CN109595548B - 浓淡返混式旋流煤粉燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种浓淡返混式旋流煤粉燃烧器，包括：旋流煤粉浓缩结构，所述旋流煤粉浓缩结构具有一次风煤粉气流入口管、淡煤粉气流出口管与浓煤粉气流出口管；淡煤粉气流腔室结构，用于导向淡煤粉气流；一级混合回流腔结构，与所述浓煤粉气流出口管以及所述淡煤粉气流腔室结构连通；二次风室结构，部分套设于所述一级混合回流腔结构；以及二级混合喷射腔结构，与所述二次风室结构连通，所述二级混合喷射腔结构用于将在一级混合回流腔结构内煤粉燃烧产生的火焰喷出。一次风煤粉气流经过旋流煤粉浓缩结构可实现对煤粉的高效浓缩，实现在燃烧器内部的煤粉浓淡返混及浓淡分级燃烧，有利于煤粉的着火与稳定燃烧，同时，降低煤粉燃烧过程中的NO_x生成。

Description

浓淡返混式旋流煤粉燃烧器

技术领域

本发明涉及煤粉燃烧设备技术领域，特别是涉及一种浓淡返混式旋流煤粉燃烧器。

背景技术

在我国，燃煤工业锅炉是除电站锅炉以外的主要煤燃烧使用设备。传统燃煤工业锅炉以层燃型炉排炉和链条炉为主，即将块状煤置于固定或移动的炉排上形成燃料层，空气从炉排底部通入，流过燃料层进行燃烧反应。受燃烧空间及反应有效面积所限，该炉型普遍存在锅炉热效率较低的问题。

近年来，随着煤粉加工、运输、存储和燃烧技术的不断发展，煤粉室燃方式逐步替代煤粉层燃，在燃煤锅炉中得到广泛的应用。该种方式采用空气携载煤粉颗粒喷入炉膛进行悬浮燃烧，加强气固混合与接触，提高锅炉的燃烧效率和热效率。但相比电站锅炉，中小型工业锅炉在实际运行过程中存在煤粉特性相差大、负荷调节范围宽的运行特点。但是，目前工业锅炉的设计准则大部分基于特定选用煤种及满负荷工况，造成在锅炉改用(混用)其他煤种及低负荷运行时，出现燃烧稳定性差、机械不完全燃烧损失大、NO_x排放量高等诸多问题。

随着我国对环保问题的逐步重视，现有工业煤粉锅炉燃烧技术难以满足日益严苛的污染物排放标准。国家环境保护部于2014年5月16日颁布的《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)中明确规定了7MW以上的在役燃煤热水供暖锅炉自2015年10月1日起，NO_x排放浓度不得超过400mg/m³；新建燃煤工业锅炉自2014年7月1日起，NO_x排放浓度不得超过300mg/m³；对于重点区域，NO_x排放浓度标准甚至低至200mg/m³。开发应用于工业锅炉的高效、低氮、低负荷稳燃能力强的煤粉燃烧设备已成为行业亟需。

发明内容

基于此，有必要针对工业煤粉锅炉存在的煤粉燃尽及低负荷稳燃能力差以及NO_x排放量高等问题，提供一种有利于煤粉着火、降低NO_x生成且低负荷稳燃能力强的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种浓淡返混式旋流煤粉燃烧器，包括：

旋流煤粉浓缩结构，用于将一次风煤粉气流分成浓煤粉气流及淡煤粉气流；

淡煤粉气流腔室结构，部分套设于所述旋流煤粉浓缩结构，并与淡煤粉气流出口管连通，用于导向淡煤粉气流；

一级混合回流腔结构，部分套设于所述旋流煤粉浓缩结构，并与浓煤粉气流出口管以及所述淡煤粉气流腔室结构连通，用于形成一级混合回流腔结构内部的回流区及浓煤粉气流与淡煤粉气流间的返混；

二次风室结构，部分套设于所述一级混合回流腔结构，用于输送二次风；以及

二级混合喷射腔结构，与所述一级混合回流腔结构连接，并与所述二次风室结构连通，所述二级混合喷射腔结构用于将在一级混合回流腔结构内煤粉燃烧产生的火焰喷出。

在其中一个实施例中，所述旋流煤粉浓缩结构包括回流挡板，所述回流挡板位于所述浓煤粉气流出口管的出口处；所述回流挡板朝向所述浓煤粉气流出口管的表面具有回流槽，所述回流槽的出口为扩口，用于引导浓煤粉气流回流；

所述回流槽内壁的形状为直线型或曲线型。

在其中一个实施例中，所述旋流煤粉浓缩结构还包括流速调节件，所述流速调节件设置于所述一次风煤粉气流入口管，用于调节所述一次风煤粉气流入口管的气流流通面积。

在其中一个实施例中，所述淡煤粉气流腔室结构包括淡煤粉外壳以及多个淡煤粉气流导向叶片，所述淡煤粉外壳部分套设于所述旋流煤粉浓缩结构，所述淡煤粉外壳的内部与所述淡煤粉气流出口管连通；

多个所述淡煤粉气流导向叶片间隔分布，用于将淡煤粉气流导流至所述一级混合回流腔结构中。

在其中一个实施例中，所述淡煤粉气流腔室结构还包括流量调节件，所述流量调节件设置于所述淡煤粉外壳上，并与所述淡煤粉气流出口管相对应，所述流量调节件用于调节所述淡煤粉气流出口管处的气流流通面积。

在其中一个实施例中，所述一级混合回流腔结构包括筒体、耐火件以及环形的阻挡件，所述筒体部分套设于所述旋流煤粉浓缩结构外侧，并与所述淡煤粉气流腔室结构连接，所述耐火件套设于部分所述旋流煤粉浓缩结构的外壁，所述阻挡件套设于所述耐火件的外侧，用于使浓煤粉气流再次反向流动。

在其中一个实施例中，所述二次风室结构包括二次风室外壳以及多个二次风导向叶片，所述二次风室外壳部分套设于所述一级混合回流腔结构，并与所述二级混合喷射腔结构连接；

多个所述二次风导向叶片间隔设置，并连接所述二次风室外壳与所述一级混合回流腔结构。

在其中一个实施例中，所述回流槽的扩口角度比所述耐火件的锥角大5°～10°；

所述淡煤粉气流导向叶片为切向叶片或轴向叶片，所述淡煤粉气流导向叶片的出口角度范围为5°～30°；

所述二次风导向叶片为轴向叶片，所述二次风导向叶片的出口角度范围为20°～70°。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：

本发明的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器，一次风煤粉气流经一次风煤粉气流入口管进入旋流煤粉浓缩结构，通过旋流煤粉浓缩结构进行浓淡分离后可将一次风煤粉气流分成浓煤粉气流与淡煤粉气流，浓煤粉气流经浓煤粉气流出口管进入一级混合回流腔结构，淡煤粉气流从淡煤粉气流出口管进入淡煤粉气流腔室结构，最终经由淡煤粉气流导向叶片进入一级混合回流腔结构中并与浓煤粉气流混合。并且，淡煤粉气流与浓煤粉气流经过返混、预热以及着火后，经一级混合回流腔结构进入二级混合喷射腔结构中，与经二次风室结构输送的二次风相遇并逐渐混合燃烧，最终由二级混合喷射腔结构喷入炉膛。这样，一次风煤粉气流经过旋流煤粉浓缩结构可实现对煤粉的高效浓缩，实现在燃烧器内部的煤粉浓淡返混及浓淡分级燃烧，有利于煤粉的着火与稳定燃烧，同时，降低煤粉燃烧过程中的NO_x生成。有效的解决目前工业煤粉锅炉存在的煤粉燃尽及低负荷稳燃能力差以及NO_x排放量高的问题。

附图说明

图1为本发明一实施例的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器的主视结构图；

图2为图1所示的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器在A-A处的剖视图；

图3为图1所示的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器在B-B处的剖视图；

图4为图1所示的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器的主视剖视图；

图5为图4所示的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器在C-C处的剖视图；

图6为图5所示的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器中四种回流挡板的剖视图；

图7为图4所示的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器中淡煤粉气流导向叶片的立体图；

图8为图4所示的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器中二次风导向叶片的立体图；

图9为图4所示的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器中淡煤粉气流导向叶片另一实施例的剖视图；

图10为图4所示的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器的原理图；

图11为图4所示的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器的尺寸关系示意图。

其中：

100-浓淡返混式旋流煤粉燃烧器；

110-旋流煤粉浓缩结构；

111-一次风煤粉气流入口管；

112-淡煤粉气流出口管；

113-浓煤粉气流出口管；

114-旋流直管段；

115-锥管段；

116-回流挡板；

1161-固定筋；

117-流速调节件；

1171-旋转轴；

1172-调节挡板；

120-淡煤粉气流腔室结构；

121-淡煤粉外壳；

122-淡煤粉气流导向叶片；

123-连接体；

124-流量调节件；

130-一级混合回流腔结构；

131-筒体；

132-阻挡件；

133-耐火件；

140-二次风室结构；

141-二次风室外壳；

142-二次风入口管；

143-二次风导向叶片；

150-二级混合喷射腔结构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参见图1至图4，本发明一实施例提供了一种浓淡返混式旋流煤粉燃烧器100。该浓淡返混式旋流煤粉燃烧器100应用于燃煤锅炉中。本发明的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器100可实现在燃烧器内部的煤粉浓淡返混及浓淡分级燃烧，有利于煤粉的着火与稳定燃烧，同时，降低煤粉燃烧过程中的NO_x生成。

在一实施例中，浓淡返混式旋流煤粉燃烧器100包括旋流煤粉浓缩结构110、淡煤粉气流腔室结构120、一级混合回流腔结构130、二次风室结构140以及二级混合喷射腔结构150。

示例性地，淡煤粉气流腔室结构120与一级混合回流腔结构130完全套设于旋流煤粉浓缩结构110的外侧。旋流煤粉浓缩结构110通过淡煤粉气流出口管112与淡煤粉气流腔室结构120连通，旋流煤粉浓缩结构110通过浓煤粉气流出口管113与一级混合回流腔结构130连通，并且淡煤粉气流腔室结构120还与一级混合回流腔结构130连通。

参见图4和图11，在一实施例中，一级混合回流腔结构130包括筒体131以及环形的阻挡件132，筒体131部分套设于旋流煤粉浓缩结构110，并与淡煤粉气流腔室结构120连接，阻挡件132套设于锥管段115的外侧，用于使浓煤粉气流再次反向流动。筒体131呈圆柱形设置，筒体131套设于旋流煤粉浓缩结构110的锥管段115的外侧。这样，筒体131内部腔室的截面面积从锥管段115的入口处至出口处逐渐增加，即筒体131内部腔室的截面面积从左向右逐渐增加。

在一实施例中，一级混合回流腔结构130还包括耐火件133，耐火件133套设于锥管段115的外壁。相应的，耐火件133也成锥形设置。本实施例中，耐火件133的作用主要是防止煤粉在一级混合回流腔结构130内部燃烧放热造成与其相邻的旋流煤粉浓缩结构110烧损。可选地，耐火件133由耐火材料制成。

旋流煤粉浓缩结构110具有一次风煤粉气流入口管111、淡煤粉气流出口管112与浓煤粉气流出口管113，一次风煤粉气流入口管111沿切向方向设置于旋流煤粉浓缩结构110上，淡煤粉气流出口管112与浓煤粉气流出口管113分设于旋流煤粉浓缩结构100的两端。淡煤粉气流腔室结构120部分套设于旋流煤粉浓缩结构110，并与淡煤粉气流出口管112连通，用于导向淡煤粉气流。一级混合回流腔结构130部分套设于旋流煤粉浓缩结构110，并与浓煤粉气流出口管113以及淡煤粉气流腔室结构120连通，用于形成一级混合回流腔结构130内部的高温烟气回流区及浓煤粉气流与淡煤粉气流间的返混。二次风室结构140部分套设于一级混合回流腔结构130，用于输送二次风。二级混合喷射腔结构150与一级混合回流腔结构130连接，并与二次风室结构140连通，二级混合喷射腔结构150用于将在一级混合回流腔结构内煤粉燃烧产生的火焰喷出。

一级混合回流腔结构130中高温烟气回流区的形成原理：由于筒体131内部腔室采用从左至右截面积逐渐扩大的结构，气流在从左至右的流动过程中，气流速度大幅降低，根据伯努利原理，气流在由左至右流动过程中的静压逐渐升高，使右侧静压逐渐高于左侧，同时使部分右侧区域气流回流向左侧的低压区域，从而在一级混合回流腔结构130的筒体131内部产生回流区。并且，煤粉在一级混合回流腔结构130的筒体131内开始燃烧，燃烧过程中会释放大量的高温烟气，并受一级混合回流腔结构130内部回流区的影响，被卷吸到回流区内部，从而形成高温烟气回流区。

一次风煤粉气流入口管111为一次风煤粉气流的进口，一次风煤粉气流通过一次风煤粉气流入口管111进入旋流煤粉浓缩结构110。可以理解的，一次风煤粉气流即为携带煤粉的空气气流。一次风煤粉气流入口管111切向设置于旋流煤粉浓缩结构110。也就是说，一次风煤粉气流入口管111位于旋流煤粉浓缩结构110的侧面。示例性地，一次风煤粉气流入口管111的数量为一个。当然，在本发明的其他实施方式中，一次风煤粉气流入口管111的数量也可为两个，两个一次风煤粉气流入口管111呈中心对称设置。

淡煤粉气流出口管112位于旋流煤粉浓缩结构110靠近一次风煤粉气流入口管111的一端，浓煤粉气流出口管113位于旋流煤粉浓缩结构110远离一次风煤粉气流入口管111的一端。也就是说，淡煤粉气流出口管112与浓煤粉气流出口管113分设于旋流煤粉浓缩结构110的两端。淡煤粉气流出口管112用于输送淡煤粉气流，浓煤粉气流出口管113用于输送浓煤粉气流。由于一次风煤粉气流入口管111切向设置于旋流煤粉浓缩结构110，使一次风煤粉气流经由一次风煤粉气流入口管111进入旋流直管段114内形成高速旋转流，同时在淡煤粉气流出口管112附近形成低压回流区。在一次风煤粉气流高速旋转过程中，煤粉颗粒受离心力作用较大，使绝大多数煤粉被甩向旋流直管段114及锥管段115内壁面附近，并随着气流沿着浓煤粉气流出口管113流出，从而形成高浓度的浓煤粉气流。同时，少数未经分离的细煤粉颗粒被卷吸进入淡煤粉气流出口管112附近的低压回流区，并由淡煤粉气流出口管112流出，从而形成低浓度的浓煤粉气流。旋流煤粉浓缩结构110分离出的浓煤粉气流直接进入一级混合回流腔结构130中，分离出的淡煤粉气流经淡煤粉气流腔室结构120再进入一级混合回流腔结构130中。

可以理解的，根据煤粉浓淡分级燃烧技术，即将一次风煤粉气流分离成浓煤粉气流和淡煤粉气流两股气流组织燃烧。由于浓煤粉气流的煤粉浓度高，使自身着火热降低，有利于浓煤粉气流的着火，同时富燃料条件下的煤粉气流燃烧过程中的NO_x生成量小。此外，浓煤粉气流的燃烧和放热有利于促进与其发生返混的淡煤粉气流的升温及着火燃烧，有利于增强低负荷稳燃能力及煤种适应性。

通过旋流煤粉浓缩结构110对一次风煤粉气流进行浓淡分离后，淡煤粉气流中含粉量占总煤粉量的1％～5％，淡煤粉气流中风量占一次风煤粉气流中总风量的60％～70％；浓煤粉气流中含粉量占总煤粉量的95％～99％，浓煤粉气流中风量占一次风煤粉气流中总风量的30％～40％。浓煤粉气流中的煤粉浓度增大到浓缩前的2倍～3倍，即浓煤粉气流中煤粉浓度大幅提高，可以实现更为有效的煤粉浓淡分级燃烧，有利于降低煤粉燃烧所需着火热，促进挥发分的提前析出及煤粉的及时着火。

参见图4至图6，在一实施例中，旋流分离结构110包括旋流直管段114以及与旋流直管段114连接的锥管段115。一次风煤粉气流入口管111沿切向设置于旋流直管段114远离锥管段115的一端。淡煤粉气流出口管112设置于旋流直管段114内，并位于旋流直管段114远离锥管段115的一端。浓煤粉气流出口管113与锥管段115远离旋流直管段114的一端连接。

旋流直管段114呈圆柱形设置，锥管段115呈锥形设置。煤粉入管111设置于旋流直管段114的外周。淡煤粉气流出口管112位于旋流直管段114，浓煤粉气流出口管113位于锥管段115。一次风煤粉气流经由一次风煤粉气流入口管111进入旋流直管段114内形成高速旋转流，同时在淡煤粉气流出口管112附近形成低压回流区。在一次风煤粉气流高速旋转过程中，煤粉颗粒受离心力作用较大，使绝大多数煤粉被甩向旋流直管段114及锥管段115内壁面附近，并随着气流沿着浓煤粉气流出口管113流出，从而形成高浓度的浓煤粉气流。同时，少数未经分离的细煤粉颗粒被卷吸进入淡煤粉气流出口管112附近的低压回流区，并由淡煤粉气流出口管112流出，从而形成低浓度的浓煤粉气流。这样，一次风煤粉气流通过旋流分离结构110的离心分离后，可以提高煤粉的浓度，并且提高煤粉浓缩的效率。

在一实施例中，旋流煤粉浓缩结构110还包括回流挡板116，回流挡板116位于浓煤粉气流出口管113的出口处，用于使浓煤粉气流出口管113送出的浓煤粉气流回流。回流挡板116罩设于浓煤粉气流出口管113的出口端。回流挡板116起到阻挡的作用，阻挡浓煤粉气流继续沿着从浓煤粉气流出口管113中的流动方向流出，并沿着锥管段115的外壁由右向左流动，并与由左向右高速旋转的淡煤粉气流发生返混。在浓煤粉气流由右向左流动过程中，部分未卷吸进入回流区的浓煤粉气流受阻挡件132的阻挡再次转向，并由左向右最终流入高温回流区内。浓煤粉气流与淡煤粉气流在一级混合回流腔结构130内发生返混、预热以及着火后，由一级混合回流腔结构130进入二级混合喷射腔结构150。示例的，阻挡件132为环形的阻挡块，或者可以其他能够起到阻挡作用的结构。

可选的，回流挡板116通过固定筋1161与浓煤粉气流出口管113的外壁连接。这样可以保证回流挡板116可靠的固定于浓煤粉气流出口管113上。当然，在本发明的其他实施方式中，回流挡板116相对于浓煤粉气流出口管113的出口端的距离可调节，这样可以调节浓煤粉气流的流通面积，调节浓煤粉气流的流量。

进一步地，回流挡板116朝向浓煤粉气流出口管113的表面具有回流槽，回流槽的出口为扩口，用于引导浓煤粉气流回流。具有扩口的回流槽可以起到阻挡加上导向的作用，以引导浓煤粉气流反向流动。可选地，回流槽的截面形状为直线型或曲线型。示例性地，如图6所示，回流槽的截面形状可以为W形、V形、槽形或锥形等等，当然，在本发明的其他实施方式中，回流槽的截面形状还可为其他扩口的形状。

参见图2、图4和图7，在一实施例中，淡煤粉气流腔室结构120包括淡煤粉外壳121以及多个淡煤粉气流导向叶片122，淡煤粉外壳121部分套设于旋流煤粉浓缩结构110，淡煤粉外壳121的内部与淡煤粉气流出口管112连通。多个淡煤粉气流导向叶片122间隔分布。

淡煤粉外壳121具有中空腔室，该中空腔室用于导向淡煤粉气流。淡煤粉气流导向叶片122可以使淡煤粉气流转向产生旋转流。淡煤粉气流经过淡煤粉气流出口管112流入淡煤粉外壳121内，并以淡煤粉气流出口管112为中心向四周流动，然后经淡煤粉气流导向叶片122进入一级混合回流腔结构130中。受淡煤粉气流导向叶片122的起旋作用，淡煤粉气流进入一级混合回流腔结构130中，并沿轴向方向从左向右高速旋转。

可选的，淡煤粉气流导向叶片122可以为轴向叶片，也可以为切向叶片。参见图4，当淡煤粉气流导向叶片122为切向叶片时，淡煤粉气流沿切向方向进入一级混合回流腔结构130。参见图9，当淡煤粉气流导向叶片122为轴向叶片时，淡煤粉气流沿轴向方向进入一级混合回流腔结构130。示例性地，淡煤粉气流导向叶片122为切向叶片。又可选地，淡煤粉气流导向叶片122的出口角度δ的范围为5°～30°。

可选地，淡煤粉气流腔室结构120还包括连接体123，连接体123位于淡煤粉外壳121与旋流煤粉浓缩结构110的旋流直管段114之间，用于起到连接并固定淡煤粉外壳121与旋流煤粉浓缩结构110的作用。可以理解的，连接体123的形状原则上不受限制，只要连接体123不阻挡淡煤粉气流流动即可。示例性地，连接体123的形状呈锥形设置。

一级混合回流腔结构130中具有高温烟气回流区，浓煤粉气流与高温烟气回流区紧邻，并逐渐与高温烟气混合，同时，浓煤粉气流直接接受高温回流烟气的热辐射，有利于煤粉的着火及稳定燃烧。淡煤粉气流进入一级混合回流腔结构130后，同样与高温烟气回流区发生逐渐混合，并与浓煤粉气流发生返混。

浓煤粉气流与淡煤粉气流首先在一级混合回流腔结构130中发生着火、返混及燃烧，而后进入二级混合喷射腔结构150，并与由二次风室结构140进入到二级混合喷射腔结构150的二次风相遇，浓煤粉气流、淡煤粉气流及二次风三者间发生进一步的混合及燃烧。可以理解的，浓煤粉气流中煤粉燃烧所需的氧量由淡煤粉气流及二次风分两级依次给入。这样可以使煤粉始终保持在强还原气分下燃烧，强化空气分级燃烧效果，有利于进一步降低煤粉燃烧过程中的NO_x生成。

参见图2和图4，在一实施例中，旋流煤粉浓缩结构110还包括流速调节件117，流速调节件117设置于一次风煤粉气流入口管111，用于调节一次风煤粉气流入口管111的气流流通面积。示例性地，流速调节件117包括调节挡板1172以及旋转轴1171，调节挡板1172通过旋转轴1171可转动地安装于一次风煤粉气流入口管111中。这样，转动旋转轴1171可以改变调节挡板1172在一次风煤粉气流入口管111中的位置，以调节一次风煤粉气流入口管111内部的气流流通面积，从而调节一次风煤粉气流入口管111中一次风煤粉气流的风速。当然，在本发明的其他实施方式中，流速调节件117还可为其他可改变一次风煤粉气流入口管111内部的气流流通面积的零件。示例性地，一次风煤粉气流入口管111中一次风煤粉气流的风速范围为15m/s～20m/s。

可以理解的，在锅炉低负荷运行下，为实现对一次风煤粉气流入口管111中不同煤粉量及粒径大小煤粉的高效浓缩，在一次风煤粉气流入口管111内部设置流速调节件117。通过流速调节件117调节一次风煤粉气流入口管111内的气流流通面积，增大一次风煤粉气流入口管111处的一次风煤粉气流风速，从而使煤粉所受向壁面迁移的离心力增大，确保煤粉较高的浓缩效率。这样，可以根据锅炉不同负荷运行条件调节流速调节件117，以实现一次风煤粉气流风速的调节，利于不同负荷段及煤种条件下的煤粉及时着火及稳燃。

在一实施例中，淡煤粉气流腔室结构120还包括流量调节件124，流量调节件124设置于淡煤粉外壳121，并与淡煤粉气流出口管112相对应，流量调节件124用于调节淡煤粉气流出口管112处的气流流通面积，从而起到调整浓、淡煤粉气流风量及煤粉浓缩效果的作用。可选的，流量调节挡块呈伞状设置。如图4所示，沿轴向方向左右改变流量调节挡块的位置时，可以调节淡煤粉气流出口管112处的气流流通面积。当然，在本发明的其他实施方式中，流量调节件124还可为其他可改变淡煤粉气流出口管112内部的气流流通面积的零件。

可以理解的，设置流量调节件124后，通过改变流量调节件124的位置调整浓、淡煤粉气流间的流量比例，相应改变流经淡煤粉气流导向叶片122淡煤粉气流的速度及浓、淡煤粉气流间的动量比，从而有效调节一级混合回流腔结构130内的浓、淡煤粉气流间返混程度，起到控制煤粉燃烧过程中反应比例及反应时间的作用，同时也可起到调整一级混合回流腔结构130内高温烟气回流区大小的目的，实现对不同负荷段及煤种条件下的煤粉燃烧进行有效调节，确保不同负荷段及煤种条件下均具有较好的煤粉燃尽、稳燃及低NO_x生成效果。

在一实施例中，回流槽的扩口角度比耐火件133的锥角大5°～10°。也就是说，回流挡板116的扩口角度β大于锥形的耐火件133的锥角γ约5°～10°。这样，有利于煤粉颗粒被卷吸进入高温烟气回流区，同时避免浓煤粉气流燃烧火焰直接冲刷耐火件133，防止温度过高及结焦。

在一实施例中，二级混合喷射腔结构150包括喷射外壳，喷射外壳呈锥形设置，且喷射外壳的锥角的范围为0°～30°。锥形的喷射外壳可以实现火焰以较高的速度喷入炉内，同时还有利于一级混合回流腔结构130内部高温烟气回流区的形成。

参见图3、图4以及图8，在一实施例中，二次风室结构140包括二次风室外壳141、多个二次风导向叶片143以及二次风入口管142，二次风室外壳141部分套设于一级混合回流腔结构130，并与二级混合喷射腔结构150连接。二次风入口管142设置于二次风室外壳141远离二级混合喷射腔结构150的一端。多个二次风导向叶片143间隔设置，并连接二次风室外壳141与一级混合回流腔结构130。示例性地，二次风导向叶片143为轴向叶片，二次风导向叶片143的出口角度范围为20°～70°。

参见图4和图11，本发明的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器100中各部分之间的尺寸关系如下：

记旋流直管段114的内径为D，旋流直管段114的长度为L。则：淡煤粉气流出口管112的内径D₁的尺寸为0.2D≤D₁≤0.4D；浓煤粉气流出口管113的内径D₂的尺寸为0.2D≤D₂≤0.4D；回流挡板116的扩口处直径D₃的尺寸为0.25D≤D₃≤0.5D；一级混合回流腔结构130的筒体131的内径D₄的尺寸为1.2D≤D₄≤2D；淡煤粉气流出口管112的长度L₁的尺寸为0.6L≤L₁≤0.3L；锥管段115的长度L₂的尺寸为1.1L≤L₂≤2.5L；浓煤粉气流出口管113的长度L₃的尺寸为0.2L≤L₃≤1.5L；一级混合回流腔结构130的筒体131长度L₄的尺寸为1.5L≤L₄≤4L；二级混合喷射腔结构150的喷射外壳长度L₅的尺寸为1.5L≤L₅≤2L；回流挡板116的扩口角β的角度范围为15°≤β≤30°；耐火件133的锥角γ的角度范围为10°≤γ≤20°；喷射外壳的锥角α的角度范围为0°≤α≤30°；淡煤粉气流导向叶片122的出口角度δ的角度范围为0°≤δ≤30°；二次风导向叶片143的出口角度θ的角度范围为20°≤θ≤70°。

参见图4和图10，本发明的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器100的工作原理为：

如图10所示，实心箭头为煤粉气流，空心箭头为二次风。旋流煤粉浓缩结构110的旋流直管段114与锥管段115内为F1区域，F1区域主要发生煤粉的浓淡分离。一次风煤粉气流经过一次风煤粉气流入口管111进入旋流煤粉浓缩结构110内，经过旋流进行浓淡分离后，形成淡煤粉气流与浓煤粉气流。图10中的旋流煤粉浓缩结构110内，左侧为淡煤粉气流，右侧为浓煤粉气流。并且，淡煤粉气流经过淡煤粉气流出口管112进入淡煤粉气流腔室结构120内，F2区域中的淡煤粉气流流经淡煤粉气流导向叶片122后进入一级混合回流腔结构130中，并形成旋转流。浓煤粉气流出口管113内为F3区域，浓煤粉气流经浓煤粉气流出口管113进入一级混合回流腔结构130中。一级混合回流腔结构130中的高温烟气回流区记为F4区域，淡煤粉气流与浓煤粉气流在F4区域进行浓淡返混，然后再进入二级混合喷射腔结构150中，与此同时，二次风经由二次风室结构140进入二级混合喷射腔结构150中。

具体的，一次风煤粉气流经由一次风煤粉气流入口管111进入旋流煤粉浓缩结构110的旋流直管段114内形成高速旋转流，同时在淡煤粉气流出口管112附近形成低压回流区。在一次风煤粉气流高速旋转过程中，煤粉颗粒受离心力作用较大，使绝大多数煤粉被甩向旋流直管段114及锥管段115内壁面附近，并随着气流沿着浓煤粉气流出口管113流出。同时，少数未经分离的细煤粉颗粒被卷吸进入淡煤粉气流出口管112附近的低压回流区，并由淡煤粉气流出口管112流出。而后在淡煤粉气流腔室结构120的淡煤粉外壳121内，淡煤粉气流以淡煤粉气流出口管112为中心向四周流动，首先进入淡煤粉外壳121与连接体123形成的环形通道内，而后经由淡煤粉气流导向叶片122进入一级混合回流腔结构130的筒体131内。受淡煤粉气流导向叶片122的起旋作用，淡煤粉气流沿切向方向进入一级混合回流腔结构130内，并沿着轴向从左至右高速旋转。与此同时，浓煤粉气流由浓煤粉气流出口管113流出，首先与回流挡板116相遇并折转方向，沿着耐火件133的外壁由右向左流动，并与由左至右高速旋转的淡煤粉气流发生返混。在浓煤粉气流由右向左流动过程中，部分未卷吸进入高温烟气回流区的浓煤粉气流受阻挡件132的阻挡，再次转向，并由左至右最终流入高温烟气回流区内。浓煤粉气流与淡煤粉气流在一级混合回流腔结构130内发生返混、预热及着火后，由一级混合回流腔结构130进入二级混合喷射腔结构150，与经由二次风室结构140的二次风导向叶片143形成的旋转二次风相遇并逐渐混合燃烧，最终由二级混合喷射腔结构150右侧的出口喷入炉膛。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书的记载范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种浓淡返混式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，包括：

旋流煤粉浓缩结构，用于将一次风煤粉气流分成浓煤粉气流及淡煤粉气流；具有一次风煤粉气流入口管、淡煤粉气流出口管与浓煤粉气流出口管；

淡煤粉气流腔室结构，部分套设于所述旋流煤粉浓缩结构，并与淡煤粉气流出口管连通，用于导向淡煤粉气流；

一级混合回流腔结构，部分套设于所述旋流煤粉浓缩结构，并与浓煤粉气流出口管以及所述淡煤粉气流腔室结构连通，用于形成一级混合回流腔结构内部的回流区及浓煤粉气流与淡煤粉气流间的返混；

二次风室结构，部分套设于所述一级混合回流腔结构，用于输送二次风；以及

二级混合喷射腔结构，与所述一级混合回流腔结构连接，并与所述二次风室结构连通，所述二级混合喷射腔结构用于将在一级混合回流腔结构内煤粉燃烧产生的火焰喷出；

流速调节件，所述流速调节件设置于所述一次风煤粉气流入口管，用于调节所述一次风煤粉气流入口管的气流流通面积；

其中，所述淡煤粉气流腔室结构包括淡煤粉外壳以及多个淡煤粉气流导向叶片，所述淡煤粉外壳部分套设于所述旋流煤粉浓缩结构，所述淡煤粉外壳的内部与所述淡煤粉气流出口管连通；多个所述淡煤粉气流导向叶片间隔分布，用于将淡煤粉气流导流至所述一级混合回流腔结构中。

2.根据权利要求1所述的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述旋流煤粉浓缩结构包括回流挡板，所述回流挡板位于所述浓煤粉气流出口管的出口处；所述回流挡板朝向所述浓煤粉气流出口管的表面具有回流槽，所述回流槽的出口为扩口，用于引导浓煤粉气流回流；

所述回流槽内壁的形状为直线型或曲线型。

3.根据权利要求1或2所述的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述淡煤粉气流腔室结构还包括流量调节件，所述流量调节件设置于所述淡煤粉外壳上，并与所述淡煤粉气流出口管相对应，所述流量调节件用于调节所述淡煤粉气流出口管处的气流流通面积。

4.根据权利要求3所述的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述一级混合回流腔结构包括筒体、耐火件以及环形的阻挡件，所述筒体部分套设于所述旋流煤粉浓缩结构外侧，并与所述淡煤粉气流腔室结构连接，所述耐火件套设于部分所述旋流煤粉浓缩结构的外壁，所述阻挡件套设于所述耐火件的外侧，用于使浓煤粉气流再次反向流动。

5.根据权利要求4所述的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述二次风室结构包括二次风室外壳以及多个二次风导向叶片，所述二次风室外壳部分套设于所述一级混合回流腔结构，并与所述二级混合喷射腔结构连接；

多个所述二次风导向叶片间隔设置，并连接所述二次风室外壳与所述一级混合回流腔结构。

6.根据权利要求5所述的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述回流槽的扩口角度比所述耐火件的锥角大5°～10°。

7.根据权利要求1所述的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述淡煤粉气流导向叶片为切向叶片或轴向叶片，所述淡煤粉气流导向叶片的出口角度范围为5°～30°。

8.根据权利要求5所述的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述二次风导向叶片为轴向叶片，所述二次风导向叶片的出口角度范围为20°～70°。

9.根据权利要求5所述的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述旋流煤粉浓缩结构包括旋流直管段以及与所述旋流直管段连接的锥管段，所述一次风煤粉气流入口管沿切向设置于所述旋流直管段远离所述锥管段的一端；所述淡煤粉气流出口管设置于所述旋流直管段内，并位于所述旋流直管段远离所述锥管段的一端，所述浓煤粉气流出口管与所述锥管段远离所述旋流直管段的一端连接。

10.根据权利要求9所述的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述淡煤粉气流腔室结构还包括连接体，所述连接体位于所述淡煤粉外壳与所述旋流直管段之间。

11.根据权利要求9所述的浓淡返混式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述二级混合喷射腔结构包括用于将火焰喷入炉内的喷射外壳，所述喷射外壳呈锥形设置，且所述喷射外壳的锥角的范围为0°～30°。

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