CN111306538A - 实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器，包括：中心煤粉输送管；环一输送结构，套设于所述中心煤粉输送管的外侧，并与所述中心煤粉输送管围设成供气流流动的环一通道；环二输送结构，套设于所述环一输送结构的外侧，并与所述环一输送结构围设成供气流流动的环二通道；环三输送结构，套设于所述环二输送结构的外侧，并与所述环二输送结构围设成供气流流动的环三通道；以及环四输送结构，套设于所述环三输送结构的外侧，并与所述环三输送结构围设成供气流流动的环四通道。通过多种煤粉浓度及配风的调节和组合，可以构建不同类型旋流煤粉燃烧器下及不同负荷下的燃烧方式，便于根据实验测量结果研究实际电站锅炉旋流燃烧器的燃烧特性及设计优化。

Description

实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧设备技术领域，特别是涉及一种实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器。

背景技术

在我国电力工业及其他行业动力装置中，煤粉燃烧方式占据着重大比重。对于燃煤电站锅炉而言，采用旋流煤粉燃烧器的300MW及以上负荷燃煤机组份额高达40％以上，且技术流派较多。而对于不同类型旋流煤粉燃烧器而言，煤粉的着火、燃烧稳定性及氮氧化物生成特性、低负荷稳燃能力及升降负荷速率等一直是旋流煤粉燃烧研究领域所关注的核心问题。但由于实际电站锅炉旋流煤粉燃烧器尺寸巨大且结构复杂，燃烧器实际运行过程中很难系统及全面的测量得到能够反应煤粉燃烧特性的多场数据，很大程度上制约了对旋流煤粉燃烧器燃烧特性的深入研究及性能提升。因此亟需开发更加灵活及实用性强的旋流煤粉燃烧器研究方法。

数值计算及实验室测量是研究旋流煤粉燃烧器的主要方法。目前，数值计算可以获得接近于真实燃烧条件的计算结果，但获得定量结果仍较为困难，且难以反应实际燃烧的火焰稳定性。实验室实验测量主要可分为冷态实验及热态实验。冷态实验测量难以反应实际煤粉燃烧中复杂的流动及传质传热过程，与实际燃烧存在较大差别，而实验室热态实验，受限于室内空间及费用问题，燃烧器设计尺寸远小于实际旋流煤粉燃烧器，往往在实验燃烧器上难以复现实际燃烧器的复杂结构，即难以实现多层配风、煤粉浓缩及安装用于调节旋流强度的可调节叶片等，通常简化配风通道及采用固定角度的旋流叶片进行实验测量，因此存在与实际旋流煤粉燃烧器结构及燃烧方式差别大的问题，实验测量结果难以反应实际电站锅炉旋流煤粉燃烧器燃烧特性及指导燃烧器设计优化。

发明内容

基于此，有必要针对目前实验燃烧器的实验测量结果难以反映实际电站锅炉旋流煤粉燃烧器燃烧特性以及指导燃烧器优化设计的问题，提供一种能够构建不同类型旋流煤粉燃烧器下及不同负荷下燃烧方式的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器，包括：

中心煤粉输送管，所述中心煤粉输送管具有输送煤粉气流的中心通道以及位于所述中心通道两端的进口端与出口端；

环一输送结构，套设于所述中心煤粉输送管的外侧，并与所述中心煤粉输送管围设成供气流流动的环一通道，所述环一输送结构可调节气流的旋流强度；

环二输送结构，套设于所述环一输送结构的外侧，并与所述环一输送结构围设成供气流流动的环二通道，所述环二输送结构可调节气流的旋流强度；

环三输送结构，套设于所述环二输送结构的外侧，并与所述环二输送结构围设成供气流流动的环三通道，所述环三输送结构可调节气流的旋流强度；以及

环四输送结构，套设于所述环三输送结构的外侧，并与所述环三输送结构围设成供气流流动的环四通道，所述环四输送结构可调节气流的旋流强度；

所述环一输送结构、所述环二输送结构、所述环三输送结构及所述环四输送结构用于输送煤粉气流或空气气流。

在其中一个实施例中，所述环一输送结构包括环一输送管、环一切向气流管以及环一轴向气流管，所述环一输送管套设于所述中心煤粉输送管的外侧，并与所述中心煤粉输送管围设成所述环一通道，所述环一切向气流管设置于所述环一输送管的入口处的侧面，所述环一轴向气流管位于所述环一输送管的入口处靠近所述中心通道的位置，所述环一切向气流管与所述环一轴向气流管和所述环一通道连通；

所述环一输送结构还包括环一调节件，所述环一调节件分别设置于所述环一切向气流管与所述环一轴向气流管上，用于调节所述环一切向气流管与所述环一轴向气流管中的气流流量比。

在其中一个实施例中，所述环二输送结构包括环二输送管、环二切向气流管以及环二轴向气流管，所述环二输送管套设于所述环一输送管的外侧，并与所述环一输送管围设成所述环二通道，所述环二切向气流管与所述环二轴向气流管均设置于所述环二输送管的入口处的侧面，所述环二切向气流管与所述环二轴向气流管和所述环二通道连通；

所述环二输送结构还包括环二调节件，所述环二调节件分别设置于所述环二切向气流管与所述环二轴向气流管上，用于调节所述环二切向气流管与所述环二轴向气流管中的气流流量比。

在其中一个实施例中，所述环三输送结构包括环三输送管、环三切向气流管以及环三轴向气流管，所述环三输送管套设于所述环二输送管的外侧，并与所述环二输送管围设成所述环三通道，所述环三切向气流管与所述环三轴向气流管均设置于所述环三输送管的入口处的侧面，所述环三切向气流管与所述环三轴向气流管和所述环三通道连通；

所述环三输送结构还包括环三气流调节件，所述环三气流调节件分别设置于所述环三切向气流管与所述环三轴向气流管上，用于调节所述环三切向气流管与所述环三轴向气流管中的气流流量比。

在其中一个实施例中，所述环四输送结构包括环四输送管、环四切向气流管以及环四轴向气流管，所述环四输送管套设于所述环三输送管的外侧，并与所述环三输送管围设成所述环四通道，所述环四切向气流管与所述环四轴向气流管均设置于所述环四输送管的入口处的侧面，所述环四切向气流管与所述环四轴向气流管和所述环四通道连通；

所述环四输送结构还包括环四气流调节件，所述环四气流调节件分别设置于所述环四切向气流管与所述环四轴向气流管上，用于调节所述环三切向气流管与所述环三轴向气流管中的气流流量比。

在其中一个实施例中，所述环一切向气流管与所述环一轴向气流管的数量均为四个，四个所述环一切向气流管沿切向方向均匀分布于所述环一输送管入口处的外周，四个所述轴向气流管沿周向方向均匀分布于所述环一输送管入口处的上方；

所述环二切向气流管与所述环二轴向气流管的数量均为四个，四个所述环二轴向气流管沿径向方向均匀分布于所述环二输送管入口处的周侧，四个所述环二切向气流管沿切向方向均匀分布于所述环二输送管入口处的外周，并位于所述环二轴向气流管的下方；

所述环三切向气流管与所述环三轴向气流管的数量均为四个，四个所述环三轴向气流管沿径向方向均匀分布于所述环三输送管入口处的周侧，四个所述环三切向气流管沿切向方向均匀分布于所述环三输送管入口处的外周，并位于所述环三轴向气流管的下方；

所述环四切向气流管与所述环四轴向气流管的数量均为四个，四个所述环四轴向气流管沿径向方向均匀分布于所述环四输送管入口处的周侧，四个所述环四切向气流管沿切向方向均匀分布于所述环四输送管入口处的外周，并位于所述环四轴向气流管的下方。

在其中一个实施例中，所述环一通道、所述环二通道、所述环三通道以及所述环四通道的内壁均呈流线型设置。

在其中一个实施例中，所述环一通道、所述环二通道、所述环三通道以及所述环四通道从入口至出口均为渐缩流道。

一种实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器，包括：

煤粉气流管，所述煤粉气流管具有输送煤粉气流的中心通道以及位于所述中心通道两端的进口端与出口端；

惯性分离结构，设置于所述煤粉气流管中，用于将所述煤粉气流管中的煤粉气流分离成浓煤粉气流与淡煤粉气流；其中，所述惯性分离结构包括位于所述煤粉气流管入口处的可调挡环以及位于所述可调挡环下游的导向管，所述可调挡环具有第一端与外径小于所述第一端的第二端，所述第一端与所述第二端中之一朝向所述煤粉气流管的入口，另一朝向所述导向管，所述导向管位于所述煤粉气流管中，并靠近所述煤粉气流管的出口处；

环三输送结构，套设于所述煤粉气流管的外侧，并与所述煤粉气流管围设成供空气流动的环三通道，所述环三输送结构可调节空气流的旋流强度；以及

环四输送结构，套设于所述环三输送结构的外侧，并与所述环三输送结构围设成供空气流动的环四通道，所述环四输送结构可调节空气流的旋流强度。

在其中一个实施例中，所述惯性分离结构还包括旋转手柄，所述旋转手柄与所述可调挡环连接，用于调节所述可调挡环，使所述第一端或所述第二端朝向所述煤粉气流管的入口。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：

本发明的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器工作时，中心通道输送煤粉气流，环一通道、环二通道、环三通道、环四通道分别输送煤粉气流或空气气流，通过以上多层通道可灵活组织多种接近于实际电站锅炉旋流煤粉燃烧器的燃烧方式。并且，可以通过改变中心通道、环一通道和环二通道三者间的煤粉气流浓度，构建不同类型煤粉浓度分布以及旋流强度，模拟不同燃烧工况。还可以通过调整环三通道与环四通道间的空气量及旋流强度构建接近于实际旋流煤粉燃烧器的配风方式。通过以上多种煤粉浓度及配风的调节和组合，有效的解决目前实验燃烧器的实验测量结果难以反映实际旋流煤粉燃烧器燃烧特性以及指导燃烧器优化设计的问题，可以构建不同类型旋流煤粉燃烧器下及不同负荷下的燃烧方式，便于根据实验测量结果研究实际旋流燃烧器的燃烧特性以及指导实际旋流燃烧器的优化运行。

附图说明

图1为本发明第一实施例的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器的剖视结构示意图；

图2为图1所示的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器的立体图；

图3为图2所示的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器的主视图；

图4为本发明第二实施例的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器的剖视结构示意图；

图5为本发明第三实施例的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器的剖视结构示意图；

图6为图1所示的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器的运行流程图。

其中：100、实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器；110、中心煤粉输送管；111、中心通道；120、环一输送结构；121、环一输送管；1211、环一通道；122、环一轴向气流管；123、环一切向气流管；130、环二输送结构；131、环二输送管；1311、环二通道；132、环二轴向气流管；133、环二切向气流管；140、环三输送结构；141、环三输送管；1411、环三通道；142、环三轴向气流管；143、环三切向气流管；150、环四输送结构；151、环四输送管；1511、环四通道；152、环四轴向气流管；153、环四切向气流管；160、煤粉气流管；170、惯性分离结构；171、可调挡环；172、导向管；173、旋转手柄；180、锥形钝体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参见图1至图3，本发明的第一实施例提供一种实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100。该实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100应用于实验室中，可基于相似与模化理论，用于模拟实际电站锅炉旋流煤粉燃烧器的工作情况。本发明的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100用以构建不同类型旋流煤粉燃烧器下及不同负荷下的燃烧方式，便于根据实验测量结果研究实际旋流燃烧器的燃烧特性以及指导实际旋流燃烧器的优化运行。

参见图1至图3，在一实施例中，实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100包括中心煤粉输送管110、环一输送结构120、环二输送结构130、环三输送结构140以及环四输送结构150。

中心煤粉输送管110具有输送煤粉气流的中心通道111以及位于中心通道111两端的进口端与出口端。环一输送结构120套设于中心煤粉输送管110的外侧，并与中心煤粉输送管110围设成供气流流动的环一通道1211，环一输送结构120可调节气流的旋流强度。环二输送结构130套设于环一输送结构120的外侧，并与环一输送结构120围设成供气流流动的环二通道1311，环二输送结构130可调节气流的旋流强度。环三输送结构140套设于环二输送结构130的外侧，并与环二输送结构130围设成供空气流动的环三通道1411，环三输送结构140可调节空气的旋流强度。环四输送结构150，套设于环三输送结构140的外侧，并与环三输送结构140围设成供空气流动的环四通道1511，环四输送结构150可调节空气的旋流强度。

中心煤粉输送管110用于输送煤粉气流。中心煤粉输送管110具有相对设置的进口端与出口端。煤粉气流从进口端进入中心煤粉输送管110中，并经过中心煤粉输送管110的出口端送出。中心煤粉输送管110为柱状圆管结构，其内的中空空间为中心通道111，通过中心通道111直接喷射煤粉气流。

环一输送结构120、环二输送结构130、环三输送结构140与环四输送结构150由内向外层层套设于中心煤粉输送管110的外侧。具体的，环一输送结构120套设于中心煤粉输送管110的外侧，环一输送结构120的出口处与中心煤粉输送管110的出口端平齐，环一输送结构120与中心煤粉输送管110的外壁围设成供气流流动的环一通道1211。环二输送结构130套设于环一输送结构120的外侧，环二输送结构130的出口处与环一输送结构120的出口处平齐，环二输送结构130与环一输送结构120的外壁围设成供气流流动的环二通道1311。环三输送结构140套设于环二输送结构130的外侧，环三输送结构140的出口处与环二输送结构130的出口处平齐，环三输送结构140与环二输送结构130的外壁围设成供气流流动的环三通道1411。环四输送结构150套设于环三输送结构140的外侧，环四输送结构150的出口处与环三输送结构140的出口处平齐，环四输送结构150与环三输送结构140的外壁围设成供气流流动的环四通道1511。

可以理解的，环一输送结构120、环二输送结构130、环三输送结构140与环四输送结构150可以输送煤粉气流或空气气流。示例性地，可以环一输送结构120与环二输送结构130输送煤粉气流，环三输送结构140与环四输送结构150输送空气气流；也可以环一输送结构120输送煤粉气流，环二输送结构130与环三输送结构140输送空气气流，环四输送结构150关闭；还可以环一输送结构120与环三输送结构140输送煤粉气流，环二输送结构130与环四输送结构150输送空气气流；……等等，环一输送结构120、环二输送结构130、环三输送结构140与环四输送结构150可以至少一个输送煤粉气流，构建不同类型电站锅炉旋流煤粉燃烧器下及不同负荷下的燃烧方式，以获得不同工况下实际旋流煤粉燃烧器的燃烧特性。

本实施例中，仅以环一输送结构120与环二输送结构130输送煤粉气流，环三输送结构140与环四输送结构150输送空气气流为例进行说明，其他输送方式的输送原理与上述实施方式的输送原理实质相同，在此不一一赘述。

具体的，煤粉气流从中心煤粉输送管110、环一输送结构120及环二输送结构130输送煤粉气流，中心煤粉输送管110中的煤粉气流直接喷射，环一输送结构120可调整环一通道1211中煤粉气流的旋流强度，环二输送结构130可调整环二通道1311中煤粉气流的旋流强度。环三输送结构140可调整环三通道1411中空气气流的旋流强度，环四输送结构150可调整环四通道1511中空气气流的旋流强度。

使用本发明的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100可以构建多种类型煤粉浓度分布方式，具体的，可分别通过改变中心通道111、环一通道1211和环二通道1311三者间的煤粉气流浓度以及旋流强度，构建不同类型电站锅炉旋流煤粉燃烧器的煤粉浓度分布，包括中心区域煤粉浓度高而外侧区域煤粉浓度低、外侧区域煤粉浓度高而内侧区域煤粉浓度低、煤粉浓度均匀分布、以及内侧煤粉气流轴向流动加外侧煤粉气流切向旋转流动的煤粉气流流动等分布情况，以构建不同类型电站锅炉旋流煤粉燃烧器的燃烧方式。而且，通过调整环三通道1411与环四通道1511间的入口风量及出口旋流强度可以构建接近于实际旋流煤粉燃烧器的配风方式。

通过以上多种煤粉浓度、旋流强度及风量配比的调节和组合，能够有效解决目前实验燃烧器的实验测量结果难以反映实际旋流煤粉燃烧器燃烧特性以及指导燃烧器优化设计的问题，可以构建不同类型旋流煤粉燃烧器下及不同负荷下的燃烧方式，便于根据实验测量结果研究实际旋流燃烧器的燃烧特性以及指导实际旋流燃烧器的优化运行。

参见图1至图3，在一实施例中，环一输送结构120包括环一输送管121、环一切向气流管123以及环一轴向气流管122，环一输送管121套设于中心煤粉输送管110的外侧，并与中心煤粉输送管110围设成环一通道1211，环一切向气流管123设置于环一输送管121的入口处的侧面，环一轴向气流管122位于环一输送管121的入口处靠近中心通道111的位置，环一切向气流管123与环一轴向气流管122和环一通道1211连通。

环一输送管121的内壁与中心煤粉输送管110的外壁围设成环形的环一通道1211，该环一通道1211用于输送煤粉气流。煤粉气流进入环一通道1211后，沿着环一通道1211的内壁流动，并从环一通道1211的出口处送出。并且，环一切向气流管123与环一轴向气流管122向环一通道1211中输送煤粉气流，调节环一切向气流管123与环一轴向气流管122的气流流量比可以使环一通道1211中的煤粉气流直流喷射或具有不同的旋流强度。

在一实施例中，环一切向气流管123沿切向方向设置于环一输送管121的周侧，并与环一通道1211的入口处连通，保证环一切向气流管123输送切向气流。环一轴向气流管122沿轴向方向设置于环一输送管121的入口处，并靠近中心煤粉输送管110，以保证环一轴向气流管122输送轴向气流。

在一实施例中，环一切向气流管123的数量为四个，四个环一切向气流管123均匀分布于环一输送管121的周侧，且四个环一切向气流管123位于环一通道1211入口处侧面的上部，并位于同一水平面，呈水平布置。环一轴向气流管122的数量为四个，四个环一轴向气流管122均匀分布于环一输送管121的上方，并沿竖直方向布置。当然，在本发明的其他实施方式中，环一切向气流管123的数量还可以为两个等可以呈对称分布的个数，环一轴向气流管122的数量还可以为两个等可以呈对称分布的个数。

在一实施例中，环一输送结构120还包括环一调节件(未示出)，环一调节件分别设置于环一切向气流管123与环一轴向气流管122上，用于调节环一切向气流管123与环一轴向气流管122中的气流流量比。可选地，环一调节件为阀门，通过阀门开关环一切向气流管123与环一轴向气流管122，并且，阀门还可以调节环一切向气流管123与环一轴向气流管122流通面积，以调节环一切向气流管123与环一轴向气流管122中的气流流量比，达到调节环一通道1211出口处的旋流强度的目的。可以理解的，环一调节件可以采用现有的阀门形式，其可以手动控制，也可以通过控制元件自动控制，在此不一一赘述。

在一实施例中，环二输送结构130包括环二输送管131、环二切向气流管133以及环二轴向气流管132，环二输送管131套设于环一输送管121的外侧，并与环一输送管121围设成环二通道1311，环二切向气流管133与环二轴向气流管132均设置于环二输送管131的入口处的侧面，环二切向气流管133与环二轴向气流管132和环二通道1311连通。

环二输送管131的内壁与环一输送管121的外壁围设成环形的环二通道1311，该环二通道1311用于输送煤粉气流。煤粉气流进入环二通道1311后，沿着环二通道1311的内壁流动，并从环二通道1311的出口处送出。并且，环二切向气流管133与环二轴向气流管132向环二通道1311中输送煤粉气流，调节环二切向气流管133与环二轴向气流管132的气流流量比可以使环二通道1311中的煤粉气流直流喷射或具有不同的旋流强度。

在一实施例中，环二切向气流管133沿切向方向设置于环二输送管131的周侧，并与环二通道1311的入口处连通，保证环二切向气流管133输送切向气流。环二轴向气流管132沿径向方向设置于环二输送管131的入口处，以保证环二轴向气流管132输送轴向气流。

在一实施例中，环二轴向气流管132的数量为四个，四个环二轴向气流管132均匀分布于环二通道1311入口处侧面的上方，四个环二轴向气流管132位于同一水平面，并呈水平布置。环二切向气流管133的数量为四个，四个环二切向气流管133均匀分布于环二输送管131的周侧，且四个环二切向气流管133位于同一水平面，且四个环二切向气流管133设置于环二轴向气流管132下方，并呈水平布置。当然，在本发明的其他实施方式中，环二切向气流管133的数量还可以为两个等可以呈对称分布的个数，环二轴向气流管132的数量还可以为两个等可以呈对称分布的个数。

在一实施例中，环二输送结构130还包括环二调节件(未示出)，环二调节件分别设置于环二切向气流管133与环二轴向气流管132上，用于调节环二切向气流管133与环二轴向气流管132中的气流流量比。可选地，环二调节件为阀门，通过阀门开关环二切向气流管133与环二轴向气流管132，并且，阀门还可以调节环二切向气流管133与环二轴向气流管132流通面积，以调节环二切向气流管133与环二轴向气流管132中的气流流量比，达到调节环二通道1311出口处的旋流强度的目的。可以理解的，环二调节件可以采用现有的阀门形式，其可以手动控制，也可以通过控制元件自动控制，在此不一一赘述。

在一实施例中，环三输送结构140包括环三输送管141、环三切向气流管143以及环三轴向气流管142，环三输送管141套设于环二输送管131的外侧，并与环二输送管131围设成环三通道1411，环三切向气流管143与环三轴向气流管142均设置于环三输送管141的入口处的侧面，环三切向气流管143与环三轴向气流管142和环三通道1411连通；

环三输送管141的内壁与环二输送管131的外壁围设成环形的环三通道1411，该环三通道1411用于输送空气气流。空气气流进入环三通道1411后，沿着环三通道1411的内壁流动，并从环三通道1411的出口处送出。并且，环三切向气流管143与环三轴向气流管142向环三通道1411中输送补充煤粉燃烧的空气气流，调节环三切向气流管143与环三轴向气流管142的气流流量比可以使环三通道1411中的空气气流直流喷射或具有不同的旋流强度。

在一实施例中，环三切向气流管143沿切向方向设置于环三输送管141的周侧，并与环三通道1411的入口处连通，保证环三切向气流管143输送切向气流。环三轴向气流管142沿径向方向设置于环三输送管141的入口处，以保证环三轴向气流管142输送轴向气流。

在一实施例中，环三轴向气流管142的数量为四个，四个环三轴向气流管142均匀分布于环三通道1411入口处侧面的上方，四个环三轴向气流管142位于同一水平面，并呈水平布置。环三切向气流管143的数量为四个，四个环三切向气流管143均匀分布于环三输送管141的周侧，且四个环三切向气流管143位于同一水平面，且四个环三切向气流管143设置于环三轴向气流管142的下方，并呈水平布置。当然，在本发明的其他实施方式中，环三切向气流管143的数量还可以为两个等可以呈对称分布的个数，环三轴向气流管142的数量还可以为两个等可以呈对称分布的个数。

在一实施例中，环三输送结构140还包括环三气流调节件(未示出)，环三气流调节件分别设置于环三切向气流管143与环三轴向气流管142上，用于调节环三切向气流管143与环三轴向气流管142中的气流流量比。可选地，环三调节件为阀门，通过阀门开关环三切向气流管143与环三轴向气流管142，并且，阀门还可以调节环三切向气流管143与环三轴向气流管142流通面积，以调节环三切向气流管143与环三轴向气流管142中的气流流量比，达到调节环三通道1411出口处的旋流强度的目的。可以理解的，环三调节件可以采用现有的阀门形式，其可以手动控制，也可以通过控制元件自动控制，在此不一一赘述。

在一实施例中，环四输送结构150包括环四输送管151、环四切向气流管153以及环四轴向气流管152，环四输送管151套设于环三输送管141的外侧，并与环三输送管141围设成环四通道1511，环四切向气流管153与环四轴向气流管152均设置于环四输送管151的入口处的侧面，环四切向气流管153与环四轴向气流管152和环四通道1511连通。

环四输送管151的内壁与环三输送管141的外壁围设成环形的环四通道1511，该环四通道1511用于输送空气气流。空气气流进入环四通道1511后，沿着环四通道1511的内壁流动，并从环四通道1511的出口处送出。并且，环四切向气流管153与环四轴向气流管152向环四通道1511中输送补充煤粉燃烧的空气气流，调节环四切向气流管153与环四轴向气流管152的气流流量比可以使环四通道1511中的空气气流直流喷射或具有不同的旋流强度。

在一实施例中，环四切向气流管153沿切向方向设置于环四输送管151的周侧，并与环四通道1511的入口处连通，保证环四切向气流管153输送切向气流。环四轴向气流管152沿径向方向设置于环四输送管151的入口处，以保证环四轴向气流管152输送轴向气流。

在一实施例中，环四轴向气流管152的数量为四个，四个环四轴向气流管152均匀分布于环四通道1511入口处侧面的上方，四个环四轴向气流管152位于同一水平面，并呈水平布置。环四切向气流管153的数量为四个，四个环四切向气流管153均匀分布于环四输送管151的周侧，且四个环四切向气流管153位于同一水平面，且四个环四切向气流管153设置于环四轴向气流管152的下方，并呈水平布置。当然，在本发明的其他实施方式中，环四切向气流管153的数量还可以为两个等可以呈对称分布的个数，环四轴向气流管152的数量还可以为两个等可以呈对称分布的个数。

在一实施例中，环四输送结构150还包括环四气流调节件(未示出)，环四气流调节件分别设置于环四切向气流管153与环四轴向气流管152上，用于调节环四切向气流管153与环四轴向气流管152中的气流流量比。可选地，环四调节件为阀门，通过阀门开关环四切向气流管153与环四轴向气流管152，并且，阀门还可以调节环四切向气流管153与环四轴向气流管152流通面积，以调节环四切向气流管153与环四轴向气流管152中的气流流量比，达到调节环四通道1511出口处的旋流强度的目的。可以理解的，环四调节件可以采用现有的阀门形式，其可以手动控制，也可以通过控制元件自动控制，在此不一一赘述。

在一实施例中，环一输送管121、环二输送管131、环三输送管141与环四输送管151沿轴向方向的尺寸逐渐减小。并且，环一输送管121、环二输送管131、环三输送管141与环四输送管151的出口处相平齐。这样，环一输送管121的入口处露出环二输送管131，便于环一轴向气流管122与环一切向气流管123的设置。环二输送管131的入口处露出环三输送管141，便于环二轴向气流管132与环二切向气流管133的设置。环三输送管141的入口处露出环四输送管151，便于环三轴向气流管142与环三切向气流管143的设置。

在一实施例中，环一通道1211、环二通道1311、环三通道1411以及环四通道1511的内壁均呈流线型设置。也就是说，环一通道1211中，中心煤粉输送管110的外壁与环一输送管121的内壁均呈流线型设置，便于气流流动；环二通道1311中，环一输送管121的外壁与环二输送管131的内壁均呈流线型设置，便于气流流动；环三通道1411中，环二输送管131的外壁与环三输送管141的内壁均呈流线型设置，便于气流流动；环四通道1511中，环三输送管141的外壁与环四输送管151的内壁均呈流线型设置，便于气流流动。

在一实施例中，环一通道1211、环二通道1311、环三通道1411以及环四通道1511从入口至出口均为渐缩流道。也就是说，环一通道1211中，环一通道1211入口处的尺寸大于环一通道1211出口处的尺寸，并且，环一通道1211从入口处向出口处之间的尺寸是逐渐减小并圆滑过渡的。环二通道1311中，环二通道1311入口处的尺寸大于环二通道1311出口处的尺寸，并且，环二通道1311从入口处向出口处之间的尺寸是逐渐减小并圆滑过渡的。环三通道1411中，环三通道1411入口处的尺寸大于环三通道1411出口处的尺寸，并且，环三通道1411从入口处向出口处之间的尺寸是逐渐减小并圆滑过渡的。环四通道1511中，环四通道1511入口处的尺寸大于环四通道1511出口处的尺寸，并且，环四通道1511从入口处向出口处之间的尺寸是逐渐减小并圆滑过渡的。

本发明的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100满负荷运行时，位于中间区域的中心通道111、环一通道1211和环二通道1311为煤粉气流通道，而位于外侧区域的环三通道1411及环四通道1511为空气气流通道。其中，中心通道111为直流喷口；通过调整环一轴向气流管122与环一切向气流管123之间的煤粉气流流量比，可以调整环一通道1211出口处为直流或具有不同旋流强度的旋流；通过调整环二轴向气流管132与环二切向气流管133之间的煤粉气流流量比，可以调整环二通道1311出口处为直流或具有不同旋流强度的旋流。同时，通过调整环三轴向气流管142与环三切向气流管143处之间的空气流量比，可以调整环三通道1411出口处不同的旋流强度；通过调整环四轴向气流管152与环四切向气流管153之间的空气流量比，可以调整环四通道1511出口不同的旋流强度。

通过以上所述的多层通道可灵活组织多种接近于实际电站锅炉旋流煤粉燃烧器的燃烧方式。在构建多种类型煤粉浓度分布方面，可分别通过改变中心通道111、环一通道1211和环二通道1311三者间的煤粉气流浓度，构建不同类型的煤粉浓度分布，包括中心区域煤粉浓度高而外侧区域浓度低、外侧区域煤粉浓度高而中心区域煤粉浓度低、煤粉浓度均匀分布、以及中心区域煤粉气流轴向流动加外侧煤粉气流切向旋转旋流的煤粉气流流动分布。通多调整外侧环三通道1411与环四通道1511间的入口风量及出口旋流强度可以构建接近于实际旋流煤粉燃烧器的配风方式。通过以上多种煤粉浓度及配风的调节和组合，可以构建不同类型旋流煤粉燃烧器下及不同负荷下的燃烧方式。

参见图1、图2和图6，具体的，构建煤粉外浓内淡燃烧及不同负荷下配风调节工况时，中心通道111输入直流低浓度煤粉气流(煤粉浓度为0～0.1kg/kg)；环一通道1211输入中浓度煤粉气流(煤粉浓度为0.1～0.6kg/kg)，并可对中浓度煤粉气流的旋流强度进行调整；环二通道1311输入高浓度煤粉气流(煤粉浓度为0.6～1.8kg/kg)，并可对高浓度煤粉气流的旋流强度进行调整；环三通道1411输入旋转空气气流，并可对旋转空气气流的旋流强度进行调整；环四通道1511输入旋转空气气流，并可对旋转空气气流的旋流强度进行调整。

构建煤粉内浓外淡燃烧及不同负荷下配风调节工况时，中心通道111输入直流高浓度煤粉气流(煤粉浓度为0.6～1.8kg/kg)；环一通道1211输入中浓度煤粉气流(煤粉浓度为0.1～0.6kg/kg)，并可对中浓度煤粉气流的旋流强度进行调整；环二通道1311输入低浓度煤粉气流(煤粉浓度为0～0.1kg/kg)，并可对低浓度煤粉气流的旋流强度进行调整；环三通道1411输入旋转空气气流，并可对旋转空气气流的旋流强度进行调整；环四通道1511输入旋转空气气流，并可对旋转空气气流的旋流强度进行调整。

构建煤粉均匀浓度燃烧及不同负荷下配风调节工况时，中心通道111输入直流均匀浓度煤粉气流(煤粉浓度为0.4～0.8kg/kg)；环一通道1211输入直流均匀浓度煤粉气流(煤粉浓度为0.4～0.8kg/kg)；环二通道1311输入直流均匀浓度煤粉气流(煤粉浓度为0.4～0.8kg/kg)；环三通道1411输入旋转空气气流，并可对旋转空气气流的旋流强度进行调整；环四通道1511输入旋转空气气流，并可对旋转空气气流的旋流强度进行调整。

该实施例中的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100通过在每层气流通道上设置有多个轴向入口及多个切向入口，实现在不增加旋流调节叶片的条件下，通过调整轴向气流与切向气流间风量配比达到调节实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100出口处旋流强度的作用，从而实现实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100对气流旋流强度的灵活及连续调节。

并且，本发明的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100由于可以模拟多种类型实际电站锅炉旋流煤粉燃烧器的燃烧方式，且能够实现多种煤粉浓度、配风及旋流强度的灵活调节，因此能够实现对多种类型旋流煤粉燃烧器的系统性实验测量。且实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100的尺寸小，可降低试验台搭建及运行费用，同时也避免了变实验工况条件下对实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100部件的频繁更换造成的实验周期长及成本高的问题。具有结构紧凑、连续调节、成本低及灵活调节的优点，可作为现有类型旋流煤粉燃烧器性能研究及新型燃烧器开发的重要研究方法。

参见图4，本发明的第二实施例一种实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100。该实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100应用于实验室中，用于模拟实际旋流煤粉燃烧器的工作情况。

在一实施例中，实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100包括煤粉气流管160、惯性分离结构170、环三输送结构140以及环四输送结构150。该实施例中的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100与第一实施例中的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100相比，只具有三层通道，即去除环一输送结构120与环二输送结构130，并增加惯性分离结构170。通过三层通道对不同类型旋流煤粉燃烧方式进行调节。

煤粉气流管160为输送煤粉气流的通道，煤粉气流管160的两端分别为进口端与出口端。惯性分离结构170设置于煤粉气流管160中，用于将煤粉气流管160中的煤粉气流分离成浓煤粉气流与淡煤粉气流。环三输送结构140套设于煤粉气流管160的外侧，并与煤粉气流管160围设成供空气流动的环三通道1411，环三输送结构140可调节空气的旋流强度。环四输送结构150套设于环三输送结构140的外侧，并与环三输送结构140围设成供空气流动的环四通道1511，环四输送结构150可调节空气的旋流强度。

煤粉气流管160为输送煤粉气流的主要结构。煤粉气流管160具有相对设置的进口端与出口端。煤粉气流从进口端进入煤粉气流管160中，并经过煤粉气流管160的出口端送出。煤粉气流管160为直管状结构，并位于环三输送结构140的中心区域。环三输送结构140与环四输送结构150的具体结构及工作原理在第一实施例中已经详述，在此不一一赘述。

惯性分离结构170用于分离煤粉气流，将煤粉气流分离为淡煤粉气流与浓煤粉气流，并分别输送淡煤粉气流与浓煤粉气流，使得淡煤粉气流与浓煤粉气流在煤粉气流管160的出口处燃烧。可以理解的，根据浓淡煤粉燃烧技术，即将煤粉气流分离成浓煤粉气流和淡煤粉气流两股气流组织燃烧。在一次风总量不变的前提下，浓煤粉气流的煤粉浓度高、着火热小，有利于煤粉气流的着火和火焰传播，同时富燃料条件下的煤粉气流燃烧初期NO_x生成量小，浓煤粉气流着火后还可以为淡煤粉气流提供着火热源，使整个火炬的燃烧稳定性增强。

具体的，惯性分离结构170包括位于煤粉气流管160入口处的可调挡环171以及位于可调挡环171下游的导向管172，可调挡环171具有第一端与外径小于第一端的第二端，第一端与第二端中之一朝向煤粉气流管160的入口，另一端朝向导向管172，导向管172位于煤粉气流管160中，并靠近煤粉气流管160的出口处。

可调挡环171的两端分为第一端与第二端，并且，第一端的直径大于第二端的直径，可调挡环171的尺寸从第一端到第二端之间减小，并平滑过渡。可调挡环171通过连接设置于煤粉气流管160的入口处。煤粉气流进入煤粉气流管160后，先与可调挡环171接触，煤粉颗粒撞击可调挡环171，可以产生对煤粉颗粒的浓缩效果。当可调挡环171的第一端朝向煤粉气流管160的入口时，煤粉颗粒首先与大直径的第一端相遇后，由于沿着流动方向，为缩口结构，颗粒撞击后更容易向中心区域聚集，形成中心区域煤粉浓度高而周围煤粉浓度低的浓度分布，反之当可调挡环171的第二端朝向煤粉气流管160的入口时，就形成了中心区域煤粉浓度低，而周围区域煤粉浓度高的浓度分布，以使实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100实现不同的煤粉浓淡燃烧方式。

并且，煤粉气流管160中还设置导向管172，导向管172为直管结构，设置于煤粉气流管160中心轴线上靠近煤粉气流管160的出口处。导向管172通过多个固定筋固定在煤粉气流管160内。导向管172有利于导向经由可调挡环171分离后的浓煤粉气流及淡煤粉气流，避免分离后的两股相邻浓、淡煤粉气流在后续流动过程中发生的混合。

在一实施例中，惯性分离结构170还包括旋转手柄173，旋转手柄173与可调挡环171连接，用于调节可调挡环171，使第一端或第二端朝向煤粉气流管160的入口。旋转手柄173通过连接轴与可调挡环171连接，旋转手柄173转动可带动可调挡环171转动，以调节可调挡环171的位置，使得第一端朝向煤粉气流管160的入口或第二端朝向煤粉气流管160的入口，进而改变煤粉气流流经挡环后的煤粉浓度分布，实现中心区域煤粉浓度高而外侧区域浓度低，或是外侧区域煤粉浓度高而中心区域煤粉浓度低的煤粉浓度分布，从而实现对煤粉浓度分布的灵活调节。

参见图5，本发明的第三实施例提供一种实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100。该实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100采用增加钝体的方式构建钝体旋流煤粉燃烧方式。具体的，实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100包括煤粉气流管160、锥形钝体180、环三输送结构140以及环四输送结构150。本实施例中的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器100与第二实施例相比，区别之处在于用锥形钝体180替换惯性分离结构170，其余结构及原理均与第四实施例相同，在此不一一赘述。

煤粉气流管160具有输送煤粉气流的中心通道111以及位于中心通道111两端的进口端与出口端。锥形钝体180设置于煤粉气流管160中，并靠近煤粉气流管160的出口处，用于构建高温烟气回流区。并且，锥形钝体180通过固定筋固定于煤粉气流管160中。环三输送结构140套设于煤粉气流管160的外侧，并与煤粉气流管160围设成供空气流动的环三通道1411，环三输送结构140可调节空气流的旋流强度。环四输送结构150套设于环三输送结构140的外侧，并与环三输送结构140围设成供空气流动的环四通道1511，环四输送结构150可调节空气流的旋流强度。

锥形钝体180包括顺次连接的尖端、圆柱段以及锥形段，尖端朝向煤粉气流管160的入口处。固定筋的数量为多个，分布于锥形钝体180的外周，用以将锥形钝体180固定于煤粉气流管160中。煤粉气流进入煤粉气流管160后，在流经锥形钝体180的过程中，，能够在锥形钝体180的下游形成低压区，使得煤粉气流在锥形钝体180的下游构建高温气流回流区，有利于煤粉的稳定燃烧。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书的记载范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器，其特征在于，包括：

中心煤粉输送管，所述中心煤粉输送管具有输送煤粉气流的中心通道以及位于所述中心通道两端的进口端与出口端；

环一输送结构，套设于所述中心煤粉输送管的外侧，并与所述中心煤粉输送管围设成供气流流动的环一通道，所述环一输送结构可调节气流的旋流强度；

环二输送结构，套设于所述环一输送结构的外侧，并与所述环一输送结构围设成供气流流动的环二通道，所述环二输送结构可调节气流的旋流强度；

环三输送结构，套设于所述环二输送结构的外侧，并与所述环二输送结构围设成供气流流动的环三通道，所述环三输送结构可调节气流的旋流强度；以及

环四输送结构，套设于所述环三输送结构的外侧，并与所述环三输送结构围设成供气流流动的环四通道，所述环四输送结构可调节气流的旋流强度；

所述环一输送结构、所述环二输送结构、所述环三输送结构及所述环四输送结构用于输送煤粉气流或空气气流。

2.根据权利要求1所述的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述环一输送结构包括环一输送管、环一切向气流管以及环一轴向气流管，所述环一输送管套设于所述中心煤粉输送管的外侧，并与所述中心煤粉输送管围设成所述环一通道，所述环一切向气流管设置于所述环一输送管的入口处的侧面，所述环一轴向气流管位于所述环一输送管的入口处靠近所述中心通道的位置，所述环一切向气流管与所述环一轴向气流管和所述环一通道连通；

所述环一输送结构还包括环一调节件，所述环一调节件分别设置于所述环一切向气流管与所述环一轴向气流管上，用于调节所述环一切向气流管与所述环一轴向气流管中的气流流量比。

3.根据权利要求2所述的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述环二输送结构包括环二输送管、环二切向气流管以及环二轴向气流管，所述环二输送管套设于所述环一输送管的外侧，并与所述环一输送管围设成所述环二通道，所述环二切向气流管与所述环二轴向气流管均设置于所述环二输送管的入口处的侧面，所述环二切向气流管与所述环二轴向气流管和所述环二通道连通；

所述环二输送结构还包括环二调节件，所述环二调节件分别设置于所述环二切向气流管与所述环二轴向气流管上，用于调节所述环二切向气流管与所述环二轴向气流管中的气流流量比。

4.根据权利要求3所述的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述环三输送结构包括环三输送管、环三切向气流管以及环三轴向气流管，所述环三输送管套设于所述环二输送管的外侧，并与所述环二输送管围设成所述环三通道，所述环三切向气流管与所述环三轴向气流管均设置于所述环三输送管的入口处的侧面，所述环三切向气流管与所述环三轴向气流管和所述环三通道连通；

所述环三输送结构还包括环三气流调节件，所述环三气流调节件分别设置于所述环三切向气流管与所述环三轴向气流管上，用于调节所述环三切向气流管与所述环三轴向气流管中的气流流量比。

5.根据权利要求4所述的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述环四输送结构包括环四输送管、环四切向气流管以及环四轴向气流管，所述环四输送管套设于所述环三输送管的外侧，并与所述环三输送管围设成所述环四通道，所述环四切向气流管与所述环四轴向气流管均设置于所述环四输送管的入口处的侧面，所述环四切向气流管与所述环四轴向气流管和所述环四通道连通；

所述环四输送结构还包括环四气流调节件，所述环四气流调节件分别设置于所述环四切向气流管与所述环四轴向气流管上，用于调节所述环三切向气流管与所述环三轴向气流管中的气流流量比。

6.根据权利要求5所述的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述环一切向气流管与所述环一轴向气流管的数量均为四个，四个所述环一切向气流管沿切向方向均匀分布于所述环一输送管入口处的外周，四个所述轴向气流管沿周向方向均匀分布于所述环一输送管入口处的上方；

所述环二切向气流管与所述环二轴向气流管的数量均为四个，四个所述环二轴向气流管沿径向方向均匀分布于所述环二输送管入口处的周侧，四个所述环二切向气流管沿切向方向均匀分布于所述环二输送管入口处的外周，并位于所述环二轴向气流管的下方；

所述环三切向气流管与所述环三轴向气流管的数量均为四个，四个所述环三轴向气流管沿径向方向均匀分布于所述环三输送管入口处的周侧，四个所述环三切向气流管沿切向方向均匀分布于所述环三输送管入口处的外周，并位于所述环三轴向气流管的下方；

所述环四切向气流管与所述环四轴向气流管的数量均为四个，四个所述环四轴向气流管沿径向方向均匀分布于所述环四输送管入口处的周侧，四个所述环四切向气流管沿切向方向均匀分布于所述环四输送管入口处的外周，并位于所述环四轴向气流管的下方。

7.根据权利要求1至6任一项所述的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述环一通道、所述环二通道、所述环三通道以及所述环四通道的内壁均呈流线型设置。

8.根据权利要求1至6任一项所述的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述环一通道、所述环二通道、所述环三通道以及所述环四通道从入口至出口均为渐缩流道。

9.一种实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器，其特征在于，包括：

煤粉气流管，所述煤粉气流管具有输送煤粉气流的中心通道以及位于所述中心通道两端的进口端与出口端；

惯性分离结构，设置于所述煤粉气流管中，用于将所述煤粉气流管中的煤粉气流分离成浓煤粉气流与淡煤粉气流；其中，所述惯性分离结构包括位于所述煤粉气流管入口处的可调挡环以及位于所述可调挡环下游的导向管，所述可调挡环具有第一端与外径小于所述第一端的第二端，所述第一端与所述第二端中之一朝向所述煤粉气流管的入口，另一朝向所述导向管，所述导向管位于所述煤粉气流管中，并靠近所述煤粉气流管的出口处，用于输出所述可调挡环中的煤粉气流；

环三输送结构，套设于所述煤粉气流管的外侧，并与所述煤粉气流管围设成供空气流动的环三通道，所述环三输送结构可调节空气流的旋流强度；以及

环四输送结构，套设于所述环三输送结构的外侧，并与所述环三输送结构围设成供空气流动的环四通道，所述环四输送结构可调节空气流的旋流强度。

10.根据权利要求9所述的实验室小尺寸旋流煤粉燃烧器，其特征在于，所述惯性分离结构还包括旋转手柄，所述旋转手柄与所述可调挡环连接，用于调节所述可调挡环，使所述第一端或所述第二端朝向所述煤粉气流管的入口。

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