CN113819461A - 一种一次风浓淡分离多级旋流燃烧器及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种一次风浓淡分离多级旋流燃烧器及其工作方法，属于煤粉燃烧器技术领域。包括由内至外依次设置的中心风管、一次风通道、内二次风通道和外二次风通道；一次风通道内设有煤粉浓淡分离装置和一次风通道隔板；内一次风通道内设有内一次风旋流叶片，外一次风通道内设有外一次风旋流叶片，外一次风旋流叶片的旋流强度大于内一次风旋流叶片；内二次风通道内设有二次风旋流叶片；外一次风通道出口处设有外一次风扩口，内二次风通道出口处设有内二次风扩口，外二次风通道出口处设有外二次风扩口。本发明通过浓淡分离和多级旋流结构解决了现有煤粉锅炉存在的煤粉燃尽率低、难以适用劣质煤、稳燃性差及NOx排放量高的问题。
Description
技术领域
本发明属于煤粉燃烧器技术领域，具体涉及一种一次风浓淡分离多级旋流燃烧器及其工作方法。
背景技术
随着节能减排的愈发重要，煤粉锅炉燃烧器的结构优化变得愈加重要。在提高煤粉及时着火稳燃性能以便适用于劣质煤的同时降低NOx的排放，是目前煤粉燃烧器的主要研究方向。多级配风、一次风浓淡分离技术是目前采用最广泛、最为成熟的稳燃、低NOx技术之一。
浓内淡的煤粉分布，有利于煤粉的及时着火稳燃，但是由于浓煤粉气流与内二次风的混合较早，因此不利于降低NOx浓度。而内浓外淡的煤粉分布，可以形成淡煤粉气流包围浓煤粉气流燃烧，浓煤粉气流在内，燃料过浓部分因氧量不足过量空气系数＜1，燃料型的NOx生成将大为减少，而且由于氧气不足也控制了燃烧的激烈程度，从而削弱了火焰温度，因此，热力型的NOx生成也会大为减少。但是由于浓煤粉在内部，后期补氧则尤为重要，容易发生补氧不及时而燃烧不完全，从而降低锅炉效率。
中国实用新型专利CN 209840083 U公开了一种多级配风的径向外浓内淡的旋流燃烧器，利用煤粉浓缩装置的浓缩作用，将一次风煤粉分成外浓内淡两部分直流射入炉膛，有助于保证燃烧器的稳燃特性，但外浓内淡的煤粉分布形式难以对NOx有效控制；中国发明专利CN 110319436 A公开了一种紧凑型浓淡分级旋流煤粉燃烧器，将一次风煤粉分为内浓外淡两部分，淡侧气流旋流射入，浓侧流直流射入，这样的浓淡分布方式有利于控制NOx生成，但不利于煤粉稳燃。中国发明专利CN 102679337 A公开了一种火焰形状与混合强度可调的旋流燃烧器，通过改变扩口角度调节火焰形状与混合强度，使得更加方便稳定地调节燃烧器运行特性，中国发明专利CN 109340744 A公开了一种浓淡分离型跨负荷解耦燃烧器，其淡侧内一次风汇集通道与内一次风淡侧引出管相通，并与外一次风风管相连通，在锅炉低负荷运行时为外一次风风管供风，能够实现锅炉变负荷运行时内一次风与外一次风的耦合及解耦运行，实现浓淡分离，提高燃烧稳定性，降低NOx排放。以上两种外二次风均以旋流射入，可能会引起炉内气流产生飞边刮墙现象，引起水冷壁烧坏或结焦，严重影响锅炉运行。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种一次风浓淡分离多级旋流燃烧器及其工作方法，能够促进煤粉稳燃，降低NOx生成水平，并且能够减少煤粉气流飞边刮墙现象。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种一次风浓淡分离多级旋流燃烧器，包括由内至外依次设置的中心风管、一次风通道、内二次风通道和外二次风通道；一次风通道内设有煤粉浓淡分离装置和一次风通道隔板，一次风通道隔板将一次风通道分隔为内一次风通道和外一次风通道，煤粉浓淡分离装置的浓侧正对内一次风通道，煤粉浓淡分离装置的淡侧正对外一次风通道；内一次风通道内设有内一次风旋流叶片，外一次风通道内设有外一次风旋流叶片，外一次风旋流叶片的旋流强度大于内一次风旋流叶片；内二次风通道内设有二次风旋流叶片；外一次风通道出口处设有外一次风扩口，内二次风通道出口处设有内二次风扩口，外二次风通道出口处设有外二次风扩口。
优选地，外一次风扩口的角度为20～30°，内二次风扩口的角度为20～30°，外二次风扩口的角度为20～30°。
优选地，外一次风扩口、内二次风扩口和外二次风扩口的角度相等。
优选地，外一次风扩口、内二次风扩口和外二次风扩口的末端平齐。
优选地，煤粉浓淡分离装置为截面为三角形的圆环。
进一步优选地，煤粉浓淡分离装置的扩锥角为15～30°。
进一步优选地，煤粉浓淡分离装置的最大厚度与外一次风通道的宽度之比为1：2。
优选地，中心风管与内一次风通道的末端齐平。
优选地，中心风管、一次风通道、内二次风通道与外二次风通道的直径之比为1：2：4：8。
本发明公开了上述一次风浓淡分离多级旋流燃烧器的工作方法，一次风携带煤粉由一次风通道进入，经过煤粉浓淡分离装置，大粒径煤粉颗粒在撞击煤粉浓淡分离装置的过程中，被反弹至一次风通道的轴心处富集，形成煤粉浓度较高的浓煤粉气流；少量小粒径煤粉颗粒在靠近一次风通道内壁附近形成煤粉浓度较低的淡煤粉气流包裹浓煤粉气流，并通过一次风通道内的一次风通道隔板将浓淡煤粉气流分隔，使其不再重新混合；内一次风通道内的浓煤粉气流由内一次风旋流叶片形成弱旋流由内一次风通道喷出，在外一次风通道内壁附近形成的淡煤粉气流沿着外一次风通道并受到外一次风旋流叶片作用，以强旋转流动的方式喷出，从而在高速旋转气流的中心处形成回流区，并通过外一次风扩口、内二次风扩口和外二次风扩口，使燃烧器出口区域的中心回流区范围增大；二次风由内二次风通道与外二次风通道分级进入，内二次风在内二次风旋流叶片的作用下，通过内二次风通道出口处高速旋流喷出。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种一次风浓淡分离多级旋流燃烧器，通过煤粉浓淡分离装置将一次风煤粉气流分为浓煤粉气流与淡煤粉气流，并通过一次风通道隔板将浓淡气流分隔，防止其重新混合。通过外一次风扩口、内二次风扩口和外二次风扩口，使得燃烧器出口区域的中心回流区范围明显增大，加大了一二次风之间的速度梯度和对气流的扰动，有利于煤粉的及时着火和稳定燃烧，也避免了中心回流区过大使得二次风气流形成“飞边”现象；同时内一次风弱旋流射入，使得浓煤粉气流在混合均匀的条件下具有高的容积释热率；外一次风强旋流射入，使得煤粉气流的湍动能量水平大幅提高，加强气流之间动量与质量的交换，也有利于煤粉的着火与稳燃。同时，通过将一次风煤粉浓缩，形成内浓外淡的一次风煤粉分布，在轴向叶片的作用下，外一次风与内二次风强旋流喷出，形成回流区使得煤粉在还原性气氛下的停留时间延长，降低了NOx的生成。另外，将外二次风设置为直流射入，防止燃烧器附近区域会出现局部过热及刮墙现象，保障锅炉运行安全。
进一步地，外一次风扩口的角度为20～30°，内二次风扩口的角度为20～30°，外二次风扩口的角度为20～30°，使得一次风与二次风之间形成一个回流区，在卷吸足够量的高温烟气的同时，延缓了一二次风的混合时间，降低了NOX的生成量。
进一步地，外一次风扩口、内二次风扩口和外二次风扩口的角度相等，引起更多的出口回流，使得气流的湍流脉动水平明显提高，促进了煤粉气流着火与稳燃特性。
进一步地，外一次风扩口、内二次风扩口和外二次风扩口的末端平齐，使得回流区稳定，煤粉混合均匀，保证煤粉燃烧所需空气量，促进了着火与稳燃。
进一步地，煤粉浓淡分离装置为截面为三角形的圆环，使得烟气分为浓淡两相。
更进一步地，煤粉浓淡分离装置的扩锥角为15～30°，可以保证较好的分离效果以及较小的阻力损失。
更进一步地，煤粉浓淡分离装置的最大厚度与外一次风通道的宽度为1：2，使得浓淡分离效果显著增强的同时，浓淡煤粉气流的速度均匀性也较好。
进一步地，中心风管与内一次风通道的末端齐平，使得中心风与一次风同时喷入炉膛，增加了一次风的刚性，防止煤粉离析和散射。
进一步地，中心风管、一次风通道、内二次风通道与外二次风通道的直径之比为1：2：4：8，控制中心风、一次风、内二次风、外二次风风量稳定，保证燃烧所需氧量。
本发明公开的上述一次风浓淡分离多级旋流燃烧器的工作方法，能够使浓煤粉气流以弱旋流射入炉膛，使得浓煤粉气流在混合均匀的条件下具有高的容积释热率；同时外一次风以及内二次风均以强旋流射入使得煤粉气流的湍动能量水平大幅提高，有利于煤粉的着火与稳燃。外二次风以直流射入，减少引起炉内气流飞边刮墙现象，保障锅炉运行安全。
附图说明
图1为本发明实施例煤粉燃烧器结构的轴向剖面示意图。
图中：1-中心风风管；2-一次风通道；3-内二次风通道；4-外二次风通道；5-外一次风通道；6-内一次风通道；7-煤粉浓淡分离装置；8-一次风通道隔板；9-内二次风旋流叶片；10-外一次风旋流叶片；11-内一次风旋流叶片；12-外一次风扩口；13-内二次风扩口；14-外二次风扩口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
如图1，为本发明的一次风浓淡分离多级旋流燃烧器，包括由内至外依次设置的中心风管1、一次风通道2、内二次风通道3和外二次风通道4；一次风通道2内设有煤粉浓淡分离装置7和一次风通道隔板8，一次风通道隔板8将一次风通道2分隔为内一次风通道6和外一次风通道5，煤粉浓淡分离装置7的浓侧正对内一次风通道6，煤粉浓淡分离装置7的淡侧正对外一次风通道5；内一次风通道6内设有内一次风旋流叶片11，外一次风通道5内设有外一次风旋流叶片10，外一次风旋流叶片10的旋流强度大于内一次风旋流叶片11；内二次风通道3内设有二次风旋流叶片9；外一次风通道5出口处设有外一次风扩口12，内二次风通道3出口处设有内二次风扩口13，外二次风通道4出口处设有外二次风扩口14。
在本发明的一个较优的实施例中，外一次风扩口12的角度为20～30°，内二次风扩口13的角度为20～30°，外二次风扩口14的角度为20～30°。
在本发明的一个较优的实施例中，外一次风扩口12、内二次风扩口13和外二次风扩口14的角度相等。
在本发明的一个较优的实施例中，外一次风扩口12、内二次风扩口13和外二次风扩口14的末端平齐。
在本发明的一个较优的实施例中，煤粉浓淡分离装置7为截面为三角形的圆环。优选地，煤粉浓淡分离装置7的扩锥角为15～30°。优选地，煤粉浓淡分离装置7的最大厚度与外一次风通道5的宽度之比为1：2。
在本发明的一个较优的实施例中，中心风管1与内一次风通道6的末端齐平。
在本发明的一个较优的实施例中，中心风管1、一次风通道2、内二次风通道3与外二次风通道4的直径之比为1：2：4：8。
本发明的工作原理及过程如下：
一次风携带煤粉由一次风通道2进入，经过煤粉浓淡分离装置7，大粒径煤粉颗粒由于惯性较大，在撞击煤粉浓淡分离装置7的过程中，被反弹至一次风通道2的轴心处富集，形成煤粉浓度较高的浓煤粉气流，与此同时，少量小粒径煤粉颗粒，由于惯性较弱，更容易跟随一次风气流使得这部分少量煤粉依然沿着气流流动方向流动，从而在靠近一次风通道2内壁附近形成煤粉浓度较低的淡煤粉气流包裹浓煤粉气流，并通过一次风通道2内的一次风通道隔板8将浓淡煤粉气流分隔，使其不再重新混合，内一次风通道6内的浓煤粉气流由内一次风旋流叶片11形成弱旋流由内一次风通道6喷出，在外一次风通道5内壁附近形成的淡煤粉气流沿着外一次风通道5并受到外一次风旋流叶片10作用，以强旋转流动的方式喷出，从而在高速旋转气流的中心处形成回流区，并通过外一次风扩口12、内二次风扩口13、外二次风扩口14，使得燃烧器出口区域的中心回流区范围明显增大，加大了一二次风之间的速度梯度和对气流的扰动，有利于煤粉的及时着火和稳定燃烧，也避免了中心回流区过大使得二次风气流形成“飞边”现象。与此同时，二次风由内二次风通道3与外二次风通道4分级进入，内二次风在内二次风旋流叶片9的作用下，通过内二次风通道3出口处高速旋流喷出，使得煤粉在还原性气氛下的停留时间延长，降低了NOx的生成水平。而外二次风以直流形式喷出，防止燃烧器附近区域会出现局部过热及刮墙现象，保障锅炉运行安全。
以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。
Claims (10)
1.一种一次风浓淡分离多级旋流燃烧器，其特征在于，包括由内至外依次设置的中心风管(1)、一次风通道(2)、内二次风通道(3)和外二次风通道(4)；一次风通道(2)内设有煤粉浓淡分离装置(7)和一次风通道隔板(8)，一次风通道隔板(8)将一次风通道(2)分隔为内一次风通道(6)和外一次风通道(5)，煤粉浓淡分离装置(7)的浓侧正对内一次风通道(6)，煤粉浓淡分离装置(7)的淡侧正对外一次风通道(5)；内一次风通道(6)内设有内一次风旋流叶片(11)，外一次风通道(5)内设有外一次风旋流叶片(10)，外一次风旋流叶片(10)的旋流强度大于内一次风旋流叶片(11)；内二次风通道(3)内设有二次风旋流叶片(9)；外一次风通道(5)出口处设有外一次风扩口(12)，内二次风通道(3)出口处设有内二次风扩口(13)，外二次风通道(4)出口处设有外二次风扩口(14)。
2.根据权利要求1所述的一次风浓淡分离多级旋流燃烧器，其特征在于，外一次风扩口(12)的角度为20～30°，内二次风扩口(13)的角度为20～30°，外二次风扩口(14)的角度为20～30°。
3.根据权利要求1所述的一次风浓淡分离多级旋流燃烧器，其特征在于，外一次风扩口(12)、内二次风扩口(13)和外二次风扩口(14)的角度相等。
4.根据权利要求1所述的一次风浓淡分离多级旋流燃烧器，其特征在于，外一次风扩口(12)、内二次风扩口(13)和外二次风扩口(14)的末端平齐。
5.根据权利要求1所述的一次风浓淡分离多级旋流燃烧器，其特征在于，煤粉浓淡分离装置(7)为截面为三角形的圆环。
6.根据权利要求5所述的一次风浓淡分离多级旋流燃烧器，其特征在于，煤粉浓淡分离装置(7)的扩锥角为15～30°。
7.根据权利要求5所述的一次风浓淡分离多级旋流燃烧器，其特征在于，煤粉浓淡分离装置(7)的最大厚度与外一次风通道(5)的宽度之比为1：2。
8.根据权利要求1所述的一次风浓淡分离多级旋流燃烧器，其特征在于，中心风管(1)与内一次风通道(6)的末端齐平。
9.根据权利要求1所述的一次风浓淡分离多级旋流燃烧器，其特征在于，中心风管(1)、一次风通道(2)、内二次风通道(3)与外二次风通道(4)的直径之比为1：2：4：8。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的一次风浓淡分离多级旋流燃烧器的工作方法，其特征在于，一次风携带煤粉由一次风通道(2)进入，经过煤粉浓淡分离装置(7)，大粒径煤粉颗粒在撞击煤粉浓淡分离装置(7)的过程中，被反弹至一次风通道(2)的轴心处富集，形成煤粉浓度较高的浓煤粉气流；少量小粒径煤粉颗粒在靠近一次风通道(2)内壁附近形成煤粉浓度较低的淡煤粉气流包裹浓煤粉气流，并通过一次风通道(2)内的一次风通道隔板(8)将浓淡煤粉气流分隔，使其不再重新混合；内一次风通道(6)内的浓煤粉气流由内一次风旋流叶片(11)形成弱旋流由内一次风通道(6)喷出，在外一次风通道(5)内壁附近形成的淡煤粉气流沿着外一次风通道(5)并受到外一次风旋流叶片(10)作用，以强旋转流动的方式喷出，从而在高速旋转气流的中心处形成回流区，并通过外一次风扩口(12)、内二次风扩口(13)和外二次风扩口(14)，使燃烧器出口区域的中心回流区范围增大；二次风由内二次风通道(3)与外二次风通道(4)分级进入，内二次风在内二次风旋流叶片(9)的作用下，通过内二次风通道(3)出口处高速旋流喷出。
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