一种旋风分级燃烧器及其燃烧方法与流程

本发明涉及旋风燃烧器技术领域，尤其涉及一种旋风分级燃烧器及其燃烧方法。

背景技术：

旋风燃烧器在圆筒型燃烧室利用空气流的高速旋转作用，能够将煤粉、煤屑或其他粉碎的固体燃料颗粒抛向筒壁，固体燃料颗粒在筒壁和筒壁附近的空间内进行了燃烧，并且在周围形成了高温区域，可以使灰渣熔化，而气流与粘附在液态渣膜上的固体燃料颗粒之间具有很高的相对速度，促使燃料与空气充分混合，进行燃烧。旋风燃烧器燃烧温度比一般的煤粉炉温度要高，而氮在高温环境下会产生氮氧化物，造成烟气中的氮氧化物含量较高。氮氧化物的生成主要由三种方式：助燃空气中的氮气在高温下氧化而生成的氮氧化物为热力型氮氧化物；燃料中的有机氮化合物在燃烧过程中氧化生成的氮氧化物为燃料型氮氧化物，碳化氢系燃料在燃烧时分解所产生的中间产物和氮气反应生成的氮氧化物为快速型氮氧化物，产生的氮氧化物会对环境造成影响。

现有技术中的旋风燃烧器利用还原性气体将燃烧中产生的氮氧化物进行还原，但是无法使产生的热力型以及快速型氮氧化物进行有效的降低，或者将煤粉之间轴线向导入进行旋风燃烧，在筒体内会形成一个局部高温区来裂解煤粉，提高了煤粉的燃尽率，但是局部高温无法控制热力型以及快速型氮氧化物的排放。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种旋风分级燃烧器及燃烧方法，降低固体燃料颗粒燃烧时氮氧化物的排放。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种旋风分级燃烧器，包括旋风筒体以及液态渣收集箱；所述旋风筒体分为上部副燃烧室、中部主燃烧室和下部副燃烧室，所述上部副燃烧室的筒体的直径与所述下部副燃烧室的筒体的直径小于所述中部主燃烧室的筒体的直径；所述上部副燃烧室、中部主燃烧室和下部副燃烧室各设一个进风口；所述进风口处均设有切入旋风筒体内壁的环形螺旋通道；所述上部副燃烧室的环形螺旋通道和下部副燃烧室的环形螺旋通道均向中部主燃烧室方向倾斜；所述液态渣收集箱设于所述旋风筒体的下端。

其中，所述旋风筒体的内壁上设有螺旋状导流槽。

其中，所述上部副燃烧室的环形螺旋通道和下部副燃烧室的环形螺旋通道向中部主燃烧室方向倾斜的角度为3°～20°。

其中，所述环形螺旋通道的出口紧贴所述螺旋状导流槽，所述环形螺旋通道的出口与螺旋状导流槽的连接处设有防磨层。

其中，所述中部主燃烧室的筒体包括与上部副燃烧室连接的第一筒体和与下部副燃烧室连接的第二筒体，所述第一筒体为上小下大的锥筒形，所述第二筒体为上大下小的锥筒形。

其中，所述中部主燃烧室的第二筒体与其轴线形成3°～30°的倾斜角。

其中，所述上部副燃烧室的筒体的上部为直筒型，下部为上大下小的锥筒形，下部锥筒形的筒体与其轴线形成3°～30°的倾斜角，所述下部副燃烧室的筒体为直筒型。

本发明还提供了一种上述旋风分级燃烧器的燃烧方法，包括以下步骤：

S1，分别向上部副燃烧室、中部主燃烧室和下部副燃烧室通入带有固体燃料颗粒的空气；

S2，带有固体燃料颗粒的空气经所述环形螺旋通道分别进入上部副燃烧室、中部主燃烧室和下部副燃烧室形成燃料气流，燃料气流沿螺旋状导流槽形成旋流开始燃烧；

S3，上部副燃烧室的燃料气流和下部副燃烧室的燃料气流均沿螺旋状导流槽向中部主燃烧室冲击，同时上部副燃烧室和下部副燃烧室形成的还原性气体对中部主燃烧室燃烧产生的氮氧化物进行还原；

S4，燃烧完成后，燃料气流燃烧所形成的烟气由所述旋风筒体上端排出，同时产生的液渣由液态渣收集箱收集。

优选地，步骤S1中所述上部副燃烧室、中部主燃烧室和下部副燃烧室的固体燃料颗粒通入量比例为1:6:3，空气通入量比例为3:6:1。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明提供的旋风分级燃烧器中旋风筒体分为了三个不同直径的上部副燃烧室、中部主燃烧室和下部副燃烧室，通过燃料和空气复合分级燃烧的方式，有效地降低了热力型氮氧化物的生成。由于上部副燃烧室和下部副燃烧室的筒体的直径均小于中部主燃烧室的筒体的直径，在上副燃烧室和下部副燃烧室产生的气流会对中部主燃烧室产生扰动冲击，且上副燃烧室和下部副燃烧室产生的还原性气体会对中部主燃烧室燃烧产生氮氧化物进行还原，降低了中部主燃烧室产生的氮氧化物。

附图说明

图1是本发明实施例旋风分级燃烧器的结构示意图；

图2是本发明实施例旋风分级燃烧器环形螺旋通道的俯视剖面图；

图3是本发明实施例旋风分级燃烧器的螺旋状导流槽的局部放大图。

图中：1：旋风筒体；2：上部副燃烧室；3：中部主燃烧室；4：下部副燃烧室；5：环形螺旋通道；6：螺旋状导流槽；7：液态渣收集箱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

如图1、图2所示，本发明实施例提供的一种旋风分级燃烧器，包括旋风筒体1以及液态渣收集箱7；旋风筒体1分为上部副燃烧室2、中部主燃烧室3和下部副燃烧室4，上部副燃烧室2的筒体的直径与下部副燃烧室4的筒体的直径小于中部主燃烧室3的筒体的直径；上部副燃烧室2、中部主燃烧室3和下部副燃烧室4各设一个进风口；上部副燃烧室2、中部主燃烧室3和下部副燃烧室4的进风口处均设有切入旋风筒体1内壁的环形螺旋通道5，上部副燃烧室2的环形螺旋通道5和下部副燃烧室4的环形螺旋通道5均向中部主燃烧室3方向倾斜。液态渣收集箱7设于旋风筒体1的下端。带有煤粉的空气分别从上部副燃烧室2、中部主燃烧室3和下部副燃烧室4的进风口处设有的环形螺旋通道5通入燃烧室内，使进入燃烧室的空气由燃烧室内产生的烟气进行预热，降低了旋风分级燃烧器的排烟温度，同时提高了旋风分级燃烧器的热效率。实现了燃料及空气的分级复合燃烧，上部副燃烧室2与下部副燃烧室4的火焰峰值温度较低，可以减少热力型氮氧化物的排放。环形螺旋通道5设有一倾斜角度可以提高通入各个燃烧室的燃料气流的圆周速度。上部副燃烧室2的环形螺旋通道5和下部副燃烧室4的环形螺旋通道5均向中部主燃烧室3方向倾斜可以使燃料气流向中部主燃烧室3冲击，且上部副燃烧室2和下部副燃烧室4的筒体的直径均小于中部主燃烧室3的筒体的直径，可以使旋流扰动更加强烈，通过减少筒体直径提高旋流离心力，提高燃烧效率，而不用通过增大通气量的方式来完成。

优选地，如图3所示，旋风筒体1的内壁上设有螺旋状导流槽6。空气气流沿螺旋状导流槽6形成旋流，螺旋状导流槽6可以引导空气气流形成强旋流扰动燃烧，并且能够降低旋流的轴向速度，提高煤粉燃烧时间，增强了燃烧效率。

优选地，上部副燃烧室2的环形螺旋通道5和下部副燃烧室4的环形螺旋通道5向中部主燃烧室3方向倾斜的角度为3°～20°。合适的倾斜角度能够使旋风分级燃烧器达到较好的降低氮氧化物的排放的效果。

优选地，环形螺旋通道5的出口紧贴螺旋状导流槽6，环形螺旋通道5的出口与螺旋状导流槽6的连接处设有防磨层。可以减少空气中带有的固体燃料颗粒对环形螺旋通道5和螺旋状导流槽6的的磨损。

优选地，中部主燃烧室3的筒体包括与上部副燃烧室2连接的第一筒体和与下部副燃烧室4连接的第二筒体，第一筒体为上小下大的锥筒形，所述第二筒体为上大下小的锥筒形。具体地，中部主燃烧室3的第二筒体与其轴线形成3°～30°的倾斜角。中部主燃烧室3的第一筒体为上小下大的锥筒形可以阻挡中部主燃烧室3内燃烧产生的烟气直接快速的排出；中部主燃烧室3的第二筒体为上大下小的锥筒形可以提高旋流的离心力，增强燃烧效果。

优选地，上部副燃烧室2的筒体的上部为直筒型，下部为上大下小的锥筒形，下部锥筒形的筒体与筒体的轴线形成3°～30°的倾斜角，下部副燃烧室4的筒体为直筒型。上部副燃烧室2的筒体下部为上大下小的锥筒形可以提高旋流的离心力，增强燃烧效果。

本发明还提供了一种上述的旋风分级燃烧器的燃烧方法，包括以下步骤：

S1，分别向上部副燃烧室2、中部主燃烧室3和下部副燃烧室4通入带有固体燃料颗粒的空气，具体地，上部副燃烧室2、中部主燃烧室3和下部副燃烧室4的固体燃料颗粒通入量比例为1:6:3，上部副燃烧室2、中部主燃烧室3和下部副燃烧室4的空气通入量比例为3:6:1，优选地，固体燃料颗粒的比例和空气通入量的比例均可在0.5～1之间进行调节，需要说明的是，各燃烧室固体燃料颗粒通入量的比例和空气通入量的比例并不限于上述比例；

S2，带有固体燃料颗粒的空气经环形螺旋通道5分别进入上部副燃烧室2、中部主燃烧室3和下部副燃烧室4形成燃料气流，燃料气流沿螺旋状导流槽6形成旋流开始燃烧；

S3，上部副燃烧室2的燃料气流和下部副燃烧室4的燃料气流均沿螺旋状导流槽6向中部主燃烧室3冲击，同时上部副燃烧室2和下部副燃烧室4形成的还原性气体对中部主燃烧室3燃烧产生的氮氧化物进行还原；

S4，燃烧完成后，燃料气流燃烧所形成的烟气由旋风筒体1上端排出，同时产生的液渣由液态渣收集箱7收集。

综上所述，本发明的旋风分级燃烧器，通过燃料和空气复合分级燃烧的方式，有效地降低了热力型氮氧化物的生成。由于上部副燃烧室2和下部副燃烧室4的筒体的直径均小于中部主燃烧室3的筒体的直径，在上副燃烧室和下部副燃烧室4产生的气流会对中部主燃烧室3产生扰动冲击，且上副燃烧室和下部副燃烧室4产生的还原性气体会对中部主燃烧室3燃烧产生氮氧化物进行还原，降低了中部主燃烧室3产生的氮氧化物。设有环形导流槽准确的引导了燃烧气流的流向轨迹，减少了旋流的轴向速度，提高了反应时间，固体燃料颗粒燃烧更加充分。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。