CN110043898B - 多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器，包括：预燃壳体，所述预燃壳体具有预燃室以及位于所述预燃室一侧的壳体出口；一次风煤粉结构，用于将一次风煤粉气流分离成浓煤粉气流及淡煤粉气流；浓淡输出结构，用于输出所述淡煤粉气流，并阻挡所述浓煤粉气流使所述浓煤粉气流逆向流动至所述预燃室；内二次风结构，用于向所述预燃室输入内二次风，使所述预燃室形成第一级回流区，以及在所述浓淡输出结构远离所述一次风煤粉结构的一端形成第二级回流区；以及外二次风结构，用于输送外二次风，使所述壳体出口处形成第三级回流区。这样，一次风煤粉气流经过浓缩与分离后，采用三级回流区进行燃烧，有利于不同煤种及负荷条件下煤粉的着火、稳燃及燃尽，同时降低氮氧化物生成。

Description

多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器
技术领域
本发明涉及煤粉燃烧设备技术领域，特别是涉及一种多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器。
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，目前工业煤粉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、NOx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。开发应用于工业煤粉锅炉的高效、低NOx生成、煤种适应性强及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，有必要针对目前工业煤粉锅炉存在的煤粉燃尽及低负荷稳燃能力差与NOx排放量高的问题，提供一种多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器。
上述目的通过下述技术方案实现：
一种多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器，包括：
预燃壳体，所述预燃壳体具有预燃室以及位于所述预燃室一侧的壳体出口；
一次风煤粉结构，穿过所述预燃壳体伸入所述预燃室，用于将一次风煤粉气流分离成浓煤粉气流及淡煤粉气流，且所述一次风煤粉结构的出口端朝向所述壳体出口延伸；
浓淡输出结构，设置于所述一次风煤粉结构的出口端，所述浓淡输出结构用于输出所述淡煤粉气流，并阻挡所述浓煤粉气流使所述浓煤粉气流逆向流动至所述预燃室；
内二次风结构，设置于预燃壳体上，并位于所述一次风煤粉结构的周侧，所述内二次风结构用于向所述预燃室输入内二次风，使所述预燃室形成第一级回流区，以及在所述浓淡输出结构远离所述一次风煤粉结构的一端形成第二级回流区；以及
外二次风结构，套设于所述预燃壳体的外侧，用于输送外二次风，使所述壳体出口处形成第三级回流区。
在其中一个实施例中，所述预燃壳体包括锥形段以及与所述锥形段连接的所述扩口段，所述扩口段远离所述锥形段的一端为所述预燃壳体的壳体出口；
所述扩口段的倾斜角度大于所述锥形段的倾斜角度。
在其中一个实施例中，所述锥形段的倾斜角度α的范围为0°＜α≤20°；
所述扩口段的倾斜角度β的范围为20°～50°。
在其中一个实施例中，所述一次风煤粉结构包括一次风煤粉气流管、固定轴以及多个启旋叶片，所述固定轴靠近所述一次风煤粉气流管的出口端，多个所述启旋叶片连接所述一次风煤粉气流管的内壁与所述固定轴，用于使所述一次风煤粉气流分离为所述浓煤粉气流与所述淡煤粉气流。
在其中一个实施例中，所述浓淡输出结构包括回流挡板以及贯穿所述回流挡板的淡煤粉气流管；
所述回流挡板位于所述一次风煤粉气流管的出口端，所述回流挡板朝向所述一次风煤粉气流管的表面具有回流槽，所述回流槽用于引导所述浓煤粉气流逆向流动至所述预燃室，所述回流槽内壁的形状为直线型和/或曲线型；所述回流槽的内壁与所述一次风煤粉气流管的外壁围设成截面形状为环形的浓煤粉气流通道，供所述浓煤粉气流逆向流动；
所述淡煤粉气流管的一端伸入所述一次风煤粉气流管的出口端的中部区域，用于输出所述一次风煤粉气流管中的所述淡煤粉气流。
在其中一个实施例中，所述回流挡板呈锥形设置，且所述回流挡板朝向所述一次风煤粉气流管一端的截面尺寸小于所述回流挡板远离所述一次风煤粉气流管一端的截面尺寸；
所述浓淡输出结构包括固定筋，所述固定筋连接所述回流挡板与所述一次风煤粉气流管。
在其中一个实施例中，所述内二次风结构包括强旋内二次风组件、弱旋内二次风组件以及直流内二次风通道，所述强旋内二次风组件套设于所述一次风煤粉结构，所述弱旋内二次风组件套设于所述强旋内二次风组件，所述直流内二次风通道套设于所述弱旋内二次风组件；
所述强旋内二次风组件、所述弱旋内二次风组件、所述直流内二次风通道输送内二次风的切向旋转速度逐渐减小。
在其中一个实施例中，所述强旋内二次风组件包括强旋内二次风通道以及设置于所述强旋内二次风通道中的强旋轴向叶片，所述强旋轴向叶片用于使所述强旋内二次风通道中内二次风产生切向旋转速度。
在其中一个实施例中，所述强旋轴向叶片的出口角度θ的范围为50°～80°。
在其中一个实施例中，所述弱旋内二次风组件包括弱旋内二次风通道以及设置于所述弱旋内二次风通道中的弱旋轴向叶片，所述弱旋轴向叶片用于使所述弱旋内二次风通道中内二次风产生切向旋转速度。
在其中一个实施例中，所述弱旋轴向叶片的出口角度δ的范围为20°～50°。
在其中一个实施例中，所述多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器还包括环形连接体，所述环形连接体位于所述强旋内二次风组件与所述一次风煤粉结构之间，并连接固定所述强旋内二次风组件与所述一次风煤粉结构。
在其中一个实施例中，所述外二次风结构包括外二次风入口通道、外二次风出口通道以及切向叶片，所述外二次风入口通道与所述外二次风出口通道呈阶梯状连接并连通，所述切向叶片设置于所述外二次风入口通道与所述外二次风出口通道的连接处。
在其中一个实施例中，所述切向叶片的出口角度γ的范围为15°～40°。
在其中一个实施例中，所述外二次风结构还包括分隔环，所述分隔环设置于所述外二次风出口通道的端部，并位于所述扩口段的外壁。
采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：
本发明的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器，一次风煤粉结构将一次风煤粉气流分离成浓煤粉气流及淡煤粉气流，浓煤粉气流经过浓淡输出结构的阻挡后，逆向流入预燃室，并与内二次风共同作用在预燃室内形成第一级回流区，使得浓煤粉气流被卷吸进入第一级回流区，并燃烧放热；同时，由于回流挡板呈锥形设置，使在浓淡输出结构远离一次风煤粉结构的一侧形成第二级回流区，以对淡煤粉加热并点燃淡煤粉气流。而后，预燃室内部的气流以及未充分燃烧的煤粉从预燃壳体的壳体出口喷出，外二次风结构使外二次风气流在壳体出口形成第三级回流区，可以促进未燃尽的煤粉燃尽与稳燃，最后喷射到炉膛中。这样，一次风煤粉气流经过浓缩与分离后，采用三级回流区进行燃烧，有利于不同煤种及负荷条件下煤粉的着火、稳燃及燃尽，同时，降低煤粉燃烧过程中的NOx生成。有效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与NOx排放量高的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器的主视剖视图；
图2为图1所示的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器的侧视图；
图3为图2所示的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器在A-A处的剖视图；
图4为图1所示的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器中强旋内二次风组件的立体图；
图5为图1所示的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器中弱旋内二次风组件的立体图；
图6为图2所示的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器在B-B处的剖视图；
图7为图1所示的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器中预燃壳体安装切向叶片的立体图；
图8为图1所示的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器中一次风煤粉结构的启旋叶片的立体图；
图9为图1所示的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器的原理图。
其中：
100-多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器；
110-预燃壳体；
111-预燃室；
112-锥形段；
113-扩口段；
120-一次风煤粉结构；
121-一次风煤粉气流管；
122-固定轴；
123-启旋叶片；
130-浓淡输出结构；
131-回流挡板；
1311-回流槽；
132-淡煤粉气流管；
133-浓煤粉气流通道；
134-固定筋；
140-内二次风结构；
141-强旋内二次风组件；
1411-强旋内二次风通道；
1412-强旋轴向叶片；
142-弱旋内二次风组件；
1421-弱旋内二次风通道；
1422-弱旋轴向叶片；
143-直流内二次风通道；
1431-支撑筋；
150-外二次风结构；
151-外二次风入口通道；
152-外二次风出口通道；
153-切向叶片；
154-分隔环；
160-环形连接体。
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，对本发明的多级回流逆喷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9，本发明提供了一种多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器100。该多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器100应用于工业煤粉锅炉中。本发明的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器100可实现煤粉的浓淡分离、多级气流回流以及空气氛级燃烧，有利于不同煤种及负荷条件下的煤粉着火、稳燃与燃尽，同时，降低煤粉燃烧过程中的NOx生成。
在一实施例中，多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器100包括预燃壳体110、一次风煤粉结构120、浓淡输出结构130、内二次风结构140以及外二次风结构150。一次风煤粉结构120部分伸入预燃壳体110，并与预燃壳体110连通。浓淡输出结构130位于一次风煤粉结构120在预燃壳体110内的端部处。内二次风结构140在预燃壳体110的外侧套设于一次风煤粉结构120，并与预燃壳体110连通，外二次风结构150套设于预燃壳体110的外侧。
具体的，预燃壳体110具有预燃室111以及位于预燃室111一侧的壳体出口。一次风煤粉结构120穿过预燃壳体110伸入预燃室111，用于将一次风煤粉气流分离成浓煤粉气流及淡煤粉气流，且一次风煤粉结构120的出口端朝向壳体出口延伸。浓淡输出结构130设置于一次风煤粉结构120的出口端，浓淡输出结构130用于输出淡煤粉气流，并阻挡浓煤粉气流使浓煤粉气流逆向流动至预燃室111。内二次风结构140设置于预燃壳体110上，并位于一次风煤粉结构120的周侧。内二次风结构140用于向预燃室111输入内二次风，使在预燃室111内形成第一级回流区F，以及在浓淡输出结构130远离一次风煤粉结构120的一端形成第二级回流区M。外二次风结构150套设于预燃壳体110的外侧，用于输送外二次风，使壳体出口处形成第三级回流区N。
一次风煤粉结构120将一次风煤粉气流输入至预燃壳体110的预燃室111中。一次风煤粉结构120在输入一次风煤粉气流的过程中，会将一次风煤粉气流进行浓淡分离形成浓煤粉气流与淡煤粉气流。分离后的浓煤粉气流与淡煤粉气流从一次风煤粉结构120流入预燃室111时，会通过浓淡输出结构130沿着不同方向流入预燃室111。浓煤粉气流进入浓淡输出结构130后，会受浓淡输出结构130阻挡，使得浓煤粉气流逆向流动。也就是说，浓煤粉气流在预燃室111中，沿着与流动方向相反的方向流动，可以理解的，这里的流动方向是指一次风煤粉气流进入预燃室111的方向。而淡煤粉气流经过浓淡输出结构130后继续沿着流动方向流动。
同时，内二次风通过内二次风结构140在一次风煤粉结构120的周侧流入预燃室111，内二次风在流动过程中，与逆向流动的浓煤粉气流共同作用，会在预燃室111中形成第一级回流区F。由于浓煤粉气流在逆向流动过程中容易被卷吸到第一级回流区F内，使浓煤粉气流在第一级回流区F内回旋燃烧放热形成高温气流，而后流经浓淡输出结构130并由预燃室111的壳体出口喷出。并且，高温气流流经浓淡输出结构130时，会在浓淡输出结构130远离一次风煤粉结构120的一侧形成第二级回流区M，这部分回流的高温气流与由浓淡输出结构130喷出的淡煤粉气流相遇，将促进淡煤粉气流的升温，加热并点燃淡煤粉气流。
而后，预燃室111内部气流及未燃尽煤粉颗粒由预燃室111的壳体出口喷出。此时，外二次风结构150在预燃壳体110的外侧输入外二次风，在预燃室111的壳体出口处形成第三级回流区N，进而使得多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器100出口处同样产生高温回流烟气，进一步促进由预燃室111喷出的未燃尽煤粉的燃尽及稳燃。并且，煤粉燃烧初期所需的氧量由内二次风结构140、外二次风结构150分两级依次供给，使煤粉始终保持在还原性气氛下燃烧，从而降低煤粉燃烧过程中的NOx生成。
这样，一次风煤粉气流经过浓缩与分离后，采用三级回流区进行燃烧，有利于不同煤种及负荷条件下煤粉的着火、稳燃及燃尽，同时，降低煤粉燃烧过程中的NOx生成。有效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与NOx排放量高的问题。
在一实施例中，预燃壳体110包括锥形段112。沿一次风煤粉结构120中一次风煤粉气流的流动方向，锥形段112的截面尺寸逐渐增加。这样，由于靠近一次风煤粉结构120的旋转内二次风会带动一次风煤粉气流流动，在旋转气流的中心区域形成低压区，加之，预燃壳体110的锥形段112的侧壁具有一定倾斜角度，内二次风气流在预燃壳体110内自上而下的流动过程中，由于气流流动面积逐渐扩大，使气流流速降低，同时静压逐渐升高，以上两个原因共同作用使内二次风在预燃室111内流动过程中，部分内二次风反向流入低压区，从而在预燃室111内形成第一级回流区F。
在一实施例中，预燃壳体110还包括与锥形段112连接的扩口段113，扩口段113远离锥形段112的一端为预燃壳体110的壳体出口。扩口段113的截面尺寸沿一次风煤粉结构120中一次风煤粉气流的流动方向逐渐增大。
在一实施例中，扩口段113的倾斜角度大于锥形段112的倾斜角度。进一步地，锥形段112的倾斜角度α的范围为0°＜α≤20°。扩口段113的倾斜角度β的范围为20°～50°。
在一实施例中，一次风煤粉结构120包括一次风煤粉气流管121、固定轴122以及多个启旋叶片123，固定轴122靠近一次风煤粉气流管121的出口端，多个启旋叶片123连接一次风煤粉气流管121的内壁与固定轴122，用于使一次风煤粉气流分离为浓煤粉气流与淡煤粉气流。固定轴122用于固定各个启旋叶片123。启旋叶片123可以使经过其的一次风煤粉气流做旋转流动。
一次风煤粉气流从一次风煤粉气流管121位于预燃壳体110外侧的一端流入，在进入一次风煤粉气流管121内的初期沿着直线流动。经过启旋叶片123后，受启旋叶片123的作用，将一次风煤粉气流由直线流动转变为高速的旋转流动。在一次风煤粉气流高速旋转过程中，由于煤粉颗粒密度大，自身受到的离心力作用大，而被甩向一次风煤粉气流管121的内壁附近，从而使一次风煤粉气流管121内壁附近的煤粉浓度高，而位于中心区域的煤粉浓度低。煤粉气流在一次风煤粉气流管121中进一步流动，并经过浓淡输出结构130分别输出形成浓煤粉气流与淡煤粉气流，使得浓煤粉气流逆向流入预燃室111，淡煤粉气流经浓淡输出结构130中的淡煤粉气流管132沿直线方向流入预燃室111。
可以理解的，一次风煤粉气流经过启旋叶片123后，可以使得一次煤粉气流浓缩，这样浓煤粉气流中煤粉浓度增大至浓缩前的2倍以上，有利于降低不同煤种燃烧所需着火热，使这部分煤粉提前燃烧形成主火焰，加热并点燃淡煤粉气流及其它未着火煤粉颗粒。同时，一次风煤粉气流经过浓缩后，还能实现有效的煤粉浓淡分级燃烧，有利于形成煤粉燃烧火焰内的强还原区，使煤粉燃烧过程中释放的N元素大量向NH3或N2转化，抑制NOx生成。
在一实施例中，浓淡输出结构130包括回流挡板131以及贯穿回流挡板131的淡煤粉气流管132。回流挡板131位于一次风煤粉气流管121的出口端，回流挡板131朝向一次风煤粉气流管121的表面具有回流槽1311，回流槽1311用于引导浓煤粉气流逆向流动至预燃室111，回流槽1311内壁的形状为直线型和/或曲线型；回流槽1311的内壁与一次风煤粉气流管的外壁围设成截面形状为环形的浓煤粉气流通道133，供浓煤粉气流逆向流动。淡煤粉气流管132的一端伸入一次风煤粉气流管121的出口端的中部区域，用于输出一次风煤粉气流管121中的淡煤粉气流。
随着煤粉气流的进一步流动，在到达一次风煤粉气流管121的出口时，由于中心区域的低煤粉浓度气流正对淡煤粉气流管132，使该部分煤粉气流由淡煤粉气流管132直流喷出，从而形成淡煤粉气流。与此同时，由于一次风煤粉气流管121内壁附近的高煤粉浓度气流正对回流挡板131的回流槽1311。由于回流槽1311的内壁与一次风煤粉气流管121的外壁围设成浓煤粉气流通道133，高浓度煤粉气流会进入浓煤粉气流通道133。受回流槽1311内壁的导向作用，沿着一次风煤粉气流管121的外壁反向喷入预燃室111内，从而形成反向喷射的浓煤粉气流。
可以理解的，一次风煤粉气流管121与第一级回流区F相邻设置。这样，可以使得浓煤粉气流紧邻第一级回流区F流动，受高温的第一级回流区F的直接热辐射影响，有利于浓煤粉气流的升温与着火。由于浓煤粉气流在临近第一级回流区F位置喷入预燃室111，使浓煤粉气流在流动过程中更容易被卷吸到第一级回流区F内，浓煤粉气流在第一级回流区F内回旋燃烧放热，而后流经回流挡板131并由预燃室111喷出。并且，一次风煤粉气流在一次风煤粉气流管121中流动，并经由回流挡板131进入预燃室111，一次风煤粉气流在进入预燃室111的过程中，可以对一次风煤粉气流管121以及回流挡板131进行冷却，以达到降温保护的作用。
示例性地，回流槽1311的底部呈弧形设置，回流槽1311的侧壁呈直线型。这样，回流槽1311的内壁与一次风煤粉气流管121的外壁之间形成具有U形截面的环状浓煤粉气流通道133，便于煤粉气流的反向流动。淡煤粉气流管132为具有直筒型的淡煤粉气流通道。
可选地，一次风煤粉气流管121与回流挡板131位于预燃室111的中轴线上。固定轴122位于一次风煤粉气流管121的中轴线上。
在一实施例中，回流挡板131呈锥形设置，且回流挡板131朝向一次风煤粉气流管121一端的截面尺寸小于回流挡板131远离所述一次风煤粉气流管121一端的截面尺寸。采用锥形的回流挡板131后，可以在回流挡板131远离一次风煤粉气流管121的一侧形成低压区。这样，第一级回流区F燃烧后产生的高温气流流经锥形的回流挡板131时，将在回流挡板131后方形成低压区，使部分高温气流在回流挡板131后方发生回流，形成第二级回流区M，这部分回流的高温气流与由回流挡板131的淡煤粉气流管132中部喷出的淡煤粉气流相遇，将促进淡煤粉气流的升温，加热并点燃淡煤粉气流。而后，预燃室111内部气流及未燃尽煤粉颗粒由预燃室111喷出。
在一实施例中，浓淡输出结构130包括固定筋134，固定筋134连接回流挡板131与一次风煤粉气流管121。这样可以保证回流挡板131可靠的固定于一次风煤粉气流管121的出口端。
可以理解的，通过一次风煤粉结构120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10％～20％，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80％～90％，浓煤粉气流中风量占一次风煤粉气流中总风量的30％～40％。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，增强低负荷稳燃能力及煤种适应性。同时，煤粉气流在富燃料条件下燃烧，有利于减少NOx的生成。
在一实施例中，内二次风结构140包括强旋内二次风组件141、弱旋内二次风组件142以及直流内二次风通道143，强旋内二次风组件141套设于预燃壳体110外侧的一次风煤粉结构120，弱旋内二次风组件142套设于强旋内二次风组件141，直流内二次风通道143套设于弱旋内二次风组件142。强旋内二次风组件141、弱旋内二次风组件142、直流内二次风通道143输送内二次风的切向旋转速度逐渐减小。即一次风煤粉结构120、强旋内二次风组件141、弱旋内二次风组件142、直流内二次风通道143从内到外依次布置，并且，强旋内二次风组件141、弱旋内二次风组件142、直流内二次风通道143从内到外紧邻布置。
也就是说，内二次风分为三层。强旋内二次风组件141输送的内二次风的旋转强度大于弱旋内二次风组件142输送的内二次风的旋转强度，直流内二次风通道143输送直流的内二次风。这样，强旋内二次风组件141输送的内二次风喷入预燃室111时产生较大的切向旋转速度，弱旋内二次风组件142输送的内二次风喷入预燃室111时产生较小的切向旋转速度，直流内二次风通道143输送的内二次风无切向旋转速度，直流喷入预燃室111内。也就是说，强旋内二次风组件141输送强旋内二次风，弱旋内二次风组件142输送弱旋内二次风，直流内二次风通道143输送直流内二次风。
以上使整体内二次风喷入预燃室111后，形成在预燃室111中由内至外，内二次风气流旋转强度逐渐减小至零的速度分布。由于靠近一次风煤粉气流管121的内二次风气流具有较大的旋转切向速度，使气流在高速旋转流动过程中，在旋转气流中心区域形成低压区，加之，锥形段112具有一定倾斜角度，内二次风气流在预燃室111内由上至下的流动过程中，由于气流流动面积逐渐扩大，使气流流速降低，同时静压逐渐升高，以上两个原因共同作用使内二次风在预燃室111内流动过程中，部分内二次风反向流入低压区，从而形成第一级回流区F。
在一实施例中，强旋内二次风组件141包括强旋内二次风通道1411以及设置于强旋内二次风通道1411中的强旋轴向叶片1412，强旋轴向叶片1412用于使强旋内二次风通道1411中内二次风产生切向旋转速度。
在一实施例中，强旋轴向叶片1412的出口角度θ的范围为50°～80°。也就是说，强旋轴向叶片1412的出口角度θ较大，可以使流经其的内二次风产生较大的切向旋转速度。可选地，强旋轴向叶片1412为轴向叶片。
在一实施例中，弱旋内二次风组件142包括弱旋内二次风通道1421以及设置于弱旋内二次风通道1421中的弱旋轴向叶片1422，弱旋轴向叶片1422用于使弱旋内二次风通道1421中内二次风产生切向旋转速度。
在一实施例中，弱旋轴向叶片1422的出口角度δ的范围为20°～50°。也就是说，弱旋轴向叶片1422的出口角度δ较小，可以使流经其的内二次风产生较小的切向旋转速度。可选地，弱旋轴向叶片1422为轴向叶片。
可选的，直流内二次风通道143通过支撑筋1431套设于弱旋内二次风通道1421，并且，支撑筋1431为平板状，以避免使内二次风产生切向旋转速度。
采用强旋内二次风组件141、弱旋内二次风组件142、直流内二次风通道143共三层将内二次风喷入预燃室111内，可通过灵活调节各股内二次风气流间的风量分配调整预燃室111内回流区大小及煤粉燃烧状态，增加燃烧器的灵活调节能力，有利于在不同负荷及煤种条件下对煤粉着火及稳燃的灵活调节。同时，还增加了对抑制NOx生成的灵活调节能力。
在一实施例中，多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器100还包括环形连接体160，环形连接体160位于强旋内二次风组件141与一次风煤粉结构120之间，并连接固定强旋内二次风组件141与一次风煤粉结构120。环形连接体160可以使得强旋内二次风组件141与一次风煤粉结构120之间存在一定的间距，便于在预燃室111中形成第一级回流区F。
同时，直流内二次风通道143沿预燃壳体110的内壁输送直流内二次风，可以使近预燃壳体110的内壁区域保持氧化性气氛，避免未燃尽煤粉颗粒或熔融矿物质到达壁面区域造成壁面结焦。并且，预燃壳体110内壁区域的直流内二次风也能够起到对预燃壳体110的降温保护作用。
并且，外二次风结构150位于预燃壳体110的外侧，用于输送外二次风。外二次风在流动过程中，可以带走预燃壳体110内壁区域的热量，对预燃壳体110的内壁起到进一步的降温保护作用。
在一实施例中，外二次风结构150包括外二次风入口通道151、外二次风出口通道152以及切向叶片153，外二次风入口通道151与外二次风出口通道152呈阶梯状连接并连通，切向叶片153设置于外二次风入口通道151与外二次风出口通道152的连接处。切向叶片153用于使流经其的外二次风发生高速旋转。外二次风由外二次风入口通道151流入，受切向叶片153的作用，可以使进入外二次风出口通道152后的外二次风产生高速旋转，并由外二次风出口通道152高速旋转喷出。高速旋转喷出的外二次风有助于在预燃室111的壳体出口处形成低压区，从而形成第三级回流区N，进一步促进由预燃室111喷出的未燃尽煤粉的燃尽与稳燃。
通过设置三级高温烟气回流即第一级回流区F、第二级回流区M、第三级回流区N，从而加热处于不同燃烧阶段的煤粉颗粒，有利于不同煤种及负荷条件下的煤粉着火、稳燃及燃尽。
在一实施例中，切向叶片153的出口角度γ的范围为15°～40°。可选地，切向叶片153为切向叶片。
在一实施例中，外二次风结构150还包括分隔环154，分隔环154设置于外二次风出口通道152的端部，并位于扩口段113的外壁。分隔环154可以使由预燃室111内喷出的火焰与外二次风间隔一定距离，从而推迟了外二次风与火焰中未燃尽煤粉间的混合，延长了煤粉在还原气氛下的燃烧时间，抑制NOx生成。
本发明的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器100的工作原理如下：
一次风煤粉气流由一次风煤粉气流管121进入，在进入一次风煤粉气流管121内的初期沿着直线方向流动，在流经启旋叶片123后，受启旋叶片123的作用，将一次风煤粉气流的直线流动转变为旋转流动。在一次风煤粉气流高速旋转过程中，由于煤粉颗粒密度大，自身受到的离心力作用大，而被甩向一次风煤粉气流管121的内壁附近，从而使一次风煤粉气流管121内壁附近的煤粉浓度高，而位于中心区域的煤粉浓度低。随着煤粉气流的进一步流动，在到达一次风煤粉气流管121的出口端时，由于中心区域的低浓度煤粉气流正对淡煤粉气流管132，使该部分气流由淡煤粉气流管132直流喷出，从而形成淡煤粉气流。与此同时，由于一次风煤粉气流管121内壁附近的高浓度煤粉气流正对回流挡板131的回流槽1311，回流槽1311的内壁与一次风煤粉气流管121的外壁形成环形的浓煤粉气流通道133，使这部分气流在流经浓煤粉气流通道133后，受回流槽1311的导向作用，沿着一次风煤粉气流管121的外壁反向喷入预燃室111内，从而形成反向喷射的浓煤粉气流。
在预燃室111中，内二次风分三层，分别由强旋内二次风组件141、弱旋内二次风组件142及直流内二次风通道143进入。其中，一部分内二次风进入强旋内二次风通道1411后，由于强旋轴向叶片1412的出口角度大，使该部分内二次风在喷入预燃室111时产生较大的切向旋转速度；一部分内二次风进入弱旋内二次风通道1421后，由于弱旋轴向叶片1422的出口角度小，使该部分内二次风在喷入预燃室111时产生较小的切向旋转速度；另一部分内二次风进入直流内二次风通道143后，未受任何导向叶片的作用，直流喷入预燃室111内。以上使整体内二次风喷入预燃室111后，形成在预燃室111中由内至外，内二次风气流旋转强度逐渐减小至零的速度分布。
由于靠近一次风煤粉气流管121的内二次风气流具有较大的旋转切向速度，使气流在高速旋转流动过程中，在旋转气流中心区域形成低压区，加之，预燃壳体110的内壁具有一定倾斜角度，内二次风气流在预燃室111内自上而下的持续流动过程中，由于气流流动面积逐渐扩大，使气流流速降低，同时静压逐渐升高，以上两个原因共同作用使内二次风在预燃室111内流动过程中，部分内二次风反向流入低压区，从而形成第一级回流区F。由于浓煤粉气流在临近第一级回流区F位置喷入，使浓煤粉气流在流动过程中更容易被卷吸到第一级回流区F内，浓煤粉气流在第一级回流区F内回旋燃烧放热，而后流经回流挡板131区域并由预燃室111喷出。
高温气流流经锥形的回流挡板131时，将在回流挡板131后方形成低压区，使部分高温气流在回流挡板131后方发生回流，形成第二级回流区M，这部分回流的高温气流与由回流挡板131中部喷出的淡煤粉气流相遇，将促进淡煤粉气流的升温，加热并点燃淡煤粉气流。而后，预燃室111内部气流及未燃尽煤粉颗粒由预燃室111喷出。此时，外二次风由外二次风入口通道151流入，经由切向叶片153后，外二次风在进入外二次风出口通道152后发生高速旋转，并由外二次风出口通道152高速旋转喷出，高速旋转喷出的外二次风有助于在预燃壳体110的壳体出口处形成第三级回流区N，形成预燃室111出口处的高温回流烟气，进一步促进由预燃室111喷出的未燃尽煤粉的燃尽及稳燃。
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 (9)

1.一种多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，包括：
预燃壳体，所述预燃壳体具有预燃室以及位于所述预燃室一侧的壳体出口；
一次风煤粉结构，穿过所述预燃壳体伸入所述预燃室，用于将一次风煤粉气流分离成浓煤粉气流及淡煤粉气流，且所述一次风煤粉结构的出口端朝向所述壳体出口延伸；其中，所述一次风煤粉结构包括一次风煤粉气流管、固定轴以及多个启旋叶片，所述固定轴靠近所述一次风煤粉气流管的出口端，多个所述启旋叶片连接所述一次风煤粉气流管的内壁与所述固定轴，用于使所述一次风煤粉气流分离为所述浓煤粉气流与所述淡煤粉气流；
浓淡输出结构，设置于所述一次风煤粉结构的出口端，所述浓淡输出结构用于输出所述淡煤粉气流，并阻挡所述浓煤粉气流使所述浓煤粉气流逆向流动至所述预燃室；其中，所述浓淡输出结构包括回流挡板以及贯穿所述回流挡板的淡煤粉气流管；所述回流挡板位于所述一次风煤粉气流管的出口端，所述回流挡板朝向所述一次风煤粉气流管的表面具有回流槽，所述回流槽用于引导所述浓煤粉气流逆向流动至所述预燃室；
内二次风结构，设置于预燃壳体上，并位于所述一次风煤粉结构的周侧，所述内二次风结构用于向所述预燃室输入内二次风，使所述预燃室形成第一级回流区，以及在所述浓淡输出结构远离所述一次风煤粉结构的一端形成第二级回流区；以及
外二次风结构，套设于所述预燃壳体的外侧，用于输送外二次风，使所述壳体出口处形成第三级回流区。
2.根据权利要求1所述的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述预燃壳体包括锥形段以及与所述锥形段连接的扩口段，所述扩口段远离所述锥形段的一端为所述预燃壳体的壳体出口；
所述扩口段的倾斜角度大于所述锥形段的倾斜角度。
3.根据权利要求2所述的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述回流槽内壁的形状为直线型或曲线型；所述回流槽的内壁与所述一次风煤粉气流管的外壁围设成截面形状为环形的浓煤粉气流通道，供所述浓煤粉气流逆向流动；
所述淡煤粉气流管的一端伸入所述一次风煤粉气流管的出口端的中部区域，用于输出所述一次风煤粉气流管中的所述淡煤粉气流。
4.根据权利要求3所述的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述回流挡板呈锥形设置，且所述回流挡板朝向所述一次风煤粉气流管一端的截面尺寸小于所述回流挡板远离所述一次风煤粉气流管一端的截面尺寸；
所述浓淡输出结构包括固定筋，所述固定筋连接所述回流挡板与所述一次风煤粉气流管。
5.根据权利要求1所述的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述内二次风结构包括强旋内二次风组件、弱旋内二次风组件以及直流内二次风通道，所述强旋内二次风组件套设于所述一次风煤粉结构，所述弱旋内二次风组件套设于所述强旋内二次风组件，所述直流内二次风通道套设于所述弱旋内二次风组件；
所述强旋内二次风组件、所述弱旋内二次风组件、所述直流内二次风通道输送内二次风的切向旋转速度逐渐减小。
6.根据权利要求5所述的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述强旋内二次风组件包括强旋内二次风通道以及设置于所述强旋内二次风通道中的强旋轴向叶片，所述强旋轴向叶片用于使所述强旋内二次风通道中内二次风产生切向旋转速度；
所述强旋轴向叶片的出口角度θ的范围为50°~80°。
7.根据权利要求5所述的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述弱旋内二次风组件包括弱旋内二次风通道以及设置于所述弱旋内二次风通道中的弱旋轴向叶片，所述弱旋轴向叶片用于使所述弱旋内二次风通道中内二次风产生切向旋转速度；
所述弱旋轴向叶片的出口角度δ的范围为20°~50°。
8.根据权利要求5所述的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器还包括环形连接体，所述环形连接体位于所述强旋内二次风组件与所述一次风煤粉结构之间，并连接固定所述强旋内二次风组件与所述一次风煤粉结构。
9.根据权利要求2所述的多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述外二次风结构包括外二次风入口通道、外二次风出口通道以及切向叶片，所述外二次风入口通道与所述外二次风出口通道呈阶梯状连接并连通，所述切向叶片设置于所述外二次风入口通道与所述外二次风出口通道的连接处；
所述外二次风结构还包括分隔环，所述分隔环设置于所述外二次风出口通道的端部，并位于所述扩口段的外壁。
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