專利名稱：基于多級煤粉濃縮的旋流煤粉燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電站鍋爐技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種基于多級煤粉濃縮的 旋流煤粉燃燒器。
背景技術(shù)：
氮氧化物(NOx)是造成大氣污染的主要污染物，它既形成酸雨，破壞生態(tài)環(huán)境，又 形成光化學(xué)煙霧，危害人體健康。按新GB 13223-2003《火電廠大氣污染物排放標準》，要 求燃煤鍋爐自2004年1月1日起，需滿足Vdaf > 20%，其NOx < 450mg/Nm3，10%< Vdaf < 20%，其 NOx < 650mg/Nm3,Vdaf < 10%，其 NOx < 1100mg/Nm3 ；并且在排放濃度達標的 前提下要對NOx排放總量進行收費，故盡量減少燃燒時產(chǎn)生的NOx總量，有利于減少脫硝裝 置的運行費用，具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。在燃用煤粉的鍋爐中，有四角切圓燃燒和旋流燃燒兩種。旋流燃燒廣泛應(yīng)用于燃 煤電站鍋爐中。目前主要有雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器，比如授權(quán)公告號CN1246627、名稱《煤粉燃 燒器及使用該煤粉燃燒器的燃燒裝置》即屬于該類型的燃燒器。該燃燒器雖設(shè)有煤粉濃度 調(diào)節(jié)裝置，可以實現(xiàn)一定程度的濃淡煤粉燃燒等特點。但該技術(shù)中采用了文丘里管進行煤 粉的均流，并且同煤粉調(diào)節(jié)器配合形成一個很窄的流道，使該流道內(nèi)的氣流流速增加很大， 因此存在文丘里管、煤粉濃度調(diào)節(jié)器磨損嚴重，阻力大的缺點；同時由于大量空氣和煤粉都 通過同一個通道出去，嚴重的影響了煤粉的濃縮效果。目前，低NOx燃燒氣往往和整體空氣相結(jié)合，以達到整體降低NOx排放60%，甚至 更多。而整體空氣分級使得主燃區(qū)域的過量空氣系數(shù)小于1，這就降低了主燃區(qū)域的燃燒 強度，因此要求低NOx燃燒器本身具備很強的著火穩(wěn)燃能力。而煤粉的著火穩(wěn)燃主要靠的 是盡可能提高煤粉濃度，以及回流區(qū)卷吸高溫?zé)煔?，并且在著火期間，盡可能降低和低溫二 次風(fēng)的混合，然后在燃盡期間，盡可能提高和二次風(fēng)之間的湍流強度，增強混合。因此對于 穩(wěn)燃，就提出了盡量提高一次風(fēng)煤粉濃度；盡可能增強濃相煤粉和回流區(qū)高溫?zé)煔獾幕旌希?在著火期間，盡可能減少二次風(fēng)的加入，而在燃盡期間盡可能的提高二次風(fēng)同燃燒氣流的 混合ο而從氮氧化物生成的角度出發(fā)，同樣需要在燃燒初期提高煤粉濃度，使得燃燒初 期處于缺氧燃燒，利于揮發(fā)份氮生成還原性產(chǎn)物，還原已生成的氮氧化物。然而，受限于煤 粉送風(fēng)機的輸送能力，以及處于煤粉輸送安全性的考慮，燃燒器入口的煤粉濃度只能達到 一定程度，進一步提高煤粉濃度只能通過燃燒器本身進行濃淡分離。因此，燃燒器的分離效 果，以及和流場的匹配決定了燃燒器的低NOx排放及穩(wěn)燃特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于多級煤粉濃縮的旋流煤粉燃 燒器，采用多級煤粉濃縮機構(gòu)，不存在文丘里管結(jié)構(gòu)的局部高速區(qū)域，同時多級濃縮結(jié)果使 得煤粉沖刷量分配到每一級，這就減輕了煤粉濃縮器的磨損，延長濃縮器壽命，實現(xiàn)深度的濃淡燃燒，配合合理的空氣動力場實現(xiàn)低NOx燃燒及穩(wěn)燃，同時具有結(jié)構(gòu)簡單、阻力低、操 作方便以及有效防止磨損，易于在燃燒器改造時應(yīng)用。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括中心油槍、一次風(fēng)管道、內(nèi)二次 風(fēng)管道和外二次風(fēng)管道，其中中心油槍設(shè)置于一次風(fēng)管道內(nèi)部中心，內(nèi)二次風(fēng)管道固定設(shè) 置于一次風(fēng)管道的外部，外二次風(fēng)管道垂直設(shè)置于內(nèi)二次風(fēng)管道的外部。所述的一次風(fēng)管道包括煤粉濃縮器、煤粉旋流裝置、一次風(fēng)直管和一次風(fēng)擴口， 其中煤粉濃縮器位于煤粉旋流裝置上游，一次風(fēng)擴口位于一次風(fēng)直管出口。所述的內(nèi)二次風(fēng)管道包括由內(nèi)向外依次連接的內(nèi)二次風(fēng)直流管道、內(nèi)二次風(fēng)擴 口和分流筒，其中內(nèi)二次風(fēng)直流管道位于一次風(fēng)管道外部，內(nèi)二次風(fēng)擴口位于內(nèi)二次風(fēng)噴 口處，分流筒位于內(nèi)、外二次風(fēng)之間的流道。所述的外二次風(fēng)管道包括依次連接的外二次風(fēng)旋流管道、旋流器和外二次風(fēng)擴 口，其中外二次風(fēng)旋流管道位于外二次風(fēng)噴口的入口流道，旋流器位于外二次風(fēng)旋流管道 內(nèi)，外二次風(fēng)擴口位于外二次風(fēng)噴口處。
所述的一次風(fēng)直管內(nèi)由內(nèi)向外依次設(shè)有三個煤粉濃縮分級組件，其中第一煤粉 濃縮分級組件為實心鈍體結(jié)構(gòu)、第二煤粉濃縮分級組件和第三煤粉濃縮分級組件均為帶直 段圓錐環(huán)結(jié)構(gòu)，三個煤粉濃縮分級組件依次位于一次風(fēng)直管的中部且垂直于中心油槍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明1.充分利用煤粉濃縮分級組件和一次風(fēng)旋流齒，實現(xiàn)超高濃淡分離比的煤粉濃度 分布。采用第一級為實體鈍體和第二三級帶直段圓錐環(huán)結(jié)構(gòu)的配合，使得大部分的煤粉都 經(jīng)過濃縮分離斜面，在經(jīng)過一次風(fēng)旋流齒前，已經(jīng)實現(xiàn)了外濃內(nèi)淡的煤粉分布。而外側(cè)濃相 煤粉經(jīng)過旋流齒旋轉(zhuǎn)后，由于煤粉慣性更大的特點，使得煤粉特別是大顆粒煤粉和一次風(fēng) 空氣進行進一步分離。這就在燃燒器出口實現(xiàn)濃、淡、極淡的環(huán)狀煤粉濃度分布。結(jié)合背景 技術(shù)介紹的燃燒理論，外側(cè)超濃的煤粉對于低NOx排放以及著火穩(wěn)燃提供了有利的條件。2.通過設(shè)置于近出口出一次風(fēng)管道內(nèi)壁的旋流齒，使得外側(cè)的濃相煤粉產(chǎn)生旋 轉(zhuǎn)，延長濃相煤粉在回流區(qū)的停留時間，以及降低一二次風(fēng)的混合強度，抑制NOx生成。經(jīng) 過旋轉(zhuǎn)的濃相煤粉具有較大的旋轉(zhuǎn)動量，且在回流區(qū)里的行程較為彎曲，這就使得濃相煤 粉在回流區(qū)的停留時間延長，以及和該區(qū)域的高溫?zé)煔馔牧鞒潭仍黾?，有利于著火，及還原 高溫?zé)煔庵幸旬a(chǎn)生的氮氧化物。另外，采用和外二次風(fēng)相同旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)，使得濃相煤粉 以及回流區(qū)都產(chǎn)生順著外二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)方向的弱旋，加上中間隔著直流二次風(fēng)，這就大大地 降低一二次風(fēng)之間的相互作用，同向旋轉(zhuǎn)使得它們的混合得到延遲。隨之而來的是更少的 二次風(fēng)加入回流區(qū)，使得該區(qū)域保持強烈的還原性氣氛，有利于對已生成NOx的還原。3. 一次風(fēng)中心的稀相一次風(fēng)則保持軸向流動，有較強的剛性，有利于維持一次風(fēng) 向前的環(huán)形回流區(qū)，稀相一次風(fēng)中的小粒徑煤粉則及時消耗氧氣，有利于產(chǎn)生還原性氣氛 降低NOx。只有環(huán)形回流區(qū)的存在，才能使得外側(cè)濃相煤粉得到穩(wěn)燃，以及產(chǎn)生NOx還原 區(qū)，而環(huán)形回流區(qū)需要一次風(fēng)保持較強的軸向剛性，因此本專利的一次風(fēng)旋流齒高度小于 一半，使得中心的一次風(fēng)沿軸向流動。而且中心位置附近為極淡煤粉區(qū)域，并且其煤粉細， 容易燃盡消耗氧氣，使得該區(qū)域形成還原性氣氛，產(chǎn)生還原性介質(zhì)，最大限度的降低了 NOx 的排放。4.在實際運行時，通過煤粉濃縮組件第一級的控制，可以調(diào)整通過一次風(fēng)煤粉氣流的外側(cè)和內(nèi)側(cè)的煤粉和空氣量，使NOx排放，燃燒效率等達到最佳。綜上所述，本發(fā)明那個實現(xiàn)深度的濃淡燃燒，配合合理的空氣動力場實現(xiàn)低NOx燃燒及穩(wěn)燃，同時具有結(jié)構(gòu)簡單、阻力低、操作方便以及有效防止磨損，易于在燃燒器改造 時應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明一次風(fēng)管旋流齒結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明煤粉燃燒器出口煤粉濃度分布示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。如圖1-圖3所示，本實施例包括中心油槍1、一次風(fēng)管道2、內(nèi)二次風(fēng)管道3和外 二次風(fēng)管道4，其中中心油槍1設(shè)置于一次風(fēng)管道2內(nèi)部中心，內(nèi)二次風(fēng)管道3固定設(shè)置 于一次風(fēng)管道2的外部，外二次風(fēng)管道4垂直設(shè)置于內(nèi)二次風(fēng)管道3的外部。所述的一次風(fēng)管道2包括由內(nèi)向外依次連接的一次風(fēng)彎頭5、一次風(fēng)直管6和一 次風(fēng)擴口 7，其中中心油槍1固定設(shè)置于一次風(fēng)直管6的內(nèi)部中軸線位置，一次風(fēng)擴口 7的 直徑大于等于一次風(fēng)直管6的直徑。所述的一次風(fēng)彎頭5內(nèi)設(shè)有均流板8，該均流板8具體位于一次風(fēng)彎頭5內(nèi)中部， 將一次風(fēng)進口分成外側(cè)小內(nèi)測大的兩個進口，進口面積比2 3 7 8，均流板8將一次 風(fēng)彎頭5出口分成上側(cè)小下側(cè)大的兩個出口，出口面積比為4 5 7 8。所述的一次風(fēng)直管6的進口端設(shè)有均流器9，該均流器9的縮口直徑等于3/4 7/8倍一次風(fēng)管內(nèi)徑，其進口端斜面角度為15 30°，其出口端斜面角度為10 20°。所述的一次風(fēng)直管6內(nèi)由內(nèi)向外依次設(shè)有三個煤粉濃縮分級組件，該煤粉濃縮分 級組件具體位于一次風(fēng)直管6中部并垂直于中心油槍1，其中第一煤粉濃縮分級組件10 為實心鈍體結(jié)構(gòu)、第二煤粉濃縮分級組件11和第三煤粉濃縮分級組件12均為帶直段圓錐 環(huán)結(jié)構(gòu)。所述的煤粉濃縮分級組件在向風(fēng)面設(shè)有防磨陶瓷13。所述的第一煤粉濃縮分級組件10的進口直徑等于中心油槍1外徑，出口直徑為 3/2 2倍中心油槍1外徑，錐面角度為15 30°。所述的第二煤粉濃縮分級組件11的進口直段的直徑小于等于第一煤粉濃縮分級 組件10的出口直徑，直段長度等于1/2 2/3倍中心油槍1外徑，圓錐擴口的長度等于 1/2 2/3倍中心油槍1外徑，傾斜角度為15 30°。所述的第三煤粉濃縮分級組件12的進口直段的直徑小于等于第二煤粉濃縮分級 組件11的出口直徑，直段長度等于1/2 2/3倍中心油槍1外徑，圓錐擴口的長度等于 1/2 2/3倍中心油槍1外徑，傾斜角度為15 30°。如圖2所示，所述的一次風(fēng)直管6內(nèi)設(shè)有旋流齒14，該旋流齒14具體位于距離一次風(fēng)直管6的出口 1/4 3/4倍一次風(fēng)直管6的內(nèi)徑的位置，其偏轉(zhuǎn)角度為60° 80°， 偏轉(zhuǎn)角度和外二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)方向相同，旋流齒14高度為1/8 1/4倍一次風(fēng)直管6的內(nèi)徑。所述的旋流齒14在向風(fēng)面均貼有防磨陶瓷13。所述的內(nèi)二次風(fēng)管道3包括由內(nèi)向外依次連接的內(nèi)二次風(fēng)直流管道15、內(nèi)二次 風(fēng)擴口 16和分流筒17，其中內(nèi)二次風(fēng)直流管道15位于一次風(fēng)管道2外部，內(nèi)二次風(fēng)擴口 16位于位于內(nèi)二次風(fēng)噴口處，分流筒17位于內(nèi)、外二次風(fēng)之間的流道。所述的內(nèi)二次風(fēng)直流管道15外側(cè)設(shè)有內(nèi)二次風(fēng)擋板18以改變內(nèi)二次風(fēng)的風(fēng)量。所述的外二次風(fēng)管道4包括依次連接的外二次風(fēng)旋流管道19、旋流器20和外二 次風(fēng)擴口 21，其中外二次風(fēng)旋流管道19位于外二次風(fēng)噴口的入口流道，旋流器20位于外 二次風(fēng)旋流管道19內(nèi)，外二次風(fēng)擴口 21位于外 二次風(fēng)噴口處。所述的外二次風(fēng)管道4內(nèi)設(shè)有可調(diào)二次風(fēng)旋流葉片22以調(diào)節(jié)外二次風(fēng)旋流強度。所述的一次風(fēng)擴口 7、內(nèi)二次風(fēng)擴口 16和外二次風(fēng)擴口 21的擴口角度為40° 70° ο本實施例的具體工作過程如下煤粉氣流從彎頭5進入燃燒器，首先經(jīng)過均流板8，使得煤粉分成兩股氣流，這就 減輕了由于煤粉經(jīng)過彎頭5在離心力作用下產(chǎn)生的上濃下淡不均與分布。經(jīng)過均流板8的 煤粉氣流在均流器9的作用下進一步均勻，然后在一次風(fēng)直管6中流動。流動的煤粉進行濃淡分離時，首先接觸實心鈍體結(jié)構(gòu)的第一級煤粉濃縮10，將中 心煤粉往外徑區(qū)域濃縮；接著接觸帶直段圓錐環(huán)結(jié)構(gòu)的第二煤粉濃縮分級組件11和第三 煤粉濃縮分級組件12，使得煤粉逐步往外測濃縮，最終形成如圖3所示的主噴口煤粉濃度 區(qū)域由外環(huán)到內(nèi)環(huán)外分為外環(huán)濃、中環(huán)淡、內(nèi)環(huán)極淡三個區(qū)域。通過這三級煤粉濃縮機構(gòu)， 消除了文丘里管結(jié)構(gòu)的局部高速區(qū)域，同時使得煤粉沖刷量分配到每一級，這就減輕了煤 粉濃縮器的磨損，延長濃縮器壽命。到達一次風(fēng)噴口 7附近的外測濃相煤粉氣流在旋流齒14的作用下，產(chǎn)生和外二次 風(fēng)旋流器20同向的弱旋，由于相對同向的旋轉(zhuǎn)，使得煤粉氣流和初期低溫的外二次風(fēng)混合 減弱，這不僅有利于初期著火穩(wěn)燃，而且實現(xiàn)初期富煤粉缺氧燃燒，降低NOx生成。綜上所述，本裝置具有穩(wěn)燃，低NOx排放特性，同時解決傳統(tǒng)低NOx燃燒器一次風(fēng) 濃縮期間易磨損的問題。
權(quán)利要求
一種基于多級煤粉濃縮的旋流煤粉燃燒器，包括中心油槍、一次風(fēng)管道、內(nèi)二次風(fēng)管道和外二次風(fēng)管道，其中中心油槍設(shè)置于一次風(fēng)管道內(nèi)部中心，內(nèi)二次風(fēng)管道固定設(shè)置于一次風(fēng)管道的外部，外二次風(fēng)管道垂直設(shè)置于內(nèi)二次風(fēng)管道的外部；所述的一次風(fēng)管道包括煤粉濃縮器、煤粉旋流裝置、一次風(fēng)直管和一次風(fēng)擴口，其中煤粉濃縮器位于煤粉旋流裝置上游，一次風(fēng)擴口位于一次風(fēng)直管出口，其特征在于所述的一次風(fēng)直管內(nèi)由內(nèi)向外依次設(shè)有三個煤粉濃縮分級組件，其中第一煤粉濃縮分級組件為實心鈍體結(jié)構(gòu)、第二煤粉濃縮分級組件和第三煤粉濃縮分級組件均為帶直段圓錐環(huán)結(jié)構(gòu)，三個煤粉濃縮分級組件依次位于一次風(fēng)直管的中部且垂直于中心油槍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級煤粉濃縮的旋流煤粉燃燒器，其特征是，所述的內(nèi) 二次風(fēng)管道包括由內(nèi)向外依次連接的內(nèi)二次風(fēng)直流管道、內(nèi)二次風(fēng)擴口和分流筒，其中 內(nèi)二次風(fēng)直流管道位于一次風(fēng)管道外部，內(nèi)二次風(fēng)擴口位于內(nèi)二次風(fēng)直流管道出口，分流 筒位于內(nèi)二次風(fēng)直流管道進口 ；所述的外二次風(fēng)管道包括依次連接的外二次風(fēng)旋流管 道、旋流器和外二次風(fēng)擴口，其中旋流器位于外二次風(fēng)旋流管道進口，外二次風(fēng)擴口和外 二次風(fēng)旋流管道出口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級煤粉濃縮的旋流煤粉燃燒器，其特征是，所述的一 次風(fēng)彎頭內(nèi)設(shè)有均流板，該均流板具體位于一次風(fēng)彎頭內(nèi)中部，將一次風(fēng)進口分成外側(cè)小 內(nèi)測大的兩個進口，進口面積比2 3 7 8，均流板將一次風(fēng)彎頭出口分成上側(cè)小下側(cè) 大的兩個出口，出口面積比為4 5 7 8。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級煤粉濃縮的旋流煤粉燃燒器，其特征是，所述的一 次風(fēng)直管的進口端設(shè)有均流器，該均流器的縮口直徑等于3/4 7/8倍一次風(fēng)管內(nèi)徑，其進 口端斜面角度為15 30°，其出口端斜面角度為10 20°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級煤粉濃縮的旋流煤粉燃燒器，其特征是，所述的第 一煤粉濃縮分級組件的進口直徑等于中心油槍外徑，出口直徑為3/2 2倍中心油槍外徑， 錐面角度為15 30°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級煤粉濃縮的旋流煤粉燃燒器，其特征是，所述的第 二煤粉濃縮分級組件的進口直段的直徑小于等于第一煤粉濃縮分級組件的出口直徑，直段 長度等于1/2 2/3倍中心油槍外徑，圓錐擴口的長度等于1/2 2/3倍中心油槍外徑，傾 斜角度為15 30°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多級煤粉濃縮的旋流煤粉燃燒器，其特征是，所述的第 三煤粉濃縮分級組件的進口直段的直徑小于等于第二煤粉濃縮分級組件的出口直徑，直段 長度等于1/2 2/3倍中心油槍外徑，圓錐擴口的長度等于1/2 2/3倍中心油槍外徑，傾 斜角度為15 30°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于多級煤粉濃縮的旋流煤粉燃燒器，其特征是，所述的 一次風(fēng)直管內(nèi)設(shè)有旋流齒，該旋流齒具體位于距離一次風(fēng)直管的出口 1/4 3/4倍一次風(fēng) 直管的內(nèi)徑的位置，其偏轉(zhuǎn)角度為60° 80°，偏轉(zhuǎn)角度和外二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)方向相同，旋流 齒高度為1/8 1/4倍一次風(fēng)直管的內(nèi)徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮氧化物旋流煤粉燃燒器，其特征是，所述的內(nèi)二次風(fēng)直流 管道外側(cè)設(shè)有內(nèi)二次風(fēng)擋板以改變內(nèi)二次風(fēng)的風(fēng)量。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮氧化物旋流煤粉燃燒器，其特征是，所述的外二次風(fēng)管道內(nèi)設(shè)有 可調(diào)二次風(fēng)旋流葉片以調(diào)節(jié)外二次風(fēng)旋流強度。
全文摘要
一種電站鍋爐技術(shù)領(lǐng)域的低氮氧化物旋流煤粉燃燒器，包括中心油槍、一次風(fēng)管道、內(nèi)二次風(fēng)管道和外二次風(fēng)管道，其中中心油槍設(shè)置于一次風(fēng)管道內(nèi)部中心，內(nèi)二次風(fēng)管道固定設(shè)置于一次風(fēng)管道的外部，外二次風(fēng)管道垂直設(shè)置于內(nèi)二次風(fēng)管道的外部。本發(fā)明實現(xiàn)深度的濃淡燃燒，配合合理的空氣動力場實現(xiàn)低NOx燃燒及穩(wěn)燃，同時具有結(jié)構(gòu)簡單、阻力低、操作方便以及有效防止磨損，易于在燃燒器改造時應(yīng)用。
文檔編號F23D1/02GK101832550SQ201010203918
公開日2010年9月15日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者李友誼, 林正春, 章明川, 肖萌, 范衛(wèi)東 申請人:上海交通大學(xué)