一种适用劣质煤的预燃多通道煤粉燃烧器

本发明涉及回转窑燃烧器，具体是一种适用劣质煤的预燃多通道煤粉燃烧器。

背景技术：

1、水泥生产行业属于高能耗高污染行业，每年会产生巨大的煤炭消耗。传统的水泥回转窑燃烧器主要燃用烟煤，然而烟煤由作为一种优质化工原材料，可用于炼焦、液化、气化等过程，以实现比作为燃料使用更高的经济价值。水泥生产过程中，燃料成本约占水泥生产总成本的35～40％，燃料价格将直接决定水泥生产成本。从合理利用能源、降低生产成本的角度出发，应当尽可能减少燃用烟煤的占比，通过使用无烟煤、贫煤等劣质煤作为替代，实现能源的高效利用，进而实现我国整体能源战略的优化。

2、然而，现有的回转窑燃烧器在燃用劣质煤时，由于燃料的挥发分含量较低，灰分较高，着火点高，往往会出现点火困难、燃烧不稳定、燃烧效率低、着火时间延迟等诸多问题。如何实现劣质煤的调控燃烧，仍是目前水泥回转窑窑燃烧器面临的难题。

3、目前已有一些技术提出通过预热解/气化的方式实现燃料的改质，从而改善燃烧器的点火和稳燃情况。例如申请号202022391970.2的专利，公开了一种超低负荷稳燃预热解燃烧器，其在一次风管和旋流内二次风的出风口处设有预热解室，通过给粉管道换向阀切换直流燃烧器和预热解旋流燃烧器的给粉，使煤粉在预热解旋流燃烧器的预燃室内进行低温热解，热解产物与外二次风混合，然后喷入锅炉炉膛，来实现稳定燃烧。但是，该煤粉预燃技术主要针对电站锅炉和工业锅炉燃烧器，其预燃室包含两扩张段，会形成较大的预燃室容积和较大的出口截面，预燃室长度过短，不利于水泥窑燃烧的组织，由于回转窑燃烧器推力大，风速快，同时煤粉量燃烧量大，若直接应用现有预燃腔结构，会导致煤粉停留时间过短、煤粉气化程度过低、预燃腔内热负荷过低等问题，同时会进一步降低混合气体的流速，使得预燃室出口气流速度与轴流风速差增大，回流区提前，改变窑内原有的流场和温度场。因此，水泥回转窑燃烧器的预燃室设计需要在实现高速煤粉预燃后的气流充分预热、保证预燃室和回转窑内流场组织不受影响的条件下，兼顾窑皮的形成位置、火焰刚度、火焰强度等因素。

4、申请号cn202222485656.x的专利公开了一种带预热室的循环流化床锅炉设备，其在主燃室前设置了一套循环流化床预热装置，通过将部分燃料预热至800-1000℃后喷入主燃室燃烧，实现燃料的改质，改善了燃烧的稳定性并降低原始nox排放。然而，该技术相对于原燃烧装置新增设备多，投资庞大，不适用于大量现有水泥回转窑系统的改造。

5、基于上述分析可知，现有的水泥回转窑燃烧器缺少在燃用劣质煤方面的设计改造，存在点火困难、着火延迟等问题，而现有工业锅炉预燃燃烧器结构不利于水泥回转窑火焰组织，亟需一种投资小、适合老线改造、适用于劣质煤的水泥回转窑燃烧器。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适用劣质煤的预燃多通道煤粉燃烧器，通过对预燃室进行合理改进，使煤粉在预燃腔内部分燃烧放热，在预燃腔内形成一个低氧区域，实现煤粉在进入炉膛前的预燃烧和气化，气化过程的产物相较于煤粉更易于着火和稳定燃烧，解决了燃用劣质煤存在的点火困难、燃烧不稳定、燃烧效率低等诸多问题难以问题。

2、本发明的技术方案是：

3、一种适用劣质煤的预燃多通道煤粉燃烧器，包括由内至外依次同轴套设的中心风管、旋流风管、煤粉风管、中心风布风板和轴流风管，所述中心风管的前端连接有中心风布风板，所述中心风布风板的中心处开设有用于使点火油枪穿过的通孔，所述煤粉风管内设有预燃腔，所述预燃腔包括从左至右依次设置的第一腔体段、第二腔体段和第三腔体段，所述第一腔体段与第三腔体段平行，所述第一腔体段的直径小于所述第三腔体段的直径，所述第二腔体段为扩张段，所述中心风管、旋流风管、中心风布风板的右侧端面均水平置于所述预燃腔内部，所述中心风布风板套装固定在中心风管的右端口内，所述中心风布风板的中心处开设有用于使点火油枪穿过的通孔，所述中心风管与所述旋流风管之间形成有旋流风道，所述旋流风道的右侧出口处设有多个旋流叶片，所述多个旋流叶片环向布置于所述中心风管上，所述旋流风管与煤粉风管之间形成有粉煤通道，所述轴流风管套设固定在所述煤粉风管的外壁上，所述轴流风管沿其周向均匀布置多个轴流风道。

4、作为本发明的进一步改进，所述第二腔体段与所述第三腔体段之间的夹角为α，且α为120°～150°。

5、作为本发明的进一步改进，所述α的大小为135°。

6、作为本发明的进一步改进，所述扩张段的轴向长度为150mm～300mm，所述预燃腔的长度为800mm～5000mm。

7、作为本发明的进一步改进，所述旋流叶片与旋流风道的水平方向形成有夹角，且夹角的范围为30°～40°。

8、作为本发明的进一步改进，所述夹角为35°。

9、作为本发明的进一步改进，所述中心风布风板上设有多组中心风道，每组中心风道沿所述中心风布风板的周向以圈的形式环绕设置，且各组中心风道环绕形成的圈的直径依次增大。

10、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

11、1、通过煤粉在预燃腔内的预燃和气化，释放出易于着火和稳燃的气化产物，解决了燃用劣质煤时点火困难、燃烧不稳定、燃烧效率低等问题，燃料适应范围宽，同时节省了传统燃烧器点火需要的大量燃油，更好地解决了水泥窑炉在启动时的节能问题，具有广泛的经济效益和社会效益。

12、2、延迟了燃料与二次风的反应时间，预燃腔内形成一个较大的还原区，有利于减少氮氧化物的排放，通过适应设置的预燃腔体的长度和大小，能够调整燃料在预燃腔中的停留时间，进一步调控燃料气化程度，同时避免预燃腔结焦。

13、3、使用劣质煤替代优质烟煤作为燃料，降低了燃料成本。

14、4、通过在旋流风道内设置的旋流叶片，能够灵活调整旋流风和轴流风风量，可调整燃烧器推力，改变预燃腔和炉膛内的组分场和温度场，改变火焰的形状和位置，防止预燃室结焦和回转窑内异常窑皮的出现，满足不同工艺的需求，并且在改变旋流强度的过程中，增加或减少高温烟气的卷吸量，控制预燃腔的温度，使煤粉在预燃腔内完成气化，热解产物在轴流风道喷出的轴流风裹挟下喷入回转窑中，与窑内二次风混合，能够进行稳定燃烧。

15、5、本发明的多通道煤粉燃烧器，适用于已经投入运行的和正在安装调试的水泥窑炉，具有结构简单、运行简单、维护方便和经济节约等优点，可适用于现有水泥回转窑系统的改造，具有广泛的社会效益和经济效益。

技术特征：

1.一种适用劣质煤的预燃多通道煤粉燃烧器，包括由内至外依次同轴套设的中心风管(2)、旋流风管(3)、煤粉风管(4)、中心风布风板(6)和轴流风管(7)，其特征在于，还包括预燃腔，设置在所述煤粉风管(4)内，所述预燃腔包括从左至右依次设置的第一腔体段、第二腔体段和第三腔体段，所述第一腔体段与第三腔体段平行，所述第一腔体段的直径小于所述第三腔体段的直径，所述第二腔体段为扩张段，所述中心风管(2)、旋流风管(3)、中心风布风板(6)的右侧端面均水平置于所述预燃腔内部，所述中心风布风板(6)套装固定在中心风管(2)的右端口内，所述中心风布风板(6)的中心处开设有用于使点火油枪(1)穿过的通孔(31)，所述中心风管(2)与所述旋流风管(3)之间形成有旋流风道(23)，所述旋流风道(23)的右侧出口处设有多个旋流叶片(5)，所述多个旋流叶片(5)环向布置于所述中心风管(2)上，所述旋流风管(3)与煤粉风管(4)之间形成有粉煤通道(22)，所述轴流风管(7)套设固定在所述煤粉风管(4)的外壁上，所述轴流风管(7)沿其周向均匀布置多个轴流风道(21)。

2.根据权利要求1所述的适用劣质煤的预燃多通道煤粉燃烧器，其特征在于，所述第二腔体段与所述第三腔体段之间形成有夹角α，且α为120°～150°。

3.根据权利要求2所述的适用劣质煤的预燃多通道煤粉燃烧器，其特征在于，所述α的大小为135°。

4.根据权利要求3所述的适用劣质煤的预燃多通道煤粉燃烧器，其特征在于，所述扩张段的轴向长度为150mm～300mm，所述预燃腔的长度为800mm～5000mm。

5.根据权利要求1所述的适用劣质煤的预燃多通道煤粉燃烧器，其特征在于，所述旋流叶片(5)与旋流风道(23)的水平方向形成有夹角，且夹角的范围为30°～40°。

6.根据权利要求5所述的适用劣质煤的预燃多通道煤粉燃烧器，其特征在于，所述夹角为35°。

7.根据权利要求1所述的适用劣质煤的预燃多通道煤粉燃烧器，其特征在于，所述中心风布风板(6)上设有多组中心风道(32)，每组中心风道(32)沿所述中心风布风板(6)的周向以圈的形式环绕设置，且各组中心风道(32)环绕形成的圈的直径依次增大。

技术总结
本发明公开了一种适用劣质煤的预燃多通道煤粉燃烧器，包括由内至外依次同轴套设的中心风管、旋流风管、煤粉风管、中心风布风板和轴流风管，预燃腔包括从左至右依次设置的第一腔体段、第二腔体段和第三腔体段，所述第一腔体段与第三腔体段平行，第一腔体段的直径小于第三腔体段的直径，第二腔体段为扩张段，中心风管、旋流风管、中心风布风板的右侧端面均水平置于所述预燃腔内部。本发明通过煤粉在预燃腔内的预燃和气化，释放出易于着火和稳燃的气化产物，解决了燃用劣质煤时点火困难、燃烧不稳定、燃烧效率低等问题，通过适应设置的预燃腔体的长度和大小，能够调整燃料在预燃腔中的停留时间，进一步调控燃料气化程度，同时避免预燃腔结焦。

技术研发人员：王学斌,舒逸翔,谭厚章,张瀚霖,史兆臣
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21