一种液排渣粉煤旋风燃烧器 本发明属于一种燃烧煤粉(包括煤屑和其他粉碎固体燃料)的燃烧装置，特别是涉及液排渣旋风燃烧器的技术改进。
传统的液排渣旋风燃烧器，如CN 86108138A和CN 2051324U所公开的各种液排渣旋风燃烧器，其二次风均是从燃烧室的侧面切向引入，这种方式导致燃烧室中旋转回流流场及温度场的严重畸变，缩短了煤粉在燃烧室中的燃烧停留时间，降低了灰渣的离心分离作用，导致煤粉和灰渣短路逸出燃烧室。由于这种先天性缺陷，使得无论采取什么措施，其捕渣率都难以提高。文献中报道的最高捕渣率为90％左右，一般仅为60-80％，不能满足洁净加热的要求。同时，由于二次风口处于燃烧室侧壁熔渣流场之中，易于发生结渣事故。尽管二次风通常都预热到300-400℃，但与液态渣高达1500℃的温度比较起来，仍是很“冷”的气流，加上其流速极高(可达100米/秒)，其对液渣的冷却作用强烈。风口一结渣，轻则影响二次风流出的方向和流量，从而使燃烧不稳定，重则堵塞风口而被迫停炉。目前为解决此问题，人们采用两个办法。一是在燃烧室侧壁上开上多个风口，一个堵了即切换到另一个。但风的切换会影响燃烧的稳定性，操作也麻烦。另一个办法是在二次风口前加装一个预燃室，在其中燃烧一部分煤粉使二次风温提高到1000℃左右再进入主燃烧室，如TRW公司就采用这种办法(见CN86108138A)。这个办法使燃烧装置结构复杂，难以为一般用户普遍采用。
本发明的目的是针对现有液排渣旋风燃烧器普遍存在的问题，提出一种能稳定燃烧，具有高灰渣捕集率，以获得满足工业用的洁净可燃烟气的液排渣粉煤旋风燃烧器。
本发明采用以下的技术结构：它具有一个圆柱形的燃烧室，该燃烧室包括一个进口端面和一个出口端面，燃料入口和点火口在进口端面上，出口端面的下部开有出渣口，燃烧室产生地气态燃烧产物从出口端面的中心出口管流出，所说的燃烧室的进口端面处设有一外径与燃烧室圆柱形内壁面的直径相同或稍小的环形轴流叶栅，氧化剂(也即二次风)经过该环形轴流叶栅导入燃烧室，在燃烧室形成环形旋流，使燃料在燃烧室中进行旋风悬浮燃烧和附壁燃烧，所说的燃烧室出口端面的中心出口管的直径为燃烧室内壁面直径的15％-60％。
本发明完全摈弃了液排渣旋风燃烧器侧面切向或割向进风的传统。本发明燃烧器的侧壁上没有任何风口或进料口，整个侧壁为一连续完整的圆柱面，这为煤粉和液渣附着在侧壁上进行附壁燃烧并在重力和气流力作用下沿螺旋线逐渐向出渣口移动提供了完美的流场。这一改革完全消除了风口结渣的问题。这是本发明燃烧器同传统的液排渣旋风燃烧器的根本区别之一。
本发明同传统的液排渣旋风燃烧器另一个根本区别是进风技术。传统的液排渣旋风燃烧器的二次风是一股未经调制的直线射流，该射流从燃烧室侧壁风口沿切向或割向进入燃烧室，其目的是使进入燃烧室的气流具有最大的角动量，从而形成最强烈的旋流。但实际情况并不那么理想，这股直线射流离开风口后，只受到风口对面曲面的约束，而其他方向均无任何约束，因此气流将沿着壁面向着位势较抵的方向逸散，只有一部分入射射流的动量转化为有用的角动量。也就是说，这种进风结构的气流角动量转化效率相当低，有很大一部分能量成为旋转流场畸变的动力。本发明从根本上改变这种粗放的进风方式，改为精心设计的端面旋流进风方式。端面旋流进风方式的特点是二次风不是以直线射流方式进入燃烧室，而是以环形旋流方式进入燃烧室。为了产生环形旋流，本发明在燃烧室进口端面上设置一个环形轴流叶栅作为二次风的进风装置。该叶栅环的外径应等于或略小于燃烧室圆柱形内表面的直径。二次风经过此环形叶栅后即形成强烈的环形旋流。此旋流在燃烧室圆柱形内壁面的约束下，贴着该壁面螺旋向前运动。该旋流抵达燃烧室的出口端面后，折返回头，贴着头一股环形旋流的内表面，成为一股旋向相同、前进方向相反的环形旋流回流。当此回流旋流到达燃烧室的进口端面时，又折返回头，成为燃烧室中心旋流流向出口端，从燃烧室中心出口管流出。中心旋流的旋向仍与前两流程的旋流相同。由于中心旋流的强烈卷吸作用，其芯部形成一个负压区，吸引出口处部分烟气回流，形成一个较小的芯部回流区。上述三流程的旋转回流流场是一个规则的、轴对称的理想流场。其他进风方式均不可能形成如此完美、规则的旋转回流流场。流场的形式对燃烧室的性能有着决定性的影响。本发明精心设计并实现的理想的旋转回流流场为气流中的煤粉和灰渣相互碰撞、融聚及离心分离到燃烧室壁面上创造了优越的条件。同时，由于燃烧室壁面上是一层粘滞的熔渣层，分离到壁面上的灰渣及煤粉易于为熔渣层所捕集和吸收，较少反弹回气流中。再加上燃烧室中温度高达1500℃以上，气体的黏度较高，并且气流有较高的旋转线速度，大为有利于气体中固体颗粒的分离。以上这些条件，使本发明煤粉低尘洁净燃烧器对灰渣的捕集率大为高于常规的旋风子除尘器。
所说的环形轴流叶栅(4)的叶片的出气角α可设计在5°-30°的范围，以在燃烧室中创造出理想的旋转回流流场。
环形轴流叶栅的气流出口速度可控制在50-150米/秒的范围。
上述环形轴流叶栅也可用无叶蜗壳旋流器代替。使用无叶蜗壳旋流器的优点是没有直接承受高温的叶片，其缺点是其能量转换效率较抵，也就是说，其压力损失较大。
所述的燃烧室出口端面的中心出口管的直径为燃烧室圆柱形内壁面直径的15％-60％，其最佳尺寸应是在不影响旋转回流的前提下尽量大一些。
所述的燃烧室的两端面可以基本上是垂直于燃烧室轴线的平面，也可以是带有一定锥度的锥面或其他旋转成型面。
所述的燃烧室可以带有一定的倾斜角，以便于液渣在重力作用下从进口端流向出口端。其倾斜角可从大于0°直至90°。
本旋风燃烧器的燃料采用气力输送方式从所说的燃烧室的进口端面的燃料入口送入燃烧室，携带燃料的气流(即一次风)可以是惰性气体(如氮气等)或空气，这股气流可以是经过预热的，也可以是常温的；可以是经过干燥处理的，也可以是自然状态的。燃料的气力输送方式可以是稀相输送，也可以是浓相输送，最好为浓相输送。燃料入口可以是圆形、方形、扁形，也可以是其他形状。
为进一步提高灰渣的捕集率，本发明还采取如下两个措施：1) 严格控制煤粉粒度，采用比较粗的平均粒度，便于煤粉迅速分离到壁面上进行附壁燃烧，减少气流中的灰渣。2)煤粉定向加入最外层的旋转气流中，防止煤粉和灰渣短路逸出燃烧室。
为此，燃料入口最好设在靠近燃烧室进口端面外径处。燃料射流应指向燃烧室圆柱形壁面。送入燃烧室的燃料颗粒平均粒径为0.04至0.3毫米，最大粒径为4毫米。
所说的燃烧室端面的进口端面的点火口可采用燃油烧嘴或燃气烧嘴，可用以预热燃烧室或加强燃烧。
在本发明中，当二次风为300℃的热风时，燃烧室中的燃烧温度可达1800℃以上。为遏制高温下NOx的生成，本发明采用分级燃烧的技术，即在燃烧室中控制空气和煤粉的化学配比，使其处于欠氧状态下进行半煤气化燃烧，此时由于缺少氧，NOx的生成将受到大大的遏制。同时，欠氧燃烧也可适当降低燃烧室中的温度，减少其热损失。燃烧室中的温度只要保证液渣具有必要的流动性即可，不宜过高。从燃烧室的中心出气管出来的高温半煤气化烟气进入炉膛后，再加入三次风进行第二次燃烧。
本发明不论从结构上或性能上看均不同于传统的液排渣旋风燃烧器。本发明具有传统的液排渣旋风燃烧器所不可能有的高捕渣率和简单、紧凑的结构。本燃烧器的灰渣捕集率可达96-98％，为一种低尘洁净燃烧器。这是一项符合我国能源资源情况，适合我国经济技术发展水平的以煤代油的实用新技术。
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A向剖视图；
图3为环形轴流叶栅的叶栅节圆展开图。
以下结合附图对本发明的实施方式作进一步的详细说明：
本实施例为某锻件加热炉用的液排渣粉煤旋风燃烧器，如图1、图2、图3所示，6为本燃烧器的燃烧室，其圆柱形的内壁面直径为0.45米，长度为0.8米，在其进口端面5处设有环形轴流叶栅4，该环形轴流叶栅节圆直径Dg为0.42米，叶高为2厘米，其叶栅叶片的出气角a为8°，氧化剂从二次风入口3输入，经环形轴流叶栅4导入燃烧室，在燃烧室形成环形旋流，使燃料在燃烧室中进行旋风悬浮燃烧和附壁燃烧：1为燃料(煤粉)入口，2为点火燃油燃烧器入口；燃烧室的出口端面7的下部设有出渣口9，液渣通过出渣口流入带有水封结构11的灰渣回收室10，燃烧室出口端面中心设有内径为0.25米的中心出口管8，燃烧室产生的高温半煤气化烟气从中心出口管8输出到终端应用设备燃烧。本燃烧器每小时可燃煤粉400公斤，燃烧器的捕渣率可达97％。