本发明涉及一种环保节能型煤粉煤气燃烧器。
背景技术：
目前，高炉喷吹煤粉技术在钢铁冶金生产企业得到广泛的应用。作为一种自然能源，煤粉比其他燃料具有相对价格低廉的优势；同时，将煤粉作为直接燃料燃烧提供能量，相比较其转换为电能等再利用的效率高得多。
但是，在除了炼铁高炉之外需要直接提供热量的生产工序(如烧结机的点火作业等)上，煤粉的应用并不多；这是因为，在其他生产工序中，煤粉作为直接燃料存在燃烧不易控制、易产生nox等污染气体的问题。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的是针对煤粉作为燃料在除高炉外其他需要提供热量的生产工序中直接燃烧存在燃烧不易控制、易产生污染物等问题，提供一种能够实现煤粉洁净燃烧并可将煤粉和煤气等气体燃料互换的环保节能型煤粉煤气燃烧器。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种环保节能型煤粉煤气燃烧器，包括内套筒以及环套于内套筒外侧的外壳，内套筒与外壳的一端固定在燃烧器安装座上，内套筒与外壳的另一端设置端面封板a，在内套筒内形成预燃室，在内套筒与外壳之间的环形空腔内设置中间隔板，通过中间隔板将环形空腔分割为二次风室和三次风室；
燃烧器安装座中心设有燃烧器出口，预燃室通过燃烧器出口与燃烧器安装座外侧连通；在燃烧器安装座与三次风室相对应的位置设有三次风通道，三次风室通过三次风通道与外侧连通；
在外壳上设有二次风入口和三次风入口，二次风入口位于端面封板a与中间隔板之间，三次风入口位于中间隔板与燃烧器安装座之间，在内套筒上设有二次风通道，二次风通道位于端面封板a与中间隔板之间，二次风室通过二次风通道与内套筒内侧连通；
在端面封板a外侧设有煤粉旋流装置，煤粉旋流装置包括旋流壳体，旋流壳体的一端与端面封板a相连，旋流壳体的另一端设有端面封板b，旋流壳体上设有煤粉入口；
在旋流壳体和内套筒内套装有煤气管道，煤气管道与旋流壳体之间形成煤粉旋流环形腔，煤气管道与内套筒之间形成气粉混合旋流环形腔，煤粉旋流环形腔与气粉混合旋流环形腔之间设有环形节流口，煤气管道的出气端位于内套筒内侧的气粉混合旋流环形腔与预燃室交界面处。
进一步的，所述内套筒上还设有三次风通道二，三次风通道二位于中间隔板与燃烧器安装座之间。
进一步的，所述内套筒、外壳、旋流壳体均为圆筒状，所述煤气管道为圆管，并且内套筒、外壳、旋流壳体、煤气管道同轴心。
进一步的，所述二次风入口和三次风入口沿外壳内壁切线方向设置；所述二次风通道沿内套筒轴向设置一组或多组，每组二次风通道包括沿内套筒圆周方向均布的多个旋流通道，旋流通道沿煤气管道外壁切线方向设置；所述煤粉入口沿旋流壳体内壁切线方向设置。
进一步的，所述环形节流口包括设置在旋流壳体靠近端面封板a一端的锥形段a、设置在内套筒靠近端面封板a一端的锥形段b，锥形段a、锥形段b与煤气管道之间形成中间窄两侧宽的环形腔。
进一步的，所述煤气管道的出气端设有煤气旋流器。
进一步的，所述燃烧器出口与内套筒内径相匹配。
有益效果：
1)本发明设计利用价格低廉的煤粉燃料代替煤气，根据煤粉挥发分高低情况，可以实现全煤粉燃烧或煤粉煤气混合燃烧。按照等热量替换计算，每公斤煤粉可节约燃料成本约0.2元，若考虑替换出来的煤气用来发电等产生的效益将更可观。
2)通过调节一次、二次及三次助燃风的比例，控制助燃空气与煤粉的分步混合，抑制了煤粉燃烧过程中nox的产生，控制煤粉中的灰分等难燃物存在形态，解决了煤粉燃烧的粉尘污染的问题。
3)该燃烧器亦可进行全煤气燃烧，相比较现有的煤气燃烧器，煤气燃烧更充分，在提供相同热量的情况下，可以节约20％左右的燃料，节能效果显著。
4)本发明可应用于如烧结点火炉、各种烟气发生炉以及炉窑等需要直接提供热量的设备或生产工艺中。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为煤粉入口的结构示意图；
图3为二次风入口的结构示意图；
图4为本发明实施例二的结构示意图；
图中：1-煤气管道，2-端面封板b，3-煤粉管道，4-旋流壳体，4-1-锥形段a，5-端面封板a，6-二次风管道，7-内套筒，7-1-锥形段b，8-外壳，9-中间隔板，10-煤气旋流器，11-三次风管道，12-燃烧器安装座，13-煤粉旋流环形腔，14-环形节流口，15-二次风通道，15-1-旋流通道，16-气粉混合旋流环形腔，17-二次风室，18-预燃室，19-三次风室，20-三次风通道，21-燃烧器出口，22-三次风通道二。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，本发明实施例一的一种环保节能型煤粉煤气燃烧器，包括内套筒7以及环套于内套筒7外侧的外壳8，内套筒7与外壳8的一端固定在燃烧器安装座12上，内套筒7与外壳8的另一端设置端面封板a5，在内套筒内形成预燃室18，在内套筒7与外壳8之间的环形空腔内设置中间隔板9，通过中间隔板9将环形空腔分割为二次风室17和三次风室19。
燃烧器安装座12中心设有燃烧器出口21，燃烧器出口21与内套筒7内径相匹配，预燃室18通过燃烧器出口21与燃烧器安装座12外侧连通。燃烧器安装座12外圆设有连接法兰，用于连接燃烧室，在燃烧器安装座12与三次风室19相对应的位置设有三次风通道20，三次风室19通过三次风通道20与燃烧器安装座12外侧连通。
在外壳8上设有二次风入口和三次风入口，二次风入口位于端面封板a5与中间隔板9之间，三次风入口位于中间隔板9与燃烧器安装座12之间，二次风入口用于连接二次风管道6，三次风入口用于连接三次风管道11。在内套筒7上设有二次风通道15，二次风通道15位于端面封板a5与中间隔板9之间，二次风室17通过二次风通道15与内套筒7内侧连通。
在端面封板a5外侧设有煤粉旋流装置，煤粉旋流装置包括旋流壳体4，旋流壳体4的一端与端面封板a5相连，旋流壳体4的另一端设有端面封板b2，旋流壳体4上设有煤粉入口，煤粉入口连接煤粉管道3。
在旋流壳体4和内套筒7内套装有煤气管道1，煤气管道1固定在端面封板b2上，煤气管道1的进气端位于端面封板b2外侧。煤气管道1与旋流壳体4之间形成煤粉旋流环形腔13、煤气管道1与内套筒7之间形成气粉混合旋流环形腔16，煤粉旋流环形腔13与气粉混合旋流环形腔16之间设有环形节流口14，煤气管道1的出气端位于内套筒7内侧的气粉混合旋流环形腔16与预燃室18交界面处，并且在煤气管道1的出气端设有煤气旋流器10。
如图1至3所示，本发明实施例一中，所述内套筒7、外壳8、旋流壳体4均为圆筒状，所述煤气管道1为圆管，并且内套筒7、外壳8、旋流壳体4、煤气管道1同轴心。所述二次风入口和三次风入口沿外壳8内壁切线方向设置；所述二次风通道15沿内套筒7轴向设置一组或多组，每组二次风通道15包括沿内套筒7圆周方向均布的多个旋流通道15-1，旋流通道15-1沿煤气管道1外壁切线方向设置；所述煤粉入口沿旋流壳体4内壁切线方向设置。
如图1所示，所述环形节流口14包括设置在旋流壳体4靠近端面封板a5一端的锥形段a4-1、设置在内套筒7靠近端面封板a5一端的锥形段b7-1，锥形段a4-1、锥形段b7-1与煤气管道1之间形成中间窄两侧宽的环形腔。
本发明实施例一的工作原理为：
将燃烧器的安装座12通过连接法兰安装到燃烧室上，利用一次风将煤粉输送至煤粉管道3，煤粉和一次风在煤粉旋流装置4内的煤粉旋流环形腔13中发生旋流并充分混合后通过环形节流口14，在环形节流口断面上煤粉均匀分布；助燃二次风通过二次风入口管道6进入燃烧器，再由二次风通道15沿切向旋转进入内套筒7和煤气管道1之间的气粉混合旋流环形腔16，在气粉混合旋流环形腔16中，二次风对煤粉和一次风的气粉混合物进行充分搅动，以旋转流的方式向前推进，煤粉中的可燃物与助燃空气中的氧气充分接触；当气粉混合物到达内套筒7内侧的预燃室18时，由于区域空间的变化，推进速度放缓，煤粉中的挥发份物质渐渐气化，在后段燃烧室的高温辐射下，气化物开始燃烧；在气粉混合物通过燃烧器出口21进入后段燃烧室后，煤粉中的其他可燃成份开始燃烧，通过三次风通道加入的助燃空气为继续煤粉提供充分的氧气，使煤粉在燃烧器后的燃烧室内完全燃烧；同时，三次风与旋转流产生的逆流循环，加剧了预燃室内煤粉的燃烧。通过一次风、二次风和三次风的不同分配比例，可以实现对不同挥发份煤粉的燃烧阶段进行控制，抑制n元素的氧化反应，控制煤粉中灰份的存在形态，达到煤粉洁净燃烧的目的。
全煤气燃烧时，煤气等气体燃料从煤气管道1进入燃烧器，经过煤气旋流器10后形成高速旋转射流，在预燃室18内开始燃烧，在燃烧器后的燃烧室内，大量三次风的加入使煤气充分燃烧完全。通过二次风、三次风的配比，调节煤气燃烧的过程。煤气燃烧强度高，在火焰推进断面上热量分布均匀。
当使用的煤粉燃料挥发份较低时，可以采用煤气伴烧的方式，将煤气通入内套筒7内侧的预燃室18内，煤气的加入相当于增加了煤粉的挥发份，对煤粉起到助燃的作用，便于实现煤粉的洁净燃烧。
图4所示的实施例二，是在在实施例一的基础上，在内套筒7上还设有三次风通道二22，三次风通道二22位于中间隔板9与燃烧器安装座12之间，三次风通道二22连通三次风室19与预燃室18，将一部分三次风引至预燃室内。
本发明实施例二的工作原理与实施例一的区别为：
在预燃室内加入部分三次风，补充煤粉气化物燃烧需要的氧气，同时适当降低二次风的比例，更利于抑制n元素的氧化反应，更加有效地控制煤粉中灰份的存在形态，达到煤粉洁净燃烧的目的。
全煤气燃烧时，预燃室内部分三次风的加入，更利于控制煤气燃烧火焰形状，在火焰推进断面上获得更理想的热量分布形态。
本发明采用的环保节能型燃烧器生产运行成本低，采用煤粉作为燃料时可以有效地控制nox的排放浓度，并能控制灰份在煤粉燃烧过程中的存在形态，满足环保排放要求。在全煤粉燃烧、全煤气燃烧以及煤粉煤气混合燃烧等三种工作状态下，均能达到节约燃料的目的，节能效21120果显著。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。