本发明属于热能与动力工程领域，涉及一种低负荷稳燃的超低nox燃烧系统及其燃烧器。
背景技术：
虽然新能源的研究和发展速度逐渐加快，但目前我国的能源结构仍以煤炭为主体，其燃烧产生的氮氧化物、硫氧化物和粉尘等污染物对人们的身体健康和生活环境造成了严重影响，由此引起的污染问题已经受到人们的重视。
氮氧化物是主要的大气污染物之一，主要是指no和no2，而煤粉在高温下燃烧产生的氮氧化物大部分为no。大气中的氮氧化物是形成光化学烟雾的主要因素，而且也是pm2.5粒子的主要来源，形成全国范围的雾霾的主要因素之一。此外氮氧化物遇水会转化为硝酸或亚硝酸，形成酸雨，腐蚀建筑物等而且会危害人体健康。因此nox等污染物的排放标准逐年严格。目前氮氧化物的控制方法主要有烟气脱硝和燃烧脱硝两大类。常用的烟气脱硝方法主要包括选择性催化还原法和选择性非催化还原法。燃烧脱硝技术则包括低nox燃烧器、生物质或淤泥燃烧、空气分级燃烧和烟气再循环等方法。
燃烧器是锅炉的主要设备，如何提高低负荷煤粉燃烧的稳定性，同时降低nox的排放是煤粉燃烧装置研究的重点。分相燃烧是一种实现煤粉超低氮燃烧的关键技术。其原理是通过空气深度分级，实现挥发份n和焦炭n的分相燃烧。通常通过预燃室型燃烧器，分别实现挥发份在预燃室内、焦炭在炉膛内低温贫氧燃烧。既减少了燃料型nox的生成，又减少热力型nox的生成，进而实现煤粉的超低氮燃烧。但是，现有带预燃室型燃烧器在低负荷时，风量和粉量并不是线性匹配，导致一次风风量减小时，煤粉浓度减小过多，非炉前送粉时甚至出现管道沉粉现象，严重影响煤粉；预燃室内壁和出口易结渣，且带预燃室燃烧器中心风通道易积粉，点火枪易堵塞；锅炉低负荷运行期间，炉膛过冷度大，再循环烟气温度过低，不利于减少nox产生且影响预燃室内煤粉燃烧；对于带预燃室燃烧系统，除一次风外，各次风均来自空预器后热风，由同一个鼓风机送风，导致各次风串风严重，相互间影响较大。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种低负荷稳燃的超低nox燃烧系统及其燃烧器，结构简单，设计合理，能够降低氮氧化物，实现燃料充分燃烧及污染物低排放。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种低负荷稳燃的超低nox燃烧器，包括预燃室，预燃室的入口一侧依次由内向外同轴套设的中心风通道、一次风通道、直流风通道和内二次风通道，以及预燃室外部壳体上设置外二次风通道；
所述中心风通道中心装有油气两用点火枪，油气两用点火枪能够伸缩的设置在中心风通道外的高能点火装置上，伸缩端伸出至预燃室或炉膛内；预燃室的侧壁上开设有若干与外二次风通道连通的外二次风出口，二次风通道上超出预燃室壳体的部分设置若干周界风喷口；直流风通道设置烟气和热空气切换三通，一端连接直流风通道，另一端用于接入天然气或烟气，第三端作为直流风通道的入口。
优选的，所述一次风通道内侧设置有可伸缩套筒，可伸缩套筒沿一次风通道通道内壁滑动伸缩。
优选的，所述的内二次风通道内部装有至少三个呈均匀分布的弧形旋流叶片。
优选的，所述一次风通道的出口处依次浓淡环和稳焰齿；浓淡环上均匀设置有至少三个开口。
优选的，一次风通道一侧设置有一次风入口，并设置烟气旁路；内二次风通道与直流风通道共用入口，入口处由挡板分割；一次风入口、直流风通道与内二次风通道入口处各设有一个蝶阀，通过调节蝶阀开度调节内二次风和外二次风的比例。
优选的，所述外二次风出口为倾斜的弧形口，与预燃室壁面夹角为锐角；外二次风出口内设置有能够沿开口方向滑动的可调节阀门。
优选的，所述周界风喷口包括沿外二次风通道径向向上开口的外二次风上喷口，在外二次风通道末端开口设置的外二次风下喷口，以及分别设置在外二次风上喷口和外二次风下喷口上的翻板阀。
一种低负荷稳燃的超低nox燃烧系统，包括上述任意一项所述的燃烧器，燃烧器前端连接的燃料仓，燃烧器后端依次连接的锅炉和空气预热器；燃料仓采用可变径管道与一次风通道连通；空气预热器的预热输出端分为三部分，预热后的三股热风气流由引风机分别引入燃烧器内，与直流风通道、内二次风通道和外二次风通道连接。
进一步，所述锅炉的烟气经管路再循环代替热风接入燃烧器；空气预热器的预热输出端经ofa管路接入到锅炉炉膛中。
进一步，预热后的三股热风气流分别通过直流风管道、内二次风管道和外二次风管道由引风机分别引入燃烧器内；直流风管道上设置第一控制阀和直流风阀；内二次风管道连接在第一控制阀和直流风阀之间的直流风管道上，内二次风管道上依次设置第二控制阀和内二次风阀；外二次风管道连接在第二控制阀和内二次风阀之间的内二次风管道上，外二次风管道上设置有外二次风阀。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过在中心风通道中央设置油气两用点火枪，起到暖炉和点燃的作用；直流风通道设置烟气和热空气切换三通，采用烟气再循环或通入天然气，降低nox，在低负荷时通入热风，使燃烧更稳定；燃料中的氮有机化合物受热首先热解为氰化氢(hcn)，氨(nh3)和cn等中间产物，这些中间产物在少量氧气条件下可以与氧气反应生成n2，从而达到降低燃料型nox生成的效果，有效降nox的排放。通过超出预燃室壳体的二次风喷口起到助燃并使得燃料完全燃烧的作用，氰化氢等中间产物在低氧环境下进行燃烧，不仅降低了火焰温度，而且在氧气不充足条件下氰化氢等会优先与氧气反应生成h2o，n2和co2，有效降低了热力型nox和燃料型nox的排放。
进一步的，通过一次风通道内层设置的可伸缩套筒，可在低负荷下沿内壁滑动伸缩，减小一次风通道面积，提高一次风携粉能力，防止一次风通道积粉导致浓稀相喘烧。
进一步的，燃料经过均匀设置有开口的浓淡环增加了浓度，在预燃室中，燃料与直流风通道进入的天然气快速热解燃烧，且在低负荷时可通入热风稳定燃烧。
进一步的，通过在内二次风通道内均匀设置多个旋流叶片，能够产生旋流二次风，回流足够的高温烟气，保证稳定燃烧；外二次风喷口存在可调节阀门，低负荷时，可以保证流速，减少空气量；同时，外二次风喷口呈圆弧状，并以一定角度布置，在预燃室出口形成交错假想切圆，回流高温烟气，保证稳定燃烧。内外二次风分级布置，实现预燃室内低温贫氧燃烧，减小nox产生。
进一步的，通过由开口得到的二次风喷口避免了积灰结渣，以及通过翻板阀对每个开口的进风进行灵活控制。
本发明所述系统在改变负荷运行时，煤粉仓可以合理利用变径管道来控制输送的燃料量，空气预热器出口热风分为三部分，即直流风、内二次风、外二次风三部分，由鼓风机送入燃烧器中，并将锅炉烟气再循环接入燃烧器中，实现烟气再循环和低负荷稳燃。
进一步的，经引风机引入三股气流的管道为分流式设计，实现三股热风的单独可调。燃烧器下部增设托底风，促进燃烧器下部炉膛区域煤粉燃尽。
附图说明
图1是本发明所述燃烧器的整体结构示意图。
图2是本发明的二次风通道旋流叶片图。
图3是本发明的浓缩环结构图。
图4是本发明的外二次风喷口结构图。
图5是本发明的外二次风出口结构图。
图6是本发明所述系统的整体结构示意图。
图7是本发明燃烧器进风管道的结构示意图。
图中：1、高能点火装置；2、油气两用点火枪；3、可伸缩套筒；4、中心风通道；5、一次风通道；6、一次风入口；7、烟气和热空气切换三通；8、蝶阀；9、直流风通道；10、内二次风通道；11、旋流叶片；12、浓淡环；13、稳焰齿；14、外二次风通道；15、可伸缩阀门；16、外二次风出口；17、周界风喷口；18、预燃室；19、引风机；20、开口；21、外二次风上喷口；22、外二次风下喷口；23、翻板阀；24、燃料仓；25、燃烧器；26、π型炉；27、空气预热器。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种低负荷稳燃的超低nox燃烧器，包括预燃室18，预燃室18的入口一侧设置中心风通道4、一次风通道5、直流风通道9和内二次风通道10，以及预燃室18外壳上设置的外二次风通道14。通过中心风通道4中心装有油气两用点火枪2，油气两用点火枪2一侧为高能点火装置1；油气两用点火枪2可以由高能点火装置1的末端伸出，并由前端伸出至预燃室18或炉膛内，实现暖炉和高效点火；预燃室18的侧壁上开设有若干外二次风出口16，预燃室18壳体外侧设置若干周界风喷口17；一次风由一次风通道5的一次风入口6进入，并设置烟气旁路，实现一次风风温可调；直流风通道9设置烟气和热空气切换三通7，与内二次风通道10共用入口，由挡板分隔开，实现低负荷热空气稳燃，高负荷烟气再循环，降低nox；外二次风出口16存在可调节阀门，可以保证流速，减少空气量。
本发明通过采用对油气两用点火枪2，一次风通道5，浓淡环12，直流风通道9，内、外二次风出口结构及外二次风喷口结构，及燃料仓管道等的改进，得到所述的一种低负荷稳燃的超低nox燃烧器，如图1所示，其包括预燃室18，预燃室18的入口一侧依次由内向外同轴套设有中心风通道4、一次风通道5、直流风通道9和内二次风通道10，预燃室18外部壳体上设置外二次风通道14。中心风通道4中心装有油气两用点火枪2，油气两用点火枪2一侧为高能点火装置1；油气两用点火枪2由高能点火装置1的末端伸出，并由前端伸出至预燃室18或炉膛内；预燃室18的侧壁上开设有若干与外二次风通道14连通的外二次风出口16，预燃室18壳体外侧设置若干周界风喷口17；一次风由一次风入口6进入；直流风通道9设置烟气和热空气切换三通7，与内二次风通道10共用入口，由挡板分割开。
所述一次风通道5存在可伸缩套筒3，该筒状结构紧贴通道内壁，可在低负荷一次风量小时，将沉积在筒壁上的燃料送入预燃室18。
所述油气两用点火枪2的末端连接高能点火装置1，可将油气两用点火枪2送至炉膛进行暖炉工作，也可将油气两用点火枪2收缩于高能点火装置1内。油气两用点火枪2安装在中心风通道4中央，点火时伸入预燃室18，完成点火动作。
如图2所示，内二次风通道10内部装有至少3个均匀分布的弧形旋流叶片11；本优选实例以8个为例进行说明。
所述一次风通道5的出口处设置用于提高燃料燃烧的稳定性的浓淡环12和稳焰齿13。如图3所示，浓淡环12采用最新设计的结构，至少设置有三个开口，本优选实例上，环上共有四个开口20，起到对燃料浓缩加压的作用。
所述一次风通道5可以通入煤粉，也可通入生物质燃料或粉状淤泥，或者是任意两个或三个的混合料粉。
所述一次风入口6、直流风通道9与内二次风通道10入口处各有一个蝶阀8，通过调节阀门开度可以调节内二次风和外二次风的比例。
所述直流风通道9设置烟气和热空气切换三通7，采用烟气再循环，可通入热风和天然气，可降低nox，在低负荷时通入热风，使燃烧更稳定。
所述预燃室18上开有若干外二次风出口16，所述外二次风出口16为倾斜的弧形口，与预燃室18壁面夹角呈锐角，优选的为60°；且存在可调节阀门15，如图5所示，用来调节外二次风量的大小，在保证二次风流速的同时减少空气量。
所述周界风喷口17为特殊结构，如图4所示，分为外二次风上喷口21和外二次风下喷口22，喷口翻板阀23，可以调节上下喷口二次风比例，使外二次风充分发挥作用，达到燃料助燃及燃尽的效果。
本发明一种低负荷稳燃的超低nox燃烧系统中，燃烧器25前端连接的燃料仓24采用可变径管道与一次风通道5连通；燃烧器25后端依次连接的锅炉和空气预热器27，本优选实例中的锅炉采用π型炉26；空气预热器27的预热输出端能够由隔板分为三部分，或者采用分流式设置；预热后的三股热风气流由引风机19分别引入燃烧器25内，与直流风通道9、内二次风通道10和外二次风通道14连接。
如图7所示，燃烧器25的进风管道采用分流式设置，其包括分流设置的直流风管道、内二次风管道和外二次风管道。预热后的三股热风气流分别通过直流风管道、内二次风管道和外二次风管道由引风机19分别引入燃烧器25内；直流风管道上设置第一控制阀和直流风阀；内二次风管道连接在第一控制阀和直流风阀之间的直流风管道上，内二次风管道上依次设置第二控制阀和内二次风阀；外二次风管道连接在第二控制阀和内二次风阀之间的内二次风管道上，外二次风管道上设置有外二次风阀；从而实现了直流风、内二次风、外二次风的单独可调。
本发明一种低负荷稳燃的超低nox燃烧系统中，如图6所示，锅炉的烟气经管路再循环代替热风接入燃烧器25；空气预热器27的预热输出端经ofa管路接入到锅炉炉膛中，设置的ofa可使整个炉膛处于低温贫氧燃烧状态，降低nox。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离发明专利精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。