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申请/专利权人：徐州燃烧控制研究院有限公司;徐州科融环境资源股份有限公司

摘要：本发明公开了一种分级着火预燃室煤粉燃烧器及燃烧方法，燃烧器包括中心钝体、构成分级着火预燃室的多级风喷管，中心钝体和多级二次风喷管嵌套装在同一轴线上，二次风喷管逐级嵌套，形成多级配风预燃室，一次风直流，多级二次风旋流，每一级预燃室配风出口和下一级预燃室配风出口之间间隔排列，火焰被包在中间，下一级进来的二次风作为上一级的壁面气膜冷却风；解决了目前预燃室结焦烧损和低负荷稳燃问题。最低稳燃负荷可低至10％，在低负荷时飞灰含碳量仍然很低，点火气枪的出力仅是燃烧器额定功率的3％，工作时间仅约3分钟，适应煤种更宽。其结构简单，操作方便，使用效果好。

主权项：1.一种分级着火预燃室煤粉燃烧器，其特征在于：它包括中心钝体、构成分级着火预燃室的多级二次风喷管，所述的中心钝体和多级二次风喷管嵌套装在同一轴线上，多级二次风喷管均由圆筒和圆锥筒连接而成，所有二次风喷管逐级嵌套，形成多级配风预燃室，每一级预燃室配风出口和下一级预燃室配风出口之间间隔排列，火焰被包在中间，下一级进来的二次风作为上一级的壁面气膜冷却风；所述的中心钝体为蜂窝钝体（11）；所述的蜂窝钝体（11）安装在一次风喷管（2）的内部，蜂窝钝体（11）的右端面至一次风出口之间的距离为P，蜂窝钝体（11）上设有收缩喷嘴，收缩角为θ，直段长度为T，孔径为d，收缩喷嘴距离蜂窝钝体出口的距离为K；所述的蜂窝钝体（11）和一次风喷管（2）的距离P为0-400mm；蜂窝钝体（11）上设有5-50个收缩喷嘴，收缩喷嘴的收缩角θ为0-120度；收缩喷嘴的孔径d为10-30mm；收缩喷嘴孔径的长度T=5-50mm，收缩喷嘴出口距离钝体出口的距离K为0-400mm。

全文数据：一种分级着火预燃室煤粉燃烧器及燃烧方法技术领域[0001]本发明涉及一种煤粉燃烧器及燃烧方法，尤其是一种适用于发电厂锅炉、水泥炉窑和工业煤粉炉中的分级着火预燃室煤粉燃烧器及燃烧方法。背景技术[0002]煤粉被广泛应用在发电厂锅炉、水泥炉窑和工业煤粉炉中，煤粉虽然像油和气一样类似于流体便于输送，通常称为气力输送，但是对于稀相输送的煤粉炉来讲，低负荷稳燃一直以来都是一个难题，最近10年仓储式工业煤粉锅炉越来越多，负荷变动也比之前的电站锅炉频繁和幅度更大。对于电站煤粉锅炉来讲一般最低不投油稳燃负荷为额定负荷的30-50%，而工业煤粉锅炉容量比电站锅炉更小，反而要求更低的不投油稳燃负荷，通常为20-30%，因此，提出了更为苛刻的要求。经过大量实践，国内外摸索出了一些方法。比如煤碳研宄总院研发了中心逆喷的煤粉燃烧器，徐州燃烧控制研宄院开发了双旋流钝体煤粉燃烧器。由于工业煤粉炉炉膛比表面积本身比电站锅炉大，而且水冷壁温度更低，散热速度比大型锅炉更大，锅炉稳定燃烧的困难更大。[0003]专利号为CN201710929163.1公开的一种宽煤种适应性工业锅炉用煤粉燃烧器，和专利号为CN201720210613.7公开的一种新型低负荷稳燃旋流型燃烧器，均是比较常规的一种预燃室;研究者发现这两种燃烧器在使用时，预燃室被烧的通红，预燃室常期工作在比较恶劣的工况，结焦和烧损在所难免。专利号为CN201710771874.0公开了深度调峰组合稳燃燃烧器，是在上述2个专利基础上进行了改进，通过在预燃室内壁逐级打孔的方式来实现冷却预燃室。[0004]专利号为CN201520406222.3公开的燃粉工业锅炉、专利号为CN200910087161.8公开的一种煤粉燃烧器及专利号为CN201210052904.X公开的一种分级送风双旋流煤粉工业锅炉燃烧器，其预燃室均是以中心逆喷为技术特点，而实践证明这种预燃室不通过水冷是不行的，由于预燃室烧损严重，而水冷又使预燃室结构复杂，且水冷循环比较复杂。[0005]由于预燃室在一定程度上能够稳定煤粉燃烧过程，最低稳燃负荷仍然偏高，很难低于30%额定负荷长期运行，现有的预燃室存在结构复杂，稳燃性能不够理想，预燃室结焦烧损问题突出的问题。现有的钝体理论受限于阻塞比和对自然界的绕流的观察，没有揭开钝体形成回流区的理论实质。[0006]专利号为CN20062〇013109.X公开的一种煤粉燃烧器，在点火时，偶然会出现等离子发生器己经停用，但燃烧器内部仍在着火的现象，虽然这种现象仅仅偶然出现，经对钝体稳燃的工业煤粉旋流燃烧器进行研宄后，发现是钝体稳燃和等离子点火理论上是相通的。发明内容[0007]技术问题:本发明的目的是要克服现有技术中存在的不足之处，提供一种分级着火预燃室煤粉燃烧器，将抽气器引射理论和分级着火理论引入到钝体稳燃中来，自创了蜂窝大速差理论，从而解决目前预燃室结焦烧损和低负荷稳燃问题。[0008]技术方案:本发明的一种分级着火预燃室煤粉燃烧器，包括中心钝体、构成分级着火预燃室的多级二次风喷管，所述的中心钝体和多级二次风喷管嵌套装在同一轴线上，多级二次风喷管均由圆筒和圆锥筒连接而成，所有风喷管逐级嵌套，形成多级配风预燃室，一次风直流，多级二次风旋流，每一级预燃室配风出口和下一级预燃室配风出口之间间隔排列，火焰被包在中间，下一级进来的二次风作为上一级的壁面气膜冷却风;所述的中心钝体分为钝体或蜂窝钝体两种；[0009]所述的中心钝体和一次风喷口成夹角0，形成类似射气抽气器引射抽吸、产生回流区的收缩喷口，将静压转化为动压;所述的一次风喷管直段内径为D;所述的中心钝体设在一次风喷管的出口处，钝体的外锥角为a、一次风旋口角为y、钝体与一次风旋口之间的夹角为P，钝体的右端面至内二次风喷口之间的距离为L，内二次风喷口至中二次风喷口之间的距离为M，中二次风喷口至外二次风喷口之间的距离为S;[0010]所述的蜂窝钝体安装在一次风喷管的内部，蜂窝钝体的右端面至一次风出口之间的距离为P，蜂窝钝体上设有收缩喷嘴，收缩角为9，直段长度为T，孔径为d，收缩喷嘴的出口距离蜂窝出口的距离为K。[0011]所述的钝体和蜂窝钝体的直径均等于1.0-2.0倍的一次风直段内径D。[0012]所述的蜂窝钝体和一次风喷口的距离P为0-400mm。[0013]所述的一次风旋口角y为30-60度。[0014]所述每一级预燃室配风出口和下一级预燃室配风出口之间的距离为40-400mm。[0015]所述的分级着火预燃室的着火级数为2-6级。[0016]所述的钝体和一次风旋口之间的夹角0=0-40度。[0017]所述的钝体的外锥角a=40-120度。[0018]蜂窝钝体上设有5-50个收缩喷嘴，收缩喷嘴的收缩角0为0-120度;收缩喷^嘴的孔径d为10-30mm;收缩喷嘴孔径的长度T=5-5〇mm;收缩喷嘴出口距离蜂窝出口的距离K=〇-400mm〇[0019]上述的一种分级着火预燃室煤粉燃烧器的燃烧方法:工作时：由点火油枪或气枪或等离子枪在短暂的几分钟内将燃烧器内温度升至200度以上后投粉，煤粉在钝体或蜂窝钝体的回流区内着火后继续向出口流动，在一次风喷管出口处混入从内二次风喷管中出来的二次风，补充部分氧气后继续燃烧，并继续向出口方向流动，在内二次风喷管出口处混入从中二次风喷管出来的二次风，补充部分空气后继续燃烧，并继续向出口方向流动，在中二次风喷管出口处混入从外二次风喷管出来的二次风，并一起喷入炉膛继续燃烧;在投粉着火稳定3分钟后，停止点火油枪或气枪或等离子枪，依靠钝体或蜂窝钝体和二次风配合形成的回流区稳定火焰。[0020]有益效果:蜂窝大速差理论的实质是蜂窝网眼内的煤粉高速射流必然导致周围煤粉气流速度降低至火焰传播速度以下，甚至回流，火焰在此低速区域内稳定传播燃烧；由于高速流动的气流作用将可能的结渣吹走并补充氧气，形成即燃烧稳定，结渣又被高速气流吹走的燃烧工况，正好验证了高温、高氧、高温度梯度的三高理论。[0021]由于采用了上述技术方案，本发明将抽气器引射理论和分级着火理论引入到钝体稳燃中来，燃烧器采用旋流燃烧器，一次风直流，多级二次风旋流，钝体放置在一次风喷口出口处，钝体和一次风喷口形成夹角，形成收缩喷口，将静压转化为动压，形成类似射气抽气器引射抽吸，产生强烈的小回流区，多级二次风被圆锥筒形分隔板分成为内二次风、中二次风、外二次风;每一级出口和下一级出口之间的距离在4〇-4〇〇mm之间，火焰被包在中间，下一级进来的二次风作为上一级的壁面气膜冷却风;蜂窝钝体将部分一次风加速引入回流区中，约2050%的高浓度煤粉高速引入回流区形成比较大的速差，增强了回流区内的煤粉浓度和混合程度，回流区内速度梯度大，着火迅速而稳定，不易结焦。解决了目前预燃室结焦烧损和低负荷稳燃问题。最低稳燃负荷可低至10%，在低负荷时飞灰含碳量仍然很低，点火气枪的出力仅是燃烧器额定功率的3%，工作时间仅约3分钟，适应煤种更宽。其结构简单，操作方便，使用效果好。在本技术领域内具有广泛的实用性。与现有技术相比的主要优点有：[0022]1.点火气枪的出力仅是燃烧器额定功率的3%，工作时间仅约3分钟即可停气；[0023]2.最低不投油自稳燃负荷低至1〇%;[0024]3.分级着火之后NOx下降，飞灰含碳量下降；[0025]4.预燃室不结焦、不烧损。[0026]5.本预燃室在使用等离子点火时，点着火几分钟稳定之后即可停止等离子，着火能[0027]实现自稳燃。附图说明_[0028]图1是本发明实施例一的分级着火预燃室煤粉燃烧器结构示意图。[0029]图2是本发明实施例二的分级着火预燃室煤粉燃烧器结构示意图。[0030]图3a是本发明实施例二的蜂窝钝体结构左视图。[0031]图3⑹是本发明实施例二的蜂窝钝体结构剖视图。[0032]图中：卜钝体，2-—次风喷管，3-内二次风喷管，4-中二次风喷管，5-外二次风喷管，11-蜂窝钝体。具体实施方式[0033]本发明的一种分级着火预燃室煤粉燃烧器，包括中心钝体、构成分级着火预燃室的多级二次风喷管，所述的中心钝体和多级二次风喷管嵌套装在同一轴线上，多级二次风喷管均由圆筒和圆锥筒连接而成，所有风喷管逐级嵌套，形成多级配风预燃室，分级着火预燃室的着火级数为2-6级，优选的3_4级。一次风直流，多级二次风旋流，每一级预燃室配风^口和下一级预燃室配风出口之间间隔排列，火焰被包在中间，下一级进来的二次风作为上一级的壁面气膜冷却风;所述的中心钝体分为钝体1或蜂窝钝体11两种;所述每一级预燃室配风出口和下一级预燃室配风出口之间的距离为40_400mm。、[0034]所述的中心钝体和一次风喷口成夹角P，形成类似射气抽气器引射抽吸、产生回流区的收缩喷口，将静压转化为动压;所述的一次风喷管（2直段内径为D;所述的中心钝体1设在一次风喷管2的出口处，钝体1的外锥角为a、外锥角a=40_120度。一次风旋口角为y、钝体1与一次风旋口之间的夹角为P，钝体1的右端面至内二次风喷口之间的距离为L，内二次风喷口至中二次风喷口之间的距离为M，中二次风喷口至外二次风喷口之间的距禺为S;所述的一次风旋口角丫为30-60度，优选50度。所述的钝体1和一次风旋口之间的夹角毋=0-40度。[0035]所述的蜂窝钝体11安装在一次风喷管2的内部，蜂窝钝体11的右端面至一次风出口之间的距离为P，蜂窝钝体11上设有收缩喷嘴，收缩角为0，直段长度为T，孔径为d。所述的蜂窝钝体11和一次风喷口2的距离P为0-400mm，优选50-300mra。蜂窝钝体11上设有5-50个收缩喷嘴，收缩喷嘴的收缩角0为0-120度;收缩喷嘴的孔径d为10-30mm;收缩喷嘴孔径的长度T=5-50mm，收缩喷嘴出口到蜂窝钝体出口的距离为〇_4〇〇mm。[0036]所述的钝体1和蜂窝钝体11的直径均等于1.0-2.0倍的一次风直段内径D。[0037]利用上述分级着火预燃室煤粉燃烧器的燃烧方法:工作时：由点火油枪或气枪或等离子枪在短暂的几分钟内将燃烧器内温度升至2〇〇度以上后投粉，煤粉在钝体1或蜂^屯体11后面的回流区内着火后继续向出口流动，在一次风喷管2出口处混入从内二次风喷管3中出来的二次风，补充部分氧气后继续燃烧，并继续向出口方向流动，在内二次风喷管3出口处混入从中二次风喷管4出来的二次风，补充部分空气后继续燃烧，并继续向出口方向流动，在中二次风喷管4出口处混入从外二次风喷管5出来的二次风，并一起喷入炉膛继续燃烧;在投粉着火稳定3-5分钟后，停止点火油枪或气枪或等离子枪，依靠钝体1或蜂窝钝体11和二次风配合形成的回流区稳定火焰。通常情况下，为了减少着火热，一次风率设计为5一30%之间，如果最低不投油稳燃负荷要求是20%，一次风量不变，那么这时候的一次风率实际为50%左右，必须保证最低不投油稳燃负荷时实际的一次风率不能高于5〇%，否则不容易稳住火焰。[0038]下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：[0039]实施例一、如图1所示，主要由钝体1、构成分级着火预燃室的4级风喷管构成，4级风喷管包括:一次风喷管2、内二次风喷管3、中二次风喷管4和外二次风喷管5;所述的中心钝体1、一次风喷管2、内二次风喷管3、中二次风喷管4和外二次风喷管5嵌套装在同一轴线上，一次风喷管2、内二次风喷管3、中二次风喷管4和外二次风喷管5均由圆筒和圆锥筒连接而成，所有喷管逐级嵌套，形成4级配风预燃室，一次风直流，二次风旋流，二次风喷管分为内二次风、中二次风和外二次风;每一级预燃室出口和下一级预燃室出口之间的距离在4〇-400ram之间，火焰被包在中间，下一级进来的二次风作为上一级的壁面气膜冷却风;所述的钝体或和一次风喷口成夹角0，形成类似射气抽气器引射抽吸、产生回流区的收缩喷口，将静压转化为动压;所述的一次风喷管直段内径D;所述的钝体1设在一次风喷管2的出口处，钝体1的外锥角为a、一次风旋口角为Y、射气抽吸中心钝体1与一次风旋口之间的夹角为^钝体1的右端面至内二次风喷口之间的距离为L，内二次风喷口至中二次风喷口之间的距离为M，中二次风喷口至外二次风喷口之间的距离为S。[0040]所述的一次风直段内径D，钝体直径等于1.0-2.0倍的一次风直段内径D，钝体1安装在一次风喷口2的出口处，钝体外锥角a=40-120度，优选的90度;一次风旋口y=3〇-60度，优选的50度;钝体与一次风旋口之间的夹角=0-40度，优选的20度;钝体右端面至内二次风喷口之间的距离L=40-400mm，优选的120-150mm;内二次风喷口至中二次风喷口之间的距离M=40-400mm，优选的120-150mm;中二次风喷口至外二次风喷口之间的距离S=40-400mm，优选的l2〇-l5〇mm;本实施例将二次风作为气膜冷却风分成了三级，但二次风可以被分成2-6级内的任一数值，本实施例图省略了点火油枪或点火气枪或等离子枪，点火油枪或点火气枪或等离子枪可以放置在中心钝体或二次风道内；本发明逐级配风，每一级配风为方疋转的气膜冷却风，每一级的距离约为120-150mm。、、[0041]实施例二、主要由蜂窝钝体11、构成分级着火预燃室的4级风喷管构成，与$施例—基本相同，相同之处略。不同之处如图2所示，蜂窝钝体11安装在一次风喷口2的内部，蜂窝钝体右端面至一次风出口之间的距离P=〇-4〇〇mm，优选的5〇_3〇〇nim;本实施例图省略了点火油枪或点火气枪或等离子枪，点火油枪或点火气枪或等离子枪放置在蜂窝钝体中心孔内。蜂窝钝体11的详图如图3所示，蜂窝钝体上有5_5〇个收缩喷嘴，优选的8_36个，收缩喷嘴的收缩角9在〇-120度，优选的40-60度;收缩喷嘴的孔径d=1〇_3〇mm，优选的12-25mm;收缩喷嘴孔径的长度T=5-50mm，优选的15-25mm。[0042]虽然本实施例中一次风仅被钝体分为二级着火，其余级的配风都为二次风，但一次风被类似于本发明二次风分级的方法分为3-5级的情况，仍应被视为本发明的一种。

权利要求：1.一种分级着火预燃室煤粉燃烧器，其特征在于:它包括中心钝体、构成分级着火预燃室的多级二次风喷管，所述的中心钝体和多级二次风喷管嵌套装在同一轴线上，多级二次风喷管均由圆筒和圆锥筒连接而成，所有风喷管逐级嵌套，形成多级配风预燃室，每一级预燃室配风出口和下一级预燃室配风出口之间间隔排列，火焰被包在中间，下一级进来的二次风作为上一级的壁面气膜冷却风;所述的中心钝体分为钝体1或蜂窝钝体1D两种；所述的中心钝体和一次风喷口成夹角比形成类似射气抽气器引射抽吸、产生回流区的收缩喷口，将静压转化为动压;所述的一次风喷管2直段内径为D;所述的中心钝体（1设在一次风喷管2的出口处，钝体1的外锥角为a、一次风旋口角为Y、钝体⑴与一次风旋口之间的夹角为P，钝体（1的右端面至内二次风喷口之间的距离为L，内二次风喷口至中二次风喷口之间的距离为M，中二次风喷口至外二次风喷口之间的距离为S;所述的蜂窝钝体（11安装在一次风喷管2的内部，蜂窝钝体（11的右端面至一次风出口之间的距离为P，蜂窝钝体11上设有收缩喷嘴，收缩角为0，直段长度为T，孔径为d，收缩喷嘴距离蜂窝钝体出口的距离为K。2.根据权利要求1所述的分级着火预燃室煤粉燃烧器，其特征在于:所述的钝体（1和蜂窝钝体11的直径均等于1.0-2•〇倍的一次风直段内径D。3.根据权利要求1所述的分级着火预燃室煤粉燃烧器，其特征在于:所述的蜂窝钝体11和一次风喷口（2的距离P为0_400mm。4.根据权利要求1所述的分级着火预燃室煤粉燃烧器，其特征在于:所述的一次风旋口角Y为30-60度。5.根据权利要求1所述的分级着火预燃室煤粉燃烧器，其特征在于:所述每一级预燃室配风出口和下一级预燃室配风出口之间的距离为40-400mm。6.根据权利要求1所述的分级着火预燃室煤粉燃烧器，其特征在于:所述的分级着火预燃室的着火级数为2-6级。7.根据权利要求1所述的分级着火预燃室煤粉燃烧器，其特征在于:所述的钝体（1和一次风旋口之间的夹角P=〇-40度。8.根据权利要求1所述的分级着火预燃室煤粉燃烧器，其特征在于:所述的钝体a的外锥角a=40-120度。9.根据权利要求1所述的分级着火预燃室煤粉燃烧器，其特征在于:蜂窝钝体（11上设有5-50个收缩喷嘴，收缩喷嘴的收缩角9为0-120度;收缩喷嘴的孔径d为10-30iran;收缩喷嘴孔径的长度T=5-50mm，收缩喷嘴出口距离钝体出口的距离K为0_400mm。10.根据权利要求1所述的一种分级着火预燃室煤粉燃烧器的燃烧方法，其特征在于：工作时：由点火油枪或气枪或等离子枪在短暂的几分钟内将燃烧器内温度升至200度以上后投粉，一级煤粉在钝体⑴或蜂窝钝体11后面的回流区内着火后继续向出口流动，在一次风喷管（2出口处混入从内二次风喷管3中出来的二次风，补充部分氧气后继续燃烧，并继续向出口方向流动，在内二次风喷管3出口处混入从中二次风喷管4出来的二次风，补充部分空气后继续燃烧，并继续向出口方向流动，在中二次风喷管4出口处混入从外二次风喷管5出来的二次风，并一起喷入炉膛继续燃烧;在投粉着火稳定3分钟后，停止点火油枪或气枪或等离子枪，依靠钝体（1或蜂窝钝体（11和二次风配合形成的回流区稳定火焰。

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