專利名稱：旋流燃燒器的花瓣穩(wěn)燃器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鍋爐燃燒器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種旋流燃燒器的花瓣穩(wěn)燃器。
背景技術(shù)：
穩(wěn)燃是燃燒的基礎(chǔ)，穩(wěn)燃技術(shù)是煤粉燃燒器，特別是反應(yīng)性能較差的低揮發(fā)分貧煤和無煙煤煤粉燃燒器，和低熱值氣體燃燒器設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。對于低揮發(fā)分煤的燃燒，首先要解決迅速著火和穩(wěn)燃問題。對于低揮發(fā)分貧煤和無煙煤，國內(nèi)燃燒器的設(shè)計多不采用旋流燃燒器，在國內(nèi)后者常用于燃燒揮發(fā)分較大的反應(yīng)性能好的煙煤。但因貧煤和無煙煤在其他工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用受限，國內(nèi)又多用于電站煤粉鍋爐的燃燒，因此原設(shè)計應(yīng)用燃燒煙煤的旋流燃燒器也常常不得不燃用低揮發(fā)分的貧煤和無煙煤，使著火和穩(wěn)燃成為旋流燃燒器運行中必須解決的一個重要問題。國外，電站鍋爐旋流燃燒器應(yīng)用很廣，主要燃燒煙煤，也有燃用貧煤和無煙煤的。國內(nèi)外，對燃用貧煤和無煙煤(煤粉)的旋流燃燒器，設(shè)計過不少穩(wěn)燃技術(shù)，但效果并不理想，主要情況如下1、氣流旋轉(zhuǎn)旋流燃燒器的特點是氣流旋轉(zhuǎn)，以縮短火焰長度，避免燃燒火焰撞擊對面爐墻，氣流旋轉(zhuǎn)可在燃燒器中心區(qū)域造成一定負壓，形成爐內(nèi)高溫火焰的回流區(qū)(稱內(nèi)回流區(qū)或中心回流區(qū))。內(nèi)回流區(qū)是煤粉氣流著火的主要熱源。燃燒器的氣流分一次風(帶煤粉，也稱一次風粉氣流)和二次風(不帶煤粉)，一次風在內(nèi)層，二次風在外層。旋流燃燒器的二次風總是旋轉(zhuǎn)的(旋流)，一次風可為旋流，也可為直流(不存在旋轉(zhuǎn))。
對于燃用貧煤和無煙煤的旋流燃燒器，一般采用二次風更強烈(與燃燒煙煤相比)的旋轉(zhuǎn)，即采用更大的旋流強度，有時對一次風也施加旋轉(zhuǎn)，企圖造成更多的高溫煙氣回流，以加快難燃貧煤和無煙煤的著火燃燒。
但氣流的旋轉(zhuǎn)強度過大，會加速一、二次風之間的混合；一次風的旋轉(zhuǎn)更使一次風中的煤粉顆?？焖傧蚨物L擴散，反而會推遲煤粉氣流的著火，因此，僅采取加強氣流旋轉(zhuǎn)的措施不能解決貧煤和無煙煤的穩(wěn)定燃燒問題。
2、擴錐結(jié)構(gòu)在煤粉氣流出口(進入爐膛處)加裝擴流錐(類似于鈍體結(jié)構(gòu))，在擴流錐的背流面形成負壓，可造成爐內(nèi)高溫煙氣向燃燒器的回流，以加快煤粉氣流的加熱和著火。擴流錐的形式多種多樣，對于無中心風管的煤粉燃燒器，擴流錐固定在燃燒器中心桿上；對于有中心風管的燃燒器，擴流錐固定在中心風管上；國外另一種擴流錐為多層錐形圈，也稱多層盤式穩(wěn)燃器。
對于難燃煤粉，為增加高溫煙氣的回流，采用較大的擴流錐的錐角。但角度較大的擴流錐，一方面增加了氣粉流中的煤粉與擴錐面的撞擊，撞擊后失去動能的煤粉顆粒，將從氣粉流中分離出來，未燒完就掉落到鍋爐的冷灰斗中，形成不完全燃燒損失；另一方面造成剛吹入爐膛的一次風粉氣流向外擴散，與二次風過快混合，而影響煤粉的著火。
因此，擴錐結(jié)構(gòu)也不能很好地解決貧煤和無煙煤的穩(wěn)定燃燒問題。
3、葉片式(螺旋槳式)穩(wěn)燃器這些技術(shù)多存在于進口鍋爐中，在一次風中靠近風粉氣流出口處插入葉片式或螺旋槳式穩(wěn)燃器，可造成一次風粉氣流旋轉(zhuǎn)，其作用其實與一次風旋轉(zhuǎn)的其他方法類同。
4、濃淡煤粉燃燒器—煤粉濃縮器在鍋爐中濃煤粉比淡煤粉容易著火，因此采用煤粉濃縮器使一部分風粉氣流濃縮成濃煤粉，有利于煤粉著火和穩(wěn)燃。濃縮煤粉的方法很多，主要濃縮原理為離心分離(濃縮)和慣性分離(濃縮)。不過現(xiàn)有濃淡煤粉燃燒器有其缺點，即容易造成結(jié)渣。
徑向濃淡旋流煤粉燃燒器是專為貧煤和無煙煤設(shè)計的某專利技術(shù)。其關(guān)鍵設(shè)備為一次風管中加裝了濃淡分離器，這是一種徑向濃淡分離器。一次風粉氣流流經(jīng)慣性濃淡分離器時，在分離器內(nèi)外形成兩股一次風粉的環(huán)形氣流，內(nèi)部環(huán)形氣流煤粉較濃和較粗(濃相)，外環(huán)氣流因慣性擋板的阻攔使煤粉較細和較淡(淡相)。設(shè)計者的意圖是使?jié)庀嗝悍蹥饬髟谶M入爐內(nèi)后首先接觸爐內(nèi)高溫的回流煙氣，并很快著火燃燒，然后點燃淡相煤粉氣流。為了增加爐內(nèi)高溫煙氣的回流，在一次風管出口采用角度較大(角度為40°)的擴流錐(這是設(shè)計貧煤和無煙煤旋流燃燒器常采取的方法)。這一技術(shù)在一些貧煤和無煙煤鍋爐中的實施結(jié)果，并未能改善鍋爐燃燒的穩(wěn)定性，爐渣和飛灰含碳量也較高，不完全燃燒熱損失較大。
這一技術(shù)的缺陷是，在煤粉氣流進入爐膛時濃淡兩股氣流很快混合，在擴流錐的引導下又過快地與二次風混合。而避免一次風粉氣流與二次風過快混合則是貧煤和無煙煤穩(wěn)定著火燃燒的重要前提。
5、齒環(huán)形(齒形)穩(wěn)燃器這一技術(shù)也存在于進口鍋爐中，在一次風管中加裝齒環(huán)形或齒形穩(wěn)燃器是許多進口鍋爐用于穩(wěn)定燃燒的技術(shù)。齒形或齒環(huán)形穩(wěn)燃器有裝在一次風粉氣流外緣的，也有裝在內(nèi)緣的。齒或齒環(huán)穩(wěn)燃器由一圈小齒(或再加一圓環(huán))組成。其目的是在齒的背流面形成許多小渦流，以穩(wěn)定煤粉氣流的著火。附著在一次風粉氣流外側(cè)的齒形或齒環(huán)形穩(wěn)燃器形成的回流區(qū)，處于一、二次風之間的環(huán)形區(qū)域，回流區(qū)的溫度不高，僅靠這一回流區(qū)難于穩(wěn)定煤粉的著火燃燒，但它有適當阻止一次風與二次風過早混合和阻擋煤粉(特別是粗煤粉)向二次風擴散的趨勢，還可以讓適量煤粉顆粒進入高溫內(nèi)回流區(qū)，對煤粉穩(wěn)燃有一定作用；附著在一次風內(nèi)側(cè)的齒形或齒環(huán)形穩(wěn)燃器有助于高溫煙氣的回流，對煤粉氣流的著火燃燒有一定作用。
齒形和齒環(huán)形穩(wěn)燃器的主要缺點，一是齒太小，其在背流面所形成的小渦流可能不穩(wěn)定，穩(wěn)燃效果不顯著，二是齒和齒環(huán)均非流線形，流動阻力大，容易遭受煤粉氣流的磨損，壽命短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能使煤粉及時著火、穩(wěn)燃并能完善燃燒的旋流燃燒器的花瓣穩(wěn)燃器，本發(fā)明尤其適合于低揮發(fā)分難燃的貧煤和無煙煤煤粉的穩(wěn)定燃燒。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種在鍋爐燃燒器中使用的旋流燃燒器的花瓣穩(wěn)燃器，花瓣穩(wěn)燃器為穩(wěn)燃環(huán)，穩(wěn)燃環(huán)的周面為波紋狀周面。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點穩(wěn)定的高溫煙氣回流區(qū)及回流高溫煙氣與溫度較低的一次風粉氣流的強烈熱質(zhì)交換是風粉氣流迅速著火和穩(wěn)定燃燒的關(guān)鍵。
當鍋爐一次風粉氣流跨過花瓣穩(wěn)燃器吹入爐膛時，在花瓣穩(wěn)燃器的背流面能建立起穩(wěn)定而強烈的高溫煙氣回流區(qū)，并創(chuàng)造了回流高溫煙氣與風粉氣流之間強烈的熱質(zhì)交換的條件。
(1)花瓣穩(wěn)燃器出口端面的周界長，達到中心風管的2.5～4.0倍，是擴口、擴錐無法相比的(后者最多只能達到中心風管的1.5～1.6倍)，說明高溫回流煙氣與風粉氣流之間的接觸邊界很大，有利于兩者之間的熱質(zhì)交換，而且高溫煙氣回流區(qū)又靠近花瓣穩(wěn)燃器的出口端面，故一次風粉氣流升溫快，著火早。
(2)花瓣穩(wěn)燃器能形成包括了中心回流區(qū)，徑向回流區(qū)等特殊流場，加速了流經(jīng)花瓣穩(wěn)燃器的一次風粉氣流和高溫回流煙氣之間的混合，這是風粉氣流加熱升溫快，著火早的另一個原因。
(3)花瓣穩(wěn)燃器的存在，把厚度很大的環(huán)狀一次風粉氣流分割為除一較薄層的環(huán)狀外，還有6～12片(內(nèi)置式花瓣穩(wěn)燃器)或10～18片(外置式花瓣穩(wěn)燃器)片狀氣流，片狀氣流被回流高溫煙氣兩面加熱，容易著火，薄層和片狀風粉氣流著火后燃燒速度快，煤粉燃燒較徹底。片狀和薄層環(huán)狀氣流互不分割，連成一體，氣流穩(wěn)定性不受影響。
(4)花瓣穩(wěn)燃器的存在在其背流面形成多種回流區(qū)。除中心回流區(qū)外，在每片花瓣的背流面還有一個徑向回流區(qū)和一對軸向回流區(qū)，這些高溫煙氣回流區(qū)成了風粉氣流迅速著火和穩(wěn)定燃燒的熱源。
(5)花瓣的特殊形狀和每片花瓣后徑向回流區(qū)的存在，可促使一次風粉氣流中一部分煤粉顆粒進入高溫回流區(qū)，并可在回流區(qū)內(nèi)循環(huán)一定時間。煤粉顆粒在回流區(qū)內(nèi)燃燒，既可提高回流區(qū)中煙氣的溫度(這對貧煤和無煙煤燃燒特別重要)，又延長了煤粉顆粒在爐內(nèi)的燃燒時間，使燃燒較完全。
(6)花瓣穩(wěn)燃器本身為流線型，流動阻力小，且氣粉流的磨損較輕，使用壽命長。
花瓣內(nèi)置式和花瓣外置式的花瓣穩(wěn)燃器還各有不同的特點(1)內(nèi)置式擴錐狀花瓣穩(wěn)燃器處于風粉氣流的內(nèi)側(cè)，還起到風粉濃縮作用。當風粉氣流進入(穩(wěn)燃器的)花瓣區(qū)域時，由于花瓣拱門尺寸的變化，風粉氣流中有一部分煤粉顆粒轉(zhuǎn)入瓣谷區(qū)域，使流經(jīng)瓣谷的風粉氣流中煤粉較多(濃相)，流經(jīng)瓣峰以外區(qū)域的風粉氣流較淡(淡相)。濃相風粉氣流被高溫回流煙氣兩面加熱，著火較快，符合煤粉濃淡分離原則。
(2)內(nèi)置式縮擴狀花瓣穩(wěn)燃器，其特點與擴錐狀類似?？s擴狀花瓣穩(wěn)燃器形成的中心回流區(qū)比擴錐狀稍小，煤粉濃縮程度也稍差。但與擴錐狀相比，它也有特點第一，由于瓣谷沿氣流方向逐漸“收縮”(瓣谷連成假想圓的直徑逐漸減小)，其出口端面的周界長度可以比擴錐狀做得更長，也就是說，可以更大地增加風粉氣流與高溫回流煙氣的接觸邊界，有利于兩者之間的熱質(zhì)交換；第二，風粉氣流中部分煤粉顆粒會更早地沿瓣谷進入中心回流區(qū)，并在那里燃燒放出熱量。
(3)裝在一次分管內(nèi)壁的縮錐狀花瓣穩(wěn)燃器(外置式)處在風粉氣流外側(cè)(即裝在一次風與二次風之間的環(huán)狀區(qū)域)，外置式花瓣穩(wěn)燃器的瓣數(shù)要比內(nèi)置式的瓣數(shù)多。外置式的優(yōu)點是可防止風粉氣流向外擴散(當風粉氣流向外擴散時，煤粉顆粒會過早與二次風混合而不利于煤粉的著火燃燒)，并引導部分風粉氣流向中心線靠攏。對于外置式的縮錐狀花瓣穩(wěn)燃器，在每一(每片)花瓣的背流面形成一個回流區(qū)。因此，在一次風與二次風之間的環(huán)狀空間有許多回流區(qū)。在這種回流區(qū)中，回流流體的溫度比內(nèi)置式花瓣穩(wěn)燃器形成的回流區(qū)要低，但它有阻止二次風過早與風粉氣流混合的作用，有利于減少風粉氣流著火熱和降低NOx的生成量；在縮錐狀的引導下，還可有部分煤粉顆粒進入中心回流區(qū)。在一次風采用旋轉(zhuǎn)氣流時，配置外置式縮錐狀穩(wěn)燃器特別重要，因為當風粉氣流旋轉(zhuǎn)時，離心力使煤粉顆粒趨向氣流外側(cè)(靠近一次風管內(nèi)壁)，若不裝設(shè)外置式花瓣穩(wěn)燃器，煤粉顆粒將向外(即向二次風一側(cè))擴散，與二次風會混合過早而影響(推遲)煤粉的著火。裝設(shè)外置式縮錐狀穩(wěn)燃器后，防止了煤粉顆粒的向外擴散，還有部分煤粉顆粒折向流向中心回流區(qū)，并在那里著火燃燒并放出熱量。
普通旋流燃燒器(帶擴流錐)的流場如圖13所示。圖13中速度較高的外圍氣流為主流(風粉氣流)，中心回流區(qū)被外圍主流所包圍。中心回流流體，在回流至燃燒器附近時，速度減慢，一部分折向并作180°轉(zhuǎn)彎，另一部分回流至擴流錐內(nèi)部再轉(zhuǎn)彎?；亓髁黧w折向后沿回流區(qū)的外邊緣與主流(風粉氣流)作平行流動。兩種平行流動流體之間的混合和熱質(zhì)交換，主要是依靠兩流體之間分界面上流體的脈動作為動力，但脈動速度比主流速度低很多，幾乎差兩個數(shù)量級，因此，熱質(zhì)交換和混合強度很低。也就是說，對于這種燃燒器高溫回流煙氣對風粉氣流的加熱速率較慢，風粉氣流進入爐膛后著火較遲。
帶花瓣穩(wěn)燃器的旋流燃燒器在瓣峰剖面上的流場如圖14所示。瓣峰以外的外圍區(qū)域為風粉主氣流，中心回流區(qū)也是被外圍主流所包圍。與帶擴流錐的普通燃燒器不同的是，在每片花瓣的背流面，存在明顯的徑向回流區(qū)，而且徑向回流區(qū)的流體與中心回流區(qū)融合在一起。中心回流流體在回流至燃燒器附近時折向，在花瓣的背流面作徑向流動，而且徑向速度較高，在瓣峰附近與風粉氣流主流體混合。徑向流體與軸向流體的混合強度要比兩種方向相同的平行流動的流體大得多。所以，對于裝有花瓣穩(wěn)燃器的旋流燃燒器，高溫回流煙氣被徑向回流區(qū)源源不斷地輸送給從燃燒器進入爐膛的風粉氣流，使其迅速著火并穩(wěn)定燃燒。


圖1～5為內(nèi)置式擴錐狀花瓣穩(wěn)燃器的示意圖，其中圖1為花瓣穩(wěn)燃器的立體圖；圖2為花瓣穩(wěn)燃器側(cè)向剖面圖；圖3為花瓣穩(wěn)燃器圖2的右視圖；圖4為沿風粉氣流方向(即沿進口端面向出口端面方向)，穩(wěn)燃器的周界由圓形向花瓣形過渡的過程中，瓣峰假想圓的直徑與瓣谷假想圓的直徑均逐漸增加的花瓣穩(wěn)燃器側(cè)向剖面圖；圖5為花瓣穩(wěn)燃器圖4的右視圖。
圖6～7為內(nèi)置式縮擴狀花瓣穩(wěn)燃器的示意圖，其中
圖6為側(cè)向剖面圖；圖7為花瓣穩(wěn)燃器圖6的右視圖。
圖8～12為外置式縮錐狀花瓣穩(wěn)燃器的示意圖，其中圖8為花瓣穩(wěn)燃器的立體圖；圖9為花瓣穩(wěn)燃器側(cè)向剖面圖；圖10為花瓣穩(wěn)燃器圖9的右視圖；圖11為沿風粉氣流方向，穩(wěn)燃器的周界由圓形向花瓣形過渡的過程中，瓣峰假想圓的直徑與瓣谷假想圓的直徑均逐漸減小的花瓣穩(wěn)燃器側(cè)向剖面圖；圖12為花瓣穩(wěn)燃器圖11的右視圖。
圖13為普通旋流燃燒器(帶擴流錐)的流場圖。
圖14為帶花瓣穩(wěn)燃器的旋流燃燒器的流場圖。
圖15為帶內(nèi)置式花瓣穩(wěn)燃器的示意圖，A為花瓣穩(wěn)燃器。
圖16為帶外置式花瓣穩(wěn)燃器的示意圖，A為花瓣穩(wěn)燃器。
具體實施方案一種在鍋爐燃燒器中使用的旋流燃燒器的花瓣穩(wěn)燃器，花瓣穩(wěn)燃器為穩(wěn)燃環(huán)1，穩(wěn)燃環(huán)1的周面為波紋狀周面，本發(fā)明可以使穩(wěn)燃環(huán)1的外周面呈波紋狀周面，也可以使穩(wěn)燃環(huán)1的內(nèi)周面呈波紋狀周面，或使穩(wěn)燃環(huán)1的內(nèi)外周面均呈波紋狀周面，在本實施例中，穩(wěn)燃環(huán)1的內(nèi)周面為波紋狀周面，穩(wěn)燃環(huán)1的外周面為波紋狀周面，穩(wěn)燃環(huán)1為錐形環(huán)。
本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)為花瓣穩(wěn)燃器，它可與現(xiàn)有帶中心風管的旋流燃燒器兼容。
花瓣穩(wěn)燃器為一環(huán)狀結(jié)構(gòu)。它有兩個端面，其中進口端面的邊界為圓形，以便和中心風管或一次風管相連接，其尺寸(直徑)取決于中心風管或一次風管尺寸(直徑)；與中心風管相連接的花瓣穩(wěn)燃器稱內(nèi)置式，又分擴錐狀和縮擴裝；與一次風管相連接的花瓣穩(wěn)燃器稱外置式，為縮錐狀。另一個端面為面向爐膛火焰的出口端面，其邊界皺折成波形，從正面看呈花瓣狀。內(nèi)置式花瓣穩(wěn)燃器花瓣的瓣數(shù)一般為6～12瓣，各瓣谷連成的假想圓的直徑Φ1，一般為中心風管直徑dc的0.8～1.2倍，即Φ1＝(0.8～1.2)dc；在出口端面上，各瓣峰連成的假想圓的直徑Φ2，一般為dc的1.3～2.5倍，即Φ2＝(1.3～2.5)dc。沿風粉氣流方向，該穩(wěn)燃器的周界由圓形向花瓣形過渡，瓣峰假想圓的直徑逐漸增加，直至出口端面達到Φ2＝(1.3～2.5)dc。因此，在出口端面上，花瓣周界的尺寸達到中心風管尺寸(пdc)的2.5～4.0倍。對于外置式花瓣穩(wěn)燃器，花瓣瓣數(shù)一般為10～18瓣，瓣峰連成的假想圓的直徑Φ2，一般與一次風管的內(nèi)徑d1相同，即Φ2＝d1；在出口端面上，瓣谷連成的假想圓Φ1，一般為d1的0.5～0.85，即Φ1＝(0.5～0.85)d1。花瓣穩(wěn)燃器裝在中心風管出口端或一次風管出口端，可以采用如下方式安裝內(nèi)置式花瓣穩(wěn)燃器可直接焊在中心風管出口端，也可套在中心風管出口端外表面上再焊接；外置式花瓣穩(wěn)燃器可直接焊在一次風管出口端，也可套在一次風管出口端內(nèi)表面上再焊接?；ò攴€(wěn)燃器也可以用于無中心風(即中心管為一次風粉氣流)的旋流燃燒器，它可焊在處于一次風管中心的中心桿的出口端。
權(quán)利要求
1.一種在鍋爐燃燒器中使用的旋流燃燒器的花瓣穩(wěn)燃器，其特征在于花瓣穩(wěn)燃器為穩(wěn)燃環(huán)(1)，穩(wěn)燃環(huán)(1)的周面為波紋狀周面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的花瓣穩(wěn)燃器，其特征在于穩(wěn)燃環(huán)(1)的內(nèi)周面為波紋狀周面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的花瓣穩(wěn)燃器，其特征在于穩(wěn)燃環(huán)(1)的外周面為波紋狀周面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的花瓣穩(wěn)燃器，其特征在于穩(wěn)燃環(huán)(1)為錐形環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的花瓣穩(wěn)燃器，其特征在于穩(wěn)燃環(huán)(1)為錐形環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在鍋爐燃燒器中使用的旋流燃燒器的花瓣穩(wěn)燃器，花瓣穩(wěn)燃器為穩(wěn)燃環(huán)，穩(wěn)燃環(huán)的周面為波紋狀周面。本發(fā)明能使煤粉及時著火、穩(wěn)燃并能完善燃燒，尤其適合于低揮發(fā)分難燃的貧煤和無煙煤煤粉的穩(wěn)定燃燒。當鍋爐一次風粉氣流跨過花瓣穩(wěn)燃器吹入爐膛時，在花瓣穩(wěn)燃器的背流面能建立起穩(wěn)定而強烈的高溫煙氣回流區(qū)，并創(chuàng)造了回流高溫煙氣與風粉氣流之間強烈的熱質(zhì)交換的條件。
文檔編號F23D1/00GK1594973SQ20041004110
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者周強泰, 趙伶玲 申請人:東南大學