CN103175201B - 旋风式生物质粉体燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锅炉和窑炉用的生物质粉体高效旋风燃烧器。该燃烧器由水冷套筒和端盖等组成。旋风燃烧室的两端之间没有扰动旋流的孔。生物质粉经给料孔投入燃烧室，被旋风孔口的旋风扩散、推移，实现附壁燃烧和悬浮燃烧。烈火从火风孔喷出；灰烬经出灰孔掏出；炭粒在炭化池炭化成灰。有出水管和排气管、进水管和排污管、水温传感器伸进水冷套筒。水冷套筒用于炉温调控、热能回收和安全防护。还有点火器启动燃烧过程；观火孔窥视燃烧情形；安全阀保证安全；炉温传感器监测炉温。因多口送风造成的旋转流场紊乱，燃料燃烧不净，炉渣短路逃逸，风口冷凝结渣等；因料粒、炉温、流速以及给料孔直通火风孔等造成的炭粒结焦、燃烧不净和粉尘污染；基本得到解决。

Description

旋风式生物质粉体燃烧器

技术领域

本发明涉及粉体燃料燃烧设备，具体是以生物质粉体为燃料，实现高效清洁燃烧的旋风燃烧设备。

背景技术

根据国家能源局统计，2009年我国能源消耗量达21.46亿吨标准油，占全球能源消耗总量的19.22％，是世界第二大能源消费国。化石能源枯竭及其燃烧污染，已经成为我国经济与社会发展的重大问题。为此，国家鼓励发展生物质能源行业，缓解能源和污染的压力。

植物通过光合作用产生的生物质能的总量每年1400～1800亿吨，相当于目前世界每年总能耗的10倍。它的有效利用，能够缓解能源短缺和环境污染，对于人类社会的可持续发展有着重要意义。

生物质能的能量密度低，资源分布广，收集、搬运、粉碎、造粒、储存等引起的能源消耗和成本发生，妨碍了生物质能的充分利用。因此“原地利用”受到人们重视。

根据《”十一五″十大重点节能工程实施意见》，我国的工业锅炉每年耗煤约4亿吨，工业窑炉每年消耗煤约3亿吨。水泥、石灰、陶瓷、玻璃、锻打、压延、造纸、化纤和烘干，既是锅炉或窑炉的用户，也是能耗大户和排污大王。他们散布在广袤的生物质能产地，为“原地利用”生物质能奠定了基础。

前几年的主流利用方法是将粉碎的生物质燃料“气化”，然后燃烧气体。由于焦油危害不得不先除焦后燃烧。除焦的方法是洗涤和过滤。经过洗涤过滤的冷气，显热尽失，潜热损失；热焓下降，燃烧性能降低；着火界限缩小，点火性能降低；排放焦油污水，造成环境污染；冷气仍然含有焦油，造成管道、阀门堵塞；设备的购置费和维护费，清滤设备超过气化设备。

近几年将利用方法转向了“炭化”。尽管直接燃烧生物质粉体的温度较低，应用领域受限，毕竟避免了焦油的危害和浪费，克服了生物质能浪费。

直接燃烧的方法包括旋风燃烧，火床燃烧，火室燃烧，沸腾床燃烧。中国专利申请201010562104.3、201110148519.0和201120467136.5公开的生物质粉体燃烧器，是三例燃烧室轴向分布多个旋风口的直通式旋风燃烧器。

典型的旋风燃烧器，具有一个产生旋转流场的圆柱形燃烧壁的燃烧室。进入燃烧室的生物质粉体，在旋转流场的离心力的作用下快速分层。外层是较粗的粉料，附着在燃烧壁上燃烧，叫做附壁燃烧；内层是较细小的粉末，漂浮在燃烧壁附近燃烧，叫做悬浮燃烧；它们在燃烧壁的阻滞作用下，缓慢旋进，快速燃烧。从切向引入燃烧室的风，是产生旋转流畅的角动量。轴向多处开口送风，必然导致旋转流场扰动，缩短燃料在燃烧室滞留时间，造成燃料燃烧不净；必然导致旋转流场紊乱，燃料和炉渣的短路逃逸，造成燃料浪费和环境污染；必然导致风口冷凝，造成结渣堵塞，迫使停炉除渣。

由于燃料粒径散布，以及炉温和流速的波动，总是存在一些炭粒抵达燃烧室末端以后尚未彻底烧成灰烬，便随火风一起排除燃烧室，造成燃料浪费和粉尘污染，成为直通式旋风燃烧器的通病。

直通式旋风燃烧器的另一个特征是：给料孔和火风孔的轴线重合，二孔之间直线距离最近，燃料依靠重力落入旋转流场，再由旋转流场的离心力甩到燃烧壁。因此，一些粉料尚未抵达燃烧壁，就被旋风卷吸到了火风孔，逃出了燃烧室。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：因燃烧室轴向多处开口送风造成的燃料燃烧不净，炉渣短路逃逸，风口冷凝结渣等；因粒径、炉温、流速等因素造成的炭粒燃烧不净和粉尘污染；因给料孔直通火风孔造成的燃烧不尽和粉尘污染。

所述技术问题的技术解决方案是：

旋风式生物质粉体燃烧器，其本体由水冷套筒和端盖及其内部的耐火层和保温层组成，旋风孔从本体的切向贯入旋风燃烧室；给料孔高于火风孔；炭化池环绕火风孔；旋风燃烧室的一端是旋风孔、给料孔和出灰孔，另一端是火风孔，两端之间除了旋风孔没有扰动旋流的孔。

还有，火风孔的进口和/或出口是喇叭口。

还有，脉冲点火器、电弧点火器、微油点火器、高频点火器、等离子点火器、电火花点火器等任一点火器从本体的端面伸入旋风燃烧室。

还有，热电阻传感器、热电偶传感器、热敏电阻传感器、集成温度传感器等任一炉温传感器从本体的端面伸入旋风燃烧室。

还有，观火孔或/和玻璃棒等火焰监测器从本体的端面伸入旋风燃烧室。

还有，出水管和排气管自上而下地伸进水冷套筒。

还有，进水管和排污管自下而上地伸进水冷套筒。

还有，一个以上水温传感器从不同位置伸进水冷套筒；所述水温传感器是热电阻传感器、热电偶传感器、热敏电阻传感器、集成温度传感器之一。

还有，一个以上安全阀从不同位置贯通水冷套筒。

还有，脚轮支撑本体。

本发明燃烧器的结构特点及有益效果是：

一端一个开口送风，使燃烧壁成为一个圆滑连续的圆柱面，创造一个没有任何障碍的旋转流场，促使燃料沿着旋转流场的螺旋轨迹顺畅地流动，实现燃料附壁燃烧、悬浮燃烧、完全燃烧，解决风口结渣堵塞问题。

给料孔高于火风孔，则有燃料离开旋流中心，便于燃料扩散燃烧，避免燃料未燃则被卷吸到火风孔；给料孔高于火风孔，实际是燃料接近燃烧壁，便于燃料附壁燃烧、悬浮燃烧、完全燃烧；给料孔高于火风孔，即使是风力送料，也能减少燃料直达火风孔。

设炭化池环绕火风孔，促使炭粒在炭化池炭化成灰，避免结焦堵塞，减少浪费和污染。

更多更好的积极效果，将在具体实施例中结合实施情况记述。

附图说明

下面结合附图进一步说明本发明。

图1，具有直角火风口的旋风式生物质粉体燃烧器的前视外形图。

图2，具有直角火风口的旋风式生物质粉体燃烧器的轴向剖视图。

图3，具有直角火风口的旋风式生物质粉体燃烧器轴向局部剖视图。

图4，具有直角火风口的旋风式生物质粉体燃烧器的径向剖视图。

图5，具有直角火风口的旋风式生物质粉体燃烧器的水冷套筒的轴向局部剖视图。

图6，具有直角火风口的旋风式生物质粉体燃烧器的水冷套筒的径向剖视图。

图7，具有喇叭火风口的旋风式生物质粉体燃烧器的前视外形图。

图8，具有喇叭火风口的旋风式生物质粉体燃烧器的轴向局部剖视图。

图9，具有喇叭火风口的旋风式生物质粉体燃烧器的水冷套筒的轴向局部剖视图。

附图标记：1-端盖；2-端盖保温层；3-端盖耐火层；4-出灰口；5-给料口；6-出水管；7-水温传感器；8-排气管；9-水冷套筒；10-本体耐火层；11-火风口；12-炭化池；13-旋风燃烧室；14-进水管；15-排污管；16-旋风口

具体实施方式

下面的实施例，可以使本发明所属技术领域的技术人员更具体地理解本发明，但不限制本发明的具体实施方式。

例一，具有直角火风口11的旋风式生物质粉体燃烧器，如图1至图6所示。

该燃烧器由水冷套筒9和端盖1、以及端盖耐火层3和端盖保温层2、本体耐火层10组成。逐渐缩小的旋风口16，从本体的切向贯入旋风燃烧室13，为旋风燃烧室13提供强劲的旋风，形成附壁燃烧和悬浮燃烧的旋转流场。旋风燃烧室13的一端是旋风口16、给料口5和出灰口4，另一端是火风口11，两端之间除了旋风口16没有扰动旋流的孔。生物质粉体经给料口5投入燃烧室送风口的上方，被强劲的旋风扩散、分离、助燃并推移，实现附壁燃烧和悬浮燃烧的目的。烈火从火风口11脱离燃烧器，灰烬经出灰口4掏出燃烧器。给料口5高于火风孔50-100mm，便于燃料扩散分层，实现附壁燃烧、悬浮燃烧、完全燃烧，避免燃料直达火风口11逃离燃烧器。到达火风口11的炭粒，在炭化池12内炭化成灰，实现完全燃烧，减少浪费和污染。

该燃烧器的火风口11，进口是喇叭口、出口是直角口，具有较小的进口阻力和相应的接口性能。有出水管6和排气管8自上而下地伸进水冷套筒9，用于水冷套筒9的出水和排空。有进水管14和排污管15自下而上地伸进水冷套筒9，用于水冷套筒9的加水和排污。有一个以上水温传感器7从不同位置伸进水冷套筒9，用于测量水温。水冷套筒9用于炉温调控、热能回收和安全防护。

该燃烧器还有一些图纸上没有的结构特征：有点火器从本体的端面伸入旋风燃烧室13，启动燃烧过程并维持稳定燃烧；有炉温传感器从本体的端面伸入旋风燃烧室13，测量并监控炉温；有观火孔从本体的端面伸入旋风燃烧室13，用于窥视燃烧情形；有安全阀从不同位置贯通水冷套筒9，用于安全保证；有脚轮支撑本体，用于连接和脱离被加热的设备。

例二，具有喇叭火风口11的旋风式生物质粉体燃烧器，如图7至图9所示。该燃烧器与例一所述的燃烧器的区别特征在火风口11。该火风口11的出口是喇叭口，其形状接近火焰根部的外形；火焰根部与火风孔出口的边界之间基本没有涡流及其能量损失和器械烧损。

本发明的保护范围由权利要求书界定，并不限于以上所述具体实施例子。本发明所属技术领域的普通技术人员，无需脱离本发明的技术构思和保护范围，可以得到各种增加、替换和改变。

Claims (12)

1.旋风式生物质粉体燃烧器，其本体由水冷套筒和端盖及其内部的耐火层和保温层组成，旋风孔从本体的切向贯入旋风燃烧室，其特征在于，给料孔高于火风孔，炭化池环绕火风孔；旋风燃烧室的一端是旋风孔、给料孔和出灰孔，另一端是火风孔，两端之间除了旋风孔没有扰动旋流的孔。

2.根据权利要求1所述旋风式生物质粉体燃烧器，其特征在于，火风孔的进口和/或出口是喇叭口。

3.根据权利要求1或2所述旋风式生物质粉体燃烧器，其特征在于，有点火器从本体的端面伸入旋风燃烧室。

4.根据权利要求3所述旋风式生物质粉体燃烧器，其特征在于，有炉温传感器从本体的端面伸入旋风燃烧室。

5.根据权利要求3所述旋风式生物质粉体燃烧器，其特征在于，有火焰监测器从本体的端面伸入旋风燃烧室。

6.根据权利要求3所述旋风式生物质粉体燃烧器，其特征在于，有出水管和排气管自上而下地伸进水冷套筒。

7.根据权利要求3所述旋风式生物质粉体燃烧器，其特征在于，有进水管和排污管自下而上地伸进水冷套筒。

8.根据权利要求6所述旋风式生物质粉体燃烧器，其特征在于，有进水管和排污管自下而上地伸进水冷套筒。

9.根据权利要求1至8非3之一所述旋风式生物质粉体燃烧器，其特征在于，有一个以上水温传感器从不同位置伸进水冷套筒。

10.根据权利要求1至8非3之一所述旋风式生物质粉体燃烧器，其特征在于，有一个以上安全阀从不同位置贯通水冷套筒。

11.根据权利要求9所述旋风式生物质粉体燃烧器，其特征在于，有一个以上安全阀从不同位置贯通水冷套筒。

12.根据权利要求1至8非3之一、或11所述旋风式生物质粉体燃烧器，其特征在于，具有脚轮支撑本体。