CN115095855A - 难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器及其使用方法；其中，燃烧器包括一级壳体、二级壳体、三级壳体、煤粉输送装置、二次风送风结构、内三次风送风结构、外三次风送风结构和点火器；一级壳体、二级壳体、三级壳体的内部腔室分别为第一稳燃区、第二稳燃区、火焰调节区；煤粉输送装置包括煤粉输送外管、煤粉输送内管和浓淡调节装置；煤粉输送外管的出口端悬伸至一级壳体的内部，其外侧设有外层煤粉反射结构；煤粉输送内管的出口端悬伸至二级壳体的内部，其外侧设有内层煤粉反射结构；本申请可实现不同浓度的挥发份低的难燃煤粉快速着火，通过多个燃烧区域的设置，使煤粉充分燃烧、燃尽，有效降低排放的氮氧化物含量。
Description
技术领域
本申请涉及煤粉燃烧设备的技术领域，尤其是涉及一种难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器及其使用方法。
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的设备；近年来，随着分布式煤粉加工、运输、存储、燃烧和污染物净化技术的进步，室燃式煤粉工业锅炉得到长足的发展；同时工业锅炉启停频繁，负荷频繁调整及燃料来源广泛的特点，对煤粉工业锅炉所应用的燃烧器提出了快速着火和熄火、宽负荷调节比及适应各种燃料特性的要求。目前的工业锅炉燃烧器对于挥发份低的难燃煤粉，例如煤炭分质梯级利用的副产物兰炭，或者低挥发份的无烟煤，广泛存在着燃烧此类燃料式经常出现着火难、燃尽难、氮氧化物排放高的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，即为了解决挥发份低的难燃煤粉着火难、燃尽难、氮氧化物排放高的问题，本申请提供了一种难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器及其使用方法。
本申请的第一方面提供的一种难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器采用如下的技术方案：
一种难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，包括壳体、煤粉输送装置、二次风送风结构、内三次风送风结构、外三次风送风结构以及点火器；
所述壳体包括沿气流输出方向依次设置的一级壳体、二级壳体和三级壳体；所述一级壳体的入口端设置有上游密封板；所述三级壳体远离所述二级壳体的一端缩口设置；所述一级壳体的内部腔室为第一稳燃区；所述二级壳体的内部腔室为第二稳燃区；所述三级壳体的内部腔室为火焰调节区；
所述二次风送风结构、所述内三次风送风结构、所述外三次风送风结构沿煤粉输入方向依次套设所述壳体设置；所述二次风送风结构用于向所述一级壳体的内部输送旋流二次风；所述内三次风送风结构用于向所述二级壳体的内部输送旋流内三次风；所述外三次风送风结构用于向所述三级壳体的出口侧输送旋流外三次风；
所述煤粉输送装置包括煤粉输送外管、设置于所述煤粉输送外管内部的煤粉输送内管以及设置于所述煤粉输送内管入口侧的浓淡调节装置；
所述煤粉输送外管的出口端悬伸至所述一级壳体的内部，且其外侧设置有外层煤粉反射结构；所述煤粉输送内管的出口端悬伸至所述二级壳体的内部，且其外侧设置有内层煤粉反射结构。
通过采用上述技术方案，实现不同浓度的挥发份低的难燃煤粉快速着火，通过多个燃烧区域的设置，使煤粉充分燃烧、燃尽，有效降低排放的氮氧化物含量。
优选地，所述外层煤粉反射结构开设有第一凹槽；所述外层煤粉反射结构远离所述煤粉输送外管的一侧与所述二级壳体的入口侧平齐设置；
所述内层煤粉反射结构开设有第二凹槽；所述内层煤粉反射结构的迎风侧与所述三级壳体的入口侧平齐设置；
在工作状态下，经所述浓淡调节装置形成的第一浓度煤粉气流穿过所述煤粉输送内管与所述煤粉输送外管形成的环形通道，在所述第一凹槽的作用下逆喷输送至第一稳燃区，以与所述二次风送风结构输送的旋转二次风对冲；
经所述浓淡调节装置形成的第二浓度煤粉气流穿过所述煤粉输送内管，在所述第二凹槽的作用下逆喷输送至第二稳燃区，以与所述内三次风送风结构输送的旋转内三次风对冲；
经过第二稳燃区的旋转气流穿过火焰调节区后在所述内层煤粉反射结构的作用下在其下游形成嵌套稳燃区；并且与所述外三次风送风结构输送的旋转外三次风对冲，形成低速气流区。
通过采用上述技术方案，可以在第一稳燃区内实现第一浓度煤粉的迅速着火以及燃烧；在第二稳燃区内实现未燃尽的第一浓度煤粉的再次燃烧以及第二浓度煤粉的充分燃烧；在嵌套稳燃区，实现流出的处于中心位置的煤粉的充分燃烧；在低速气流区，实现流出的处于外侧位置的煤粉的充分燃烧；在从缩口的三级壳体出口流出的旋转外三次风的作用下，形成锥形燃烧路径，保证流出的煤粉充分燃烧，有效保证燃尽效果。
优选地，所述一级壳体的内壁敷设有耐火层。
通过采用上述技术方案，加强第一稳燃区的辐射和蓄热功能。
优选地，所述二次风送风结构包括二次风风筒、二次风导流板和二次风旋流叶片；
所述二次风风筒的外侧开设有二次风进风口；
所述二次风导流板的一端装设于所述二次风风筒，另一端远离所述上游密封板悬伸设置，以对流入的二次风导向；
所述二次风旋流叶片设置于所述一级壳体的端部与所述上游密封板之间，以将旋流二次风送至所述第一稳燃区的上游。
通过采用上述技术方案，可以与经外层煤粉反射结构逆喷的煤粉形成回流区，利于迅速着火，在对冲旋转气流中充分燃烧，提高燃烧效果。
优选地，所述内三次风送风结构包括内三次风风筒、内三次风导流板以及内三次风旋流叶片；
所述内三次风风筒的外侧开设有内三次风入口；
所述内三次风导流板的一端装设于所述内三次风风筒，另一端远离所述二级壳体悬伸设置，以对流入的三次风导向；
所述内三次风旋流叶片设置于所述内三次风导流板与所述一级壳体之间，以将旋流内三次风送至所述第一稳燃区的下游和所述第二稳燃区的上游；
所述内三次风旋流叶片的旋向与所述二次风旋流叶片的旋向一致设置。
通过采用上述技术方案，实现第一稳燃区流入的燃烧难挥发份的煤粉颗粒以及逆喷进入的煤粉的颗粒的持续升温以及充分燃烧。
优选地，所述外三次风送风结构包括外三次风风筒、外三次风导流板以及外三次风旋流叶片；
所述外三次风风筒的外侧开设有外三次风入口；
所述外三次风导流板的一端装设于所述外三次风风筒，另一端远离所述三级壳体悬伸设置，以对流入的外三次风导向；
所述外三次风风筒与所述二级壳体、所述三级壳体构成输送通道，所述外三次风旋流叶片设置于所述输送通道的出口，以将旋流外三次风送至所述火焰调节区的下游；
所述外三次风旋流叶片的旋向与所述内三次风旋流叶片的旋向相反设置。
通过采用上述技术方案，在外二次风旋流叶片的出口下游形成一个切向对冲的环形低速气流区，大颗粒的煤粉进入该区域后运行减缓，在继续加热中使煤粉颗粒里面的固定碳继续燃烧，有效降低最终飞灰中的残碳率。
优选地，所述煤粉浓淡调节装置包括第一锥形结构和第二锥形结构，所述第一锥形结构与所述第二锥形结构相背设置；
所述第一锥形结构的纵向轴线、所述第二锥形结构的纵向轴线与所述煤粉输送内管的纵向轴线一致设置；
所述第一浓度煤粉气流的煤粉浓度大于所述第二浓度煤粉气流的煤粉浓度；
所述二次风进风口输入的二次风的温度大于100℃。
通过采用上述技术方案，第二稳燃区内的煤粉可在来自第一稳燃区的高温烟气助燃下快速着火燃烧；同时第二稳燃区为第一稳燃区流出的浓度较高的煤粉气流升温，提高燃烧效果。
优选地，所述煤粉浓淡调节装置装设于所述煤粉输送外管的内壁，所述煤粉浓淡调节装置具有向内的环形凸起；
所述第一浓度煤粉气流的煤粉浓度小于所述第二浓度煤粉气流的煤粉浓度；
所述二次风进风口输入的二次风的温度小于100℃。
通过采用上述技术方案，第一稳燃区为第二稳燃区提供预热助燃作用，保证第二稳燃区内的煤粉充分燃烧。
优选地，所述内层煤粉反射结构在垂直于所述壳体上的长度大于所述外层煤粉反射结构在垂直于所述壳体上的长度。
通过采用上述技术方案，内层煤粉反射结构与穿过火焰调节区的旋流作用，在其下游形成位于中心位置的三级嵌套级稳燃区，进一步提高接触作用效果，保证燃尽率。
本申请的第二方面提供的一种难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器的使用方法采用如下的技术方案：
一种难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器的使用方法，该方法基于所述的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，包括以下步骤：
将难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器的出口与炉膛对接；
通过二次风送风结构、内三次风送风结构、外三次风送风结构分别送入对应的旋流二次风、旋流内三次风、旋流外三次风；
开启点火器，点燃燃料；
通过煤粉输送装置将一次风煤粉气流中的第一浓度煤粉气流输送至第一稳燃区，将一次风煤粉气流中的第二浓度煤粉气流输送至第二稳燃区；
其中，沿煤粉输送装置中的环形通道流动的第一浓度煤粉气流，在外层煤粉反射结构的作用下逆向流入第一稳燃区，正向逆向对冲的第一浓度煤粉气流与旋流的二次风形成第一回流区，以使逆喷的第一浓度煤粉迅速燃烧；
沿煤粉输送装置中的煤粉输送内管流动的第二浓度煤粉气流，在内层煤粉反射结构的作用下逆向流入第二稳燃区，正向逆向对冲的第二浓度煤粉气流与旋流的内三次风形成第二回流区，以使逆喷的第二浓度煤粉以及第一回流区流出的煤粉颗粒燃烧；
进入火焰调节区的旋转气流在内层煤粉反射结构的阻挡下形成嵌套稳燃区；
流出火焰调节区的旋转气流，与旋流的外三次风形成切向对冲的低速气流区；
在旋流气流作用下，嵌套稳燃区与低速气流区在预设位置旋转重叠，以使流出的煤粉充分燃烧。
通过采用上述技术方案，可快速实现不同负荷下难燃煤粉的着火、燃烧和燃尽，有效解决难燃煤粉在工业锅炉燃烧时存在的着火难，灰残碳率高以及燃尽难的问题。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过本申请第一方面公开的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，经过巧妙结构形成的第一稳燃区、第二稳燃区、火焰调节区进行着火和燃烧，可快速实现不同负荷下难燃煤粉的着火、燃烧和燃尽，有效解决难燃煤粉在工业锅炉燃烧时存在的着火难，灰残碳率高和着火难、燃尽难。
2.通过本申请公开的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器形成的第三回流区、第四回流区，以及第三壳体的缩口设置，实现嵌套稳燃以及对冲稳燃，有效减慢流出的大颗粒煤粉的旋流速度，通过中心的高温火焰有效保证其充分燃烧以及燃尽，大大降低灰残碳率。
3.二次风提供的助燃空气折算为外层煤粉反射结构送入的煤粉所需要的理论空气量的30%-80%，二次风和内三次风提供的助燃气体量总和为外层煤粉反射结构和内层煤粉反射结构送入的全部煤粉所需要的理论空气量的30%-80%，其余燃烧所需要的空气量由外三次风和炉膛中所涉及的燃尽风入口送入。所以在预燃室内一直处于是空气量不足的还原性状态，燃烧初期的NOX生成量得到有效控制。外三次风循环烟气的加入，同时由于出口火焰的加速拉长火焰在炉膛内的分布，也将有效控制燃尽时期的NOX生成量，本申请的难燃煤粉逆喷对冲旋流燃烧器生成量不超过250mg/m3。
4.二次风导流板和内三次风导流板，使得二次风和内三次风流经一级壳体外表面的速度不小于30m/s，可快速带走第一稳燃区经对流和辐射使一级壳体温度升高的热量，使得一级壳体金属温度不超过300℃。外三次风导流板使得外二次风二级壳体外表面的速度不小于40m/s，同理使得二级壳体金属温度不超过500℃，可保持燃烧器在较长时间内的安全运行。
附图说明
图1是本申请中的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器的剖视图。
图2是本申请中的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器的原理示意图。
图3是图2中的低速气流区的示意图。
图4是图2的煤粉颗粒分布示意图。
图5是图1中的内三次风旋流叶片的立体结构示意图。
图6是图1中的外三次风旋流叶片的立体结构示意图。
图7是本申请中的煤粉浓淡调节器的另一种实施例示意图。
附图标记说明：110、一级壳体；120、二级壳体；130、三级壳体；140、上游密封板；10、第一稳燃区；20、第二稳燃区；30、火焰调节区；40、嵌套稳燃区；50、低速气流区；210、煤粉输送外管；220、煤粉输送内管；230、浓淡调节装置；240、外层煤粉反射结构；241、第一凹槽；250、内层煤粉反射结构；251、第二凹槽；310、二次风风筒；311、二次风进风口；320、二次风导流板；330、二次风旋流叶片；410、内三次风风筒；411、内三次风入口；420、内三次风导流板；430、内三次风旋流叶片；510、外三次风风筒；511、外三次风入口；520、外三次风导流板；530、外三次风旋流叶片；600、点火器。
具体实施方式
以下结合附图1至附图7对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器及其使用方法。
参照图1和图2，本申请的第一方面公开了一种难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，包括壳体、煤粉输送装置、二次风送风结构、内三次风送风结构、外三次风送风结构以及点火器600。
壳体包括沿气流输出方向依次设置的一级壳体110、二级壳体120和三级壳体130；其中，一级壳体110的入口端设置有上游密封板140，一级壳体110的内部腔室为第一稳燃区10；二级壳体120的内部腔室为第二稳燃区20；三级壳体130的下游敞开以便和炉膛相连；具体地，三级壳体130的内部腔室围成出口处的火焰调节区30，三级壳体130远离二级壳体120的一端缩口设置，出口的锥形缩口可以拉长火焰，即使火焰离开火焰调节区30后逐渐被加速，拉长燃烧器进入炉膛后的火焰，有利于降低高温区的分布，即可以有效降低煤粉燃烧过程中污染物NOX的生成。
点火器600设置于上游密封板140；点火器600采用液体或者气体燃料，点火火焰长度可同时点燃第一稳燃区10和和第二稳燃区20内的煤粉。
二次风送风结构、内三次风送风结构、外三次风送风结构沿煤粉输入方向依次套设于壳体的外侧设置。
二次风送风结构用于向一级壳体110的内部输送旋流二次风；二次风送风结构包括二次风风筒310、二次风导流板320和二次风旋流叶片330；二次风风筒310围成二次风的流动通道，二次风风筒310的外侧开设有二次风进风口311。
二次风导流板320的一端装设于二次风风筒310，另一端远离上游密封板140悬伸设置，以对流入的二次风导向。
二次风旋流叶片330设置于一级壳体110的端部与上游密封板140之间，以将旋流二次风送至第一稳燃区10的上游。
内三次风送风结构用于向二级壳体120的内部输送旋流内三次风；所述内三次风送风结构包括内三次风风筒410、内三次风导流板420以及内三次风旋流叶片430；内三次风风筒410围成内三次风的流动通道；内三次风风筒410的外侧开设有内三次风入口411。
内三次风导流板420的一端装设于内三次风风筒410，另一端远离二级壳体120悬伸设置，以对流入的三次风导向。
内三次风旋流叶片430设置于内三次风导流板420与一级壳体110之间，以将旋流内三次风送至第一稳燃区10的下游和第二稳燃区20的上游；内三次风旋流叶片430的旋向与二次风旋流叶片330的旋向一致设置。
外三次风送风结构用于向三级壳体130的出口侧输送旋流外三次风；所述外三次风送风结构包括外三次风风筒510、外三次风导流板520以及外三次风旋流叶片530；外三次风风筒510围成外三次风的流动通道，外三次风风筒510的外侧开设有外三次风入口511。
外三次风导流板520的一端装设于外三次风风筒510，另一端远离三级壳体130悬伸设置，以对流入的外三次风导向。
外三次风风筒510与二级壳体120、三级壳体130构成输送通道，外三次风旋流叶片530设置于输送通道的出口，以旋流外三次风至火焰调节区30的下游；外三次风旋流叶片530的旋向与内三次风旋流叶片430的旋向相反设置。
具体地，二次风导流板320、内三次风导流板420、外三次风导流板520的对应悬伸设置，是为了让进入对应风筒的流体先冷却壁面，同时流体升温后再进入燃烧区域助燃煤粉燃烧。由于二次风旋流叶片330位于一级壳体110的上游，所以二次风导流板320需要引导二次风去冷却一级壳体110位于二次风流经部分，再通过二次风旋流叶片330，因此二次风导流板320设置在二次风风筒310上，保证二次风流经一级壳体110的壁面，而非直接被引到二次风旋流叶片330的入口。
具体地，内三次风旋流叶片430位于要冷却的一级壳体110的下游位置，所以内三次风导流板420要引导内三次风冷却一级壳体110位于内三次风的流经部分，所以内三次风导流板420设置在右侧壁面，使得内三次风先去冷却一级壳体110的壁面，再进入内三次风旋流叶片430。
外三次风导流板520的设置位置也是位于右侧壁，也是引到外三次风先流经并冷却二级壳体120后，再经过外二次风旋流叶片330进入。
进一步地，二次风导流板320的右悬伸端与二次风进风口311的右侧构成的通道的尺寸要使得二次风设计最小风量时流经通道的速度不小于30 m/s。内三次风导流板420的左悬伸端与二次风进风口311的侧壁构成的通道的尺寸、外三次风导流板520的左悬伸端与内三次风入口411的侧壁构成的通道的尺寸使得内三次风和外三次风设计最小风量时流经通道的速度不小于40 m/s。
煤粉输送装置包括煤粉输送外管210、设置于煤粉输送外管210内部的煤粉输送内管220以及设置于煤粉输送内管220入口侧的浓淡调节装置230，以将煤粉和输送煤粉的一次风气流输入进壳体中。
煤粉输送外管210的出口端悬伸至一级壳体110的内部，入口端设置于壳体的外侧；煤粉输送内管220的出口端悬伸至二级壳体120的内部，入口端也设置于壳体的外侧。
煤粉输送外管210的出口端外侧设置有外层煤粉反射结构240；外层煤粉反射结构240开设有第一凹槽241；外层煤粉反射结构240远离煤粉输送外管210的一侧与二级壳体120的入口侧平齐设置。
煤粉输送内管220的出口端外侧设置有内层煤粉反射结构250，内层煤粉反射结构250开设有第二凹槽251；内层煤粉反射结构250的迎风侧与三级壳体130的入口侧平齐设置。
其中，内层煤粉反射结构250在垂直于壳体上的长度大于外层煤粉反射结构240在垂直于壳体上的长度；内层煤粉反射结构250与穿过火焰调节区30的旋流作用，在其下游形成位于中心位置的嵌套稳燃区40，进一步提高接触作用效果，保证燃尽率。
浓淡调节装置230用于将煤粉和一次风分成两部分，一部分从煤粉输送内管220和煤粉输送外管210之间的环形通道流出，经外层煤粉外层煤粉反射结构240改变运动方向折返180°后流入一级壳体110的内部，反向喷射的外层煤粉和经二次风送风结构送入的旋流二次风形成一个回流区，在回流区内逆喷的直流高浓度煤粉在回流高温烟气的作用下迅速着火，保证在区域的稳燃。
另一部分的煤粉和一次风在煤粉输送内管220流动，在出口端经内层煤粉反射结构250改变运动方向折返180°后流入二级壳体120的内部，从第一稳燃区10旋转着流出的高温烟气与从内三次风送风结构流入的新鲜助燃空气混合，在旋流气体和逆喷气流的共同作用下，形成回流区，即第二稳燃区20，新进入的煤粉在第二稳燃区20内被加热和点燃，而从第一稳燃区10流入的燃烧了部分挥发份的煤粉颗粒在第二稳燃区20继续升温和燃烧。
由于第一稳燃区10和第二稳燃区20的存在，使得煤粉和一次风气流在流经煤粉输送外管210和煤粉输送内管220时，被稳燃区的高温辐射加热，被预热到100℃-200℃，有利于煤粉颗粒的着火。
二次风导流板320和内三次风导流板420，使得二次风和内三次风流经一级壳体110外表面的速度不小于30m/s，可快速带走第一稳燃区10经对流和辐射使一级壳体110温度升高的热量，使得一级壳体110金属温度不超过300℃。外三次风导流板520使得外二次风流经二级壳体120外表面的速度不小于40m/s，同理使得一级壳体110金属温度不超过500℃。可保持燃烧器在较长时间内的安全运行。
二次风提供的助燃空气折算为外层煤粉反射结构240送入的煤粉所需要的理论空气量的30%-80%，二次风和内三次风提供的助燃气体量总和为外层煤粉反射结构240和内层煤粉反射结构250送入的全部煤粉所需要的理论空气量的30%-80%，其余燃烧所需要的空气量由外三次风和炉膛中所涉及的燃尽风入口送入。所以在预燃室内一直处于是空气量不足的还原性状态，燃烧初期的NOx生成量得到有效控制；外三次风循环烟气的加入，同时由于出口火焰的加速拉长火焰在炉膛内的分布，也将有效控制燃尽时期的NOX生成量，本申请的难燃煤粉逆喷对冲旋流燃烧器生成量不超过。
进一步地，一级壳体110的内壁敷设有耐火层，以加强第一稳燃区10的辐射和蓄热功能。
优选地，耐火层的厚度为5cm-10cm。
优选地，一级壳体110的侧壁与纵向轴线的夹角为3°-15°，利于在第一稳燃区中稳燃，利于回流的产生，便于容纳燃烧后产生的膨胀气体。
优选地，二级壳体120的侧壁与纵向轴线的夹角为3°-15°，利于在第二稳燃区中稳燃，利于回流的产生，用于将第一稳燃区中未燃尽的浓度较高的煤粉进行二次燃烧，将从内管出来的浓度较低的煤粉进行较为充分的燃烧；喇叭口的设置，便于容纳燃烧后产生的膨胀气体。
进一步地，第一稳燃区的纵向长度大于第二稳燃区的纵向长度，即处于第一壳体内部的内管段的长度大于处于第二壳体内部的内管段的长度；因为第一稳燃区是决定难燃煤着火的关键阶段；第一稳燃区的长度相较第二稳燃区20要长一些的设置，首先使得煤粉颗粒在煤粉输送外管210和煤粉输送内管220之间的环形通道内就有较长时间接受第一稳燃区10的辐射而预热，其次可以增加进入第一稳燃区的煤粉颗粒从逆向到跟随二次风流向第二稳燃区20的停留时间，其次可以增加第一稳燃区10内回流区的尺寸。
进一步地，一级壳体110的纵向长度L1大于二级壳体120的纵向长度L2大于三级壳体130的纵向长度L3。
优选地，L1：L2：L3=1:（0.5-0.8）:（0.1-0.5）。
其中，三级壳体130与纵向轴线的夹角范围0°-15°，最优值为10°。
本申请公开的难燃煤粉逆喷对冲旋流燃烧器可实现煤粉的浓淡分离和逆向喷射，多级煤粉稳燃区着火，有利于挥发份低及发热量低的难燃煤粉的着火、稳燃和燃尽。燃烧所需要的气体分一次风、二次风、内三次风和外三次风分级配入，同时还可以在外三次风中加入循环烟气，保证输出的煤粉的充分燃烧。
进一步地，一级壳体110、二级壳体120、三级壳体130均为空心锥台结构；一级壳体110的出口端大于入口端的内径；二级壳体120的入口端的内径大于一级壳体110入口端的内径，二级壳体120的出口端大于其入口端的内径；三级壳体130的出口端小于其入口端的内径，即呈缩口设置。
三级壳体130的出口内径大于内层煤粉反射结构250的外径。
进一步地，参照图3和图4，在工作状态下，经浓淡调节装置230形成的第一浓度煤粉气流穿过煤粉输送内管220与煤粉输送外管210形成的环形通道，在第一凹槽241的作用下逆喷输送至第一稳燃区10，以与二次风送风结构输送的旋转二次风对冲。
经浓淡调节装置230形成的第二浓度煤粉气流穿过所述煤粉输送内管220，在第二凹槽251的作用下逆喷输送至第二稳燃区20，以与内三次风送风结构输送的旋转内三次风对冲。
经过第二稳燃区20的旋转气流穿过火焰调节区30后在内层煤粉反射结构250的作用下在其下游形成嵌套稳燃区40；并且与外三次风送风结构输送的旋转外三次风对冲，形成低速气流区50。
通过采用上述技术方案，可以在第一稳燃区10内实现第一浓度煤粉的迅速着火以及燃烧；在第二稳燃区20内实现未燃尽的第一浓度煤粉的再次燃烧以及第二浓度煤粉的充分燃烧；在嵌套稳燃区40，实现流出的处于中心位置的煤粉的充分燃烧；在低速气流区50，实现流出的处于外侧位置的煤粉的充分燃烧；在从缩口的三级壳体130出口流出的旋转外三次风的作用下，形成锥形燃烧路径，保证流出的煤粉充分燃烧，有效保证燃尽效果。
本申请实施例一种难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器的实施原理为：在工作状态下，经浓淡调节装置230形成的第一浓度煤粉气流穿过煤粉输送内管220与煤粉输送外管210形成的环形通道，在第一凹槽241的作用下逆喷输送至第一稳燃区10，以与二次风送风结构输送的旋转二次风对冲。
经浓淡调节装置230形成的第二浓度煤粉气流穿过煤粉输送内管220，在第二凹槽251的作用下逆喷输送至第二稳燃区20，以与内三次风送风结构输送的旋转内三次风对冲。
经过第二稳燃区20的旋转气流穿过火焰调节区30后在内层煤粉反射结构250的作用下在其下游形成嵌套稳燃区40；并且与外三次风送风结构输送的旋转外三次风对冲，形成低速气流区50。
本申请公开的方案，在第一稳燃区10内实现第一浓度煤粉的迅速着火以及燃烧；在第二稳燃区20内实现未燃尽的第一浓度煤粉的再次燃烧以及第二浓度煤粉的充分燃烧；在嵌套稳燃区40，流出的处于中心位置的煤粉在局部对冲旋流作用下进一步燃烧；在低速气流区50，流出的处于外侧位置的煤粉在局部对冲旋流作用下进一步燃烧；嵌套稳燃区40中的未燃尽的煤粉以及低速气流区50中未燃尽的煤粉，在从缩口的三级壳体130出口流出的旋转外三次风的作用下，形成锥形燃烧路径，保证流出的煤粉充分燃烧，有效保证燃尽效果。
参照图5和图6，在本实施中，外三次风旋流叶片530和内三次风旋流叶片430的旋向相反设置。具体地，二次风旋流叶片330和内三次风旋流叶片430使二次风气流和内三次风气流产生同向的旋流，而外二次风旋流叶片330使外三次风气流和内二次风的旋转方向相反。例如，顺着煤粉气流流入的方向看，二次风旋流叶片330和内三次风旋流叶片430使得二次风和内三次风都向顺时针方向旋转，而外二次风旋流叶片330使得外二次风逆时针旋转。或者二次风旋流叶片330和内三次风旋流叶片430使得二次风和内三次风都向逆时针方向旋转，而外二次风旋流叶片330使得外二次风顺时针旋转。
实施例一
在本申请的第一种实施例中，二次风进风口311输入的二次风的温度大于100℃，第一稳燃区10具有良好的着火条件。煤粉浓淡调节装置230包括第一锥形结构和第二锥形结构，第一锥形结构与第二锥形结构相背设置；第一锥形结构的纵向轴线、第二锥形结构的纵向轴线与煤粉输送内管220的纵向轴线一致设置；即该实施例中，煤粉浓淡调节装置230为中间大，两头小的梭形。
第一浓度煤粉气流的煤粉浓度大于第二浓度煤粉气流的煤粉浓度，即在本实施例中，第一浓度煤粉气流为浓煤粉气流，第二浓度煤粉气流为淡煤粉气流。
经外层煤粉反射结构240流入第一稳燃区10的相对较浓的煤粉气流，高温助燃烟气和逆喷和旋流组成的回流区内稳定着火，生成高温烟气流入第二稳燃区20。经过内层煤粉反射结构250的相对淡煤粉气流，在第二稳燃区20内和来自第一稳燃区10的高温烟气助燃下着火燃烧。此时，第二稳燃区20具有为第一稳燃区10的煤粉的烟气进一步升温的作用，提高燃烧效果。
经过两级稳燃区的着火和加热之后，约1000℃的高温烟气夹带部分燃烧的煤粉流入火焰调节区30，燃烧器的三级壳体130是入口大出口小的锥形设置，使得火焰离开火焰调节区30时逐渐被加速，拉长燃烧器进入炉膛后的火焰。
离开火焰调节区30的火焰具有一定的旋流，内层煤粉反射结构250形状为非流线型钝体，在非流线型钝体和旋流的共同作用下，在内层煤粉反射结构250下游形成嵌套稳燃区40（即三级嵌套稳燃区）。
煤粉颗粒经过第一稳燃区10和第二稳燃区20的旋流气流后，粒度较大的煤粉颗粒在离心力的作用下燃烧器的三级壳体130的壁面附近积聚。由于外三次风和内三次风的旋流方向相反，在外三次风旋流叶片530出口下游出现由顺时针旋流的气流和逆时针旋流的气流形成的一个切向对冲的环形的低速气流区50（即第四级低速气流区）。大颗粒的煤粉进入低速气流区50停留一段时间继续加热，煤粉颗粒里面的固定碳继续燃烧，可降低最终飞灰中的残碳率。
在一些情况下，外三次风还可以配入一定的循环烟气，从锅炉尾部和引风机之间的烟道上抽取一定的循环烟气，使得外二次风的氧含量控制在10%-21%之间，可很好的控制燃烧过程中NOx的生成。
实施例二
参照图7，在本申请的第二种实施例中，二次风进风口311输入的二次风的温度小于100℃；煤粉浓淡调节装置230装设于煤粉输送外管210的内壁，煤粉浓淡调节装置230具有向内的环形凸起，即其截面近似于三角形的固体。
第一浓度煤粉气流的煤粉浓度小于第二浓度煤粉气流的煤粉浓度，即在本实施例中，第一浓度煤粉气流为淡煤粉气流，第二浓度煤粉气流为浓煤粉气流，即通过该实施例，使得煤粉气流的通道为文丘里形，经过该装置后，气流中心煤粉浓，外圈煤粉淡。
经外层煤粉反射结构240流入第一稳燃区10的相对较淡的煤粉气流，仍可以在逆喷和旋流组成的回流区内稳定着火，生成高温烟气流入第二稳燃区20。经过内层煤粉反射结构250的相对浓煤粉气流，在第二稳燃区20内和来自第一稳燃区10的高温烟气助燃的优越条件下迅速着火燃烧。此时，第一稳燃区10具有为第二稳燃区20的预热助燃气体的作用，以保证第二稳燃区20内的煤粉充分燃烧。
本申请的第二方面提供了一种难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器的使用方法，该方法基于所述的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，包括以下步骤：
将难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器的出口与炉膛对接。
启动燃烧器所连接锅炉的鼓风机和引风机，从燃烧器中配入的空气按照比例通过二次风送风结构、内三次风送风结构、外三次风送风结构分别送入对应的旋流二次风、旋流内三次风、旋流外三次风；其中，二次风提供的助燃空气折算为外层煤粉反射结构送入的煤粉所需要的理论空气量的30%-80%。二次风和内三次风提供的助燃气体量总和不超过的全部煤粉所需要的理论空气量的30%-80%。其余燃烧所需要的空气量由外三次风和炉膛中所设的燃尽风入口送入。
开启点火器，将液体或者气体点燃。
通过煤粉输送装置将一次风煤粉气流中的第一浓度煤粉气流输送至第一稳燃区，将一次风煤粉气流中的第二浓度煤粉气流输送至第二稳燃区。
其中，沿煤粉输送装置中的环形通道流动的第一浓度煤粉气流，在外层煤粉反射结构的作用下逆向流入第一稳燃区，正向逆向对冲的第一浓度煤粉气流与旋流的二次风形成第一回流区，以使逆喷的第一浓度煤粉迅速燃烧；
沿煤粉输送装置中的煤粉输送内管流动的第二浓度煤粉气流，在内层煤粉反射结构的作用下逆向流入第二稳燃区，正向逆向对冲的第二浓度煤粉气流与旋流的内三次风形成第二回流区，以使逆喷的第二浓度煤粉以及第一回流区流出的煤粉颗粒燃烧；
进入火焰调节区的旋转气流在内层煤粉反射结构的阻挡下形成嵌套稳燃区；
流出火焰调节区的旋转气流，与旋流的外三次风形成切向对冲的低速气流区；
在旋流气流作用下，嵌套稳燃区与低速气流区在预设位置旋转重叠，以使流出的煤粉充分燃烧。
为了控制NOX生成量，必要时还可以在外三次风中配入循环烟气，从锅炉尾部和引风机之间的烟道上抽取一定的循环烟气，使得外三次风的氧含量控制在10%-21%之间。
在锅炉升高负荷负荷调整的过程中，保持空气的配风比例不变，首先增加鼓风机的频率或阀门增加空气量。大约1-2分钟后，增加煤粉的供应量，最后增加引风机的频率或阀门，使得炉膛尾部的氧含量保持在2%-6%，炉膛出口压力保持在-20pa至-500pa之间。反复多次增加空气供应量和煤粉供应量直到锅炉出力提高至目标负荷。
在锅炉升高负荷负荷调整的过程中，保持空气的配风比例不变，首先降低煤粉的供应量。大约1-2分钟后，降低鼓风机的频率或阀门，最后降低引风机的频率或阀门，使得炉膛尾部的氧含量保持在2%-6%，炉膛出口压力保持在-20pa至-500pa之间。反复多次降低空气供应量和煤粉供应量直到锅炉出力降低至目标负荷。
停止燃烧器工作时，首先切断煤粉的供应量。在保持空气配风比例和配风量持续吹扫一定时间，燃烧器和炉膛温度降低到可接受的数值后停止配风的供给
通过本方法，可快速实现不同负荷下难燃煤粉的着火、燃烧和燃尽，有效解决难燃煤粉在工业锅炉燃烧时存在的着火难，灰残碳率高以及燃尽难的问题。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，其特征在于：包括壳体、煤粉输送装置、二次风送风结构、内三次风送风结构、外三次风送风结构以及点火器(600)；
所述壳体包括沿气流输出方向依次设置的一级壳体(110)、二级壳体(120)和三级壳体(130)；所述一级壳体(110)的入口端设置有上游密封板(140)；所述三级壳体(130)远离所述二级壳体(120)的一端缩口设置；所述一级壳体(110)的内部腔室为第一稳燃区(10)；所述二级壳体(120)的内部腔室为第二稳燃区(20)；所述三级壳体(130)的内部腔室为火焰调节区(30)；
所述二次风送风结构、所述内三次风送风结构、所述外三次风送风结构沿煤粉输入方向依次套设所述壳体设置；所述二次风送风结构用于向所述一级壳体(110)的内部输送旋流二次风；所述内三次风送风结构用于向所述二级壳体(120)的内部输送旋流内三次风；所述外三次风送风结构用于向所述三级壳体(130)的出口侧输送旋流外三次风；
所述煤粉输送装置包括煤粉输送外管(210)、设置于所述煤粉输送外管(210)内部的煤粉输送内管(220)以及设置于所述煤粉输送内管(220)入口侧的浓淡调节装置(230)；
所述煤粉输送外管(210)的出口端悬伸至所述一级壳体(110)的内部，且其外侧设置有外层煤粉反射结构(240)；所述煤粉输送内管(220)的出口端悬伸至所述二级壳体(120)的内部，且其外侧设置有内层煤粉反射结构(250)。
2.根据权利要求1所述的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，其特征在于：所述外层煤粉反射结构(240)开设有第一凹槽(241)；所述外层煤粉反射结构(240)远离所述煤粉输送外管(210)的一侧与所述二级壳体(120)的入口侧平齐设置；
所述内层煤粉反射结构(250)开设有第二凹槽(251)；所述内层煤粉反射结构(250)的迎风侧与所述三级壳体(130)的入口侧平齐设置；
在工作状态下，经所述浓淡调节装置(230)形成的第一浓度煤粉气流穿过所述煤粉输送内管(220)与所述煤粉输送外管(210)形成的环形通道，在所述第一凹槽(241)的作用下逆喷输送至第一稳燃区(10)，以与所述二次风送风结构输送的旋转二次风对冲；
经所述浓淡调节装置(230)形成的第二浓度煤粉气流穿过所述煤粉输送内管(220)，在所述第二凹槽(251)的作用下逆喷输送至第二稳燃区(20)，以与所述内三次风送风结构输送的旋转内三次风对冲；
经过第二稳燃区(20)的旋转气流穿过火焰调节区(30)后在所述内层煤粉反射结构(250)的作用下在其下游形成嵌套稳燃区(40)；并且与所述外三次风送风结构输送的旋转外三次风对冲，形成低速气流区(50)。
3.根据权利要求1所述的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，其特征在于：所述一级壳体(110)的内壁敷设有耐火层。
4.根据权利要求1所述的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，其特征在于：所述二次风送风结构包括二次风风筒(310)、二次风导流板(320)和二次风旋流叶片(330)；
所述二次风风筒(310)的外侧开设有二次风进风口(311)；
所述二次风导流板(320)的一端装设于所述二次风风筒(310)，另一端远离所述上游密封板(140)悬伸设置，以对流入的二次风导向；
所述二次风旋流叶片(330)设置于所述一级壳体(110)的端部与所述上游密封板(140)之间，以将旋流二次风送至所述第一稳燃区(10)的上游。
5.根据权利要求4所述的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，其特征在于：所述内三次风送风结构包括内三次风风筒(410)、内三次风导流板(420)以及内三次风旋流叶片(430)；
所述内三次风风筒(410)的外侧开设有内三次风入口(411)；
所述内三次风导流板(420)的一端装设于所述内三次风风筒(410)，另一端远离所述二级壳体(120)悬伸设置，以对流入的三次风导向；
所述内三次风旋流叶片(430)设置于所述内三次风导流板(420)与所述一级壳体(110)之间，以将旋流内三次风送至所述第一稳燃区(10)的下游和所述第二稳燃区(20)的上游；
所述内三次风旋流叶片(430)的旋向与所述二次风旋流叶片(330)的旋向一致设置。
6.根据权利要求5所述的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，其特征在于：所述外三次风送风结构包括外三次风风筒(510)、外三次风导流板(520)以及外三次风旋流叶片(530)；
所述外三次风风筒(510)的外侧开设有外三次风入口(511)；
所述外三次风导流板(520)的一端装设于所述外三次风风筒(510)，另一端远离所述三级壳体(130)悬伸设置，以对流入的外三次风导向；
所述外三次风风筒(510)与所述二级壳体(120)、所述三级壳体(130)构成输送通道，所述外三次风旋流叶片(530)设置于所述输送通道的出口，以将旋流外三次风送至所述火焰调节区(30)的下游；
所述外三次风旋流叶片(530)的旋向与所述内三次风旋流叶片(430)的旋向相反设置。
7.根据权利要求4所述的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，其特征在于：所述煤粉浓淡调节装置(230)包括第一锥形结构和第二锥形结构，所述第一锥形结构与所述第二锥形结构相背设置；
所述第一锥形结构的纵向轴线、所述第二锥形结构的纵向轴线与所述煤粉输送内管(220)的纵向轴线一致设置；
所述第一浓度煤粉气流的煤粉浓度大于所述第二浓度煤粉气流的煤粉浓度；
所述二次风进风口(311)输入的二次风的温度大于100℃。
8.根据权利要求4所述的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，其特征在于：所述煤粉浓淡调节装置(230)装设于所述煤粉输送外管(210)的内壁，所述煤粉浓淡调节装置(230)具有向内的环形凸起；
所述第一浓度煤粉气流的煤粉浓度小于所述第二浓度煤粉气流的煤粉浓度；
所述二次风进风口(311)输入的二次风的温度小于100℃。
9.根据权利要求1所述的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，其特征在于：所述内层煤粉反射结构(250)在垂直于所述壳体上的长度大于所述外层煤粉反射结构(240)在垂直于所述壳体上的长度。
10.一种难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器的使用方法，其特征在于：该方法基于权利要求1-9中任一项所述的难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器，包括以下步骤：
将难燃煤粉两级逆喷对冲旋流燃烧器的出口与炉膛对接；
通过二次风送风结构、内三次风送风结构、外三次风送风结构分别送入对应的旋流二次风、旋流内三次风、旋流外三次风；
开启点火器(600)，点燃燃料；
通过煤粉输送装置将一次风煤粉气流中的第一浓度煤粉气流输送至第一稳燃区(10)，将一次风煤粉气流中的第二浓度煤粉气流输送至第二稳燃区(20)；
其中，沿煤粉输送装置中的环形通道流动的第一浓度煤粉气流，在外层煤粉反射结构(240)的作用下逆向流入第一稳燃区(10)，正向逆向对冲的第一浓度煤粉气流与旋流的二次风形成第一回流区，以使逆喷的第一浓度煤粉迅速燃烧；
沿煤粉输送装置中的煤粉输送内管(220)流动的第二浓度煤粉气流，在内层煤粉反射结构(250)的作用下逆向流入第二稳燃区(20)，正向逆向对冲的第二浓度煤粉气流与旋流的内三次风形成第二回流区，以使逆喷的第二浓度煤粉以及第一回流区流出的煤粉颗粒燃烧；
进入火焰调节区(30)的旋转气流在内层煤粉反射结构(250)的阻挡下形成嵌套稳燃区(40)；
流出火焰调节区(30)的旋转气流，与旋流的外三次风形成切向对冲的低速气流区(50)；
在旋流气流作用下，嵌套稳燃区(40)与低速气流区(50)在预设位置旋转重叠，以使流出的煤粉充分燃烧。
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