煤粉燃燒器專利技術綜述

陳兢

摘要：從20世紀20年代開始，隨著煤粉燃燒技術的不斷發展，煤粉燃燒器的研發重點逐漸從單純的提高煤粉的燃燒效率轉變為在提高燃燒效率的同時，還要同時具備煤種適應性強，低NOx排放，點火投油少等特點。現代社會對節能和環保的需求不斷的推動著煤粉燃燒器的發展。

關鍵詞：煤粉燃燒器：節能：環保：技術綜述

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管，并逐級加入空氣，最后噴入爐膛燃燒，一次風在整個過程中始終為直流狀態。該燃燒器已具備了現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產生旋流，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置為可通過調節桿調節俯仰角度的形式，這樣就可以通過調整燃燒器出口的俯仰角改變鍋爐燃燒中心的位置，從而調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，發明了擺動式WR型燃燒器（US427434A）。該燃燒器通過設置彎管和隔板將煤粉分成濃淡兩股，分別送入爐膛，實現了濃淡分離燃燒，提高的燃燒器在低負荷下的燃燒穩定性。同年，該公司還發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，為無油點火技術奠定了基礎。

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上開發出了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出一種雙調風旋流燃燒器（US4348170A），其通過設置內外兩層旋流強度可調的二次風，與一次風分級混合，降低了NOx的排放。隨后，該公司還開發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。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置火焰穩定環，使燃燒器出口處形成較大的回流區，使煤粉能快速點燃同時火焰內還原區增大，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，實現了濃淡分離燃燒，并將NOx生成量降到150ppm。1991年該公司又研發出HT-NR3型第三代低NOx燃燒器（EP0445938A1），在原來的基礎上增加了齒形板，使NOx生成量進一步降低到125ppm。

日本石川島播磨公司研發出IHI-FW型燃燒器，其在福斯特惠勒公司雙調風旋流燃燒器的基礎上增加了一套濃縮器，實現了雙調風和濃縮燃燒技術的組合，降低了NOx的生成量并強化了低負荷下的燃燒穩定性（JPS62233611A）。隨后，其在現有燃燒器的一次風管道內設置了位置可調的濃縮調節機構，發明出IHI-WR型燃燒器（JPH08135918A），在增強低負荷下的穩定性的同時還降低了NOx的生成量。

國內發展歷程

中國從20世紀70年代開始自主開發煤粉燃燒技術。經過40多年的發展中國的煤粉燃燒技術在國際上已經處于較領先的地位。

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

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

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

1988年，國內出現了首件低NOx燃燒器專利申請（CN2039386U）。其通過在一次風噴口背火側設置側邊風噴口，同時將一、二次風口向向火側偏斜。這樣加大了一次風的剛度，防制了水冷壁的結渣，同時由于二次風分級與一次風混合，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出分流型駐窩燃燒器（CN91216933U），其結合了濃淡分離，火焰穩定船等燃燒器的特點，強化了著火和低負荷下的穩定性。

隨后，隨著對環保和節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，哈爾濱工業大學的專利CN1963298A和CN101363625A等。同時，煤粉燃燒器的少油點火和無油點火技術也快速發展，如煙臺龍源的專利CN101135444A和CN202056868A，浙江大學的專利CN1093787A等。

煤粉燃燒器技術發展趨勢

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