CN1687640A - 外旋流内直流主燃烧器装置 - Google Patents

Abstract

本发明的外旋流内直流主燃烧器装置，属于锅炉设备的燃烧器领域；其目的在于既具有能产生回流区，卷吸高温烟气强化着火和稳燃的特性；也具有射流刚性强，煤粉气流穿透度大的特性。本发明的一种装置，主一次风煤粉气流管和导管之间均匀布置导流叶片，导管内径为主一次风煤粉气流管直径的0.5－0.7倍。本发明的另一种装置，主一次风煤粉气流管内腔均匀布置导流叶片，导流叶片径向高度为主一次风煤粉气流管半径的0.1－0.5倍。本发明通过改变导流叶片的相对角度、数量、长度或高度和导管长度、横截面积来改变旋流强度和旋流量大小，以适应不同燃料的燃烧特性，保证锅炉燃烧稳定性和经济性；结构简单，易于制造和安装，适用于煤粉和燃气燃烧炉。

Description

外旋流内直流主燃烧器装置

技术领域

本发明属于锅炉设备的燃烧器领域，适用于煤粉燃烧炉。

背景技术

锅炉作为燃烧设备在各行各业中有着非常广泛的应用。燃烧器是锅炉设备取得良好燃烧效果的主要设备，对锅炉的安全运行和经济效益起着非常重要的作用，它通过煤粉浓淡技术、分级燃烧技术等合理组织炉内空气动力场，得到合理的煤粉在着火区浓度分布、颗粒的停留时间及着火距离，以获得良好的着火特性、低负荷稳燃特性和运行经济性。在过去几十年里，科学家和工程技术人员研制成功了不同的燃烧器，煤粉燃烧器大体可分为直流燃烧器和旋流燃烧器两类。

1.直流燃烧器

清华大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、西安交通大学以及吉林省电力科学研究院先后研制成功了煤粉船型稳燃器、双通道煤粉燃烧器、水平浓缩煤粉燃烧器、水平浓淡风煤粉燃烧器、径向浓淡旋流煤粉燃烧器、钝体及开缝钝体燃烧器、稳燃腔煤粉燃烧器、四通道浓淡分流煤粉燃烧器、新型三功能煤粉锅炉燃烧器，多通道强稳燃浓淡煤粉燃烧器。国外的新型燃烧器有B&W的DS燃烧器，三菱公司的PM燃烧器，CE公司的WR燃烧器，IHI的内部分隔型WR燃烧器，IHI-DF双调风燃烧器，新型煤粉燃烧低NOx A-PM燃烧器。这些直流燃烧器通过采用分流和绕流的技术，改变煤粉气流的流动方式，加强煤粉气流对高温烟气的卷吸，强化煤粉气流着火和燃烧。

2.旋流燃烧器

旋流燃烧器合理组织一二次风进入锅炉炉内的形式和配比，一次风煤粉气流以直流或者旋流的形式进入炉内，二次风则部分或全部以旋流形式进入炉膛；产生和调节旋流的装置有蜗壳、切向可动叶片和轴向可动叶片。利用合理的旋流强度加强卷吸高温烟气加热煤粉气流，延长部分煤粉颗粒在着火区的停留时间以强化其着火；利用煤粉浓淡技术让较浓的煤粉气流有良好的着火特性、增加燃烧的稳定性；利用分级燃烧技术合理组织炉内配风，将二次风沿煤粉气流行程逐步加入，既能合理提供煤粉燃烧过程中所需的氧气，同时能够大量降低NOx排放(秦裕琨等，旋流煤粉燃烧技术的发展，热能动力工程，第12卷(4)，1997年7月)。因为以上优点，旋流燃烧器得到了广泛的应用。

旋流燃烧器的分类方法较多，根据二次风的供入方式及一次风粉气流煤粉浓度的不同可分为三类：普通型、分级燃烧型、浓缩型。

普通型旋流燃烧器是指二次风通过燃烧器集中送入炉内，一次风粉气流没有浓缩的旋流燃烧器，具备此特征的有：双蜗壳旋流煤粉燃烧器、单蜗壳-扩锥型燃烧器、切向可动叶片燃烧器、轴向可动叶轮燃烧器、轴向叶轮-蜗壳型燃烧器、旋流预燃室燃烧器、管式旋流煤粉燃烧器。

分级燃烧型旋流燃烧器是指二次风通过燃烧器分两级(层)或两级(层)以上送入炉内，一次风粉气流没有浓缩的旋流燃烧器。这类旋流燃烧器主要有：双通道外混式旋流燃烧器、双调风燃烧器、SM型燃烧器、蜗壳-叶片式旋流燃烧器、RSFC型燃烧器。

浓缩型旋流燃烧器是指一次风粉气流经过浓缩后提高煤粉浓度来改善煤粉的着火及稳燃的旋流煤粉燃烧器。又可分为二类：一次风粉气流经过浓缩按煤粉浓度高低一般分成两股，即浓煤粉气流和淡煤粉气流。浓煤粉气流由燃烧器喷入炉内，淡煤粉气流在炉膛某一位置单独送入炉膛的旋流煤粉燃烧器为高浓度型旋流煤粉燃烧器；浓、淡煤粉气流由燃烧器一次风分风道喷入炉膛的旋流煤粉燃烧器称为浓淡型旋流煤粉燃烧器。这类燃烧器有：前苏联高浓度型旋流燃烧器、PAX燃烧器、NSZ型燃烧器、WR型旋流燃烧器、NSW型燃烧器、径向浓淡旋流煤粉燃烧器、双重复合旋流燃烧器。

从上述燃烧器的特点可以看出，人们在设计主燃烧器(煤粉锅炉中的一次风煤粉气流喷口)时，首先将主燃烧器分为了两类：直流燃烧器和旋流燃烧器。一次风煤粉气流全部以直流或者旋流形式送入炉内；二次风全部或部分以旋流形式送入炉内。然后通过改变燃烧器的流动方式来强化高温烟气的回流和卷吸以达到强化燃烧和稳燃的目的。对于直流燃烧器，为了强化着火通常在直流主燃烧器喷口加装非流线体来加强回流对高温烟气的卷吸，但是这会削弱喷口射流的刚性，减少煤粉气流在炉内的穿透深度，降低火焰充满度；对于旋流燃烧器，为了增加煤粉气流在炉内的穿透深度，增加火焰充满度通常减小旋流强度，但是这又会减小射流对高温烟气的卷吸，不利于煤粉气流的着火和稳定燃烧。

发明内容

本发明提供一种外旋流内直流主燃烧器装置，其目的在于使之既具有旋流燃烧器能够产生回流区，卷吸高温烟气强化着火和稳燃的特性；同时也具有直流燃烧器的射流刚性强，煤粉气流穿透度大的特性，以满足实际工程的应用。

本发明的一种外旋流内直流主燃烧器装置，主一次风煤粉气流管为圆管，其特征在于所述主一次风煤粉气流管内套有导管，主一次风煤粉气流管和导管之间均匀布置导流叶片，导管内径为主一次风煤粉气流管直径的0.5-0.7倍。

本发明的另一种外旋流内直流主燃烧器装置，主一次风煤粉气流管为圆管，其特征在于所述主一次风煤粉气流管内腔均匀布置导流叶片，导流叶片径向高度为主一次风煤粉气流管半径的0.1-0.5倍。

上述两种外旋流内直流主燃烧器装置，其进一步特征在于主一次风煤粉气流管内导流叶片段的长度L为主一次风煤粉气流管外径的1-2倍；导流叶片至主一次风煤粉气流管出口距离S为主一次风煤粉气流管外径的0-1倍。

上述两种外旋流内直流主燃烧器装置，所述导流叶片和主一次风煤粉气流管轴线之间的相对角度可以为10-75度。

上述两种外旋流内直流主燃烧器装置，所述导流叶片的数量可以为6-36片。

本发明的主燃烧器装置通过在燃烧器内加装导流叶片将一个主燃烧器分为2个区域，外部区域为旋流流动，内部区域为直流流动，利用增强外部主燃烧器一次风煤粉气流旋流强度，增大一次风煤粉气流对炉内高温烟气的卷吸，提高一次风煤粉气流的湍流强度，强化一次风煤粉气流与炉内高温烟气间的热质交换，改善一次风煤粉气流的着火条件，到达强化燃烧的目的。而内部的直流一次风煤粉气流能维持射流的刚性，保证燃料在炉内的停留时间。所以通过合理的设计主燃烧器中旋流强度和旋流部分的流量的大小来强化卷吸，同时还能保证主燃烧器一次风煤粉气流的刚性和炉膛火焰充满度，最大限度的发挥燃烧器的效率。

本发明的主一次风煤粉气流管采用圆管结构，适用煤粉和燃气炉，结构简单，易于制造和安装；通过改变导流叶片和主一次风煤粉气流法向出口之间的相对的角度，叶片的数量，叶片的弧度，叶片的长度和导管的长度(L)，导管的横截面积或导流叶片的高度来改变旋流强度和旋流量的大小，以适应不同的燃料的燃烧特性。

本发明通过改变导流叶片和主一次风煤粉气流法向出口之间的相对的角度，在锅炉负荷变化时改变射流的旋转强度和射流的刚性，保证锅炉燃烧的稳定性和经济性。

本发明在应用于煤粉燃烧时还可以和不同的送粉形式结合，控制煤粉浓度在燃烧器出口的分布，来到达强化燃烧降低排放的要求。

附图说明

图1.本发明带有导管和导流叶片的结构示意图；

图2.本发明带导流叶片、不带导管的结构示意图；

图3.导流叶片和主一次风煤粉气流管轴线之间的角度示意图；

图4.导流叶片至主一次风煤粉气流管出口距离S大于0时带有导管的本发明结构透视图。

具体实施方式：

图1为本发明的燃烧器导流叶片在导管上的结构，由主一次风煤粉气流管2、导管3和导流叶片1构成，导管中叶片的高度H。

图2为本发明的燃烧器导流叶片不带导管的结构，由主一次风煤粉气流管2和导流叶片1构成，导管中叶片的高度H。

图3为导流叶片和主一次风煤粉气流管轴线之间的角度示意图；其中导流叶片1，主一次风煤粉气流管轴线5，导流叶片和主一次风煤粉气流管轴线夹角6，出口7。

图4为导流叶片至主一次风煤粉气流管出口距离S大于0时带有导管的本发明结构透视图；图中，导流叶片至主一次风煤粉气流管出口距离S，导流叶片段的长度L。

根据现有锅炉或新建锅炉和燃料的特性，设计、制造和安装(或改装)本发明的主燃烧器装置，以达到强化，稳定燃烧，提高锅炉的燃烧效率的目的。以燃烧无烟煤的W型锅炉为例，当主一次风煤粉气流管外径为0.3M时，采用按图1结构的主燃烧器的设计参数见表1。

                               表1

导管的直径(M)	0.3*0.5＝0.15
		导流叶片和主一次风煤粉气流管轴线之间角度(度)	10
导流叶片的数量	12
		导管中叶片的高度H(M)	(0.3-0.15)/2＝0.075
叶片距离燃烧器出口S(M)	0
		导流叶片段的长度L(M)	0.6

对于燃烧劣质烟煤的安装了旋流燃烧器的锅炉，当主燃烧器风管外径为0.4M时，采用图1结构的主燃烧器的设计参数见表2。

                                表2

导管的直径(M)	0.4*0.7＝0.28
		导流叶片和主一次风煤粉气流管轴线之间角度(度)	75
导流叶片的数量	6
		导管中叶片的高度H(M)	(0.4-0.28)/2＝0.06
叶片距离燃烧器出口S(M)	0.4
		导流叶片段的长度L(M)	0.4

以燃烧无烟煤的W型锅炉为例，当主一次风煤粉气流管外径为0.3M时，采用按图2结构的主燃烧器的设计参数见表3。

                               表3

导流叶片和主一次风煤粉气流管轴线之间角度(度)	50
		导流叶片的数量	36
导管中叶片的高度H(M)	0.3*0.5＝0.15
		叶片距离燃烧器出口S(M)	0
导流叶片段的长度L(M)	0.6

对于燃烧劣质烟煤的安装了旋流燃烧器的锅炉，当主燃烧器风管外径为0.4M时，采用按图2结构的主燃烧器的设计参数见表4。

                              表4

导流叶片和主一次风煤粉气流管轴线之间角度(度)	45
		导流叶片的数量	6
导管中叶片的高度H(M)	0.4*0.1＝0.04
		叶片距离燃烧器出口S(M)	0.4
导流叶片段的长度L(M)	0.4

Claims (8)

1.一种外旋流内直流主燃烧器装置，主一次风煤粉气流管为圆管，其特征在于所述主一次风煤粉气流管内套有导管，主一次风煤粉气流管和导管之间均匀布置导流叶片，导管内径为主一次风煤粉气流管直径的0.5-0.7倍。

2.如权利要求1所述的外旋流内直流主燃烧器装置，其特征在于主一次风煤粉气流管内导流叶片段的长度L为主一次风煤粉气流管外径的1-2倍；导流叶片至主一次风煤粉气流管出口距离S为主一次风煤粉气流管外径的0-1倍。

3.如权利要求1或2所述的外旋流内直流主燃烧器装置，其特征在于所述导流叶片和主一次风煤粉气流管轴线之间的相对角度为10-75度。

4.如权利要求3所述的外旋流内直流主燃烧器装置，其特征在于所述导流叶片的数量为6-36片。

5.一种外旋流内直流主燃烧器装置，主一次风煤粉气流管为圆管，其特征在于所述主一次风煤粉气流管内腔均匀布置导流叶片，导流叶片径向高度为主一次风煤粉气流管半径的0.1-0.5倍。

6.如权利要求5所述的外旋流内直流主燃烧器装置，其特征在于主一次风煤粉气流管内导流叶片段的长度L为主一次风煤粉气流管外径的1-2倍；导流叶片至主一次风煤粉气流管出口距离S为主一次风煤粉气流管外径的0-1倍。

7.如权利要求5或6所述的外旋流内直流主燃烧器装置，其特征在于所述导流叶片和主一次风煤粉气流管轴线之间的相对角度为10-75度。

8.如权利要求7所述的外旋流内直流主燃烧器装置，其特征在于所述导流叶片的数量为6-36片。