CN111895399A - 一种双通道逆喷式旋流燃烧器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双通道逆喷式旋流燃烧器及其使用方法，该燃烧器包括煤粉供应机构、过渡通道、内/外二次风导风筒、稳燃腔和整流腔；外二次风导风筒、稳燃腔和整流腔顺次连接组成燃烧器本体，煤粉供应机构贯穿在燃烧器本体内部，过渡通道套设在煤粉供应机构上；内二次风导风筒设置在过渡通道与外二次风导风筒之间，且与过渡通道之间形成内二次风通道，与外二次风导风筒之间形成外二次风通道；内二次风导风筒的出口端形成有一个扩口，且扩口的角度与稳燃腔的角度相同。本发明可以使空气分成内、外二次风分别进入燃烧器，内二次风与过渡通道相结合使煤粉和空气充分混合，外二次风可以在稳燃腔内形成沿稳燃腔壁面流动的冷却空气层，避免稳燃腔壁面积灰结焦现象的发生。

Description

一种双通道逆喷式旋流燃烧器及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种煤粉燃烧器，特别是关于一种双通道逆喷式旋流燃烧器及其使用方法，属于煤炭高效清洁利用技术领域。

背景技术

目前，在煤粉工业锅炉领域，出现了诸如钝体燃烧器、旋流燃烧器以及逆喷燃烧器等多种燃烧器，其共同点在于利用高温回流区作为点火源，点燃煤粉气流，达到煤粉高效低氮燃烧的目的。但是由于煤粉在燃烧器内部进行着剧烈的燃烧，燃烧器内部的温度可达1100℃以上，燃烧器长期处于高温燃烧区，因此存在高温热腐蚀的现象；而且煤粉工业锅炉相比链条炉和循环流化床，存在负荷调节范围窄且低负荷运行的过程中容易出现燃尽率低的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的其中一个目的是提供一种具有负荷调节范围宽、稳燃和低氮特点的双通道逆喷式旋流燃烧器；本发明的另一个目的是提供一种该双通道逆喷式旋流燃烧器的使用方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种双通道逆喷式旋流燃烧器，包括煤粉供应机构、过渡通道、内二次风导风筒、外二次风导风筒、稳燃腔和整流腔；其中，所述外二次风导风筒、稳燃腔和整流腔顺次连接组成燃烧器本体，所述煤粉供应机构贯穿在所述燃烧器本体内部，所述过渡通道套设在所述煤粉供应机构的入口端外部；所述内二次风导风筒设置在所述过渡通道与所述外二次风导风筒之间，所述内二次风导风筒与所述过渡通道之间形成内二次风通道，所述内二次风导风筒与所述外二次风导风筒之间形成外二次风通道；同时，所述内二次风导风筒的出口端形成有一个扩口，且所述扩口的角度与所述稳燃腔的角度相同，由此使所述内二次风通道的出口端方向平行于所述稳燃腔的壁面。

所述的双通道逆喷式旋流燃烧器，优选地，在所述内二次风通道内设置有可动轴向叶轮组件，用于使内二次风经过所述可动轴向叶轮组件后形成具有切向速度的旋转气流。

所述的双通道逆喷式旋流燃烧器，优选地，所述可动轴向叶轮组件包括：轴向叶轮，沿周向设置在所述内二次风通道内且可沿轴向移动；可调节伸缩拉杆，所述可调节伸缩拉杆的一端通过第一铰接副与所述轴向叶轮连接；锁紧拉杆，通过第二铰接副与所述可调节伸缩拉杆的另一端连接。

所述的双通道逆喷式旋流燃烧器，优选地，所述内二次风导风筒和外二次风导风筒通过沿周向分布的若干个可动定位组件连接，所述可动定位组件用于调节所述外二次通道的截面积。

所述的双通道逆喷式旋流燃烧器，优选地，所述内二次风导风筒上沿周向开设有若干螺纹孔所述外二次风导风筒上沿周向开设有若干光孔，且所述外二次风导风筒为柔性筒壁；同时，所述可动定位组件主要由调节螺栓和密封垫圈组成，所述调节螺栓穿过所述密封垫圈和所述外二次风导风筒的光孔后与所述内二次风导风筒的螺纹孔螺纹连接。

所述的双通道逆喷式旋流燃烧器，优选地，所述煤粉供应机构主要由风粉管和回流帽组成，所述风粉管置于所述燃烧器本体的中心轴线上，所述回流帽设置在所述风粉管的出口端且位于所述稳燃腔的出口段，所述稳燃腔上开设有若干通孔。

所述的双通道逆喷式旋流燃烧器，优选地，所述过渡通道为一端敞口、另一端封闭的筒形结构，所述风粉管贯穿所述过渡通道的封闭端后伸入所述燃烧器本体内部，所述过渡通道内安装有点火器和/或火焰检测器；所述过渡通道为圆锥形、椭圆形或圆柱形钝体，且所述过渡通道的最宽直径应小于所述内二次风导风筒的内径，最窄直径应大于所述点火器和/或火焰检测器的最大直径。

一种上述双通道逆喷式旋流燃烧器的使用方法，包括以下步骤：

1)空气分成两路进入燃烧器本体，空气中的一路经过可动轴向叶轮组件和内二次风通道后形成具有切向速度的旋转内二次风直接进入稳燃腔，且内二次风通道与过渡通道共同作用形成一个嵌套型的高温回流区；

2)与此同时，煤粉气流经过风粉管和回流帽组成的回流通道进入高温回流区，煤粉呈现外浓内淡的浓度分布，煤粉经过高温回流区预热到900～1000℃，煤粉在低氧、炙热的高温回流区内热解，并与内二次风在过渡通道的封闭端混合在一起后形成主火焰，煤粉气流在燃烧器本体内回旋焚烧；

3)空气中的另一路通过外二次风通道形成外二次风，外二次风的一部分经外二次风导风筒的扩口后形成沿稳燃腔壁面流动的冷却空气层，以冷却稳燃腔和整流腔，使稳燃腔和整流腔的壁面温度低于40℃；外二次风的另一部分则与主火焰经整流腔形成风包火的高速喷射火焰进入炉膛。

所述的使用方法，优选地，所述可动轴向叶轮组件产生旋转气流的旋流数应控制在0～2范围内，所述外二次风的风速应控制在20～50m/s范围内，所述内二次风和外二次风的比例优选为1:2。

所述的使用方法，优选地，在上述步骤3)中，通过所述可动定位组件调节所述外二次风通道的截面积，进而调整所述外二次风的风速，控制所述内二次风和外二次风的混合速率。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明设置了内二次风导风筒和外二次风导风筒，可以使空气分成内二次风和外二次风分别进入燃烧器本体，不仅使空气分级给入燃烧器降低氮氧化物，内二次风与过渡通道相结合使煤粉和空气充分混合稳定燃烧，而且外二次风可以在稳燃腔内形成沿稳燃腔壁面流动的冷却空气层，以冷却稳燃腔和整流腔，使稳燃腔和整流腔的壁面温度始终低于40℃，不仅可以取消稳燃腔的水冷装置，而且避免稳燃腔壁面积灰结焦现象的发生。2、本发明可以通过可动定位组件调节外二次风通道的截面积，进而调整外二次风的风速，控制内二次风和外二次风的混合速率，从而控制煤粉气流在燃烧器本体内的燃烧进程，由此在稳燃腔内形成一个内部低氧、高温，外部高氧、低温的环境，这种温度分布和气氛分布，不仅可以达到高燃烧效率和低氮的效果，拓宽燃烧器的负荷调整范围和煤种适应性，而且能有效的解决稳燃室壁面高温腐蚀、积灰及结焦等现象，减少燃烧器的维修频率，延长燃烧器的使用寿命。3、本发明还采用了过渡通道的设计，该过渡通道不仅可以内置点火油枪和点火器，而且过渡通道还可以与内置可动轴向叶轮的内二次风通道共同作用产生一个高湍流强度的回流区，增强煤粉与空气的混合速率，提高煤粉在低负荷工况下的燃尽率。

附图说明

图1为本发明双通道逆喷式旋流燃烧器的三维纵剖结构示意图；

图2为本发明可动轴向叶轮组件的结构示意图；

图3为本发明可动定位组件的结构示意图；

图4为本发明双通道逆喷式旋流燃烧器的内部流场示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。同时在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供的双通道逆喷式旋流燃烧器，包括煤粉供应机构1、过渡通道2、内二次风导风筒3、外二次风导风筒4、稳燃腔5和整流腔6。其中，外二次风导风筒4、稳燃腔5和整流腔6顺次连接组成燃烧器本体，煤粉供应机构1贯穿在燃烧器本体内部，过渡通道2套设在煤粉供应机构1的入口端外部。内二次风导风筒3设置在过渡通道2与外二次风导风筒4之间，内二次风导风筒3与过渡通道2之间形成内二次风通道，内二次风导风筒3与外二次风导风筒4之间形成外二次风通道。同时，内二次风导风筒3的出口端形成有一个扩口，且该扩口的角度与稳燃腔5的角度相同，由此使内二次风通道的出口端方向平行于稳燃腔5的壁面。

上述实施例中，优选地，如图2所示，在内二次风通道内设置有可动轴向叶轮组件7，用于使内二次风经过该可动轴向叶轮组件7后形成具有切向速度的旋转气流。

上述实施例中，优选地，可动轴向叶轮组件7包括：轴向叶轮71，沿周向设置在内二次风通道内且可沿轴向移动；可调节伸缩拉杆72，可调节伸缩拉杆72的一端通过第一铰接副与轴向叶轮71连接；锁紧拉杆73，通过第二铰接副与可调节伸缩拉杆72的另一端连接。由此，通过推拉锁紧拉杆73可以使轴向叶轮71沿轴向移动以进入和退出内二次风通道，同时铰接副可以保证轴向叶轮71顺滑的移动。

上述实施例中，优选地，如图3所示，内二次风导风筒3和外二次风导风筒4通过沿周向分布的若干个可动定位组件8连接，该可动定位组件8用于调节外二次通道的截面积。

上述实施例中，优选地，内二次风导风筒3上沿周向开设有若干螺纹孔31，外二次风导风筒4上沿周向开设有若干光孔41，且外二次风导风筒4为柔性筒壁；同时，可动定位组件8主要由调节螺栓81和密封垫圈82组成，调节螺栓81穿过密封垫圈82和外二次风导风筒4的光孔41后与内二次风导风筒3的螺纹孔31螺纹连接。由此，通过旋进或旋出调节螺栓81使外二次风导风筒4的筒壁产生形变，从而调节外二次通道的截面积。

上述实施例中，优选地，如图1所示，煤粉供应机构1主要由风粉管11和回流帽12组成，风粉管11置于燃烧器本体的中心轴线上，回流帽12设置在风粉管11的出口端且位于稳燃腔5的出口段。

上述实施例中，优选地，过渡通道2为一端敞口、另一端封闭的筒形结构，风粉管11贯穿过渡通道2的封闭端后伸入燃烧器本体内部，过渡通道2内可以安装点火器和/或火焰检测器(图中未示出)。

上述实施例中，优选地，过渡通道2为圆锥形、椭圆形、圆柱形或者其他任意曲线钝体，且过渡通道2的最宽直径应小于内二次风导风筒3的内径，最窄直径应大于点火器和/或火焰检测器的最大直径。

上述实施例中，优选地，可以在稳燃腔5上开设若干通孔(图中未示出)，以避免由于意外因素导致稳燃腔5过热而引起稳燃腔5变形。

基于上述实施例提供的双通道逆喷式旋流燃烧器，本发明还提供了一种双通道逆喷式旋流燃烧器的使用方法，包括以下步骤：

1)如图4所示，空气分成两路进入燃烧器本体，空气中的一路经过可动轴向叶轮组件7和内二次风通道后形成具有切向速度的旋转内二次风直接进入稳燃腔5，且内二次风通道与过渡通道2共同作用形成一个嵌套型的高温回流区；

2)与此同时，煤粉气流经过风粉管11和回流帽12组成的回流通道进入高温回流区，煤粉呈现外浓内淡的浓度分布，煤粉经过高温回流区预热到900～1000℃，煤粉在低氧、炙热的高温回流区内热解，并与内二次风在过渡通道2的封闭端混合在一起后形成主火焰，煤粉气流在燃烧器本体内回旋焚烧；

3)空气中的另一路通过外二次风通道形成外二次风，外二次风的一部分经外二次风导风筒4的扩口后形成沿稳燃腔5壁面流动的冷却空气层，以冷却稳燃腔5和整流腔6，使稳燃腔5和整流腔6的壁面温度低于40℃；外二次风的另一部分则与主火焰经整流腔6形成风包火的高速喷射火焰进入炉膛，由此不仅使煤粉稳定燃烧，而且避免了燃烧器本体和炉膛内积灰结焦现象的发生。

上述实施例中，优选地，在上述步骤1)中，可动轴向叶轮组件7产生旋转气流的旋流数应控制在0～2范围内。

上述实施例中，优选地，在上述步骤3)中，可以通过可动定位组件8调节外二次风通道的截面积，进而调整外二次风的风速，控制内二次风和外二次风的混合速率，从而控制煤粉气流在燃烧器本体内的燃烧进程，由此在稳燃腔5内形成一个内部低氧、高温，外部高氧、低温的环境，不仅具有高效、低氮的作用，还可以有效的避免燃烧器本体和炉膛积灰、结焦现象的发生。

上述实施例中，优选地，外二次风的风速应控制在20～50m/s范围内。

上述实施例中，优选地，内二次风和外二次风的比例优选为1:2，此比例既可以保证煤粉稳定燃烧，使内二次风逐层与主火焰混合以降低氮氧化物，也能使贴壁外二次风有足够的动量冷却稳燃腔5和整流腔6。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二””等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种双通道逆喷式旋流燃烧器，其特征在于，包括煤粉供应机构(1)、过渡通道(2)、内二次风导风筒(3)、外二次风导风筒(4)、稳燃腔(5)和整流腔(6)；

其中，所述外二次风导风筒(4)、稳燃腔(5)和整流腔(6)顺次连接组成燃烧器本体，所述煤粉供应机构(1)贯穿在所述燃烧器本体内部，所述过渡通道(2)套设在所述煤粉供应机构(1)的入口端外部；

所述内二次风导风筒(3)设置在所述过渡通道(2)与所述外二次风导风筒(4)之间，所述内二次风导风筒(3)与所述过渡通道(2)之间形成内二次风通道，所述内二次风导风筒(3)与所述外二次风导风筒(4)之间形成外二次风通道；

同时，所述内二次风导风筒(3)的出口端形成有一个扩口，且所述扩口的角度与所述稳燃腔(5)的角度相同，由此使所述内二次风通道的出口端方向平行于所述稳燃腔(5)的壁面。

2.根据权利要求1所述的双通道逆喷式旋流燃烧器，其特征在于，在所述内二次风通道内设置有可动轴向叶轮组件(7)，用于使内二次风经过所述可动轴向叶轮组件(7)后形成具有切向速度的旋转气流。

3.根据权利要求2所述的双通道逆喷式旋流燃烧器，其特征在于，所述可动轴向叶轮组件(7)包括：

轴向叶轮(71)，沿周向设置在所述内二次风通道内且可沿轴向移动；

可调节伸缩拉杆(72)，所述可调节伸缩拉杆(72)的一端通过第一铰接副与所述轴向叶轮(71)连接；

锁紧拉杆(73)，通过第二铰接副与所述可调节伸缩拉杆(72)的另一端连接。

4.根据权利要求1所述的双通道逆喷式旋流燃烧器，其特征在于，所述内二次风导风筒(3)和外二次风导风筒(4)通过沿周向分布的若干个可动定位组件(8)连接，所述可动定位组件(8)用于调节所述外二次通道的截面积。

5.根据权利要求4所述的双通道逆喷式旋流燃烧器，其特征在于，所述内二次风导风筒(3)上沿周向开设有若干螺纹孔(31)，所述外二次风导风筒(4)上沿周向开设有若干光孔(41)，且所述外二次风导风筒(4)为柔性筒壁；

同时，所述可动定位组件(8)主要由调节螺栓(81)和密封垫圈(82)组成，所述调节螺栓(81)穿过所述密封垫圈(82)和所述外二次风导风筒(4)的光孔(41)后与所述内二次风导风筒(3)的螺纹孔(31)螺纹连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的双通道逆喷式旋流燃烧器，其特征在于，所述煤粉供应机构(1)主要由风粉管(11)和回流帽(12)组成，所述风粉管(11)置于所述燃烧器本体的中心轴线上，所述回流帽(12)设置在所述风粉管(11)的出口端且位于所述稳燃腔(5)的出口段，所述稳燃腔(5)上开设有若干通孔。

7.根据权利要求6所述的双通道逆喷式旋流燃烧器，其特征在于，所述过渡通道(2)为一端敞口、另一端封闭的筒形结构，所述风粉管(11)贯穿所述过渡通道(2)的封闭端后伸入所述燃烧器本体内部，所述过渡通道(2)内安装有点火器和/或火焰检测器；

所述过渡通道(2)为圆锥形、椭圆形或圆柱形钝体，且所述过渡通道(2)的最宽直径应小于所述内二次风导风筒(3)的内径，最窄直径应大于所述点火器和/或火焰检测器的最大直径。

8.一种如权利要求6或7所述的双通道逆喷式旋流燃烧器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)空气分成两路进入燃烧器本体，空气中的一路经过可动轴向叶轮组件(7)和内二次风通道后形成具有切向速度的旋转内二次风直接进入稳燃腔(5)，且内二次风通道与过渡通道(2)共同作用形成一个嵌套型的高温回流区；

2)与此同时，煤粉气流经过风粉管(11)和回流帽(12)组成的回流通道进入高温回流区，煤粉呈现外浓内淡的浓度分布，煤粉经过高温回流区预热到900～1000℃，煤粉在低氧、炙热的高温回流区内热解，并与内二次风在过渡通道(2)的封闭端混合在一起后形成主火焰，煤粉气流在燃烧器本体内回旋焚烧；

3)空气中的另一路通过外二次风通道形成外二次风，外二次风的一部分经外二次风导风筒(4)的扩口后形成沿稳燃腔(5)壁面流动的冷却空气层，以冷却稳燃腔(5)和整流腔(6)，使稳燃腔(5)和整流腔(6)的壁面温度低于40℃；外二次风的另一部分则与主火焰经整流腔(6)形成风包火的高速喷射火焰进入炉膛。

9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述可动轴向叶轮组件(7)产生旋转气流的旋流数应控制在0～2范围内，所述外二次风的风速应控制在20～50m/s范围内，所述内二次风和外二次风的比例优选为1:2。

10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，在上述步骤3)中，通过所述可动定位组件(8)调节所述外二次风通道的截面积，进而调整所述外二次风的风速，控制所述内二次风和外二次风的混合速率。

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