CN110319437A - 一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器 - Google Patents

一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器 Download PDF

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Abstract

一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器,涉及清洁能源燃烧技术领域。解决了现有旋流煤粉燃烧器难以满足劣质煤、特别是难燃煤的高效低NOx燃烧，以及煤种、煤质适应性差的问题。本发明一次风煤粉气流通过锥型内、外浓缩器进行浓缩、使一次风煤粉气流由外到内重整为淡、浓、淡同心环状分布，在一次风管道下游所对应的中心回流区外边界层内侧附近，形成多重分裂火焰后，点燃浓煤粉气流环，继而，火焰向下游和外侧迅速传播的同时被分级喷入的双调二次风及时冷却、气化、燃尽，避免NOx的生成，使得3个同心分布的煤粉气流环充分的燃烧。本发明主要用于劣质煤、特别是难燃煤及混煤高效低NOx煤粉燃烧。

Description

一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器
技术领域
本发明涉及清洁能源燃烧技术领域，具体地涉及一种主要适用于劣质煤、其它煤种及混煤的旋流燃烧器。
背景技术
我国是世界上最大的煤炭生产国和进口国,煤炭在我国能源消费结构中将长期占据主体地位，现中国一次能源构成中，煤炭比例仍达70％以上，较世界平均水平高出40个百分点，预计到2030年，煤炭占一次能源消费总量的比重仍超过50％，消费量将达45亿吨左右。我国发电及供热平均综合利用效率仅为40％左右，比发达国家低10个百分点，燃煤排放的SO2占90％、NOx占75％、总悬浮颗粒物占60％、CO2占75％。我国已探明的可开采煤炭储量中，劣质煤达50﹪左右，仅无烟煤和贫煤的比例就接近30﹪，而褐煤提质或低温热解生产的大量焦炭也亟需新型燃烧、气化技术以清洁、高效地利用。煤直接燃烧发电的火电占我国发电总量70％以上，煤炭提供了电力燃料80％，其中，绝大部分火电厂燃用劣质煤。此外，我国动力用煤的煤质不稳定，常常达不到设计用煤标准。煤炭特别是难燃煤，包括低挥发分无烟煤、低挥发分贫煤、焦炭的清洁高效利用技术研发在不断增加的CCS国际背景下日益迫切。
煤粉燃烧技术是煤炭的清洁高效利用技术中的关键技术之一。传统的基于直流燃烧器的四角切圆煤粉燃烧技术，由于着火困难、热偏差等很难应用于劣质煤尤其是难燃煤即低挥发分无烟煤、贫煤、焦炭的清洁高效燃烧；传统的基于旋流燃烧器的煤粉燃烧技术，由于稳燃困难、高NOx排放等，也不适于劣质煤尤其是难燃煤的清洁高效燃烧。尽管国内外研发了各种各样的燃煤技术，表现在难燃的低挥发分无烟煤、贫煤、焦炭的煤粉燃烧上，由于实现着火稳燃、高效、低NOx、不结渣和负荷响应快等的理化约束往往互相矛盾，因此，同时实现着火稳燃、高效、低NOx、不结渣和负荷响应快等的劣质煤燃烧、特别是难燃煤燃烧的技术研发依然面临挑战。
现有技术提供了一种旋流煤粉燃烧器，采用易燃煤中心给粉，双旋文丘里管式二次风的结构，旨在利用易燃煤的着火稳燃燃烧器结构实施旋流煤粉燃烧的着火稳燃，该技术既存在回流区可能过热不利于低NOx燃烧又存在二次风的过早混入一次风内不利于着火稳燃问题，对于劣质煤特别是低挥发分无烟煤、贫煤和焦炭，难以实现高效低NOx燃烧；并且，双旋文丘里管式二次风所造成外回流区易造成火焰贴近水冷壁；此外，中心易燃煤的供给需特设供粉系统，而所供给的易燃煤量也没有进行科学地定量评估。
现有技术提供了一种旋流煤粉燃烧器，一次风经内浓、外淡浓缩后中心喷入中心回流区，有利于着火稳燃，但集中火焰峰面难以冷却的特点对于抑制热力型NOx发生比较困难，难以应用于劣质煤特别是难燃煤清洁高效燃烧。
现有技术提供了一种旋流煤粉燃烧器，一次风经文丘里管外浓内淡浓缩分离后，浓煤粉气流喷入回流区外边界层内，淡煤粉气流中心喷入，由于火焰会被二次风及时冷却有利于降低NOx排放，但对于劣质煤特别是难燃煤，由于浓煤粉气流不能被高温中心回流区直接加热以及文丘里管式的浓缩效果较差，着火稳燃比较困难。
并且，现有煤粉燃烧技术都没有针对性地提供适应煤种、煤质变化的有效设计。
综上所述，现有旋流煤粉燃烧器或旋流燃烧技术难以满足劣质煤特别是难燃煤高效低NOx燃烧。
发明内容
本发明是为了解决现有旋流煤粉燃烧器难以满足劣质煤、特别是难燃煤的高效低NOx燃烧，以及煤种、煤质适应性差的问题，本发明提供了一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器。
一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，包括由外至内同轴设置的外二次风管道、内二次风管道、一次风管道、锥型内浓缩器锥型外浓缩器和中心管，以及富氧系统；
一次风管道的顶端通过密封盖板F11进行密封，富氧系统位于一次风管道的上方；
中心管由上至下依次贯穿富氧系统和一次风管道，并与二者固定连接；
锥型外浓缩器固定在一次风管道的内壁上，锥型内浓缩器固定在中心管上，且锥型外浓缩器和锥型内浓缩器之间合围成渐缩式环形通道；
外二次风管道和内二次风管道均位于一次风管道外侧壁的下部，且二者的顶端平齐，并均通过密封盖板F12进行密封；
外二次风管道和内二次风管道均用于给炉膛提供二次旋流风；
从一次风管道的入口通入的一次风煤粉气流通过锥型外浓缩器和锥型内浓缩器进行重整，使一次风煤粉气流进行浓淡分离，并由外到内重整为淡、浓、淡3个同心分布的煤粉气流环，并将3个同心分布的煤粉气流环从一次风管道的底端喷入炉膛；
富氧系统，用于给3个同心分布的煤粉气流环中处于中间的浓煤粉气流环提供富氧，并协同喷入炉膛。
优选的是，锥型外浓缩器包括渐缩管道和外整流环；
中心管贯穿渐缩管道，且渐缩管道的扩端固定在一次风管道的内壁上；
渐缩管道的缩端固定有外整流环；
外整流环用于对3个同心分布的煤粉气流环中处于中间的浓煤粉气流环的外环进行轴向束流。
优选的是，外整流环为渐扩型环体。
优选的是，渐缩管道的侧壁上设有多列1号均流孔；
1号均流孔，用于对渐缩管道的内壁上聚集的一次风煤粉气流进行泄压及减阻。
优选的是，多列1号均流孔的总流通面积大于锥型外浓缩器在一次风管道中，对来流遮覆的流通面积。
优选的是，相邻的两列1号均流孔交错分布。
优选的是，渐缩管道的渐缩角为2A2；
A2为渐缩管道的内壁与其中轴线之间的夹角，A2的取值为10°至35°。
优选的是，外整流环的扩角为2A21；
A21为外整流环的内壁与其中轴线之间的夹角，A21的取值为30°至40°。
优选的是，锥型内浓缩器包括渐扩管道和内整流环；
中心管贯穿渐扩管道，且渐扩管道的缩端固定在中心管上；
渐扩管道的扩端固定有内整流环，内整流环用于对3个同心分布的煤粉气流环中处于中间的浓煤粉气流环进行轴向束流。
优选的是，渐扩管道的侧壁上设有多列2号均流孔；
2号均流孔，用于对渐扩管道的外壁上聚集的一次风煤粉气流进行泄压及减阻。
优选的是，多列2号均流孔的总流通面积大于锥型内浓缩器在一次风管道中，对来流遮覆的流通面积。
优选的是，相邻两列的2号均流孔交错分布。
优选的是，渐扩管道的扩角为2A3；
A3为渐扩管道的内壁与其中轴线之间的夹角，A3的取值为10°至35°。
优选的是，富氧系统包括富氧进气管道、环状富氧罐和多个富氧喷管；
富氧进气管道，用于向环状富氧罐内充入富氧，
环状富氧罐通过多个富氧喷管与一次风管道连通，且多个富氧喷管沿周向均匀分布在锥型外浓缩器和锥型内浓缩器合围成的渐缩式环形通道内；
每个富氧喷管上设有一个1号截止阀，该1号截止阀设置在一次风管道外，用于对送入一次风管道内的富氧流量进行调节及控制。
优选的是，富氧进气管道上设有一个2号截止阀和一个止回阀，且止回阀靠近环状富氧罐。
优选的是，内二次风管道内设有1号旋流器，且1号旋流器用于形成具有径向速度和轴向速度的旋流风，该旋流风的径向速度和轴向速度可调；
外二次风管道内设有2号旋流器，且2号旋流器用于形成具有切向速度和轴向速度的旋流风，该旋流风的切向速度和轴向速度可调。
优选的是，所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器还包括适配环，适配环的底端伸出内二次风管道；
适配环为渐扩的环体，用于对3个同心分布的环状煤粉气流中处于最外侧的淡煤粉气流环进行束流，还用于确定其下方所对应的外回流区的径向特征尺度。
本发明除了锥形外、内浓缩器和富氧喷管采用氧化铝铁合金等耐热耐磨材料制作外，其它部件均采用耐热耐磨碳钢制作。
本发明通过依据通流、减阻、防磨损原则开设有均流孔的锥型外浓缩器和同理开设有均流孔的锥型内浓缩器，利用惯性、拦截、离心力主要分离机理将一次风来流在一次风管中重整为由外至内的淡、浓、淡同心环状分布的一次风煤粉气流，同时通过富氧系统将多股富氧协同喷入浓煤粉气流环中，浓煤粉气流环经过由内、外整流环所构成的通道及一段突扩通道后，进行气固惯性分离，绝大部分煤粉、富氧和部分空气喷入中心回流区外边界层内侧附近，以多股富氧气流为核心保障形成稳定的多重火焰，继续点燃浓煤粉气流环，然后，火焰向下游和外侧迅速传播的同时，又被分级喷入的双调二次风及时冷却、气化、燃尽，中心淡煤粉气流发挥中心风的积极作用，能增加中心回流区长度并强化回流热，外侧淡煤粉气流辅助保护水冷壁，从而实现劣质煤高效低NOx煤粉燃烧。
着火稳燃原理：与现有技术的浓煤粉气流喷入外边界层外侧附近或中心喷入不同，本发明浓煤粉气流环与多股富氧气流协同喷入中心回流区外边界层内侧附近，保障被高温中心回流区直接加热、浓煤粉气流环的空燃比由于显著强化的浓缩效果易接近于1，中心回流区外边界层内侧附近流速较低、局部挥发分浓度能提高至少4至8倍，富氧环境能降低着火温度并显著增加火焰传播速度，着火稳燃条件充要，以多股富氧气流为核心能保障形成稳定的多重火焰；
低NOx排放原理：浓煤粉气流环与多股富氧气流协同喷入中心回流区外边界层内侧附近，避免了中心回流区过热，富氧气流的流量仅供着火稳燃之用，并被严格禁止流入中心回流区内，而且，一次风中的空气尽可能少地进入中心回流区，所以，能有效减少中心回流区的热力型NOx发生，另一方面，分裂的多重火焰易被分级的并因适配环推迟混入的双调二次风及时冷却，能避免火焰过热，减低火焰传播过程中热力型NOx的发生；浓煤粉气流在局部氧化环境着火稳燃后处于还原性气氛中气化，因此，能有效减少燃料型NOx发生，中心与外环淡煤粉气流均处于大空气过量系数下低温燃烧，也能抑制NOx发生；
极限讨论：理想状况下，重整的淡、浓、淡3个同心分布的煤粉气流环中的最外侧淡煤粉气流环、浓煤粉气流环、最内侧淡煤粉气流环中空气分配比例依次为50％、25％、25％，浓煤粉气流的煤粉浓度至少能提高8倍，经内、外整流环构成的一段突扩通道后进行惯性分离后，煤粉浓度还可以继续提高，因此，理论上，对挥发分只有2％的劣质煤也能实现高效低NOx煤粉燃烧，通过锥型外、内浓缩器的有效组合，阻力损失能减小到20mmH2O柱。
原理分析：一次风煤粉气流通过锥型内、外浓缩器进行浓缩、使一次风煤粉气流由外到内重整为淡、浓、淡同心环状分布，而非现有技术中的浓、淡或淡、浓分布，浓煤粉气流与富氧气流协同喷入，在由一次风管道正下方所对应的中心回流区外边界层内侧附近，形成多重分裂火焰后，点燃浓煤粉气流环，继而，火焰向下游和外侧迅速传播的同时被分级喷入的双调二次风及时冷却、气化、燃尽，避免NOx的生成，使得3个同心分布的煤粉气流环充分的燃烧，其中，最内侧的淡煤粉气流具有中心风作用，能增加中心回流区长度并强化回流热，增加中心回流区长度延长煤粉在炉膛内的燃烧时间，最外侧的淡煤粉气流辅助保护水冷壁。
本发明带来的有益效果是，
本发明提供一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，一次风在着火前被外、内锥型浓缩器于一次风管道内重整为由外到内的淡浓淡环状分布的煤粉气流环，并基于局部富氧燃烧的理念使多股富氧与浓煤粉气流环协同喷入，由内、外整流环和双调二次风(即：外二次风管道、内二次风管道输出的二次旋流风)共同确定中心回流区，在中心回流区外边界内侧附近，存在着充要的以多股富氧为核心的高温、合适燃料氧化剂比、较低流速的多重火焰发生的区域，在旋流煤粉燃烧器近场，浓煤粉气流在其射流轴向和径向经历了高温强氧化区保证了着火稳燃、然后经历了还原气化区抑制了NOx的发生、燃尽区以保证高效燃烧，而浓煤粉气流被包围在具有氧化性气氛和冷却作用的外、内淡煤粉气流之中，既保证了抑制NOx发生又有利于防结渣和防高温腐蚀。
本发明所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，具有性能优良的煤种、煤质适应性，同样适用于混煤燃烧，特别是包括难燃煤的劣质煤与易燃煤的预混煤粉燃烧。
本发明所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器兼具分裂火焰、直流燃烧、径向分级燃烧的特点。实验表明：所述旋流煤粉燃烧器阻力损失在30mmH2O柱以下，可容易解决磨损问题，对无烟煤和低挥发分贫煤，30﹪富氧气氛下着火稳燃性能好，NOx排放较传统旋流煤粉燃烧器减少至少35﹪以上。
附图说明
图1为本发明所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器的工作原理示意图；
图2为本发明所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器的结构示意图；图3为锥型外浓缩器结构示意图；
图4为锥型内旋流器结构示意图；
图5为富氧系统结构示意图；
图6为由外至内的淡、浓、淡3个同心分布的煤粉气流环的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参见图1、图2和图6说明本实施方式，本实施方式所述一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，包括由外至内同轴设置的外二次风管道6、内二次风管道5、一次风管道1、锥型内浓缩器3锥型外浓缩器2和中心管7，以及富氧系统4；
一次风管道1的顶端通过密封盖板F11进行密封，富氧系统4位于一次风管道1的上方；
中心管7由上至下依次贯穿富氧系统4和一次风管道1，并与二者固定连接；
锥型外浓缩器2固定在一次风管道1的内壁上，锥型内浓缩器3固定在中心管7上，且锥型外浓缩器2和锥型内浓缩器3之间合围成渐缩式环形通道；
外二次风管道6和内二次风管道5均位于一次风管道1外侧壁的下部，且二者的顶端平齐，并均通过密封盖板F12进行密封；
外二次风管道6和内二次风管道5均用于给炉膛提供二次旋流风；
从一次风管道1的入口1-1通入的一次风煤粉气流通过锥型外浓缩器2和锥型内浓缩器3进行重整，使一次风煤粉气流进行浓淡分离，并由外到内重整为淡、浓、淡3个同心分布的煤粉气流环，并将3个同心分布的煤粉气流环从一次风管道1的底端喷入炉膛；
富氧系统4，用于给3个同心分布的煤粉气流环中处于中间的浓煤粉气流环提供富氧，并协同喷入炉膛。
一次风管道1既可以垂直配置也可以水平或倾斜配置；
一次风煤粉气流通过锥型内、外浓缩器进行浓缩、使一次风煤粉气流由外到内重整为淡、浓、淡同心环状分布，而非现有技术中的浓、淡或淡、浓分布，浓煤粉气流与富氧气流协同喷入，在一次风管道1正下方所对应的中心回流区外边界层内侧附近，形成多重分裂火焰后，点燃浓煤粉气流环，继而，火焰向下游和外侧迅速传播的同时被分级喷入的双调二次风及时冷却、气化、燃尽，避免NOx的生成，使得3个同心分布的煤粉气流环充分的燃烧，其中，最内侧的淡煤粉气流具有中心风作用，能增加中心回流区长度并强化回流热，增加中心回流区长度延长煤粉在炉膛内的燃烧时间，最外侧的淡煤粉气流辅助保护水冷壁。
双调二次风为外二次风管道6和内二次风管道5产生的旋流风。
富氧是指由纯氧和空气构成的混合气体，富氧可由膜分离或磁分离技术制备。
参见图3说明本优选实施方式，本优选实施方式中，锥型外浓缩器2包括渐缩管道2-1和外整流环2-2；
中心管7贯穿渐缩管道2-1，且渐缩管道2-1的扩端固定在一次风管道1的内壁上；
渐缩管道2-1的缩端固定有外整流环2-2；
外整流环2-2用于对3个同心分布的煤粉气流环中处于中间的浓煤粉气流环的外环进行轴向束流。
本优选实施方式中，外整流环2-2对浓煤粉气流环的外环进行轴向束流，使得富氧能与浓煤粉气流环协同充分混合，使浓煤粉气流环充分燃烧。
渐缩管道2-1横截面可为圆形、矩形或正方形等。
参见图3说明本优选实施方式，本优选实施方式中，外整流环2-2为渐扩型环体。
本优选实施方式中，外整流环2-2为渐扩型环体，可避免浓煤粉气流环在内、外浓缩器出口处的径向惯性弥散及轴向束流。
外整流环2-2的横截面可为圆形、矩形或正方形等。
渐缩管道2-1的扩端外径D21与其缩端内径D22的最优比为10比7。
参见图3说明本优选实施方式，本优选实施方式中，渐缩管道2-1的侧壁上设有多列1号均流孔2-3；
1号均流孔2-3，用于对渐缩管道2-1的内壁上聚集的一次风煤粉气流进行泄压及减阻。
本优选实施方式中，由于锥型外浓缩器2和锥型内浓缩器3之间合围成渐缩式环形通道，使得一次风煤粉气流在渐缩式环形通道的出口处可能出现过度的非均匀性聚集，以及造成渐缩式环形通道内气体压力分布不均和增大，而多列1号均流孔2-3的设置方式，可使锥型外浓缩器2下方的气体通过1号均流孔2-3泄流出渐缩式环形通道，对渐缩式环形通道的出口处进行泄压，且由于气体流出渐缩式环形通道，能减小煤粉颗粒流动的速度，避免对锥型内浓缩器3的外壁及对锥型外浓缩器2内壁的强烈冲击及磨损。
参见图3说明本优选实施方式，本优选实施方式中，多列1号均流孔2-3的总流通面积大于锥型外浓缩器2在一次风管道1中，对来流遮覆的流通面积。
本优选实施方式中，设置的多列1号均流孔2-3的总流通面积可保证渐缩式环形通道充分泄压。锥型外浓缩器2在一次风管道1中，对来流遮覆的流通面积为锥型外浓缩器2缩端的最小流通面积。
参见图3说明本优选实施方式，本优选实施方式中，相邻的两列1号均流孔2-3交错分布。
本优选实施方式中，相邻的两列1号均流孔2-3交错分布，使得渐缩管道2-1上的所有1号均流孔2-3均流效果更好，更优选是，相邻两列1号均流孔2-3的数量、孔径不同，从而增强均流孔的流通性。
参见图3说明本优选实施方式，本优选实施方式中，渐缩管道2-1的渐缩角为2A2；A2为渐缩管道2-1的内壁与其中轴线之间的夹角，A2的取值为10°至35°。
本优选实施方式中，A2的最优取值为30°，渐缩管道2-1的缩端优选为圆形。
参见图4说明本优选实施方式，本优选实施方式中，锥型内浓缩器3包括渐扩管道3-1和内整流环3-2；
中心管7贯穿渐扩管道3-1，且渐扩管道3-1的缩端固定在中心管7上；
渐扩管道3-1的扩端固定有内整流环3-2，内整流环3-2用于对3个同心分布的煤粉气流环中处于中间的浓煤粉气流环进行轴向束流。
本优选实施方式中，渐扩管道3-1的横截面可为圆形、矩形、正方形等。
内整流环3-2用于对浓煤粉气流环的内环进行轴向束流，使得富氧能与浓煤粉气流环协同充分混合，使浓煤粉气流环着火稳燃以充分燃烧。
渐扩管道3-1的缩端内径D32与中心管7的外径D7相同，渐扩管道3-1的扩端内径D31与一次风管道1内径D的最优比为1:2。
参见图4说明本优选实施方式，本优选实施方式中，渐扩管道3-1的侧壁上设有多列2号均流孔3-3；
2号均流孔3-3，用于对渐扩管道3-1的外壁上聚集的一次风煤粉气流进行泄压及减阻。
本优选实施方式中，由于锥型外浓缩器2和锥型内浓缩器3之间合围成渐缩式环形通道，使得一次风煤粉气流在渐缩式环形通道的出口处可能出现过度的非均匀性聚集，以及造成渐缩式环形通道内气体压力分布不均和增大，而多列2号均流孔3-3的设置方式，可使锥型内浓缩器3下方的气体通过2号均流孔3-3泄流出渐缩式环形通道，对渐缩式环形通道的出口处进行泄压，且由于气体流出渐缩式环形通道内，能减小煤粉颗粒流动的速度，避免对锥型内浓缩器3的外壁及对锥型外浓缩器2内壁的强烈冲击及磨损。
参见图4说明本优选实施方式，本优选实施方式中，多列2号均流孔3-3的总流通面积大于锥型内浓缩器3在一次风管道1中，对来流遮覆的流通面积。
本优选实施方式中，设置的多列2号均流孔3-3的总流通面积可保证渐缩式环形通道充分泄压。锥型内浓缩器3在一次风管道1中，对来流遮覆的流通面积为锥型内浓缩器3扩端的最大流通面积。
参见图4说明本优选实施方式，本优选实施方式中，相邻两列的2号均流孔3-3交错分布。
本优选实施方式中，相邻的两列2号均流孔3-3交错分布，使得渐扩管道3-1上的所有2号均流孔3-3均流效果更好，更优选是，相邻两列2号均流孔3-3的数量、孔径不同，从而增强均流孔的流通性。
参见图4说明本优选实施方式，本优选实施方式中，渐扩管道3-1的扩角为2A3；A3为渐扩管道3-1的内壁与其中轴线之间的夹角，A3的取值为10°至35°。
本优选实施方式中，A3的最优取值为30°，渐扩管道3-1的扩端优选为圆形，内整流环3-2优选为直径不变的直管。
本发明所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器的阻力损失小于30mmH2O柱，由于锥型内、外浓缩器的锥角小于2×35°，且在锥面上充分开设了均流孔，局部一次风速不可能有显著增加，所以，锥型内、外浓缩器磨损问题可有效地解决。
参见图5说明本优选实施方式，本优选实施方式中，富氧系统4包括富氧进气管道4-1、环状富氧罐4-2和多个富氧喷管4-3；
富氧进气管道4-1，用于向环状富氧罐4-2内充入富氧，
环状富氧罐4-2通过多个富氧喷管4-3与一次风管道1连通，且多个富氧喷管4-3沿周向均匀分布在锥型外浓缩器2和锥型内浓缩器3合围成的渐缩式环形通道内；
每个富氧喷管4-3上设有一个1号截止阀4-4，该1号截止阀4-4设置在一次风管道1外，用于对送入一次风管道1内的富氧流量进行调节及控制。
本优选实施方式中，多个富氧喷管4-3沿周向均匀分布在锥型外浓缩器2和锥型内浓缩器3合围成的渐缩式环形通道内，使得浓煤粉气流与多股富氧气流协同喷入炉膛。
富氧系统4中富氧的压力水平宜略高于一次风压，并且富氧喷管4-3的出口速度至少高于当地一次风速，更优选地，富氧喷管4-3出口端与锥型内浓缩器3、锥型外浓缩器2出口端平齐。
参见图5说明本优选实施方式，本优选实施方式中，富氧进气管道4-1上设有一个2号截止阀4-5和一个止回阀4-6，且止回阀4-6靠近环状富氧罐4-2。
本优选实施方式中，2号截止阀4-5和止回阀4-6用于对通入环状富氧罐4-2中的富氧流量进行调节及控制。
参见图1、图2说明本优选实施方式，本优选实施方式中，内二次风管道5内设有1号旋流器5-1，且1号旋流器5-1用于形成具有径向速度和轴向速度的旋流风，该旋流风的径向速度和轴向速度可调；
外二次风管道6内设有2号旋流器6-1，且2号旋流器6-1用于形成具有切向速度和轴向速度的旋流风，该旋流风的切向速度和轴向速度可调。
参见图1、图2说明本优选实施方式，本优选实施方式中，所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器还包括适配环8，适配环8的底端伸出内二次风管道5；
适配环(8)为渐扩的环体，用于对3个同心分布的环状煤粉气流中处于最外侧的淡煤粉气流环进行束流，还用于确定其下方所对应的外回流区的径向特征尺度。
本优选实施方式中，内、外整流环底端平齐，且内或外整流环底端至适配环底端的垂直距离为H1，优选地，H1＝(0,5至1.0)D。
适配环8的扩散角A1优选为35°。
外回流区的径向特征尺度一般指的是外回流区的最大直径。
参见图1至图6，本优选实施方式中，所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，性能优良地拓展了旋流燃烧器煤种、煤质适应性和低负荷适应能力，所以，也能可靠地适用于劣质煤特别是难燃煤与易燃煤预混的混煤旋流煤粉燃烧；更优选的是，易燃煤的比例能安全低至30％。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其它的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例。

Claims (17)

1.一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，包括由外至内同轴设置的外二次风管道(6)、内二次风管道(5)、一次风管道(1)、锥型内浓缩器(3)锥型外浓缩器(2)和中心管(7)，以及富氧系统(4)；
一次风管道(1)的顶端通过密封盖板F11进行密封，富氧系统(4)位于一次风管道(1)的上方；
中心管(7)由上至下依次贯穿富氧系统(4)和一次风管道(1)，并与二者固定连接；
锥型外浓缩器(2)固定在一次风管道(1)的内壁上，锥型内浓缩器(3)固定在中心管(7)上，且锥型外浓缩器(2)和锥型内浓缩器(3)之间合围成渐缩式环形通道；
外二次风管道(6)和内二次风管道(5)均位于一次风管道(1)外侧壁的下部，且二者的顶端平齐，并均通过密封盖板F12进行密封；
外二次风管道(6)和内二次风管道(5)均用于给炉膛提供二次旋流风；
从一次风管道(1)的入口(1-1)通入的一次风煤粉气流通过锥型外浓缩器(2)和锥型内浓缩器(3)进行重整，使一次风煤粉气流进行浓淡分离，并由外到内重整为淡、浓、淡3个同心分布的煤粉气流环，并将3个同心分布的煤粉气流环从一次风管道(1)的底端喷入炉膛；
富氧系统(4)，用于给3个同心分布的煤粉气流环中处于中间的浓煤粉气流环提供富氧，并协同喷入炉膛。
2.根据权利要求1所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，锥型外浓缩器(2)包括渐缩管道(2-1)和外整流环(2-2)；
中心管(7)贯穿渐缩管道(2-1)，且渐缩管道(2-1)的扩端固定在一次风管道(1)的内壁上；
渐缩管道(2-1)的缩端固定有外整流环(2-2)；
外整流环(2-2)用于对3个同心分布的煤粉气流环中处于中间的浓煤粉气流环的外环进行轴向束流。
3.根据权利要求2所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，外整流环(2-2)为渐扩型环体。
4.根据权利要求2所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，渐缩管道(2-1)的侧壁上设有多列1号均流孔(2-3)；
1号均流孔(2-3)，用于对渐缩管道(2-1)的内壁上聚集的一次风煤粉气流进行泄压及减阻。
5.根据权利要求4所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，多列1号均流孔(2-3)的总流通面积大于锥型外浓缩器(2)在一次风管道(1)中，对来流遮覆的流通面积。
6.根据权利要求4所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，相邻的两列1号均流孔(2-3)交错分布。
7.根据权利要求2所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，渐缩管道(2-1)的渐缩角为2A2；
A2为渐缩管道(2-1)的内壁与其中轴线之间的夹角，A2的取值为10°至35°。
8.根据权利要求3所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，外整流环(2-2)的扩角为2A21；
A21为外整流环(2-2)的内壁与其中轴线之间的夹角，A21的取值为30°至40°。
9.根据权利要求1或2所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，锥型内浓缩器(3)包括渐扩管道(3-1)和内整流环(3-2)；
中心管(7)贯穿渐扩管道(3-1)，且渐扩管道(3-1)的缩端固定在中心管(7)上；
渐扩管道(3-1)的扩端固定有内整流环(3-2)，内整流环(3-2)用于对3个同心分布的煤粉气流环中处于中间的浓煤粉气流环进行轴向束流。
10.根据权利要求9所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，渐扩管道(3-1)的侧壁上设有多列2号均流孔(3-3)；
2号均流孔(3-3)，用于对渐扩管道(3-1)的外壁上聚集的一次风煤粉气流进行泄压及减阻。
11.根据权利要求9所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，多列2号均流孔(3-3)的总流通面积大于锥型内浓缩器(3)在一次风管道(1)中，对来流遮覆的流通面积。
12.根据权利要求9所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，相邻两列的2号均流孔(3-3)交错分布。
13.根据权利要求9所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，渐扩管道(3-1)的扩角为2A3；
A3为渐扩管道(3-1)的内壁与其中轴线之间的夹角，A3的取值为10°至35°。
14.根据权利要求1所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，富氧系统(4)包括富氧进气管道(4-1)、环状富氧罐(4-2)和多个富氧喷管(4-3)；
富氧进气管道(4-1)，用于向环状富氧罐(4-2)内充入富氧，
环状富氧罐(4-2)通过多个富氧喷管(4-3)与一次风管道(1)连通，且多个富氧喷管(4-3)沿周向均匀分布在锥型外浓缩器(2)和锥型内浓缩器(3)合围成的渐缩式环形通道内；
每个富氧喷管(4-3)上设有一个1号截止阀(4-4)，该1号截止阀(4-4)设置在一次风管道(1)外，用于对送入一次风管道(1)内的富氧流量进行调节及控制。
15.根据权利要求14所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，富氧进气管道(4-1)上设有一个2号截止阀(4-5)和一个止回阀(4-6)，且止回阀(4-6)靠近环状富氧罐(4-2)。
16.根据权利要求1所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，内二次风管道(5)内设有1号旋流器(5-1)，且1号旋流器(5-1)用于形成具有径向速度和轴向速度的旋流风，该旋流风的径向速度和轴向速度可调；
外二次风管道(6)内设有2号旋流器(6-1)，且2号旋流器(6-1)用于形成具有切向速度和轴向速度的旋流风，该旋流风的切向速度和轴向速度可调。
17.根据权利要求1所述的一种富氧多重火焰旋流煤粉燃烧器，其特征在于，还包括适配环(8)，适配环(8)的底端伸出内二次风管道(5)；
适配环(8)为渐扩的环体，用于对3个同心分布的环状煤粉气流中处于最外侧的淡煤粉气流环进行束流，还用于确定其下方所对应的外回流区的径向特征尺度。
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