CN109737393B - 大煤粉浓缩比推迟混合式旋流煤粉燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大煤粉浓缩比推迟混合式旋流煤粉燃烧器，它的主体是由淡煤粉气流管、锥形管、圆筒形煤粉浓缩室、圆筒形内二次风通道、圆筒形外二次风通道从内到外依次套装构成，淡煤粉气流管的下口即出料口呈喇叭口形；一次风进风和煤粉进料通道以与圆筒形煤粉浓缩室相切的方式接在圆筒形煤粉浓缩室侧壁的上部；在内二次风通道腔的下部设置一圈厚叶片，在外二次风通道腔的下部设置一圈薄叶片；在喇叭口的中心处设置一个呈锥体形的分流体。本发明通过组织煤粉高效浓缩及合理推迟煤粉与空气间的混合，具有燃烧效率高、NO x 生成量低、低负荷稳燃能力及煤种适应性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃煤锅炉煤粉燃烧装置，具体涉及一种促进煤粉着火、燃尽、降低NO x 生成及低负荷稳燃的大煤粉浓缩比推迟混合式旋流煤粉燃烧器，具有燃烧效率高、NO x 生成量低、低负荷稳燃能力及煤种适应性强的特点。
背景技术
在我国已探明化石能源资源总量中，煤炭占90%以上，煤炭资源丰富，且具有煤种多样化的特点。从保障国家能源稳定供应、维护国家能源安全的角度考虑，我国短期内以煤炭为主体的能源结构不会改变。但同时也注意到，燃烧仍然是煤炭的主要利用方式。在电力工业及其他行业动力装置中煤粉燃烧方式占据了较大的比例。氮氧化物（NO x ）是产生酸雨和光化学污染的前驱物，而煤燃烧是产生NO x 的主要来源。随着污染物减排需求的日益增长，各国都制定了严格的标准来限制大型燃烧设备产生的NOx排放。此外，在环境问题不断突显的压力下，可再生能源利用已成为电力系统的最佳选择，可再生能源发电的迅速发展与燃煤电厂的兼容性问题，尤其是锅炉的低负荷稳燃问题，正引起人们越来越多的关注。
为了响应我国日渐严苛的环保标准，科学利用丰富多变的煤种资源，增强灵活调峰大趋势下的锅炉低负荷稳燃能力，开发高效、低NO x 、煤种适应性广及低负荷稳燃能力强的煤粉燃烧器对促进燃煤锅炉在新形势下的持续发展起着至关重要的作用。
发明内容
为促进煤粉锅炉煤粉着火、燃尽、降低NO x 生成及增强低负荷稳燃能力，本发明提供一种大煤粉浓缩比推迟混合式旋流煤粉燃烧器。
本发明的目的是这样实现的：燃烧器的主体呈圆筒形，是由淡煤粉气流管、锥形管、圆筒形煤粉浓缩室、圆筒形内二次风通道、圆筒形外二次风通道从内到外依次套装构成，其中锥形管的顶点在上，与淡煤粉气流管的上端连接，圆筒形煤粉浓缩室高度最高、且有上盖，所述内、外二次风通道均呈环形腔，其进风口和出风口在环形腔上部和下部，淡煤粉气流管的下口即出料口呈喇叭口形；一次风进风和煤粉进料通道呈水平式筒道，它以与圆筒形煤粉浓缩室相切的方式接在圆筒形煤粉浓缩室侧壁的上部；在内二次风通道腔的下部设置一圈厚叶片，每个厚叶片均匀固定在圆筒形煤粉浓缩室侧壁的外侧上；在内二次风通道侧壁的外侧面上固定一圈隔板，在外二次风通道腔的下部设置一圈薄叶片，每个薄叶片均匀固定在一圈隔板上；上述薄、厚叶片的出口角度均为10－70°，所述薄、厚是指在这两种叶片之间薄厚的比较；在喇叭口的中心处设置一个呈锥体形的分流体，锥体形分流体由径向支架固定在喇叭口上。
工作过程是：空气携带煤粉（一次风煤粉气流）由一次风进风和煤粉进料通道沿着切向方向进入煤粉浓缩室内，一次风煤粉气流在煤粉浓缩室内发生高速旋转，由于煤粉颗粒密度大，其旋转过程中受到的离心力要远大于气体，使绝大部分煤粉颗粒在高速旋转过程中逐渐向煤粉浓缩室的壁面区域迁移并聚集，并由环形浓煤粉气流通道向下流出，从而形成煤粉浓度较高的浓煤粉气流。由于一次风煤粉气流在煤粉浓缩室内高速旋转，使浓煤粉气流由浓煤粉气流通道喷出后，依然保持着一定的旋流速度。在煤粉浓缩室中心区域的气流煤粉浓度较低，并由位于煤粉浓缩室中心处的淡煤粉气流通道接近于直流喷出，从而形成煤粉浓度较低的淡煤粉气流，同时，受淡煤粉气流管扩口与锥形钝体的共同作用，使淡煤粉气流由喇叭状喷出。
以上旋流煤粉浓缩方式可是实现对煤粉的高效浓缩，经煤粉浓淡分离后的淡煤粉气流中含粉量占总煤粉量的5%~10%，淡煤粉气流中风量占一次风煤粉气流中总风量的50%~60%；浓煤粉气流中含粉量占总煤粉量的90%~95%，浓煤粉气流中风量占一次风煤粉气流中总风量的40%~50%。浓、淡煤粉气流喷出后，形成旋流浓煤粉气流包裹直流淡煤粉气流的流动样式。与此同时，内二次风由内二次风通道喷入，经二次风厚叶片的导流作用，实现旋转喷出。外二次风由外二次风通道喷入，经布置于外二次风通道内外二次风薄叶片的导流作用，同样旋流喷出。通过以上燃烧组织方式，由燃烧器喷口中心区域到四周，依次组织呈伞状直流喷射的淡煤粉气流、旋流的浓煤粉气流、旋流的内二次风及旋流的外二次风。燃烧器喷口区域的高速旋转气流有利于形成气流中心区域的低压区，促进高温烟气回流，从而在燃烧器出口区域构建高温烟气回流区。浓煤粉气流由于自身具有较高的煤粉浓度，所需着火热低，使其率先着火，而后点燃位于中心区域的淡煤粉气流。随着煤粉燃烧过程中对氧量的逐渐消耗，位于煤粉气流周围的内二次风及外二次风分级供入，为煤粉燃烧逐渐补氧。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1. 多煤种及变负荷条件下促进煤粉着火、稳燃及燃尽。
（1）采用旋流分离原理对一次风煤粉气流进行浓缩，具有较高的煤粉浓缩效率，使浓煤粉气流具有更高的煤粉浓度，高浓煤粉气流中煤粉浓度有利于降低煤粉着火热，促进煤粉的及时着火。
（2）浓煤粉气流、内二次风及外二次风均为旋流高速喷出，有利于在燃烧器出口区域构建稳定的低压回流区，有助于卷吸煤粉燃烧过程中产生的高温烟气，进一步加热煤粉颗粒，利于煤粉的升温及稳定燃烧。
（3）淡煤粉气流布置于燃烧器中心区域，尽管淡煤粉气流自身煤粉浓度低，但浓煤粉气流包裹着淡煤粉气流燃烧的方式，使淡煤粉气流受浓煤粉气流燃烧放热的影响，利于淡煤粉气流中煤粉的升温、着火及燃尽。
（4）淡煤粉气流由淡煤粉气流通道呈伞状低速喷出，有利于稳定在燃烧器出口区域形成的低压回流区，利于煤粉的稳定燃烧。
2. 多煤种及变负荷条件下抑制NO x 生成。
（1）浓煤粉气流所含煤粉浓度高，有利于煤粉燃烧初期在强还原氛围下燃烧，抑制煤粉着火初期的NO x 生成。
（2）浓煤粉气流通道与淡煤粉气流通道间隔一定距离，使浓、淡煤粉气流喷出后，推迟了浓、淡煤粉气流间的混合，强化煤粉浓淡分级燃烧效果，抑制NO x 生成。
（3）通过布置具有较大厚度的内二次风叶片，构建截面径向与切向尺寸比值较大的狭长内二次风流道，从而使内二次风喷出后，内二次风与位于中心区域的煤粉气流具有较小的接触面积，使内二次风在流动过程中与煤粉气流逐渐混合，构建煤粉燃烧过程中的强还原氛围，抑制NO x 生成。
（4）在内二次风与外二次风间设置挡环，使内、外二次风喷出后保持着一定的距离，推迟了外二次风气流与内二次风及中心煤粉气流间的混合，从而进一步深化空气分级燃烧效果，使煤粉始终在强还原气氛下燃烧，抑制NO x 生成。
附图说明
图1为本发明的轴向剖面示意图，其中它设置一个一次风进风和煤粉进料通道。
图2为图1的俯视图。
图3为图1的A-A向剖视图。
图4为图1的B-B向剖视图。
图5为外二次风薄叶片立体图。
图6为内二次厚风叶片立体图。
图7为本发明设置两个一次风进风和煤粉进料通道时的立体图。
图8为本发明工作时的示意图。
附图标记说明
1：一次风进风和煤粉进料通道
2：煤粉浓缩室
3：内二次风通道
4：外二次风通道
5：锥形管
6：淡煤粉气流管
7：厚叶片
8：薄叶片
9：一圈隔板
10：浓煤粉气流通道
12：喇叭口
13：淡煤粉气流通道
14：锥体形分流体
15：筒体固定筋
16：径向支架。
具体实施方式
实施例一。参见图1、3，燃烧器的主体呈圆筒形，是由淡煤粉气流管6、锥形管5、圆筒形煤粉浓缩室2、圆筒形内二次风通道3、圆筒形外二次风通道4从内到外依次套装构成，其中锥形管的顶点在上，与淡煤粉气流管的上端连接，圆筒形煤粉浓缩室高度最高、且有上盖，所述内、外二次风通道均呈环形腔，其进风口和出风口在环形腔上部和下部，淡煤粉气流管的下口即出料口呈喇叭口12；参见图2，一次风进风和煤粉进料通道1呈水平式筒道，它以与圆筒形煤粉浓缩室相切的方式接在圆筒形煤粉浓缩室侧壁的上部；参见图5和6，在内二次风通道腔的下部设置一圈厚叶片7，每个厚叶片均匀固定在圆筒形煤粉浓缩室侧壁的外侧上；在内二次风通道侧壁的外侧面上固定一圈隔板9，在外二次风通道腔的下部设置一圈薄叶片8，每个薄叶片均匀固定在一圈隔板上；上述薄、厚叶片的每种叶片的出口角度均为10－70°，所述薄、厚是指在这两种叶片之间薄厚的比较；在喇叭口的中心处设置一个呈锥体形分流体14，（参见图4）锥体形分流体由Y形径向支架16固定在喇叭口上。15是筒体固定体，固定在锥形管和圆筒形煤粉浓缩室之间。
参见图8，工作过程是：空气携带煤粉（一次风煤粉气流）由一次风进风和煤粉进料通道沿着切向方向进入煤粉浓缩室内，一次风煤粉气流在煤粉浓缩室内发生高速旋转，由于煤粉颗粒密度大，其旋转过程中受到的离心力要远大于气体，使绝大部分煤粉颗粒在高速旋转过程中逐渐向煤粉浓缩室的壁面区域迁移并聚集，并由环形浓煤粉气流通道10向下流出，从而形成煤粉浓度较高的浓煤粉气流。由于一次风煤粉气流在煤粉浓缩室内高速旋转，使浓煤粉气流由浓煤粉气流通道喷出后，依然保持着一定的旋流速度。在煤粉浓缩室中心区域的气流煤粉浓度较低，并由位于煤粉浓缩室中心处的淡煤粉气流通道13接近于直流喷出，从而形成煤粉浓度较低的淡煤粉气流，同时，受淡煤粉气流管扩口与锥形钝体的共同作用，使淡煤粉气流由喇叭状喷出。
以上旋流煤粉浓缩方式可是实现对煤粉的高效浓缩，经煤粉浓淡分离后的淡煤粉气流中含粉量占总煤粉量的5%~10%，淡煤粉气流中风量占一次风煤粉气流中总风量的50%~60%；浓煤粉气流中含粉量占总煤粉量的90%~95%，浓煤粉气流中风量占一次风煤粉气流中总风量的40%~50%。浓、淡煤粉气流喷出后，形成旋流浓煤粉气流包裹直流淡煤粉气流的流动样式。与此同时，内二次风由内二次风通道喷入，经二次风厚叶片的导流作用，实现旋转喷出。外二次风由外二次风通道喷入，经布置于外二次风通道内外二次风薄叶片的导流作用，同样旋流喷出。通过以上燃烧组织方式，由燃烧器喷口中心区域到四周，依次组织呈伞状直流喷射的淡煤粉气流、旋流的浓煤粉气流、旋流的内二次风及旋流的外二次风。燃烧器喷口区域的高速旋转气流有利于形成气流中心区域的低压区，促进高温烟气回流，从而在燃烧器出口区域构建高温烟气回流区。浓煤粉气流由于自身具有较高的煤粉浓度，所需着火热低，使其率先着火，而后点燃位于中心区域的淡煤粉气流。随着煤粉燃烧过程中对氧量的逐渐消耗，位于煤粉气流周围的内二次风及外二次风分级供入，为煤粉燃烧逐渐补氧。
实施例二。以上为单个一次风进风和煤粉进料通道的实施例。本发明还可以设置两个一次风进风和煤粉进料通道。参见图7，两个一次风进风和煤粉进料通道呈轴对称切向布置，其它与实施例一相同。
Claims (3)
1.一种大煤粉浓缩比推迟混合式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：燃烧器的主体呈圆筒形，是由淡煤粉气流管、锥形管、圆筒形煤粉浓缩室、圆筒形内二次风通道、圆筒形外二次风通道从内到外依次套装构成，其中锥形管的顶点在上，与淡煤粉气流管的上端连接，圆筒形煤粉浓缩室高度最高、且有上盖，所述内、外二次风通道均呈环形腔，其进风口和出风口在环形腔上部和下部，淡煤粉气流管的下口即出料口呈喇叭口形；
一次风进风和煤粉进料通道呈水平式筒道，它以与圆筒形煤粉浓缩室相切的方式接在圆筒形煤粉浓缩室侧壁的上部；在内二次风通道腔的下部设置一圈厚叶片，每个厚叶片均匀固定在圆筒形煤粉浓缩室侧壁的外侧上；在内二次风通道侧壁的外侧面上固定一圈隔板，在外二次风通道腔的下部设置一圈薄叶片，每个薄叶片均匀固定在一圈隔板上；上述薄、厚叶片的出口角度均为10－70°，所述薄、厚是指在这两种叶片之间薄厚的比较；在喇叭口的中心处设置一个呈锥体形的分流体，锥体形分流体由径向支架固定在喇叭口上。
2.如权利要求1所述的大煤粉浓缩比推迟混合式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：锥体形分流体是由Y形径向支架固定在喇叭口上。
3.如权利要求1或2所述的大煤粉浓缩比推迟混合式旋流煤粉燃烧器，其特征在于：所述的一次风进风和煤粉进料通道为两个，呈轴对称切向布置。
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