煤粉燃烧器专利技术综述

陈兢

摘要：从20世纪20年代开始，随着煤粉燃烧技术的不断发展，煤粉燃烧器的研发重点逐渐从单纯的提高煤粉的燃烧效率转变为在提高燃烧效率的同时，还要同时具备煤种适应性强，低NOx排放，点火投油少等特点。现代社会对节能和环保的需求不断的推动着煤粉燃烧器的发展。

关键词：煤粉燃烧器：节能：环保：技术综述

前言

煤粉炉又称为悬燃炉，是以煤粉为燃料的锅炉，从20世纪20年代开始大量使用。燃烧器是煤粉炉的一个重要部件，被磨煤机磨细的煤粉与部分空气混合后通过燃烧器送入炉膛燃烧，燃烧所需的其余空气也通过燃烧器送入煤粉炉。燃烧器对煤粉的充分燃烧以及污染物NOx的排放都起到重要的作用。

国外发展历程

第一件煤粉燃烧器的专利申请是由福格勒？乔治1914年在美国提出的（US163650A）。该燃烧器通过螺施送粉机将煤粉送入一次风管，并逐级加入空气，最后喷入炉膛燃烧，一次风在整个过程中始终为直流状态。该燃烧器已具备了现代煤粉燃烧器的雏形。随后，第一件旋流燃烧器专利申请在英国被提出（GB162270A）。该燃烧器使用旋流挡板使二次风产生旋流，强化了空气和煤粉的混合，提高了燃烧效率。

1941年，美国燃烧工程公司提出了首个摆动燃烧器专利申请（US2363875A）。该燃烧器将直流燃烧器的出口设置为可通过调节杆调节俯仰角度的形式，这样就可以通过调整燃烧器出口的俯仰角改变锅炉燃烧中心的位置，从而调整过热器出口的蒸汽温度。美国燃烧工程公司在1979年对该燃烧器进行了进一步改进，发明了摆动式WR型燃烧器（US427434A）。该燃烧器通过设置弯管和隔板将煤粉分成浓淡两股，分别送入炉膛，实现了浓淡分离燃烧，提高的燃烧器在低负荷下的燃烧稳定性。同年，该公司还发明了等离子体点火的燃烧器（US4228747A），其使点火投油量极大的减少，为无油点火技术奠定了基础。

1973年，美国巴布科克·威尔科克斯公司在旋流分级燃烧器的基础上开发出了PAX燃烧器（US4471703A）。该燃烧器通过使用热空气替换一部分制粉乏气，提高了送入燃烧器的煤粉温度，使得煤粉更易着火，同时降低了NOx排放。

1980年，美国福斯特惠勒公司开发出一种双调风旋流燃烧器（US4348170A），其通过设置内外两层旋流强度可调的二次风，与一次风分级混合，降低了NOx的排放。随后，该公司还开发出一种带百叶窗浓缩器的燃烧器（US4471703A），通过百叶窗式的浓缩器实现多级浓缩，浓缩效果更好，极大的强化了燃烧器的点火性能，减少了启动过程中的投油量。

日本从20世纪70年代末期也开始大量研究煤粉燃烧器。巴布科克日立一直致力于低NOx燃烧器的开发。1984年其推出了HT-NR型低NOx燃烧器（JPS60171307A）。该燃烧器通过在二次喷口处设置火焰稳定环，使燃烧器出口处形成较大的回流区，使煤粉能快速点燃同时火焰内还原区增大，将NOx的生成量减少到175ppm。随后，巴布科克日立对其进行改进，增加了煤粉浓缩器，实现了浓淡分离燃烧，并将NOx生成量降到150ppm。1991年該公司又研发出HT-NR3型第三代低NOx燃烧器（EP0445938A1），在原来的基础上增加了齿形板，使NOx生成量进一步降低到125ppm。

日本石川岛播磨公司研发出IHI-FW型燃烧器，其在福斯特惠勒公司双调风旋流燃烧器的基础上增加了一套浓缩器，实现了双调风和浓缩燃烧技术的组合，降低了NOx的生成量并强化了低负荷下的燃烧稳定性（JPS62233611A）。随后，其在现有燃烧器的一次风管道内设置了位置可调的浓缩调节机构，发明出IHI-WR型燃烧器（JPH08135918A），在增强低负荷下的稳定性的同时还降低了NOx的生成量。

国内发展历程

中国从20世纪70年代开始自主开发煤粉燃烧技术。经过40多年的发展中国的煤粉燃烧技术在国际上已经处于较领先的地位。

清华大学多次对预燃室型燃烧器做出了改进。1977年，内蒙古电力试验研究所、清华大学和北京锅炉厂合作开发了一款带预燃室的旋流燃烧器。但该燃烧器点火用油量大，燃烧不稳定，不能低负荷运行。1983年，清华大学和上海吴泾热电厂合作，对预燃室燃烧器进行了进一步改进（CN85100045A）。该燃烧器通过在预燃筒锥体端部增设贴壁环形二次风解决了预燃室燃烧器的积粉，结渣问题，同时提高了燃烧稳定性。1985年清华大学研制了火焰稳定船燃烧器（CN85109436A），其通过在普通的直流燃烧器一次风出口增加一个船型火焰稳定器，使燃烧器出口形成较大回流区，强化了煤粉的着火，提高了燃烧效率。1986年，清华大学和中科院力学所联合研发了大速差射流燃烧器（CN85100050A）。其通过在一次风口周围开设多个侧通道孔，孔中通入近音速的空气或蒸汽，使预燃室内形成回流区，使燃烧器在低负荷和燃用劣质煤时依然能正常运行。随后，中科院力学所在此基础上将高速喷嘴设置为偏置式，研发出偏执射流燃烧器（CN87102139），进一步加强了回流效果。

1982年，华中工学院研发了一款新型燃烧器（CN85100824A），其通过在普通的直流燃烧器的一次风出口设置一个三角形钝体，使燃烧器出口形成较大回流区，强化了煤粉的着火，提高了燃烧效率。

1987年，西安交通大学和武汉锅炉厂合作，对传统直流燃烧器进行了改进，研制了夹心风燃烧器（CN86102940A）。其将燃烧器的一次风口改为并排的三个，中间一个通入二次风，旁边两个通入一次风，强化了煤粉的着火，同时加强了一次风的刚性，避免了气流偏斜冲墙形成结渣。

1988年，国内出现了首件低NOx燃烧器专利申请（CN2039386U）。其通过在一次风喷口背火侧设置侧边风喷口，同时将一、二次风口向向火侧偏斜。这样加大了一次风的刚度，防制了水冷壁的结渣，同时由于二次风分级与一次风混合，降低了燃烧温度，从而降低了NOx的生成量。

1991年，浙江省电力试验研究所研发出分流型驻窝燃烧器（CN91216933U），其结合了浓淡分离，火焰稳定船等燃烧器的特点，强化了着火和低负荷下的稳定性。

随后，随着对环保和节能的要求的不断上升，低NOx燃烧器的申请量不断增多，如烟台龙源的专利CN101532662A和CN103836621A，哈尔滨工业大学的专利CN1963298A和CN101363625A等。同时，煤粉燃烧器的少油点火和无油点火技术也快速发展，如烟台龙源的专利CN101135444A和CN202056868A，浙江大学的专利CN1093787A等。

煤粉燃烧器技术发展趋势

煤粉燃烧器技术已经发展了将近100年，煤粉燃烧器的燃烧效率已经达到了较高的水平，煤粉燃烧器的改进不再仅仅局限于提高燃烧效率。面对如今复杂的环境问题和能源问题，煤的洁净燃烧技术越来越收到重视，更多的研发力量投入到了对煤粉燃烧器低NOx排放，可燃用劣质煤，超低负荷稳定运行，少油，无油点火等方面。通过新型煤粉燃烧器实现煤炭的洁净煤燃烧技术将是煤粉燃烧器未来发展的趋势。