专利名称：一种煤粉燃烧器及锅炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种煤粉燃烧技术，尤其涉及一种内燃式煤粉燃烧器及锅炉。
背景技术：
长期以来，火力发电机组锅炉的启停及低负荷稳燃，消耗了大量的燃料油。据中电 联统计数据显示，2009年至2015年间，我国电力装机容量平均每年约增长0. 67万kW。超 临界参数机组建设的快速增长，调试、启停及稳燃用油也将会骤增。为响应“国务院关于进 一步加强节油节电工作的通知”，目前，多数火力发电机组锅炉均已采用等离子无油、小油 枪等微油点火技术，节约了大量燃油。但是采用这些技术且运行良好锅炉机组的燃料通常 是挥发分含量较高的烟煤或贫煤，即使是这些运行良好的锅炉机组，亦存在冷炉点火启动 过程中煤粉的燃尽率偏低的问题，不仅降低了锅炉运行的经济性，同时也给锅炉的运行带 来了安全隐患。而对于挥发分含量较低的煤质，等离子或小油枪往往无法有效点燃煤粉，导 致节油效果不明显，甚至造成某些等离子无油、小油枪等微油点火装置闲置不用。本申请人先申请的申请号为200910175071. 4，实用新型名称为“一种煤粉燃烧器 及具有该煤粉燃烧器的锅炉”的专利申请中，提供了一种煤粉燃烧器。请参考图1，该图为 该实用新型申请提供的煤粉燃烧器的结构图。该煤粉燃烧器包括热源200和内燃室100，内 燃室100具有进口 101和出口 102。煤粉在该燃烧器内的充分燃烧，会使得燃烧器内的温 度高，容易引起燃烧器内结渣。特别是当燃烧器内的速度场偏斜，周向煤粉浓度分布不均勻 时，燃烧器内的结渣几乎是必然的结果。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种能够有效避免燃烧器内燃室结渣的内燃式煤粉 燃烧器和锅炉。为了实现上述目的，本实用新型提供一种煤粉燃烧器，包括热源和内燃室，所述热 源位于内燃室内，所述内燃室具有进口，长筒形主燃烧室和出口 ；所述热源能够点燃通过内 燃室的煤粉，并使煤粉在内燃室内燃烧；所述内燃室内安装有旋流叶片。优选地，所述内燃室包括与所述主燃烧室前端相接的减速进口段，所述减速进口 段的截面积小于主燃烧室的截面积。优选地，所述旋流叶片安装在减速进口段，且至少有2个叶片。优选地，所有旋流叶片分布在所述内燃室的同一断面，且相邻两个旋流叶片之间 的相位差相等。优选地，所述旋流叶片的迎风面为陶瓷质材料制成。优选地，所述旋流叶片包括与气流方向平行的第一平面、与第一平面呈第一预定 角度的第二平面，所述第一平面和第二平面之间通过曲面连接；所述曲面与所述第一平面和第二平面均相切。[0013]优选地，所述第一平面的长度10至50mm。优选地，第一预定角度具体为10°至80°。优选地，所述旋流叶片为与气流方向呈第二预定角度的第三平面。优选地，所述内燃室还包括与所述主燃烧室后端相接的加速出口段；所述加速出 口段的截面积小于主燃烧室的截面积。优选地，所述内燃室还包括与加速出口段后端相接的出口调整段，出口调整段前 端和后端的截面积相等。本实用新型还提供一种锅炉，包括炉膛，还包括前文所述任一种煤粉燃烧器；所述 煤粉燃烧器内燃室的出口与所述炉膛相通，使着火的煤粉进入炉膛内继续燃烧。本实用新型实施例所述煤粉燃烧器，由于在内燃室内安装有旋流叶片，可使燃烧 器内的风粉混合物在内燃室内发生旋转，从而产生三种现象一是旋转产生的离心力使得 煤粉沿内燃室径向产生粒径离析，即在内燃室越靠近壁面附近的煤粉越粗、浓度越大，越靠 近内燃室中心的煤粉越细；二是在离心力的作用下，越靠近内燃室壁面风速越高，越靠近内 燃室中心的风速越低。；三是一次风的旋转可促进内燃室内的速度场重新分布，有效消除速 度场偏斜，改善煤粉浓度沿内燃室周向分布不均的现象。前两种现象产生的综合效果是内燃室中心的煤粉粒径小，风速低，煤粉更容易被 点燃，进一步提高了煤粉燃烧器的燃烧稳定性。特别是当一次风速较高时，所述效果将非常 明显，从而提高了燃烧器对于风速的适应性；而壁面附近煤粉粒径粗，风速高，不易着火，从 而对内燃室壁面形成保护，因此可有效地防止燃烧器内结渣。第三种现象所获得的效果是消除内燃室内速度场的偏斜，可进一步消除燃烧器 内结渣的隐患；煤粉浓度沿内燃室周向分布不均现象的改善可使炉内的流场特性更加合 理，从而进一步提高煤粉的燃烬率。因此，本实用新型实施例所述煤粉燃烧器相对现有技术具体以下几点有益效果一、本实用新型实施例所述煤粉燃烧器可有效避免燃烧器内燃室的内壁结渣；二、本实用新型实施例所述煤粉燃烧器可以解决内燃室内速度场偏斜，周向煤粉 浓度分布极不均勻的问题；三、本实用新型实施例所述煤粉燃烧器可以有效地提高煤粉燃烧稳定性；四、本实用新型实施例所述煤粉燃烧器可以提高冷炉启动过程中煤粉的燃烬率；五、本实用新型实施例所述煤粉燃烧器可以降低对运行参数的约束条件。
图1为本申请人在先申请的专利申请提供的煤粉燃烧器的结构图；图2为实施例一提供的煤粉燃烧器的结构示意图；图3为实施例二提供的煤粉燃烧器的结构示意图；图4示出了实施例二的另一种结构的煤粉燃烧器的结构示意图；图5为本实用新型所述煤粉燃烧器的旋流叶片第一实施例结构图；图6为本实用新型所述煤粉燃烧器的旋流叶片第二实施例结构图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员对本实用新型的理解，
以下结合附图对本实用新型的具 体实施方式进行详述，本部分描述仅仅是为了详细说明本实用新型提供的技术方案，具体 的描述顺序和用语不应当形成对本实用新型保护范围的任何限制。本实用新型所说的断面是指与煤粉流动方向相垂直的断面；并以煤粉流动方向为 参照，靠近内燃室进口的位置为前，远离内燃室进口的位置为后。请参考图2，该图为实施例一提供的煤粉燃烧器的结构示意图。本实用新型实施例一所述的煤粉燃烧器包括火源200和内燃室100，内燃室100具 有进口 101和出口 102，其内形成长筒状的主燃烧室，形成一个适合的空间。本实施例中，内 燃室100还包括与主燃烧室前端相通的进风管道300。火源200从进风管道300伸入内燃 室100中；进风管道300与一次风煤粉管道相通。所述内燃室100内安装有旋流叶片5。本实用新型实施例一所述煤粉燃烧器，由于在所述内燃室100内安装有旋流叶片 5，(也可以是与进风管道300内壁相安装的旋流叶片5)，使得经过旋流叶片5的煤粉被打 到内燃室100的内壁，即产生明显的高浓度煤粉气流贴壁现象。由于在内燃室100的内壁存 在高浓度煤粉气流，这样，火源200点燃的火不会直接烧到所述内燃室100的内壁，因此对控 制所述内燃室100内壁面温度有极大的好处，可以有效避免内燃室100的内壁出现结焦现象。旋流叶片5还可以改善气流中煤粉浓度周向分布极不均的现象，对煤粉气流实现 导向，使煤粉在内燃室100内沿周向均勻分布。实施例二请参考图3，该图为实施例二提供的煤粉燃烧器的结构示意图。在本实用新型实施例一的基础上，实施例二提供的煤粉燃烧器的内燃室100包括 主燃烧室120和与主燃烧室120前端相接的减速进口段110，进口 101位于减速进口段110 与进风管道300的交会处。在减速进口段110内壁上可以安装有旋流叶片5。如图3所示，减速进口段110的截面积小于主燃烧室120的截面积。在煤粉气流 从截面积较小的减速进口段110进入截面积较大的主燃烧室120时，煤粉气流的流速会相 应减小。这样，在内燃室100长度没有改变的情况下，流速低的煤粉气流需要更长时间到达 出口 102，从而延长了煤粉在内燃室100内的停留时间，进而实现延长内燃时间的目的。使煤粉在具有预定长度的内燃室中停留较长的时间，可以使煤粉从热源及已着火 的煤粉放出的热量中吸收更多的热量，更容易着火、燃烧，增加高温煤粉燃烧火焰的强度； 进而，一方面可以强度煤粉在炉膛中的充分燃烧；另一方面，由于高温煤粉燃烧火焰具有较 高的强度，能够在更低的炉膛温度下保持炉膛燃烧的持续进行，从而能够进一步地降低锅 炉的最低运行负荷。可以理解，本实用新型实施例二提供的煤粉燃烧器中，虽然能够达到延长煤粉气 流在内燃室100内停留的时间，但在减速进口段110和主燃烧室120之间由于存在直角结 构，该结构容易使煤粉气流受到涡流和死区的影响，产生积粉的问题。为此，还可以将减速 进口段110设置为截面积渐变的结构。如图4所示，该图示出了实施例二的另一种结构的煤粉燃烧器的结构示意图。[0049]实施例二的另一种结构的煤粉燃烧器包括与主燃烧室120前端相接的减速进口 段110’。该减速进口段110’的纵向剖面为锥形结构。在煤粉气流流动方向上，所述减速进口段110 ’的截面积逐渐增加，这样，在煤粉气 流流动过程中，煤粉气流的流速逐渐减小。可以理解，减速进口段110’的纵向剖面也不限 于为锥形结构，也可以是截面积渐变的其他结构。本实用新型实施例二所述煤粉燃烧器，由于在减速进口段110’的内壁上安装有 旋流叶片5，经过旋流叶片5的煤粉被打到减速进口段110’的内壁或主燃烧室120的内壁 (内筒壁)上，即产生明显的高浓度煤粉气流贴壁现象。由于在减速进口段110’的内壁或 主燃烧室120的内壁存在高浓度煤粉气流，这样，火源200点燃的火不会直接烧到所述主燃 烧室120内筒壁，因此对控制所述主燃烧室120内筒壁面温度有极大的好处，可以有效避免 主燃烧室120的内壁出现结焦现象。由于煤粉持续地在内燃室100或主燃烧室120内燃烧，持续的高温可能会使煤粉 燃烧器的使用寿命缩短。为了提高内燃室100或主燃烧室120使用寿命，还可以在内燃室 100或主燃烧室120内设置陶瓷质耐火材料层。旋流叶片5还可以改善风粉流中煤粉通过减速进口段110、110’所造成的煤粉气 流浓度周向分布极不均的现象，对煤粉气流实现导向，使煤粉在主燃烧室120内沿周向均 勻分布。旋流叶片5具体可以为2个，所有的旋流叶片5可以分布在所述减速进口段110、 110’的同一断面内。这样，在产生相同的旋流效果下，所有的旋流叶片5分布在所述减速进口段110’ 的同一断面内的阻力相对所有的旋流叶片5布置在不同断面上的阻力小。所有的旋流叶片5可以以所述减速进口段110、110’的中心线为中心对称分布在 所述减速进口段110、110’的同一断面上。相邻两个旋流叶片5之间的相位差可以相等，即所有的旋流叶片5优选均勻分布 在所述减速进口段110、110’的同一断面内。这样，旋流叶片5可以使煤粉气流在主燃烧室 120内沿周向均勻分布。在减速进口段110内布置有若干旋流叶片5，进入内燃室100或主燃烧室120的 中心的煤粉气流首先被火源200快速点燃形成中心火核。由于一次气流(风)中煤粉的浓 度较高，着火后的火焰气流需要补入一定的空气助燃，来进一步巩固火核。外层的一次气流 (风)中煤粉混合物经旋流叶片5后发生旋转贴壁现象，由于旋流叶片5优选周向均布在同 一圆周(断面)上，因此，旋转贴壁的煤粉在圆周上也是均勻分布的。这样，对内燃室100 或主燃烧室120整个内壁起到了保护作用，同时在内燃室100或主燃烧室120中心产生一 股较稀薄的煤粉气流，为内燃室100或主燃烧室120中心形成的火核提供了良好的补气条 件，能够进一步巩固了火焰中心强度。同时，煤粉着火后放出的热量可以再点燃内燃室100 或主燃烧室120内剩余的煤粉，并同时被喷入炉膛燃烧。当然，相邻两个旋流叶片5之间的间隔也可以也不相等。旋流叶片5具体可以为至少为2个，所有旋流叶片5也可以分布在所述减速进口 段110、110’的不同断面内。每个旋流叶片5在垂直于所述减速进口段110、110’中心线的 投影，相对于所述中心线的投影中心点对称分布。[0061]同样，当所有旋流叶片5分布在所述减速进口段110、110’的不同断面内时，相邻 两个旋流叶片5之间的相位差可以相等，也可以不相等。所述旋流叶片5的迎风面可以由陶瓷质材料制成。这是由于使用陶瓷质材料能够 提高旋流叶片5的防磨性能，提高使用寿命。本实用新型实施例所述旋流叶片5可以包括弯曲叶片、直叶片、以及旋转曲面叶 片三种形式。实施例二提供的煤粉燃烧器，还具有与主燃烧室120后端相接的加速出口部件 130，使煤粉气流燃烧火焰通过出口部件130喷入炉膛时具有合适的动量，以满足锅炉燃烧 组织需要。加速出口部件130截面积应小于主燃烧室120的截面积，以增加煤粉气流燃烧 火焰动量。优选地，加速出口部件130的截面积逐渐减小，使煤粉气流的流速逐渐增加，提 高燃烧射流的刚性。内燃室100还可以设置出口调整部件140，并使出口调整部件140的前端与加速出 口部件130后端相接，以对煤粉气流火焰和燃烧产物作进一步调整，满足锅炉炉膛燃烧组 织的需要。出口调整部件140可以为前端和后端截面积相等的筒形结构，也可以根据实际 需要设置为其他具体结构。为了便于本领域技术人员的理解，下面结合图5和图6具体说明采用弯曲叶片和 直叶片两种形式的所述旋流叶片5的具体结构。参见图5，该图为本实用新型所述煤粉燃烧器的旋流叶片第一实施例结构图。本实用新型第一实施例所述旋流叶片5为弯曲叶片形式。图5中所示箭头方向为 风粉气流的方向。本实用新型第一实施例所述旋流叶片5具体可以包括与风粉气流方向相平行的 第一平面501、与第一平面501呈第一预定角度β (图6所示β角)的第二平面502，所述 第一平面501和第二平面502之间通过曲面503连接。第一预定角度β，可以根据减速进口段110两端的直径差，以及两端的直径进行 设定。第一预定角度β具体可以为10°至80°之间的任意角度。所述第一平面501临近气流的进口，第二平面502临近气流的出口。所述第一平 面501的长度(平行于图5所示气流方向的第一平面501的长度)可以在0至20mm之间 某个长度。所述第一平面501的长度可以为0，即本实用新型第一实施例所述旋流叶片可以 没有第一平面501。所述第二平面502的长度在10_50mm之间。第二平面502主要作用是保持经过曲 面503的旋流气流的出口刚性。所述曲面503与所述第一平面501和第二平面502均相切。所述曲面503可以为 圆弧面。所述曲面503优选为向所述气流侧凸起的圆弧面。旋流叶片5沿长度(包括第一平面501、曲面503和第二平面502的长度)方向的 截面可以为任意形状。图5所示旋流叶片5沿长度方向的截面具体为矩形。旋流叶片5的长度(包括第一平面501、曲面503和第二平面502的全部长度)与 煤粉气流量有关，煤粉气流进入量越大旋流叶片51的长度就越大。煤粉气流进入量越小旋 流叶片5的长度就越小。[0077]参见图6，该图为本实用新型所述煤粉燃烧器的旋流叶片第二实施例结构图。本实用新型第二实施例所述旋流叶片5为直叶片形式。图6中所示箭头方向为煤 粉气流(风)的方向。本实用新型第二实施例所述旋流叶片5具体可以为与气流方向呈第二预定角度 (图6所示Y角)的第三平面fe。旋流叶片5沿第三平面fe长度方向的截面可以为任意形状。图6所示旋流叶片 51沿长度方向的截面具体为矩形。旋流叶片5即第三平面fe的长度与煤粉气流量有关，煤粉气流进入量越大旋流叶 片5的长度就越大。煤粉气流进入量越小旋流叶片5的长度就越小。本实用新型第三实施例所述旋流叶片5还可以为旋转曲面结构(图中未示出)。本实用新型第三实施例所述旋流叶片5具体可以将第一实施例的曲面503换成旋 转曲面。并且，旋转曲面可以与第一平面501、第二平面502相切。当然，本实用新型第三实施例所述旋流叶片5也可以不包括第一平面501，只有临 近气流的进口的旋转曲面，以及与所述旋转曲面相切相邻接的第二平面502。同样，第二平 面502主要作用叶是为了保持经过旋转曲面的旋流气流的出口刚性。同样本实用新型第三实施例所述旋流叶片5的长度与煤粉气流量有关，煤粉气流 进入量越大旋流叶片5的长度就越大。煤粉气流进入量越小旋流叶片51的长度就越小。本实用新型还提供一种锅炉，包括炉膛和前文所述任何一种煤粉燃烧器；所述煤 粉燃烧器内燃室的出口与所述炉膛相通，使着火的煤粉进入炉膛内继续燃烧。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，也可以上述具体实施方式
的进行组合，这些改进、润饰及组合形成的技术方案也应视为本实用新型的 保护范围。
权利要求1.一种煤粉燃烧器，其特征在于，包括热源和内燃室，所述热源位于内燃室内，所述内 燃室具有进口，长筒形主燃烧室和出口 ；所述热源能够点燃通过内燃室的煤粉，并使煤粉在 内燃室内燃烧；所述内燃室内安装有旋流叶片。
2.根据权利要求1所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述内燃室包括与所述主燃烧室 前端相接的减速进口段，所述减速进口段的截面积小于主燃烧室的截面积。
3.根据权利要求2所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述旋流叶片安装在减速进口段， 且至少有2个叶片。
4.根据权利要求3所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所有旋流叶片分布在所述内燃室 的同一断面，且相邻两个旋流叶片之间的相位差相等。
5.根据权利要求1至4任一所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述旋流叶片的迎风面为 陶瓷质材料制成。
6.根据权利要求1至4任一所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述旋流叶片包括与气流 方向平行的第一平面、与第一平面呈第一预定角度的第二平面，所述第一平面和第二平面 之间通过曲面连接；所述曲面与所述第一平面和第二平面均相切。
7.根据权利要求5所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述旋流叶片包括与气流方向平 行的第一平面、与第一平面呈第一预定角度的第二平面，所述第一平面和第二平面之间通 过曲面连接；所述曲面与所述第一平面和第二平面均相切。
8.根据权利要求6所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述第一平面的长度10至50mm。
9.根据权利要求6所述的煤粉燃烧器，其特征在于，第一预定角度具体为10°至80°。
10.根据权利要求1至4任一所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述旋流叶片为与气流 方向呈第二预定角度的第三平面。
11.根据权利要求5所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述旋流叶片为与气流方向呈第 二预定角度的第三平面。
12.根据权利要求8或9所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述内燃室还包括与所述主 燃烧室后端相接的加速出口段；所述加速出口段的截面积小于主燃烧室的截面积。
13.根据权利要求10所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述内燃室还包括与所述主燃 烧室后端相接的加速出口段；所述加速出口段的截面积小于主燃烧室的截面积。
14.根据权利要求12所述的煤粉燃烧器，其特征在于，所述内燃室还包括与加速出口 段后端相接的出口调整段，出口调整段前端和后端的截面积相等。
15.一种锅炉，包括炉膛，其特征在于，还包括权利要求1至14中任一项所述的煤粉燃 烧器；所述煤粉燃烧器内燃室的出口与所述炉膛相通，使着火的煤粉进入炉膛内继续燃烧。
专利摘要本实用新型公开一种煤粉燃烧器，包括热源和内燃室，所述热源位于内燃室内，所述内燃室具有进口，长筒形主燃烧室和出口；所述热源能够点燃通过内燃室的煤粉，并使煤粉在内燃室内进行不完全燃烧；所述内燃室内安装有旋流叶片。本实用新型提供一种煤粉燃烧器和锅炉，可避免内燃室或主燃烧室的内壁出现结焦现象，并解决煤粉浓度沿内燃烧室或主燃烧室周向分布极不均的问题。
文档编号F23C5/08GK201875705SQ20102058741
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者刘鹏, 唐宏, 崔星源, 张孝勇, 张玉斌, 张超群, 王雨勃, 王雨蓬, 程昌业, 苗雨旺, 龚泽儒 申请人:烟台龙源电力技术股份有限公司