一種液排渣粉煤旋風燃燒器的製作方法

2023-05-28 00:55:51

專利名稱：一種液排渣粉煤旋風燃燒器的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種燃燒煤粉(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燃燒器的技術改進。
傳統的液排渣旋風燃燒器，如CN 86108138A和CN 2051324U所公開的各種液排渣旋風燃燒器，其二次風均是從燃燒室的側面切向引入，這種方式導致燃燒室中旋轉回流流場及溫度場的嚴重畸變，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，導致煤粉和灰渣短路逸出燃燒室。由於這種先天性缺陷，使得無論採取什麼措施，其捕渣率都難以提高。文獻中報導的最高捕渣率為90％左右，一般僅為60-80％，不能滿足潔淨加熱的要求。同時，由於二次風口處於燃燒室側壁熔渣流場之中，易於發生結渣事故。儘管二次風通常都預熱到300-400℃，但與液態渣高達1500℃的溫度比較起來，仍是很「冷」的氣流，加上其流速極高(可達100米/秒)，其對液渣的冷卻作用強烈。風口一結渣，輕則影響二次風流出的方向和流量，從而使燃燒不穩定，重則堵塞風口而被迫停爐。目前為解決此問題，人們採用兩個辦法。一是在燃燒室側壁上開上多個風口，一個堵了即切換到另一個。但風的切換會影響燃燒的穩定性，操作也麻煩。另一個辦法是在二次風口前加裝一個預燃室，在其中燃燒一部分煤粉使二次風溫提高到1000℃左右再進入主燃燒室，如TRW公司就採用這種辦法(見CN86108138A)。這個辦法使燃燒裝置結構複雜，難以為一般用戶普遍採用。
本發明的目的是針對現有液排渣旋風燃燒器普遍存在的問題，提出一種能穩定燃燒，具有高灰渣捕集率，以獲得滿足工業用的潔淨可燃煙氣的液排渣粉煤旋風燃燒器。
本發明採用以下的技術結構它具有一個圓柱形的燃燒室，該燃燒室包括一個進口端面和一個出口端面，燃料入口和點火口在進口端面上，出口端面的下部開有出渣口，燃燒室產生的氣態燃燒產物從出口端面的中心出口管流出，所說的燃燒室的進口端面處設有一外徑與燃燒室圓柱形內壁面的直徑相同或稍小的環形軸流葉柵，氧化劑(也即二次風)經過該環形軸流葉柵導入燃燒室，在燃燒室形成環形旋流，使燃料在燃燒室中進行旋風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壁面直徑的15％-60％。
本發明完全擯棄了液排渣旋風燃燒器側面切向或割向進風的傳統。本發明燃燒器的側壁上沒有任何風口或進料口，整個側壁為一連續完整的圓柱面，這為煤粉和液渣附著在側壁上進行附壁燃燒並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口結渣的問題。這是本發明燃燒器同傳統的液排渣旋風燃燒器的根本區別之一。
本發明同傳統的液排渣旋風燃燒器另一個根本區別是進風技術。傳統的液排渣旋風燃燒器的二次風是一股未經調製的直線射流，該射流從燃燒室側壁風口沿切向或割向進入燃燒室，其目的是使進入燃燒室的氣流具有最大的角動量，從而形成最強烈的旋流。但實際情況並不那麼理想，這股直線射流離開風口後，只受到風口對面曲面的約束，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化為有用的角動量。也就是說，這種進風結構的氣流角動量轉化效率相當低，有很大一部分能量成為旋轉流場畸變的動力。本發明從根本上改變這種粗放的進風方式，改為精心設計的端面旋流進風方式。端面旋流進風方式的特點是二次風不是以直線射流方式進入燃燒室，而是以環形旋流方式進入燃燒室。為了產生環形旋流，本發明在燃燒室進口端面上設置一個環形軸流葉柵作為二次風的進風裝置。該葉柵環的外徑應等於或略小於燃燒室圓柱形內表面的直徑。二次風經過此環形葉柵後即形成強烈的環形旋流。此旋流在燃燒室圓柱形內壁面的約束下，貼著該壁面螺旋向前運動。該旋流抵達燃燒室的出口端面後，折返回頭，貼著頭一股環形旋流的內表面，成為一股旋向相同、前進方向相反的環形旋流回流。當此回流旋流到達燃燒室的進口端面時，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。由於中心旋流的強烈卷吸作用，其芯部形成一個負壓區，吸引出口處部分煙氣回流，形成一個較小的芯部回流區。上述三流程的旋轉回流流場是一個規則的、軸對稱的理想流場。其他進風方式均不可能形成如此完美、規則的旋轉回流流場。流場的形式對燃燒室的性能有著決定性的影響。本發明精心設計並實現的理想的旋轉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造了優越的條件。同時，由於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於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1500℃以上，氣體的黏度較高，並且氣流有較高的旋轉線速度，大為有利於氣體中固體顆粒的分離。以上這些條件，使本發明煤粉低塵潔淨燃燒器對灰渣的捕集率大為高於常規的旋風子除塵器。
所說的環形軸流葉柵(4)的葉片的出氣角α可設計在5°-30°的範圍，以在燃燒室中創造出理想的旋轉回流流場。
環形軸流葉柵的氣流出口速度可控制在50-150米/秒的範圍。
上述環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點是沒有直接承受高溫的葉片，其缺點是其能量轉換效率較抵，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壁面直徑的15％-60％，其最佳尺寸應是在不影響旋轉回流的前提下儘量大一些。
所述的燃燒室的兩端面可以基本上是垂直於燃燒室軸線的平面，也可以是帶有一定錐度的錐面或其他旋轉成型面。
所述的燃燒室可以帶有一定的傾斜角，以便於液渣在重力作用下從進口端流向出口端。其傾斜角可從大於0°直至90°。
本旋風燃燒器的燃料採用氣力輸送方式從所說的燃燒室的進口端面的燃料入口送入燃燒室，攜帶燃料的氣流(即一次風)可以是惰性氣體(如氮氣等)或空氣，這股氣流可以是經過預熱的，也可以是常溫的；可以是經過乾燥處理的，也可以是自然狀態的。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。
為進一步提高灰渣的捕集率，本發明還採取如下兩個措施1) 嚴格控制煤粉粒度，採用比較粗的平均粒度，便於煤粉迅速分離到壁面上進行附壁燃燒，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，燃料入口最好設在靠近燃燒室進口端面外徑處。燃料射流應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口端面的點火口可採用燃油燒嘴或燃氣燒嘴，可用以預熱燃燒室或加強燃燒。
在本發明中，當二次風為300℃的熱風時，燃燒室中的燃燒溫度可達1800℃以上。為遏制高溫下NOx的生成，本發明採用分級燃燒的技術，即在燃燒室中控制空氣和煤粉的化學配比，使其處於欠氧狀態下進行半煤氣化燃燒，此時由於缺少氧，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入爐膛後，再加入三次風進行第二次燃燒。
本發明不論從結構上或性能上看均不同於傳統的液排渣旋風燃燒器。本發明具有傳統的液排渣旋風燃燒器所不可能有的高捕渣率和簡單、緊湊的結構。本燃燒器的灰渣捕集率可達96-98％，為一種低塵潔淨燃燒器。這是一項符合我國能源資源情況，適合我國經濟技術發展水平的以煤代油的實用新技術。


圖1為本發明的結構示意圖；圖2為圖1的A-A向剖視圖；圖3為環形軸流葉柵的葉柵節圓展開圖。
以下結合附圖對本發明的實施方式作進一步的詳細說明本實施例為某鍛件加熱爐用的液排渣粉煤旋風燃燒器，如圖1、圖2、圖3所示，6為本燃燒器的燃燒室，其圓柱形的內壁面直徑為0.45米，長度為0.8米，在其進口端面5處設有環形軸流葉柵4，該環形軸流葉柵節圓直徑Dg為0.42米，葉高為2釐米，其葉柵葉片的出氣角a為8°，氧化劑從二次風入口3輸入，經環形軸流葉柵4導入燃燒室，在燃燒室形成環形旋流，使燃料在燃燒室中進行旋風懸浮燃燒和附壁燃燒1為燃料(煤粉)入口，2為點火燃油燃燒器入口；燃燒室的出口端面7的下部設有出渣口9，液渣通過出渣口流入帶有水封結構11的灰渣回收室10，燃燒室出口端面中心設有內徑為0.25米的中心出口管8，燃燒室產生的高溫半煤氣化煙氣從中心出口管8輸出到終端應用設備燃燒。本燃燒器每小時可燃煤粉400公斤，燃燒器的捕渣率可達97％。
權利要求
1.一種液排渣粉煤旋風燃燒器，它具有一個圓柱形的燃燒室，該燃燒室包括一個進口端面和一個出口端面，燃料入口和點火口在進口端面上，出口端面的下部開有出渣口，燃燒室產生的氣態燃燒產物從出口端面的中心出口管流出，其特徵在於所說的燃燒室(6)的進口端面處設有一外徑與燃燒室圓柱形內壁面的直徑相同或稍小的環形軸流葉柵(4)，氧化劑經過該環形軸流葉柵導入燃燒室，在燃燒室形成環形旋流，使燃料在燃燒室中進行旋風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)的直徑為燃燒室內壁面直徑的15％-60％。
2.按權利要求1所述燃燒器，其特徵在於所說的環形軸流葉柵(4)的葉片的出氣角α為5°-30°。
3.按權利要求1或2所述燃燒器，其特徵在於控制環形軸流葉柵(4)的氣流出口速度在50-150米/秒的範圍。
4.按權利要求1所述燃燒器，其特徵在於所說的環形軸流葉柵(4)可用無葉蝸殼旋流器代替。
5.按權利要求1所述燃燒器，其特徵在於所說的燃燒室(6)的兩端面基本上是垂直於燃燒室軸線的平面，也可以是帶有一定錐度的錐面或其他旋轉成型面。
6.按權利要求1所述燃燒器，其特徵在於所說的燃燒室(6)帶有一定的傾斜角，該傾斜角可從大於0°直至90°。
7.按權利要求1所述燃燒器，其特徵在於燃料採用氣力輸送方式從所說的燃燒室的進口端面的燃料入口送入燃燒室，最好採用濃相輸送。
8.按權利要求1或6所述燃燒器，其特徵在於所說的燃料入口設在靠近燃燒室進口端面的外徑處，燃料射流指向燃燒室的圓柱形壁面。
9.按權利要求1或6所述燃燒器，其特徵在於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.按權利要求1所述燃燒器，其特徵在於所說的燃燒室端面的進口端面的點火口為燃油燒嘴或燃氣燒嘴。
全文摘要
一種用於燃燒煤粉(或煤屑或其他粉碎的固體燃料)的液排渣粉煤旋風燃燒器,它具有一個圓形的燃燒室,該燃燒室的進口端面處設有環形軸流葉柵,氧化劑(也即二次風)經該環形軸流葉柵導入燃燒室,在燃燒室形成環形旋流,使燃料在燃燒室中進行旋風懸浮燃燒和附壁燃燒,產生的氣態燃燒產物從出口端面的中心出口管流出,液態灰渣從出口端面下部的出渣口排出。本燃燒器燃燒穩定,灰渣捕集率可達96—98%,為一種低塵潔淨燃燒器。
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 優先權日1999年4月20日
發明者陳恩鑑, 林伯川, 閻常峰 申請人:中國科學院廣州能源研究所