CN101963352A - 双旋流煤粉燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双旋流煤粉燃烧器，适用于各型工业锅炉中，属于煤粉燃烧器技术领域。主要由头部双旋流发生装置(24)、中部筒状燃烧室(16)以及尾部喷射段(17)、煤粉输料管(1)、点火油枪(2)组成；所述的双旋流发生装置(24)包括一次风内壁(3)、位于一次风内壁外的一次风套筒(4)、位于一次风套筒(4)外的二次风外壳(5)；其中一次风内壁(3)和一次风套筒(4)之间还安装有一次风旋流器(6)构成一次风预旋室(23)；其中一次风套筒(4)和二次风外壳(5)之间由内而外依次安装有锥形套筒(21)、二次风旋流器(7)构成二次风预旋室(22)；本发明的优点是燃烧连续、稳定，火焰洁净度高，污染小。
Description
技术领域
本发明涉及一种双旋流煤粉燃烧器，适用于各型工业锅炉中，属于煤粉燃烧器技术领域。
背景技术
我国拥有极为丰富的煤炭资源，煤在我国能源结构中占据着重要地位。煤粉燃烧器在各种工业锅炉中具有广泛的应用。但是传统煤粉燃烧器具有燃烧不稳定，燃烧效率低，污染大和火焰洁净度差等缺点。使用旋流燃烧方式可以加强煤粉与空气的扰动和混合，延长煤粉颗粒在燃烧器内的停留时间，从而提高燃烧效率。传统旋流燃烧器以单层旋流为主，如申请名称为“一种液排渣粉煤旋风燃烧器”，申请号为99116145.9的发明专利；申请名称为“空冷式煤粉低尘液排渣燃烧器”，申请号为00131024.0的发明专利。上述两种燃烧器的缺点是：1、采用单层旋流燃烧方式，难以有效利用燃烧室空间，有效组织燃烧；2、一次风粉采用切向送入方式直接进入燃烧室内，导致燃烧室内部流场畸变，不利于煤粉与空气的有效掺混掺混，影响燃烧效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃烧效率高，污染小和火焰洁净度高的煤粉燃烧器，使之可以广泛运用各型工业锅炉中。
一种双旋流煤粉燃烧器，其特征在于：由头部双旋流发生装置、中部筒状燃烧室以及尾部喷射段、煤粉输料管、点火油枪组成；所述的双旋流发生装置包括一次风内壁、位于一次风内壁外的一次风套筒、位于一次风套筒外的二次风外壳；其中一次风内壁和一次风套筒之间还安装有一次风旋流器，一次风旋流器由比一次风流道直径小的第一固定式轴流叶片以及叶栅支撑组成；所述的一次风内壁、一次风套筒和一次风旋流器所围成的空间构成一次风预旋室；其中一次风套筒和二次风外壳之间由内而外依次安装有锥形套筒、二次风旋流器；锥形套筒为前小后大的扩张式结构；二次风旋流器由比二次风流道直径小的第二固定式轴流叶片以及叶栅支撑组成；所述一次风套筒、二次风外壳、锥形套筒和二次风旋流器所围成的空间构成二次风预旋室；所述的筒状燃烧室和喷射段包括壳体，位于壳体内部的耐火材料层，位于壳体外部的冷却水系统； 所述煤粉输料管伸至中部筒状燃烧室内在一次风预旋室后方靠近锥形套筒附近；所述点火油枪伸至筒状燃烧室内。
上述发明原理说明：一次空气在一次风预旋室内经过一次旋流器后产生强旋流一次风。二次空气在二次风预旋室内经过二次风旋流器后产生强旋流二次风。与传统端面双旋流轴向进气相区别，本发明中的一次旋流室与二次旋流室经由锥形套筒连接，同时沿轴向方向错开且相距一定距离，称为锥面错列双旋流轴向进气。煤粉通过煤粉输料管送至燃烧器内与经过预热的强旋流一次风在锥形套筒附近初步混合，生成具有一定旋流强度的一次风粉流，然后与二次风进一步掺混，达到旋流强化的目的。通过锥面倾斜角以及轴向距离的调整，能够有效组织点火区域附近的空气流场，使筒状燃烧室头部产生局部回流，这相当于一个稳定的热源，可以起到降低煤粉点火难度和稳定燃烧的作用。
由于旋流产生的负压以及突缩壁面的作用，使得燃烧室内部存在对称且规整的回流区域。该回流区能够进一步延长煤粉在燃烧室内的停留时间，提高燃烧强度，从而提高煤粉的燃烧效率。由于高强度的燃烧，燃烧室内燃烧温度可达1400～1600℃，此时完成燃烧后的煤粉颗粒将以熔融状态跟随旋流气体贴壁运动。从筒状燃烧室出口流出的高度洁净的高温混合烟气，进入尾部喷射段中。从喷射段出口处流出的高温高速混合烟气流，与出口空气相遇可进一步反应，产生高温明亮火炬。由于双层旋流的存在，通过不同的一二次风进气匹配，可以准确布置筒状燃烧室内的气体流场，从而达到“轴向分层、径向分块”的精确燃烧组织的目的，结合欠氧燃烧，能够有效抑制NOX排放；同时利用安装倾角产生的重力效应，结合快速排渣口设计以实现旋流推进，重力除渣，快速排渣的效果，从而有效减少煤粉燃尽后生成的烟尘污染，降低排渣口结渣的可能。从燃烧室内生成的高温混合烟气具有很高的洁净度，通过喷射段加速后得到的火焰具有低尘、高洁净的优点，长度可以由进气、进粉条件自由调节，可广泛应用于各种工业锅炉中。点火油枪伸入筒状燃烧室内，起稳燃和加强燃烧的作用。
所述的冷却系统具体结构可以：包括冷却水室，冷却水室被螺旋导向叶片分隔成连续的螺旋形流动区域；与冷却水室相通的冷却进水管位于尾部喷射段附近，冷却出水管位于中部筒状燃烧室附近。冷却水从下部冷却进水管流入后，沿着带有螺旋导向叶片的冷却水通道呈螺旋形环绕燃烧室壳体外壁面向侧上方运动从上部冷却出水管流出。采用具有螺旋导流片的外置式冷却水室，使得冷却水以螺旋方式自下而上冷却整个燃烧室壁面，改变了传统水冷装置简单的“下进上出”的冷却方式可能造成的角落处冷却水对流量不足而导致的冷却效率低下的问题，使得燃烧器使用寿命进一步延长。
所述的冷却系统还可以包括：通过蒸汽管道与冷却水室连接的蒸汽连通管，蒸汽连通管设有蒸汽排除口。冷却过程中产生的热水蒸汽从冷却水室通过蒸汽管道进入蒸汽连通管内并由蒸汽出口排出，保证冷却水室内的冷却水正常流动。蒸汽出口可以设置在蒸汽连通管左右两端。
所述的冷却水室下部可以设有残水排放口，方便检修时排出内部的残留冷却水。
所述的蒸汽连通管上还可以设有压力调节阀。使管道内部压力大小适宜冷却水蒸汽排出，防止管内蒸汽压力过大时冷却水蒸汽进入冷却水室中影响冷却水流动，或蒸汽压力过小时冷却水进入蒸汽管道中影响冷却蒸汽的运动。压力调节阀具体可以采用电磁阀。
所述中部筒状燃烧室正下部靠近尾部位置可以设有快速排渣口，出口处为突扩口形式。快速排渣口配合整体安装倾角的存在，熔渣受到重力作用向燃烧室尾部流动，最终通过快速排渣口除去。与传统排渣方式相比，其较短的出口长度以及突扩壁面的设计，可以有效的的抑制高温熔渣线性降温的现象，熔渣在刚从出口流出时能保持高温下的熔融状态，实现连续的无阻碍排渣，而在经过突扩壁面后温度迅速降低，熔渣迅速冷却而呈固态被除去，从而减少了出渣口易结渣和不易清理的问题。
所述的蒸汽连通管位于中部筒状燃烧室上方，便于热蒸汽的统一收集以及后续利用和处理。
所述的中部筒状燃烧室壳体外部还设有散热翅片，进一步强化冷却水与燃烧室壳体之间的换热。
所述的尾部喷射段较中部筒状燃烧室的截面形式为突缩形式，结合双层旋流流动，可以在筒状燃烧室内产生符合洁净燃要求的“轴向分层，径向分块”的回流流场。
所述的尾部喷射段为等内径或渐缩形式，高温洁净烟气从中加速喷出后，遇空气即可产生明亮火焰，同时可以在出口附近加入油枪或气枪，可使出口火焰进一步加速加长。
附图说明
图1为一种双旋流煤粉燃烧器结构示意图；
图2为一种双旋流煤粉燃烧器A-A示意图；
图3为一种双旋流煤粉燃烧器B-B示意图；
图4为一种双旋流煤粉燃烧器C-C示意图；
图中：1-煤粉输料管，2-点火油枪，3-一次风内壁，4-一次风套筒，5-二次风外壳，6-一次风旋流器，7-二次风旋流器，8-冷却出水管，9-冷却水室，10-耐火材料层，11-燃烧室壳体，12-螺旋导向叶片，13-蒸汽管道，14-压力调节阀，15-蒸汽连通管，16-筒状燃烧室，17-尾部喷射段，18-冷却进水管，19-快速排渣口，20-耐热销钉，21-锥形套筒，22-二次风预旋室，23-一次风预旋室，24-双旋流发生装置，25-第一固定式轴流叶片，26-第二固定式轴流叶片，27-一次进气管，28-二次进气管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式作进一步详细说明。
如附图1所示，该煤粉燃烧器由头部双旋流轴向进气发生装置24、中部筒状燃烧室16以及尾部喷射段17构成：
所述的双旋流轴向进气发生装置16由一次风套筒4、一次风旋流器6、一次风内壁3、一次风套筒4、二次风旋流器7、二次风外壳5、煤粉输料管1和点火油枪2组成。
所述的筒状燃烧室16由燃烧室壳体11、耐火材料层10、冷却水室9、冷却进水管18、冷却出水管8、螺旋导向叶片12、蒸汽管道13、压力调节阀14以及蒸汽连通管15组成。
所述的尾部喷射段17由耐火材料层10突缩段和冷却水室9突缩段围成。
一次风旋流器6固定在一次风3和一次风套筒4之间，构成一次风预旋室23，内径为190mm，外径为270mm；二次风旋流器7固定在一次风套筒4和二次风外壳5之间，构成二次风预旋室22,其内径为380mm，外径为500mm。一次风旋流器6由8片第一固定式轴流叶片25以及叶栅支撑组成。二次风旋流器7由16片第二固定式轴流叶片26以及叶栅支撑组成。一次风旋流器6与二次风旋流器7之间轴向距离为60mm。经预热的一次空气经过一次风旋流器后，产生具有强烈旋转的旋流一次风。一次风套筒4后部连接有锥形套筒21，锥面角为57°。强旋流的一次风与经由煤粉输料管1输送的煤粉颗粒在锥形套筒21处初步掺混。同时二次空气在二次风预旋室22内经过二次风旋流器7后产生强烈旋转的旋流二次风，旋转方向同一次风相同。初步掺混的旋流一次风粉混合物与旋流二次风继续混合，并由点火油枪2点燃并开始在筒状燃烧室16内强烈地半气化附壁燃烧。稳定燃烧后点火油枪2可撤去，或保留以起到稳定点火或加强燃烧的作用。
如附图2所示，一次风旋流器6由8片第一固定式轴流叶片25以及叶栅支撑组成。相邻的固定式旋流叶片互有部分重叠，防止一次气未经过叶片而直接通过，影响旋流效果。
如附图3所示，二次风旋流器7由16片第二固定式轴流叶片26以及叶栅支撑组成。相邻的固定旋流叶片互有部分重叠，从而产生更好的旋流效果。
如附图4所示，一次气和二次气分别沿着一次进气管27及二次进气管28进入一次风预旋室23及二次风预旋室22中。气流旋向如图中箭头所示。
筒状燃烧室16内径500mm，长度为1000mm，由8mm钢板卷制而成，安装时与水平方向呈5°倾角。煤粉颗粒燃烧后产生的颗粒在高温下呈熔融状态，在强烈的旋流气体作用下，将被甩向壁面；同时由于倾角的存在，熔融态煤渣受到重力作用，将向燃烧室尾部以贴壁方式流动，最终从快速排渣口19流出。筒状燃烧室16内壁敷设有耐火材料层10，外部同时具有冷却水室9，冷却水从下部冷却进水管18流入后，沿着带有螺旋导向叶片12的冷却水通道螺旋形向侧上方运动，最后从上部冷却出水管8流出。冷却过程中产生的热水蒸汽从冷却水室9通过蒸汽管道13进入蒸汽连通管15内并由两端开口处排出；同时设有压力调节阀14，使管道内部压力保持在正常工作范围内，保证冷却水室9内的冷却水正常流动。燃烧室壳体在正下部靠近喷射段位置处设有快速排渣口19，带突扩口的设计能够有效减少出口结渣的可能。冷却水室9下部设有出水口，并由耐热螺钉20密封，检修时可方便的排出内部的残留冷却水。
煤粉颗粒经过半气化燃烧后产生的高温混合烟气进入尾部喷射段17中进一步加速，最终从出口处高速喷出。遇到空气中氧气后即形成洁净、明亮的高温火炬。可在出口附近进一步混入燃油强化燃烧效果，或加入引射喷管可以进一步增大火焰长度。
Claims (10)
1. 一种双旋流煤粉燃烧器，其特征在于：
由头部双旋流发生装置（24）、中部筒状燃烧室（16）以及尾部喷射段（17）、煤粉输料管（1）、点火油枪（2）组成；
所述的双旋流发生装置（24）包括一次风内壁（3）、位于一次风内壁外的一次风套筒（4）、位于一次风套筒（4）外的二次风外壳（5）；
其中一次风内壁（3）和一次风套筒（4）之间还安装有一次风旋流器（6），所述的一次风内壁（3）、一次风套筒（4）和一次风旋流器（6）所围成的空间构成一次风预旋室（23）；一次风旋流器（6）由比一次风预旋室（23）直径小的第一固定式轴流叶片（25）以及叶栅支撑组成；
其中一次风套筒（4）和二次风外壳（5）之间由内而外依次安装有锥形套筒（21）、二次风旋流器（7）；锥形套筒（21）为前小后大的扩张式结构；一次风套筒（4）、锥形套筒（21）、二次风旋流器（7）和二次风外壳（5）所围成的空间构成二次风预旋室（22）； 二次风旋流器（7）由比二次风预旋室（22）直径小的第二固定式轴流叶片（26）以及叶栅支撑组成；
所述的筒状燃烧室（16）和喷射段（17）包括壳体（11），位于壳体内部的耐火材料层（10），位于壳体外部的冷却系统；
所述煤粉输料管（1）伸至中部筒状燃烧室（16）内在一次风预旋室（23）后方靠近锥形套筒（21）附近；
所述点火油枪（2）伸至筒状燃烧室（16）内。
2. 根据权利要求1所述的双旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的冷却系统包括冷却水室（9），冷却水室（9）被螺旋导向叶片（12）分隔成连续的螺旋形流动区域；与冷却水室（9）相通的冷却进水管（18）位于尾部喷射段（17）侧下方，冷却出水管（8）位于中部筒状燃烧室（16）侧上方。
3. 根据权利要求2所述的双旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的冷却水室（9）下部设有残水排放口。
4. 根据权利要求2所述的双旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的冷却系统还包括通过蒸汽管道（13）与冷却水室（9）连接的蒸汽连通管（15），蒸汽连通管（15）设有蒸汽排出口。
5. 根据权利要求4所述的双旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的蒸汽连通管（15）位于中部筒状燃烧室（16）上方。
6. 根据权利要求4所述的双旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的蒸汽连通管（15）上设有压力调节阀（14）。
7. 根据权利要求1所述的双旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的中部筒状燃烧室（16）壳体外部还设有散热翅片。
8. 根据权利要求1所述的双旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的尾部喷射段（17）与中部筒状燃烧室（16）比较而言截面形式为突缩形式。
9. 根据权利要求1所述的双旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的尾部喷射段（17）为等内径或渐缩形式。
10. 根据权利要求1所述的双旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所叙述中部筒状燃烧室（16）正下部靠近尾部喷射段（17）处设有快速排渣口（19），出口处为突扩口形式。
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