專利名稱：具有三次旋流風的低NO_X液排渣煤粉燃燒設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具有三次旋流風的低NOx液排渣煤粉燃燒設備，適用于6 35噸蒸汽、熱水鍋爐，爐窯、鍛造、煉鋼等各種工業(yè)生產(chǎn)對熱能需求的燃燒裝置，屬于煤粉燃燒器技術領域。
背景技術：
傳統(tǒng)的液排渣旋風燃燒器，其二次風均是從燃燒器的側面切向引入，這種方式導致燃燒室中旋轉回流流場及溫度場的嚴重畸變，縮短了煤粉在燃燒室中的燃燒停留時間， 降低了灰渣的離心分離作用，導致煤粉和灰渣短路逸出燃燒室。由于這種先天性缺陷，導致無論采取什么措施，其捕渣率都不會太高，一般不會高于80%，同時由于二次風口位于燃燒室側壁熔渣流場之中，盡管二次風通常都預熱到200°C 400°C，但與液態(tài)渣高達1500°C以上的溫度比起來，仍是很“冷”的氣流，加上其流速極高(可達80m/s以上)，其對液渣的冷卻作用強烈，易于發(fā)生結渣事故，風口一結渣，輕則改變二次風的風量和風向，從而使燃燒不穩(wěn)定，重則堵塞風口直至停爐。為了解決以上問題，申請人于2010年5月19日申請了名為《低NOx固液態(tài)排渣雙旋流煤粉燃燒設備》的實用新型專利(授權公開號為CN201772450U)，該設備完全擯棄了液排渣旋風燃燒器側面切向或割向進風的傳統(tǒng)，側壁上沒有任何風口或進料口，整個側壁為一連續(xù)完整的圓柱面，而將傳統(tǒng)液排渣旋風燃燒器的切向引入二次風的位置由燃燒器內壁集中到噴燃器總成的前端與燃燒室總成的后端相連接端面處。這為煤粉和液渣附著在側壁上進行附壁燃燒并在重力和氣流力作用下沿螺旋線逐漸向出渣口移動提供了完美的流場， 這一點同時也是該設備與傳統(tǒng)的液排渣旋風燃燒器的根本區(qū)別之一。此煤粉燃燒器的一次風和二次風采用了雙旋流的燃燒方式，在6t/h以下小型工業(yè)鍋爐的應用中效果非常理想， 但是當應用到鍋爐出力超過6t/h時，因為一次風/煤粉噴口距離二次風進風口較遠，如運行調整不當，可能導致出現(xiàn)以下問題1)煤粉與空氣混合的強度不夠、點火較難，燃燒強度及燃燒效果不佳；2)煤粉燃燒不夠充分，難以有效利用燃燒室空間，以及有效組織煤粉燃
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發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種燃燒效果好，NOx排放量低，捕渣率高，火焰潔凈度高，能保證長期安全穩(wěn)定運行，使之可以廣泛應用到各種工業(yè)鍋爐中的煤粉燃燒裝置。為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是提供了一種具有三次旋流風的低 NOx液排渣煤粉燃燒設備，包括噴燃器總成及燃燒室總成，噴燃器總成的前端與燃燒室總成的后端相連接，該噴燃器總成包括一次風/煤粉噴管，一次風/煤粉噴頭從一次風/煤粉噴管的前部出口通向該管內部，一次風/煤粉噴頭上裝有一次風旋流葉片，其特征在于在所述噴燃器總成的前端與燃燒室總成的后端相連接的端面處設有二次風進風通道和三次風進風通道，二次風進風通道和三次風進風通道或根據(jù)需要共用一個風管道或各自分開各配一臺鼓風機并分別對應一個風管道，若二次風進風通道和三次風進風通道共用一個風管道，可通過風通道調節(jié)隔板來控制二者的風量配比，風通道調節(jié)隔板與手動調節(jié)螺桿鉸接， 二次風進風通道和三次風進風通道分別與二次風進風口和三次風進風口相連通，二次風進風口和三次風進風口分別沿圓周均勻布置著二次風旋流葉片和三次風旋流葉片。優(yōu)選地，所述燃燒室總成布置成簡單的圓筒狀燃燒室，或布置成后部為圓筒狀，前部為具有捕渣屏和渣槽的縮口狀燃燒室，在圓筒狀燃燒室或縮口狀燃燒室的內壁上設有工作襯，工作襯由不定性耐火材料層和柱形導熱金屬錨固件組成，柱形導熱金屬錨固件設于不定性耐火材料層之內并與燃燒室的金屬壁緊密連接，工作襯外包裹有冷卻水套件，該冷卻水套件包括冷卻水內套及冷卻水外套，在冷卻水外套上設有冷卻水進水管及冷卻水出水管，在所述燃燒室總成的下部布置有支撐前腿及支撐后腿，通過調整支撐前腿及支撐后腿的高度差來確定所述燃燒室總成的傾斜角。優(yōu)選地，所述傾斜角在5° 60°之間。優(yōu)選地，所述噴燃器總成的內部呈錐形喇叭口形狀，錐頂角為40° 150°，所述二次風進風口與所述三次風進風口之間的部分覆蓋有耐火澆注料，一次風進風口位于喇叭口的錐頂端，所述三次風進風口位于喇叭口的中部，所述二次風進風口位于喇叭口的錐底部。優(yōu)選地，所述三次風進風口位于所述一次風/煤粉噴頭與所述二次風進風口之間，分別通過一次風進風口、二次風進風口及三次風進風口進入的一次風、二次風、三次風的旋流方向一致。優(yōu)選地，所述一次風或單獨配一臺高壓風機或與所述二次風及所述三次風共用一臺鼓風機。 優(yōu)選地，所述二次風進風口和所述三次風進風口皆為旋流狀進風，其中，二次風進風口的旋流葉片的軸向傾角為2° 15°，徑向切角為20° 90°，三次風進風口的旋流葉片的軸向傾角為10° 30°，徑向切角為60° 90°。優(yōu)選地，所述一次風旋流葉片的數(shù)量為3 12片，長度為100 400mm，高度為 50 120mm，厚度為2 5mm，傾角為5° 35°。優(yōu)選地，所述的二次風旋流葉片的數(shù)量為15 40片，長度為200 500mm，高度為 60 200mm，厚度為5 10mm。優(yōu)選地，所述三次風旋流葉片的數(shù)量為12 25片，長度為60 250mm，高度為 20 120_，厚度為3 8_。將傳統(tǒng)液排渣旋風燃燒器的切向引入二次風的位置由燃燒器內壁集中到噴燃器總成的前端，與燃燒器總成的后端相連接，同時增加了三次風，結構更合理，這種布置方式有效的解決了上面提到的專利CN201772450U中可能出現(xiàn)的問題，非常有利于增強煤粉與空氣混合的強度，降低點火難度，實現(xiàn)煤粉的分級燃燒，充分利用燃燒室空間，提高燃燒效果。本發(fā)明中，煤粉通過一次風濃相送粉之后，煤粉空氣流經(jīng)過一次風旋流葉片，流經(jīng)煤粉噴頭(鈍體)后，在鈍體后面產(chǎn)生一個較大而穩(wěn)定的回流區(qū)，進而使得煤粉在與三次風混合的時候能夠更加均勻，在一定的高溫環(huán)境下煤粉析出水分和揮發(fā)分，煤粉揮發(fā)分首先著火燃燒，煤粉經(jīng)過三次風的旋轉輸送作用不斷旋轉前進的過程中，揮發(fā)分逐漸燃燒完全，隨著燃燒溫度持續(xù)升高，當煤粉行進至噴燃器總成與燃燒室總成的連接端面即二次風進風口處
5時，經(jīng)過二次風更強的旋流作用，煤粉氣流旋轉更加強烈，這為煤粉附壁燃燒創(chuàng)造了有利條件，此時煤粉達到固定碳燃燒的溫度，大部分煤粉貼壁燃燒并燃盡，進而在高溫環(huán)境下形成液態(tài)渣，因自重和粘滯作用，液態(tài)渣運行速度很低，與二次風的高速流動形成很大的相對速度，使液態(tài)熔渣貼壁下移，在捕渣屏的作用下沿設定的渣槽排出燃燒器。本實用新型采用同軸向具有三次旋流風的分區(qū)段控制燃燒，一、二、三次風的旋轉方向相同，弱旋高壓一次風輸送煤粉，較強的三次風旋流促進煤粉與空氣的混合并提供煤粉的初期燃燒條件，強旋流二次風則為燃燒后期煤粉和空氣的充分混合提供保障，并保證煤粉燃盡，使排渣順暢，此種具有三次旋流風的布置形式能使80 300目的小顆粒煤粉與熱空氣混合充分，其燃燒速度快，火焰潔凈度高，燃盡率高達99. 5%，液態(tài)捕渣率高于90%以上，降低排煙中的粉塵濃度，減少煙塵排放量。本實用新型使煤粉/空氣混合氣體在燃燒器內分級燃燒、貧氧燃燒，從而產(chǎn)生還原反應，使氮氧化物還原C0+N0 —C02+N2Η2+Ν0 —Ν2+Η20CHj+NO — HCN+0HCN+NO —隊…(過量空氣系數(shù)α <1)N0+C — N2+C0從上述反應物的生成物可看出，NOx的生成被抑制，達到潔凈燃燒，NOx減排的效
^ ο本實用新型可根據(jù)實際需要采用遠距離高壓一次風濃相送粉，且二、三次風量可以很方便的調節(jié)，從而使得這種遠距離濃相送粉方式的煤粉與空氣混合更加均勻，更容易調整負荷大小，可以在滿負荷的40%以上的負荷范圍內任意變動而不降低燃燒狀況，同時可以燃燒多種不同的煤種，具有非常廣泛的適應性。另外，由于一次風所攜帶的煤粉濃度高，當煤粉與三次風混合均勻后容易點火，燃燒強烈。本實用新型可根據(jù)實際需要進行不同的布置，當供煤粉點距離鍋爐較遠時，可采用獨立高壓風機遠距離一次風濃相送粉；當供煤粉點與鍋爐較近時，可采用輸送煤粉的一次風與二、三次風共用一臺風機的辦法，從而實現(xiàn)鍋爐的靈活布置。根據(jù)需要，如果二、三次風需要共用一臺鼓風機和一個總風道時，二次風和三次風可通過各種不同形式的風通道調節(jié)隔板來控制二者風量的配比。風通道調節(jié)隔板與手動調節(jié)螺桿鉸接，二次風進風通道和三次風進風通道分別與二次風進風口和三次風進風口相連
ο綜上所述，本實用新型具有煤粉/空氣流擾動大，混合均勻，點火容易，NOx排放量低，捕渣率高，燃盡率高，火焰潔凈度高，適應不同煤種和負荷變動的能力強，節(jié)能減排效果顯著等諸多優(yōu)點。目前，全國使用的6 35噸蒸汽、熱水鍋爐、爐窯上百萬臺，依據(jù)本實用新型的技術方案進行改造，將會產(chǎn)生巨大的節(jié)能減排社會效益和驚人的節(jié)能經(jīng)濟效益。

圖1為本實用新型提供的一種具有三次旋流風的低NOx液排渣煤粉燃燒設備的結構示意圖；[0029]圖2為圖1中A-A的向視圖(噴燃器總成部分)；圖3為一次風/煤粉噴管示意圖；圖4為三次風旋流葉片部分剖視圖；圖5為三次風旋流葉片的展開圖；圖6為本實用新型提供的另外一種具有三次旋流風的低NOx液排渣煤粉燃燒設備的結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型更明顯易懂，茲以一優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。實施例一參見圖1，為本實用新型提供的一種具有三次風的低NOx液排渣煤粉燃燒設備，本實施例包括噴燃器總成5和燃燒室總成9，噴燃器總成5的前端與燃燒室總成9的后端相連接，噴燃器總成5后端連接一次風/煤粉噴管1，一次風/煤粉噴頭3從一次風/煤粉噴管 1的前部出口通向該管內部。在噴燃器總成9的進口端面分布有火檢器29、點火油槍2以及觀火孔16，點火油槍2伸至一次風/煤粉噴頭3之外。噴燃器總成5裝有二次風進風通道19和三次風進風通道17，二次風進風通道19和三次風進風通道17皆安裝在噴燃器總成5的前端與燃燒室總成9的后端相連接的端面處。二次風進風通道19和三次風進風通道17可根據(jù)需要共用一個總風道，也可各自分開各配一臺鼓風機。當共用一個總風道時， 二者可通過風通道調節(jié)隔板18來控制二者的風量比，風通道調節(jié)隔板18與手動調節(jié)螺桿 20鉸接，二次風進風通道19和三次風進風通道17分別與二次風進風口 7和三次風進風口 4相連通。噴燃器總成5的內部呈錐形喇叭口形狀，錐頂角為40° 150°，二次風進風口 7與三次風進風口 4之間的部分覆蓋有耐火澆注料，噴燃器總成5和燃燒室總成9上均裝有吊耳6。燃燒室總成9包括燃燒室內壁工作襯12，工作襯12由不定性耐火材料層10和柱形導熱金屬錨固件11組成，后者設于前者之內并與燃燒室內金屬壁緊密連接。工作襯12 外包裹有冷卻水套件，冷卻水套件包括冷卻水內套13及冷卻水外套14，在冷卻水外套14上設有冷卻水進水管23及冷卻水出水管8，燃燒室總成9的前端設有噴火口 26、捕渣屏24以及渣槽25，噴燃器總成5前端與燃燒器總成9的后端采用法蘭連接，燃燒室總成的下部布置有燃燒器支撐前腿21及支撐后腿22，可以通過調整支撐前后腿的高度差來確定燃燒器的適宜傾斜角，一般在5° 60°之間。如圖2所示，燃燒室裝有二次風進風通道19和三次風進風通道17，二次風和三次風通過風通道調節(jié)隔板18來控制二者的風量比，二次風進風通道19和三次風進風通道17 分別與二次風進風口 7和三次風進風口 4相連通，二次風進風口 7和三次風進風口 4分別沿圓周均勻布置著二次風旋流葉片27和三次風旋流葉片28，所述的二次風進風口 7和三次風進風口 4皆為螺旋狀進風，其中二次風進風口 7的旋流葉片軸向傾角為2° 15°，徑向切角為20° 90°，三次風進風口 4的旋流葉片軸向傾角為10° 30°，徑向切角為60° 90°。噴燃器總成的進口端面布置有火檢器29、點火油槍16以及觀火孔2。如圖3所示，所述的一次風煤粉噴管1前部裝有一次風/煤粉噴頭3，一次風/煤粉噴頭3從一次風/煤粉管1的前部出口通向該管內部，一次風/煤粉錐形噴頭3上布置有一圈一次風旋流葉片15。一次風旋流葉片15的數(shù)量為3 12片，長度為100 400mm，高度為50 120mm，厚度為2 5mm，傾角為5° 35°。如圖4及圖5所示，所述三次風旋流葉片28數(shù)量為12 25片，長度為60 250mm， 高度為20 120_，厚度為3 8_。二次風旋流葉片27的數(shù)量為15 40片，長度為200 500mm，高度為60 200mm， 厚度為5 10mm。該實施例把燃燒室總成設計成前端帶捕渣屏、渣槽和噴火口的縮口狀結構，可有效提高捕渣率，并使得燃燒器排渣順暢。實施例二參見圖6，為本實用新型提供的另外一種具有三次旋流風的低NOdf排渣煤粉燃燒設備的結構示意圖，本實施例包括噴燃器總成5和燃燒室總成9，噴燃器總成5后端連接一次風/煤粉噴管1，一次風/煤粉噴頭3從一次風/煤粉噴管1的前部出口通向該管內部， 噴燃器總成5裝有二次風進風通道19和三次風進風通道17，二者分別與二次風進風口 7和三次風進風口 4相連通，噴燃器總成5的內部呈錐形喇叭口形狀，錐頂角為40° 150°， 二次風進風口 7與三次風進風口 4之間的部分覆蓋有耐火澆注料，噴燃器總成5和燃燒室總成9上均裝有吊耳6。燃燒室總成9布置成筒狀燃燒室，包括燃燒室內壁工作襯12，工作襯12由不定性耐火材料層10和柱形導熱金屬錨固件11組成，后者設于前者之內并與燃燒室內金屬壁緊密連接，工作襯12外包裹有冷卻水套件包括冷卻水內套13及冷卻水外套14， 在冷卻水外套14上設有冷卻水進水管23及冷卻水出水管8。燃燒室的前端不設捕渣屏和渣槽，燃燒室總成的下部布置有燃燒器支撐前后腿21及22，可以通過調整支撐前后腿的高度差來確定燃燒器的適宜傾斜角，一般在5° 60°之間。本實施例把燃燒室總成設計成不帶捕渣屏和渣槽的簡單圓筒狀結構，噴燃器總成部分與實施例一相同，可參見圖2至圖5部分及其說明。本實施例的燃燒室布置方式可在燃燒室中心區(qū)域內產(chǎn)生比較大的回流區(qū)，排渣更順暢，使煤粉/空氣混合氣體在燃燒器內分級燃燒，貧氧燃燒，從而產(chǎn)生還原反應，抑制NOx的生成，達到潔凈燃燒，獲得NOx減排的效果，同時具有簡單實用的特點，可有效降低燃燒設備成本。
權利要求1.一種具有三次旋流風的低NOx液排渣煤粉燃燒設備，包括噴燃器總成(5)及燃燒室總成(9)，噴燃器總成(5)的前端與燃燒室總成(9)的后端相連接，該噴燃器總成(5)包括一次風/煤粉噴管(1 )，一次風/煤粉噴頭(3)從一次風/煤粉噴管(1)的前部出口通向該管內部，一次風/煤粉噴頭(3)上裝有一次風旋流葉片(15)，其特征在于在所述噴燃器總成 (5)的前端與燃燒室總成(9)的后端相連接的端面處設有二次風進風通道(19)和三次風進風通道(17)，二次風進風通道(19)和三次風進風通道(17)或根據(jù)需要共用一個風管道或各自分開各配一臺鼓風機并分別對應一個風管道，若二次風進風通道(19 )和三次風進風通道(17)共用一個風管道，可通過風通道調節(jié)隔板(18)來控制二者的風量配比，風通道調節(jié)隔板(18)與手動調節(jié)螺桿(20)鉸接，二次風進風通道(19)和三次風進風通道(17)分別與二次風進風口( 7 )和三次風進風口( 4 )相連通，二次風進風口( 7 )和三次風進風口( 4 )分別沿圓周均勻布置著二次風旋流葉片(27)和三次風旋流葉片(28)。
2.如權利要求1所述的一種具有三次旋流風的低NOx液排渣煤粉燃燒設備，其特征在于所述燃燒室總成(9)布置成簡單的圓筒狀燃燒室，或布置成后部為圓筒狀，前部為具有捕渣屏(24)和渣槽(25)的縮口狀燃燒室，在圓筒狀燃燒室或縮口狀燃燒室的內壁上設有工作襯(12)，工作襯(12)由不定性耐火材料層(10)和柱形導熱金屬錨固件(11)組成，柱形導熱金屬錨固件(11)設于不定性耐火材料層(10)之內并與燃燒室的金屬壁緊密連接，工作襯(12)外包裹有冷卻水套件，該冷卻水套件包括冷卻水內套(13)及冷卻水外套(14)，在冷卻水外套(14)上設有冷卻水進水管(23)及冷卻水出水管(8)，在所述燃燒室總成(9)的下部布置有支撐前腿(21)及支撐后腿(22 )，通過調整支撐前腿(21)及支撐后腿(22 )的高度差來確定所述燃燒室總成(9)的傾斜角。
3.如權利要求2所述的一種具有三次旋流風的低NOx液排渣煤粉燃燒設備，其特征在于所述傾斜角在5° 60°之間。
4.如權利要求1所述的一種具有三次旋流風的低NOx液排渣煤粉燃燒設備，其特征在于所述噴燃器總成(5)的內部呈錐形喇叭口形狀，錐頂角為40° 150°，所述二次風進風口(7)與所述三次風進風口(4)之間的部分覆蓋有耐火澆注料，一次風進風口位于喇叭口的錐頂端，所述三次風進風口( 4)位于喇叭口的中部，所述二次風進風口( 7 )位于喇叭口的錐底部。
5.如權利要求4所述的一種具有三次旋流風的低NOx液排渣煤粉燃燒設備，其特征在于所述三次風進風口(4)位于所述一次風/煤粉噴頭(3)與所述二次風進風口(7)之間， 分別通過一次風進風口、二次風進風口(7)及三次風進風口(4)進入的一次風、二次風、三次風的旋流方向一致。
6.如權利要求5所述的一種具有三次旋流風的低NOx液排渣煤粉燃燒設備，其特征在于所述一次風或單獨配一臺高壓風機或與所述二次風及所述三次風共用一臺鼓風機。
7.如權利要求1或權利要求5所述的一種具有三次旋流風的低NOx液排渣煤粉燃燒設備，其特征在于所述二次風進風口(7)和所述三次風進風口(4)皆為旋流狀進風，其中，二次風進風口(7)的旋流葉片的軸向傾角為2° 15°，徑向切角為20° 90°，三次風進風口(4)的旋流葉片的軸向傾角為10° 30°，徑向切角為60° 90°。
8.如權利要求1所述的一種具有三次旋流風的低NOx液排渣煤粉燃燒設備，其特征在于所述一次風旋流葉片(15)的數(shù)量為3 12片，長度為100 400mm，高度為50 120mm，厚度為2 5mm，傾角為5° 35°。
9.如權利要求1所述的一種具有三次旋流風的低NOx液排渣煤粉燃燒設備，其特征在于所述的二次風旋流葉片(27)的數(shù)量為15 40片，長度為200 500mm，高度為60 200mm，厚度為5 10mm。
10.如權利要求1所述的一種具有三次旋流風的低NOx液排渣煤粉燃燒設備，其特征在于所述三次風旋流葉片(28)的數(shù)量為12 25片，長度為60 250mm，高度為20 120mm， 厚度為3 8mm。
專利摘要本實用新型提供了一種具有三次旋流風的低NOX液排渣煤粉燃燒設備，由噴燃器總成和燃燒室總成組成。噴燃器總成的內部呈錐形喇叭口形狀，其一次風/煤粉噴頭設于喇叭口的錐頂端，三次風進風口位于喇叭口中間，二次風進風口位于喇叭口錐底部，一、二、三次風為方向相同的旋轉進風；根據(jù)燃燒工況需要，燃燒室總成可以設計成后端圓筒狀，前端為具有捕渣屏和渣槽的縮口狀燃燒室,燃燒室總成也可以布置成為一個簡單的只有圓筒狀的結構。本實用新型的優(yōu)點是煤粉/空氣流擾動大，混合均勻，點火容易，燃燒裝置內實現(xiàn)分級燃燒、貧氧燃燒，燃燒室內能夠產(chǎn)生較大的回流區(qū)，NOX排放量低，捕渣率高，燃盡率高，火焰潔凈度高，適應不同煤種和負荷變動的能力強，節(jié)能減排效果顯著。
文檔編號F23C3/00GK202229174SQ201120336290
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權日2011年9月8日
發(fā)明者潘玉明, 賈明生 申請人:上海題橋能源科技發(fā)展有限公司