本發(fā)明涉及煤的高效清潔燃燒技術(shù)領(lǐng)域，具體是提供一種多級分離環(huán)形回流式軸向旋流燃燒器。

背景技術(shù)：
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現(xiàn)有的墻式對沖燃燒鍋爐旋流燃燒器技術(shù)依煤質(zhì)不同其NOx排放也不同，對于干燥無灰基揮發(fā)分為36-38%的煙煤，現(xiàn)有技術(shù)可達到的NOx排放大致為240-280mg/Nm3（6% O2，干煙氣），對于干燥無灰基揮發(fā)分為19%的貧煤，現(xiàn)有技術(shù)可達到450mg/Nm3（6% O2，干煙氣），這些濃度大大高于目前低至50mg/Nm3（6% O2，干煙氣）的最新排放規(guī)定，因此，很有必要進一步改進燃燒器設(shè)計、提高燃燒器性能以最大限度地降低煙氣脫硝費用來滿足最新的排放規(guī)定。

煤燃燒過程中產(chǎn)生的NOx主要由熱力NOx和燃料NOx兩部分組成：熱力NOx是由燃燒空氣中的一少部分氮被氧化生成，占總NOx的20-30%；燃料NOx是由煤中的一部分氮被氧化生成，占總NOx的70-80%，燃煤排放的NOx除了形成酸雨，破壞生態(tài)環(huán)境外，還會形成光化學(xué)煙霧，直接危害人類健康，因此必須得到有效地控制。

電站燃煤是大氣中NOx排放的主要來源之一，電站燃煤鍋爐NOx排放的控制可由燃燒過程中控制和燃燒后煙氣處理來實現(xiàn)，而燃燒過程中控制主要是通過使用低NOx燃燒器加上爐內(nèi)分段燃燒技術(shù)來完成，隨著對電站燃煤污染物排放控制的日趨嚴(yán)格，對燃燒過程中NOx生成的控制也有更高的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種多級分離環(huán)形回流式軸向旋流燃燒器。

上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種多級分離環(huán)形回流式軸向旋流燃燒器，其組成包括：一次風(fēng)粉系統(tǒng)、總二次風(fēng)系統(tǒng)，所述的一次風(fēng)粉系統(tǒng)包括一次風(fēng)管彎頭，所述的一次風(fēng)管彎頭通過法蘭與一次風(fēng)管水平段連接，所述的一次風(fēng)管水平段出口端通過特殊設(shè)計的螺栓與一個多齒狀并帶有小擴口的穩(wěn)燃器連接，所述的一次風(fēng)管水平段外部安裝有二次風(fēng)管，所述的二次風(fēng)管外部安裝有三次風(fēng)管，所述的三次風(fēng)管出口端設(shè)有一個與軸向有一定夾角的三次風(fēng)擴口，此擴口通過焊接方式和加強板與所述的三次風(fēng)管連接，所述的三次風(fēng)管外部安裝有四次風(fēng)管，所述的一次風(fēng)管水平段與二次風(fēng)管、所述的二次風(fēng)管與三次風(fēng)管、所述的三次風(fēng)管與四次風(fēng)管之間在前后端均通過特殊設(shè)計的頂緊裝置進行支撐，所述的四次風(fēng)管出口端安裝有水冷壁管屏。

所述的多級分離環(huán)形回流式軸向旋流燃燒器，所述的一次風(fēng)管水平段入口端上部安裝有一個月牙形煤粉均布器，所述的一次風(fēng)管水平段近出口端安裝有文丘里煤粉濃縮器，所述的一次風(fēng)管水平段中心位置安裝有中心風(fēng)管組件，所述的中心風(fēng)管組件出口端通過支架與所述的一次風(fēng)管水平段連接，入口端通過傾面法蘭與所述的一次風(fēng)管彎頭連接，所述的中心風(fēng)管組件中心位置安裝有油槍組件，所述的油槍組件出口端通過葉輪支撐在所述的中心風(fēng)管組件內(nèi)，入口端通過法蘭與所述的中心風(fēng)管組件入口端相連接。

所述的多級分離環(huán)形回流式軸向旋流燃燒器，所述的總二次風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)箱，所述的風(fēng)箱以焊接方式與所述的一次風(fēng)管水平段和所述的四次風(fēng)管相連接，所述的風(fēng)箱外部安裝有總風(fēng)閘組件，所述的總風(fēng)閘組件是一個位于風(fēng)箱外側(cè)的同軸圓筒，通過其滑輪、導(dǎo)軌及連接拉桿可沿軸向移動以調(diào)整其風(fēng)門開度，所述的三次風(fēng)管近出口端布置有三次風(fēng)旋流調(diào)節(jié)機構(gòu)，此調(diào)節(jié)機構(gòu)是在三次風(fēng)管通道的圓周上安裝一組等間距布置的軸向旋流葉片，每個葉片通過其定位轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動連桿與一個安裝在四次風(fēng)管外側(cè)的環(huán)板連接，所述的四次風(fēng)管近出口端布置有四次風(fēng)旋流調(diào)節(jié)機構(gòu)，此調(diào)節(jié)機構(gòu)是在四次風(fēng)管通道的圓周上安裝一組等間距布置的軸向旋流葉片，每個葉片通過其定位轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動連桿與一個安裝在四次風(fēng)管外側(cè)的環(huán)板連接，也就是三次風(fēng)和四次風(fēng)旋流葉片各與一個環(huán)板連接，這兩個環(huán)板分別通過其滑輪、導(dǎo)軌及連接拉桿可沿軸向移動以調(diào)整葉片與軸向夾角從而調(diào)整其旋流強度，所述的二次風(fēng)管、所述的三次風(fēng)管入口處分別安裝有錐形的二次風(fēng)風(fēng)閘、三次風(fēng)風(fēng)閘以控制其風(fēng)量，這兩個錐形風(fēng)閘也是通過其滑輪及連接拉桿可沿軸向移動以調(diào)整其風(fēng)門開度。

有益效果：

1.本發(fā)明低NOx旋流燃燒器經(jīng)過18MW冷態(tài)與熱態(tài)試驗、數(shù)值模擬計算、試驗燃燒器到實際燃燒器放大設(shè)計，已成功地應(yīng)用于多個電站煙煤工程項目，現(xiàn)場運行結(jié)果表明對于干燥無灰基揮發(fā)分為36%的煙煤，本發(fā)明燃燒器可將鍋爐出口NOx排放減少到220mg/Nm3（6% O2）以下，最低可達200mg/Nm3以下，未燃盡碳低位熱損失在0.5%以下。

本發(fā)明燃燒器也有較低的運行阻力，一次風(fēng)阻力不超過800Pa，總二次風(fēng)阻力不超過1300Pa，本燃燒器在所有負(fù)荷下能保持很好的燃燒穩(wěn)定性，并不產(chǎn)生噴口結(jié)焦。

本發(fā)明低NOx軸向旋流燃燒器具有一次風(fēng)粉多級濃淡分離、主燃燒空氣深度分級和形成環(huán)形回流區(qū)等特點，可最大限度地減少NOx的生成。

本發(fā)明燃燒器的一次風(fēng)攜帶煤粉經(jīng)過一次風(fēng)管彎頭進入一次風(fēng)管水平段，在一次風(fēng)管水平段入口端上部布置有一個月牙形的煤粉均布器，以調(diào)整一次風(fēng)管彎頭內(nèi)由于氣流改變了流動方向和顆粒慣性作用而造成的上濃下淡的不均勻煤粉分布，一次風(fēng)粉經(jīng)過煤粉均布器后基本上趨于均勻分布，再經(jīng)過文丘里煤粉濃縮器后，在一次風(fēng)管出口斷面上產(chǎn)生了外濃內(nèi)淡的濃度分布，并在此處注入爐膛。

本發(fā)明燃燒器由風(fēng)箱來的主燃燒空氣分為二次風(fēng)、三次風(fēng)和四次風(fēng)，以加大空氣分級程度，二次風(fēng)為直流，風(fēng)量較小，其作用是形成一道空氣隔墻以推遲一次風(fēng)與外圍主燃燒空氣混合，也就是在近燃燒器區(qū)形成缺氧環(huán)境，有利于NOx還原，三次風(fēng)和四次風(fēng)為旋流，風(fēng)速較大，分別經(jīng)過一組沿圓周方向布置的軸向旋流葉片后射入爐膛，其作用是在遠(yuǎn)燃燒器區(qū)完成未燃盡碳的燃燒，并促使在近燃燒器區(qū)形成一個回流區(qū)。

本發(fā)明在一次風(fēng)管出口端設(shè)有一個多齒狀并帶有小擴口的穩(wěn)燃器，多齒結(jié)構(gòu)在一次風(fēng)管出口端的圓周方向上產(chǎn)生了煤粉濃淡分離，產(chǎn)生局部還原環(huán)境，減少了NOx的生成，小擴口推遲二次風(fēng)與一次風(fēng)粉混合，進一步在近燃燒器區(qū)形成缺氧環(huán)境，有利于NOx還原。

本發(fā)明在三次風(fēng)管出口處設(shè)有一個與軸向有一定夾角的擴口，以推遲三次風(fēng)與四次風(fēng)的混合。

本發(fā)明低NOx燃燒器特有的噴口結(jié)構(gòu)在近燃燒器區(qū)一次風(fēng)粉射流外側(cè)形成一個環(huán)形回流區(qū)，該環(huán)形回流區(qū)能夠?qū)⑼鉂鈨?nèi)淡的一次風(fēng)粉卷席到回流區(qū)內(nèi)；將高溫?zé)煔鈳Щ亟紵鲄^(qū)，加熱一次風(fēng)粉，促進了煤粉點火，保持火焰穩(wěn)定性；帶回的高溫?zé)煔夂趿康停够亓鲄^(qū)處于缺氧環(huán)境，有利于NOx還原。

本發(fā)明燃燒器二次風(fēng)至四次風(fēng)由里到外逐漸偏離一次風(fēng)與燃料，從而導(dǎo)致在軸向上分級混合和分級燃燒，這種分級產(chǎn)生兩種效果：第一，在近燃燒器區(qū)形成缺氧環(huán)境，有利于NOx還原，在遠(yuǎn)燃燒器區(qū)通過三、四次風(fēng)來完成未燃盡碳的燃燒；第二，熱量逐步釋放，從而降低火焰溫度，減少熱力NOx生成。

10.本發(fā)明具有優(yōu)化的一至四次風(fēng)風(fēng)速、旋流度和風(fēng)量配比、以及優(yōu)化的一次風(fēng)粉多級濃淡分離裝置幾何結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明采用了直流一次風(fēng)和簡單的一次風(fēng)入口彎管以減少一次風(fēng)阻力、降低風(fēng)機能耗，而且簡化了結(jié)構(gòu)、減少造價，本發(fā)明的軸向旋流機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、阻力小、旋流度調(diào)整范圍大等優(yōu)點。

附圖說明：

附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2是附圖1中的煤粉均布器結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖3是附圖1中的一次風(fēng)管出口前100mm截面煤粉濃度分布數(shù)值模擬圖。

附圖4是附圖1中的一次風(fēng)管出口截面煤粉濃度分布數(shù)值模擬圖。

附圖5是附圖1中的一次風(fēng)管出口后20mm截面煤粉濃度分布數(shù)值模擬圖。

附圖6是附圖1中的一次風(fēng)管出口煤粉濃縮飄帶模擬試驗圖。

附圖7是附圖1中的多齒狀穩(wěn)燃器結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖8是多級分離環(huán)形回流式軸向旋流燃燒器流場結(jié)構(gòu)冷態(tài)試驗圖。

附圖9是多級分離環(huán)形回流式軸向旋流燃燒器流場結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬圖。

附圖10是附圖1中的三次風(fēng)旋流調(diào)節(jié)機構(gòu)、四次風(fēng)旋流調(diào)節(jié)機構(gòu)示意圖。

具體實施方式：

實施例1：

一種多級分離環(huán)形回流式軸向旋流燃燒器，其組成包括：一次風(fēng)粉系統(tǒng)、總二次風(fēng)系統(tǒng)，所述的一次風(fēng)粉系統(tǒng)包括一次風(fēng)管彎頭1，所述的一次風(fēng)管彎頭通過法蘭與一次風(fēng)管水平段2連接，所述的一次風(fēng)管水平段出口端通過特殊設(shè)計的螺栓與一個多齒狀并帶有小擴口的穩(wěn)燃器7連接，所述的一次風(fēng)管水平段外部安裝有二次風(fēng)管10，所述的二次風(fēng)管外部安裝有三次風(fēng)管11，所述的三次風(fēng)管出口端設(shè)有一個與軸向有一定夾角的三次風(fēng)擴口17，此擴口通過焊接方式和加強板與所述的三次風(fēng)管連接，所述的三次風(fēng)管外部安裝有四次風(fēng)管12，所述的一次風(fēng)管水平段與二次風(fēng)管、所述的二次風(fēng)管與三次風(fēng)管、所述的三次風(fēng)管與四次風(fēng)管之間在前后端均通過特殊設(shè)計的頂緊裝置進行支撐，所述的四次風(fēng)管出口端安裝有水冷壁管屏18。

實施例2：

根據(jù)實施例1所述的多級分離環(huán)形回流式軸向旋流燃燒器，所述的一次風(fēng)管水平段入口端上部安裝有一個月牙形煤粉均布器3，所述的一次風(fēng)管水平段近出口端安裝有文丘里煤粉濃縮器4，所述的一次風(fēng)管水平段中心位置安裝有中心風(fēng)管組件5，所述的中心風(fēng)管組件出口端通過支架與所述的一次風(fēng)管水平段連接，入口端通過傾面法蘭與所述的一次風(fēng)管彎頭連接，所述的中心風(fēng)管組件中心位置安裝有油槍組件6，所述的油槍組件出口端通過葉輪支撐在所述的中心風(fēng)管組件內(nèi)，入口端通過法蘭與所述的中心風(fēng)管組件入口端相連接。

實施例3：

根據(jù)實施例1或2所述的多級分離環(huán)形回流式軸向旋流燃燒器，所述的總二次風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)箱8，所述的風(fēng)箱以焊接方式與所述的一次風(fēng)管水平段和所述的四次風(fēng)管相連接，所述的風(fēng)箱外部安裝有總風(fēng)閘組件9，所述的總風(fēng)閘組件是一個位于風(fēng)箱外側(cè)的同軸圓筒，通過其滑輪、導(dǎo)軌及連接拉桿可沿軸向移動以調(diào)整其風(fēng)門開度，所述的三次風(fēng)管近出口端布置有三次風(fēng)旋流調(diào)節(jié)機構(gòu)15，此調(diào)節(jié)機構(gòu)是在三次風(fēng)管通道的圓周上安裝一組等間距布置的軸向旋流葉片，每個葉片通過其定位轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動連桿與一個安裝在四次風(fēng)管外側(cè)的環(huán)板連接，所述的四次風(fēng)管近出口端布置有四次風(fēng)旋流調(diào)節(jié)機構(gòu)16，此調(diào)節(jié)機構(gòu)是在四次風(fēng)管通道的圓周上安裝一組等間距布置的軸向旋流葉片，每個葉片通過其定位轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動連桿與一個安裝在四次風(fēng)管外側(cè)的環(huán)板連接，也就是三次風(fēng)和四次風(fēng)旋流葉片各與一個環(huán)板連接，這兩個環(huán)板分別通過其滑輪、導(dǎo)軌及連接拉桿可沿軸向移動以調(diào)整葉片與軸向夾角從而調(diào)整其旋流強度，所述的二次風(fēng)管、所述的三次風(fēng)管入口處分別安裝有錐形的二次風(fēng)風(fēng)閘13、三次風(fēng)風(fēng)閘14以控制其風(fēng)量，這兩個錐形風(fēng)閘也是通過其滑輪及連接拉桿可沿軸向移動以調(diào)整其風(fēng)門開度。

實施例4：

根據(jù)實施例1-3所述的多級分離環(huán)形回流式軸向旋流燃燒器，所述的多級分離環(huán)形回流式軸向旋流燃燒器由一次風(fēng)粉系統(tǒng)和總二次風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成，一次風(fēng)粉系統(tǒng)由一次風(fēng)管彎頭、一次風(fēng)管水平段、煤粉均布器、文丘里煤粉濃縮器、穩(wěn)燃器、中心風(fēng)管組件、及油槍組件組成，總二次風(fēng)系統(tǒng)由風(fēng)箱、二次風(fēng)管、三次風(fēng)管和四次風(fēng)管及其相應(yīng)的風(fēng)量調(diào)節(jié)與旋流調(diào)節(jié)裝置組成；

在一次風(fēng)管水平段的中心布置有中心風(fēng)管，中心風(fēng)管的中心布置有油槍，油槍起點火、暖爐和為燃燒器在低負(fù)荷運行時穩(wěn)燃的作用，容量一般為燃燒器熱輸入的20-30%，中心風(fēng)管為油槍提供一部分燃燒空氣，也起到冷卻油槍的作用；

一次風(fēng)管靠爐膛一段采用耐熱耐磨材質(zhì)以防止高溫變形和煤粉沖刷，一次風(fēng)管靠風(fēng)箱一段、文丘里煤粉濃縮器、煤粉均布器及彎頭均采用耐磨材質(zhì)以防止煤粉沖刷，即在普通碳鋼內(nèi)壁嵌上耐磨陶瓷或采用整體耐磨鑄件，中心風(fēng)管及相連接的文丘里煤粉濃縮器部件采用整體耐磨鑄件，一次風(fēng)管水平段組件與彎頭組件通過法蘭連接，以便于安裝與拆卸并保證其同軸度，中心風(fēng)管組件出口端通過支架與一次風(fēng)管水平段連接，入口端通過傾面法蘭與彎頭連接，以便于安裝與拆卸并保證與一次風(fēng)管水平段的同軸度，油槍出口端通過葉輪支撐在中心風(fēng)管內(nèi)，入口端通過法蘭與中心風(fēng)管入口端相連接，以便于安裝與拆卸并保證與中心風(fēng)管的同軸度；

穩(wěn)燃器為優(yōu)質(zhì)耐熱耐磨鑄件，以防止高溫變形和煤粉沖刷，穩(wěn)燃器與一次風(fēng)管組件出口端通過一種特殊設(shè)計的螺栓連接，本螺栓連接可在安裝時靈活和準(zhǔn)確地調(diào)整穩(wěn)燃器的軸向位置，并使螺栓隱藏在一次風(fēng)管管壁內(nèi)從而防止了煤粉沖刷；

本產(chǎn)品燃燒器設(shè)有單獨風(fēng)箱和一個總風(fēng)閘裝置以控制燃燒器的總二次風(fēng)量，總風(fēng)閘裝置是一個位于風(fēng)箱外側(cè)的同軸圓筒，通過其滑輪、導(dǎo)軌及連接拉桿可沿軸向移動以調(diào)整其風(fēng)門開度，在二次風(fēng)管和三次風(fēng)管入口處各設(shè)有一個錐形風(fēng)閘以控制其風(fēng)量，這兩個錐形風(fēng)閘也是通過其滑輪及連接拉桿可沿軸向移動以調(diào)整其風(fēng)門開度，四次風(fēng)管沒有風(fēng)閘，其風(fēng)量取決于二次風(fēng)和三次風(fēng)的風(fēng)量；

在三次風(fēng)與四次風(fēng)通道的圓周方向上各設(shè)有一組等間距布置的軸向旋流葉片，每組中的每個葉片通過其定位轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動連桿與一個安裝在四次風(fēng)管外側(cè)的環(huán)板連接，也就是三次風(fēng)和四次風(fēng)旋流葉片各與一個環(huán)板連接，這兩個環(huán)板分別通過其滑輪、導(dǎo)軌及連接拉桿可沿軸向移動以調(diào)整葉片與軸向夾角從而調(diào)整其旋流強度，本旋流調(diào)節(jié)機構(gòu)能實現(xiàn)較大范圍的葉片角度和旋流強度；

一次風(fēng)管與二次風(fēng)管、二次風(fēng)管與三次風(fēng)管、三次風(fēng)管與四次風(fēng)管之間在前后端均通過特殊設(shè)計的頂緊裝置進行支撐，頂緊裝置設(shè)有調(diào)節(jié)螺母來保證各風(fēng)管間的同軸度，這樣安裝方便且精度高，三次風(fēng)擴口通過焊接方式和加強板與三次風(fēng)管連接，提高了連接強度，風(fēng)箱以焊接方式與一次風(fēng)管和四次風(fēng)管相連接，保證了燃燒器的整體剛性。