CN105737140A - 旋风燃烧装置、燃烧设备和燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋风燃烧装置、燃烧设备和燃烧方法。旋风燃烧装置，其特征在于，包括旋风筒，旋风筒竖直设置且具有设置于旋风筒内部的旋风燃烧室和分别与旋风燃烧室连通的一次风喷口、二次风喷口、烟气出口和捕渣口，其中，一次风喷口、二次风喷口均位于旋风筒的上部，烟气出口位于旋风筒的顶部。本发明能更好地适用于燃烧速率慢、燃尽时间长的燃料。

Description

旋风燃烧装置、燃烧设备和燃烧方法

技术领域

本发明涉及燃料燃烧技术领域，特别涉及一种旋风燃烧装置、燃烧设备和燃烧方法。

背景技术

我国是一个“富煤、贫油、少气”的国家，虽然近几年来，煤炭在一次能源中的比例有所下降，但我国的能源生产、消费结构在未来相当长的一段时期内仍将以煤炭为主。

褐煤在我国煤炭资源中的比例约为13％左右。褐煤经常用于热解以获得热解气、焦油和半焦。褐煤半焦为褐煤低温热解后剩余的固体产物。由于褐煤的热解规模较大，使褐煤半焦可以替代原煤作为发电、供热以及各种工业锅炉用煤的燃料。半焦相对于原煤灰分有所提高，水分、挥发分降低，热值和固定碳含量均有所提高，但磷、氯、碱金属等污染物却大大降低，燃烧起来相对清洁。由于半焦着火点高，燃烧速率慢，燃尽时间长等特性，研究其高效燃烧对于褐煤的高效洁净利用和分质转化技术发展具有重大的意义。

旋风炉是一种闭式炉膛液态排渣炉，燃料的燃烧在旋风筒内完成，与普通室燃炉相比，其具有体积小，热负荷高，燃烧效率高，燃尽率高等优点。但现有的旋风炉一般情况下都是从上部输送燃料，从底部排出烟气，这种结构如果不增加旋风炉的轴向长度，并不完全适合于包括褐煤半焦在内的燃烧速率慢、燃尽时间长的燃料的燃烧。另一方面，由于旋风炉内的高热负荷，使得燃料在旋风炉内燃烧时NOx排放量较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋风燃烧装置、燃烧设备和燃烧方法，旨在使旋风燃烧装置即使在不增加旋风筒的轴向长度的情况下，也可以更好地适用于燃烧速率慢、燃尽时间长的燃料。

本发明第一方面提供一种旋风燃烧装置，包括旋风筒，所述旋风筒竖直设置且具有设置于旋风筒内部的旋风燃烧室和分别与所述旋风燃烧室连通的一次风喷口、二次风喷口、烟气出口和捕渣口，其中，所述一次风喷口、所述二次风喷口均位于所述旋风筒的上部，所述烟气出口位于所述旋风筒的顶部。

进一步地，所述旋风筒内部的轴向长度与所述旋风筒的内径的比值为1.0～5.0，优选地为1.0～1.5。

进一步地，所述旋风燃烧装置还包括烟气排出管，所述烟气排出管设置于所述旋风筒上所述烟气出口处并通过所述烟气出口与所述旋风燃烧室连通，所述烟气排出管的内径与所述旋风筒的内径的比值为0.4～0.55。

进一步地，所述旋风燃烧装置还包括烟气排出管，所述烟气排出管设置于所述旋风筒上所述烟气出口处并通过所述烟气出口与所述旋风燃烧室连通，所述烟气排出管的底端位于所述旋风燃烧室内部、所述烟气出口的下方。

进一步地，所述烟气排出管的底端至所述烟气出口的距离与所述旋风筒内部的轴向长度的比值为0.3～0.36。

进一步地，所述一次风喷口和/或所述二次风喷口在高度方向上位于所述烟气排出管的底端与所述烟气出口之间。

进一步地，所述旋风燃烧装置还包括一次风管，所述一次风管设置于所述旋风筒上所述一次风喷口处并通过所述一次风喷口与所述旋风燃烧室连通，所述一次风管大致沿所述旋风筒的切向设置于所述旋风筒的侧壁上；和/或，所述旋风燃烧装置还包括二次风管，所述二次风管设置于所述旋风筒上所述二次风喷口处并通过所述二次风喷口与所述旋风燃烧室连通，所述二次风管大致沿所述旋风筒的切向设置于所述旋风筒的侧壁上。

进一步地，两个以上所述一次风喷口与两个以上所述一次风管一一对应地设置，所述两个以上一次风管相对于所述旋风筒的轴线均匀间隔地旋转对称布置；和/或，两个以上所述二次风喷口与两个以上所述二次风管一一对应地设置，所述两个以上二次风管相对于所述旋风筒的轴线均匀间隔地旋转对称布置。

进一步地，所述一次风管和所述二次风管一一对应的设置，所述二次风管设置于对应的所述一次风管的气流流动方向的下游，且所述二次风管与对应的所述一次风管之间的夹角为50°～70°。

进一步地，所述一次风管从远离所述旋风筒的一侧向靠近所述旋风筒的一侧下倾第一角度，所述第一角度为2°～8°，优选地为2°～5°；和/或，所述二次风管从远离所述旋风筒的一侧向靠近所述旋风筒的一侧下倾第二角度，所述第二角度为2°～8°，优选地为2°～5°。

进一步地，所述一次风喷口和所述二次风喷口均为圆形喷口。

进一步地，所述二次风喷口的中心轴线的高度等于或低于所述一次风喷口的中心轴线的高度，且所述二次风喷口与所述一次风喷口之间的高度小于所述旋风筒的周长的5％。

本发明第二方面提供一种燃烧设备，包括旋风燃烧装置和设置于所述旋风燃烧装置下游的补充燃烧装置，所述旋风燃烧装置为本发明第一方面中任一项所述的旋风燃烧装置，所述补充燃烧装置包括补充燃烧室，所述补充燃烧室设置有烟气进口和补充风喷口，所述旋风燃烧装置的烟气排出管的与底端相对的另一端与所述烟气进口连通。

进一步地，所述烟气进口位于所述二次燃烧室的底部，所述补充风喷口位于所述二次燃烧室下部。

本发明第三方面提供一种利用本发明第二方面所述的燃烧设备燃烧燃料的燃烧方法，通过所述一次风喷口向所述旋风燃烧室内通入含有燃料粉末的一次风，通过所述二次风喷口向所述旋风燃烧室内通入二次风，并使所述旋风燃烧室内的过量空气系数小于1；所述燃料粉末在所述旋风燃烧室内燃烧生成的烟气通入所述补充燃烧室，通过所述补充风喷口向所述补充燃烧室通入补充风，并使所述烟气内的可燃物质燃尽。

进一步地，所述旋风燃烧室内的过量空气系数为0.6～0.8。

进一步地，所述二次风的风温为100℃～250℃。

进一步地，所述燃料为半焦。

基于本发明提供的旋风燃烧装置、燃烧设备和燃烧方法，旋风燃烧装置的一次风喷口、二次风喷口均位于旋风筒的上部，烟气出口位于旋风筒的顶部，因此，在燃烧燃料的过程中，燃料和风可以先从上至下旋风燃烧直至旋风燃烧室的底部，再从旋风燃烧室底部折返上升直至从烟气排出管排出，上升过程中可以继续未完成的反应过程，因此，本发明的旋风燃烧装置可以在旋风筒的轴向长度一定的情况下有效增加燃料的行程，使燃料与氧气充分发生反应，利于燃料的充分燃烧和转化，从而能更好地适用于燃烧速率慢、燃尽时间长的燃料。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的旋风燃烧装置的结构示意图。

图2为图1所示的实施例的旋风燃烧装置的俯视结构示意图。

图3为本发明实施例的燃烧设备的原理示意图。

图1至图3中，各附图标记代表：

1、旋风筒；2、一次风管；3、二次风管；4、捕渣口；5、烟气排出管；6、补充燃烧室；7、补充风喷口；8、过热器；9、省煤器；10、空气预热器；11、磨煤机；12、尾部烟道；13、除尘器；14、脱硫装置；15、烟囱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了使旋风燃烧装置更好地适用于半焦等燃烧速率慢、燃尽时间长的燃料燃烧，本发明提供一种旋风燃烧装置。该旋风燃烧装置包括旋风筒，旋风筒竖直设置且具有设置于旋风筒内部的旋风燃烧室和分别与旋风燃烧室连通的一次风喷口、二次风喷口、烟气出口和捕渣口，其中，一次风喷口、二次风喷口均位于旋风筒1的上部，烟气出口位于旋风筒1的顶部。

由于旋风燃烧装置的一次风喷口、二次风喷口均位于旋风筒的上部，烟气出口位于旋风筒的顶部，因此，在燃烧燃料的过程中，燃料和风可以先从上至下旋风燃烧直至旋风燃烧室的底部，再从旋风燃烧室底部折返上升直至从烟气排出管排出，上升过程中可以继续未完成的反应过程，因此，本发明的旋风燃烧装置可以在旋风筒的轴向长度一定的情况下有效增加燃料的行程，使燃料与氧气充分发生反应，利于燃料的充分燃烧和转化，从而能更好地适用于燃烧速率慢、燃尽时间长的燃料。

以下结合图1至图3详细说明本发明实施例的旋风燃烧装置、燃烧设备和燃烧方法。

图1为本发明实施例的旋风燃烧装置的结构示意图。图2为图1所示实施例的旋风燃烧装置的俯视结构示意图。如图1和图2所示，该旋风燃烧装置包括旋风筒1、一次风管2、二次风管3和烟气排出管5。

旋风筒1竖直设置。旋风筒1具有旋风燃烧室、一次风喷口、二次风喷口、烟气出口和捕渣口4。旋风燃烧室位于旋风筒1的内部。一次风喷口、二次风喷口和烟气出口分别与旋风燃烧室连通。其中，一次风喷口、二次风喷口均位于旋风筒1的上部，烟气出口位于旋风筒1的顶部。旋风筒1为底部缩口的圆柱形筒，旋风筒1的底部缩口形成捕渣口4。

一次风管2设置于旋风筒1上一次风喷口处并通过一次风喷口与旋风燃烧室连通。

二次风管3设置于旋风筒1上二次风喷口处并通过二次风喷口与旋风燃烧室连通。

烟气排出管5设置于旋风筒1上烟气出口处并通过烟气出口与旋风燃烧室连通。烟气排出管5为圆形管。

旋风筒1内部的轴向长度与旋风筒1的内径的比值优选地为1.0～5.0。该设置使得采用该旋风燃烧装置燃烧半焦等燃烧速率慢、燃尽时间长的燃料时，既可以保证燃料沿旋风炉内壁有较长的行程，使其具有足够的反时间，得以与旋风燃烧室内的氧气充分发生反应，从而燃烧较为完全，又使烟气流动过程中动量损失不大，始终保持足够的旋转能力，旋风筒1内的截面热负荷强度适合。

本实施例中优选地，旋风燃烧装置的旋风筒1内部的轴向长度与旋风筒1的内径的比值为1.0～1.5。例如，可以使旋风筒1内部的轴向长度与旋风筒1的内径的比值等于1.3。旋风燃烧装置的旋风筒1内部的轴向长度与旋风筒1的内径的比值为1.0～1.5，使得采用该旋风燃烧装置燃烧半焦等燃烧速率慢、燃尽时间长的燃料时，可以使燃料得以燃烧较为完全的情况下，尽可能地减少烟气流动过程中的动量损失，保持旋风燃烧室内的气流具有足够的旋转能力，旋风筒1内部的截面热负荷强度适合。

烟气排出管5的内径与旋风筒1的内径的比值优选地为0.4～0.55。烟气排出管5的内径与旋风筒1的内径的比值设置在该范围内，使旋风燃烧室内有较好气体流动情况，旋风燃烧室内的旋转向上的气流可以以合适的烟气流速顺利经烟气排出管5排出，并有效控制烟气排出管5内的回流区，减少能量损失。

另外如图1所示，本实施例中烟气排出管5的底端位于旋风燃烧室的内部、烟气出口的下方。该设置可以较好地组织旋风燃烧室内的物质流动，使从一次风喷口和二次风喷口进入旋风燃烧室的燃料和含氧气体进入旋风燃烧室后基本能较好地产生切向流动，利于形成旋风燃烧，利于减少燃料在未与氧气充分反应的情况下发生短路流向烟气出口的可能。

如图1所示，本实施例中优选地，一次风喷口和二次风喷口在高度方向上均位于烟气出口和烟气排出管5的底端之间。该设置可以更好地组织旋风燃烧室内的物质流动，使从一次风喷口和二次风喷口进入旋风燃烧室的燃料和含氧气体进入旋风燃烧室后被限制于一环形空间内而能很好地产生切向流动，利于形成旋风燃烧，有效阻止燃料在未与氧气充分反应的情况下发生短路流向烟气出口。

本实施例中优选地，烟气排出管5的底端至烟气出口的距离即(烟气排出管5伸入旋风燃烧室内的长度)与旋风筒1内部的轴向长度的比值大于或等于0.3且小于或等于0.36。该设置在能保证旋风燃烧室顶部贴壁处产生较强的旋风流动的基础上，使旋风筒1内的高温气流混合充分，从而更好地燃烧。

而同时限制烟气排出管5的内径与旋风筒1的内径的比值和烟气排出管5伸入旋风燃烧室内的长度与旋风筒1的轴向长度的比值，可以保证旋风筒1内流场的分布均匀，减小短路气流与烟气排出管5外相对较冷烟气的回流，同时还可以保证高温烟气的混合，使得褐煤半焦等燃烧速率慢的燃料一直处于较高温度水平下，有利于燃料与氧气充分发生反应而充分转化。经转化形成的高温CO、H₂等物质进入到后述的补充燃烧室6后，通过再次补充适量二次风(补充风)，便可实现CO和H₂的高效转化，最终达到褐煤半焦等燃烧速率慢燃料的高效燃烧。

如图2所示，本实施例中，一次风管2大致沿旋风筒1的切向设置于旋风筒1的侧壁上。二次风管3大致沿旋风筒1的切向设置于旋风筒1的侧壁上。该设置利于形成旋风燃烧，从而保证燃料的行程，利于燃料与氧气充分发生反应。

本实施例中，一次风喷口和二次风喷口均为圆形喷口。一次风喷口和二次风喷口设置为圆形喷口可以减少气流的扩散，增加气流流动的刚性，进而可以使气流更规律的沿旋风筒1内壁旋转向下流动。

本发明中，一次风管和二次风管的数量可以是一个或两个以上，例如，一次风管和二次风管的数量可以均为三个。另外一次风管的数量和二次风管的数量可以相同也可以不同。

如图2所示，本实施例中，两个一次风喷口与两个以上一次风管2一一对应地设置，两个一次风管2相对于旋风筒1的轴线均匀间隔地旋转对称布置。两个二次风喷口与两个以上二次风管3一一对应地设置，两个二次风管3相对于旋风筒1的轴线均匀间隔地旋转对称布置。该设置利于形成旋风燃烧，从而保证燃料的行程，利于燃料与氧气充分发生反应。

如图2所示，本实施例中两个一次风管2和两个二次风管3一一对应的设置，每个二次风管3设置于对应的一次风管2的下游，且每个二次风管3与对应的一次风管2之间的夹角为50°～70°，例如为60°左右。一次风管2和二次风管3之间的夹角为50°～70°，使二次风管3可以及时补充一次风管2喷入的燃料进一步燃烧所需的氧气。

本实施例中，二次风喷口的中心轴线的高度等于或低于一次风喷口的中心轴线的高度，且二次风喷口与所述一次风喷口之间的高度小于旋风筒1的周长的5％。该设置可以使燃料在进入旋风燃烧室的最初即可以与旋风燃烧室内的氧气有充分接触的机会，更利于燃料与氧气的及时、充分反应。

如图1所示，本实施例中，一次风管2从远离旋风筒1的一侧向靠近旋风筒1的一侧下倾第一角度，第一角度大于或等于2°且小于或等于8°。二次风管3从远离旋风筒1的一侧向靠近旋风筒1的一侧下倾第二角度，第二角度大于或等于2°且小于或等于8°。使一次风管2和二次风管3下倾一定的角度范围，一方面利于引导燃料和含氧气体沿旋风筒1贴壁旋风下行，形成理想的气体流动，一方面可以保证燃料在旋风燃烧室内的行程及停留时间，利于燃料与氧气充分发生反应。

本实施例中进一步优选地，第一角度大于或等于2°且小于或等于5°。第二角度大于或等于2°且小于或等于5°。该设置在旋风燃烧室内形成理想的气体流动的基础上，更利于保证燃料在旋风燃烧室内的行程及停留时间，利于燃料与氧气充分发生反应。

旋风筒1包括侧壁和设置于侧壁顶部的顶盖。侧壁包括水冷壁和敷设于水冷壁外部的耐火材料。顶盖由耐火材料制成。烟气出口开设在顶盖上。水冷壁可在燃料燃烧过程中吸收热量加热给水。水冷壁外敷设耐火材料，可以防止颗粒对水冷壁的磨损。

如图1所示，本实施例中更具体地，旋风筒1的侧壁分为上下两部分，上段部分呈圆筒形，下段部分呈圆锥台形，圆锥台形上大下小，与圆筒形部分无缝连接。圆筒形部分及圆锥台形部分均由水冷壁构成，且在水冷壁外铺设一层耐火材料。顶盖由耐火材料筑成，顶盖中心与圆形的烟气排出管5无缝连接，烟气排出管5的底端伸入到旋风筒1的旋风燃烧室内，另一端伸出旋风筒1外。烟气排出管5可由水冷壁构成以吸收烟气排出管5内烟气的热量，也可由耐火材料构成。

如图1所示，旋风筒1的底部直径逐渐缩小而形成捕渣口4(圆锥台形部分的底端)。捕渣口4与烟气出口均以旋风筒1的轴线为中心设置。旋风燃烧室内的燃料燃烧过程中产生的液态渣，沿旋风筒1的筒壁流下，到达捕渣口4后从捕渣口4流出。捕渣口4下部与一竖直管道相连，竖直管道下部通入一水槽中，用以冷却燃烧过程中产生的液态灰渣，同时进行水封，防止空气从捕渣口4进入旋风燃烧室内，影响燃烧效果。

如图3所示，本发明实施例还提供一种燃烧设备。该燃烧设备包括本发明的旋风燃烧装置和设置于旋风燃烧装置下游的补充燃烧装置。补充燃烧装置包括补充燃烧室6，补充燃烧室6设置有烟气进口和补充风喷口7，旋风燃烧装置的烟气排出管5的与其底端相对的另一端与烟气进口连通。本实施例中，补充燃烧室6由水冷壁构成，以利于吸收补充燃烧室内的热量。

设置补充燃烧装置，并在补充燃烧装置中设置补充风喷口7，从而可以控制旋风燃烧室内的过量空气系数小于1，使旋风燃烧室处于还原性气氛中，因而在旋风燃烧室进行燃烧反应的过程生成的NOx减少，NOx排放量较低。而在补充燃烧室内进行补充燃烧时，由于温度相对较低，不利于NOx的生成，从而可以减低整个燃烧设备的NOx排放量。

如图3所示，本实施例中，补充燃烧装置的烟气进口位于二次燃烧室的底部，补充燃烧装置的补充风喷口7位于二次燃烧室下部。该设置可以充分利用补充燃烧室的空间，使补充燃烧室内的可燃物质充分燃尽。

如图3所示，本发明的补充燃烧设备还包括磨煤机11、过热器8、省煤器9、空气预热器10、除尘器13、脱硫装置14和烟囱15。

磨煤机11设置于旋风燃烧装置的上游，其出口与一次风管2连接。用于将燃料加工成粉末。本实施例中燃料为褐煤半焦。

过热器8设置于补充燃烧设备的水平烟道内，过热器8用于吸收水平烟道内的热量以将其内的水转变为蒸汽。省煤器9在过热器8的下游，设置于补充燃烧设备的尾部烟道12内，省煤器9用于吸收尾部烟道内的热量以加热其内的给水。空气预热器10位于省煤器9的下游，设置于尾部烟道内用于加热进入旋风燃烧室和补充燃烧室之前的含氧气体。本实施例中，含氧气体为空气。

本发明还提供一种利用本发明前述的燃烧设备燃烧燃料的燃烧方法。该燃烧方法包括：通过一次风喷口向旋风燃烧室内通入含有燃料粉末的一次风，通过二次风喷口向旋风燃烧室内通入二次风，使旋风燃烧室内的过量空气系数小于1；燃料粉末在旋风燃烧室内燃烧生成的烟气通入补充燃烧室6，通过补充风喷口7向补充燃烧室6通入补充风，使烟气内的可燃物质燃尽。

本实施例的燃料具体地为褐煤半焦。

本实施例中优选地，旋风燃烧室内的过量空气系数为0.6～0.8。该过量空气系数的设置范围可以使旋风燃烧室内具有较强的还原性气氛，可以较好地控制NOx排放量。

另外，本实施例优选地，从二次风喷口通入旋风燃烧室的二次风的风温为100℃～250℃。该风温相对于现有技术的二次风的风温较低。这是因为，褐煤等煤炭经低温热解后，含水量一般都不高，且得到的褐煤半焦基本为颗粒状，在磨煤机11中磨制的过程较容易，同时含水量较少，无需特别的干燥过程，故可采用较低的二次风的风温。在过量空气系数相同的条件下，相对较低的二次风的风温可以降低旋风燃烧室内的烟气流速，增大半焦颗粒在旋风筒1内的停留时间，进而使半焦与氧气充分发生反应。

本实施例的半焦燃烧方法的具体步骤如下：

褐煤半焦由磨煤机11研磨后制成褐煤半焦粉末。其中，为保证褐煤半焦在旋风筒1内的高燃尽性，经过磨煤机11研磨后的褐煤半焦粉末的颗粒粒径宜小于200μm。

褐煤半焦粉末经由一次风喷口送入旋风燃烧室。由于旋风燃烧室内较高的炉温和热负荷，进入旋风燃烧室的褐煤半焦的挥发分析出并进行燃烧；剩余的焦炭颗粒沿旋风筒1的筒壁旋转向下流动。

二次风按照使旋风燃烧室内过量空气系数为0.6～0.8的风量经二次风喷口通入旋风燃烧室内，二次风及时补充焦炭反应所需要的氧量，由于旋风燃烧室内高的热负荷和褐煤半焦颗粒较长的停留时间，使褐煤半焦具有较高的燃尽率。而由于过量空气系数小于1，旋风燃烧室内处于还原性气氛，燃烧反应过程生成的NOx减少，NOx排放量较低。

褐煤半焦在旋风燃烧室内旋转燃烧，产生的烟气从烟气排出管5排出旋风燃烧室，液态灰渣在旋风燃烧室底部被捕集并从捕渣口4排出。从烟气排出管5排出的烟气的主要成分包括CO₂、N₂、H₂O等不可燃成分以及H₂、CO等可燃成分。

从烟气排出管5排出的烟气进入补充燃烧室内与从补充风喷口7喷入的补充风混合，继续燃烧，将未完全反应的CO和H₂转化为CO₂和H₂O。

反应后的烟气继续经过过热器8，省煤器9，空气预热器10等受热面释放热量后经过除尘器13除尘，经脱硫装置15脱硫后由烟囱15排入大气。

本发明以上实施例的旋风燃烧装置可以利用旋风筒内高热负荷的特性及通过延长燃料行程和在旋风燃烧室内的停留时间实现褐煤半焦等着火点高、燃烧速率慢、燃尽时间长的燃料的高燃尽率燃烧。本发明的燃烧设备和燃烧方法则可以使旋风燃烧室内的过量空气系数小于1，旋风燃烧室内为还原性气氛，实现褐煤半焦等燃烧速率慢的燃料在旋风燃烧室内的低NOx燃烧，最终达到褐煤半焦等燃烧速率慢的燃料燃烧的高效清洁燃烧，从而在实现高效燃尽的同时控制NOx排放量。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (18)

1.一种旋风燃烧装置，其特征在于，包括旋风筒(1)，所述旋风筒(1)竖直设置且具有设置于旋风筒(1)内部的旋风燃烧室和分别与所述旋风燃烧室连通的一次风喷口、二次风喷口、烟气出口和捕渣口(4)，其中，所述一次风喷口、所述二次风喷口均位于所述旋风筒(1)的上部，所述烟气出口位于所述旋风筒(1)的顶部。

2.根据权利要求1所述的旋风燃烧装置，其特征在于，所述旋风筒(1)内部的轴向长度与所述旋风筒(1)的内径的比值为1.0～5.0，优选地为1.0～1.5。

3.根据权利要求1所述的旋风燃烧装置，其特征在于，所述旋风燃烧装置还包括烟气排出管(5)，所述烟气排出管(5)设置于所述旋风筒(1)上所述烟气出口处并通过所述烟气出口与所述旋风燃烧室连通，所述烟气排出管(5)的内径与所述旋风筒(1)的内径的比值为0.4～0.55。

4.根据权利要求1所述的旋风燃烧装置，其特征在于，所述旋风燃烧装置还包括烟气排出管(5)，所述烟气排出管(5)设置于所述旋风筒(1)上所述烟气出口处并通过所述烟气出口与所述旋风燃烧室连通，所述烟气排出管(5)的底端位于所述旋风燃烧室内部、所述烟气出口的下方。

5.根据权利要求4所述的旋风燃烧装置，其特征在于，所述烟气排出管(5)的底端至所述烟气出口的距离与所述旋风筒(1)内部的轴向长度的比值为0.3～0.36。

6.根据权利要求4所述的旋风燃烧装置，其特征在于，所述一次风喷口和/或所述二次风喷口在高度方向上位于所述烟气排出管(5)的底端与所述烟气出口之间。

7.根据权利要求1所述的旋风燃烧装置，其特征在于，所述旋风燃烧装置还包括一次风管(2)，所述一次风管(2)设置于所述旋风筒(1)上所述一次风喷口处并通过所述一次风喷口与所述旋风燃烧室连通，所述一次风管(2)大致沿所述旋风筒(1)的切向设置于所述旋风筒(1)的侧壁上；和/或，所述旋风燃烧装置还包括二次风管(2)，所述二次风管(2)设置于所述旋风筒(1)上所述二次风喷口处并通过所述二次风喷口与所述旋风燃烧室连通，所述二次风管(3)大致沿所述旋风筒(1)的切向设置于所述旋风筒(1)的侧壁上。

8.根据权利要求7所述的旋风燃烧装置，其特征在于，两个以上所述一次风喷口与两个以上所述一次风管(2)一一对应地设置，所述两个以上一次风管(2)相对于所述旋风筒(1)的轴线均匀间隔地旋转对称布置；和/或，两个以上所述二次风喷口与两个以上所述二次风管(3)一一对应地设置，所述两个以上二次风管(3)相对于所述旋风筒(1)的轴线均匀间隔地旋转对称布置。

9.根据权利要求7所述的旋风燃烧装置，其特征在于，所述一次风管(2)和所述二次风管(3)一一对应的设置，所述二次风管(3)设置于对应的所述一次风管(2)的气流流动方向的下游，且所述二次风管(3)与对应的所述一次风管(2)之间的夹角为50°～70°。

10.根据权利要求7所述的旋风燃烧装置，其特征在于，所述一次风管(2)从远离所述旋风筒(1)的一侧向靠近所述旋风筒(1)的一侧下倾第一角度，所述第一角度为2°～8°，优选地为2°～5°；和/或，所述二次风管(3)从远离所述旋风筒(1)的一侧向靠近所述旋风筒(1)的一侧下倾第二角度，所述第二角度为2°～8°，优选地为2°～5°。

11.根据权利要求1所述的旋风燃烧装置，其特征在于，所述一次风喷口和所述二次风喷口均为圆形喷口。

12.根据权利要求1所述的旋风燃烧装置，其特征在于，所述二次风喷口的中心轴线的高度等于或低于所述一次风喷口的中心轴线的高度，且所述二次风喷口与所述一次风喷口之间的高度小于所述旋风筒(1)的周长的5％。

13.一种燃烧设备，包括旋风燃烧装置和设置于所述旋风燃烧装置下游的补充燃烧装置，其特征在于，所述旋风燃烧装置为根据权利要求1至12中任一项所述的旋风燃烧装置，所述补充燃烧装置包括补充燃烧室(6)，所述补充燃烧室(6)设置有烟气进口和补充风喷口(7)，所述旋风燃烧装置的烟气排出管(5)的与底端相对的另一端与所述烟气进口连通。

14.根据权利要求13所述的燃烧设备，其特征在于，所述烟气进口位于所述二次燃烧室的底部，所述补充风喷口(7)位于所述二次燃烧室下部。

15.一种利用权利要求13或14所述的燃烧设备燃烧燃料的燃烧方法，其特征在于，通过所述一次风喷口向所述旋风燃烧室内通入含有燃料粉末的一次风，通过所述二次风喷口向所述旋风燃烧室内通入二次风，并使所述旋风燃烧室内的过量空气系数小于1；所述燃料粉末在所述旋风燃烧室内燃烧生成的烟气通入所述补充燃烧室(6)，通过所述补充风喷口(7)向所述补充燃烧室(6)通入补充风，并使所述烟气内的可燃物质燃尽。

16.根据权利要求15所述的燃烧方法，其特征在于，所述旋风燃烧室内的过量空气系数为0.6～0.8。

17.根据权利要求15所述的燃烧方法，其特征在于，所述二次风的风温为100℃～250℃。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的燃烧方法，其特征在于，所述燃料为半焦。