燃用高温荒煤气的直流燃烧器

技术领域

本发明属于高效洁净煤燃烧技术领域。

背景技术

尽管国内外研发了各种各样的燃煤技术，表现在难燃的低挥发分无烟煤、贫煤、焦炭 等燃料燃烧上，由于在同一个设备上同时实现高效洁净的理化条件往往相互制约，因此， 研发同时实现着火稳燃、高效、低NOx、防结渣及高温腐蚀、负荷响应快、低负荷性能优良的煤燃烧技术依然面临挑战。

针对难燃的低挥发分无烟煤、贫煤、焦炭等燃料燃烧，现有技术提供了一种分段耦合 煤粉燃烧装置及方法，基于煤燃烧热化学转化不同阶段利用不同的设备针对性地实施热解、 燃烧、破碎、气化、脱硫、颗粒分选、碳转化、燃尽的理论设计，并利用炉内新结构实施各阶段质量、动量、能量有效耦合的结构设计，将优选的双涡快速流化床的低温热解段和煤粉炉的高温碳转化段结合起来，通过各段的独立控制，打破同一设备中实施高效洁净煤燃烧理化条件的相互制约，发挥各段优势并克服各段劣势，从而能够同时实现煤、特别是难燃的劣质煤的着火稳燃、高效、低NOx、防结渣及高温腐蚀、负荷响应快、低负荷性能 优良的煤粉燃烧，并拓展了燃烧设备的煤种适应性。但是分段耦合煤粉燃烧技术中，必须 为高温碳转化段实施碳转化、燃尽的煤粉炉配置高性能荒煤气直流/旋流燃烧器以有效耦合 燃烧低温段双涡快速流化床产生的荒煤气，才能现实地实施一种分段耦合煤粉燃烧，实现 广泛煤种的高效洁净煤粉燃烧。

具体地，一种分段耦合煤粉燃烧过程分两段实施，在小于980℃低温段，利用优选的 双涡快速流化床，将粒径小于10mm的煤、特别是难燃煤颗粒，通过离心流化，独立地实施干燥、热解、燃烧、破碎、气化、脱硫、颗粒分选，将燃料重整为荒煤气，所以，所述 的荒煤气是在低温段由优选的双涡快速流化床产生的、压力小于3MPa、温度为500℃至 980℃、可燃气中仅含带颗粒粒径小于70μm的半焦、焦炭颗粒的气固两相流；而在大于980℃ 高温段，煤粉炉中需要配置一种直流/旋流荒煤气燃烧器，使荒煤气在煤粉炉中独立地实施 高效洁净燃烧，从而才能最终实现一种分段耦合煤粉燃烧过程中能够同时实现广泛煤种特 别是难燃煤的着火稳燃、高效、低NOx、防结渣及高温腐蚀、负荷响应快、低负荷性能优 良的煤粉燃烧。但是，在现有技术中没有为分段耦合煤粉燃烧技术中配备相应的荒煤气直 流燃烧器，以实现高温碳转化段高效低NOx直流燃烧；且现有技术中，虽然欧盟公开了 Injector低NOx高效氢直流燃烧器，以及经典的绝对着火稳燃大过量空气系数低NOx燃油 直流燃烧器，但是燃料及燃烧目的不同，它们均不适用于所述荒煤气直流燃烧，此外，还 公开了一种煤粉直流燃烧器，能有效抑制燃料型NOx发生，但抑制热力型NOx产生的技 术不完善；因此，由于燃料不同、燃烧目的不同，现有低NOx直流燃烧器并不适用于所述 荒煤气的高效低NOx直流燃烧。

综上，针对现有技术中低NOx燃烧器并不适用于荒煤气的高效低NOx直流燃烧及现有技术中由于不存在一种高效低NOx荒煤气直流燃烧器，使其无法为分段耦合煤粉燃烧技术配置荒煤气直流燃烧器的问题，因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明目的是为了解决针对现有技术中低NOx燃烧器并不适用于荒煤气的高效低NOx直流燃烧及现有技术中由于不存在一种高效低NOx荒煤气直流燃烧器，使其无法为分段耦合煤粉燃烧技术配置荒煤气直流燃烧器的问题，本发明提供了燃用高温荒煤气的直流燃烧器。

燃用高温荒煤气的直流燃烧器的第一种结构：

燃用高温荒煤气的直流燃烧器，包括中心管1、荒煤气进气管道2、浓荒煤气管道3、一级配风管道4、淡荒煤气管道5、向火侧壁板6、多孔浓缩栅7、分裂栅8、钝体9、荒煤 气扩散环10、水冷盘管冷却系统11和多重扩散火焰发生器12；中心管1、浓荒煤气管道3、 一级配风管道4和淡荒煤气管道5的底端均连通；荒煤气进气管道2的侧壁上设有1号进 气口；一级配风管道4的壁面上设有2号进气口4-1；

中心管1和浓荒煤气管道3依次由内至外同轴设置，二者底端平齐，且中心管1和浓荒 煤气管道3之间形成环形通道；浓荒煤气管道3的底端设有荒煤气扩散环10，一级配风管道4套设在浓荒煤气管道3外部；淡荒煤气管道5设置在浓荒煤气管道3与一级配风管道 4之间形成环形通道内，淡荒煤气管道5靠近锅炉背火侧，且淡荒煤气管道5的轴线和一 级配风管道4的轴线平行；淡荒煤气管道5顶端与荒煤气进气管道2连通；

中心管1的顶端伸出浓荒煤气管道3，荒煤气进气管道2位于浓荒煤气管道3的上方， 且套设在中心管1外，浓荒煤气管道3的顶端与荒煤气进气管道2连通；同时，中心管1被划分为两段，分别为上段管路和下段管路，上段管路为伸出荒煤气进气管道2的部分， 下段管路为位于荒煤气进气管道2和浓荒煤气管道3内的部分，且上段管路的口径远远小 于下段管路；

荒煤气进气管道2的顶端密封，荒煤气进气管道2的底端与一级配风管道4的顶端通 过1号法兰盘进行固定连接，且一级配风管道4的顶端通过密封板进行密封；

多孔浓缩栅7为平板或曲板结构，且该板上设有通孔，多孔浓缩栅7的一端固定在荒煤 气进气管道2的内壁上，另一端固定在一级配风管道4顶端的密封板上，且淡荒煤气管道 5位于多孔浓缩栅7的正下方；

分裂栅8设置在淡荒煤气管道5与一级配风管道4之间的通道内，用于对该通道内的 气体进行分流，分成两部分，其中，一部分气体用于助燃，另一部分气体用于对锅炉背火侧水冷壁进行降温、防结渣与高温腐蚀，且该另一部分气体所在的通道作为背火侧边风通道；

钝体9通过连接件固定在中心管1底部的内壁上，多重扩散火焰发生器12嵌入在中心 管1与浓荒煤气管道3之间形成的环形通道内，且多重扩散火焰发生器12的底端与中心管 1的底端和浓荒煤气管道3的底端均平齐；

向火侧壁板6与一级配风管道4的部分侧壁以及一级配风管道4顶端的一号法兰盘合 围成向火侧边风通道；向火侧壁板6上开设有3号进气口，该3号进气口作为向火侧边风通道的进气口；

向火侧边风通道的底端设有导向管6-1，该导向管6-1用于将向火侧边风通道内的气体 引出后，对向火侧锅炉水冷壁进行降温、防结渣与高温腐蚀；

向火侧边风通道的底端还与一级配风管道4的底端连通；

水冷盘管冷却系统11，用于对中心管1、浓荒煤气管道3和淡荒煤气管道5进行降温。

燃用高温荒煤气的直流燃烧器的第二种结构：

燃用高温荒煤气的直流燃烧器，包括中心管1、荒煤气进气管道2、N个浓荒煤气管道 3、一级配风管道4、淡荒煤气管道5、向火侧壁板6、多孔浓缩栅7、分裂栅8、钝体9、 荒煤气扩散环10和水冷盘管冷却系统11；中心管1、N个浓荒煤气管道3、一级配风管道 4和淡荒煤气管道5的底端均连通；荒煤气进气管道2的侧壁上设有1号进气口；一级配 风管道4的壁面上设有2号进气口4-1；N为大于或等于2的整数；

中心管1和一级配风管道4依次由内至外同轴设置，在中心管1和一级配风管道4之间形成环形通道内，N个浓荒煤气管道3围绕着中心管1的轴线呈轴对称分布；N个浓荒 煤气管道3底端平齐，荒煤气扩散环10设置在N个浓荒煤气管道3的底端，且N个浓荒 煤气管道3与荒煤气扩散环10均连通；

淡荒煤气管道5设置在一级配风管道4内、N个浓荒煤气管道3外，一级配风管道4的轴线与一级配风管道4的轴线以及N个浓荒煤气管道3的轴线均平行，且淡荒煤气管道 5靠近锅炉背火侧，淡荒煤气管道5顶端与荒煤气进气管道2连通；

中心管1的顶端伸出一级配风管道4，荒煤气进气管道2位于N个浓荒煤气管道3和一级配风管道4的上方，且套设在中心管1外，N个浓荒煤气管道3的顶端与荒煤气进气 管道2连通；

荒煤气进气管道2的顶端密封，荒煤气进气管道2的底端与一级配风管道4的顶端通 过1号法兰盘进行固定连接，且一级配风管道4的顶端通过密封板进行密封；

多孔浓缩栅7为平板或曲板结构，且该板上设有通孔，多孔浓缩栅7的一端固定在荒 煤气进气管道2的内壁上，另一端固定在一级配风管道4顶端的密封板上，且淡荒煤气管道5位于多孔浓缩栅7的正下方；

分裂栅8设置在淡荒煤气管道5与一级配风管道4之间的通道内，用于对该通道内的 气体进行分流，分成两部分，其中，一部分气体用于助燃，另一部分气体用于对锅炉背火侧水冷壁进行降温、防结渣与高温腐蚀；且另一部分气体所在的通道作为背火侧边风通道；

钝体9套固在中心管1底部的外壁上；

向火侧壁板6与一级配风管道4的部分侧壁以及一级配风管道4顶端的一号法兰盘合 围成向火侧边风通道；向火侧壁板6上开设有3号进气口，该3号进气口作为向火侧边风通道的进气口；

向火侧边风通道的底端设有导向管6-1，该导向管6-1用于将向火侧边风通道内的气体 引出后，对向火侧锅炉水冷壁进行降温、防结渣与高温腐蚀；

向火侧边风通道的底端还与一级配风管道4的底端连通；

水冷盘管冷却系统11，用于对中心管1、浓荒煤气管道3和淡荒煤气管道5进行降温。

优选的是，第一、二种结构的燃用高温荒煤气的直流燃烧器的分裂栅8为长条形结构， 分裂栅8的纵向截面为三角形。

优选的是，分裂栅8纵向截面的三角形的A3顶角取值为5°至30°。

优选的是，第一种结构的燃用高温荒煤气的直流燃烧器中，荒煤气扩散环10的底端与 一级配风管道4的底端、淡荒煤气管道5的底端和向火侧壁板6的底端均平齐。

优选的是，第一、二种结构的燃用高温荒煤气的直流燃烧器中，钝体9的底端端面与 荒煤气扩散环10的底端端面间的距离为H

优选的是，第一种结构的燃用高温荒煤气的直流燃烧器中，多重扩散火焰发生器12为 环状结构，且沿环状结构周向方向上设有M个轴向喷口12-1，其中，M个轴向喷口12-1围绕着多重扩散火焰发生器12的轴线呈轴对称分布，M为大于1的整数。

优选的是，轴向喷口12-1的径向截面的直径相同或渐变；其中，渐变的方式包括渐缩 或渐扩。

优选的是，轴向喷口12-1的径向截面渐缩或渐扩的夹角为20°至70°。

优选的是，第一、二种结构的燃用高温荒煤气的直流燃烧器中，多孔浓缩栅7与荒煤气 进气管道2的内壁间的夹角为A

优选的是，第一、二种结构的燃用高温荒煤气的直流燃烧器中，荒煤气扩散环10的径 向截面为矩形、正方形或圆形，且荒煤气扩散环10的扩散角A

优选的是，第一、二种结构的燃用高温荒煤气的直流燃烧器中，荒煤气进气管道2为 径向截面为矩形、正方形或圆形的直管；

中心管1为径向截面为矩形、正方形或圆形的直管；

浓荒煤气管道3为径向截面为矩形、正方形或圆形的直管；

淡荒煤气管道5为径向截面为矩形、正方形或多个圆形的直管；

一级配风管道4为径向截面为矩形、正方形或圆形的直管。

优选的是，第一种结构的燃用高温荒煤气的直流燃烧器中，水冷盘管冷却系统11包括 3组水冷盘管11-1，其中，

第一组水冷盘管11-1盘绕在中心管1的内壁上，第二组水冷盘管11-1盘绕在浓荒煤气 管道3的外侧壁上，第三组水冷盘管11-1盘绕在淡荒煤气管道5的外侧壁上；

3组水冷盘管11-1内通入循环的冷却水用于对中心管1、浓荒煤气管道3和淡荒煤气 管道5进行冷却保护。

优选的是，第二种结构的燃用高温荒煤气的直流燃烧器中，水冷盘管冷却系统11包括 三组水冷盘管11-1，其中，

N个浓荒煤气管道3合围成环形结构，且第一组水冷盘管11-1盘绕在N个浓荒煤气管 道3所合围成环形结构的内壁上；第二组水冷盘管11-1盘绕在N个浓荒煤气管道3所合围成环形结构的外壁上；

第三组水冷盘管11-1盘绕在淡荒煤气管道5的外壁上；

3组水冷盘管11-1内通入循环的冷却水用于对N个浓荒煤气管道3和淡荒煤气管道5 进行冷却保护。

优选的是，第一、二种结构的燃用高温荒煤气的直流燃烧器中，水冷盘管冷却系统11 还包括位于燃烧器外部的阀门11-2、进水管线11-3、下降管11-4、高压循环泵11-5和回水 管线11-6；

下降管11-4通过进水管线11-3同时与三组水冷盘管11-1的进水口连通，下降管11-4 通过回水管线11-6同时与三组水冷盘管11-1的回水口连通；

阀门11-2设置在进水管线11-3上；

高压循环泵11-5设置在回水管线11-6上，用于将水冷盘管11-1内的水泵回下降管11-4。

本发明所述燃用高温荒煤气的直流燃烧器的原理、性能分析：

着火：本发明由于使用高温荒煤气为燃料，具备高温、燃料、氧化剂的着火燃烧三要 素，所以，理论上不存在着火问题，即绝对着火。

稳燃：采用荒煤气多重扩散火焰及钝体实现荒煤气燃烧的稳燃：多重扩散火焰在理论 上是绝对稳燃的，多重荒煤气扩散火焰利用钝体的稳燃机理不是借助钝体涡回流热，因为 钝体涡回流气体是中心风或一级配风即预热空气而不是热烟气，而是借助钝体涡对荒煤气 燃料、空气、氧化剂和燃烧产物之热态气固两相流的场所做出的轴向、径向改变，即：荒 煤气燃料、空气氧化剂、燃烧产物的分布能在钝体涡外边界边界层内更宽广的速度范围内 使空气氧化剂速度有效地匹配荒煤气的可燃气、焦炭、半焦颗粒着火燃烧火焰的传播速度， 从而实现实际意义上的绝对稳燃，简而言之，籍助钝体涡外边界层内着火稳燃实施荒煤气 多重扩散火焰的绝对着火稳燃。

低NOx：富燃料、低温、燃料分级燃烧三种机理的实施分别抑制燃料型NOx、热力型NOx的发生、还原NOx以降低NOx排放。与煤粉直流燃烧一、二次配风本质或目的不同， 高温荒煤气直流燃烧的配风设计要求：高温荒煤气多重扩散火焰依据“一种分段耦合煤粉燃 烧方法”在高温段煤粉炉整体燃烧器区域内而不仅仅是燃烧器近场实施富燃料燃烧、气化的原则配设一级配风和二级配风，以实施1100℃温度水平下高温荒煤气富燃料燃烧、气化，拓展了能抑制燃料型NOx发生的空间与时间，并且随着高温荒煤气富燃料燃烧、气化的进展，碳转化率不断提高，优选地达到80％以上，最大化地实施富燃料燃烧抑制燃料型NOx 发生的机理；另一方面，荒煤气多重扩散火焰被设计在钝体涡外边界层内发生，既利于火 焰自身冷却，又避免了高温烟气回流到涡心，钝体涡回流气体仅是小部分中心风或一级配 风回流到钝体涡心之内，从而能抑制涡心之内热力型NOx发生，特别地，与集中火焰相比 高温荒煤气多重扩散火焰相对容易实施火焰冷却，分级配设的二级配风适时混入高温荒煤 气多重扩散火焰，冷却荒煤气多重火焰以维持整体燃烧器区域内在1100℃温度水平下燃烧、气化，这种低温燃烧能显著地抑制热力型NOx发生；此外，利用多孔板浓缩器将高温荒煤 气气流在水平方向上分为向火侧的浓高温荒煤气气流和背火侧的淡高温荒煤气气流实施水平方向上高温荒煤气燃料的分级燃烧，淡高温荒煤气气流燃烧能还原浓高温荒煤气火焰产生的NOx，减低NOx排放。

防结渣及高温腐蚀：所有高温荒煤气多重扩散火焰均被一级配风、中心风所包裹并且 在浓高温荒煤气通道出口为所配置的荒煤气扩散环所规范，防止高温荒煤气中的颗粒冲刷 水冷壁，水平浓淡分离的背火侧淡高温荒煤气燃烧气流能气屏式阻挡高温荒煤气中的颗粒 冲刷水冷壁，背火侧的同流的顺流侧边风既能气屏式阻挡高温荒煤气中的颗粒冲刷水冷壁 又能降低背火侧水冷壁附近的温度并使背火侧水冷壁附近处于氧化性气氛，最后，能独立 控制的来自一级配风风机的向火侧配置的高压、反向切圆、逆流的向火侧边风，它一方面 在直流燃烧器向火侧既能气屏式阻挡上游邻角燃烧器喷射的燃烧气流旋转冲刷向火侧水冷 壁的颗粒，另一方面，又能降低向火侧水冷壁附近的温度并使向火侧水冷壁附近处于氧化 性气氛。所以，荒煤气扩散环、水平浓淡、背火侧顺流侧边风、反向切圆的向火侧逆流侧 边风四项技术的实施能确保燃烧器近场及其附近水冷壁区域呈低温、强氧化性气氛、无颗 粒冲刷之有利状态，所以能防止燃烧器自身及其附近水冷壁区域壁面的结渣及高温腐蚀发 生；

高效燃烧：由于高温荒煤气直流燃烧器采用多重扩散火焰及水平浓淡分级燃烧技术， 与集中火焰相比改善了直流燃烧器近场的高温荒煤气燃料与空气氧化剂的前期混合，同时 承继了切圆燃烧后期混合的优点，而独立控制的向火侧高压侧边风反向切圆配置也有助于 混合。在实现了上述着火、稳燃性能的有利条件下，依据“一种分段耦合煤粉燃烧方法”的 配风原则、燃烧原理，通过科学地引入火上风、燃尽风于煤粉炉内燃烧器区域以上区域， 在1300℃温度水平下实施氧化性气氛的迅速燃尽，有充分条件能实施所述荒煤气的高效燃 烧；

冷却：采用水冷、风冷综合冷却方式，利用水冷盘管冷却系统11实施直流燃烧器强制 循环水冷却，而水冷盘管自身又通过一级配风、中心风喷入炉内的过程中实施吹灰和空气 冷却进行保护；

负荷响应与低负荷性能：在上述绝对着火、稳燃原理的关键前提下，中心风和一级配 风的最低风量依据直流燃烧器额定负荷或额定功率(25～30)％设计，在能持续供给高温 荒煤气的前提下，能安全有效地满足(25～30)％低负荷的商业需求；由于所述荒煤气绝对着 火稳燃，在常规的超负荷范围内，所述荒煤气能迅速着火、稳定地燃烧，与煤粉直接直流 切圆燃烧比较，会明显加快负荷特别是高负荷响应特性；

煤种适应性：只要能通过“一种分段耦合煤粉燃烧装置”将煤、生物质及其混合物在优 选的低温段双涡快速流化床内重整为所述的荒煤气，通入本发明所述的一种燃用高温荒煤 气直流燃烧器，就能在分段耦合煤粉燃烧的高温段煤粉炉内高效清洁地实现煤燃烧，所以， 本发明能适用于广泛煤种的分段耦合燃烧。

本发明带来的有益效果是，本发明为现有的“分段耦合煤粉燃烧技术”提供一种燃用高 温荒煤气的直流燃烧器，而燃料为高温荒煤气，所述的荒煤气为，由优选的双涡快速流化 床产生的、压力小于3MPa、温度为500℃至980℃、可燃气中仅含带颗粒粒径范围小于70 微米的半焦、焦炭颗粒的气固两相流，所以，本发明为一种特种燃料新型直流燃烧器。

本发明所述的燃用高温荒煤气直流燃烧器，通过配置在“一种分段耦合煤粉燃烧”的 煤粉炉上，将传统煤粉燃烧的集中火焰重整为周向中心对称分布的多重荒煤气扩散火焰， 不存在着火问题即绝对着火，于钝体涡外边界层内绝对着火稳燃；在整体燃烧器区域，1100℃ 温度水平的富燃料低温燃烧，既拓展了还原性气氛燃烧抑制燃料型NOx发生机理作用空间 与时间又能抑制热力型NOx发生，扩散火焰在钝体涡外边界层内着火稳燃，既有利于荒煤 气火焰冷却又能防止高温烟气回流到钝体涡内，特别有利于抑制热力型NOx发生；中心风、 一级配风包裹高温多重荒煤气扩散火焰的理论与结构设计以及荒煤气扩散环、水平浓淡分 级、背火侧顺流侧边风、反向切圆的向火侧逆流侧边风的协同配置改善了燃烧器及燃烧器 附近水冷壁区域的防高温腐蚀和防结渣的性能；燃用所述荒煤气而不是直接燃用原煤粉改 善了燃烧器防磨损性能；本发明还提供了一种水冷、风冷综合冷却保护直流燃烧器的原理 与方法，风冷和水冷盘管冷却系统的综合冷却技术既无常规水冷夹套冷却易漏的缺点，又 不会污染冷却水的水系统，安全可靠，延长了燃烧器使用寿命；绝对着火稳燃改善了负荷 响应能力；绝对着火稳燃为高效燃烧创造了充分有利条件。

综上，本发明基于多重高温荒煤气扩散火焰、钝体涡外边界层内着火稳燃、水平浓淡 燃料分级燃烧、背火侧同流顺流侧边风、独立控制的高压的向火侧反向切圆逆流侧边风、 水冷和空冷综合冷却技术，实现了荒煤气的高效洁净直流燃烧，具有绝对着火稳燃、显著 抑制燃料型和热力型NOx发生、高效、防结渣及高温腐蚀、负荷响应良好、冷却可靠的特点，本发明适用于广泛煤种的分段耦合煤粉燃烧。

附图说明

图1为本发明所述燃用高温荒煤气的直流燃烧器的第一种结构的原理示意图；

图2为图1在A-A方向的局部剖视示意图；

图3为本发明所述燃用高温荒煤气的直流燃烧器的第二种结构的原理示意图；

图4为图3在B-B方向的局部剖视示意图；

图5为多重扩散火焰发生器12的结构示意图；

图6为水冷盘管冷却系统11的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组 合。

燃用高温荒煤气的直流燃烧器的第一种结构：

参见图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的燃用高温荒煤气的直流燃烧器， 包括中心管1、荒煤气进气管道2、浓荒煤气管道3、一级配风管道4、淡荒煤气管道5、 向火侧壁板6、多孔浓缩栅7、分裂栅8、钝体9、荒煤气扩散环10、水冷盘管冷却系统11 和多重扩散火焰发生器12；中心管1、浓荒煤气管道3、一级配风管道4和淡荒煤气管道5 的底端均连通；荒煤气进气管道2的侧壁上设有1号进气口；一级配风管道4的壁面上设 有2号进气口4-1；

中心管1和浓荒煤气管道3依次由内至外同轴设置，二者底端平齐，且中心管1和浓荒煤气管道3之间形成环形通道；浓荒煤气管道3的底端设有荒煤气扩散环10，一级配风 管道4套设在浓荒煤气管道3外部；淡荒煤气管道5设置在浓荒煤气管道3与一级配风管 道4之间形成环形通道内，淡荒煤气管道5靠近锅炉背火侧，且淡荒煤气管道5的轴线和 一级配风管道4的轴线平行；淡荒煤气管道5顶端与荒煤气进气管道2连通；

中心管1的顶端伸出浓荒煤气管道3，荒煤气进气管道2位于浓荒煤气管道3的上方， 且套设在中心管1外，浓荒煤气管道3的顶端与荒煤气进气管道2连通；同时，中心管1被划分为两段，分别为上段管路和下段管路，上段管路为伸出荒煤气进气管道2的部分， 下段管路为位于荒煤气进气管道2和浓荒煤气管道3内的部分，且上段管路的口径远远小 于下段管路；

荒煤气进气管道2的顶端密封，荒煤气进气管道2的底端与一级配风管道4的顶端通 过1号法兰盘进行固定连接，且一级配风管道4的顶端通过密封板进行密封；

多孔浓缩栅7为平板或曲板结构，且该板上设有通孔，多孔浓缩栅7的一端固定在荒 煤气进气管道2的内壁上，另一端固定在一级配风管道4顶端的密封板上，且淡荒煤气管道5位于多孔浓缩栅7的正下方；

分裂栅8设置在淡荒煤气管道5与一级配风管道4之间的通道内，用于对该通道内的 气体进行分流，分成两部分，其中，一部分气体用于助燃，另一部分气体用于对锅炉背火侧水冷壁进行降温、防结渣与高温腐蚀，且该另一部分气体所在的通道作为背火侧边风通道；

钝体9通过连接件固定在中心管1底部的内壁上，多重扩散火焰发生器12嵌入在中心 管1与浓荒煤气管道3之间形成的环形通道内，且多重扩散火焰发生器12的底端与中心管 1的底端和浓荒煤气管道3的底端均平齐；

向火侧壁板6与一级配风管道4的部分侧壁以及一级配风管道4顶端的一号法兰盘合 围成向火侧边风通道；向火侧壁板6上开设有3号进气口，该3号进气口作为向火侧边风通道的进气口；

向火侧边风通道的底端设有导向管6-1，该导向管6-1用于将向火侧边风通道内的气体 引出后，对向火侧锅炉水冷壁进行降温、防结渣与高温腐蚀；

向火侧边风通道的底端还与一级配风管道4的底端连通；

水冷盘管冷却系统11，用于对中心管1、浓荒煤气管道3和淡荒煤气管道5进行降温。

第一种结构的直流燃烧器，中心管1被划分为两段，分别为上段管路和下段管路，上 段管路为伸出荒煤气进气管道2的部分，下段管路为位于荒煤气进气管道2内、并继续与浓荒煤气管道3中心对称地贯穿分隔密封板的部分，且上段管路的口径远远小于下段管路的口径；该种设置方式用于对浓淡分离后的浓荒煤气的流速和流量进行控制。

燃用高温荒煤气的直流燃烧器的第二种结构：

参见图3和图4说明本实施方式，本实施方式所述的燃用高温荒煤气的直流燃烧器， 包括中心管1、荒煤气进气管道2、N个浓荒煤气管道3、一级配风管道4、淡荒煤气管道5、向火侧壁板6、多孔浓缩栅7、分裂栅8、钝体9、荒煤气扩散环10和水冷盘管冷却系 统11；中心管1、N个浓荒煤气管道3、一级配风管道4和淡荒煤气管道5的底端均连通； 荒煤气进气管道2的侧壁上设有1号进气口；一级配风管道4的壁面上设有2号进气口4-1； N为大于或等于2的整数；

中心管1和一级配风管道4依次由内至外同轴设置，在中心管1和一级配风管道4之间形成环形通道内，N个浓荒煤气管道3围绕着中心管1的轴线呈轴对称分布；N个浓荒 煤气管道3底端平齐，荒煤气扩散环10设置在N个浓荒煤气管道3的底端，且N个浓荒 煤气管道3与荒煤气扩散环10均连通；

淡荒煤气管道5设置在一级配风管道4内、N个浓荒煤气管道3外，一级配风管道4的轴线与一级配风管道4的轴线以及N个浓荒煤气管道3的轴线均平行，且淡荒煤气管道5 靠近锅炉背火侧，淡荒煤气管道5顶端与荒煤气进气管道2连通；

中心管1的顶端伸出一级配风管道4，荒煤气进气管道2位于N个浓荒煤气管道3和一级配风管道4的上方，且套设在中心管1外，N个浓荒煤气管道3的顶端与荒煤气进气 管道2连通；

荒煤气进气管道2的顶端密封，荒煤气进气管道2的底端与一级配风管道4的顶端通 过1号法兰盘进行固定连接，且一级配风管道4的顶端通过密封板进行密封；

多孔浓缩栅7为平板或曲板结构，且该板上设有通孔，多孔浓缩栅7的一端固定在荒 煤气进气管道2的内壁上，另一端固定在一级配风管道4顶端的密封板上，且淡荒煤气管道5位于多孔浓缩栅7的正下方；

分裂栅8设置在淡荒煤气管道5与一级配风管道4之间的通道内，用于对该通道内的 气体进行分流，分成两部分，其中，一部分气体用于助燃，另一部分气体用于对锅炉背火侧水冷壁进行降温、防结渣与高温腐蚀；且另一部分气体所在的通道作为背火侧边风通道；

钝体9套固在中心管1底部的外壁上；

向火侧壁板6与一级配风管道4的部分侧壁以及一级配风管道4顶端的一号法兰盘合 围成向火侧边风通道；向火侧壁板6上开设有3号进气口，该3号进气口作为向火侧边风通道的进气口；

向火侧边风通道的底端设有导向管6-1，该导向管6-1用于将向火侧边风通道内的气体 引出后，对向火侧锅炉水冷壁进行降温、防结渣与高温腐蚀；

向火侧边风通道的底端还与一级配风管道4的底端连通；

水冷盘管冷却系统11，用于对中心管1、浓荒煤气管道3和淡荒煤气管道5进行降温。

本发明中所述荒煤气为压力小于3MPa、温度为500℃至980℃、可燃气仅含带颗粒粒 径小于70微米的半焦、焦炭颗粒的气固两相流。多孔浓缩栅7可实现对荒煤气进气管道2通入的荒煤气进行浓淡分离，用于实现高温荒煤气水平浓淡分离、实施高温荒煤气的燃料分级燃烧，其性能为，浓、淡高温荒煤气体积流量比为8:2到5:5，阻力损失不大于20mmH

应用时，配置在背火侧的淡荒煤气管道5顶端贯通密封连接在分隔密封板上，此淡荒 煤气管道5与荒煤气进气管道2相通，用于喷射淡荒煤气，实施气屏式阻挡浓高温荒煤气颗粒冲刷背火侧近场水冷壁的同时，通过与所包裹的一级配风混合燃烧对浓高温荒煤气的燃烧实施分级燃烧，增强NOx还原、减低NOx排放。

本发明背火侧边风通道的实施与直流煤粉燃烧传统侧边风利用专门通道实施不同，本 发明背火侧边风通道是通过在一级配风管道4出口的背火侧的垂直方向设置分裂栅8实现， 结构简单而不影响侧边风功能实现，分裂栅8也具有钝体功能，主要作用是导流，背火侧 边风与一级配风是同流的，相对切圆燃烧是顺流的、同向切圆的，用于推迟混合、促进局 部氧化性气氛燃烧、降低水冷壁附近温度、创造氧化性气氛、气屏式阻止颗粒冲刷水冷壁， 于背火侧防结渣及高温腐蚀；

向火侧边风反向切圆配置，于外侧包裹正向切圆主燃烧气流，与荒煤气正向切圆燃烧 逆流混合；向火侧边风通道为利用一级配风管道4向火侧壁面构建的独立通道，以便独立 控制，其顶端由分隔密封板密封，向火侧壁板6上开设有3号进气口，向火侧边风通道的 喷射方向与向火侧锅炉水冷壁间的夹角A

以上两种结构的直流燃烧器具体使用时，首先启动水冷盘管冷却系统11，同时向中心 管1、一级配风管道4和向火侧边风管通道通入空气，其中，向一级配风管道4中通入空气，也即：在背火侧边风通道通入空气；向荒煤气进气管道2通入高温荒煤气并通过多孔 浓缩栅7分成浓、淡两股荒煤气气流后，针对第一种结构直流燃烧器，浓、淡两股荒煤气 气流分别通入由中心管1外壁与浓荒煤气管道3的内壁构成了环状浓荒煤气通道和淡荒煤 气管道5中，针对第二种结构直流燃烧器，浓、淡两股荒煤气气流中，浓荒煤气同时通入 N个浓荒煤气管道3中、淡荒煤气气流通入淡荒煤气管道5；借助可由中心管1投放的点 火装置(如油枪、高能点火装置)，点燃由第一种结构流燃烧器中多重扩散火焰发生器12 或第二种结构流燃烧器的N个浓荒煤气管道3喷射出的、周向对称分布的多股浓荒煤气气 流，直至在由钝体9涡外边界层内形成稳定的多股浓荒煤气火焰后，撤出点火装置，同时， 背火侧的淡荒煤气气流氧化性气氛着火稳燃并还原浓荒煤气燃烧可能生成的NOx，通过中 心管1通入中心风对钝体9回流涡的积极干预，能够适当调节浓荒煤气扩散火焰距离燃烧 器喷口的着火、稳燃位置；钝体9规范了钝体涡的径向特征尺度，中心风或一级配风，除 小部分回流于钝体涡内，二者协同作用大部分用于多股浓荒煤气的着火稳燃、燃烧，形成 绝对着火稳燃的多重扩散火焰，浓荒煤气点燃后，形成稳定的多重扩散火焰，在其向下游 富燃料燃烧发展的过程中，借助利用常规技术向锅炉中配置的二级配风的适时混入、冷却， 于煤粉炉的整体燃烧器区域内实施1100℃温度水平下的荒煤气燃烧、气化，并经过这阶段 还原性气氛热化学转化后，使碳转化率达到80％以上，以充分拓展富燃料燃烧减低燃料型 NOx排放机理作用空间与时间，抑制燃料型NOx发生，而1100℃相对低温的荒煤气燃烧、 也能充分抑制了热力型NOx的发生；通过继后的在煤粉炉燃烧区域以上的氧化性气氛区域 合理组织火上风、燃尽风，有充分的条件实施荒煤气的燃尽，以实现高效清洁燃烧。

所述荒煤气燃烧的过程中，不断向中心管1通入空气，防止烟气倒灌、对直流燃烧器 进行中心冷却、防止中心管端面和钝体表面结渣及高温腐蚀。

使用时，一级配风和中心风最低风量依据直流燃烧器额定负荷或直流燃烧器额定功率 (25～30)％设计。

停炉情况下，首先停止通入荒煤气、直至完全冷却，再依次停一、二级配风，中心风及水冷盘管冷却系统11。

水冷盘管冷却系统11由中心风、一级配风冷却、清灰，实施燃烧器的水冷和风冷的综 合冷却以发挥各自冷却优势，可靠地实现直流燃烧器冷却保护。

本发明所述燃用高温荒煤气的直流燃烧器，重整传统煤粉燃烧的集中火焰，变为周向 轴对称分布的多重扩散火焰的设计，为钝体涡外边界层内着火稳燃、抑制燃料型特别是热 力型NOx发生、改善燃烧器及燃烧器附近区域水冷壁的防结渣和防高温腐蚀性能、改善燃 烧器磨损、冷却及延长燃烧器寿命、改善负荷响应能力创造了有利条件；

在整体燃烧器区域，富燃料燃烧能深刻抑制燃料型NOx发生，所述浓荒煤气于钝体涡 外边界层内的绝对着火稳燃及多重扩散火焰通过采用常规技术配设的二级配风适时混入、 冷却，实施1100℃温度水平下的低温燃烧、能显著地抑制了热力型NOx发生，水平浓淡分 级燃烧能还原可能发生的各种NOx；

本发明直流燃烧器不存在着火问题，拓展了煤种适应性，由于扩散火焰绝对稳燃，所 以，理论上，本发明直流燃烧器稳燃性能也是绝对稳燃；水平浓淡分离、荒煤气扩散环10与背火侧同流顺流侧边风和向火侧反向切圆逆流侧边风协同作用于直流燃烧器附近区域水 冷壁能有效防结渣和防高温腐蚀；风冷水冷冷却盘管冷却系统11的综合冷却技术既无水冷 夹套易漏的缺点，又不会污染冷却水系统，安全可靠；由于燃料为荒煤气，与直流煤粉燃 烧比较，燃烧器的防磨损性能得到根本改善，本发明所述的燃用高温荒煤气的直流燃烧器 的以上性能从根本上为高效洁净燃烧创造了有利条件。

特别申明的是：第一种结构的直流燃烧器中的中心管1和钝体9的结构和相对位置关 系也可以替代第二种结构的直流燃烧器中的中心管1和钝体9的结构和相对位置关系；或 第二种结构的直流燃烧器中的N个浓荒煤气管道3也可以替代第一种结构的直流燃烧器中 的浓荒煤气管道3和多重扩散火焰发生器12；反之，第一种结构直流燃烧器中的浓荒煤气 管道3和多重扩散火焰发生器12也可以替代第二种结构直流燃烧器中的N个浓荒煤气管道3；或第二种结构直流燃烧器中的中心管1和钝体9的结构和相对位置关系也可以替代 第一种结构直流燃烧器中的中心管1和钝体9的结构和相对位置关系，据此，构成了燃用 高温荒煤气的直流燃烧器的第三、第四种结构。

更进一步的，具体参见图1和图3，第一种或第二种结构的直流燃烧器中，分裂栅8为长条形结构，分裂栅8的纵向截面为三角形。

更进一步的，具体参见图1和图3，分裂栅8纵向截面的三角形的A

更进一步的，具体参见图1，第一种结构的直流燃烧器中，荒煤气扩散环10的底端与 一级配风管道4的底端、淡荒煤气管道5的底端和向火侧壁板6的底端均平齐。

更进一步的，具体参见图1和图3，第一种或第二种结构的直流燃烧器中，钝体9的底端端面与荒煤气扩散环10的底端端面间的距离为H

更进一步的，具体参见图5，第一种结构的直流燃烧器中，多重扩散火焰发生器12为 环状结构，且沿环状结构周向方向上设有M个轴向喷口12-1，其中，M个轴向喷口12-1 围绕着多重扩散火焰发生器12的轴线呈轴对称分布，M为大于1的整数。

本优选实施方式中，周向方向上均匀开设的M个轴向喷口12-1使得浓荒煤气从轴向 喷口12-1喷出，重构为多股浓荒煤气气流，点燃M个浓荒煤气气流，形成多重扩散火焰，且多重火焰便于被冷却，是实现燃用所述荒煤气燃料直流燃烧器的绝对稳然、抑制热力型NOx的关键之一。

更进一步的，具体参见图5，轴向喷口12-1的径向截面的直径相同或渐变；其中，渐变的方式包括渐缩或渐扩。

本优选实施方式中，轴向喷口12-1设置成渐扩或渐缩的目的是让浓荒煤气气流加速或 减速喷入炉膛，实现对喷入浓荒煤气喷入动量的控制。

更进一步的，具体参见图5，轴向喷口12-1的径向截面渐缩或渐扩的夹角为20°至70°。

更进一步的，具体参见图1和图3，第一种或第二种结构的直流燃烧器中，多孔浓缩栅7 与荒煤气进气管道2的内壁间的夹角为A

更进一步的，具体参见图1和图3，第一种或第二种结构的直流燃烧器中，荒煤气扩散环10的径向截面为矩形、正方形或圆形，且荒煤气扩散环10的扩散角A

更进一步的，具体参见图1至图4，第一种或第二种结构的直流燃烧器中，荒煤气进气管道2为径向截面为矩形、正方形或圆形的直管；

中心管1为径向截面为矩形、正方形或圆形的直管；

浓荒煤气管道3为径向截面为矩形、正方形或圆形的直管；

淡荒煤气管道5为径向截面为矩形、正方形或多个圆形的直管；

一级配风管道4为径向截面为矩形、正方形或圆形的直管。

更进一步的，具体参见图1，第一种结构的直流燃烧器中，燃用高温荒煤气的直流燃 烧器，水冷盘管冷却系统11包括3组水冷盘管11-1，其中，

第一组水冷盘管11-1盘绕在中心管1的内壁上，第二组水冷盘管11-1盘绕在浓荒煤气 管道3的外侧壁上，第三组水冷盘管11-1盘绕在淡荒煤气管道5的外侧壁上；

3组水冷盘管11-1内通入循环的冷却水用于对中心管1、浓荒煤气管道3和淡荒煤气 管道5进行冷却保护。

更进一步的，具体参见图3，第二种结构的直流燃烧器中，燃用高温荒煤气的直流燃 烧器，水冷盘管冷却系统11包括三组水冷盘管11-1，其中，

N个浓荒煤气管道3合围成环形结构，且第一组水冷盘管11-1盘绕在N个浓荒煤气管 道3所合围成环形结构的内壁上；第二组水冷盘管11-1盘绕在N个浓荒煤气管道3所合围成环形结构的外壁上；

第三组水冷盘管11-1盘绕在淡荒煤气管道5的外壁上；

3组水冷盘管11-1内通入循环的冷却水用于对N个浓荒煤气管道3和淡荒煤气管道5 进行冷却保护。

所有水冷盘管11-1内通入循环的冷却水用于对构成浓、淡荒煤气通道的管道进行冷却 水强制循环冷却保护。

本发明所有水冷盘管11-1采用如15CrMo耐热耐压材料制作，而本发明所述一种燃用 高温荒煤气的直流燃烧器的其它部件均可采用氧化铝铁合金、HAYNES 188合金或耐热钢 等制作而成。

在第一、二种直流燃烧器结构中，所有水冷盘管11-1分别由中心风或/和一级配风冷却、 清灰，实施燃烧器的水冷和风冷的综合冷却以发挥各自冷却优势，可靠地实现燃烧器冷却 保护。

具体应用时，所有水冷盘管11-1可以是在径向方向上多层错列配置，优选地为单层配 置。

更进一步的，具体参见图6，第一种或第二种结构的直流燃烧器中，燃用高温荒煤气 的直流燃烧器，水冷盘管冷却系统11还包括位于燃烧器外部的阀门11-2、进水管线11-3、 下降管11-4、高压循环泵11-5和回水管线11-6；

下降管11-4通过进水管线11-3同时与三组水冷盘管11-1的进水口连通，下降管11-4 通过回水管线11-6同时与三组水冷盘管11-1的回水口连通；

阀门11-2设置在进水管线11-3上；

高压循环泵11-5设置在回水管线11-6上，用于将水冷盘管11-1内的水泵回下降管11-4。

更进一步的，水冷盘管冷却系统11的运行压力略高于炉内压力。

本优选实施方式中，将水冷盘管冷却系统11的运行压力设置成略高于炉内压力，目的 在于以防意外泄漏导致水冷盘管冷却系统11的冷却水被污染。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例 仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多 修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范 围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要 求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他 所述实施例中。