專利名稱：噴動流化旋渦煤粉燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的煤粉及可粉碎性固體可燃物料燃燒的燃燒裝置，尤其是一種噴動流化旋渦煤粉燃燒器。
背景技術(shù)：
煤燃燒對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，其中氮氧化物(NOX)是造成大氣污染的主要污染源之一。目前，國內(nèi)外對于控制氮氧化物的排放有較多比較有效的控制措施，大致分為兩類煙氣凈化技術(shù)和低NOX燃燒技術(shù)(空氣分級、煙氣再循環(huán)、再燃燒等)。但是，這些技術(shù)在我國的應(yīng)用有一定的局限性，主要是(1)煙氣凈化技術(shù)初期投資巨大、運行費用高，即便是采用煙氣脫氮裝置，仍需采用低NOX燃燒措施。(2)煙氣再循環(huán)技術(shù)中，NOX降低率隨著煙氣再循環(huán)率的增加而增加，但是煙氣再循環(huán)率的增加會導(dǎo)致燃燒趨于不穩(wěn)定，一般電站鍋爐的煙氣再循環(huán)率控制在10％-20％左右，而且這種方法還要加裝再循環(huán)風(fēng)機等，增大了投資，系統(tǒng)也較為復(fù)雜。(3)再燃燒技術(shù)同其他低NOX燃燒技術(shù)相比在排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格或燃用低揮發(fā)分劣質(zhì)煤種時有明顯的優(yōu)勢，但是再燃燒的NOX降低率很強地依賴于再燃燃料的種類，一般采用天然氣作為再燃燃料，這種方法要求有穩(wěn)定的天然氣氣源，很多廠不具備這個條件，而且運行成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以有效降低NOX排放，且使用方便的新的煤粉及可粉碎性固體可燃物料燃燒的燃燒器。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明根據(jù)噴動流化床可以控制溫度燃燒與空氣分級的基本思想，結(jié)合濃淡燃燒的基本原理，提出了一種低溫噴動流化旋渦煤粉燃燒裝置，控制進(jìn)入燃燒室內(nèi)的顆粒粒徑分布，使顆粒粒徑小于某臨界顆粒粒徑的稀相風(fēng)粉進(jìn)入上升氣流區(qū)，直接燃燒；顆粒粒徑大于該臨界顆粒粒徑的濃相風(fēng)粉保持在旋流區(qū)，燃燒分解或碎裂后的小于該臨界顆粒直徑的顆粒再進(jìn)入上升氣流區(qū)燃燒。旋流區(qū)中氣體流量遠(yuǎn)低于顆粒燃燒所需的化學(xué)當(dāng)量比，控制旋流區(qū)處于相對低溫，在富燃料條件下，NOX的生成得到了極大的遏制。對于上升氣流區(qū)，由于遠(yuǎn)離主燃燒區(qū)域，溫度較低，這樣也大大限制了NOX的生成。經(jīng)過一次風(fēng)粉濃淡分離，旋流區(qū)的顆粒與氣流旋轉(zhuǎn)以及上升氣流區(qū)內(nèi)風(fēng)粉形成的控制，顆粒在燃燒區(qū)域的停留時間也得到較大的延長。由于旋流區(qū)內(nèi)顆粒保持噴動流化狀態(tài)，燃燒溫度保持在足夠燃燒的相對低溫，這種燃燒本身可以避免促進(jìn)氮氧化物生成的局部高溫的產(chǎn)生，同時本技術(shù)控制過量空氣系數(shù)(化學(xué)當(dāng)量比)較小，使旋流區(qū)處于還原氣氛區(qū)，造成旋流區(qū)顆粒燃燒相對缺氧，大大抑制了NOX的產(chǎn)生。
本發(fā)明所述的噴動流化旋渦煤粉燃燒器，具有一個立式圓柱形或方形的燃燒室，所述燃燒室側(cè)壁上分別開有傾斜向上的一次風(fēng)粉管道2和傾斜向下的底部風(fēng)道4以及燃?xì)馀c未燃燼顆粒出口10、傾斜底部7。
一次風(fēng)1攜帶煤粉顆粒通過傾斜向下的一次風(fēng)粉管道2進(jìn)入燃燒室，與其相對的底部噴動流化風(fēng)3通過底部風(fēng)道4進(jìn)入燃燒室，一次風(fēng)與噴動流化風(fēng)相對噴射形成旋流區(qū)5和上升的氣流區(qū)6，一次風(fēng)粉中大于某一臨界直徑的顆粒在氣流場的作用下，在重力的作用下跟隨旋流氣流沉降于燃燒室傾斜的底部7，滑動至底部風(fēng)道4的噴動氣流口，在噴動流化風(fēng)3的噴動下上升，形成顆粒旋流區(qū)。一次風(fēng)粉中和旋流過程碎裂后小于該臨界顆粒直徑的顆粒，顆粒將隨上升氣流6繼續(xù)氣化或燃燼。所說的旋流區(qū)中顆粒處于流化狀態(tài)，混合較均勻，燃燒溫度容易控制且比較均勻，同時其中氣流量低于顆粒燃燒所需的化學(xué)當(dāng)量比，溫度可以控制在相對低溫，排除燃燒產(chǎn)生局部高溫，此區(qū)域?qū)儆陬w粒濃相燃燒，相對低溫極大地抑制了氮氧化物的產(chǎn)生。同時由于較大顆粒的自身旋流流化，而不需要惰性顆粒作為流化物料來維持溫度均勻性，因此減少設(shè)備的額外磨損。
所述的一次風(fēng)粉中的風(fēng)可以是空氣或氧氣及其混合氣體，甚至可以為氮氣等惰性氣體。這股氣流可以是經(jīng)過預(yù)熱的，也可以是常溫的；煤粉可以是經(jīng)過干燥處理的，也可以是自然狀態(tài)的。燃料的氣力輸送方式可以是稀相輸送，也可以是濃相輸送。燃料入口可以是圓形、方形、扁形，也可以是其他形狀。
所述的一次風(fēng)1與噴動流化風(fēng)3在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量之比在0.2-3之間，一次風(fēng)粉與噴動流化風(fēng)的動量之比在0.2-8之間。所述的一次風(fēng)粉單管或多管進(jìn)入燃燒室，所述的一次風(fēng)粉流進(jìn)入燃燒室的速度可以控制在10-100米/秒的范圍。所述的噴動流化風(fēng)進(jìn)入燃燒室的速度可以控制在10-120米/秒的范圍。
所述的一次風(fēng)粉管道2與底部風(fēng)道4水平傾角分別為α與β，兩通道之間存在一定夾角|α-β|，其值在0°-75°之間，保證相對的一次風(fēng)粉和噴動流化風(fēng)在燃燒室內(nèi)下部形成理想的氣流與顆粒的兩相旋流流場。|α-β|＝0°表示兩通道平行。
所述的一次風(fēng)粉中的粉為燃料顆粒，其平均粒徑為0.04至10毫米，最大粒徑為20毫米，燃料顆粒可以是煤粉、油頁巖、造紙廢料及生物質(zhì)等燃料顆粒。
所述的顆粒沉降的傾斜底部7水平傾角γ在5°-90°之間。沉降的顆?？梢栽谥亓ψ饔孟伦詣踊亓鞯絿妱託饬骺?。所說的傾斜底部7也可以采用燒結(jié)等孔隙材料，氣體通過孔隙材料后，對堆積在傾斜底部的顆粒進(jìn)行流化，易于顆粒順利返回噴動氣流口，保證顆粒流化的旋流區(qū)域的形成。
所述的燃?xì)馀c未燃燼顆粒出口10方向與燃燒室主體可以垂直(如圖1)，也可以成一定角度。
為保證顆粒的完全燃燒，在燃?xì)馀c未燃燼顆粒出口10前可以加入二次風(fēng)，二次風(fēng)8通過蝸殼結(jié)構(gòu)9卷吸上升的氣流與顆粒進(jìn)入二次燃燼或換熱室，可以控制氣流處于相對低溫，也可以保證出口氣流在二次燃燼室或換熱室的充滿度。
所述的二次風(fēng)8通過蝸殼結(jié)構(gòu)9卷吸上升的氣流與顆粒進(jìn)入二次燃燼或換熱室，二次風(fēng)流量與一次風(fēng)流量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的之比在0-0.6之間，圖2中二次風(fēng)進(jìn)口的水平傾角θ在平面內(nèi)為任意角度。所述的蝸殼結(jié)構(gòu)也可以采用燃?xì)獬隹诠鼙谏檄h(huán)形切向開孔二次進(jìn)風(fēng)，從而形成切向環(huán)流卷吸燃?xì)膺M(jìn)入二次燃燼或換熱室。
本發(fā)明噴動流化旋渦煤粉燃燒裝置對燃料制備要求低，燃料顆粒粒徑比較大，而且燃燒區(qū)溫度比常規(guī)煤粉燃燒低，不易結(jié)焦、結(jié)渣；煤種適應(yīng)廣泛，不僅能燃無煙煤、煙煤、褐煤、泥煤，還能燃油頁巖、造紙廢料等不同燃料。


圖1是本發(fā)明燃燒器的燃燒原理及結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明燃燒器的二次進(jìn)風(fēng)蝸殼結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明一次風(fēng)1、一次風(fēng)粉管道2、噴動流化風(fēng)3、底部風(fēng)道4、旋流區(qū)5、上升的氣流區(qū)6、傾斜底部7、二次風(fēng)8、蝸殼結(jié)構(gòu)9、燃?xì)馀c未燃燼顆粒出口10、風(fēng)機11、螺旋給煤機12、煙道13、旋風(fēng)分離器14。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步說明實施例一圖3為按照本發(fā)明原理設(shè)計的低溫噴動流化旋渦煤粉燃燒器。該裝置由旋流區(qū)5、上升的氣流區(qū)6以及旋風(fēng)分離器14等構(gòu)成。一次風(fēng)1和底吹的噴動流化風(fēng)3采用與水平面成45°平行反向?qū)ι洌瑑烧唢L(fēng)量之比控制在0.56，一次風(fēng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量為40Nm3/h。二次風(fēng)的渦殼進(jìn)口9的水平傾角θ為0°，二次風(fēng)流量與一次風(fēng)流量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的之比為0。傾斜底部7的水平傾角γ為45°。由螺旋給煤機12將0.5mm的煤粉顆粒供入一次風(fēng)通道2中，由風(fēng)機11將一次風(fēng)1與煤粉顆粒一起供入燃燒室內(nèi)，與平行反向的底吹的噴動流化風(fēng)3相遇形成強烈的旋流區(qū)5，粗大的煤粉顆粒在該區(qū)域不斷地旋轉(zhuǎn)、破碎、燃燒，當(dāng)其粒徑破碎到小于臨界顆粒直徑時，隨上升的氣流進(jìn)入氣流區(qū)6完全燃燒。最后煙氣由出口10經(jīng)煙道13，旋風(fēng)分離器14排出。
實施例二按照本發(fā)明原理設(shè)計的低溫噴動流化旋渦煤粉燃燒器，由旋流區(qū)5、上升的氣流區(qū)6以及旋風(fēng)分離器14等構(gòu)成。一次風(fēng)1進(jìn)口和底吹的噴動流化風(fēng)3進(jìn)口的水平傾角的夾角之差β-α＝30°。兩股進(jìn)風(fēng)反向交錯對射，兩者風(fēng)量之比控制在1.8，一次風(fēng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量為40Nm3/h。二次風(fēng)的渦殼進(jìn)口9的水平傾角θ為90°，二次風(fēng)流量與一次風(fēng)流量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的之比為0.2。傾斜底部7的水平傾角γ為45°。由螺旋給煤機12將0.1mm的煤粉顆粒供入一次風(fēng)通道2中，由風(fēng)機11將一次風(fēng)1與煤粉顆粒一起供入燃燒室內(nèi)，與平行反向的底吹風(fēng)3相遇形成強烈的旋流區(qū)5，粗大的煤粉顆粒在該區(qū)域不斷地旋轉(zhuǎn)、破碎、燃燒，當(dāng)其粒徑破碎到小于臨界顆粒直徑時，隨上升的氣流進(jìn)入氣流區(qū)6，然后受二次風(fēng)8的卷吸進(jìn)入換熱室完全燃燒。最后煙氣由出口10經(jīng)煙道13，旋風(fēng)分離器14排出。
權(quán)利要求
1.一種噴動流化旋渦煤粉燃燒器，具有一個立式圓柱形或方形的燃燒室，其特征在于所述燃燒室側(cè)壁上分別開有傾斜向上的一次風(fēng)粉管道(2)和傾斜向下的底部風(fēng)道(4)以及燃?xì)馀c未燃燼顆粒出口(10)、傾斜底部(7)；所述一次風(fēng)粉管道(2)與底部風(fēng)道4水平傾角分別為α與β，兩通道之間存在一定夾角|α-β|，其值在0°-75°之間；所述傾斜底部(7)水平傾角γ在5°-90°之間。
2.如權(quán)利要求1所述的噴動流化旋渦煤粉燃燒器，其特征在于一次風(fēng)攜帶煤粉顆粒通過傾斜向上的一次風(fēng)粉管道(2)進(jìn)入燃燒室，與其相對的底部噴動流化風(fēng)通過底部風(fēng)道(4)進(jìn)入燃燒室，所述一次風(fēng)與噴動流化風(fēng)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量之比在0.2-3之間，一次風(fēng)粉與噴動流化風(fēng)的動量之比在0.2-8之間，一次風(fēng)與噴動流化風(fēng)相對噴射形成旋流區(qū)和上升的氣流區(qū)。
3.如權(quán)利要求1和2所述的噴動流化旋渦煤粉燃燒器，其特征在于所述一次風(fēng)粉單管或多管進(jìn)入燃燒室。
4.如權(quán)利要求1和2所述的噴動流化旋渦煤粉燃燒器，其特征在于所述一次風(fēng)粉中的粉為燃料顆粒，其平均粒徑為0.04至10毫米。
5.如權(quán)利要求1或2所述的噴動流化旋渦煤粉燃燒器，其特征在于在燃?xì)馀c未燃燼顆粒出口10前加入二次風(fēng)8，所述的二次風(fēng)8通過蝸殼結(jié)構(gòu)9卷吸上升的氣流與顆粒進(jìn)入二次燃燼或換熱室，二次風(fēng)流量與一次風(fēng)流量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的之比在0-0.6之間，二次風(fēng)進(jìn)口的水平傾角θ在平面內(nèi)為任意角度。
6.如權(quán)利要求5所述的噴動流化旋渦煤粉燃燒器，其特征在于所述的蝸殼結(jié)構(gòu)采用燃?xì)獬隹诠鼙谏檄h(huán)形切向開孔二次進(jìn)風(fēng)，從而形成切向環(huán)流卷吸燃?xì)膺M(jìn)入二次燃燼或換熱室。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種噴動流化旋渦煤粉燃燒器，具有一個立式圓柱形或方形的燃燒室，所述燃燒室側(cè)壁上分別開有傾斜向上的一次風(fēng)粉管道(2)和傾斜向下的底部風(fēng)道(4)以及燃?xì)馀c未燃燼顆粒出口(10)、傾斜底部(7)。一次風(fēng)攜帶煤粉顆粒通過傾斜向上的一次風(fēng)粉管道(2)進(jìn)入燃燒室，與其相對的底部噴動流化風(fēng)通過底部風(fēng)道(4)進(jìn)入燃燒室，一次風(fēng)與噴動流化風(fēng)相對噴射形成旋流區(qū)和上升的氣流區(qū)。本發(fā)明噴動流化旋渦煤粉燃燒裝置對燃料制備要求低，燃料顆粒粒徑比較大，而且燃燒區(qū)溫度比常規(guī)煤粉燃燒低，不易結(jié)焦、結(jié)渣；煤種適應(yīng)廣泛，不僅能燃無煙煤、煙煤、褐煤、泥煤，還能燃油頁巖、造紙廢料等不同燃料。
文檔編號F23D1/00GK1644984SQ200410077340
公開日2005年7月27日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者閻常峰, 祝波, 趙黛青, 陳勇, 李海濱 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所