一种筒式煤粉燃烧器的制作方法

本实用新型涉及燃烧设备技术领域，尤其涉及一种筒式煤粉燃烧器。

背景技术：

煤粉燃烧器是煤粉工业锅炉系统的核心部件，其主要作用是通过空气与煤粉的合理配比，推进煤粉在炉膛内的燃烧，实现对煤粉清洁高效的利用。煤粉燃烧过程中产生的氮氧化物分为热力型、快速型和燃料型；其中燃料型nox是指煤粉中的氮在燃烧过程中经过一系列的氧化-还原反应而生成的nox，它是煤粉燃过程中nox的主要来源，约占总的nox排放量的80％-90％，因此，减小nox的排放量的关键是减少燃料型nox的排放量。

为了抑制nox的生成，目前主要采取分级供风的手段。分级供风的原理是将助燃风以多流股方式喷入燃烧空间，造成煤粉在第一燃烧区处于缺氧状态及较低的火焰温度，以此控制nox的生成量，而其余的助燃风则在第二燃烧区及时混入，实现未燃煤粉的充分燃烬。在现有煤粉燃烧技术中，德国babcock公司推出了具有分级供风功能的低nox煤粉燃烧器——ds燃烧器。在该燃烧器中，中心空气以旋流方式通过位于燃烧器中心轴上的中心空气管输入，一次风粉通过一个安装在中心空气管与内二次风管之间的环形通道以旋流方式导入，二次风则分为内二次风和外二次风两个流股，通过扩张喷口向外喷离燃料流束。该燃烧器通过逐步向具有充足燃料的火焰提供氧气，制造一定的缺氧空间和降低火焰温度，实现减少nox生成量的目的。德国steinmüler公司及evt公司也分别推出了类似的分级供风煤粉燃烧器。其中，steinmüler公司的sm燃烧器的主要区别是将中心风和内二次风以直流方式喷入燃烧空间。evt公司的vapour燃烧器的主要区别则是在一次风粉管内装有旋流分离器，将风粉混合物分成浓淡两股气流并分别送入主燃烧器和乏气燃烧器，燃烧器喷嘴为夹带中心风的直流喷嘴

由于自身结构所限，上述各种分级供风煤粉燃烧器的使用对象均是大型煤粉锅炉，其所用的一次风及二次风均是经过一定程度预热的热空气。换言之，若将上述分级供风煤粉燃烧器用于一次风不具备预热条件、二次风预热温度低或者是不经预热的中小型煤粉锅炉，则会出现点燃困难、火焰不稳定等问题，因而现有分级供风煤粉燃烧器并不适用于中小型煤粉锅炉。

因此，亟需一种适用于中小型锅炉的筒式煤粉燃烧器，以减少nox的排放量。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种筒式煤粉燃烧器，以实现更有效地降低nox的排放量。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种筒式煤粉燃烧器，包括由内至外依次套设的中心风管、一次风管、过渡风管和二次风管，所述中心风管内设置有轻油点火套管，所述一次风管和所述过渡风管之间形成一次风道，所述一次风道内的一次风用于携带煤粉，所述过渡风管和所述一次风管之间形成过渡风道，所述二次风管和所述过渡风管之间形成二次风道，所述二次风道内设置有轴向旋流器；还包括燃烧器主体和三次风管，所述燃烧器主体包括预燃筒和锥台形筒体，所述锥台形筒体设置于所述预燃筒内，所述锥台形筒体的小径端连接于所述二次风管，所述锥台形筒体与所述预燃筒之间形成根部风道，所述三次风管连通于所述预燃筒。

进一步地，所述中心风管、一次风管、过渡风管和二次风管共轴，且所述中心风管、一次风管、过渡风管和二次风管连通所述锥台形筒体的一端的端面相齐平。

进一步地，所述二次风道内的二次风的旋流角为25°～35°。

进一步地，所述锥台形筒体为圆锥台形结构，所述圆锥台形结构的锥角为40°～50°。

进一步地，所述三次风管的出风口的轴线方向与所述预燃筒的轴线方向之间的夹角为15°～30°。

进一步地，在所述预燃筒的轴线方向上，所述三次风管的出口与所述二次风管之间的距离大于所述锥台形筒体的大径端与所述二次风管之间的距离。

进一步地，所述三次风管设置有多个，多个所述风管环绕所述预燃筒的周向间隔设置。

进一步地，所述筒式煤粉燃烧器还包括过渡风箱，所述过渡风箱连接于所述过渡风道，所述过渡风箱上设置有过渡风门。

进一步地，所述筒式煤粉燃烧器还包括二次风箱，所述二次风箱连接于所述二次风道，所述二次风箱上设置有二次风门。

进一步地，所述预燃筒包括内筒和外筒，所述三次风管设置于所述内筒和所述外筒之间。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提出的筒式煤粉燃烧器，通过将煤粉燃烧所需的总风量分别通过一次风道、过渡风道、二次风道、根部风道和三次风道输送到锥台形筒体和预燃筒内，一次风道携带煤粉进入，能够使得煤粉的燃烧始终处于弱还原性气氛下，减少燃料型nox的生成，从而降低煤粉燃烧过程中的nox的生成量。

附图说明

图1是本实用新型提供的筒式煤粉燃烧器的剖视图。

图中：

1、中心风管；11、轻油点火套管；2、一次风管；31、过渡风箱；311、过渡风门；32、过渡风管；41、二次风箱；411、二次风门；42、二次风管；5、根部风箱；6、锥台形筒体；7、预燃筒；71、外筒；72、内筒；81、三次风箱；82、三次风管；821、第一风管；822、第二风管；

20、一次风道；30、过渡风道；40、二次风道；401、轴向旋流器；50、根部风道。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例提供了一种筒式煤粉燃烧器，主要适用于中小型的工业锅炉。

如图1所示，本实施例提供的筒式煤粉燃烧器包括由内至外依次套设的中心风管1、一次风管2、过渡风管32和二次风管42以及燃烧器主体。其中，燃烧器主体包括锥台形筒体6和预燃筒7，锥台形筒体6位于预燃筒7内，锥台形筒体6的小径端连接于二次风管42，锥台形筒体6的大径端与预燃筒7的内壁之间具有环形间隙。

上述中心风管1内部设置有轻油点火套管11，并且中心风管1内通有预设量的压缩空气，用于在筒式煤粉燃烧器点火初期提供氧气。一次风管2和中心风管1之间形成一次风道20，用于向燃烧器主体内通入一次风，在本实施例中，一次风的风量较低，具体为一次风的风量小于等于10％的通过筒式煤粉燃烧器输送的总风量。一次风中携带有煤粉，煤粉进入燃烧器主体后，在锥台形筒体6和预燃筒7的高温内壁及高温烟气(由于气流的作用，预燃筒7内具有部分回流高温烟气)的作用下迅速着火并燃烧。此外，煤粉采用浓相输送，具体而言，在本实施例中，固气比大于2kgc/kga，有利于煤粉在低负荷下的稳定燃烧，减少nox的生成量。

二次风管42和过渡风管32之间形成二次风道40，二次风道40用于向燃烧器主体内通入二次风，二次风道40内设置有轴向旋流器401，经轴向旋流器401产生的二次风为弱旋流风，旋流角为25°～35°。二次风进入到燃烧器主体内，能够卷吸预燃筒7远离二次风管42一端的高温烟气，使得燃烧器主体的中心处形成高温烟气回流区，从而使得进入到燃烧器主体内的煤粉能够被迅速点燃并燃烧。优选地，在本实施例中，轴向旋流器401为轴向旋流叶片。

过渡风管32和一次风管2之间形成过渡风道30，过渡风道30用于向燃烧器主体内通入过渡风，过渡风为高速直流风或弱旋流风，其中弱旋流风通过在过渡风道30内设置旋流叶片来实现。通过控制过渡风的风速能够控制煤粉着火点，具体而言，如上文所述，燃烧器主体内具有高温烟气回流区，当煤粉与高温烟气接触时能够被点燃。通过调节过渡风的风速，比如当过渡风的风速较小时，由一次风携带进入到锥台形筒体6内的煤粉扩散速度较快，煤粉的分布范围较大，此时着火点较低；而当过渡风的风速较大时，由一次风携带进入到锥台形筒体6的煤粉在过渡风的作用下，扩散速度相对较慢，煤粉的分布范围相对较小，此时着火点较高。此外，通过调节过渡风的风速来避免煤粉较快的扩散，能够避免煤粉燃烧后形成的灰渣在锥台形筒体6的内壁上结焦，延长锥台形筒体6的使用寿命，保证该筒式煤粉燃烧器能够长时间运行。

本实施例提供的筒式煤粉燃烧器还包括过渡风箱31和二次风箱41，过渡风箱31连接于过渡风道30，用于向过渡风道30内输送过渡风，二次风箱41连接于二次风道40，用于向二次风道40内输送二次风，过渡风箱31上设置有过渡风门311，二次风箱41上设置有二次风门411，通过调节过渡风门311和二次风门411的开度能够分别调节过渡风和二次风占总风量的比例，从而使得煤粉的燃烧始终处于还原性气氛，降低燃料型nox的生成，从而减少nox的生成量。而且通过过渡风门311能够调节过渡风的风速，以实现避免在锥台形筒体6的内壁上结焦。此外，上述过渡风箱31和二次风箱41均为现有技术中常见的风箱，在此不再详细赘述。

本实施例提供的筒式煤粉燃烧器还包括根部风箱5，根部风箱5连接于锥台形筒体6和预燃筒7之间形成的根部风道50，根部风箱5用于向根部风道50内通入根部风，根部风经过锥台形筒体6和预燃筒7之间的环形间隙喷出，在本实施例中，根部风为直流风，直流风的风速为30-40m/s，主要起到冷却吹扫的作用。具体而言，煤粉燃烧后形成的处于高温液态的灰渣向预燃筒7的内壁扩散并粘附在预燃筒7的内壁上，导致预燃筒7的内壁结焦，通过根部风能够对煤粉燃烧后产生的高温液态的灰渣进行冷却降温，从而避免高温液态的灰渣粘附在预燃筒7的内壁上引起结焦。另外，根部风的通入能够向预燃筒7内输送一定量的空气，有利于煤粉的持续性燃烧，提高煤粉的燃烧效率。此外，根部风箱5为现有技术中常见的风箱，在此不再详细赘述。

如图1所示，预燃筒7包括内筒72和外筒71，锥台形筒体6位于内筒72内，具体而言，内筒72的一端封闭，另一端具有开口，内筒72的封闭端开设有通孔，锥台形筒体6的小径端连通于通孔。预燃筒7采用内筒72和外筒71的结构，能够提高保温效果，避免预燃筒7内的温度向外散失过多，有利于煤粉的着火和充分燃烧。外筒71和内筒72之间具有三次风管82，三次风管82内部形成三次风道，用于向预燃筒7的内筒72内输送三次风，促进煤粉充分燃烧。具体而言，三次风管82设置有多个，多个三次风管82沿内筒72的周向均匀布置，三次风管82包括相连通的第一风管821和第二风管822，第二风管822连通于预燃筒7，在本实施例中，第二风管822的出风口的轴线方向与内筒72的轴线方向之间的锐角夹角β为15°～30°，并且三次风为直流风，风速为25m/s～40m/s，能够加强三次风与预燃筒7内的混合气流的混合，为煤粉的持续燃烧提供氧气，避免煤粉没有充分燃烧，提高煤粉的燃烧效率。当然在其他实施例中，第二风管822的出风口的轴线方向与内筒72的轴线方向之间的锐角夹角可根据实际需要进行设置，三次风的风速也可根据实际需要进行调整。此外，在本实施例中，在预燃筒7的轴线方向上，第二风管822的出风口与二次风管42之间的距离大于锥台形筒体6的大径端与二次风管42之间的距离，有利于三次风更好的与预燃筒内的混合气流充分混合，更好的为剩余煤粉的燃烧提供氧气，具体而言，在预燃筒7的轴线方向上，第二风管822的出风口与预燃筒7远离二次风管42的一端的距离为50mm～100mm，当然在其他实施例中，该距离可根据实际需要进行调整。此外，本实施例提供的筒式煤粉燃烧器还包括三次风箱81，三次风箱81连接于三次风管82的第一风管821，用于向三次风管82内输送三次风，三次风箱81为现有技术上中常见的风箱，在此不再详细赘述。

上述中心风管1、一次风管2、过渡风管32和二次风管42共轴设置，并且中心风管1、一次风管2、过渡风管32和二次风管42连通锥台形筒体6的一端的端面相齐平，一次风道20、过渡风道30和二次风道40的出风口均位于锥台形筒体6的小径端围成的区域内，使得一次风、过渡风和二次风在进入到锥台形筒体6内之前不会相互干涉，保证一次风、过渡风和二次风均能够充分发挥自身的作用。在本实施例中，锥台形筒体6为圆锥台形结构，相应地中心风管1、一次风管2、过渡风管32和二次风管42均为圆管，圆锥台形结构不存在拐角，有利于煤粉和风的流动，而且能够避免在拐角处结焦，从而避免锥台形筒体6局部温度过高而影响锥台形筒体6的使用寿命。此外，在本实施例中，锥台形筒体6的锥角为30°～50°，基本与二次风的旋流角保持一致，消除外回流区。另外，在本实施例中，在中心风管1的轴线方向上，中心风管1、一次风管2、过渡风管32和二次风管42的长度逐渐减小，这种设置方式，能够减少材料的使用，并且减轻该筒式煤粉燃烧器的重量。当然在其他实施例中，中心风管1、一次风管2、过渡风管32和二次风管42的长度还可均相等。

本实施例提供的筒式煤粉燃烧器的锥台形筒体6和预燃筒7均采用耐火材料浇筑而成，具有良好保温隔热性能，能够维持在燃烧器主体内部局部区域的高温状态，促进煤粉的着火和燃烧，保证该筒式煤粉燃烧器在低负荷下的稳定运行。

综上，本实施例提供的筒式煤粉燃烧器，通过将煤粉燃烧所需的总风量分别通过一次风道20、过渡风道30、二次风道40、根部风道50和三次风道输送到锥台形筒体6和预燃筒7内，一次风携带煤粉进入，能够使得煤粉的燃烧始终处于弱还原性气氛下，减少燃料型nox的生成，从而降低煤粉燃烧过程中的nox的生成量。通过二次风道40内的轴向旋流叶片使得二次风进入到预燃筒7内后，能够卷吸预燃筒7远离二次风管42一端的高温烟气，使得预燃筒7的中心处形成高温烟气回流区，促进煤粉的着火和燃烧；通过调节过渡风的风速，能够调整煤粉的扩散速度，从而调整煤粉的着火点，并且能够防止煤粉较快扩散，从而避免而在锥台形筒体6的内壁结焦。通过根部风能够对煤粉燃烧形成的灰渣进行冷却降温，避免灰渣附着在预燃筒7的内筒72的内壁上引起结焦。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。