CN202338901U - 一种集粉浓缩的煤粉燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集粉浓缩的煤粉燃烧器。所述燃烧器包括喷口主体(1)以及气流入口管道(5)，所述气流入口管道(5)为等径结构，所述喷口主体(1)和气流入口管道(5)之间设置变径导管(4)，所述喷口主体(1)内部紧贴其上壁面和下壁面分别设置上集粉稳焰器(3)和下集粉稳焰器(2)，所述上集粉稳焰器(3)为横截面由上至下逐渐缩小的阶梯状结构，对应地，所述下集粉稳焰器(2)为横截面由下至上逐渐缩小的阶梯状结构，所述变径导管(4)的通流截面积沿气流方向逐渐变大。本实用新型的优点在于：通过调整气流通道的截面形状，改变气流流程的压力，从而使得煤粉气流中的部分气体流向做出改变，实现风粉分离。

Description

一种集粉浓缩的煤粉燃烧器

技术领域

本实用新型涉及煤粉燃烧设备领域，具体地，本实用新型涉及一种集粉浓缩的煤粉燃烧器。 

背景技术

煤粉浓缩和强化烟气回流加热是提升煤粉燃烧性能的技术核心，一次风煤粉浓缩后可以减小着火热，在强化的烟气回流加热下，更易于实现稳定燃烧，并对降低NO_x的排放有利。为此，人们开发出多种具有煤粉浓缩和强化烟气回流加热能力燃烧器。 

煤粉浓缩的方案大体可以分为喷口外置式和喷口内置式。外置式煤粉浓缩的方案包括弯头分离器、百叶窗分离器、撞击子分离器、丘体组合分离器和旋流分离器等。外置式主要优点是布置和设计灵活，维护方便。内置式主要包括在燃烧器喷口内设置钝体、船形体等。内置式主要优点是结构紧凑，适应性广，该类型喷口兼具有加强烟气回流加热的能力。 

传统该类型的燃烧器，其在煤粉浓缩时都采用全部煤粉气流强制进行很大的气流转向，依靠风粉的不同惯性来实现风粉分离，因而系统阻力较大。 

本申请人在申请号为201110033811.8的专利申请中提供了一种低氮氧化合物的煤粉解耦燃烧器及其燃烧方法，在该专利申请中通过设置一级变截面管和二级变截面管以及集粉稳焰器，并且在喷口外壳主体内通过和集粉稳焰器的上下左右的空间形成的上淡粉通道、下淡粉通道、左二级分流区和右二级分流区四个通道，配合所述的一级变截面管和二级变截面管从而实现煤粉的解耦燃烧，但是该装置中煤粉的解耦燃烧的实现必须通过一级变截面管和二级变截面管与四个通道相互配合，结构复杂，气流流动转向次数多，阻力相对较大，易发生磨损部位较多，维护也较困难，更适合于对性能要求很高的难燃煤种，对于易燃煤种的性价比则不高。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于为了克服上述问题，提供了一种集粉浓缩的煤粉燃烧器。 

为了实现上述目的，本实用新型提供的集粉浓缩的煤粉燃烧器包括喷口主体1以及气流入口管道5，所述气流入口管道5为等径结构，所述喷口主体1和气流入口 管道5之间设置变径导管4，所述喷口主体1内部紧贴其上壁面和下壁面分别设置上集粉稳焰器3和下集粉稳焰器2，所述上集粉稳焰器3为横截面由上至下逐渐缩小的阶梯状结构，对应地，所述下集粉稳焰器2为横截面由下至上逐渐缩小的阶梯状结构，所述变径导管4的通流截面积沿气流方向逐渐变大。 

作为上述方案的一种改进，沿气流方向，所述下集粉稳焰器2和上集粉稳焰器3的左右两侧与喷口主体1左右两侧之间均设有空间，在喷口主体1内部形成通过中部相连通的左右两个通道，通道左右两侧的煤粉浓度较淡。 

作为上述方案的还一种改进，所述下集粉稳焰器2和上集粉稳焰器3设置于喷口主体1的中心轴线上。 

基于本实用新型的集粉浓缩的煤粉燃烧器，使用该燃烧器进行解耦燃烧的方法包括以下步骤： 

1)煤粉气流经气流入口管道5进入变径导管4时，随着通流截面积的扩大，气流中外侧部分气体逐渐向外侧扩散，气流中的煤粉由于惯性作用大部分集中于气流的中部，使得中部气流的煤粉浓度提高；当所述煤粉气流进入喷口主体1内后，中部的气流受相对的上集粉稳焰器3和下集粉稳焰器2的挤压，使得中部的气流中两侧部分气体流向两侧压力较低的通道，该气流中的煤粉由于惯性作用大部分仍然集中于气流的中部，使得中部气流的煤粉浓度进一步提高；所述上集粉稳焰器3和下集粉稳焰器2之间通道的阶梯状结构，喷口中心阶梯高处气流受挤压更大，压力更高，在该通道内形成靠近喷口主体内中部的气流煤粉浓度更高、流速更快； 

2)高速煤粉气流经喷口主体1进入炉膛内时，在喷口主体1的前端形成热烟气回流区，卷吸炉膛内的高温烟气回流加热喷口主体1中部形成的浓煤粉气流，浓煤粉气流温度急速升高，煤粉在强还原性气氛下发生快速热解、气化，挥发分中氮生成的NO_x大部分可转化成稳定的N₂，其中，上集粉稳焰器3和下集粉稳焰器2之间通道的阶梯状结构，在中心处气流流速更快，同时，在上集粉稳焰器3和下集粉稳焰器2的中间后部有更大的回流空间，因而中间后部从炉膛回流的热烟气量更大，中部浓煤粉气流受加热的强度更高； 

作为上述方案的一种优选，本实用新型的方法还包括以下步骤：喷口主体1中部浓煤粉气流挥发分燃烧后，相继与外侧煤粉浓度渐淡的气流逐步混合燃烧；此时，浓煤粉中的焦炭已相继燃烧，对氧气的消耗增大，致使淡粉气流与浓粉气流混合后燃烧仍处于贫氧环境下，同时受焦炭的催化还原作用，焦炭氮转化为NO_x的比率低，燃烧器燃烧转化为N₂；然后可以更及时补充二次风，让煤粉在高温区发生高温富氧反应，延长在炉膛充分燃烧的时间，从而充分燃尽，降低烟气中飞 灰可燃物、CO的含量，实现解耦燃烧。 

本实用新型提供的集粉浓缩的煤粉燃烧器的突出特点： 

1、本申请通过调整气流通道的截面形状，将上下煤粉稳焰器均设置为阶梯状，从而改变气流流程的压力，使得煤粉气流中的部分气体流向做出改变，实现风粉分离，由于大部分气流在自然流动中没有较大的强制转向，因而该结构使得煤粉浓缩所产生的系统阻力较小； 

2、通过上集粉稳焰器3和下集粉稳焰器2对煤粉气流的局部分级浓缩，可使局部煤粉气流达到浓缩效果，局部浓缩相比整体浓缩可以减小整个系统设备的压降和磨损； 

3、本实用新型的浓淡分离为从浓到淡的气流始终相连通，连续分级，不仅可减小隔板的磨损，该连续逐级引燃的燃烧方式也更有利于降低NO_x生成； 

4、相对于申请号为201110033811.8的专利申请，由于本实用新型的上集粉稳焰器3和下集粉稳焰器2上下均紧贴喷口主体，喷口主体上下两侧烟气直接进入回流区的回流通道截面积更大，因而这样更有利于更多的热烟气卷吸到浓煤粉气流，使之受到高速加热的能力更强，更易于确保实现稳定燃烧； 

5、相对于申请号为201110033811.8的专利申请，本实用新型的燃烧器其气流入口管道设置为等径结构，而且其煤粉的浓淡分离也不需要气流入口管道的配合实现，因而本实用新型的燃烧器结构更加简单，造价低，维护容易。更适用于燃烧易燃煤种的锅炉。 

附图说明

图1为本实用新型的煤粉燃烧器的结构示意图； 

图2为本实用新型的煤粉燃烧器的结构左视图； 

图3为本实用新型的煤粉燃烧器的结构右视图。 

附图标识 

1、喷口主体    2、下集粉稳焰器    3、上集粉稳焰器 

4、变径导管    5、气流入口管道 

具体实施方式

根据实用新型的煤粉燃烧器，所述燃烧器包括喷口主体1；下集粉稳焰器2；上集粉稳焰器3；变径导管4；气流入口管道5。图1是本实用新型燃烧器的剖视图。

所述下集粉稳焰器2和上集粉稳焰器3分别位于喷口主体1内的下部和上部， 所述集粉稳焰器的结构形式见附图2(燃烧器左视图)和附图3(燃烧器俯视剖视图)，其整体为一个不规则的扁锥形体，锥体的一侧与喷口主体1连接，锥体有斜面的一侧朝向喷口主体1内侧，并且上下两个集粉稳焰器的斜面相对应；集粉稳焰器的前端距喷口主体1的前端留有距离；集粉稳焰器的左右两侧与喷口主体1留有距离，这样集粉稳焰器将喷口主体1内部分隔为相连通的左中右三部分通道；集粉稳焰器前端截面大，后端截面小，这样相对的2个集粉稳焰器的斜面之间的通道截面积从后往前逐渐变小；所述集粉稳焰器前端的斜面一侧设有阶梯型的平面槽道，在喷口中间部位低，靠近喷口主体1外壳侧高； 

喷口主体1的后端连接变径导管4的前端，变径导管4的后端连接着气流入口管道5的前端；所述变径导管4的前端的通流截面积大于后端的通流截面积；一次风煤粉气流依次流经气流入口管道5、变径导管4和喷口主体1后进入炉膛燃烧； 

煤粉气流经变径导管4时，随着通流截面积的扩大，气流中外侧部分气体逐渐向外侧扩散，但气流中的煤粉由于惯性作用大部分集中于气流的中部，使得中部气流的煤粉浓度提高；当该煤粉气流进入喷口主体1内后，中部的气流受相对的集粉稳焰器的斜面挤压，动压部分转为静压，沿流向静压逐渐升高使得中部的气流中两侧部分气体流向两侧压力较低的通道，该气流中的煤粉由于惯性作用大部分仍然集中于气流的中部，使得中部气流的煤粉浓度进一步提高； 

集粉稳焰器在喷口内起到钝体的作用，即煤粉气流在钝体的前端可形成热烟气回流区，卷吸炉膛内的高温烟气来回流加热从喷口流出的煤粉气流； 

由于相对的集粉稳焰器之间的通道的阶梯型结构，阶梯高的气流受挤压大，压力也较高，这样在该通道内形成靠近喷口主体内中部的气流煤粉浓度更高、流速更快，靠近喷口外侧的煤粉浓度和流速相应降低的阶梯式分布；由于集粉稳焰器的前端在中部截面更大，两者在中部有更大的回流空间，因而从炉膛回流的热烟气量更大，中部浓煤粉气流受加热的强度更高； 

在浓煤粉气流的双侧对炉膛高温烟气的更强射流卷吸形成更大的回流热量，这样可使中部着火热很小、截面积很薄的浓煤粉气流快速在还原性气氛下发生燃烧，并逐级引燃两侧浓度渐淡的煤粉气流，实现逐级点火燃烧的过程。 

该逐级点火燃烧的过程更有利于降低NO_x的排放。首先使浓煤粉气流温度急速升高，煤粉发生快速热解、气化，挥发分氮比例大幅提高。由于浓煤粉气流的含氧量低，以及煤热解气化后的挥发分中NH₃、NCH、C_mH_n(碳氢化合物)、CO的强还原性，该阶段挥发分氮生成的NO_x大部分可转化成稳定的N₂。浓粉气流的挥发分燃烧后，相继与外侧煤粉浓度渐淡的气流逐步混合燃烧；由于浓煤粉中的焦 炭已相继燃烧，对氧气的消耗增大，致使淡粉气流与浓粉气流混合后燃烧仍处于贫氧环境下，直至与二次风混合后，贫氧燃烧的条件才有所变化。由于大部分挥发分已燃烧完，而焦炭氮析出时首先穿过碳粒表面还原性气氛层，同时受焦炭的催化还原作用，因而焦炭氮转化为NO_x的比率很低。燃烧器燃烧较早地完成N₂的转化后，可及时补充二次风，让煤粉及早发生高温富氧反应，延长在炉膛充分燃烧的时间，从而充分燃尽，降低烟气中飞灰可燃物、CO的含量。由上所述，该燃烧方式可解决煤粉燃烧的飞灰可燃物、CO与NO_x的耦合排放问题，实现了二者排放同时降低的解耦燃烧。 

本实用新型所述的集粉稳焰器的整体形状的截面可以为三角形、梯形或斜波浪形等形式，只要达到中部截面大，外侧截面小，且与煤粉气流接触的周界长即可； 

本实用新型所述下集粉稳焰器2和上集粉稳焰器3的结构尺寸和形式可以相同也可以不同； 

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。 

Claims (3)

1.一种集粉浓缩的煤粉燃烧器，所述燃烧器包括喷口主体(1)以及气流入口管道(5)，其特征在于，所述气流入口管道(5)为等径结构，所述喷口主体(1)和气流入口管道(5)之间设置变径导管(4)，所述喷口主体(1)内部紧贴其上壁面和下壁面分别设置上集粉稳焰器(3)和下集粉稳焰器(2)，所述上集粉稳焰器(3)为横截面由上至下逐渐缩小的阶梯状结构，对应地，所述下集粉稳焰器(2)为横截面由下至上逐渐缩小的阶梯状结构，所述变径导管(4)的通流截面积沿气流方向逐渐变大。

2.根据权利要求1所述的集粉浓缩的煤粉燃烧器，其特征在于，所述下集粉稳焰器(2)、上集粉稳焰器(3)的左右两侧和喷口主体(1)的左右两侧内壁间设有间隙，以形成淡煤粉通道。

3.根据权利要求1或2所述的集粉浓缩的煤粉燃烧器，其特征在于，所述下集粉稳焰器(2)和上集粉稳焰器(3)设置于喷口主体(1)的中心轴线上。

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