煤粉燃燒器專利技術(shù)綜述

陳兢

摘要：從20世紀(jì)20年代開始，隨著煤粉燃燒技術(shù)的不斷發(fā)展，煤粉燃燒器的研發(fā)重點逐漸從單純的提高煤粉的燃燒效率轉(zhuǎn)變?yōu)樵谔岣呷紵实耐瑫r，還要同時具備煤種適應(yīng)性強，低NOx排放，點火投油少等特點?，F(xiàn)代社會對節(jié)能和環(huán)保的需求不斷的推動著煤粉燃燒器的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：煤粉燃燒器：節(jié)能：環(huán)保：技術(shù)綜述

前言

煤粉爐又稱為懸燃爐，是以煤粉為燃料的鍋爐，從20世紀(jì)20年代開始大量使用。燃燒器是煤粉爐的一個重要部件，被磨煤機磨細的煤粉與部分空氣混合后通過燃燒器送入爐膛燃燒，燃燒所需的其余空氣也通過燃燒器送入煤粉爐。燃燒器對煤粉的充分燃燒以及污染物NOx的排放都起到重要的作用。

國外發(fā)展歷程

第一件煤粉燃燒器的專利申請是由福格勒？喬治1914年在美國提出的（US163650A）。該燃燒器通過螺施送粉機將煤粉送入一次風(fēng)管，并逐級加入空氣，最后噴入爐膛燃燒，一次風(fēng)在整個過程中始終為直流狀態(tài)。該燃燒器已具備了現(xiàn)代煤粉燃燒器的雛形。隨后，第一件旋流燃燒器專利申請在英國被提出（GB162270A）。該燃燒器使用旋流擋板使二次風(fēng)產(chǎn)生旋流，強化了空氣和煤粉的混合，提高了燃燒效率。

1941年，美國燃燒工程公司提出了首個擺動燃燒器專利申請（US2363875A）。該燃燒器將直流燃燒器的出口設(shè)置為可通過調(diào)節(jié)桿調(diào)節(jié)俯仰角度的形式，這樣就可以通過調(diào)整燃燒器出口的俯仰角改變鍋爐燃燒中心的位置，從而調(diào)整過熱器出口的蒸汽溫度。美國燃燒工程公司在1979年對該燃燒器進行了進一步改進，發(fā)明了擺動式WR型燃燒器（US427434A）。該燃燒器通過設(shè)置彎管和隔板將煤粉分成濃淡兩股，分別送入爐膛，實現(xiàn)了濃淡分離燃燒，提高的燃燒器在低負荷下的燃燒穩(wěn)定性。同年，該公司還發(fā)明了等離子體點火的燃燒器（US4228747A），其使點火投油量極大的減少，為無油點火技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

1973年，美國巴布科克·威爾科克斯公司在旋流分級燃燒器的基礎(chǔ)上開發(fā)出了PAX燃燒器（US4471703A）。該燃燒器通過使用熱空氣替換一部分制粉乏氣，提高了送入燃燒器的煤粉溫度，使得煤粉更易著火，同時降低了NOx排放。

1980年，美國福斯特惠勒公司開發(fā)出一種雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器（US4348170A），其通過設(shè)置內(nèi)外兩層旋流強度可調(diào)的二次風(fēng)，與一次風(fēng)分級混合，降低了NOx的排放。隨后，該公司還開發(fā)出一種帶百葉窗濃縮器的燃燒器（US4471703A），通過百葉窗式的濃縮器實現(xiàn)多級濃縮，濃縮效果更好，極大的強化了燃燒器的點火性能，減少了啟動過程中的投油量。

日本從20世紀(jì)70年代末期也開始大量研究煤粉燃燒器。巴布科克日立一直致力于低NOx燃燒器的開發(fā)。1984年其推出了HT-NR型低NOx燃燒器（JPS60171307A）。該燃燒器通過在二次噴口處設(shè)置火焰穩(wěn)定環(huán)，使燃燒器出口處形成較大的回流區(qū)，使煤粉能快速點燃同時火焰內(nèi)還原區(qū)增大，將NOx的生成量減少到175ppm。隨后，巴布科克日立對其進行改進，增加了煤粉濃縮器，實現(xiàn)了濃淡分離燃燒，并將NOx生成量降到150ppm。1991年該公司又研發(fā)出HT-NR3型第三代低NOx燃燒器（EP0445938A1），在原來的基礎(chǔ)上增加了齒形板，使NOx生成量進一步降低到125ppm。

日本石川島播磨公司研發(fā)出IHI-FW型燃燒器，其在福斯特惠勒公司雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器的基礎(chǔ)上增加了一套濃縮器，實現(xiàn)了雙調(diào)風(fēng)和濃縮燃燒技術(shù)的組合，降低了NOx的生成量并強化了低負荷下的燃燒穩(wěn)定性（JPS62233611A）。隨后，其在現(xiàn)有燃燒器的一次風(fēng)管道內(nèi)設(shè)置了位置可調(diào)的濃縮調(diào)節(jié)機構(gòu)，發(fā)明出IHI-WR型燃燒器（JPH08135918A），在增強低負荷下的穩(wěn)定性的同時還降低了NOx的生成量。

國內(nèi)發(fā)展歷程

中國從20世紀(jì)70年代開始自主開發(fā)煤粉燃燒技術(shù)。經(jīng)過40多年的發(fā)展中國的煤粉燃燒技術(shù)在國際上已經(jīng)處于較領(lǐng)先的地位。

清華大學(xué)多次對預(yù)燃室型燃燒器做出了改進。1977年，內(nèi)蒙古電力試驗研究所、清華大學(xué)和北京鍋爐廠合作開發(fā)了一款帶預(yù)燃室的旋流燃燒器。但該燃燒器點火用油量大，燃燒不穩(wěn)定，不能低負荷運行。1983年，清華大學(xué)和上海吳涇熱電廠合作，對預(yù)燃室燃燒器進行了進一步改進（CN85100045A）。該燃燒器通過在預(yù)燃筒錐體端部增設(shè)貼壁環(huán)形二次風(fēng)解決了預(yù)燃室燃燒器的積粉，結(jié)渣問題，同時提高了燃燒穩(wěn)定性。1985年清華大學(xué)研制了火焰穩(wěn)定船燃燒器（CN85109436A），其通過在普通的直流燃燒器一次風(fēng)出口增加一個船型火焰穩(wěn)定器，使燃燒器出口形成較大回流區(qū)，強化了煤粉的著火，提高了燃燒效率。1986年，清華大學(xué)和中科院力學(xué)所聯(lián)合研發(fā)了大速差射流燃燒器（CN85100050A）。其通過在一次風(fēng)口周圍開設(shè)多個側(cè)通道孔，孔中通入近音速的空氣或蒸汽，使預(yù)燃室內(nèi)形成回流區(qū)，使燃燒器在低負荷和燃用劣質(zhì)煤時依然能正常運行。隨后，中科院力學(xué)所在此基礎(chǔ)上將高速噴嘴設(shè)置為偏置式，研發(fā)出偏執(zhí)射流燃燒器（CN87102139），進一步加強了回流效果。

1982年，華中工學(xué)院研發(fā)了一款新型燃燒器（CN85100824A），其通過在普通的直流燃燒器的一次風(fēng)出口設(shè)置一個三角形鈍體，使燃燒器出口形成較大回流區(qū)，強化了煤粉的著火，提高了燃燒效率。

1987年，西安交通大學(xué)和武漢鍋爐廠合作，對傳統(tǒng)直流燃燒器進行了改進，研制了夾心風(fēng)燃燒器（CN86102940A）。其將燃燒器的一次風(fēng)口改為并排的三個，中間一個通入二次風(fēng)，旁邊兩個通入一次風(fēng)，強化了煤粉的著火，同時加強了一次風(fēng)的剛性，避免了氣流偏斜沖墻形成結(jié)渣。

1988年，國內(nèi)出現(xiàn)了首件低NOx燃燒器專利申請（CN2039386U）。其通過在一次風(fēng)噴口背火側(cè)設(shè)置側(cè)邊風(fēng)噴口，同時將一、二次風(fēng)口向向火側(cè)偏斜。這樣加大了一次風(fēng)的剛度，防制了水冷壁的結(jié)渣，同時由于二次風(fēng)分級與一次風(fēng)混合，降低了燃燒溫度，從而降低了NOx的生成量。

1991年，浙江省電力試驗研究所研發(fā)出分流型駐窩燃燒器（CN91216933U），其結(jié)合了濃淡分離，火焰穩(wěn)定船等燃燒器的特點，強化了著火和低負荷下的穩(wěn)定性。

隨后，隨著對環(huán)保和節(jié)能的要求的不斷上升，低NOx燃燒器的申請量不斷增多，如煙臺龍源的專利CN101532662A和CN103836621A，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的專利CN1963298A和CN101363625A等。同時，煤粉燃燒器的少油點火和無油點火技術(shù)也快速發(fā)展，如煙臺龍源的專利CN101135444A和CN202056868A，浙江大學(xué)的專利CN1093787A等。

煤粉燃燒器技術(shù)發(fā)展趨勢

煤粉燃燒器技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了將近100年，煤粉燃燒器的燃燒效率已經(jīng)達到了較高的水平，煤粉燃燒器的改進不再僅僅局限于提高燃燒效率。面對如今復(fù)雜的環(huán)境問題和能源問題，煤的潔凈燃燒技術(shù)越來越收到重視，更多的研發(fā)力量投入到了對煤粉燃燒器低NOx排放，可燃用劣質(zhì)煤，超低負荷穩(wěn)定運行，少油，無油點火等方面。通過新型煤粉燃燒器實現(xiàn)煤炭的潔凈煤燃燒技術(shù)將是煤粉燃燒器未來發(fā)展的趨勢。