一次风通道左半段外层依次布置二次风通道、三次风通道和四次风通道，一次风通道右半段外层依次布置加热套管和风箱；加热套管左端被加热套管端部挡板封堵，右端上侧连接加热套管烟气入口，下侧连接加热套管烟气出口；加热套管内部被加热套管烟气挡板A、加热套管轴向烟气挡板、加热套管烟气挡板B遮挡成曲折的通道；风箱左端连接二次风通道、三次风通道和四次风通道的右端，右端敞开，在工程中应用中可直接与供风管道相连；二次风通道左侧为喷口，右侧与风箱相连；三次风通道左侧为喷口，右侧与风箱相连；四次风通道左侧设置锥形喷口，右侧与风箱相连。
所述的加热套管设置在一次风通道与风箱之间，热烟气可以从其右端上侧的加热套管烟气入口进入，从其右端下侧的加热套管烟气出口流出，如此在工作过程中加热套管既能加热一次风通道中的煤粉气流，也能加热风箱中的空气；
所述的加热套管内部被加热套管烟气挡板A、加热套管轴向烟气挡板、加热套管烟气挡板B遮挡成曲折的烟气通道，烟气通道以加热套管轴向烟气挡板为界限分为上下两个部分，上侧分为整流动方向与煤粉流动方向相同的烟气来流通道，下侧为整流动方向与煤粉流动方向相反的烟气回流通道，保证热烟气在加热套管中较为均匀的流动，避免出现短路现象；与二次风通道、三次风通道和四次风通道的右侧入口之间需要保持一定的距离，使风箱中的空气能够顺利进入二次风通道。
在实际工程应用过程中，由于安装位置不同，加热套管烟气出入口的位置都是随机的，本发明适用于所有情况的烟气出入口位置，下面结合附图1-3对本发明加热套管烟气上进下出、下进上出、左进右出和右进左出几种情况进行举例说明；
（1）加热套管烟气上进下出的情况，如附图4-6所示，热烟气入口设置在加热套管上部，出口设置在加热套管下部。
（2）加热套管烟气下进上出的情况，如附图7-9所示，热烟气入口设置在加热套管下部，出口设置在加热套管上部。
（3）加热套管烟气左进右出的情况，如附图10-12所示，热烟气入口设置在加热套管左侧，出口设置在加热套管右侧。
（4）加热套管烟气右进左出的情况，如附图13-15所示，热烟气入口设置在加热套管右侧，出口设置在加热套管左侧。
