專利名稱：雙旋流煤粉燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙旋流煤粉燃燒器，適用于各型工業(yè)鍋爐中，屬于煤粉燃燒器技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)擁有極為豐富的煤炭資源，煤在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)著重要地位。煤粉燃燒 器在各種工業(yè)鍋爐中具有廣泛的應(yīng)用。但是傳統(tǒng)煤粉燃燒器具有燃燒不穩(wěn)定，燃燒效率低， 污染大和火焰潔凈度差等缺點(diǎn)。使用旋流燃燒方式可以加強(qiáng)煤粉與空氣的擾動(dòng)和混合，延 長(zhǎng)煤粉顆粒在燃燒器內(nèi)的停留時(shí)間，從而提高燃燒效率。傳統(tǒng)旋流燃燒器以單層旋流為主， 如申請(qǐng)名稱為“一種液排渣粉煤旋風(fēng)燃燒器”，申請(qǐng)?zhí)枮?9116145. 9的發(fā)明專利；申請(qǐng)名稱 為“空冷式煤粉低塵液排渣燃燒器”，申請(qǐng)?zhí)枮?0131024. 0的發(fā)明專利。上述兩種燃燒器的 缺點(diǎn)是1、采用單層旋流燃燒方式，難以有效利用燃燒室空間，有效組織燃燒；2、一次風(fēng)粉 采用切向送入方式直接進(jìn)入燃燒室內(nèi)，導(dǎo)致燃燒室內(nèi)部流場(chǎng)畸變，不利于煤粉與空氣的有 效摻混摻混，影響燃燒效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種燃燒效率高，污染小和火焰潔凈度高的煤粉燃燒器，使 之可以廣泛運(yùn)用各型工業(yè)鍋爐中。一種雙旋流煤粉燃燒器，其特征在于由頭部雙旋流發(fā)生裝置、中部筒狀燃燒室以 及尾部噴射段、煤粉輸料管、點(diǎn)火油槍組成；所述的雙旋流發(fā)生裝置包括一次風(fēng)內(nèi)壁、位于 一次風(fēng)內(nèi)壁外的一次風(fēng)套筒、位于一次風(fēng)套筒外的二次風(fēng)外殼；其中一次風(fēng)內(nèi)壁和一次風(fēng) 套筒之間還安裝有一次風(fēng)旋流器，一次風(fēng)旋流器由比一次風(fēng)流道直徑小的第一固定式軸流 葉片以及葉柵支撐組成；所述的一次風(fēng)內(nèi)壁、一次風(fēng)套筒和一次風(fēng)旋流器所圍成的空間構(gòu) 成一次風(fēng)預(yù)旋室；其中一次風(fēng)套筒和二次風(fēng)外殼之間由內(nèi)而外依次安裝有錐形套筒、二次 風(fēng)旋流器；錐形套筒為前小后大的擴(kuò)張式結(jié)構(gòu)；二次風(fēng)旋流器由比二次風(fēng)流道直徑小的第 二固定式軸流葉片以及葉柵支撐組成；所述一次風(fēng)套筒、二次風(fēng)外殼、錐形套筒和二次風(fēng)旋 流器所圍成的空間構(gòu)成二次風(fēng)預(yù)旋室；所述的筒狀燃燒室和噴射段包括殼體，位于殼體內(nèi) 部的耐火材料層，位于殼體外部的冷卻水系統(tǒng)；所述煤粉輸料管伸至中部筒狀燃燒室內(nèi) 在一次風(fēng)預(yù)旋室后方靠近錐形套筒附近；所述點(diǎn)火油槍伸至筒狀燃燒室內(nèi)。上述發(fā)明原理說(shuō)明一次空氣在一次風(fēng)預(yù)旋室內(nèi)經(jīng)過(guò)一次旋流器后產(chǎn)生強(qiáng)旋流一 次風(fēng)。二次空氣在二次風(fēng)預(yù)旋室內(nèi)經(jīng)過(guò)二次風(fēng)旋流器后產(chǎn)生強(qiáng)旋流二次風(fēng)。與傳統(tǒng)端面雙 旋流軸向進(jìn)氣相區(qū)別，本發(fā)明中的一次旋流室與二次旋流室經(jīng)由錐形套筒連接，同時(shí)沿軸 向方向錯(cuò)開(kāi)且相距一定距離，稱為錐面錯(cuò)列雙旋流軸向進(jìn)氣。煤粉通過(guò)煤粉輸料管送至燃 燒器內(nèi)與經(jīng)過(guò)預(yù)熱的強(qiáng)旋流一次風(fēng)在錐形套筒附近初步混合，生成具有一定旋流強(qiáng)度的一
3次風(fēng)粉流，然后與二次風(fēng)進(jìn)一步摻混，達(dá)到旋流強(qiáng)化的目的。通過(guò)錐面傾斜角以及軸向距離 的調(diào)整，能夠有效組織點(diǎn)火區(qū)域附近的空氣流場(chǎng)，使筒狀燃燒室頭部產(chǎn)生局部回流，這相當(dāng) 于一個(gè)穩(wěn)定的熱源，可以起到降低煤粉點(diǎn)火難度和穩(wěn)定燃燒的作用。由于旋流產(chǎn)生的負(fù)壓以及突縮壁面的作用，使得燃燒室內(nèi)部存在對(duì)稱且規(guī)整的回 流區(qū)域。該回流區(qū)能夠進(jìn)一步延長(zhǎng)煤粉在燃燒室內(nèi)的停留時(shí)間，提高燃燒強(qiáng)度，從而提高煤 粉的燃燒效率。由于高強(qiáng)度的燃燒，燃燒室內(nèi)燃燒溫度可達(dá)1400 1600°C，此時(shí)完成燃燒 后的煤粉顆粒將以熔融狀態(tài)跟隨旋流氣體貼壁運(yùn)動(dòng)。從筒狀燃燒室出口流出的高度潔凈的 高溫混合煙氣，進(jìn)入尾部噴射段中。從噴射段出口處流出的高溫高速混合煙氣流，與出口空 氣相遇可進(jìn)一步反應(yīng)，產(chǎn)生高溫明亮火炬。由于雙層旋流的存在，通過(guò)不同的一二次風(fēng)進(jìn)氣 匹配，可以準(zhǔn)確布置筒狀燃燒室內(nèi)的氣體流場(chǎng)，從而達(dá)到“軸向分層、徑向分塊”的精確燃燒 組織的目的，結(jié)合欠氧燃燒，能夠有效抑制NOx排放；同時(shí)利用安裝傾角產(chǎn)生的重力效應(yīng)，結(jié) 合快速排渣口設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)旋流推進(jìn)，重力除渣，快速排渣的效果，從而有效減少煤粉燃盡后 生成的煙塵污染，降低排渣口結(jié)渣的可能。從燃燒室內(nèi)生成的高溫混合煙氣具有很高的潔 凈度，通過(guò)噴射段加速后得到的火焰具有低塵、高潔凈的優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)度可以由進(jìn)氣、進(jìn)粉條件 自由調(diào)節(jié)，可廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)鍋爐中。點(diǎn)火油槍伸入筒狀燃燒室內(nèi)，起穩(wěn)燃和加強(qiáng)燃燒 的作用。所述的冷卻系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)可以包括冷卻水室，冷卻水室被螺旋導(dǎo)向葉片分隔成 連續(xù)的螺旋形流動(dòng)區(qū)域；與冷卻水室相通的冷卻進(jìn)水管位于尾部噴射段附近，冷卻出水管 位于中部筒狀燃燒室附近。冷卻水從下部冷卻進(jìn)水管流入后，沿著帶有螺旋導(dǎo)向葉片的冷 卻水通道呈螺旋形環(huán)繞燃燒室殼體外壁面向側(cè)上方運(yùn)動(dòng)從上部冷卻出水管流出。采用具有 螺旋導(dǎo)流片的外置式冷卻水室，使得冷卻水以螺旋方式自下而上冷卻整個(gè)燃燒室壁面，改 變了傳統(tǒng)水冷裝置簡(jiǎn)單的“下進(jìn)上出”的冷卻方式可能造成的角落處冷卻水對(duì)流量不足而 導(dǎo)致的冷卻效率低下的問(wèn)題，使得燃燒器使用壽命進(jìn)一步延長(zhǎng)。所述的冷卻系統(tǒng)還可以包括通過(guò)蒸汽管道與冷卻水室連接的蒸汽連通管，蒸汽 連通管設(shè)有蒸汽排除口。冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的熱水蒸汽從冷卻水室通過(guò)蒸汽管道進(jìn)入蒸汽連 通管內(nèi)并由蒸汽出口排出，保證冷卻水室內(nèi)的冷卻水正常流動(dòng)。蒸汽出口可以設(shè)置在蒸汽 連通管左右兩端。所述的冷卻水室下部可以設(shè)有殘水排放口，方便檢修時(shí)排出內(nèi)部的殘留冷卻水。
所述的蒸汽連通管上還可以設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥。使管道內(nèi)部壓力大小適宜冷卻水蒸 汽排出，防止管內(nèi)蒸汽壓力過(guò)大時(shí)冷卻水蒸汽進(jìn)入冷卻水室中影響冷卻水流動(dòng)，或蒸汽壓 力過(guò)小時(shí)冷卻水進(jìn)入蒸汽管道中影響冷卻蒸汽的運(yùn)動(dòng)。壓力調(diào)節(jié)閥具體可以采用電磁閥。所述中部筒狀燃燒室正下部靠近尾部位置可以設(shè)有快速排渣口，出口處為突擴(kuò)口 形式?？焖倥旁谂浜险w安裝傾角的存在，熔渣受到重力作用向燃燒室尾部流動(dòng)，最終通 過(guò)快速排渣口除去。與傳統(tǒng)排渣方式相比，其較短的出口長(zhǎng)度以及突擴(kuò)壁面的設(shè)計(jì)，可以有 效的的抑制高溫熔渣線性降溫的現(xiàn)象，熔渣在剛從出口流出時(shí)能保持高溫下的熔融狀態(tài)， 實(shí)現(xiàn)連續(xù)的無(wú)阻礙排渣，而在經(jīng)過(guò)突擴(kuò)壁面后溫度迅速降低，熔渣迅速冷卻而呈固態(tài)被除 去，從而減少了出渣口易結(jié)渣和不易清理的問(wèn)題。所述的蒸汽連通管位于中部筒狀燃燒室上方，便于熱蒸汽的統(tǒng)一收集以及后續(xù)利 用和處理。
所述的中部筒狀燃燒室殼體外部還設(shè)有散熱翅片，進(jìn)一步強(qiáng)化冷卻水與燃燒室殼 體之間的換熱。所述的尾部噴射段較中部筒狀燃燒室的截面形式為突縮形式，結(jié)合雙層旋流流 動(dòng)，可以在筒狀燃燒室內(nèi)產(chǎn)生符合潔凈燃要求的“軸向分層，徑向分塊”的回流流場(chǎng)。所述的尾部噴射段為等內(nèi)徑或漸縮形式，高溫潔凈煙氣從中加速噴出后，遇空氣 即可產(chǎn)生明亮火焰，同時(shí)可以在出口附近加入油槍或氣槍，可使出口火焰進(jìn)一步加速加長(zhǎng)。


圖1為一種雙旋流煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為一種雙旋流煤粉燃燒器A-A示意圖； 圖3為一種雙旋流煤粉燃燒器B-B示意圖； 圖4為一種雙旋流煤粉燃燒器C-C示意圖中1_煤粉輸料管，2-點(diǎn)火油槍，3-—次風(fēng)內(nèi)壁，4-一次風(fēng)套筒，5-二次風(fēng)外殼， 6- 一次風(fēng)旋流器，7- 二次風(fēng)旋流器，8-冷卻出水管，9-冷卻水室，10-耐火材料層，11-燃燒 室殼體，12-螺旋導(dǎo)向葉片，13-蒸汽管道，14-壓力調(diào)節(jié)閥，15-蒸汽連通管，16-筒狀燃燒 室，17-尾部噴射段，18-冷卻進(jìn)水管，19-快速排渣口，20-耐熱銷(xiāo)釘，21-錐形套筒，22- 二 次風(fēng)預(yù)旋室，23- 一次風(fēng)預(yù)旋室，24-雙旋流發(fā)生裝置，25-第一固定式軸流葉片，26-第二固 定式軸流葉片，27-—次進(jìn)氣管，28-二次進(jìn)氣管。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如附圖1所示，該煤粉燃燒器由頭部雙旋流軸向進(jìn)氣發(fā)生裝置24、中部筒狀燃燒 室16以及尾部噴射段17構(gòu)成
所述的雙旋流軸向進(jìn)氣發(fā)生裝置16由一次風(fēng)套筒4、一次風(fēng)旋流器6、一次風(fēng)內(nèi)壁3、一 次風(fēng)套筒4、二次風(fēng)旋流器7、二次風(fēng)外殼5、煤粉輸料管1和點(diǎn)火油槍2組成。所述的筒狀燃燒室16由燃燒室殼體11、耐火材料層10、冷卻水室9、冷卻進(jìn)水管 18、冷卻出水管8、螺旋導(dǎo)向葉片12、蒸汽管道13、壓力調(diào)節(jié)閥14以及蒸汽連通管15組成。所述的尾部噴射段17由耐火材料層10突縮段和冷卻水室9突縮段圍成。一次風(fēng)旋流器6固定在一次風(fēng)3和一次風(fēng)套筒4之間，構(gòu)成一次風(fēng)預(yù)旋室23，內(nèi)徑 為190mm，外徑為270mm ；二次風(fēng)旋流器7固定在一次風(fēng)套筒4和二次風(fēng)外殼5之間，構(gòu)成二 次風(fēng)預(yù)旋室22，其內(nèi)徑為380mm，外徑為500mm。一次風(fēng)旋流器6由8片第一固定式軸流葉 片25以及葉柵支撐組成。二次風(fēng)旋流器7由16片第二固定式軸流葉片26以及葉柵支撐 組成。一次風(fēng)旋流器6與二次風(fēng)旋流器7之間軸向距離為60mm。經(jīng)預(yù)熱的一次空氣經(jīng)過(guò)一 次風(fēng)旋流器后，產(chǎn)生具有強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)的旋流一次風(fēng)。一次風(fēng)套筒4后部連接有錐形套筒21，錐 面角為57°。強(qiáng)旋流的一次風(fēng)與經(jīng)由煤粉輸料管1輸送的煤粉顆粒在錐形套筒21處初步 摻混。同時(shí)二次空氣在二次風(fēng)預(yù)旋室22內(nèi)經(jīng)過(guò)二次風(fēng)旋流器7后產(chǎn)生強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)的旋流二 次風(fēng)，旋轉(zhuǎn)方向同一次風(fēng)相同。初步摻混的旋流一次風(fēng)粉混合物與旋流二次風(fēng)繼續(xù)混合，并 由點(diǎn)火油槍2點(diǎn)燃并開(kāi)始在筒狀燃燒室16內(nèi)強(qiáng)烈地半氣化附壁燃燒。穩(wěn)定燃燒后點(diǎn)火油 槍2可撤去，或保留以起到穩(wěn)定點(diǎn)火或加強(qiáng)燃燒的作用。
如附圖2所示，一次風(fēng)旋流器6由8片第一固定式軸流葉片25以及葉柵支撐組成。 相鄰的固定式旋流葉片互有部分重疊，防止一次氣未經(jīng)過(guò)葉片而直接通過(guò)，影響旋流效果。如附圖3所示，二次風(fēng)旋流器7由16片第二固定式軸流葉片26以及葉柵支撐組 成。相鄰的固定旋流葉片互有部分重疊，從而產(chǎn)生更好的旋流效果。如附圖4所示，一次氣和二次氣分別沿著一次進(jìn)氣管27及二次進(jìn)氣管28進(jìn)入一 次風(fēng)預(yù)旋室23及二次風(fēng)預(yù)旋室22中。氣流旋向如圖中箭頭所示。筒狀燃燒室16內(nèi)徑500mm，長(zhǎng)度為1000mm，由8mm鋼板卷制而成，安裝時(shí)與水平方 向呈5°傾角。煤粉顆粒燃燒后產(chǎn)生的顆粒在高溫下呈熔融狀態(tài)，在強(qiáng)烈的旋流氣體作用 下，將被甩向壁面；同時(shí)由于傾角的存在，熔融態(tài)煤渣受到重力作用，將向燃燒室尾部以貼 壁方式流動(dòng)，最終從快速排渣口 19流出。筒狀燃燒室16內(nèi)壁敷設(shè)有耐火材料層10，外部同 時(shí)具有冷卻水室9，冷卻水從下部冷卻進(jìn)水管18流入后，沿著帶有螺旋導(dǎo)向葉片12的冷卻 水通道螺旋形向側(cè)上方運(yùn)動(dòng)，最后從上部冷卻出水管8流出。冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的熱水蒸汽 從冷卻水室9通過(guò)蒸汽管道13進(jìn)入蒸汽連通管15內(nèi)并由兩端開(kāi)口處排出；同時(shí)設(shè)有壓力 調(diào)節(jié)閥14，使管道內(nèi)部壓力保持在正常工作范圍內(nèi)，保證冷卻水室9內(nèi)的冷卻水正常流動(dòng)。 燃燒室殼體在正下部靠近噴射段位置處設(shè)有快速排渣口 19，帶突擴(kuò)口的設(shè)計(jì)能夠有效減少 出口結(jié)渣的可能。冷卻水室9下部設(shè)有出水口，并由耐熱螺釘20密封，檢修時(shí)可方便的排 出內(nèi)部的殘留冷卻水。煤粉顆粒經(jīng)過(guò)半氣化燃燒后產(chǎn)生的高溫混合煙氣進(jìn)入尾部噴射段17中進(jìn)一步加 速，最終從出口處高速噴出。遇到空氣中氧氣后即形成潔凈、明亮的高溫火炬?？稍诔隹诟?近進(jìn)一步混入燃油強(qiáng)化燃燒效果，或加入引射噴管可以進(jìn)一步增大火焰長(zhǎng)度。
權(quán)利要求
一種雙旋流煤粉燃燒器，其特征在于由頭部雙旋流發(fā)生裝置(24)、中部筒狀燃燒室(16)以及尾部噴射段(17)、煤粉輸料管(1)、點(diǎn)火油槍(2)組成；所述的雙旋流發(fā)生裝置(24)包括一次風(fēng)內(nèi)壁(3)、位于一次風(fēng)內(nèi)壁外的一次風(fēng)套筒(4)、位于一次風(fēng)套筒(4)外的二次風(fēng)外殼(5)；其中一次風(fēng)內(nèi)壁(3)和一次風(fēng)套筒(4)之間還安裝有一次風(fēng)旋流器(6)，所述的一次風(fēng)內(nèi)壁(3)、一次風(fēng)套筒(4)和一次風(fēng)旋流器(6)所圍成的空間構(gòu)成一次風(fēng)預(yù)旋室(23)；一次風(fēng)旋流器(6)由比一次風(fēng)預(yù)旋室(23)直徑小的第一固定式軸流葉片(25)以及葉柵支撐組成；其中一次風(fēng)套筒(4)和二次風(fēng)外殼(5)之間由內(nèi)而外依次安裝有錐形套筒(21)、二次風(fēng)旋流器(7)；錐形套筒(21)為前小后大的擴(kuò)張式結(jié)構(gòu)；一次風(fēng)套筒(4)、錐形套筒(21)、二次風(fēng)旋流器(7)和二次風(fēng)外殼(5)所圍成的空間構(gòu)成二次風(fēng)預(yù)旋室(22)； 二次風(fēng)旋流器(7)由比二次風(fēng)預(yù)旋室(22)直徑小的第二固定式軸流葉片(26)以及葉柵支撐組成；所述的筒狀燃燒室(16)和噴射段(17)包括殼體(11)，位于殼體內(nèi)部的耐火材料層(10)，位于殼體外部的冷卻系統(tǒng)； 所述煤粉輸料管(1)伸至中部筒狀燃燒室(16)內(nèi)在一次風(fēng)預(yù)旋室(23)后方靠近錐形套筒(21)附近；所述點(diǎn)火油槍(2)伸至筒狀燃燒室(16)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙旋流煤粉燃燒器，其特征在于所述的冷卻系統(tǒng)包括冷卻 水室(9)，冷卻水室(9)被螺旋導(dǎo)向葉片(12)分隔成連續(xù)的螺旋形流動(dòng)區(qū)域；與冷卻水室 (9)相通的冷卻進(jìn)水管(18)位于尾部噴射段(17)側(cè)下方，冷卻出水管(8)位于中部筒狀燃 燒室(16)側(cè)上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙旋流煤粉燃燒器，其特征在于所述的冷卻水室(9)下部 設(shè)有殘水排放口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙旋流煤粉燃燒器，其特征在于所述的冷卻系統(tǒng)還包括通 過(guò)蒸汽管道(13)與冷卻水室(9)連接的蒸汽連通管(15)，蒸汽連通管(15)設(shè)有蒸汽排出
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙旋流煤粉燃燒器，其特征在于所述的蒸汽連通管(15)位 于中部筒狀燃燒室(16)上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙旋流煤粉燃燒器，其特征在于所述的蒸汽連通管(15)上 設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥(14)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙旋流煤粉燃燒器，其特征在于所述的中部筒狀燃燒室 (16)殼體外部還設(shè)有散熱翅片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙旋流煤粉燃燒器，其特征在于所述的尾部噴射段(17)與 中部筒狀燃燒室(16)比較而言截面形式為突縮形式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙旋流煤粉燃燒器，其特征在于所述的尾部噴射段(17)為 等內(nèi)徑或漸縮形式。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙旋流煤粉燃燒器，其特征在于所敘述中部筒狀燃燒室 (16)正下部靠近尾部噴射段(17)處設(shè)有快速排渣口( 19)，出口處為突擴(kuò)口形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙旋流煤粉燃燒器，適用于各型工業(yè)鍋爐中，屬于煤粉燃燒器技術(shù)領(lǐng)域。主要由頭部雙旋流發(fā)生裝置(24)、中部筒狀燃燒室(16)以及尾部噴射段(17)、煤粉輸料管(1)、點(diǎn)火油槍(2)組成；所述的雙旋流發(fā)生裝置(24)包括一次風(fēng)內(nèi)壁(3)、位于一次風(fēng)內(nèi)壁外的一次風(fēng)套筒(4)、位于一次風(fēng)套筒(4)外的二次風(fēng)外殼(5)；其中一次風(fēng)內(nèi)壁(3)和一次風(fēng)套筒(4)之間還安裝有一次風(fēng)旋流器(6)構(gòu)成一次風(fēng)預(yù)旋室(23)；其中一次風(fēng)套筒(4)和二次風(fēng)外殼(5)之間由內(nèi)而外依次安裝有錐形套筒(21)、二次風(fēng)旋流器(7)構(gòu)成二次風(fēng)預(yù)旋室(22)；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是燃燒連續(xù)、穩(wěn)定，火焰潔凈度高，污染小。
文檔編號(hào)F23D1/02GK101963352SQ20101051688
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者劉寅立, 卞紅順, 唐豪, 李明, 李校培, 葛訓(xùn), 韓藝博 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué);張家港華匯特種玻璃有限公司