專利名稱：一種液排渣粉煤旋風(fēng)燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種燃燒煤粉(包括煤屑和其他粉碎固體燃料)的燃燒裝置，特別是涉及液排渣旋風(fēng)燃燒器的技術(shù)改進(jìn)。
傳統(tǒng)的液排渣旋風(fēng)燃燒器，如CN 86108138A和CN 2051324U所公開的各種液排渣旋風(fēng)燃燒器，其二次風(fēng)均是從燃燒室的側(cè)面切向引入，這種方式導(dǎo)致燃燒室中旋轉(zhuǎn)回流流場及溫度場的嚴(yán)重畸變，縮短了煤粉在燃燒室中的燃燒停留時間，降低了灰渣的離心分離作用，導(dǎo)致煤粉和灰渣短路逸出燃燒室。由于這種先天性缺陷，使得無論采取什么措施，其捕渣率都難以提高。文獻(xiàn)中報(bào)道的最高捕渣率為90％左右，一般僅為60-80％，不能滿足潔凈加熱的要求。同時，由于二次風(fēng)口處于燃燒室側(cè)壁熔渣流場之中，易于發(fā)生結(jié)渣事故。盡管二次風(fēng)通常都預(yù)熱到300-400℃，但與液態(tài)渣高達(dá)1500℃的溫度比較起來，仍是很“冷”的氣流，加上其流速極高(可達(dá)100米/秒)，其對液渣的冷卻作用強(qiáng)烈。風(fēng)口一結(jié)渣，輕則影響二次風(fēng)流出的方向和流量，從而使燃燒不穩(wěn)定，重則堵塞風(fēng)口而被迫停爐。目前為解決此問題，人們采用兩個辦法。一是在燃燒室側(cè)壁上開上多個風(fēng)口，一個堵了即切換到另一個。但風(fēng)的切換會影響燃燒的穩(wěn)定性，操作也麻煩。另一個辦法是在二次風(fēng)口前加裝一個預(yù)燃室，在其中燃燒一部分煤粉使二次風(fēng)溫提高到1000℃左右再進(jìn)入主燃燒室，如TRW公司就采用這種辦法(見CN86108138A)。這個辦法使燃燒裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以為一般用戶普遍采用。
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有液排渣旋風(fēng)燃燒器普遍存在的問題，提出一種能穩(wěn)定燃燒，具有高灰渣捕集率，以獲得滿足工業(yè)用的潔凈可燃煙氣的液排渣粉煤旋風(fēng)燃燒器。
本發(fā)明采用以下的技術(shù)結(jié)構(gòu)它具有一個圓柱形的燃燒室，該燃燒室包括一個進(jìn)口端面和一個出口端面，燃料入口和點(diǎn)火口在進(jìn)口端面上，出口端面的下部開有出渣口，燃燒室產(chǎn)生的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物從出口端面的中心出口管流出，所說的燃燒室的進(jìn)口端面處設(shè)有一外徑與燃燒室圓柱形內(nèi)壁面的直徑相同或稍小的環(huán)形軸流葉柵，氧化劑(也即二次風(fēng))經(jīng)過該環(huán)形軸流葉柵導(dǎo)入燃燒室，在燃燒室形成環(huán)形旋流，使燃料在燃燒室中進(jìn)行旋風(fēng)懸浮燃燒和附壁燃燒，所說的燃燒室出口端面的中心出口管的直徑為燃燒室內(nèi)壁面直徑的15％-60％。
本發(fā)明完全擯棄了液排渣旋風(fēng)燃燒器側(cè)面切向或割向進(jìn)風(fēng)的傳統(tǒng)。本發(fā)明燃燒器的側(cè)壁上沒有任何風(fēng)口或進(jìn)料口，整個側(cè)壁為一連續(xù)完整的圓柱面，這為煤粉和液渣附著在側(cè)壁上進(jìn)行附壁燃燒并在重力和氣流力作用下沿螺旋線逐漸向出渣口移動提供了完美的流場。這一改革完全消除了風(fēng)口結(jié)渣的問題。這是本發(fā)明燃燒器同傳統(tǒng)的液排渣旋風(fēng)燃燒器的根本區(qū)別之一。
本發(fā)明同傳統(tǒng)的液排渣旋風(fēng)燃燒器另一個根本區(qū)別是進(jìn)風(fēng)技術(shù)。傳統(tǒng)的液排渣旋風(fēng)燃燒器的二次風(fēng)是一股未經(jīng)調(diào)制的直線射流，該射流從燃燒室側(cè)壁風(fēng)口沿切向或割向進(jìn)入燃燒室，其目的是使進(jìn)入燃燒室的氣流具有最大的角動量，從而形成最強(qiáng)烈的旋流。但實(shí)際情況并不那么理想，這股直線射流離開風(fēng)口后，只受到風(fēng)口對面曲面的約束，而其他方向均無任何約束，因此氣流將沿著壁面向著位勢較抵的方向逸散，只有一部分入射射流的動量轉(zhuǎn)化為有用的角動量。也就是說，這種進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)的氣流角動量轉(zhuǎn)化效率相當(dāng)?shù)?，有很大一部分能量成為旋轉(zhuǎn)流場畸變的動力。本發(fā)明從根本上改變這種粗放的進(jìn)風(fēng)方式，改為精心設(shè)計(jì)的端面旋流進(jìn)風(fēng)方式。端面旋流進(jìn)風(fēng)方式的特點(diǎn)是二次風(fēng)不是以直線射流方式進(jìn)入燃燒室，而是以環(huán)形旋流方式進(jìn)入燃燒室。為了產(chǎn)生環(huán)形旋流，本發(fā)明在燃燒室進(jìn)口端面上設(shè)置一個環(huán)形軸流葉柵作為二次風(fēng)的進(jìn)風(fēng)裝置。該葉柵環(huán)的外徑應(yīng)等于或略小于燃燒室圓柱形內(nèi)表面的直徑。二次風(fēng)經(jīng)過此環(huán)形葉柵后即形成強(qiáng)烈的環(huán)形旋流。此旋流在燃燒室圓柱形內(nèi)壁面的約束下，貼著該壁面螺旋向前運(yùn)動。該旋流抵達(dá)燃燒室的出口端面后，折返回頭，貼著頭一股環(huán)形旋流的內(nèi)表面，成為一股旋向相同、前進(jìn)方向相反的環(huán)形旋流回流。當(dāng)此回流旋流到達(dá)燃燒室的進(jìn)口端面時，又折返回頭，成為燃燒室中心旋流流向出口端，從燃燒室中心出口管流出。中心旋流的旋向仍與前兩流程的旋流相同。由于中心旋流的強(qiáng)烈卷吸作用，其芯部形成一個負(fù)壓區(qū)，吸引出口處部分煙氣回流，形成一個較小的芯部回流區(qū)。上述三流程的旋轉(zhuǎn)回流流場是一個規(guī)則的、軸對稱的理想流場。其他進(jìn)風(fēng)方式均不可能形成如此完美、規(guī)則的旋轉(zhuǎn)回流流場。流場的形式對燃燒室的性能有著決定性的影響。本發(fā)明精心設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的理想的旋轉(zhuǎn)回流流場為氣流中的煤粉和灰渣相互碰撞、融聚及離心分離到燃燒室壁面上創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。同時，由于燃燒室壁面上是一層粘滯的熔渣層，分離到壁面上的灰渣及煤粉易于為熔渣層所捕集和吸收，較少反彈回氣流中。再加上燃燒室中溫度高達(dá)1500℃以上，氣體的黏度較高，并且氣流有較高的旋轉(zhuǎn)線速度，大為有利于氣體中固體顆粒的分離。以上這些條件，使本發(fā)明煤粉低塵潔凈燃燒器對灰渣的捕集率大為高于常規(guī)的旋風(fēng)子除塵器。
所說的環(huán)形軸流葉柵(4)的葉片的出氣角α可設(shè)計(jì)在5°-30°的范圍，以在燃燒室中創(chuàng)造出理想的旋轉(zhuǎn)回流流場。
環(huán)形軸流葉柵的氣流出口速度可控制在50-150米/秒的范圍。
上述環(huán)形軸流葉柵也可用無葉蝸殼旋流器代替。使用無葉蝸殼旋流器的優(yōu)點(diǎn)是沒有直接承受高溫的葉片，其缺點(diǎn)是其能量轉(zhuǎn)換效率較抵，也就是說，其壓力損失較大。
所述的燃燒室出口端面的中心出口管的直徑為燃燒室圓柱形內(nèi)壁面直徑的15％-60％，其最佳尺寸應(yīng)是在不影響旋轉(zhuǎn)回流的前提下盡量大一些。
所述的燃燒室的兩端面可以基本上是垂直于燃燒室軸線的平面，也可以是帶有一定錐度的錐面或其他旋轉(zhuǎn)成型面。
所述的燃燒室可以帶有一定的傾斜角，以便于液渣在重力作用下從進(jìn)口端流向出口端。其傾斜角可從大于0°直至90°。
本旋風(fēng)燃燒器的燃料采用氣力輸送方式從所說的燃燒室的進(jìn)口端面的燃料入口送入燃燒室，攜帶燃料的氣流(即一次風(fēng))可以是惰性氣體(如氮?dú)獾?或空氣，這股氣流可以是經(jīng)過預(yù)熱的，也可以是常溫的；可以是經(jīng)過干燥處理的，也可以是自然狀態(tài)的。燃料的氣力輸送方式可以是稀相輸送，也可以是濃相輸送，最好為濃相輸送。燃料入口可以是圓形、方形、扁形，也可以是其他形狀。
為進(jìn)一步提高灰渣的捕集率，本發(fā)明還采取如下兩個措施1) 嚴(yán)格控制煤粉粒度，采用比較粗的平均粒度，便于煤粉迅速分離到壁面上進(jìn)行附壁燃燒，減少氣流中的灰渣。2)煤粉定向加入最外層的旋轉(zhuǎn)氣流中，防止煤粉和灰渣短路逸出燃燒室。
為此，燃料入口最好設(shè)在靠近燃燒室進(jìn)口端面外徑處。燃料射流應(yīng)指向燃燒室圓柱形壁面。送入燃燒室的燃料顆粒平均粒徑為0.04至0.3毫米，最大粒徑為4毫米。
所說的燃燒室端面的進(jìn)口端面的點(diǎn)火口可采用燃油燒嘴或燃?xì)鉄?，可用以預(yù)熱燃燒室或加強(qiáng)燃燒。
在本發(fā)明中，當(dāng)二次風(fēng)為300℃的熱風(fēng)時，燃燒室中的燃燒溫度可達(dá)1800℃以上。為遏制高溫下NOx的生成，本發(fā)明采用分級燃燒的技術(shù)，即在燃燒室中控制空氣和煤粉的化學(xué)配比，使其處于欠氧狀態(tài)下進(jìn)行半煤氣化燃燒，此時由于缺少氧，NOx的生成將受到大大的遏制。同時，欠氧燃燒也可適當(dāng)降低燃燒室中的溫度，減少其熱損失。燃燒室中的溫度只要保證液渣具有必要的流動性即可，不宜過高。從燃燒室的中心出氣管出來的高溫半煤氣化煙氣進(jìn)入爐膛后，再加入三次風(fēng)進(jìn)行第二次燃燒。
本發(fā)明不論從結(jié)構(gòu)上或性能上看均不同于傳統(tǒng)的液排渣旋風(fēng)燃燒器。本發(fā)明具有傳統(tǒng)的液排渣旋風(fēng)燃燒器所不可能有的高捕渣率和簡單、緊湊的結(jié)構(gòu)。本燃燒器的灰渣捕集率可達(dá)96-98％，為一種低塵潔凈燃燒器。這是一項(xiàng)符合我國能源資源情況，適合我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平的以煤代油的實(shí)用新技術(shù)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A向剖視圖；圖3為環(huán)形軸流葉柵的葉柵節(jié)圓展開圖。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明本實(shí)施例為某鍛件加熱爐用的液排渣粉煤旋風(fēng)燃燒器，如圖1、圖2、圖3所示，6為本燃燒器的燃燒室，其圓柱形的內(nèi)壁面直徑為0.45米，長度為0.8米，在其進(jìn)口端面5處設(shè)有環(huán)形軸流葉柵4，該環(huán)形軸流葉柵節(jié)圓直徑Dg為0.42米，葉高為2厘米，其葉柵葉片的出氣角a為8°，氧化劑從二次風(fēng)入口3輸入，經(jīng)環(huán)形軸流葉柵4導(dǎo)入燃燒室，在燃燒室形成環(huán)形旋流，使燃料在燃燒室中進(jìn)行旋風(fēng)懸浮燃燒和附壁燃燒1為燃料(煤粉)入口，2為點(diǎn)火燃油燃燒器入口；燃燒室的出口端面7的下部設(shè)有出渣口9，液渣通過出渣口流入帶有水封結(jié)構(gòu)11的灰渣回收室10，燃燒室出口端面中心設(shè)有內(nèi)徑為0.25米的中心出口管8，燃燒室產(chǎn)生的高溫半煤氣化煙氣從中心出口管8輸出到終端應(yīng)用設(shè)備燃燒。本燃燒器每小時可燃煤粉400公斤，燃燒器的捕渣率可達(dá)97％。
權(quán)利要求
1.一種液排渣粉煤旋風(fēng)燃燒器，它具有一個圓柱形的燃燒室，該燃燒室包括一個進(jìn)口端面和一個出口端面，燃料入口和點(diǎn)火口在進(jìn)口端面上，出口端面的下部開有出渣口，燃燒室產(chǎn)生的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物從出口端面的中心出口管流出，其特征在于所說的燃燒室(6)的進(jìn)口端面處設(shè)有一外徑與燃燒室圓柱形內(nèi)壁面的直徑相同或稍小的環(huán)形軸流葉柵(4)，氧化劑經(jīng)過該環(huán)形軸流葉柵導(dǎo)入燃燒室，在燃燒室形成環(huán)形旋流，使燃料在燃燒室中進(jìn)行旋風(fēng)懸浮燃燒和附壁燃燒，所說的燃燒室出口端面的中心出口管(8)的直徑為燃燒室內(nèi)壁面直徑的15％-60％。
2.按權(quán)利要求1所述燃燒器，其特征在于所說的環(huán)形軸流葉柵(4)的葉片的出氣角α為5°-30°。
3.按權(quán)利要求1或2所述燃燒器，其特征在于控制環(huán)形軸流葉柵(4)的氣流出口速度在50-150米/秒的范圍。
4.按權(quán)利要求1所述燃燒器，其特征在于所說的環(huán)形軸流葉柵(4)可用無葉蝸殼旋流器代替。
5.按權(quán)利要求1所述燃燒器，其特征在于所說的燃燒室(6)的兩端面基本上是垂直于燃燒室軸線的平面，也可以是帶有一定錐度的錐面或其他旋轉(zhuǎn)成型面。
6.按權(quán)利要求1所述燃燒器，其特征在于所說的燃燒室(6)帶有一定的傾斜角，該傾斜角可從大于0°直至90°。
7.按權(quán)利要求1所述燃燒器，其特征在于燃料采用氣力輸送方式從所說的燃燒室的進(jìn)口端面的燃料入口送入燃燒室，最好采用濃相輸送。
8.按權(quán)利要求1或6所述燃燒器，其特征在于所說的燃料入口設(shè)在靠近燃燒室進(jìn)口端面的外徑處，燃料射流指向燃燒室的圓柱形壁面。
9.按權(quán)利要求1或6所述燃燒器，其特征在于送入燃燒室的燃料顆粒的平均粒徑為0.04-0.3毫米，最大粒徑為4毫米。
10.按權(quán)利要求1所述燃燒器，其特征在于所說的燃燒室端面的進(jìn)口端面的點(diǎn)火口為燃油燒嘴或燃?xì)鉄臁?br> 全文摘要
一種用于燃燒煤粉(或煤屑或其他粉碎的固體燃料)的液排渣粉煤旋風(fēng)燃燒器,它具有一個圓形的燃燒室,該燃燒室的進(jìn)口端面處設(shè)有環(huán)形軸流葉柵,氧化劑(也即二次風(fēng))經(jīng)該環(huán)形軸流葉柵導(dǎo)入燃燒室,在燃燒室形成環(huán)形旋流,使燃料在燃燒室中進(jìn)行旋風(fēng)懸浮燃燒和附壁燃燒,產(chǎn)生的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物從出口端面的中心出口管流出,液態(tài)灰渣從出口端面下部的出渣口排出。本燃燒器燃燒穩(wěn)定,灰渣捕集率可達(dá)96—98%,為一種低塵潔凈燃燒器。
文檔編號F23D1/02GK1271075SQ9911614
公開日2000年10月25日 申請日期1999年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月20日
發(fā)明者陳恩鑒, 林伯川, 閻常峰 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所