一种可调控的旋流煤粉燃烧器的制作方法

本发明属于锅炉燃烧技术领域，特别是涉及一种可调控的旋流煤粉燃烧器。

背景技术：

旋流燃烧器依靠二次风旋转，形成高温回流区作为稳定的热源,使煤粉气流及时着火并稳定燃烧。为了降低氮氧化物排放，在炉膛内采用空气分级燃烧技术，约40%的二次风被用作燃尽风由炉膛上部某位置喷入炉膛内，这样旋流燃烧器二次风的旋转能力大幅削弱，难以形成大小合适高温回流区。为形成高温回流区以满足稳定燃烧的需要，现有旋流燃烧器通常采用三种方法：(1) 一次风采用旋转方式；(2) 在一次风通道内安装煤粉浓缩装置；(3) 二次风喷口采用梯级布置的方式。前两种方法在国内外许多旋流燃烧器上得到应用，如双蜗壳型旋流燃烧器、强化点火双调风燃烧器、EI-XCl (Enhanced Ignition-Axial Control Low-NO_x）型双调风旋流式煤粉燃烧器和LNASB（Low NO_x Axial Swirl Burner）型旋流燃烧器等，取得了良好的效果，但是由于燃烧组织方式的问题，在实际应用中仍存在氮氧化物排放量偏高、一次风喷口和/或二次风喷口烧坏的问题。第三种方法采用梯级布置的二次风喷口结构，通过内二次风和外二次风旋转对一次风逐级引射的方式形成中心回流区。这种方法会导致两个问题：（1）一次风煤粉在一次风喷口处过早与二次风混合（或者一次风煤粉被二次风引射到二次风流动区域），削弱了燃料浓淡分级燃烧效果；（2）梯级布置的二次风喷口结构，使二次风过早参与到煤粉燃烧，削弱了空气分级燃烧效果。这两个问题都不利于抑制氮氧化物生成，限制了旋流燃烧器氮氧化物脱除能力的提升。因此，当前这三种方法均限制了旋流燃烧器进一步降低氮氧化物排放的能力的提升。

为了解决上述问题，中国专利公开号：CN105737125A，公开了一种强化浓缩型旋流煤粉燃烧器，其主要是通过在一次风通道出口端设置带有一级或多级锥形缩口的一次风喷口、在一次风通道内设置有锥形煤粉浓缩器和浓煤粉气流分离管以实现强化煤粉浓缩效果，实现分级燃烧，达到降低氮氧化物排放目的，具有进步性。然而一次风喷口和煤粉浓缩器又是固定无法移动的，其和目前常用的旋流煤粉燃烧器主要由如下缺点：

首先，煤粉浓缩装置一般固定在一次风通道内，在实际运行中无法调整其位置。煤粉浓缩装置在一次风通道内位置对出口煤粉浓缩效果有较大影响。煤粉浓缩装置位置距一次风通道出口过近，就会强化煤粉浓缩效果，有利于煤粉着火，但容易导致煤粉着火点过于贴近燃烧器喷口，很可能烧坏燃烧器喷口和煤粉浓缩装置。煤粉浓缩装置位置距一次风通道出口过远，就会削弱煤粉浓缩效果，影响浓淡煤粉分级燃烧，从而不利于抑制氮氧化物的生成。

其次，一次风喷口是控制煤粉气流与二次风气流混合的关键部件，目前的一次风喷口也是固定形式设置的，在实际运行过程中无法调整其位置，这样就可能导致两个问题：一是煤粉气流与二次风气流过早混合，导致氮氧化物大量生成；二是煤粉气流与二次风气流混合过晚，导致燃烧不稳定。

第三，目前旋流燃烧器的旋流器一般设置为可以调整叶片倾斜角度的切向叶片或者轴向叶片，由于缺乏对旋流煤粉燃烧器着火和燃烧状况的监视，在实际运行中无法根据负荷变化、煤质的变化、风量变化以及炉内压力波动对旋流器叶片角度进行调整。因此，目前的旋流器没有起到根据燃烧状况进行调整叶片倾斜角度的作用，导致燃烧不稳定、燃烧喷口烧坏及喷口结焦问题的发生。

最后，由于缺乏对旋流煤粉燃烧器着火和燃烧状况的监视，同时对旋流煤粉燃烧器着火和燃烧性能调整手段偏少。针对非正常燃烧状况，无法及时发现和调整，导致目前旋流煤粉燃烧器经常发生烧坏或者结焦，严重影响锅炉的安全运行。

因此，如何解决现有旋流煤粉燃烧器燃烧不稳定、煤种适应性差、氮氧化物排放较高、喷口结焦及烧坏已成为迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可调控的旋流煤粉燃烧器，实现了对旋流煤粉燃烧器着火和燃烧状况的监视，具有多种燃烧调整手段，能够满足在锅炉负荷变化、煤质变化、风量变化和燃烧器内压力波动时仍能保证燃烧稳定性、煤种适应性广和低氮氧化物排放的要求；同时有效减少了燃烧器喷口结焦和烧坏事故发生的概率。本发明为解决上述问题所采取的技术方案是：一种可调控的旋流煤粉燃烧器，包括从内向外依次同轴设置的一次风通道、内二次风通道、外二次风通道，在内二次风通道内设有内二次风旋流器，在外二次风通道内设有外二次风旋流器；在内二次风通道的出口端设有内二次风喷口，在外二次风通道的出口端设有外二次风喷口，所述内二次风喷口和外二次风喷口均为锥形扩口型，内二次风喷口和外二次风喷口的内径沿一次风气流方向均逐渐变大，在一次风通道内设有与一次风通道内壁密封滑动连接的一次风喷口，所述一次风喷口为中空套筒；在一次风喷口后端固定有水平设置的第一拉杆，所述第一拉杆的后端伸出一次风通道外且与一次风通道密封滑动连接，在一次风喷口前端固定有第一温度传感器，在内二次风喷口和/或外二次风喷口前端固定有第二温度传感器；在一次风通道外设有第一液压缸、液压站，所述第一液压缸的活塞杆与第一拉杆的后端固定连接，所述液压站根据第一温度传感器和第二温度传感器的温度信号控制第一液压缸的活塞杆的前后移动。

优选的，所述内二次风旋流器和外二次风旋流器均为旋流叶片倾斜角度可调型的旋流器，旋流器的旋流叶片倾斜角度控制器与第一温度传感器和第二温度传感器电连接，所述旋流叶片倾斜角度控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器的温度信号对旋流叶片倾斜角度进行调节。

优选的，在一次风喷口内设有与一次风喷口内壁滑动连接的第一煤粉浓缩器，在第一煤粉浓缩器后端固定有水平设置的第二拉杆，所述第二拉杆的后端伸出一次风通道外且与一次风通道密封滑动连接，在第一煤粉浓缩器前端固定有第三温度传感器；在一次风通道外设有第二液压缸，所述第二液压缸的活塞杆与第二拉杆的后端固定连接，所述液压站根据第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器的温度信号控制第二液压缸的活塞杆的前后移动。

优选的，所述第一煤粉浓缩器包括第一中心轴，所述第一中心轴的左端通过多根钢筋固定有滑环，所述滑环与一次风喷口内壁滑动连接，第二拉杆同轴固定在第一中心轴的左端；沿第一中心轴的周向均匀设有多个第一支撑板，第一支撑板所在平面与第一中心轴的轴线平行，所述第一支撑板的外边缘到第一中心轴的距离沿一次风气流方向逐级变小，在第一支撑板的外边缘上沿一次风气流方向依次固定有一级或多级锥形缩口，所述一级或多级锥形缩口的内径沿一次风气流方向逐级变小，所述一级或多级锥形缩口的最大内径小于一次风喷口的内径。

优选的，在一次风喷口的右端连接有第二煤粉浓缩器，所述第二煤粉浓缩器包括第二中心轴，所述第二中心轴的左端通过多根钢筋固定在一次风喷口的右端；沿第二中心轴的周向均匀设有多个第二支撑板，第二支撑板所在平面与第二中心轴的轴线平行，所述第二支撑板的外边缘到第二中心轴的距离沿一次风气流方向逐级变小，在第二支撑板的外边缘上沿一次风气流方向依次固定有一级或多级锥形缩口，所述一级或多级锥形缩口的内径沿一次风气流方向逐级变小，所述一级或多级锥形缩口的最大内径小于一次风喷口的内径。

优选的，在一次风喷口的右端连接有第二煤粉浓缩器，所述第二煤粉浓缩器包括第二中心轴，所述第二中心轴的左端通过多根钢筋固定在一次风喷口的右端；沿第二中心轴的周向均匀设有多个第二支撑板，第二支撑板所在平面与第二中心轴的轴线平行，所述第二支撑板的外边缘到第二中心轴的距离沿一次风气流方向逐级变小，在第二支撑板的外边缘上沿一次风气流方向依次固定有一级或多级锥形缩口，所述一级或多级锥形缩口的内径沿一次风气流方向逐级变小，所述一级或多级锥形缩口的最大内径小于一次风喷口的内径。

本发明所具有的有益效果为：

（1）首先液压站根据第一温度传感器和第二温度传感器实时监测一次风喷口前端和内二次风喷口内的温度信息控制第一液压缸的活塞杆沿着前后方向移动从而带动一次风喷口沿前后方向伸缩，以控制一次风通道内的煤粉气流与二次风气流的混合时机，实现空气分级燃烧，从而保证煤粉适时着火，抑制氮氧化物的生成，同时也避免了燃烧器烧坏和喷口结焦现象的发生。

（2）进一步，旋流叶片倾斜角度控制器根据第一温度传感器和第二温度传感器实时监测一次风喷口前端和内二次风喷口内的温度信息对旋流叶片倾斜角度的大小进行调控，调整回流区尺寸的大小，从而保证煤粉适时着火，抑制氮氧化物的生成，同时也避免了燃烧器烧坏和喷口结焦现象的发生。

（3）进一步，在一次风喷口内设有与一次风喷口内壁滑动连接的第一煤粉浓缩器，液压站根据第一温度传感器和第二温度传感器实时监测一次风喷口前端和内二次风喷口内的温度信息控制第二液压缸的活塞杆沿着前后方向移动从而带动第一煤粉浓缩器沿前后方向移动，进一步控制一次风通道出口的煤粉气流的煤粉浓缩效果，实现煤粉浓淡分级燃烧，从而保证煤粉适时着火，抑制氮氧化物的生成，同时也避免了燃烧器烧坏和喷口结焦现象的发生。

（4）进一步，在一次风喷口的右端连接有第二煤粉浓缩器，以进一步增加上述调控方式中一次风喷口右端对煤粉浓缩效果和一次风煤粉气流与二次风气流的混合时机，强化煤粉浓淡分级燃烧和空气分级燃烧，进一步抑制氮氧化物的生成。

同时，也可以采取一次风喷口前后位置的调控、旋流叶片倾斜角度的调控、第一煤粉浓缩器的位置调控及第二煤粉浓缩器的设置中的一种或两种以上方式进行调控，以便进一步控制了一次风通道内的煤粉气流与二次风气流的混合时机、回流区尺寸大小和煤粉浓缩效果，从而保证煤粉适时着火，抑制氮氧化合物的生成，同时也避免了燃烧器烧坏和喷口结焦现象的发生。

附图说明

图1为实施例1和实施例2中旋流煤粉燃烧器的结构示意图；

图2为实施例3中旋流煤粉燃烧器的结构示意图；

图3为煤粉浓缩器的结构示意图；

图4为实施例4中旋流煤粉燃烧器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

实施例1：

如图1所示，本发明包括从内向外依次同轴设置的一次风通道3、内二次风通道9、外二次风通道7，在内二次风通道9内设有内二次风旋流器5，在外二次风通道7内设有外二次风旋流器6；在内二次风通道9的出口端设有内二次风喷口10，在外二次风通道7的出口端设有外二次风喷口11，所述内二次风喷口10和外二次风喷口11均为锥形扩口型，内二次风喷口10和外二次风喷口11的内径沿一次风气流A运动方向均逐渐变大；在一次风通道3内设有与一次风通道3内壁密封滑动连接的一次风喷口4，所述一次风喷口4为中空套筒；在一次风喷口4后端固定有水平设置的第一拉杆2，为了保证一次风喷口4受力均匀上下对称设置两个第一拉杆2，所述第一拉杆2的后端伸出一次风通道3外且与一次风通道3密封滑动连接，在一次风喷口4前端固定有第一温度传感器8，在内二次风喷口10或外二次风喷口11前端固定有第二温度传感器12；在一次风通道3外设有第一液压缸1和用于控制第一液压缸1的液压站，所述第一液压缸1的活塞杆与第一拉杆2的后端固定连接，所述液压站根据第一温度传感器8和第二温度传感器12的温度信号控制第一液压缸1的活塞杆的前后移动。

当煤粉着火燃烧后，第一温度传感器8和第二温度传感器12实时监测一次风喷口4前端和内二次风喷口10内的温度并将温度信息传输给液压站，当一次风喷口4前端和内二次风喷口10内的温度出现异常时，液压站控制第一液压缸1的活塞杆沿着前后方向移动从而带动一次风喷口4沿前后方向移动进行调整。当第一温度传感器8和第二温度传感器12监测的温度过低时，不利于煤粉气流适时着火，可以通过液压缸1控制一次风喷口4向后方向移动，使一次风通道3内的煤粉气流A与内二次风气流B、外二次风气流C提前混合，从而使回流区变大，保证煤粉适时着火稳定燃烧。当第一温度传感器8和第二温度传感器12监测温度过高时，容易导致燃烧器喷口结焦或者烧坏，可以通过液压缸1控制一次风喷口4向前方向移动，使一次风通道3内的煤粉气流A与内二次风气流B、外二次风气流C推迟混合，从而使回流区变小，使煤粉着火点远离燃烧器喷口以保护燃烧器喷口不被烧坏或者结焦；同时，煤粉气流A与内二次风气流B、外二次风气流C的推迟也有利于抑制氮氧化物的生成。通过上述方式从而控制一次风通道3内的煤粉与内二次风气流B、外二次风气流C的混合时机，保证煤粉适时着火，抑制氮氧化物的生成，也避免内二次风喷口10和外二次风喷口11烧焦现象的发生。

实施例2：

如图1所示，在实施例1结构的基础上将内二次风旋流器5和外二次风旋流器6均选为旋流叶片倾斜角度可调型的旋流器，其内部包括旋流叶片倾斜角度控制器，所述旋流叶片倾斜角度控制器与第一温度传感器8和第二温度传感器12电连接，所述旋流叶片倾斜角度控制器根据第一温度传感器8和第二温度传感器12的温度信号对旋流叶片倾斜角度进行调节。

当煤粉着火燃烧后，第一温度传感器8和第二温度传感器12实时监测一次风喷口4前端和内二次风喷口10内的温度并将温度信息传输给旋流叶片倾斜角度控制器，当一次风喷口4前端和内二次风喷口10内的温度出现异常时，旋流叶片倾斜角度控制器通过改变旋流叶片倾斜角度的大小进行调整。当第一温度传感器8和第二温度传感器10监测温度过低时，表明煤粉着火推迟或者燃烧不稳定，可以通过旋流叶片倾斜角度控制器控制内二次风旋流器5和外二次风旋流器6的旋流叶片倾斜角度变小，使内二次风气流B、外二次风气流C旋流强度变大，从而使回流区尺寸变大，保证煤粉适时着火稳定燃烧，同时也有利于抑制氮氧化物的生成。当第一温度传感器8和第二温度传感器12监测温度过高时，容易导致燃烧器喷口结焦或者烧坏。可以通过旋流叶片倾斜角度控制器控制内二次风旋流器5和外二次风旋流器6旋流叶片倾斜角度变大，使内二次风气流B、外二次风气流C旋流强度变小，从而使回流区尺寸变小，从而使着火位置远离燃烧器喷口，防止燃烧器喷口烧坏或者结焦。通过上述方式通过控制内二次风气流B、外二次风气流C旋流强度改变回流区尺寸的大小，保证煤粉适时着火，抑制氮氧化物的生成，也避免内二次风喷口10和外二次风喷口11烧焦现象的发生。

当然，也可以采取一次风喷口4前后位置的调控和旋流叶片倾斜角度的调控中的一种或两种方式进行调控。

实施例3：

如图2和图3所示，在实施例1或实施例2结构的基础上在一次风喷口4内设有与一次风喷口4内壁滑动连接的第一煤粉浓缩器，在第一煤粉浓缩器后端固定有水平设置的第二拉杆18，所述第二拉杆18的后端伸出一次风通道3外且与一次风通道3密封滑动连接，在第一煤粉浓缩器前端固定有第三温度传感器24；在一次风通道3外设有第二液压缸19，所述第二液压缸19的活塞杆与第二拉杆18的后端固定连接，所述液压站根据第一温度传感器8、第二温度传感器12和第三温度传感器24的温度信号控制第二液压缸19的活塞杆的前后移动。

其中，所述第一煤粉浓缩器包括第一中心轴17，所述第一中心轴17的左端通过多根钢筋16固定有滑环13，所述滑环13与一次风喷口4内壁滑动连接，第二拉杆18同轴固定在第一中心轴17的左端；沿第一中心轴17的周向均匀设有多个第一支撑板20，第一支撑板20所在平面与第一中心轴17的轴线平行，所述第一支撑板20的外边缘到第一中心轴17的距离沿一次风气流A方向逐级变小，在第一支撑板20的外边缘上沿一次风气流A方向依次固定有一级或多级锥形缩口15，所述一级或多级锥形缩口15的内径沿一次风气流A方向逐级变小，所述一级或多级锥形缩口15的最大内径小于一次风喷口4的内径。

当煤粉着火燃烧后，第一温度传感器8、第二温度传感器12和第三温度传感器24实时监测一次风喷口4前端、内二次风喷口10内和第一煤粉浓缩器的温度信息并将温度信息传输给液压站，当一次风喷口4前端、内二次风喷口10内和第一煤粉浓缩器的温度出现异常时，液压站控制第二液压缸19的活塞杆沿着前后方向移动从而带动第一煤粉浓缩器沿前后方向移动进行调整。当一次风喷口4前端、内二次风喷口10内和第一煤粉浓缩器的温度过低时，表明煤粉着火过晚或者燃烧不稳定，可以通过液压缸19控制第一煤粉浓缩器向前方向移动，以强化煤粉浓缩效果，使大部分煤粉气流进入高温低氧气浓度的中心回流区，保证煤粉适时着火稳定燃烧，同时实现燃料浓淡分级燃烧，达到降低氮氧化物的目的。当一次风喷口4前端、内二次风喷口10内和第一煤粉浓缩器的温度超过煤粉浓缩器和喷口材料耐热温度时，容易导致煤粉浓缩器和燃烧器喷口烧坏。可以通过液压缸19控制第一煤粉浓缩器向后方向移动，以改善煤粉浓缩效果，从而使着火位置远离燃烧器喷口，防止煤粉浓缩器和燃烧器喷口烧坏。通过上述方式从而控制煤粉气流浓缩效果，保证煤粉适时着火稳定燃烧，防止煤粉浓缩器和燃烧器喷口烧坏，同时实现燃料浓淡分级燃烧，达到降低氮氧化物的目的

当然，也可以采取一次风喷口4前后位置的调控、旋流叶片倾斜角度的调控及第一煤粉浓缩器的位置的调控中的一种或两种以上方式进行调控。

实施例4：

如图4所示，在实施例3结构的基础上在一次风喷口4的右端连接有第二煤粉浓缩器，所述第二煤粉浓缩器的结构与第一煤粉浓缩器的结构相同，所述第二煤粉浓缩器包括第二中心轴22，所述第二中心轴22的左端通过多根钢筋23固定在一次风喷口4的右端；沿第二中心轴22的周向均匀设有多个第二支撑板，第二支撑板所在平面与第二中心轴22的轴线平行，所述第二支撑板的外边缘到第二中心轴22的距离沿一次风气流A方向逐级变小，在第二支撑板的外边缘上沿一次风气流A方向依次固定有一级或多级锥形缩口21，所述一级或多级锥形缩口21的内径沿一次风气流A方向逐级变小，所述一级或多级锥形缩口21的最大内径小于一次风喷口4的内径，此时最好将第一温度传感器8也可以固定在第二煤粉浓缩器的前端。

第二煤粉浓缩器进一步增强了一次风喷口4出口处的煤粉浓缩效果，当煤粉着火燃烧后，第一温度传感器8和第二温度传感器12实时监测第二煤粉浓缩器前端和内二次风喷口10内的温度并将温度信息传输给液压站，当第二煤粉浓缩器前端和内二次风喷口10内的温度出现异常时，液压站通过控制第一液压缸1的活塞杆带动一次风喷口4和第二煤粉浓缩环沿前后方向移动进行调整。当第一温度传感器8和第二温度传感器12监测的温度过低时，表明煤粉着火过晚或者燃烧不稳定，可以通过液压缸19控制第一煤粉浓缩器向前方向移动，以强化煤粉浓缩效果，使大部分煤粉气流进入高温低氧气浓度的中心回流区，保证煤粉适时着火稳定燃烧，同时实现燃料浓淡分级燃烧和空气分级燃烧，达到降低氮氧化物的目的。当第一温度传感器8和第二温度传感器12监测的温度超过煤粉浓缩器和喷口材料耐热温度时，容易导致煤粉浓缩器和燃烧器喷口烧坏。可以通过液压缸19控制第一煤粉浓缩器向后方向移动，以改善煤粉浓缩效果，从而使着火位置远离燃烧器喷口，防止煤粉浓缩器和燃烧器喷口烧坏。通过上述方式从而控制煤粉气流浓缩效果，保证煤粉适时着火稳定燃烧，防止煤粉浓缩器和燃烧器喷口烧坏，同时实现燃料浓淡分级燃烧和空气分级燃烧，达到降低氮氧化物的目的

也就是说在采取一次风喷口4前后位置的调控、旋流叶片倾斜角度的调控及第一煤粉浓缩器的位置的调控中的一种或两种以上方式进行调控的基础上再在一次风喷口4的右端连接第二煤粉浓缩器，以进一步增加上述调控方式中一次风喷口4右端对煤粉浓缩效果和空气分级燃烧。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “前”、“后”、“左”、“右”、 “水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。

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，但这些修改或者替换，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。