一种双调风强涡旋熔融燃烧器的制作方法

本发明涉及一种双调风强涡旋熔融燃烧器。

背景技术：

1. 随着经济的高速发展，对能源的需求也逐渐增加。我国煤炭资源十分丰富，在能源结构中占有重要地位。同时，我国生物质资源也十分丰富，并且生物质作为一种新型能源从理论上可以实现二氧化碳的零排放已引起中外学者的广泛关注。因此，高效合理得利用煤炭及生物质资源具有重要意义。

2. 由于燃烧温度与燃料灰熔点温度接近，燃料在燃烧过程中会产生结渣、沉积的风险。当渣块粘结在换热器表面影响其换热效率降低，且灰中的碱金属元素还会对换热管金属造成腐蚀，影响换热管的使用寿命。

3. 燃料在燃烧过程中生成NOx,排放到大气中的遇到碳氢化合物时，在太阳光中紫外线的作用下发生光化学反应，生成具有刺激性的浅蓝色烟雾，造成严重的光化学烟雾污染。此外，由氮氧化物生成的硝酸与硫氧化物生成的硫酸等一起将形成酸雨。对环境污染及人体健康的危害是极其严重的。

4. 抑制炉内 NOx形成的空气分级燃烧技术是根据在燃料在过量空气系数α<1的条件下燃烧，能有效降低炉膛出口 NOx排放量来设计的。将燃烧用的空气分两个段送入，使燃烧过程分成两个区域：即主燃区和燃尽区。在主燃区(α<1)，燃料在缺氧条件下燃烧，燃烧速度和燃烧温度降低，热力NOx的生成量减小。同时，燃料氮中释放的含氮中间产物HCN、NH3等会被还原成N2，因而降低NOx的生成。在燃尽区，燃料在富氧条件下燃烧。有一部分残留氮化合物氧化为NOx，但由于温度一般较低，NOx生成量也不大。所以，在空气分级燃烧条件下总的NOx生成量是降低的。但是，空气分级燃烧技术由于初期的燃烧过程受到抑制，炉膛出口烟气温度升高且不完全燃烧损失增加，尤其是当炉膛高度较小时更易出现。如果水冷壁附近生成还原性介质，水冷壁表面将出现高温腐蚀。

5. MILD 燃烧技术是近20年间被燃烧学界提出的一项新型燃烧技术。在MILD 燃烧方式下，高温烟气回流对燃料和氧气进行一定程度的稀释，燃烧反应扩散到炉膛内更广泛的空间，燃烧温度峰值被抑制，导致热力型NOx生成量显著减少。同时，高温烟气回流又会对反应物进行预热，达到燃料自燃点以上, 使燃料在低氧气氛下仍可保证稳定燃烧，这也使 MILD燃烧技术能够适用于劣质燃料。

技术实现要素：

利用涡旋燃烧和液态排渣的方式结合空分级燃烧以及MILD燃烧的思想，针对燃料（生物质颗粒、生物质粉以及煤粉）在燃烧过程中结渣问题以及NOx控制方面的问题，提出了一种双调风强涡旋熔融燃烧器，以克服燃烧过程中结渣问题以及降低NOx排放。

本发明采取的技术方案如下：

一种双调风强涡旋熔融燃烧器，该燃烧器由强涡旋熔融燃烧室（1）、双调风旋流发生装置（2）组成。强涡旋熔融燃烧室（1）包括，一次风进口（3）、二次风进口（4）、排渣口（5）、渐缩型过渡管（6）、补风口（14）以及圆柱形筒体（7）。双调风旋流发生装置（2）包括，内二次风管（8）、外二次风管（9）、内二次风旋流叶片（10）、外二次风旋流叶片（11）以及燃烧产物喷射管（12）。其中，燃烧产物喷射管（12）与渐缩型过渡管（6）相连，内二次风管（8）与燃烧产物喷射管（12）之间安装有内二次风旋流叶片（10）；外二次风管（9）位于内二次风管（8）外侧，且两者之间安装外二次风旋流叶片（11）。

为解决燃烧过程中结渣及高NOx排放问题，双调风强涡旋熔融燃烧器的使用方法为：①将空气预热到600℃及以上，由一次风高温气流携带着燃料与二次风高温空气强烈混合后在过量空气系数α为0.6~0.9的条件下燃烧，在强涡旋熔融燃烧室（1）中形成所谓的富燃料区，灰渣由排渣口（5）以液态形式排出；②在强涡旋熔融燃烧室（1）中未完全燃烧的燃料与产生的烟气通过燃烧产物喷射管（12）喷入炉膛，达到完全燃烧所需的剩余空气以及炉膛尾部烟气通过内二次风管（8）和外二次风管（9）送入炉膛，三者在炉膛中充分混合后，在过量空气系数α为1.05~1.2的条件下完全燃烧。控制该双调风强涡旋熔融燃烧器在运行过程中空气过量系数α为1.05~1.1。

本发明的有益效果在于：在强涡旋熔融燃烧室（1）中采用涡旋流动的方式增强燃料与空气的混合，并通过空气预热的方式提高理论燃烧温度，维持强涡旋熔融燃烧室（1）中温度在灰熔点温度以上，使得灰渣可以经排渣口（5）以液态形式排出，进而克服燃烧过程中结渣问题。同时，燃料在缺氧条件下燃烧，NOx的生成受到很大的抑制。在强涡旋熔融燃烧室（1）中产生的含有未完全燃烧的燃料与高温烟气通过双调风旋流发生装置（2）与空气和炉膛尾部烟气以旋流形式充分混合，降低了燃烧温度，增大了反应区域，将燃料燃尽的同时进一步抑制了热力型NOx的生成。

附图说明：

图1是双调风强涡旋熔融燃烧器的结构示意图，图2是强涡旋熔融燃烧室的侧视图。

附图标记：1强涡旋熔融燃烧室、2双调风旋流发生装置、3一次风进口、4二次风进口、5排渣口、6渐缩型过渡管、7圆柱形筒体、8内二次风管、9外二次风管、10内二次风旋流叶片、11外二次风旋流叶片、12 燃烧产物喷射管、13 炉膛、14补风口。

具体实施方式：

结合附图对本发明的实施例进行阐述。

提出了一种双调风强涡旋熔融燃烧器，该燃烧器由强涡旋熔融燃烧室（1）、双调风旋流发生装置（2）组成。强涡旋熔融燃烧室（1）包括，一次风进口（3）、二次风进口（4）、排渣口（5）、渐缩型过渡管（6）、补风口（14）以及圆柱形筒体（7）。双调风旋流发生装置（2）包括，内二次风管（8）、外二次风管（9）、内二次风旋流叶片（10）、外二次风旋流叶片（11）以及燃烧产物喷射管（12）。其燃烧产物喷射管（12）与渐缩型过渡管（6）相连，内二次风管（8）与燃烧产物喷射管（12）之间安装有内二次风旋流叶片（10）；外二次风管（9）位于内二次风管（8）外侧，且两者之间安装外二次风旋流叶片（11）。

将空气预热到600℃及以上时，一次风（约占进入强涡旋熔融燃烧室（1）中总空气量的25%）携带燃料通过一次风进口（3）进入强涡旋熔融燃烧室（1）中，二次风（约占进入强涡旋熔融燃烧室（1）中总空气量的75%）由二次风进口（4）进入强涡旋熔融燃烧室（1）中，强烈混合后在过量空气系数α为0.6~0.9的条件下燃烧。为增加熔融燃烧筒体中的尾部涡旋，部分预热空气可以由补风口（14）中进入。由于空气预热到600℃及以上,能够极大提高理论燃烧温度，运行过程中，强涡旋熔融燃烧室（1）中温度可达到1500℃以上，灰渣经排渣口（5）以液态形式排出。含有可燃成分的烟气依次经过渐缩型过渡管（6）和燃烧产物喷射管（12）进入炉膛（13）。

与烟气中可燃成分反应的剩余空气以及炉膛尾部烟气由内二次风管（8）和外二次风管（9）进入，经过内二次风旋流叶片（10）和外二次风旋流叶片（11）与在强涡旋熔融燃烧室（1）中产生的烟气在炉膛内形成强涡旋气流，在空气过量系数α为1.01~1.2的条件下将烟气中可燃成分完全反应。该双调风强涡旋熔融燃烧器在运行过程中空气过量系数α为1.05~1.1。