專利名稱：一種圓形旋流濃淡煤粉燃燒器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鍋爐煤粉燃燒設備，特別涉及一種旋流濃淡煤粉燃燒器。
背景技術：
目前市場上應用對沖布置的旋流煤粉燃燒器主要有北京巴威公司的雙調風煤粉燃燒器、哈爾濱工業大學的徑向濃淡煤粉燃燒器等。
北京巴威公司的雙調風煤粉燃燒器的主要結構是圓形的結構形式，從內到外依次是一次風管、內二次風管和外二次風管。內、外二次風管中都有旋流葉片；一次風管中無中心管，油槍布置在二次風管內、一次風管的上側。這種結構的優點是一次風管中沒有管道，減少了煤粉對管道的磨損；兩層旋流葉片的作用，易產生很大的旋流強度。缺點是一次風管噴口處無鈍體，不利于形成有利于著火的近壁處的回流區；外二次風的旋流作用，使近壁處難以保持氧化性氣氛，不利于防止高溫腐蝕和結渣；一次風煤粉氣流無濃淡分離，對于難著火的無煙煤等的著火不利。該公司的另一種燃燒器的改進型產品為“抽氣式的雙調風燃燒器”，這種結構是將一次風管中心處的淡煤粉氣流(占一次風量的50％，其中含有約10％的煤粉)吸出，在爐膛下部送入，形成煤粉的濃淡分離。這種結構中僅靠煤粉管道中的壓差達到淡煤粉氣流的抽吸分離的效果不是很好，而且由于燃燒器區的下部溫度較低，且煤粉濃度較低，煤粉的著火點較高，使煤粉特別是低揮發份煤粉的完全燃燒受到影響。
現有技術中使用的“徑向濃淡煤粉燃燒器”的結構也是圓形，從內到外依次是一次風管、內二次風管和外二次風管。內二次風管中布置有固定的旋流葉片；外二次風管無葉片，提供直流風；一次風管中布置有帶油槍中心管，一次風管與中心管之間的環形煤粉通道中布置有百葉窗煤粉濃縮器，來實現煤粉的濃淡分離。其優點是直流外二次風的存在，使爐膛水冷壁側易于形成富氧的氧化性氣氛；濃煤粉在內，淡煤粉在外側燃燒，有利于煤粉的著火和燃燼，中心管噴口擴錐的存在，形成有利于著火的回流區；但反過來，中心管的煤粉磨損問題非常大，換管頻繁；同時百葉窗煤粉濃縮器的結構形式在負荷變化較大時，容易發生堵粉現象；而且固定內二次風葉片不利于隨負荷的變化來調整葉片的角度，產生合適的旋流強度。
針對環保要求和原煤儲量的特點，特別是隨著原煤儲量的減少，煤質也變得越來越差，大部分電力行業以及工業用煤多采用低揮發份煤，如貧煤和無煙煤等，它們的燃燒特點是揮發份的含量相對非常少(Vdaf＜20％)，因而其著火難、穩燃也難，且燃燼更難。隨著世界范圍內NOx的排放的控制標準也越來越高，開發和研究一種適合低揮發份煤粉燃燒、低NOx排放和高效穩燃的對沖型旋流煤粉燃燒器具有顯著的實際意義。
發明內容
針對現有技術的不足和缺陷，本發明的目的是提供一種圓形旋流濃淡煤粉燃燒器，使其在燃燒低揮發份煤粉時解決低負荷著火和穩燃的問題，進一步降低NOx的生成，減少一次風管的阻力和磨損。
本發明的技術方案如下一種圓形旋流濃淡煤粉燃燒器，含有帶彎頭的一次風煤粉管，依次設置在一次風煤粉管外部且同心安裝的旋流內二次風管以及直流外二次風管，在所述的內二次風管中布置有旋流葉片和點火油槍，其特征在于在一次風煤粉管的彎頭前端的中心部位設置一塊隔板將一次風管分為上下濃淡煤粉管道，所述隔板由直板和向下傾斜的斜板構成，在該直板的后端部分布置有小孔；在所述的上部的濃煤粉管道中設置一個用于均勻煤粉氣流的套筒，該套筒由漸縮段、直段和漸擴段組成，套筒的底部與所述隔板之間形成楔型體；在所述的一次風管的下部的淡煤粉管道中設置固定的旋流葉片；在所述的內二次風管的旋流葉片的前端的壁面上布置有內表面帶曲線槽道的旋轉體。
本發明的技術特征還在于所述的內二次風管的旋流葉片采用活動可調的旋流葉片。
本發明的另一技術特征為所述曲線槽道的高為20～50毫米，曲線槽道與旋轉體的切線成45°。
本發明的又一技術特征為所述的各風道擴口的角度在15～18°；所述的內二次風管以及直流外二次風管分別與單獨的風箱連接；所述的點火油槍(2)以2～5°的向下傾角斜向布置在內二次風管的正上方。
本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果①本發明利用一次風管內的分離隔板和濃煤粉管的共同作用在燃燒器的出口處形成了一個楔型體，建立了有利于形成能使煤粉氣流及時著火的合適的回流區，保證了煤粉，特別是低揮發份煤粉的著火及燃燒的穩定性。②本發明的燃燒器有較大的燃料適應性和負荷的調節性。在負荷變化時，可以先通過各自獨立的風箱結構(一次風機、內、外二次風箱)來粗略調節各自所需的風量；其次，可以調節內二次風的可調葉片的角度，來改變旋流強度；而且又由于固定的旋轉曲面楔體的存在，避免了低負荷時氣流的直流飛邊現象，解決了低負荷火焰穩定性問題，嚴重時導致熄火。③本發明的燃燒器由于彎頭處無中心管，從而減少了磨損的發生，可有效減少鍋爐的小修次數，提高了運行的可靠性。
綜上所述，本發明采用在一次風管的噴口處形成鈍體，而在彎頭處無任何管道的布置方式，避免了無中心管時不利于形成有利于著火的回流區和有中心管時彎頭處的煤粉氣流對中心管的沖刷磨損問題；利用彎頭的慣性分離和分離擋板的共同作用形成煤粉的濃淡分離，形成濃煤粉先著火，然后點燃淡煤粉的燃燒方式，有利于降低著火熱，降低總的火焰溫度水平，降低NOx的生成，同時這種煤粉的濃淡分離結構，不會增加一次風煤粉管中的阻力；內二次風管的可動葉片的前端的帶曲線流道的楔型體的存在，避免了低負荷時內二次風管噴口處氣流的直流飛邊現象，解決了低負荷的火焰穩定性問題。
圖1為本發明提供的圓形旋流濃淡煤粉燃燒器的結構示意圖。
圖2為圖1的右視圖。
圖3為設置在一次風煤粉管內的分離擋板的主視圖。
圖4為圖3的俯視圖。
圖5為設置在濃煤粉管道中的漸縮管的主視圖。
圖6為帶曲線槽道的旋轉體的主視圖。
圖7為圖6的右視圖。
圖中1.一次風煤粉管道；2.點火油槍；3.燃燒器隔熱擋板；4.直流外二次風管；5.旋流內二次風管；6.一次風煤粉管噴口；7.漸縮管；8.淡煤粉管；9.淡煤粉管道中的固定旋流葉片；10.內二次風管中的活動可調的旋流葉片；11.內二次風管中的帶曲線流道的旋轉體；12.內二次風管中葉片的調節拉桿；13.曲線流道；14.分離隔板；15.一次風煤粉管道彎頭。
具體實施例方式
下面結合附圖進一步說明本發明的結構、工作原理及最佳實施例。
圖1、2為本發明提供的圓形旋流濃淡煤粉燃燒器的總體結構示意圖。該燃燒器含有帶彎頭15的一次風煤粉管1，依次設置在一次風煤粉管外部且同心安裝的旋流內二次風管5以及直流外二次風管4，在所述的內二次風管5中布置有調節拉桿12、調節的旋流葉片10和點火油槍2；在一次風煤粉管內設置一塊分離隔板14將一次風管分為上下濃淡煤粉管道，所述分離隔板由直板和向下傾斜的斜板構成，在該直板的后端部分布置有小孔；在一次風管上部的濃煤粉管道中設置一個用于均勻煤粉氣流的漸縮管7，該漸縮管由漸縮段、直段和漸擴段組成，漸縮管的底部與所述分離隔板之間形成楔型體；在所述的一次風煤粉管1的下部的淡煤粉管道8中設置固定的旋流葉片9；濃淡煤粉管的出口處布置圓形擴口6；內二次風管的旋流葉片10的前端的壁面上布置有其內表面帶曲線槽道13的旋轉體11。上述各結構由燃燒器的隔熱擋板3連接，并固定到鍋爐水冷壁上。
圖3、4是一次風煤粉管內設置的分離隔板14的主視圖和俯視。該分離隔板14將一次風煤粉管分為上下濃淡煤粉管道，它由直板和向下傾斜的斜板構成，在該直板的后端部分布置有小孔。該小孔的直徑為10～20毫米，其作用是利用彎頭處氣流的壓力，使經過彎頭15的離心力作用而初級濃化的煤粉氣流中的部分空氣滲透到淡煤粉管道中，進一步提高濃煤粉管道中的煤粉濃度；向下傾斜的斜板的斜度是5～10°，使斜板下面的淡煤粉氣流偏離中心，而偏轉向下，延長與濃煤粉氣流的混合時間。
圖5是濃煤粉管道中設置的一個用于均勻煤粉氣流的漸縮管7的結構示意圖。該漸縮管7由漸縮段、直段和漸擴段組成。斜度為3°～10°的漸縮管均勻濃煤粉氣流，使濃煤粉管中的煤粉分布均勻；直段和漸擴段是消除漸縮段產生的煤粉速度的變化，有利于穩定燃燒器出口的著火點，這個漸擴段的斜度為6°～10°。這個漸縮管7與分離隔板14一起在燃燒器出口處形成一個楔型體，這個分離隔板14的存在，有利于形成穩定著火的回流區；而且這個楔型體的存在，可推遲濃、淡煤粉氣流的混合，使爐膛內的火焰變長，燃燒器區的爐膛斷面火焰溫度降低，有利于減少NOx的生成。
在一次風煤粉管1的下部的淡煤粉管道8中設置固定的旋流葉片9，通過這個固定的旋流葉片，使淡煤粉氣流產生旋轉，增強淡煤粉氣流的擾動，有利于淡煤粉氣流與已著火的濃煤粉氣流的混合強度，有利于淡煤粉氣流的著火和完全燃燒。
內二次風管中布置有旋流葉片10，它可以由調節拉桿12調節，根據鍋爐負荷和煤種的變化，而相應的改變內二次風的旋流強度，進而改變回流區的大小，達到調節著火點和著火強度的目的。在這個旋流葉片10的前端的壁面上還布置有內表面帶曲線槽道13的旋轉體11，該曲線槽道13與旋轉體11的切線成45°，如圖6、圖7所示。這個旋轉體11的存在，避免了由于旋流葉片的可調而在內二次風管的壁面處形成的工藝性縫隙，這樣的縫隙在低負荷時容易使鍋爐燃燒所需的空氣流產生飛邊，從而產生煤粉黑龍，使燃燒不穩定，嚴重的情況下還會產生熄火；另一方面，它的曲線槽道又加強了邊緣氣流的旋流強度，有利于擴大回流區的直徑和火焰的直徑，有利于拉平和降低火焰區溫度。
點火油槍2以2～5°的傾角斜向布置在內二次風管5中的正上方，這種布置易于使油槍斜向伸入濃煤粉的根部，有利于用較少的燃燒用油進行有效的點火，而且由于這個位置沒有煤粉的存在，而不會產生油槍的磨損問題。
本發明的外二次風管4中沒有任何部件，形成的是直流外二次風，一方面它的速度較高45-60m/s，這樣可以提高它與內二次風的動壓比，及時補充后期未完全燃燒的焦炭燃燼所需的氧氣；同時這樣高的速度使外二次風的剛性較強，在燃燒后期射流依然存在一定的速度，有助于提高燃燒后期的小尺度的擾動，因而較高的直流外二次風可以在提高爐膛內的大尺度的擾動外，還有助于小尺度的擾動，對于減少不完全的燃燒熱損失是有利的，也可以明顯降低飛灰含炭量。同時，高速的直流外二次風可以造成風包粉的燃燒方式，使爐膛水冷壁附近為氧化性氣氛，在這種氣氛下灰熔點是較高的，這樣既有利于防結渣，還有利于防止高溫腐蝕，而且這樣的高速射流的射流引射作用，使氣流的火焰的直徑和射程均明顯增長，這種方式拉開了燃燒器區的火焰的總體溫度水平，且溫度峰值也降低了，依據NOx生成原理，可以減少NOx的生成量，而且增強顆粒的停留時間，使還原生成的NOx的量增加。
本發明的內二次風和外二次風分別由單獨的風箱供風，單獨調節任何一個風道的風量，不會由于同一風箱的壓力的變化對另一個風道的風量產生影響。
本發明的燃燒器在一次風管、內二次風管和外二次風管的端部都布置有擴口管，根據軸對稱尾跡流的直徑隨軸向距離的1/3次方的規律變化，設計它們的噴口擴展角應在15-18°，這樣既有利于氣流的擴展，也有利于減小氣流的阻力損失，提高火焰的長度，推遲火焰的最高溫度點的位置。
權利要求
1.一種圓形旋流濃淡煤粉燃燒器，含有帶彎頭的一次風煤粉管(1)，依次設置在一次風煤粉管外部且同心安裝的旋流內二次風管(5)以及直流外二次風管(4)，在所說的一次風煤粉管、旋流內二次風管和直流外二次風管的前端部均設有擴口，在所述的內二次風管(5)中布置有旋流葉片(10)和點火油槍(2)，其特征在于在一次風煤粉管內設置一塊分離隔板(14)將一次風管分為上下濃淡煤粉管道，所述分離隔板由直板和向下傾斜的斜板構成，在該直板的后端部分布置有小孔；在所述的上部的濃煤粉管道中設置一個用于均勻煤粉氣流的漸縮管(7)，該漸縮管由漸縮段、直段和漸擴段組成，漸縮管的底部與所述分離隔板之間形成楔型體；在所述的一次風管的下部的淡煤粉管道(8)中設置固定的旋流葉片(9)；在所述的內二次風管的旋流葉片(10)的前端的壁面上布置有內表面帶曲線槽道(13)的旋轉體(11)。
2.按照權利要求1所述的圓形旋流濃淡煤粉燃燒器，其特征在于所述的內二次風管的旋流葉片(10)采用活動可調的旋流葉片。
3.按照權利要求1所述的圓形旋流濃淡煤粉燃燒器，其特征在于所述的曲線槽道(13)的高為10～20毫米，曲線槽道與旋轉體的切線成45°。
4.按照權利要求1所述的圓形旋流濃淡煤粉燃燒器，其特征在于所述的各擴口的擴展角在15～18°。
5.按照權利要求1～4任一權利要求所述的圓形旋流濃淡煤粉燃燒器，其特征在于所述的內二次風管(5)以及直流外二次風管(4)分別與單獨的風箱連接。
6.按照權利要求1～4任一權利要求所述的圓形旋流濃淡煤粉燃燒器，其特征在于所述的點火油槍(2)以2～5°的向下傾角斜向布置在內二次風管的正上方。
全文摘要
一種圓形旋流濃淡煤粉燃燒器，涉及一種旋流煤粉燃燒設備。本發明是在一次風煤粉管內設置一塊將一次風管分為上下濃淡煤粉管道的分離隔板，在濃煤粉管道中設置一個用于均勻煤粉氣流的漸縮管，漸縮管的底部與所述分離隔板之間形成楔型體；在一次風管的下部的淡煤粉管道中設置固定的旋流葉片，且二次風管中設置活動可調的旋流葉片，并在內二次風管的旋流葉片前端的壁面上布置有內表面帶曲線槽道的旋轉體。本發明可有效地降低煤粉爐的NO
文檔編號F23D1/00GK1598403SQ20041000953
公開日2005年3月23日 申請日期2004年9月10日 優先權日2004年9月10日
發明者岳光溪, 李金平, 呂俊復 申請人:清華大學