CN106196041A - 多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器。现有旋流燃烧器技术有待进一步降低NOx排放、提高燃尽率。本发明一次风管弯头（1）与一次风管水平段（2）连接，一次风管水平段中心有中心风管组件（5），入口有煤粉均布器（3），近出口有文丘里煤粉浓缩器（4），出口与稳燃器（7）连接，一次风管水平段外部有二次风管（10）和二次风风闸（13），二次风管外部有三次风管（11）和三次风风闸（14），三次风管出口有三次风扩口（17），三次风设有三次风旋流调节机构（15），三次风管外部有四次风管（12），四次风设有四次风旋流调节机构（16），四次风管出口与水冷壁管屏（18）连接。本发明用于多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器。

Description

多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器

技术领域：

本发明涉及煤的高效清洁燃烧技术领域，具体是提供一种多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器。

背景技术：

现有的墙式对冲燃烧锅炉旋流燃烧器技术依煤质不同其NOx排放也不同，对于干燥无灰基挥发分为36-38%的烟煤，现有技术可达到的NOx排放大致为240-280mg/Nm3（6% O2，干烟气），对于干燥无灰基挥发分为19%的贫煤，现有技术可达到450mg/Nm3（6% O2，干烟气），这些浓度大大高于目前低至50mg/Nm3（6% O2，干烟气）的最新排放规定，因此，很有必要进一步改进燃烧器设计、提高燃烧器性能以最大限度地降低烟气脱硝费用来满足最新的排放规定。

煤燃烧过程中产生的NOx主要由热力NOx和燃料NOx两部分组成：热力NOx是由燃烧空气中的一少部分氮被氧化生成，占总NOx的20-30%；燃料NOx是由煤中的一部分氮被氧化生成，占总NOx的70-80%，燃煤排放的NOx除了形成酸雨，破坏生态环境外，还会形成光化学烟雾，直接危害人类健康，因此必须得到有效地控制。

电站燃煤是大气中NOx排放的主要来源之一，电站燃煤锅炉NOx排放的控制可由燃烧过程中控制和燃烧后烟气处理来实现，而燃烧过程中控制主要是通过使用低NOx燃烧器加上炉内分段燃烧技术来完成，随着对电站燃煤污染物排放控制的日趋严格，对燃烧过程中NOx生成的控制也有更高的要求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器，其组成包括：一次风粉系统、总二次风系统，所述的一次风粉系统包括一次风管弯头，所述的一次风管弯头通过法兰与一次风管水平段连接，所述的一次风管水平段出口端通过特殊设计的螺栓与一个多齿状并带有小扩口的稳燃器连接，所述的一次风管水平段外部安装有二次风管，所述的二次风管外部安装有三次风管，所述的三次风管出口端设有一个与轴向有一定夹角的三次风扩口，此扩口通过焊接方式和加强板与所述的三次风管连接，所述的三次风管外部安装有四次风管，所述的一次风管水平段与二次风管、所述的二次风管与三次风管、所述的三次风管与四次风管之间在前后端均通过特殊设计的顶紧装置进行支撑，所述的四次风管出口端安装有水冷壁管屏。

所述的多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器，所述的一次风管水平段入口端上部安装有一个月牙形煤粉均布器，所述的一次风管水平段近出口端安装有文丘里煤粉浓缩器，所述的一次风管水平段中心位置安装有中心风管组件，所述的中心风管组件出口端通过支架与所述的一次风管水平段连接，入口端通过倾面法兰与所述的一次风管弯头连接，所述的中心风管组件中心位置安装有油枪组件，所述的油枪组件出口端通过叶轮支撑在所述的中心风管组件内，入口端通过法兰与所述的中心风管组件入口端相连接。

所述的多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器，所述的总二次风系统包括风箱，所述的风箱以焊接方式与所述的一次风管水平段和所述的四次风管相连接，所述的风箱外部安装有总风闸组件，所述的总风闸组件是一个位于风箱外侧的同轴圆筒，通过其滑轮、导轨及连接拉杆可沿轴向移动以调整其风门开度，所述的三次风管近出口端布置有三次风旋流调节机构，此调节机构是在三次风管通道的圆周上安装一组等间距布置的轴向旋流叶片，每个叶片通过其定位转轴和驱动连杆与一个安装在四次风管外侧的环板连接，所述的四次风管近出口端布置有四次风旋流调节机构，此调节机构是在四次风管通道的圆周上安装一组等间距布置的轴向旋流叶片，每个叶片通过其定位转轴和驱动连杆与一个安装在四次风管外侧的环板连接，也就是三次风和四次风旋流叶片各与一个环板连接，这两个环板分别通过其滑轮、导轨及连接拉杆可沿轴向移动以调整叶片与轴向夹角从而调整其旋流强度，所述的二次风管、所述的三次风管入口处分别安装有锥形的二次风风闸、三次风风闸以控制其风量，这两个锥形风闸也是通过其滑轮及连接拉杆可沿轴向移动以调整其风门开度。

有益效果：

1.本发明低NOx旋流燃烧器经过18MW冷态与热态试验、数值模拟计算、试验燃烧器到实际燃烧器放大设计，已成功地应用于多个电站烟煤工程项目，现场运行结果表明对于干燥无灰基挥发分为36%的烟煤，本发明燃烧器可将锅炉出口NOx排放减少到220mg/Nm3（6% O2）以下，最低可达200mg/Nm3以下，未燃尽碳低位热损失在0.5%以下。

本发明燃烧器也有较低的运行阻力，一次风阻力不超过800Pa，总二次风阻力不超过1300Pa，本燃烧器在所有负荷下能保持很好的燃烧稳定性，并不产生喷口结焦。

本发明低NOx轴向旋流燃烧器具有一次风粉多级浓淡分离、主燃烧空气深度分级和形成环形回流区等特点，可最大限度地减少NOx的生成。

本发明燃烧器的一次风携带煤粉经过一次风管弯头进入一次风管水平段，在一次风管水平段入口端上部布置有一个月牙形的煤粉均布器，以调整一次风管弯头内由于气流改变了流动方向和颗粒惯性作用而造成的上浓下淡的不均匀煤粉分布，一次风粉经过煤粉均布器后基本上趋于均匀分布，再经过文丘里煤粉浓缩器后，在一次风管出口断面上产生了外浓内淡的浓度分布，并在此处注入炉膛。

本发明燃烧器由风箱来的主燃烧空气分为二次风、三次风和四次风，以加大空气分级程度，二次风为直流，风量较小，其作用是形成一道空气隔墙以推迟一次风与外围主燃烧空气混合，也就是在近燃烧器区形成缺氧环境，有利于NOx还原，三次风和四次风为旋流，风速较大，分别经过一组沿圆周方向布置的轴向旋流叶片后射入炉膛，其作用是在远燃烧器区完成未燃尽碳的燃烧，并促使在近燃烧器区形成一个回流区。

本发明在一次风管出口端设有一个多齿状并带有小扩口的稳燃器，多齿结构在一次风管出口端的圆周方向上产生了煤粉浓淡分离，产生局部还原环境，减少了NOx的生成，小扩口推迟二次风与一次风粉混合，进一步在近燃烧器区形成缺氧环境，有利于NOx还原。

本发明在三次风管出口处设有一个与轴向有一定夹角的扩口，以推迟三次风与四次风的混合。

本发明低NOx燃烧器特有的喷口结构在近燃烧器区一次风粉射流外侧形成一个环形回流区，该环形回流区能够将外浓内淡的一次风粉卷席到回流区内；将高温烟气带回近燃烧器区，加热一次风粉，促进了煤粉点火，保持火焰稳定性；带回的高温烟气含氧量低，使回流区处于缺氧环境，有利于NOx还原。

本发明燃烧器二次风至四次风由里到外逐渐偏离一次风与燃料，从而导致在轴向上分级混合和分级燃烧，这种分级产生两种效果：第一，在近燃烧器区形成缺氧环境，有利于NOx还原，在远燃烧器区通过三、四次风来完成未燃尽碳的燃烧；第二，热量逐步释放，从而降低火焰温度，减少热力NOx生成。

10.本发明具有优化的一至四次风风速、旋流度和风量配比、以及优化的一次风粉多级浓淡分离装置几何结构。

本发明采用了直流一次风和简单的一次风入口弯管以减少一次风阻力、降低风机能耗，而且简化了结构、减少造价，本发明的轴向旋流机构具有结构简单、阻力小、旋流度调整范围大等优点。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是附图1中的煤粉均布器结构示意图。

附图3是附图1中的一次风管出口前100mm截面煤粉浓度分布数值模拟图。

附图4是附图1中的一次风管出口截面煤粉浓度分布数值模拟图。

附图5是附图1中的一次风管出口后20mm截面煤粉浓度分布数值模拟图。

附图6是附图1中的一次风管出口煤粉浓缩飘带模拟试验图。

附图7是附图1中的多齿状稳燃器结构示意图。

附图8是多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器流场结构冷态试验图。

附图9是多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器流场结构数值模拟图。

附图10是附图1中的三次风旋流调节机构、四次风旋流调节机构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

一种多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器，其组成包括：一次风粉系统、总二次风系统，所述的一次风粉系统包括一次风管弯头1，所述的一次风管弯头通过法兰与一次风管水平段2连接，所述的一次风管水平段出口端通过特殊设计的螺栓与一个多齿状并带有小扩口的稳燃器7连接，所述的一次风管水平段外部安装有二次风管10，所述的二次风管外部安装有三次风管11，所述的三次风管出口端设有一个与轴向有一定夹角的三次风扩口17，此扩口通过焊接方式和加强板与所述的三次风管连接，所述的三次风管外部安装有四次风管12，所述的一次风管水平段与二次风管、所述的二次风管与三次风管、所述的三次风管与四次风管之间在前后端均通过特殊设计的顶紧装置进行支撑，所述的四次风管出口端安装有水冷壁管屏18。

实施例2：

根据实施例1所述的多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器，所述的一次风管水平段入口端上部安装有一个月牙形煤粉均布器3，所述的一次风管水平段近出口端安装有文丘里煤粉浓缩器4，所述的一次风管水平段中心位置安装有中心风管组件5，所述的中心风管组件出口端通过支架与所述的一次风管水平段连接，入口端通过倾面法兰与所述的一次风管弯头连接，所述的中心风管组件中心位置安装有油枪组件6，所述的油枪组件出口端通过叶轮支撑在所述的中心风管组件内，入口端通过法兰与所述的中心风管组件入口端相连接。

实施例3：

根据实施例1或2所述的多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器，所述的总二次风系统包括风箱8，所述的风箱以焊接方式与所述的一次风管水平段和所述的四次风管相连接，所述的风箱外部安装有总风闸组件9，所述的总风闸组件是一个位于风箱外侧的同轴圆筒，通过其滑轮、导轨及连接拉杆可沿轴向移动以调整其风门开度，所述的三次风管近出口端布置有三次风旋流调节机构15，此调节机构是在三次风管通道的圆周上安装一组等间距布置的轴向旋流叶片，每个叶片通过其定位转轴和驱动连杆与一个安装在四次风管外侧的环板连接，所述的四次风管近出口端布置有四次风旋流调节机构16，此调节机构是在四次风管通道的圆周上安装一组等间距布置的轴向旋流叶片，每个叶片通过其定位转轴和驱动连杆与一个安装在四次风管外侧的环板连接，也就是三次风和四次风旋流叶片各与一个环板连接，这两个环板分别通过其滑轮、导轨及连接拉杆可沿轴向移动以调整叶片与轴向夹角从而调整其旋流强度，所述的二次风管、所述的三次风管入口处分别安装有锥形的二次风风闸13、三次风风闸14以控制其风量，这两个锥形风闸也是通过其滑轮及连接拉杆可沿轴向移动以调整其风门开度。

实施例4：

根据实施例1-3所述的多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器，所述的多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器由一次风粉系统和总二次风系统构成，一次风粉系统由一次风管弯头、一次风管水平段、煤粉均布器、文丘里煤粉浓缩器、稳燃器、中心风管组件、及油枪组件组成，总二次风系统由风箱、二次风管、三次风管和四次风管及其相应的风量调节与旋流调节装置组成；

在一次风管水平段的中心布置有中心风管，中心风管的中心布置有油枪，油枪起点火、暖炉和为燃烧器在低负荷运行时稳燃的作用，容量一般为燃烧器热输入的20-30%，中心风管为油枪提供一部分燃烧空气，也起到冷却油枪的作用；

一次风管靠炉膛一段采用耐热耐磨材质以防止高温变形和煤粉冲刷，一次风管靠风箱一段、文丘里煤粉浓缩器、煤粉均布器及弯头均采用耐磨材质以防止煤粉冲刷，即在普通碳钢内壁嵌上耐磨陶瓷或采用整体耐磨铸件，中心风管及相连接的文丘里煤粉浓缩器部件采用整体耐磨铸件，一次风管水平段组件与弯头组件通过法兰连接，以便于安装与拆卸并保证其同轴度，中心风管组件出口端通过支架与一次风管水平段连接，入口端通过倾面法兰与弯头连接，以便于安装与拆卸并保证与一次风管水平段的同轴度，油枪出口端通过叶轮支撑在中心风管内，入口端通过法兰与中心风管入口端相连接，以便于安装与拆卸并保证与中心风管的同轴度；

稳燃器为优质耐热耐磨铸件，以防止高温变形和煤粉冲刷，稳燃器与一次风管组件出口端通过一种特殊设计的螺栓连接，本螺栓连接可在安装时灵活和准确地调整稳燃器的轴向位置，并使螺栓隐藏在一次风管管壁内从而防止了煤粉冲刷；

本产品燃烧器设有单独风箱和一个总风闸装置以控制燃烧器的总二次风量，总风闸装置是一个位于风箱外侧的同轴圆筒，通过其滑轮、导轨及连接拉杆可沿轴向移动以调整其风门开度，在二次风管和三次风管入口处各设有一个锥形风闸以控制其风量，这两个锥形风闸也是通过其滑轮及连接拉杆可沿轴向移动以调整其风门开度，四次风管没有风闸，其风量取决于二次风和三次风的风量；

在三次风与四次风通道的圆周方向上各设有一组等间距布置的轴向旋流叶片，每组中的每个叶片通过其定位转轴和驱动连杆与一个安装在四次风管外侧的环板连接，也就是三次风和四次风旋流叶片各与一个环板连接，这两个环板分别通过其滑轮、导轨及连接拉杆可沿轴向移动以调整叶片与轴向夹角从而调整其旋流强度，本旋流调节机构能实现较大范围的叶片角度和旋流强度；

一次风管与二次风管、二次风管与三次风管、三次风管与四次风管之间在前后端均通过特殊设计的顶紧装置进行支撑，顶紧装置设有调节螺母来保证各风管间的同轴度，这样安装方便且精度高，三次风扩口通过焊接方式和加强板与三次风管连接，提高了连接强度，风箱以焊接方式与一次风管和四次风管相连接，保证了燃烧器的整体刚性。

Claims (3)

1.一种多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器，其组成包括：一次风粉系统、总二次风系统，其特征是：所述的一次风粉系统包括一次风管弯头，所述的一次风管弯头通过法兰与一次风管水平段连接，所述的一次风管水平段出口端通过特殊设计的螺栓与一个多齿状并带有小扩口的稳燃器连接，所述的一次风管水平段外部安装有二次风管，所述的二次风管外部安装有三次风管，所述的三次风管出口端设有一个与轴向有一定夹角的三次风扩口，此扩口通过焊接方式和加强板与所述的三次风管连接，所述的三次风管外部安装有四次风管，所述的一次风管水平段与二次风管、所述的二次风管与三次风管、所述的三次风管与四次风管之间在前后端均通过特殊设计的顶紧装置进行支撑，所述的四次风管出口端安装有水冷壁管屏。

2.根据权利要求1所述的多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器，其特征是：所述的一次风管水平段入口端上部安装有一个月牙形煤粉均布器，所述的一次风管水平段近出口端安装有文丘里煤粉浓缩器，所述的一次风管水平段中心位置安装有中心风管组件，所述的中心风管组件出口端通过支架与所述的一次风管水平段连接，入口端通过倾面法兰与所述的一次风管弯头连接，所述的中心风管组件中心位置安装有油枪组件，所述的油枪组件出口端通过叶轮支撑在所述的中心风管组件内，入口端通过法兰与所述的中心风管组件入口端相连接。

3.根据权利要求1或2所述的多级分离环形回流式轴向旋流燃烧器，其特征是：所述的总二次风系统包括风箱，所述的风箱以焊接方式与所述的一次风管水平段和所述的四次风管相连接，所述的风箱外部安装有总风闸组件，所述的总风闸组件是一个位于风箱外侧的同轴圆筒，通过其滑轮、导轨及连接拉杆可沿轴向移动以调整其风门开度，所述的三次风管近出口端布置有三次风旋流调节机构，此调节机构是在三次风管通道的圆周上安装一组等间距布置的轴向旋流叶片，每个叶片通过其定位转轴和驱动连杆与一个安装在四次风管外侧的环板连接，所述的四次风管近出口端布置有四次风旋流调节机构，此调节机构是在四次风管通道的圆周上安装一组等间距布置的轴向旋流叶片，每个叶片通过其定位转轴和驱动连杆与一个安装在四次风管外侧的环板连接，也就是三次风和四次风旋流叶片各与一个环板连接，这两个环板分别通过其滑轮、导轨及连接拉杆可沿轴向移动以调整叶片与轴向夹角从而调整其旋流强度，所述的二次风管、所述的三次风管入口处分别安装有锥形的二次风风闸、三次风风闸以控制其风量，这两个锥形风闸也是通过其滑轮及连接拉杆可沿轴向移动以调整其风门开度。