[发明专利]一种弱旋一次风多级分离旋流燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及一种分级旋流燃烧器，属于煤粉燃烧设备和燃烧技术。

背景技术

旋流煤粉燃烧器广泛应用于煤粉燃烧电站锅炉中，具有炉内热负荷均匀，热偏差小，低NO_x排放等优点。目前旋流燃烧器中，将煤粉进行浓淡分离广泛采用在一次风直管段加装导流块、挡板等装置的办法，利用颗粒惯性达到浓淡分离效果，但燃烧器结构复杂，制造成本较高；而蜗壳式旋流煤粉燃烧器则调节性能较差。实际工业生产中，需要结构简单，操作方便，且稳燃效果好，保证低NO_x排放的旋流燃烧器。

由于燃烧器一般具有弯头结构，颗粒运动至弯头处在惯性作用下将保持原有轨迹，并在燃烧器直管段沿原流动方向富集。相关研究表明，颗粒在弯头处的惯性富集效果将一直保持到燃烧器出口处。有效利用煤粉的弯头富集效果，既可达到对煤粉进行浓淡分离目的，亦可减少燃烧器直流段的导流块、挡板等结构，从而简化燃烧器结构，降低制造成本。然而利用弯头对煤粉进行分离时，煤粉在惯性作用下将集中富集在弯头顶部，煤粉过分富集会导致局部给氧不足，引起燃烧不稳定。

发明内容

为有效利用弯头惯性分离特性，简化旋流煤粉燃烧器结构，本发明的目的是提出一种弱旋一次风多级分离旋流燃烧器。

本发明的技术方案如下：

一种弱旋一次风多级分离旋流燃烧器，包括带弯头的一次风管，设置在一次风管内的油枪风管，设置在一次风管外的内二次风管，内二次风旋流叶片，外二次风导叶和外二次风管，其特征在于：在所述的带弯头的一次风管内加装开放式导流弯头和芯筒，芯筒将一次风管水平段分为内外两个通道；所述的开放式导流弯头与芯筒的一端相连，且加装在一次风管弯头处，并与一次风管的弯头同向布置；并在芯筒外壁和一次风管内壁之间布置有一次风旋流叶片。

本发明所述的一次风旋流叶片的叶片长度为20～40cm，优选为30cm；叶片个数为4～16个，优选为6个；旋流叶片截面投影与芯桶母线的夹角β的范围为3°＜β＜30°，夹角β优选为β＝5；产生旋流数S的范围为0.05＜S＜0.5。，优选为S＝0.08。

本发明所述的开放式导流弯头的横截面为开放式圆弧形或多边形。

本发明具有以下优点及突出性效果：①利用一次风管弯头处颗粒惯性的作用达到分离效果，形成内侧淡股和外侧浓股一次风煤粉气流，结构简单，效果明显。②外一次风加装旋流叶片，减轻了颗粒在弯头顶部富集的现象，使浓股煤粉颗粒在旋流气流作用下被甩向一次风管壁面，并均匀分布，保证稳燃和低氮燃烧效果。③芯筒将一次风管道直管段分隔为内、外两个腔体，有效防止浓股和淡股气流的再掺混。

附图说明

图1为本发明提供的弱旋一次风多级分离旋流燃烧器结构原理简图。

图2为一次风旋流叶片的布置示意图。

1-带的弯头一次风管；2-油枪风管；3-开放式导流弯头；4-芯桶；5-一次风旋流叶片；6-内二次风管；7-内二次风旋流叶片；8-外二次风导叶；9-外二次风管。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的原理、具体结构及最佳实施方式。

图1为弱旋一次风多级分离旋流燃烧器结构简图。该燃烧器主要包括带的弯头一次风管1，油枪风管2，内二次风管6，内二次风旋流叶片7，外二次风导叶8，外二次风管9，以及加装于一次风管1内的开放式导流弯头3，芯桶4以及固定在芯桶外壁的外一次风旋流叶片5。二次风分别由外二次风管9和内二次风管6进入旋流燃烧器，外二次风导叶8可调节外二次风旋流数，内二次风旋流叶片7产生强旋流数的内二次风流股。送粉一次风经带弯头的一次风管1进入旋流燃烧器，在弯头处，煤粉在惯性和开放式导流弯头3的引流下富集在水平一次风管外壁面，从而形成一次风管内粉体外浓内淡的分布。为避免煤粉进入芯筒内，以及有效利用煤粉在弯头处的惯性，开放式导流弯头3布置在一次风管弯头处，且与一次风管弯头同向布置，开放式导流弯头的截面为开放式圆弧形或多边形，也可为其他形式，以保证煤粉在惯性作用下富集在一次风管的弯头顶部以及开放式导流弯头3外壁面的底部。芯筒4贯穿于水平一次风管内，芯桶4的一端与开放式导流弯头3相连接，将一次风管水平段分为内外两个通道且，将来流一次风及富集煤粉在物理上分为浓淡两股，芯筒4内侧为淡股一次风，芯筒4外侧为浓股一次风。油枪风管2为燃烧器点火时引入油枪风，燃烧器启动后仅引入少量二次风。

由于弯头惯性作用，浓股气流中的煤粉将局部富集在外一次风通道顶部，这种现象将一直保持到煤粉进入炉膛，由于煤粉过分富集，容易导致局部供氧不足，造成燃烧不稳定，燃烧效率降低等问题。为消除煤粉过于富集的影响，在芯筒4外壁和带弯头的一次风管1内壁之间靠近弯头处布置有一次风旋流叶5。当带煤粉两相流经过旋流叶片5后，煤粉由于旋流的离心作用被甩向壁面，因而浓股煤粉在壁面得到进一步浓缩，而原先煤粉在顶部过分富集的现象也因为煤粉的旋流离心运动而大大减弱。当一次风为旋流时，煤粉在燃烧器出口因离心力作用发生扩散，会减弱浓淡煤粉燃烧器抑制氮氧化物的作用。为消除这一副作用，应当使一次风的旋流数(切向动量通量与轴向动量通量的比值)控制在一定范围之内。同时，旋流数过大，也会导致煤粉对旋流叶片5的磨损作用过大。基于以上原因，一次风旋流叶片5的作用是产生较低旋流数的气流，同时要避免发生磨损。为此，旋流叶片5的结构特点是叶片长度大，一般为20～40cm，以30cm为佳；叶片个数少，一般为4～16个，以6个为佳；旋流叶片5截面投影与芯桶母线的夹角β的范围为3°～30°，以5°为佳。旋流叶片5的这些特点可最大程度上降低煤粉对旋流叶片的磨损，并产生较低的旋流数S，其范围在0.05～0.5。当浓股煤粉经过旋流叶片5后，将产生弱旋气流，在弱旋气流离心力作用下，煤粉被甩向壁面，并且均匀分布于一次风管壁面。为进一步降低弱旋一次风对燃烧器出口流场的影响，旋流叶片5需要安装在芯筒靠近弯头侧。弱旋浓股一次风离开旋流叶片5后，由于耗散作用旋流数逐渐减弱，至出口处时，弱旋浓股一次风对强旋二次风的影响可忽略不计。均布的浓股煤粉将被卷吸入高温强旋二次风中，同回流高温气体混合，煤粉燃烧稳定，并达到低NO_x排放的目标。