一种多级配风的径向内浓外淡的旋流燃烧器的制作方法

本实用新型涉及一种燃烧器，具体涉及一种多级配风的径向内浓外淡的旋流燃烧器。

背景技术：

传统的锅炉旋流煤粉燃烧器由于燃烧初期的气流扰动强及二次风很快混入，易形成富氧燃烧区，而且火焰短，放热集中，火焰温度高，所以nox排放量很高。因此出现了很多低nox旋流燃烧器，它是将二次风分成多级，通过一次风将煤粉送入炉膛，通过多级风的分级燃烧来延长煤粉的燃烧时间，空气分级是为了达到推迟混合和控制燃烧过程的目的，在一次燃烧区仅送入维持稳定着火和挥发分燃烧所需要的空气量，形成浓相核心火焰，降低火焰温度峰值；由于推迟二次风的混入，形成了还原区，不仅能减少nox的生成量而且能使部分nox还原。

目前的低nox的内浓外淡旋流燃烧器，由于煤粉浓缩器多采用文丘里煤粉浓缩器，一次风煤粉经过浓缩器的浓缩作用后，在径向上呈内浓外淡分布，即一次风筒中心区域煤粉浓度高，一次风筒内壁区域煤粉浓度低，实现燃料的分级燃烧，可有效降低氮氧化物的生成和提高煤粉的着火稳定性，该型浓缩器的浓缩率较低，一般在60％～75％之间，不利于nox的还原和燃烧的稳定性，因此只能适应挥发份高的贫煤，对于其它煤种会出现燃烧不完全的现象。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有燃烧器由于煤粉浓缩器浓缩率低，不利于nox的还原和燃烧的稳定性，燃烧器回流区的稳定性差，不能很好地适应多品种煤的燃烧的问题，而提供一种多级配风的径向内浓外淡的旋流燃烧器。

本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是：

方案一：一种多级配风的径向内浓外淡的旋流燃烧器包括中心管、一次风管、内二次风管、中二次风管、外二次风管、内旋流器、外旋流器、二次风风箱、煤粉浓缩器和均流环；

中心管、一次风管、内二次风管、中二次风管和外二次风管由内向外依次套装在一起，且相邻两者之间由内向外依次形成一次风通道、内二次风通道、中二次风通道和外二次风通道，中心管、一次风管、内二次风管、中二次风管和外二次风管各自的出风口端一一对应设有中心风扩口、一次风扩口、内二次风扩口、中二次风扩口和外二次风扩口，所述内旋流器设置在中二次风通道内，所述的外旋流器设置在外二次风通道内，二次风风箱固接在一次风管和外二次风管上；

煤粉浓缩器包括支撑板和n个浓缩环，n为2-5的整数；

n个浓缩环沿着煤粉流动方向依次减小，相邻两个浓缩环之间呈一定距离设置，n个浓缩环通过支撑板固接在一起，支撑板固接在中心管的外壁上，n个浓缩环邻近中心管出风口的一侧设置；

在邻近煤粉浓缩器出口侧的中心管上设有均流环。

方案二：一种多级配风的径向内浓外淡的旋流燃烧器包括中心管、一次风管、内二次风管、外二次风管、内旋流器、外旋流器、二次风风箱、煤粉浓缩器、均流环和间隔筒；

中心管、一次风管、间隔筒、内二次风管和外二次风管由内向外依次套装在一起，中心管与一次风管之间形成一次风通道，间隔筒、内二次风管和外二次风管相邻两者由内向外依次形成内二次风通道和外二次风通道，间隔筒远离中心管出风口的一端通过环形板与一次风管固接，中心管的出风口端、间隔筒的另一端、内二次风管的出风口端和外二次风管的出风口端一一对应设有中心风扩口、一次风扩口、内二次风扩口和外二次风扩口，内旋流器设置在内二次风通道内，外旋流器设置在外二次风通道内，二次风风箱固接在一次风管和外二次风管上；

煤粉浓缩器包括支撑板和n个浓缩环，n为2-5的整数；

n个浓缩环沿着煤粉流动方向依次减小，相邻两个浓缩环之间呈一定距离设置，n个浓缩环通过支撑板固接在一起，支撑板固接在中心管的外壁上，n个浓缩环邻近中心管的出风口的一侧设置；

在邻近煤粉浓缩器出口侧的中心管上设有均流环。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本实用新型的燃烧器系统阻力低，总二次风阻力不超过800pa，节约风机电耗而且本实用新型在所有负荷下都能很好保持燃烧的稳定性，喷口不产生结焦。

二、本实用新型的一次风携带煤粉进入一次风通道，在煤粉浓缩器的浓缩作用下，煤粉大量集中在中心风管外表面，而一次风管内表面煤粉浓度很低，实现了一次风煤粉沿一次风管径向内浓外淡的分布形式，大量的煤粉集中在中心风管外表面附近喷入炉膛，实现煤粉的分级燃烧，增加中间高温回流区的煤粉量，使得中心回流区的还原气氛加强，延长煤粉在回流区的停留时间，抑制燃料型氮氧化物的生成。

三、本实用新型方案一将主燃的空气分为内二次风、中二次风和外二次风三个层次以加大空气分级程度，在燃烧器出口形成一个稳定的中心回流区的同时，一次风与二次风之间存在一个低速区，推迟了一次风与二次风的混合，是因为内二次风为一股直流二次风且风量小，风速低，故其穿透能力和卷吸一次风的能力弱，不会过早卷吸一次风，加大了一次风与外围主流二次风之间的距离，推迟了一次风与旋流二次风的混合，加强中心回流区的还原性气氛，抑制氮氧化物的生成，同时，中二次风和外二次风都经过内旋流器和外旋流器后形成为旋流风射入炉膛，速度较大，其作用是在远离燃烧器出口区域完成未燃尽碳的燃烧，并保证近燃区形成一个稳定的回流区。

四、本实用新型方案二将主燃的空气分为内二次风和外二次风两个层次，同时在一次风和内二次风之间设置有间隔筒，在燃烧器出口形成一个稳定的中心回流区的同时，一次风和二次风之间存在一个低俗区，推迟了一次风与二次风的混合，是因为间隔筒的存在，加大了一次风与外围主流二次风之间的距离，使得一次风更不容易被内二次风和外二次风的旋流影响，一次风与二次风在本实用新型喷口呈间隔喷入，推迟了一次风与旋流二次风的混合，加强中心回流区的还原性气氛，抑制氮氧化物的生成，同时内二次风与外二次风都经过内旋流器和外旋流器后形成旋流风射入炉膛，速度较大，其作用是在远离本实用新型出口区域完成未燃尽碳的燃烧，并保证近燃区形成一个稳定的回流区。

五、本实用新型在煤粉浓缩器和均流环的组合作用下，一次风煤粉首先经过煤粉浓缩器的浓缩作用下在一次风通道内形成沿径向上的内浓外淡的分布形式，实现煤粉的分级燃烧，均流环结构可有效降低中心风扩口表面的一次风风速，降低幅度约为15％左右，有效的降低了一次风煤粉对中心风扩口的冲刷，延长设备的使用寿命50％，提高了该处的煤粉浓度同时加强煤粉的分级燃烧，降低氮氧化物的生成，还可有效加强一次风煤粉在中心风扩口附近的燃烧提高着火稳定性，保证燃烧器的稳燃特性。在这个组合作用下，燃烧器出口会形成一个更加稳定的中心回流区。

六、本实用新型在中二次风和外二次风设置扩口，强化内旋流和外旋流二次风的旋流强度同时推迟中二次风和外二次风与一次风粉的混合，延长了煤粉在还原性气氛中心回流区内的停留时间，以便在近燃烧器区域形成缺氧环境，有利于nox还原，降低氮氧化物的生此。

七、本实用新型的特有的煤粉浓缩装置、扩口结构、特有的风量分配组合作用下，燃烧器出口一次风粉射流区域形成一个稳定的中心回流区，该中心回流区能够将内浓外淡的一次风卷吸到回流区内，将高温烟气带回近燃烧器区，加热一次风粉，促进煤粉点火，保证火焰的稳定性，实现不同负荷的稳定燃烧，带回的高温烟气含氧量低，使得回流区处于缺氧环境，抑制氮氧化物的生成。

八、本实用新型的煤粉浓缩装置的浓缩率在85％以上，进一步提高nox的还原和燃烧的稳定性，本实用新型的特有的煤粉浓缩装置和采用特定的扩口组合结构，能更好地适应不同品种的煤燃烧，使燃烧时的稳定性更好。

附图说明

图1是本实用新型方案一的整体结构图,图中一次风管2内的箭头是煤粉输送方向，图中内二次风管3、中二次风管4和外二次风管5处的箭头为进风方向；

图2是图1的i处局部放大视图；

图3是图1的ii处局部放大视图，图中箭头方向为煤粉输送方向；

图4是图1中出口处第一种方案的局部示意图；

图5是图1中出口处第二种方案的局部示意图；

图6是本实用新型方案二整体结构图；

图7是图6中出口处第一种方案的局部示意图；

图8是图6中出口处第二种方案的局部示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图4来说明本实施方式，本实施方式一种多级配风的径向内浓外淡的旋流燃烧器包括中心管1、一次风管2、内二次风管3、中二次风管4、外二次风管5、内旋流器13、外旋流器14、二次风风箱16、煤粉浓缩器6和均流环7；

中心管1、一次风管2、内二次风管3、中二次风管4和外二次风管5由内向外依次套装在一起，且相邻两者之间由内向外依次形成一次风通道、内二次风通道、中二次风通道和外二次风通道，中心管1、一次风管2、内二次风管3、中二次风管4和外二次风管5各自的出风口端一一对应设有中心风扩口8、一次风扩口9、内二次风扩口10、中二次风扩口11和外二次风扩口12，所述内旋流器13设置在中二次风通道内，所述的外旋流器14设置在外二次风通道内，二次风风箱16固接在一次风管2和外二次风管5上；

煤粉浓缩器6包括支撑板6-1和n个浓缩环6-2，n为2-5的整数；

n个浓缩环6-2沿着煤粉流动方向依次减小，相邻两个浓缩环6-2之间呈一定距离设置，n个浓缩环6-2通过支撑板6-1固接在一起，支撑板6-1固接在中心管1的外壁上，n个浓缩环6-2邻近中心管1出风口的一侧设置；

在邻近煤粉浓缩器6出口侧的中心管1上设有均流环7。

内二次风管3、中二次风管4和外二次风管5的入口处均设有调节风门，通过调节各自风门的大小，来调整中心回流区的大小和强度，以适应不同煤种、风量及负荷的要求，增加燃烧器的煤种适应性。

本实施方式一次风风粉混合物在煤粉浓缩器6的作用下逐级浓缩，在径向上实现内浓外淡的煤粉浓度分布，实现煤粉的分级燃烧，增加中间高温回流区的煤粉量，降低煤粉着火热同时延长煤粉在回流区的停留时间，增强中心回流区的还原性气氛，抑制氮氧化物的生成。

本实用新型将二次风空气分为内二次风、中二次风和外二次风，加大了本实用新型径向上的空气分级程度，且内二次风为一股直流风，风量较小，同时添加一个内二次风扩口，由于这股内二次风是一股直流风且风量小风速低，其穿透能力和卷吸能力弱，不会过早的卷吸一次风，加大了一次风与旋流二次风之间的距离，推迟一次风煤粉混合物与外围旋流二次风的混合，加强中心回流区还原性气氛，抑制燃烧初期氮氧化物的生成。

本实用新型出口区域形成一个稳定的中心回流区，这个回流区稳定，回流效果好，能够将内浓外淡的一次风卷吸到回流区内，将外侧的高温烟气卷吸回燃烧器出口附近，加热一次风煤粉，促进煤粉着火，保持火焰稳定性，同时由于卷吸的高温烟气含氧量低，使得一次风出口区域的中心回流区处于缺氧状态，形成一个还原性气氛，降低氮氧化物的生成。

具体实施方式二：结合图2来说明本实施方式，本实施方式n个浓缩环6-2均为圆锥环，且n个浓缩环6-2的锥度均相等，每个浓缩环6-2的母线与中心管1的中心线的夹角δ为20°～40°。

其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图3来说明本实施方式，本实施方式所述均流环7由第一圆锥段kh、水平段hq和第二圆锥段qw组成；

第一圆锥段kh、水平段hq和第二圆锥段qw依次连接形成梯形截面，第一圆锥段kh的倾斜角度ψ为5°～30°，水平段hq的径向高度s是一次风管2到中心管1的距离s1的0.1～0.3倍，最小浓缩环6-2邻近中心风扩口8的一端到水平段hq起始点h的距离l6是一次风管2到中心管1的距离s1的0.8～1.5倍，水平段hq的终点q到一次风扩口9的端部的距离l7是一次风管2到中心管1的距离s1的0.7～1.1倍。

本实用新型添加均流环7可有效降低中心风扩口8表面的一次风风速，降低幅度约为15％左右，提高了该处的煤粉浓度，有效的降低了一次风煤粉对中心风扩口8的冲刷，延长设备的使用寿命50％的同时加强煤粉的分级燃烧，降低氮氧化物的生成，还可有效加强一次风煤粉在中心风扩口8附近的燃烧提高着火稳定性，保证燃烧器的稳燃特性。

其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1来说明本实施方式，本实施方式中心风扩口8的扩展角度α的范围为10°～40°，一次风扩口9的扩展角度β的范围为15°～25°，中二次风扩口11的扩展角度γ的范围为20°～25°,外二次风扩口12的扩展角度θ的范围为20°～25°，内二次风扩口10的扩展角度υ的范围为20°～25°。

采用以上不同角度的扩口组合均能在燃烧器出口区域形成一个稳定的回流区，本实用新型可依据不同的煤种，不同的炉膛形式，选择不同的扩口角度组合，以达到最好的燃烧效果，降低氮氧化物的生成，且减少水冷壁的高温腐蚀。如果各个扩口角度过大，会使得气流扩展角增大，形成开放式回流区，导致燃烧不稳定和水冷壁结焦，如果扩口角度过小，则一次风与二次风混合过早，回流区范围过小，不利于煤粉的稳定燃烧。

本实施方式中二次风扩口11和一次风扩口9推迟一次风粉与二次风的混合，延长煤粉在还原性气氛的停留时间，降低氮氧化物的生成；中心风扩口8可以有效地增大本实用新型中心回流区。

其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图4来说明本实施方式，本实施方式所述内二次风扩口10的端部、中二次风扩口11的端部和一次风扩口9的端部平齐设置，且内二次风扩口10的端部到外二次风扩口12的端部的距离小于中心风扩口8端部到外二次风扩口12的距离。

其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图4来说明本实施方式，本实施方式所述一次风扩口9的长度l4、内二次风扩口10的长度l3和中二次风扩口11的长度l2均相等；一次风扩口9的长度l4是外二次风扩口12的长度l1的0.4～0.7倍；中心风扩口8的长度l5是一次风扩口9的长度l4的0.3～0.6倍。

一次风喷口出来的一次风粉混合物先与中心风气流进行预混，后进入外二次风扩口内与内直流风预混再与中二次风和外二次风气流一起喷入炉膛，通过增加两个预混段，有助于在燃烧器出口区域形成一个稳定的中心回流区，延长一次风煤粉在中心回流区的停留时间，使得煤粉稳定燃烧及有效抑制氮氧化物的生成。

其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图5来说明本实施方式，本实施方式所述内二次风扩口10的长度l3和所述中二次风扩口11的长度l2相等；内二次风扩口10的长度l3是外二次风扩口12的长度l1的0.6～0.8倍；一次风扩口9的长度l4是内二次风扩口10的长度l3的0.5～0.7倍；中心风扩口8的长度l5是一次风扩口9的长度l4的0.3～0.6倍。

本实施方式通过增加三个预混段，进一步延迟一次风粉混合物与二次风的混合，增强二次风的旋流强度，通过三级预混的方式，实现煤粉的分级燃烧，更有助于在燃烧器出口区域形成一个稳定的中心回流区，延长一次风煤粉在中心回流区的停留时间，使得煤粉稳定燃烧及有效抑制氮氧化物的生成，适用于次烟煤、贫煤和无烟煤。

其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式八：结合图6来说明本实施方式，本实施方式一种多级配风的径向内浓外淡的旋流燃烧器它包括中心管1、一次风管2、内二次风管3、外二次风管5、内旋流器13、外旋流器14、二次风风箱16、煤粉浓缩器6、均流环7和间隔筒17；

中心管1、一次风管2、间隔筒17、内二次风管3和外二次风管5由内向外依次套装在一起，中心管1与一次风管2之间形成一次风通道，间隔筒17、内二次风管3和外二次风管5相邻两者由内向外依次形成内二次风通道和外二次风通道，间隔筒17远离中心管1出风口的一端通过环形板与一次风管2固接，中心管1的出风口端、间隔筒17的另一端、内二次风管3的出风口端和外二次风管5的出风口端一一对应设有中心风扩口8、一次风扩口9、内二次风扩口10和外二次风扩口12，内旋流器13设置在内二次风通道内，外旋流器14设置在外二次风通道内，二次风风箱16固接在一次风管2和外二次风管5上；

煤粉浓缩器6包括支撑板6-1和n个浓缩环6-2，n为2-5的整数；

n个浓缩环6-2沿着煤粉流动方向依次减小，相邻两个浓缩环6-2之间呈一定距离设置，n个浓缩环6-2通过支撑板6-1固接在一起，支撑板6-1固接在中心管1的外壁上，n个浓缩环6-2邻近中心管1的出风口的一侧设置；

在邻近煤粉浓缩器6出口侧的中心管1上设有均流环7。

其它组成和连接关系与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式九：结合图6来说明本实施方式，本实施方式中心风扩口8的扩展角度α的范围为10°～40°，一次风扩口9的扩展角度β的范围为20°～25°,外二次风扩口12的扩展角度θ的范围为20°～25°，内二次风扩口10的扩展角度υ的范围为20°～25°。

其它组成和连接关系与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：结合图6来说明本实施方式，本实施方式间隔筒17的壁厚是一次风管2到内二次风管3的距离s1的0.04～0.4倍。

其它组成和连接关系与具体实施方式八相同。

具体实施方式十一：结合图7来说明本实施方式，本实施方式所述内二次风扩口10的端部和一次风扩口9的端部平齐设置，且内二次风扩口10的端部到外二次风扩口12的端部的距离小于中心风扩口8端部到外二次风扩口12的距离。

其它组成和连接关系与具体实施方式八相同。

具体实施方式十二：结合图7来说明本实施方式，本实施方式所述内二次风扩口10的长度l3和所述一次风扩口9的长度l4相等；一次风扩口9的长度l4是外二次风扩口12的长度l1的0.4～0.7倍，中心风扩口8的长度l5是一次风扩口9的长度l4的0.3～0.6倍。

其它组成和连接关系与具体实施方式十一相同。

具体实施方式十三：结合图8来说明本实施方式，本实施方式内二次风扩口10的长度l3是外二次风扩口12的长度l1的0.6～0.8倍；一次风扩口9的长度l4是内二次风扩口10的长度l3的0.5～0.7倍；中心风扩口8的长度l5是一次风扩口9的长度l4的0.3～0.6倍。

其它组成和连接关系与具体实施方式十相同。

具体实施方式十四：结合图1和图6来说明本实施方式，本实施方式所述均流环7的迎风面设有耐磨陶瓷层，防止高速高浓缩一次风煤粉气流对均流环的冲刷磨损，提高设备的使用寿命。

其它组成和连接关系与具体实施方式一或八相同。

实施例：

将本实用新型应用到某650mw旋流对冲锅炉：采用燃用煤种时，氮氧化物排放量如下：

1、燃用烟煤时，vdaf＝26.35％，aar＝22.65％，mt＝10.23％，qnet,ar＝21.18mj/kg(其中vdaf为干燥无灰基挥发分，aar为收到基灰分参数，mt为全水份参数，qnet,ar为收到基低位发热量)，24只燃烧器全部采用本实用新型的新型燃烧器后锅炉尾部氮氧化物的排放量210mg/m³以下。

2、燃用贫煤50％与烟煤50％的混煤时：其中贫煤的化学分析如下：vdaf＝19.9％，aar＝32.65％，mt＝7.2％，qnet,ar＝19.13mj/kg，其中烟煤的化学分析如下：vdaf＝26.35％，aar＝22.65％，mt＝10.23％，qnet,ar＝21.18mj/kg，24只燃烧器全部采用本实用新型的新型燃烧器后锅炉尾部氮氧化物的排放量为270mg/m3以下。

通过以上实验数据表明，本实用新型均能保证氮氧化物达标，专利号为cn201610521284.8所提到的一种燃烧器达到200mg/nm3，在燃用煤种相同的情况下，氮氧化物的排放量基本相同，燃烧后的氮氧化物的排放量符合相关规定标准,可以适用更多的煤种燃烧。

本实用新型方案一的工作原理是：一次风粉混合物经由送粉管道进入一次风管2，在一次风管2内设置有煤粉浓缩器6和均流环7，煤粉浓缩器6的浓缩环6-2的直径沿一次风流动方向依次减小，一次风粉混合物经过煤粉浓缩器6后被分成两部分，中间区域形成浓煤粉区，靠近一次风管2管壁区域形成淡煤粉区，同时在中心风喷口外表面处形成一个低速、高浓度区域，然后喷入炉膛，实现煤粉燃料的分级燃烧，增加中心回流区的燃料量，降低氮氧化物的生成，提高燃烧器的稳燃能力；二次风通过二次风风箱16分别进入内二次风管3、中二次风管4和外二次风管5，中二次风是一股直流风，风量少，风速低，其穿透能力和卷吸一次风能力弱，不会过早的卷吸一次风，加大了一次风与外围主流二次风的距离，推迟了一次风与二次风的混合，中二次风管4内设置有内旋流器13，外二次风管5内设置有外旋流器14，使得中、外二次风产生旋转，其旋转方向一致，经过中、外二次风喷口喷入炉膛，在燃烧器区域形成一个合适的中心回流区使得煤粉稳定燃烧，降低氮氧化物的生成。

本实用新型方案二的工作原理是：一次风粉混合物经由送粉管进入一次风管2，在一次风管2内设有煤粉浓缩器6和均流环7，煤粉浓缩器6上的浓缩环6-2的直径沿一次风煤粉流动方向依次减小，一次风煤粉混合物经过浓缩环6-2被分成两部分，中间区域形成浓煤区，靠近一次风管2管壁区域形成淡煤粉区，同时在中心风扩口8处形成低速、高浓度区域，然后喷入炉膛，实现煤粉燃料的分级燃烧，增加中心回流区的燃料量，降低氮氧化物的生成，提供本实用新型的稳燃能力。二次风通过二次风风箱16进入内二次风管3和外二次风管5，内二次风与一次风之间设置间隔筒17，使得本实用新型出口端一次风和二次风呈间隔式喷入炉膛，加大了一次风与外围主流二次风的距离，推迟了一次风与二次风的混合，内二次风管3内设置有内旋流器13，外二次风管5内设置有外旋流器14，使得内、外二次风产生旋转，其旋转方向一致，经过内二次风扩口10和外二次风扩口12喷入炉膛，在燃烧区域形成一个合适的中心回流区使得煤粉能稳定燃烧，降低氮氧化物的生成。