本發明涉及一種雙調風強渦旋熔融燃燒器。

背景技術：

1. 隨著經濟的高速發展，對能源的需求也逐漸增加。我國煤炭資源十分豐富，在能源結構中占有重要地位。同時，我國生物質資源也十分豐富，并且生物質作為一種新型能源從理論上可以實現二氧化碳的零排放已引起中外學者的廣泛關注。因此，高效合理得利用煤炭及生物質資源具有重要意義。

2. 由于燃燒溫度與燃料灰熔點溫度接近，燃料在燃燒過程中會產生結渣、沉積的風險。當渣塊粘結在換熱器表面影響其換熱效率降低，且灰中的堿金屬元素還會對換熱管金屬造成腐蝕，影響換熱管的使用壽命。

3. 燃料在燃燒過程中生成NOx,排放到大氣中的遇到碳氫化合物時，在太陽光中紫外線的作用下發生光化學反應，生成具有刺激性的淺藍色煙霧，造成嚴重的光化學煙霧污染。此外，由氮氧化物生成的硝酸與硫氧化物生成的硫酸等一起將形成酸雨。對環境污染及人體健康的危害是極其嚴重的。

4. 抑制爐內 NOx形成的空氣分級燃燒技術是根據在燃料在過量空氣系數α<1的條件下燃燒，能有效降低爐膛出口 NOx排放量來設計的。將燃燒用的空氣分兩個段送入，使燃燒過程分成兩個區域：即主燃區和燃盡區。在主燃區(α<1)，燃料在缺氧條件下燃燒，燃燒速度和燃燒溫度降低，熱力NOx的生成量減小。同時，燃料氮中釋放的含氮中間產物HCN、NH3等會被還原成N2，因而降低NOx的生成。在燃盡區，燃料在富氧條件下燃燒。有一部分殘留氮化合物氧化為NOx，但由于溫度一般較低，NOx生成量也不大。所以，在空氣分級燃燒條件下總的NOx生成量是降低的。但是，空氣分級燃燒技術由于初期的燃燒過程受到抑制，爐膛出口煙氣溫度升高且不完全燃燒損失增加，尤其是當爐膛高度較小時更易出現。如果水冷壁附近生成還原性介質，水冷壁表面將出現高溫腐蝕。

5. MILD 燃燒技術是近20年間被燃燒學界提出的一項新型燃燒技術。在MILD 燃燒方式下，高溫煙氣回流對燃料和氧氣進行一定程度的稀釋，燃燒反應擴散到爐膛內更廣泛的空間，燃燒溫度峰值被抑制，導致熱力型NOx生成量顯著減少。同時，高溫煙氣回流又會對反應物進行預熱，達到燃料自燃點以上, 使燃料在低氧氣氛下仍可保證穩定燃燒，這也使 MILD燃燒技術能夠適用于劣質燃料。

技術實現要素：

利用渦旋燃燒和液態排渣的方式結合空分級燃燒以及MILD燃燒的思想，針對燃料（生物質顆粒、生物質粉以及煤粉）在燃燒過程中結渣問題以及NOx控制方面的問題，提出了一種雙調風強渦旋熔融燃燒器，以克服燃燒過程中結渣問題以及降低NOx排放。

本發明采取的技術方案如下：

一種雙調風強渦旋熔融燃燒器，該燃燒器由強渦旋熔融燃燒室（1）、雙調風旋流發生裝置（2）組成。強渦旋熔融燃燒室（1）包括，一次風進口（3）、二次風進口（4）、排渣口（5）、漸縮型過渡管（6）、補風口（14）以及圓柱形筒體（7）。雙調風旋流發生裝置（2）包括，內二次風管（8）、外二次風管（9）、內二次風旋流葉片（10）、外二次風旋流葉片（11）以及燃燒產物噴射管（12）。其中，燃燒產物噴射管（12）與漸縮型過渡管（6）相連，內二次風管（8）與燃燒產物噴射管（12）之間安裝有內二次風旋流葉片（10）；外二次風管（9）位于內二次風管（8）外側，且兩者之間安裝外二次風旋流葉片（11）。

為解決燃燒過程中結渣及高NOx排放問題，雙調風強渦旋熔融燃燒器的使用方法為：①將空氣預熱到600℃及以上，由一次風高溫氣流攜帶著燃料與二次風高溫空氣強烈混合后在過量空氣系數α為0.6~0.9的條件下燃燒，在強渦旋熔融燃燒室（1）中形成所謂的富燃料區，灰渣由排渣口（5）以液態形式排出；②在強渦旋熔融燃燒室（1）中未完全燃燒的燃料與產生的煙氣通過燃燒產物噴射管（12）噴入爐膛，達到完全燃燒所需的剩余空氣以及爐膛尾部煙氣通過內二次風管（8）和外二次風管（9）送入爐膛，三者在爐膛中充分混合后，在過量空氣系數α為1.05~1.2的條件下完全燃燒。控制該雙調風強渦旋熔融燃燒器在運行過程中空氣過量系數α為1.05~1.1。

本發明的有益效果在于：在強渦旋熔融燃燒室（1）中采用渦旋流動的方式增強燃料與空氣的混合，并通過空氣預熱的方式提高理論燃燒溫度，維持強渦旋熔融燃燒室（1）中溫度在灰熔點溫度以上，使得灰渣可以經排渣口（5）以液態形式排出，進而克服燃燒過程中結渣問題。同時，燃料在缺氧條件下燃燒，NOx的生成受到很大的抑制。在強渦旋熔融燃燒室（1）中產生的含有未完全燃燒的燃料與高溫煙氣通過雙調風旋流發生裝置（2）與空氣和爐膛尾部煙氣以旋流形式充分混合，降低了燃燒溫度，增大了反應區域，將燃料燃盡的同時進一步抑制了熱力型NOx的生成。

附圖說明：

圖1是雙調風強渦旋熔融燃燒器的結構示意圖，圖2是強渦旋熔融燃燒室的側視圖。

附圖標記：1強渦旋熔融燃燒室、2雙調風旋流發生裝置、3一次風進口、4二次風進口、5排渣口、6漸縮型過渡管、7圓柱形筒體、8內二次風管、9外二次風管、10內二次風旋流葉片、11外二次風旋流葉片、12 燃燒產物噴射管、13 爐膛、14補風口。

具體實施方式：

結合附圖對本發明的實施例進行闡述。

提出了一種雙調風強渦旋熔融燃燒器，該燃燒器由強渦旋熔融燃燒室（1）、雙調風旋流發生裝置（2）組成。強渦旋熔融燃燒室（1）包括，一次風進口（3）、二次風進口（4）、排渣口（5）、漸縮型過渡管（6）、補風口（14）以及圓柱形筒體（7）。雙調風旋流發生裝置（2）包括，內二次風管（8）、外二次風管（9）、內二次風旋流葉片（10）、外二次風旋流葉片（11）以及燃燒產物噴射管（12）。其燃燒產物噴射管（12）與漸縮型過渡管（6）相連，內二次風管（8）與燃燒產物噴射管（12）之間安裝有內二次風旋流葉片（10）；外二次風管（9）位于內二次風管（8）外側，且兩者之間安裝外二次風旋流葉片（11）。

將空氣預熱到600℃及以上時，一次風（約占進入強渦旋熔融燃燒室（1）中總空氣量的25%）攜帶燃料通過一次風進口（3）進入強渦旋熔融燃燒室（1）中，二次風（約占進入強渦旋熔融燃燒室（1）中總空氣量的75%）由二次風進口（4）進入強渦旋熔融燃燒室（1）中，強烈混合后在過量空氣系數α為0.6~0.9的條件下燃燒。為增加熔融燃燒筒體中的尾部渦旋，部分預熱空氣可以由補風口（14）中進入。由于空氣預熱到600℃及以上,能夠極大提高理論燃燒溫度，運行過程中，強渦旋熔融燃燒室（1）中溫度可達到1500℃以上，灰渣經排渣口（5）以液態形式排出。含有可燃成分的煙氣依次經過漸縮型過渡管（6）和燃燒產物噴射管（12）進入爐膛（13）。

與煙氣中可燃成分反應的剩余空氣以及爐膛尾部煙氣由內二次風管（8）和外二次風管（9）進入，經過內二次風旋流葉片（10）和外二次風旋流葉片（11）與在強渦旋熔融燃燒室（1）中產生的煙氣在爐膛內形成強渦旋氣流，在空氣過量系數α為1.01~1.2的條件下將煙氣中可燃成分完全反應。該雙調風強渦旋熔融燃燒器在運行過程中空氣過量系數α為1.05~1.1。