一种具有多通道氨燃料管的掺氨旋流燃烧器

本发明属于燃烧器，具体涉及一种具有多通道氨燃料管的掺氨旋流燃烧器。

背景技术：

1、作为我国主要碳排放的主要来源之一，燃煤发电产生的碳排放量约占全国碳排放总量的40%，是实现“双碳”目标过程中需要重点关注的技术方向。为了减少因燃煤产生的碳排放，现有技术中采用较多的做法是采用新型可再生资源替代或者部分替代传统的化石能源，例如使用氨等新型零碳燃料来替代煤炭，实现煤氨混燃。

2、对于煤氨混燃而言，其通常具备如下优势：（1）环保减排，采用混氨燃烧技术可以有效地减少燃煤锅炉的二氧化硫、氮氧化物等污染物排放，达到环保减排的目的；（2）提高燃烧效率，采用混氨燃烧技术可以使燃烧过程更加充分，燃烧温度更高，从而提高燃烧效率，降低能源消耗；（3）降低运行成本，采用混氨燃烧技术可以减少燃烧产生的污染物排放，降低环保治理成本，同时还可以提高燃烧效率，降低能源消耗，从而降低运行成本；（4）适用范围广，混氨燃烧技术可以适用于各种类型的燃煤锅炉，无论是小型燃煤锅炉还是大型燃煤锅炉均可采用此项技术。

3、不过，与常规碳氢燃料相比，氨的热值较低，可燃性极限范围窄，火焰速度低，存在着火困难和燃烧不稳定的问题；尤其是氨作为含氮燃料，还存在高nox排放的风险。基于此，为了将氨作为燃料在电厂掺烧，并获得较好的着火、稳燃、燃尽和nox排放特性，燃烧器的结构设计至关重要。然而，在现有技术中，虽然也存在一些关于掺氨燃烧的锅炉或者燃烧器，例如中国专利文献cn107477573b、cn113623653a等专利中所示，但上述燃烧器的控制模式往往较为单一，且相关结构较为复杂，调控模式繁琐，很难可靠地满足实际应用的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种具有多通道氨燃料管的掺氨旋流燃烧器，能够有效解决现有掺氨燃烧器存在的氨燃烧位置和喷入速度可调能力差、no x排放调控手段复杂、燃烧器结构复杂等问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种具有多通道氨燃料管的掺氨旋流燃烧器，包括具有一次风管的一次风组件和设置于一次风组件端部外周的二次风组件；

3、所述一次风管靠近燃烧器出口的一端设置为内径沿一次风输送方向依次增大的喇叭形出口段，并在所述喇叭形出口段内同轴设置有导流耐火机构；所述导流耐火机构呈锥台结构，其外径沿一次风输送方向依次增大，并在所述导流耐火机构的外周与所述喇叭形出口段的内壁面之间形成用于一次风通过的环形空腔；且

4、在所述一次风管中还设置有氨燃料管组件，其包括与所述喇叭形出口段同轴设置的外侧氨燃料管；所述外侧氨燃料管的一端伸出一次风管，其另一端延伸至所述喇叭形出口段并与所述导流耐火机构的小径端相连；

5、所述外侧氨燃料管中还同轴穿设有内侧氨燃料管；所述内侧氨燃料管内形成有用于氨燃料输送的内侧通道，其两端分别穿出所述外侧氨燃料管，且所述内侧氨燃料管形成有内侧通道出口的出口端伸出所述一次风管的出风口一定距离；且

6、在所述内侧氨燃料管的出口端外周同轴套设有端部氨燃料管，其出口端与所述内侧氨燃料管的出口端固定连接，另一端穿过所述导流耐火机构并伸入所述外侧氨燃料管中，使得所述端部氨燃料管与所述内侧氨燃料管之间形成与所述外侧氨燃料管连通的外侧通道，且所述端部氨燃料管的出口端形成有外侧通道出口；

7、相应地，在所述内侧氨燃料管背离一次风出口的一端形成有内侧氨燃料入口，并在所述外侧氨燃料管伸出一次风管的端部形成有外侧氨燃料入口。

8、作为本发明的进一步改进，对应所述内侧氨燃料管背离一次风出口的一端设置有位移机构，用于带动所述内侧氨燃料管以及所述端部氨燃料管进行同步轴向位移，以改变所述外侧通道出口和所述内侧通道出口相对于所述一次风出口的位置。

9、作为本发明的进一步改进，所述位移机构为调节电机，且所述内侧氨燃料管的端部设置为螺纹固定段；

10、所述螺纹固定段与所述外侧氨燃料管的端部螺纹连接，并与所述调节电机的输出端装配，使得所述内侧氨燃料管可在所述调节电机的控制下进行轴向位移。

11、作为本发明的进一步改进，所述外侧氨燃料管的内周壁面上设置有内螺纹段，所述端部氨燃料管伸入所述外侧氨燃料管内的端部外周与所述内螺纹段螺纹连接。

12、作为本发明的进一步改进，所述一次风管包括一次风输送段和喇叭形出口段，并在两者之间设置有至少一个管径先缩小后扩大的浓缩管段，用于一次风管中煤粉的导流浓缩。

13、作为本发明的进一步改进，所述浓缩管段设置为两个，其分别有一次风浓缩段和一次风浓缩环组合设置后形成；

14、所述一次风浓缩段设置在一次风浓缩环的前端，其内径渐缩的一端连接所述一次风输送段，内径渐扩的另一端与所述一次风浓缩环设置处的管段连接；

15、所述一次风浓缩环设置在所述管段的内周，并为突缩渐扩管状结构。

16、作为本发明的进一步改进，所述一次风浓缩环的内径最小值小于所述一次风浓缩段的内径最小值。

17、作为本发明的进一步改进，所述一次风浓缩段和所述一次风浓缩环的中部分别形成有一定长度的平直段，所述平直段内的内径保持恒定。

18、作为本发明的进一步改进，所述导流耐火机构外锥面与其轴线的夹角为10°~30°；

19、相应地，所述喇叭形出口段的内壁面与其轴线之间的所夹角度为10°~30°。

20、作为本发明的进一步改进，所述二次风组件包括在所述一次风管出口端外周由内之外依次设置的内旋流通道和外旋流通道；对应两旋流通道分别设置有二次风风箱和二次风旋流叶片。

21、上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

22、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：

23、（1）本发明中具有多通道氨燃料管的掺氨旋流燃烧器，其通过在一次风管中设置由外侧氨燃料管、内侧氨燃料管和端部氨燃料管组成的氨燃料管组件，能够实现氨燃料在旋流燃烧器中的可靠输送；再通过将氨燃料的出口设置为伸出一次风管出口一定距离，配合一次风管端部喇叭形出口段和导流耐火机构的组合设置，使得燃烧器的出口中部形成中心回流区、出口外周形成富氧区，有效避免掺氨燃烧时将氨燃料卷入煤燃烧的富氧区，抑制了氨燃料的氧化，促进了氨的热解，减少了no x的生成，保证了掺氨燃烧的效率。

24、（2）本发明中具有多通道氨燃料管的掺氨旋流燃烧器，其通过在氨燃料管组件中针对内侧氨燃料管设置位移机构，由其实现内侧氨燃料管的位移调节，进而改变外侧通道出口和内侧通道出口相对于一次风出口的位置，进而满足不同燃烧条件下的掺氨燃烧，提升旋流燃烧器的适应性和适用范围，保障燃烧器在不同燃烧负荷下的掺氨燃烧，提升燃烧器掺氨燃烧的可靠性和稳定性。

25、（3）本发明中具有多通道氨燃料管的掺氨旋流燃烧器，其通过将氨燃料管组件中的燃料管连接设置为螺纹连接，即内侧氨燃料管与外侧氨燃料管之间、端部氨燃料管与外侧氨燃料管之间的连接为螺纹连接，配合调节电机的组合设置，使得内侧氨燃料管可通过转动同时实现自身以及端部氨燃料管的轴向位移，进而改变内外氨燃料出口伸出一次风出口的距离，在实现氨燃料喷出位置的同时，充分保证了氨燃料输送过程的密封性和可靠性，避免了氨燃料输送过程中的渗漏。

26、（4）本发明中具有多通道氨燃料管的掺氨旋流燃烧器，其通过在一次风管的输送路径上设置至少一处浓缩管段，使得经由一次风输送的煤粉可在浓缩管段处进行浓缩，提升中心区域的煤粉浓度，进而改善低负荷运行状态下燃烧器的燃烧稳定性，保证煤粉的充分燃烧，提升燃烧效率。

27、（5）本发明中具有多通道氨燃料管的掺氨旋流燃烧器，其结构紧凑，使用便捷，既能保证氨通道气密性，又可灵活调节氨气入射位置和入射速度，有效实现煤粉与氨燃料的高效低氮组合燃烧，提升燃煤锅炉使用过程中的环保性，降低燃煤锅炉的运行成本，具有较好的实用价值和应用前景。