CN111895400A - 一种多通道逆喷式旋流单锥燃烧器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多通道逆喷式旋流单锥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、多级配风组件、导流板、稳燃腔和整流腔；多级配风组件包括N个导风筒，第N个导风筒与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；除第N个导风筒外，其余各导风筒均为双层空心结构，至少一个导流板的一端插入相应导风筒；各导流板与稳燃腔之间形成至少一个直流通道，且各导流板的另一端形成有一个扩口，扩口的角度与稳燃腔的角度相同。本发明由于采用多级配风组件的设计，空气分为N股进入燃烧器本体，气流边界处湍流强度强烈，加强了风粉混合速率，不仅使煤粉稳定着火，还能保证煤粉高效低氮燃烧。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤粉燃烧器，特别是关于一种多通道逆喷式旋流单锥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。但是煤粉燃烧器的负荷调整范围窄，煤种适应性差；而且煤粉工业锅炉相比链条炉和循环流化床，还存在氮氧化物高的问题。
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极宽、煤种适应性强和低氮特点的多通道逆喷式旋流单锥燃烧器；本发明的另一个目的是提供一种该多通道逆喷式旋流单锥燃烧器的使用方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多通道逆喷式旋流单锥燃烧器，包括煤粉供应机构、过渡通道、多级配风组件、导流板、稳燃腔和整流腔；所述多级配风组件包括由内至外同轴设置的N个导风筒，且N为不小于2的自然数；其中，第N个导风筒与所述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上，第1个导风筒间隔套设在所述过渡通道的外部，由此相邻两所述导风筒之间以及所述第1个导风筒与所述过渡通道之间共形成N个进风通道；同时，除所述第N个导风筒外，其余各所述导风筒均为双层空心结构，即其余各所述导风筒的内侧设置有沿轴向延伸的环形凹槽，至少一个所述导流板的一端插入相应所述导风筒的环形凹槽内以与之固定；由此，各所述导流板与所述稳燃腔之间形成至少一个直流通道，且各所述导流板的另一端形成有一个扩口，所述扩口的角度与所述稳燃腔的角度相同，以使所述直流通道的出口端方向平行于所述稳燃腔的壁面。
所述的多通道逆喷式旋流单锥燃烧器，优选地，所述N个进风通道的径向宽度各不相同，以根据不同的煤种、负荷选择相应的导风筒插入所述导流板。
所述的多通道逆喷式旋流单锥燃烧器，优选地，所述导流板的数量控制在1～4个之间，且当所述导流板为两个以上时，位于内侧的所述导流板长度应小于位于外侧的所述导流板长度。
所述的多通道逆喷式旋流单锥燃烧器，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。
所述的多通道逆喷式旋流单锥燃烧器，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。
所述的多通道逆喷式旋流单锥燃烧器，优选地，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第1个导风筒的内径，最窄直径应大于所述点火器和/或火焰检测器的最大直径。
一种上述多通道逆喷式旋流单锥燃烧器的使用方法，包括以下步骤：
1)根据煤种选择适合长度及数量的导流板插入相应的导风筒内，并记最内侧的导流板所在位置为第m个导风筒，在第1～m个进风通道内沿周向安装轴向叶轮；
2)空气由分级配风组件分为N股进入燃烧器本体，其中第1～m股空气经过轴向叶轮后形成具有切向速度的m股旋转风束进入稳燃腔，且m股旋转风束相互作用形成一个多层嵌套式的高温回流区；
3)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，并与多股旋转风束在过渡通道的共同作用下混合在一起后形成一个多层的主火焰；
4)第m+1～N个进风通道则形成直流通道，第m+1～N股空气经过各直流通道后形成具有不同速度的直流风束，该直流风束有两个作用：第一个作用是经导流板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；第二个作用是与主火焰经整流腔形成风包火的高速喷射多层火焰进入炉膛。
所述的使用方法，优选地，在上述步骤1)中，如果是挥发分高且热值高的煤种，则加长所述导流板的长度和/或增加所述导流板的数量；如果是挥发分低且热值低的煤种，则缩短所述导流板的长度和/或减少所述导流板的数量。
所述的使用方法，优选地，所述轴向叶轮产生旋转风束的旋流数应控制在0.6～2范围内。
所述的使用方法，优选地，所述直流风束的风速应控制在30～50m/s范围内。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用多级配风组件的设计，空气经多级配风组件分为N股进入燃烧器本体，气流边界处湍流强度强烈，加强了风粉混合速率，不仅使煤粉稳定着火，还能保证煤粉高效低氮燃烧。2、本发明的多级配风组件由内至外同轴设置的多个导风筒组成，且导风筒采用双层空心结构，导流板可以插入任意导风筒的双层空心结构，由此可以形成稳燃腔和整流腔壁面有贴壁冷却风的多层火焰结构，助燃风缓缓渗入主火焰，确保主火焰中间是高温、高CO和低氧的环境，延长煤粉在高温、还原性气氛下的停留时间，达到高燃烧效率和低氮的目的。同时，导流板与稳燃腔之间形成的直流风束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。3、本发明通过调整导流板的长度和数量可以机械的控制助燃风与主火焰的掺混速率，负荷调节范围为10％～110％，具有负荷调整范围极宽，此外还具有煤种适应性广、良好的稳燃和低氮的特点。4、本发明还采用了过渡通道设计，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为本发明多通道逆喷式旋流单锥燃烧器的三维纵剖结构示意图；
图2为本发明多通道逆喷式旋流单锥燃烧器的二维纵剖结构示意图；
图3为本发明多通道逆喷式旋流单锥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、图2所示，本发明提供的多通道逆喷式旋流单锥燃烧器，包括煤粉供应机构1、过渡通道2、多级配风组件3、导流板4、稳燃腔5和整流腔6。多级配风组件3包括由内至外同轴设置的N个导风筒(N为不小于2的自然数)，其中第N个(即最外侧的)导风筒与稳燃腔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，第1个(即最内侧的)导风筒间隔套设在过渡通道2的外部，由此相邻两导风筒之间以及第1个导风筒与过渡通道2之间共形成N个进风通道。同时，除第N个导风筒外，其余各导风筒均为双层空心结构，即其余各导风筒的内侧设置有沿轴向延伸的环形凹槽，至少一个导流板4的一端可插入相应导风筒的环形凹槽内以与之固定。由此，各导流板4与稳燃腔5之间形成至少一个直流通道，且各导流板4的另一端形成有一个扩口，该扩口的角度与稳燃腔5的角度相同，以使直流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，N个进风通道的径向宽度各不相同，由此可以根据不同的煤种、负荷选择相应的导风筒插入导流板4，由此控制空气与主火焰的掺混速率，调整高温回流区，从而拓宽燃烧器的负荷调整范围和煤种适应性。
上述实施例中，优选地，导流板4的数量控制在1～4个之间，且当导流板4为两个以上时，位于内侧的导流板4长度应小于位于外侧的导流板4长度。
上述实施例中，优选地，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的最宽直径应小于第1个导风筒的内径，最窄直径应大于点火器和/或火焰检测器的最大直径。
如图3所示，基于上述实施例提供的多通道逆喷式旋流单锥燃烧器，本发明还提出了一种该多通道逆喷式旋流单锥燃烧器的使用方法，包括以下步骤：
1)根据煤种选择适合长度及数量的导流板4插入相应的导风筒内，并记最内侧的导流板4所在位置为第m个导风筒，在第1～m个进风通道内沿周向安装轴向叶轮(图中未示出)；
2)空气由分级配风组件3分为N股进入燃烧器本体，其中第1～m股空气经过轴向叶轮后形成具有切向速度的m股旋转风束进入稳燃腔5，且m股旋转风束相互作用形成一个多层嵌套式的高温回流区；
3)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，并与多股旋转风束在过渡通道2的共同作用下混合在一起后形成一个多层的主火焰；
4)第m+1～N个进风通道则形成直流通道，第m+1～N股空气经过各直流通道后形成具有不同速度的直流风束(风速由外到内依次递减)，该直流风束有两个作用：第一个作用是经导流板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℃；第二个作用是与主火焰经整流腔6形成风包火的高速喷射多层火焰进入炉膛，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，如果是挥发分高且热值高的煤种，则可以加长导流板4的长度和/或增加导流板4的数量，由此以推迟助燃风(包括旋转风束和直流风束)与主火焰混合的时间，使主火焰内还原性气氛增强，有利于降低氮氧化物；如果是挥发分低且热值低的煤种，则可以缩短导流板4的长度和/或减少导流板4的数量(甚至取消导流板4)，由此加强助燃风与主火焰的混合，有利于煤粉着火，使煤粉稳定燃烧。由此可见，通过调整导流板4的长度和数量可以机械的控制空气与主火焰的掺混速率，负荷调节范围可达10％～110％。
上述实施例中，优选地，轴向叶轮产生旋转风束的旋流数应控制在0.6～2范围内。
上述实施例中，优选地，直流风束的风速应控制在30～50m/s范围内。
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)
1.一种多通道逆喷式旋流单锥燃烧器，其特征在于，包括煤粉供应机构(1)、过渡通道(2)、多级配风组件(3)、导流板(4)、稳燃腔(5)和整流腔(6)；
所述多级配风组件(3)包括由内至外同轴设置的N个导风筒，且N为不小于2的自然数；其中，第N个导风筒与所述稳燃腔(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)上，第1个导风筒间隔套设在所述过渡通道(2)的外部，由此相邻两所述导风筒之间以及所述第1个导风筒与所述过渡通道(2)之间共形成N个进风通道；
同时，除所述第N个导风筒外，其余各所述导风筒均为双层空心结构，即其余各所述导风筒的内侧设置有沿轴向延伸的环形凹槽，至少一个所述导流板(4)的一端插入相应所述导风筒的环形凹槽内以与之固定；
由此，各所述导流板(4)与所述稳燃腔(5)之间形成至少一个直流通道，且各所述导流板(4)的另一端形成有一个扩口，所述扩口的角度与所述稳燃腔(5)的角度相同，以使所述直流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所述的多通道逆喷式旋流单锥燃烧器，其特征在于，所述N个进风通道的径向宽度各不相同，以根据不同的煤种、负荷选择相应的导风筒插入所述导流板(4)。
3.根据权利要求1所述的多通道逆喷式旋流单锥燃烧器，其特征在于，所述导流板(4)的数量控制在1～4个之间，且当所述导流板(4)为两个以上时，位于内侧的所述导流板(4)长度应小于位于外侧的所述导流板(4)长度。
4.根据权利要求1所述的多通道逆喷旋流单锥燃烧器，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。
5.根据权利要求4所述的多通道逆喷式旋流单锥燃烧器，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。
6.根据权利要求5所述的多通道逆喷式旋流单锥燃烧器，其特征在于，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第1个导风筒的内径，最窄直径应大于所述点火器和/或火焰检测器的最大直径。
7.一种如权利要求4至6所述的多通道逆喷式旋流单锥燃烧器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据煤种选择适合长度及数量的导流板(4)插入相应的导风筒内，并记最内侧的导流板(4)所在位置为第m个导风筒，在第1～m个进风通道内沿周向安装轴向叶轮；
2)空气由分级配风组件(3)分为N股进入燃烧器本体，其中第1～m股空气经过轴向叶轮后形成具有切向速度的m股旋转风束进入稳燃腔(5)，且m股旋转风束相互作用形成一个多层嵌套式的高温回流区；
3)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，并与多股旋转风束在过渡通道(2)的共同作用下混合在一起后形成一个多层的主火焰；
4)第m+1～N个进风通道则形成直流通道，第m+1～N股空气经过各直流通道后形成具有不同速度的直流风束，该直流风束有两个作用：第一个作用是经导流板(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)；第二个作用是与主火焰经整流腔(6)形成风包火的高速喷射多层火焰进入炉膛。
8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，在上述步骤1)中，如果是挥发分高且热值高的煤种，则加长所述导流板(4)的长度和/或增加所述导流板(4)的数量；
如果是挥发分低且热值低的煤种，则缩短所述导流板(4)的长度和/或减少所述导流板(4)的数量。
9.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述轴向叶轮产生旋转风束的旋流数应控制在0.6～2范围内。
10.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述直流风束的风速应控制在30～50m/s范围内。
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