旋流燃烧器及其系统

技术领域

本申请涉及一种旋流燃烧器及其系统。

背景技术

目前，许多电站锅炉都采用的是对冲燃烧系统。该对冲燃烧系统包括安装于炉膛的前墙和后墙上的旋流燃烧器。该旋流燃烧器工作时，中心区域的煤粉剧烈燃烧，需要卷吸火焰外侧大量的氧气供应，因此在燃烧器火焰附近区域一般呈现缺氧状态。而炉膛的侧墙由于没有空气供应，且大量不完全燃烧的煤粉生成的还原性气体如CO、H

现有技术中，可以采用贴壁风来改善侧墙还原性氛围的形成。具体地，首先在侧墙表面安装喷气装置。该喷气装置朝向侧墙吹风，使得侧墙表面可以形成一层空气膜。该空气膜能隔绝侧墙和还原性气体，如此空气膜能改善还原性气氛。但现有技术中的喷气装置的风向与侧墙表面相垂直，因此风速衰减比较快，从而刚性不足而无法全面覆盖侧墙，且容易对侧墙产生冲刷，进而加速侧墙的磨损。此外在添加贴壁风风管之后，作用于燃烧器的流量相对减少，在同样的送风压力下，二次风箱的压力会相应减小，这会引起燃烧器煤粉无法充分燃烧，不仅降低了锅炉效率也会促进了炉膛内还原性氛围的形成。

因此，有必要提出一种旋流燃烧器及其系统，以能解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施方式提供了一种能有效抑制锅炉炉膛侧墙高温腐蚀的旋流燃烧器及其系统。

为实现上述目的，本申请提供了如下的技术方案：一种旋流燃烧器，包括：第一风管，其具有入口和出口，用于向炉膛内输入一次风；第二风管，所述第二风管套设于所述第一风管外；所述第二风管与所述第一风管之间形成有环形空间；分隔件，其设置于所述环形空间内，所述分隔件将所述环形空间分隔成远离所述第一风管的第三风道和位于所述第一风管和所述第三风道之间的第二风道；所述第二风道用于向所述炉膛内输入二次风；所述第三风道的横截面积自所述入口至所述出口逐渐变小形成喷管。

作为一种优选的实施方式，所述第三风道靠近所述入口的一端为环形；所述第三风道靠近所述出口的一端为半环形。

作为一种优选的实施方式，所述分隔件为管体，所述管体套设于所述第一风管外；所述第二风管套设于所述管体外。

作为一种优选的实施方式，所述第三风道沿轴向的横截面在所述入口至所述出口的方向上向外倾斜延伸。

作为一种优选的实施方式，所述第三风道与所述第一风管的轴向之间的夹角为6度至12度。

作为一种优选的实施方式，所述第二风管靠近所述入口的一端连接有引流管；所述引流管与所述环形空间相连通；用于向所述第三风道和所述第二风道内输入二次风。

作为一种优选的实施方式，所述引流管内设置有用于调节所述第三风道和所述第二风道内的气流量的挡板。

一种旋流燃烧系统，用于炉膛，所述炉膛包括前水冷壁、后水冷壁以及位于所述前水冷壁和所述后水冷壁之间的至少一个侧水冷壁；所述旋流燃烧系统包括：至少一个燃烧单元；与至少一个所述侧水冷壁相对应；所述燃烧单元包括两个如上的旋流燃烧器；两个所述旋流燃烧器分别设置于所述前水冷壁和所述后水冷壁上；且两个所述旋流燃烧器的所述第三风道均朝向对应的所述侧水冷壁敞开，以使所述第三风道内的气流能朝向对应的所述侧水冷壁流动。

作为一种优选的实施方式，还包括：至少一个旋流燃烧装置；设置于所述前水冷壁和/或所述后水冷壁上；所述旋流燃烧装置包括第一风管，具有入口和出口，用于向所述炉膛向输入一次风；所述旋流燃烧装置设置于所述旋流燃烧器远离所述侧水冷壁的一侧。

作为一种优选的实施方式，所述旋流燃烧器的所述第三风道与所述第一风管的轴向之间具有夹角；以使两个所述旋流燃烧器的所述第三风道内的气流能在未接触所述侧水冷壁时会聚。

借由以上的技术方案，本申请实施方式所述的旋流燃烧器及其系统设置第一风管、第二风管和分隔件，且第三风道的横截面积自入口至出口逐渐变小形成喷管；从而第三风道内的气流沿入口至出口的方向流动并射出时刚性强。该刚性强的气流可强烈抑制还原性气体在炉膛侧水冷壁的积累，同时也可以增大炉膛侧水冷壁的氧含量，有效避免炉膛侧水冷壁区域还原性气氛的形成。因此，本申请实施方式提供了一种能有效抑制锅炉炉膛侧墙高温腐蚀的旋流燃烧器及其系统。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：

图1为本申请实施方式所述的旋流燃烧系统的排列示意图；

图2为本申请实施方式所述的旋流燃烧系统在前水冷壁上的排列示意图；

图3为本申请实施方式所述的旋流燃烧器的出口端示意图；

图4为本申请实施方式所述的旋流燃烧器的流道示意图；

图5为本申请实施方式所述的旋流燃烧系统在炉膛内的风向图。

附图标记说明：

11、第一风管；12、入口；13、出口；14、第二风管；15、分隔件；17、第三风道；19、第二风道；21、第一风道；29、引流管；31、挡板；33、前水冷壁；35、后水冷壁；37、侧水冷壁；39、旋流燃烧器；41、旋流燃烧装置；43、燃烧腔；45、均流筒；47、旋流叶片；49、炉膛。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

请参阅图3、图4，本实施方式所提供的一种旋流燃烧器39，包括：第一风管11，其具有入口12和出口13，用于向炉膛49向输入一次风；第二风管14，所述第二风管14套设于所述第一风管11外；所述第二风管14与所述第一风管11之间形成有环形空间；分隔件15，其设置于所述环形空间内，所述分隔件15将所述环形空间分隔成远离所述第一风管11的第三风道17和位于所述第一风管11和所述第三风道17之间的第二风道19；所述第二风道19用于向所述炉膛49内输入二次风；所述第三风道17的横截面积自所述入口12至所述出口13逐渐变小形成喷管。

由以上方案可以看出，本申请实施方式所述的旋流燃烧器设置第一风管11、第二风管14和分隔件15，且第三风道17的横截面积自入口12至出口13逐渐变小形成喷管；从而第三风道17内的气流沿入口12至出口13的方向流动并射出时刚性强。该刚性强的气流可强烈抑制还原性气体在炉膛49侧水冷壁37的积累，同时也可以增大炉膛49侧水冷壁37的氧含量，有效避免炉膛49侧水冷壁37区域还原性气氛的形成。

如图1所示，本实施方式所述的炉膛49为锅炉炉膛49。该锅炉炉膛49具有用于供煤粉燃烧的燃烧腔43。具体地，例如如图1所示，该炉膛49整体上呈内部中空的结构。该中空部分形成燃烧腔43。进一步地，该炉膛49包括前水冷壁33、后水冷壁35以及位于前水冷壁33和后水冷壁35之间的至少一个侧水冷壁37。例如如图1所示，该炉膛49包括两个侧水冷壁37。具体地，两个侧水冷壁37包括左侧的侧水冷壁37和右侧的侧水冷壁37。且前水冷壁33、后水冷壁35以及两个侧水冷壁37围成燃烧腔43。

进一步地，本申请实施方式所述的旋流燃烧器设置于炉膛49的前水冷壁33或后水冷壁35上，进而形成对冲燃烧系统。具体地，前水冷壁33上的旋流燃烧器与后水冷壁35上的旋流燃烧器相对应，进而前水冷壁33上的旋流燃烧器能与后水冷壁35上与其对应的旋流燃烧器以相反的方向向燃烧腔43内输入一次风和二次风，进而使煤粉在燃烧腔43内燃烧。该相对应可以是前水冷壁33上的旋流燃烧器的数量与后水冷壁35上的旋流燃烧器的数量相等。例如图5示出了炉膛49的俯视图。从图5可以看出，前水冷壁33上的旋流燃烧器为8个。后水冷壁35上的旋流燃烧器为8个。当然该前水冷壁33和后水冷壁35上的旋流燃烧器不限于为8个。对此本申请不作规定。前水冷壁33上的旋流燃烧器向上输入气体，后水冷壁35上的旋流器向下输入气体，如此形成对冲燃烧系统。进一步地，本申请实施方式所述的旋流燃烧器可以固定于炉膛49的前水冷壁33或后水冷壁35上。该固定方式例如可以是螺钉固定、螺栓固定、焊接固定等。

在本实施方式中，第一风管11用于向炉膛49内输入一次风。该一次风是煤粉燃烧时与煤粉一起送入炉膛49的空气。该一次风的主要作用是按煤粉在炉膛49内燃烧过程中所需要的氧气提供空气，供炉膛49燃烧之用，同时它还有冷却炉排的作用。具体地，该第一风管11与前水冷壁33或后水冷壁35的表面之间具有不为0度或者180度的夹角。优选地，该第一风管11与前水冷壁33或后水冷壁35的表面之间的夹角为90度。也即第一风管11与前水冷壁33或后水冷壁35的表面垂直设置。具体地，前水冷壁33或后水冷壁35上设置有开孔。该第一风管11穿设于该开孔内。进一步地，第一风管11内形成用于供一次风流通的第一风道21。例如如图4所示，第一风管11左右延伸。第一风道21左右延伸。进一步地，该第一风管11具有入口12和出口13。具体地，该第一风道21的两端上分别设置有入口12和出口13。例如如图4所示，第一风道21的左端为入口12。第一风道21的右端为出口13。从而一次风能自入口12流入第一风道21内，并自出口13流出第一风道21。进一步地，该出口13朝向燃烧腔43敞开，以使一次风能通过出口13输入燃烧腔43内。

在本实施方式中，第二风管14套设于第一风管11外。进一步地，第二风管14与第一风管11之间形成有环形空间。进一步地，环形空间内设置有分隔件15。例如如图4所示，该分隔件15为管体。进一步地，分隔件15将环形空间分隔成远离第一风管11的第三风道17和位于第一风管11和第三风道17之间的第二风道19。例如如图4所示，管体套设于第一风管11外。第二风管14套设于管体外。如此第一风管11和第三风道17分别位于最内侧和最外侧。第二风道19位于中间位置。该第二风道19用于向炉膛49内输入二次风。该二次风用于为煤粉提供氧量。

进一步地，第三风道17的横截面积自入口12至出口13逐渐变小形成喷管。从而第三风道17内的气流沿入口12至出口13的方向射出时刚性强。该刚性强的气流可强烈抑制还原性气体在炉膛49侧水冷壁37的积累，同时也可以增大炉膛49侧水冷壁37的氧含量，有效避免炉膛49侧水冷壁37区域还原性气氛的形成。例如如图5所示，位于最左侧的旋流燃烧器的第三风道17朝向左侧的水冷壁敞开，从而当气流自第三风道17沿入口12至出口13的方向射出至左侧的侧水冷壁37上时刚性强，进而在左侧的侧水冷壁37上形成气体屏障；如此可有效地抑制住由于燃烧而产生的还原性旋流气体向左侧的侧水冷壁37扩散，减轻了旋流燃烧器由于燃烧产生的还原性气体对左侧的侧水冷壁37所产生的不利影响，且缓解炉膛49侧水冷壁37的高温腐蚀现象。同时第三风道17位于火焰外侧，也能为燃烧提供氧气，使燃烧更充分。进一步地，第三风道17靠近入口12的一端为环形；第三风道17靠近出口13的一端为半环形。例如如图3所示，第三风道17的左端为环形；第三风道17的右端为半环形。进而第三风道17的横截面积自左端至右端逐渐变小形成喷管，且使得第三风道17内的气流形成非对称的周界风。

进一步地，由于第一风管11出口13的火焰会有一定的扩散；所以为了避免对旋流火焰的冲击，保证燃烧的稳定性，第三风道17沿轴向的横截面在入口12至出口13的方向上向外倾斜延伸。优选地，第三风道17与第一风管11的轴向之间的夹角为6度至12度。例如如图4所示，第一风管11的轴向为左右方向。第三风道17的延伸方向在从左至右的方向上向上倾斜。如此当第一风管11出口13的火焰在向右的方向上向上的扩散时，第三风道17能避免对旋流火焰的冲击。进一步地，如图5所示，第一风管11的轴向为上下方向。且第一风管11的轴向垂直于前水冷壁33和后水冷壁35。第三风道17的延伸方向在从下至上的方向上向左倾斜。如此当第一风管11出口13的火焰在向上的方向上向左的扩散时，第三风道17能避免对旋流火焰的冲击。也即第三风道17一方面可以减小非对称周界风的流通截面，增强第三风道17出口非对称周界风的刚度，另一方面改变了非对称周界风的流动方向，使非对称周界风以一定角度朝侧水冷壁37方向流动避免了对旋流火焰的干扰。

进一步地，第二风管14靠近入口12的一端连接有引流管29。例如如图4所示，引流管29的右端与第二风管14的左端相连。该连接方式可以是螺钉连接、螺栓连接、焊接、一体成型等。进一步地，引流管29与环形空间相连通。引流管29用于向第三风道17和第二风道19内输入二次风。进一步地，引流管29内设置有用于调节第三风道17和第二风道19内的气流量的挡板31。例如如图4所示，该挡板31与分隔件15相连。如此，上述第三风道17内的气体属于二次风。二次风在引流管29内可通过挡板31形成分流，一股进入第二风道19而形成旋流促进燃烧，另一股进入第三风道17中以缓解高温腐蚀。如此，本申请实施方式所述的旋流燃烧器易于实施。具体地，非对称式周界风是从二次风中分出的一股，不需添加额外的管路和设备，可在原有的燃烧器设备上进行改造。且本申请实施方式所述的旋流燃烧器不会对燃烧造成干扰。具体地，非对称式周界风是从原二次风中分出的一股，且位于旋流燃烧器外侧以一定的角度吹向侧水冷壁37，仅仅起到提供燃烧需要的氧气及抑制还原性气体向侧水冷壁37扩散的作用，不对旋流燃烧器的火焰产生冲击而影响其燃烧。

进一步地，第二风道19和第三风道17内均设置有均流筒45。该均流筒45可以使得喷出的二次风以及非对称周界风均匀的以环流形式进入各自的流道。进一步地，第二风道19靠近出口13的一端设置有旋流叶片47。该旋流叶片47可以使二次风形成旋流卷吸火焰外侧低温烟气促进燃烧。

请参见图1、图5。本申请实施方式还提供一种旋流燃烧系统，其包括：至少一个燃烧单元；与至少一个所述侧水冷壁37相对应；所述燃烧单元包括两个如上述的旋流燃烧器39；两个所述旋流燃烧器39分别设置于所述前水冷壁33和所述后水冷壁35上；且两个所述旋流燃烧器39的所述第三风道17均朝向对应的所述侧水冷壁37敞开，以使所述第三风道17内的气流能朝向对应的所述侧水冷壁37流动。

由以上方案可以看出，本申请实施方式所述的旋流燃烧系统设置燃烧单元，该燃烧单元包括两个旋流燃烧器39，如此一方面两个旋流燃烧器39形成对冲燃烧，另一方面旋流燃烧器39的第三风道17的朝向对应的侧水冷壁37敞开，且横截面积自入口12至出口13逐渐变小形成喷管；从而第三风道17内的气流沿入口12至出口13的方向流动并射出时刚性强。该刚性强的气流可强烈抑制还原性气体在炉膛49侧水冷壁37的积累，同时也可以增大炉膛49侧水冷壁37的氧含量，有效避免炉膛49侧水冷壁37区域还原性气氛的形成。

在本实施方式中，燃烧单元包括两个如上述的旋流燃烧器39。也即该旋流燃烧器39包括第一风管11，其具有入口12和出口13，用于向炉膛49内输入一次风；第二风管14，所述第一风管11穿设于所述第二风管14内；所述第二风管14与所述第一风管11之间形成有环形空间；分隔件15，其设置于所述环形空间内，所述分隔件15将所述环形空间分隔成远离所述第一风管11的第三风道17和位于所述第一风管11和所述第三风道17之间的第二风道19；所述第二风道19用于向所述炉膛49内输入二次风；所述第三风道17的横截面积自所述入口12至所述出口13逐渐变小形成喷管。进一步地，燃烧单元包括的两个旋流燃烧器39分别设置于前水冷壁33和后水冷壁35上。例如如图1、图2、图5所示，前水冷壁33最左侧的旋流燃烧器为旋流燃烧器39。后水冷壁35最左侧的旋流燃烧器为旋流燃烧器39。该前水冷壁33和后水冷壁35最左侧的旋流燃烧器39构成一个燃烧单元。

在本实施方式中，至少一个燃烧单元与至少一个侧水冷壁37相对应。该相对应，可以是燃烧单元的数量与侧水冷壁37的数量相等。该相对应，还可以是燃烧单元的位置与侧水冷壁37的位置相接近。例如如图1所示，炉膛49包括左侧的侧水冷壁37和右侧的水冷壁。也即炉膛49包括两个侧水冷壁37。燃烧单元包括左侧的燃烧单元和右侧的燃烧单元。也即燃烧单元为两个。且左侧的燃烧单元与左侧的侧水冷壁37相接近。右侧的燃烧单元与右侧的侧水冷壁37相接近。

进一步地，两个旋流燃烧器39的第三风道17均朝向对应的侧水冷壁37敞开，以使第三风道17内的气流能朝向对应的侧水冷壁37流动。也即左侧的燃烧单元的旋流燃烧器39的第三风道17朝向左侧的侧水冷壁37敞开，以使第三风道17内的气流能朝向左侧的侧水冷壁37流动。右侧的燃烧单元的旋流燃烧器39的第三风道17朝向右侧的侧水冷壁37敞开，以使第三风道17内的气流能朝向右侧的侧水冷壁37流动。如此，通过旋流燃烧器39的非对称性周界风有效地增加了二次风的刚性，并且左侧的燃烧单元改善了炉膛49左侧的侧水冷壁37区域的还原性气氛，避免了贴壁风刚性差、易造成磨损的问题；右侧的燃烧单元改善了炉膛49右侧的侧水冷壁37区域的还原性气氛，避免了贴壁风刚性差、易造成磨损的问题。

进一步地，本申请实施方式所述的旋流燃烧系统还包括：至少一个旋流燃烧装置41。该至少一个可以是1个、2个、3个、4个等。该旋流燃烧装置41设置于前水冷壁33和/或后水冷壁35上。该旋流燃烧装置41用于向炉膛49内注入一次风。具体地，该旋流燃烧装置41包括第一风管11。该第一风管11具有入口12和出口13。该第一风管11用于向炉膛49向输入一次风。该一次风是煤粉燃烧时与煤粉一起送入炉膛49的空气。该一次风的主要作用是按煤粉在炉膛49内燃烧过程中所需要的氧气提供空气，供炉膛49燃烧之用，同时它还有冷却炉排的作用。具体地，该第一风管11为第一风管11。该第一风管11与前水冷壁33或后水冷壁35的表面之间具有不为0度或者180度的夹角。优选地，该第一风管11与前水冷壁33或后水冷壁35的表面之间的夹角为90度。也即第一风管11与前水冷壁33或后水冷壁35的表面垂直设置。具体地，前水冷壁33或后水冷壁35上设置有开孔。该第一风管11穿设于该开孔内。进一步地，第一风管11内形成用于供一次风流通的第一风道21。进一步地，该第一风管11具有入口12和出口13。具体地，该第一风道21的两端上分别设置有入口12和出口13。进一步地，该出口13朝向燃烧腔43敞开，以使一次风能通过出口13输入燃烧腔43内。进一步地，该旋流燃烧装置41还包括第二风管14。第一风管11穿设于第二风管14内。第二风管14与第一风管11之间形成有环形空间。该环形空间用于向炉膛49内输入二次风。该二次风用于为煤粉提供氧量。

进一步地，旋流燃烧装置41设置于旋流燃烧器39远离侧水冷壁37的一侧。例如如图5所示，旋流燃烧装置41设置于左侧的旋流燃烧器39的右侧。且旋流燃烧装置41设置于右侧的旋流燃烧器39的左侧。也即前水冷壁33上的两个第一旋流器位于第二旋流器的外侧。后水冷壁35上的两个第一旋流器位于第二旋流器的外侧。如此能通过第一旋流器的非对称周界风缓解侧水冷壁37的高温腐蚀现象。

进一步地，前水冷壁33上设置有多层旋流燃烧系统。后水冷壁35上设置有多层旋流燃烧系统。例如如图1所示，前水冷壁33上设置有上层旋流燃烧系统、中层旋流燃烧系统和下层旋流燃烧系统。该上层旋流燃烧系统、中层旋流燃烧系统和下层旋流燃烧系统均包括两个燃烧单元和位于两个燃烧单元之间的多个旋流燃烧装置41。进一步地，由于第三风道17内部流动的为直流非对称的周界风，射流以一定角度向左侧的侧水冷壁37和右侧的侧水冷壁37喷出，射程远刚度强，可以使得左侧的侧水冷壁37和右侧的侧水冷壁37之间形成一道气体屏障，减少由于燃烧产生的还原性气体在的侧水冷壁37和右侧的侧水冷壁37区域的积累，继而缓解炉膛49侧水冷壁37的高温腐蚀现象。

进一步地，旋流燃烧器39的第三风道17与第一风管11的轴向之间具有夹角。也即前水冷壁33与后水冷壁35的非对称周界风镜像对称。如此能使两个旋流燃烧器39的第三风道17内的气流能在未接触侧水冷壁37时会聚。也即旋流燃烧器39的第二风管14内的非对称周界风以一定的角度吹向侧水冷壁37，使两侧镜像对称的周界风在达到侧水冷壁37之前汇合，不仅有效增加侧水冷壁37区域的氧气含量，抑制还原性氛围的形成，也避免了非对称周界风对侧水冷壁37的冲刷磨损。

进一步地，本申请实施方式的旋流燃烧系统的应用方法如下：

首先，如图所示，将靠近炉膛49左侧的侧水冷壁37以及右侧的侧水冷壁37的旋流燃烧器39的非对称周界风的管体放置在靠近侧水冷壁37一侧。

然后，适当减少靠近左侧的侧水冷壁37以及右侧的侧水冷壁37的旋流燃烧器39中第一风管11的煤粉输送量，减少旋流燃烧器39在燃烧过程中尽可生成的还原性气体。

接着，调节引流管29中的挡板31，使其可以合理分配用于第二风道19和第三风道17中气体的流速和流量。

最后，被分流到第三风道17的气体经第三风道17作用后气体的刚性很强，形成气体屏障可有效地抑制住由于燃烧而产生的还原性旋流气体向左侧的侧水冷壁37和右侧的侧水冷壁37扩散，减轻了旋流燃烧器39由于燃烧产生的还原性气体对左侧的侧水冷壁37和右侧的侧水冷壁37所产生的不利影响。同时非对称周界风位于火焰外侧，也能为燃烧提供氧气，使燃烧更充分。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。