一种强化浓缩型旋流煤粉燃烧器的制作方法与工艺

本发明属于燃烧技术领域，特别是涉及一种强化浓缩型旋流煤粉燃烧器。

背景技术：
在1995年～2000年期间，全国NOX排放总量由1090万吨增加到1200万吨，仅仅增加了110万吨，然而，2011年急剧增加到2404.27万吨，由于NOX是形成雾霾天气和酸雨的主要先驱物之一，在我国大范围雾霾天气的次数越来越多，持续时间越来越长。这不仅影响到交通和农作物生长，还危害到人体身体健康，如诱发心脏病、支气管病和肺癌。因此，控制NOX排放量已经成为环境保护的当务之急。据统计，超过60%的NOX排放量来自燃煤，中国总消耗煤炭量的55%左右被电力工业消耗掉。在2003年～2009年期间，6年时间内火电厂排放的NOX总量增加了43.9%，占全国NOX排放量的30%以上，因此，控制火电厂NOX排放量是减少全国总NOX排放量的关键。大约有90%以上电站锅炉采用煤粉燃烧方式，旋流煤粉燃烧器是其中常用设备之一。我国引进国外技术投运的300MWe及其以上容量机组，约有40%左右的锅炉采用旋流煤粉燃烧器，但是由于当时国家对NOX排放要求比较低，所以，这些机组锅炉很少采用低NOX技术，锅炉NOX排放量偏高，远高于国家环保对重点地区所有燃煤发电机组排放标准为100mg/m3的要求，而2015年12月2日，国务院常务会议决定全面实施燃煤电厂超低排放，要求燃煤发电机组NOX排放标准为50mg/m3，因此还需要对机组锅炉的NOX排放量进行控制。NOX控制技术主要分为二类，一是采用低NOX燃烧器，二是采用尾部烟气脱硝技术。采用烟气脱硝技术的初期投入和运行成本的高低均与尾部烟气入口NOX浓度有关，因而在采用烟气脱硝技术之前通常采用低NOX燃烧技术降低炉膛出口NOX浓度，以降低脱硝的经济成本。旋流燃烧器主要依靠二次风旋转而形成中心高温烟气回流来点燃煤粉，使得煤粉燃烧稳定、NOX排放量少。为形成中心高温烟气回流区，现有煤粉旋流燃烧器一般采用三种措施：一次风采用旋转方式、在一次风通道内装设中心锥体、采用梯级喷口布置。前二种措施容易导致煤粉被分离到一次风通道内壁区域从而导致一次风煤粉过早与旋流二次风混合，不利于控制NOX的生成；第三种措施通过设置“梯级布置的燃烧器二次风结构，使旋转内、外二次风对一次风逐级引射”会导致两个问题：（1）一次风粉在燃烧器喷口内过早与二次风混合,或者一次风粉被二次风引射到二次风区域，削弱了浓淡燃料分级燃烧效果；（2）梯级布置的燃烧器二次风喷口结构，使二次风过早参与到煤粉燃烧，削弱了空气分级燃烧效果。这两个问题都不利于抑制致NOx生成，限制了旋流燃烧器NOx脱除能力。因此，当前这三种方法限制了旋流燃烧器进一步降低NOx排放的能力。

技术实现要素：
现有的旋流煤粉燃烧器为了形成回流区，使一次风旋转或在一次通道内装设中心锥体或采用梯级喷口布置,这种结构会导致一次风煤粉向二次风流动区域扩散和二次风过早参与到煤粉燃烧，削弱了燃料分级燃烧效果和空气分级燃烧效果，不利于煤粉稳定燃烧及抑制NOX生成的问题，为了解决这个问题而提出了一种强化浓缩型旋流煤粉燃烧器。本发明为解决上述问题所采取的技术方案是：一种强化浓缩型旋流煤粉燃烧器，包括从内向外依次同轴设置的一次风通道、内二次风通道、外二次风通道，在内二次风通道内设有内二次风旋流器，在外二次风通道内设有外二次风旋流器，在一次风通道的出口端设有一次风喷口，在内二次风通道的出口端设有内二次风喷口，在外二次风通道的出口端设有外二次风喷口，所述内二次风喷口和外二次风喷口均为锥形扩口型，所述内二次风喷口和外二次风喷口的内径沿一次风气流方向均逐渐变大且内二次风喷口位于外二次风喷口之内；所述一次风喷口包括第一中心轴，所述第一中心轴的两端通过多根固定钢筋分别固定在一次风通道内壁和内二次风喷口内壁上，绕第一中心轴的周向均匀设有多个第一支撑板，所述第一支撑板的外边缘到第一中心轴的距离沿一次风气流方向依次变小，沿一次风气流方向同一位置的第一支撑板的外边缘位于同一圆周上，在第一支撑板的外边缘上沿一次风气流方向依次固定有一级或多级锥形缩口，所述第一支撑板的外边缘与一级或多级锥形缩口的内壁固定连接，所述一级或多级锥形缩口的内径沿一次风气流方向逐渐变小且一级或多级锥形缩口位于内二次风喷口之内。进一步,在一次风通道内同轴布置有锥形煤粉浓缩器，所述锥形煤粉浓缩器包括第二中心轴，所述第二中心轴的两端通过多根固定钢筋分别固定在一次风通道内壁上，绕第二中心轴的周向均匀设有多个第二支撑板，所述第二支撑板的外边缘到第二中心轴的距离沿一次风气流方向依次变小，沿一次风气流方向同一位置的第二支撑板的外边缘位于同一圆周上，在第二支撑板的外边缘上沿一次风气流方向依次固定有一级或多级锥形环，所述第二支撑板的外边缘与一级或多级锥形环的内壁固定连接，所述一级或多级锥形环的内径沿一次风气流方向逐渐变小。进一步,在一次风通道内同轴布置有浓煤粉气流分离管，所述浓煤粉气流分离管位于锥形煤粉浓缩器与一次风喷口之间，所述浓煤粉气流分离管的内径等于一级或多级锥形环的最小内径。进一步,所述第一中心轴和第二中心轴为一体成型称为中心轴，所述位置相对应的第一支撑板和第二支撑板通过第三支撑板相连接，所述第三支撑板固定在中心轴上，第三支撑板的外边缘与浓煤粉气流分离管的内壁固定连接。进一步,所述浓煤粉气流分离管的一端与锥形煤粉浓缩器相连接，浓煤粉气流分离管的另一端与一次风喷口之间设有间隔。进一步,沿一次风气流方向，所述内二次风通道的出口端位于一次风通道的出口端的前方。进一步,所述多级锥形缩口之间设有间隔。进一步,所述内二次风旋流器为切向旋流器，外二次风旋流器为轴向旋流器。进一步,所述内二次风旋流器为轴向旋流器，外二次风旋流器为切向旋流器。本发明所具有的有益效果为：在一次风通道出口端设置带有一级或多级锥形缩口的一次风喷口,可以使一次风通道内的风煤粉混合物经过一次风喷口后,大部分煤粉气流被浓缩至燃烧器中心区域，从而喷入燃烧器出口心形回流区中心区域,这样可以解决现有旋流煤粉燃烧器容易使煤粉颗粒向二次风流动区域扩散的问题，实现煤粉浓淡分级燃烧,在心形回流区内是低O2浓度高CO浓度的还原性气氛，可以抑制NOx的生成;同时，一次风喷口的设置可以避免二次风过早地与一次风煤粉混合物混合，二次风分为内二次风和外二次风，梯级配风，实现空气分级燃烧，达到降低NOx排放的目的。进一步，在一次风通道内设置的锥形煤粉浓缩器和浓煤粉气流分离管，首先在一次风通道内对一次风煤粉混合物初步向中间浓缩从而使煤粉气流形成“内浓外淡”的分布形式，进一步增强了煤粉气流的浓缩效果。附图说明图1为实施例1所述旋流煤粉燃烧器的结构示意图；图2为图1中一次风喷口的右视图；图3为实施例2所述旋流煤粉燃烧器的结构示意图；图4为实施例3所述旋流煤粉燃烧器的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明进一步描述。具体实施例1：如图1所示，本发明包括从内向外依次同轴设置的一次风通道2、内二次风通道13、外二次风通道5，在内二次风通道13内设有内二次风旋流器3，在外二次风通道5内设有外二次风旋流器4，所述内二次风旋流器3和外二次风旋流器4，其中一个为切向旋流器，另一个为轴向旋流器；在一次风通道2的出口端设有一次风喷口，在内二次风通道13的出口端设有内二次风喷口11，在外二次风通道5的出口端设有外二次风喷口6，所述内二次风喷口11和外二次风喷口6均为锥形扩口型，所述内二次风喷口11和外二次风喷口6的内径沿一次风气流方向均逐渐变大且内二次风喷口11位于外二次风喷口6之内。如图1和图2所示所述一次风喷口包括第一中心轴8，所述第一中心轴8的两端通过多根固定钢筋7分别固定在一次风通道2内壁和内二次风喷口11内壁上，绕第一中心轴8的周向均匀设有多个第一支撑板9，沿着第一中心轴8轴线方向为第一支撑板9的长度方向，沿着第一中心轴8径向方向为第一支撑板9的高度方向，所述第一支撑板9的外边缘到第一中心轴8的距离即为第一支撑板9的高度，所述第一支撑板9的外边缘到第一中心轴8的距离沿一次风气流方向依次变小，沿一次风气流方向同一位置的第一支撑板9的外边缘位于同一圆周上，在第一支撑板9的外边缘上沿一次风气流方向依次固定有一级或多级锥形缩口10，所述多级锥形缩口10之间设有间隔，所述第一支撑板9的外边缘与一级或多级锥形缩口10的内壁固定连接，所述一级或多级锥形缩口10的内径沿一次风气流方向逐渐变小且一级或多级锥形缩口10位于内二次风喷口11之内。一次风喷口的作用有二：一是使一次风煤粉混合物在内二次风喷口11中形成“内浓外淡”的分布形式，使煤粉集中于燃烧器中心回流区域，实现煤粉浓淡分级燃烧；二是避免一次风煤粉混合物与内二次风过早混合，实现空气分级燃烧。具体实施例2：如图3所示，在具体实施例1所述旋流煤粉燃烧器的一次风通道2内同轴布置有锥形煤粉浓缩器，所述锥形煤粉浓缩器包括第二中心轴16，所述第二中心轴16的两端通过多根固定钢筋15分别固定在一次风通道2内壁上，绕第二中心轴16的周向均匀设有多个第二支撑板17，沿着第二中心轴16轴线方向为第二支撑板17的长度方向，沿着第二中心轴16径向方向为第二支撑板17的高度方向，所述第二支撑板17的外边缘到第二中心轴16的距离即为第二支撑板17的高度，所述第二支撑板17的外边缘到第二中心轴16的距离沿一次风气流方向依次变小，沿一次风气流方向同一位置的第二支撑板17的外边缘位于同一圆周上，在第二支撑板17的外边缘上沿一次风气流方向依次固定有一级或多级锥形环14，所述第二支撑板17的外边缘与一级或多级锥形环14的内壁固定连接，所述一级或多级锥形环14的内径沿一次风气流方向逐渐变小。锥形煤粉浓缩器的设置使得在一次风通道2内的一次风煤粉混合物初步向中间浓缩从而使煤粉气流形成“内浓外淡”的分布形式，然后再经过一次风喷口，达到了煤粉气流的两次浓缩，与具体实施例1所述旋流煤粉燃烧器相比增强了煤粉气流的浓缩效果。具体实施例3：如图4所示，在具体实施例2所述旋流煤粉燃烧器的一次风通道2内同轴布置有浓煤粉气流分离管18，所述浓煤粉气流分离管18位于锥形煤粉浓缩器与一次风喷口之间，所述浓煤粉气流分离管18的内径等于一级或多级锥形环14的最小内径；进一步，还可以使所述浓煤粉气流分离管18的一端与锥形煤粉浓缩器相连接，浓煤粉气流分离管18的另一端与一次风喷口之间设有间隔。浓煤粉气流分离管18的设置可以使经过锥形煤粉浓缩器后的煤粉气流以高浓度浓缩的形态继续向前运行到一次风喷口从而避免了煤粉气流经过一段距离后，由于湍流和扩散等原因而降低了煤粉浓缩效果的现象，与具体实施例2所述旋流煤粉燃烧器相比进一步增强了煤粉气流的浓缩效果。为了使一次风喷口、浓煤粉气流分离管、锥形煤粉浓缩器固定更加稳固、一次风流动更加顺畅，也可以将所述第一中心轴8和第二中心轴16设为一体成型并称之为中心轴，所述位置相对应的第一支撑板9和第二支撑板17通过第三支撑板相连接，所述第三支撑板固定在中心轴上，第三支撑板的外边缘与浓煤粉气流分离管18的内壁固定连接。第一支撑板9、第二支撑板17和第三支撑板在起到支撑一次风喷口、浓煤粉气流分离管、锥形煤粉浓缩器的同时对煤粉气流还具有导向的作用。如图1至图4所示，以上三个具体实施例所述旋流煤粉燃烧器降低NOx生成的原理分析如下：一次风通道2的进口1为弯头，一次风煤粉混合物沿着箭头A方向进入一次风通道2内，内二次风沿着箭头B方向进入内二次风通道13内，外二次风沿着箭头C方向进入外二次风通道5内，内二次风和外二次风分别经过内二次风喷口11和外二次风喷口6以旋转的的方式喷出，大部分淡相一次风粉混合物逐次与二次风混合，达到二次风引射一次风，从而形成心形中心回流区，在回流区内高温、低O2浓度和高CO浓度环境下抑制了NOx的生成；带有一级或多级锥形缩口10的一次风喷口的设置，避免一次风煤粉混合物与二次风过早混合，达到梯级配风，实现空气分级燃烧，抑制了NOx的生成；一次风喷口、浓煤粉气流分离管18、锥形煤粉浓缩器的设置使煤粉集中于燃烧器心形中心回流区域，在燃烧器出口至中心回流区之间，使浓相一次风粉混合物即大部分煤粉颗粒集中在中心轴线附近，实现燃料浓淡分级燃烧，抑制NOx的生成。本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。