CN101825278A - 一种富氧燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种富氧燃烧器，它包括同轴布置的油枪管、一次风旋流发生器、内二次风发生器和外二次风旋流发生器；氧气注入器位于一次风旋流发生器和内二次风发生器之间；氧气注入器包括氧气腔体、氧气进气管和氧气管，氧气进气管位于氧气腔体的一端，氧气管与氧气腔体的另一端相连；氧气管绕轴向沿着圆周均匀分布。空气或者循环烟气作为一次风来输送煤粉，氧气注入器输送空气或者纯氧气，内外二次风主要是空气或者纯氧气/循环烟气，外二次风旋流发生器的旋流数可调节性、高速氧气射流的作用和氧气混入方式使得一二次风动量比可调，有利于充分燃烧、低污染排放及传热传质。

Description

一种富氧燃烧器
技术领域
本发明涉及一种燃烧器，特别涉及在锅炉和工业窑炉煤粉燃烧的一种富氧燃烧器。
背景技术
在现行的锅炉煤粉燃烧发电技术中，存在着高二氧化碳、氮氧化物排放，对环境造成极大污染。燃煤电站锅炉排放的CO2占我国CO2排放量的70％以上，开发具有CO2捕集的新型燃煤发电技术是实现大规模减排CO2的根本途径。在各种减排技术中，氧燃烧技术用高纯度的氧代替助燃空气，同时采用烟气循环调节炉膛内的介质流量和传热特性，可获得高体积浓度的富含CO2的烟气。对于燃煤电站锅炉而言，由于这种近乎完全脱碳能力的新型燃烧方式与现有燃烧技术的良好承接性，易于实现NOX、SOX等多种污染物的协同控制，运行的经济成本有着相当优势，已经毫无疑义地成为本世纪煤燃烧技术的一个最具竞争力的重要发展方向。由于氧燃烧技术异于传统空气助燃技术，工质特性和流动状况发生重大变化，对煤粉燃烧特性产生重大影响。这些基本特性的变化致使氧燃烧器成了此新型技术的核心之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种富氧燃烧器，该燃烧器改善燃烧状况，易于点燃、稳燃及燃料的燃尽，对于NOX的低排放也有良好的促进作用。
本发明提供的一种富氧燃烧器，它包括同轴布置的油枪管、一次风旋流发生器、内二次风发生器和外二次风旋流发生器；油枪管位于燃烧器的最内层，外二次风旋流发生器位于燃烧器的最外层，一次风旋流发生器和内二次风发生器均位于油枪管和外二次风旋流发生器之间，其特征在于，它还包括氧气注入器，氧气注入器位于一次风旋流发生器和内二次风发生器之间；
氧气注入器包括氧气腔体、氧气进气管和氧气管，氧气进气管位于氧气腔体的一端，氧气管与氧气腔体的另一端相连；氧气管绕轴向沿着圆周均匀分布。
本发明的一种富氧燃烧器正是克服了传统燃烧器设计理念的不足。既能满足在传统空气助燃的煤粉燃烧也能在氧气/循环烟气助燃的煤粉燃烧的工质环境中稳定运行，还能通过高速射流的氧气喷射，产生强烟气回流，配以合适的送风条件，进行无焰煤粉燃烧。传统富氧燃烧器的氧气体积分数仅高出常规空气燃烧约1-2％，而本发明的燃烧器助燃氧气体积分数最高达35-40％，最低达到18-21％仍能取得稳燃作用。
同时本发明具有良好的技术、经济和环境效益，特别是对火电站及工业窑炉的CO2减排与低NOX排放起到积极作用。该燃烧器具有稳定的空气煤粉燃烧以及氧气/烟气循环煤粉燃烧，适用的燃料类型有天然气、柴油及煤粉。
附图说明
图1(a)(b)是本发明提供的富氧燃烧器的第一种具体实施方式结构示意图；
图2(a)(b)是本发明提供的富氧燃烧器的第二种具体实施方式结构示意图；
图3(a)(b)是本发明提供的富氧燃烧器的第三种具体实施方式结构示意图；
图4(a)(b)是本发明提供的富氧燃烧器的第四种具体实施方式结构示意图；
图5(a)(b)是本发明提供的富氧燃烧器的第五种具体实施方式结构示意图；
图6是本发明提供的富氧燃烧器的一种切向可动旋流发生器的具体结构示意图；
图7是本发明提供的富氧燃烧器的一种轴向可动旋流发生器的具体结构示意图；
在图中：1.旋风桶  2.一次风进气管  3.一次风管  4.氧气腔体  5.氧气进气管  6.氧气管  7.内二次风腔体  8.内二次风进气管  9.内二次风管10.外二次风腔体  11.外二次风进气管  12.外二次风管  13.障碍环  14.三次风腔体  15.三次风入口管  16.三次风管  17.油枪管  18.旋流器  19.调节箱  20.传动杆  21.圆型齿轮  22.固定压盖  23.转动压盖  24.半圆型齿轮  25.定子  26.动子  27.内、外环管  28.叶片
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种富氧燃烧器包括同轴布置的油枪管17、一次风旋流发生器、氧气注入器、内二次风发生器和外二次风旋流发生器。油枪管17、一次风旋流发生器、氧气注入器、内二次风发生器和外二次风旋流发生器由内至外依次布置。
一次风旋流发生器包括旋风桶1、一次风进气管2和一次风管3，一次风进气管2位于旋风桶1的一端，一次风管3与旋风桶1的另一端相连。
氧气注入器包括氧气腔体4、氧气进气管5和氧气管6，氧气进气管5位于腔体4的一端，氧气管6与腔体4的另一端相连。氧气管6绕轴向沿着圆周均匀分布。氧气管的数量为4-12根时效果较好。
内二次风发生器包括内二次风腔体7、内二次风进气管8和内二次风管9，内二次风进气管8位于腔体7的一端，内二次风管9与腔体7的另一端相连。
外二次风旋流发生器包括外二次风腔体10、外二次风进气管11和外二次风管12，外二次风进气管11位于外二次风腔体10的一端，外二次风管12与外二次风腔体10的另一端相连，在外二次风腔体10内设置有旋流发生器18。
油枪管17通过内置油枪烘炉和点火，一次风旋流发生器用于通入助燃气体，同时可将煤粉输送到炉膛，氧气注入器可以停用或者通入空气或高速射流氧气辅助燃烧，内二次风发生器和外二次风旋流发生器的作用是通入助燃气体。通过气体流量的调节，实现燃烧器的动量比可调。
具体说明图1所述燃烧器的工作过程及作用。
图1所述燃烧器的工作过程：油枪管内置点火油枪进行烘炉，一次风旋流发生器、内二次风发生器和外二次风旋流发生器将助燃气体送入炉膛，配合油枪进行辅助燃烧。炉膛温度升高到一定温度后，增加一次风的流量，运送煤粉进入炉膛燃烧，煤粉稳定燃烧后，停止油枪送油。在工作过程中，内二次风发生器和外二次风旋流发生器送气进行辅助燃烧，氧气注入器可以停用或者空气或者高速射流氧气辅助燃烧。常规空气-煤粉燃烧时，一次风、内二次风发生器和外二次风旋流发生器输送加热后的空气。本发明氧气/循环烟气-煤粉燃烧时，一次风由循环烟气送煤粉，内二次风由循环烟气和部分纯氧气或者循环烟气进行辅助燃烧，外二次风由循环烟气或者循环烟气和部分纯氧气进行辅助燃烧，氧气注入器送高速射流纯氧气辅助燃烧。外二次风旋流发生器内安置的是旋流发生器18，其作用是调节外二次风旋流数，本发明氧气/循环烟气-煤粉燃烧时，配合高速纯氧气射流进行燃烧器的一二次风动量比调节，取到优化燃烧器性能的作用，以此达到高燃尽度、火焰传播相似性、火炬类同性、传热传质量级相当、低污染物排放和高CO2富集的稳燃作用。
本发明还可以采用下述多种方式优化燃烧器的结构和性能。
在一次风旋流发生器和油枪管之间安装三次风发生器，三次风发生器包括三次风腔体14、三次风进气管15和三次风管16，三次风进气管15位于三次风腔体14的一端上，三次风管16与腔体14另一端相连，如图2(a)(b)所示。优化后的燃烧器利用三次风的助燃作用能有效促进劣质煤的着火稳燃及燃尽。
在一次风管3和氧气管6之间的出口段可以安装障碍环13，使得煤粉和高速射流氧气混合延迟，同时有效保证了煤粉在还原气氛中的脱挥发分作用。在图1所示结构的燃烧器上安装障碍环时，其结构如如图3(a)、(b)所示，在图2所示结构的燃烧器上安装障碍环时，其结构如如图4(a)、(b)所示。
本发明提供的燃烧器中内二次风发生器和一次风旋流发生器之间的安装位置互换。以图1所示结构为例，当二次风发生器和一次风旋流发生器位置互换后的结构如图5(a)(b)所示。这种结构的燃烧器使得低挥发分煤易于着火燃烧，同时对氮氧化物生成进行内外围循环烟气的还原作用，氧气射流速度不易过高。
上述结构的燃烧器是依据理论分析和试验优化，使送入的氧气体积浓度可以在宽范围变化，并且能够实现送入氧气方式多样化，对二次风的动量进行有效补给，同时一次风和二次风的动量都可以通过选择不同的旋流发生器进行调节，易于保证富氧燃烧和空气燃烧的一二次风动量比一致。这对实现燃烧的稳定是一个关键的因素。
本发明提供的燃烧器中，一次风管3、内二次风管9、外二次风管12和三次风管16的管末端均可以安装扩口也可以不安装扩口。扩口安装在二次风管的一端，起到稳定气流和改善燃烧的作用。扩口的类型可以是直型外扩口或者曲型外扩口。内二次风发生器和三次风发生器可以安装旋流发生器也可以不安装旋流发生器。旋流发生器18类型可以是切向可动叶片式、轴向可动叶片式、切向槽道可动式和蜗壳式。采用的叶片可以是直叶片或曲叶片或扭曲叶片。旋流器的调节实现燃烧器的旋流数可调。一次风道内接近出口可以安装直型导流板，也可以安装浓淡分离器，导流板均匀圆周分布，浓淡分离器可以是环状。
在燃烧器主体不变的情况下，本发明提供的燃烧器的出口部分结构在具体实施方式能进行优化，提高燃烧器性能，得到最佳的燃烧效果包证燃烧器组织合理的燃烧动力场、易于点燃及稳燃和高效率的燃烬度。
实例1
对于本发明燃烧器的一种切向可动旋流发生器示意图如图6所示，下面对外二次风旋流发生器中的这种旋流器的连接方式、工作过程和作用予以叙述：调节箱19安装在外二次风腔体10一端，传动杆20一端与调节箱19相连，另一端连接圆型齿轮21且齿合转动压盖23上相连的半圆型齿轮24，转动压盖23下端连接着同轴圆周均匀分布的动子26，与下端连接的定子25成对齿合，转动压盖23上端同轴连接着固定压盖22。旋流器的运行方式是转动调节箱19阀门，传动杆20转动相连接的动子26，配合定子25形成切向的槽道间隙。从外二次风进气管11进来的气流沿着圆周进入槽道间隙并形成旋转气流，从外二次风管12流出。由调节后的槽道间隙改变气流旋转速度，使得旋流数改变，从而达到旋流数可调，燃烧器优化燃烧的效果。
实例2
对于本发明燃烧器的一种轴向可动旋流发生器示意图如图7所示，下面对外二次风旋流发生器中的这种旋流器的连接方式和工作过程和作用予以叙述：调节箱19安装在外二次风腔体10一端，传动杆20一端与调节箱19相连，另一端与叶片28相连，叶片28均匀圆周安装在内外环管27之间，两环管27起到固定叶片28的作用，叶片的底部都固定在内环管的外表面，叶片的顶部都固定在外环管的内表面。旋流器的运行方式是转动调节箱19阀门，传动杆20提升或下降，叶片28及相连件就会一起上升或下降，外二次风进气管11进来的二次风一部分气流从叶片28之间流通，另一部分气流绕过叶片28直接进入外二次风管12。由轴向移动叶片连接机构，使得部分气流旋流和部分气流直流，两者不同比例的混合使得综合旋转速度可调、旋流数改变，从而达到旋流数可调，燃烧器优化燃烧的效果。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种富氧燃烧器，它包括同轴布置的油枪管(17)、一次风旋流发生器、内二次风发生器和外二次风旋流发生器；油枪管(17)位于燃烧器的最内层，外二次风旋流发生器位于燃烧器的最外层，一次风旋流发生器和内二次风发生器均位于油枪管(17)和外二次风旋流发生器之间，其特征在于，它还包括氧气注入器，氧气注入器位于一次风旋流发生器和内二次风发生器之间；
氧气注入器包括氧气腔体(4)、氧气进气管(5)和氧气管(6)，氧气进气管(5)位于氧气腔体(4)的一端，氧气管(6)与氧气腔体(4)的另一端相连；氧气管(6)绕轴向沿着圆周均匀分布。
2.根据权利要求1所述的富氧燃烧器，其特征在于，
一次风旋流发生器包括旋风桶(1)、一次风进气管(2)和一次风管(3)，一次风进气管(2)位于旋风桶(1)的一端，一次风管(3)与旋风桶(1)的另一端相连；
内二次风发生器包括内二次风腔体(7)、内二次风进气管(8)和内二次风管(9)，内二次风进气管(8)位于腔体(7)的一端，内二次风管(9)与腔体(7)的另一端相连；
外二次风旋流发生器包括外二次风腔体(10)、外二次风进气管(11)和外二次风管(12)，外二次风进气管(11)位于外二次风腔体(10)的一端，外二次风管(12)与外二次风腔体(10)的另一端相连，在外二次风腔体(10)内设置有旋流发生器(18)。
3.根据权利要求2所述的富氧燃烧器，其特征在于，氧气管的数量为4-12根。
4.根据权利要求1、2或3所述的富氧燃烧器，其特征在于，在一次风旋流发生器和油枪管之间还安装有三次风发生器，三次风发生器包括三次风腔体(14)、三次风进气管(15)和三次风管(16)，三次风进气管(15)位于三次风腔体(14)的一端上，三次风管(16)与三次风腔体(14)另一端相连。
5.根据权利要求1、2或3所述的富氧燃烧器，其特征在于，在一次风管(3)和氧气管(6)之间的出口段之间安装有障碍环(13)。
6.根据权利要求1、2或3所述的富氧燃烧器，其特征在于，内二次风发生器和/或三次风发生器内安装有旋流发生器。
7.根据权利要求1、2或3所述的富氧燃烧器，其特征在于，一次风管(3)内接近出口的位置安装有直型导流板或浓淡分离器。
8.根据权利要求1、2或3所述的富氧燃烧器，其特征在于，旋流器(18)包括调节箱(19)、传动杆(20)、固定压盖(22)、转动压盖(23)、定子(25)和动子(26)；
调节箱(19)安装在外二次风腔体(10)一端，传动杆(20)一端与调节箱(19)相连，另一端连接圆型齿轮(21)且齿合转动压盖(23)上相连的半圆型齿轮(24)，转动压盖(23)下端连接着同轴圆周均匀分布的动子(26)，与下端连接的定子(25)成对齿合，转动压盖(23)上端同轴连接着固定压盖(22)。
9.根据权利要求1、2或3所述的富氧燃烧器，其特征在于，旋流器(18)包括调节箱(19)、传动杆(20)、内、外环管(27)和叶片(28)；调节箱(19)安装在外二次风腔体(10)一端，传动杆(20)一端与调节箱(19)相连，另一端与叶片(28)相连，叶片(28)均匀圆周安装在内、外环管(27)之间，内、外环管(27)起到固定叶片(28)的作用。
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