CN102016412B - 带有用于轴向流的周边空气注入点的燃烧器 - Google Patents

带有用于轴向流的周边空气注入点的燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种燃烧器(1)，该燃烧器包括两个提供了所引入空气的5-15％的周边送风管道(6，7)，所述两个周边送风管道中的一个管道(6)包括使离开的空气具有切向分量的装置(8)，围绕所述燃烧器(1)的其它所有管道(2，4，5，6)的另一个管道(7)被设计成使得离开的空气具有轴向流。根据本发明，所述轴向送风管道(7)的开口(14)由多个具有固定截面的空气注入点(14)形成，每个空气注入点具有这样的角度范围，该角度范围包括在两个相邻空气注入点(14)之间的角度的三分之一至十分之一之间。

Description

带有用于轴向流的周边空气注入点的燃烧器
技术领域
本发明涉及燃烧器，更具体地涉及用于水泥厂的燃烧器。
背景技术
已知的是这样一种燃烧器，该种燃烧器包括：中央送风管道，在该中央送风管道的一端布置有火焰稳定器；至少一个中央燃料供应管道，该至少一个中央燃料供应管道布置在所述中央送风管道内并且通向所述火焰稳定器；围绕所述中央送风管道的至少一个周边燃料供应管道；以及两个环形周边送风管道，该两个环形周边送风管道提供了由该燃烧器所引入空气的5-15％，其中一个环形周边送风管道包括使得从其离开的空气具有切向分量的装置，另一个环形周边送风管道围绕燃烧器的所有其它管道，并被成形为使得离开的空气具有轴向流。
这样的燃烧器提供了良好的效果。然而，其需要具有高比例的富燃料。
发明内容
本发明的目的是具有相同质量的、可以利用更高比例的贫燃料来运转的燃烧器。
根据本发明，在上述类型的燃烧器中，所述环形周边轴向送风管道的开口由多个在该管道的周边成角度分布的、具有固定截面的空气注入点形成，每个空气注入点具有这样的角度范围，该角度范围的值包括在分隔两个相邻空气注入点的角间隔的值的三分之一至十分之一之间。
因而，在根据本发明的燃烧器中，在燃烧器出口处的径向最外侧的轴向气流在角度上不连续，对应流的元件彼此间隔开。结果，每个径向流构件通过使得它带有在燃烧室内存在的环境空气而改善了燃烧，在燃烧室内的环境空气的温度(接近1000℃)明显高于直接来自燃烧器的环境空气的温度。因此，火焰温度变得更高(接近1800℃)，该火焰温度使得能够使用更大比例的贫燃料。
附图说明
在通过附图中示出的非限制性实施例给出的三个实施方式的描述中，本发明的其它特征和优点将变得更为清楚，在附图中：
图1是根据本发明第一实施方式的燃烧器下游端的局部纵向剖视图，
图2是与图1类似的视图，示出了第二实施方式，以及
图3是与图2类似的视图，示出了第三实施方式。
具体实施方式
本发明涉及一种用于水泥厂的燃烧器1。此外，这些燃烧器1均包括：中央送风管道2，在该中央送风管道的一端布置有火焰稳定器3；至少一个中央燃料供应管道4，该至少一个中央燃料供应管道布置在中央送风管道2内并且通向火焰稳定器3；围绕中央送风管道2的至少一个周边燃料供应管道5；以及两个环形周边送风管道6、7。该两个环形周边送风管道6、7能够将由燃烧器1所引入空气的大约5-15％(优选地为7-12％)引入燃烧室中。
这两个周边送风管道6、7中的其中一个周边送风管道6包括装置8，该装置8可以使得从其离开的空气具有切向分量。此外，该管道6被设计成能够通过将所述送风管道6限定边界的两个管9、10之间的相对运动使所述空气的流动变化。在本实施方式中，在外侧将该送风管道6限定边界的所述管9还在内侧为另一周边送风管道7限定边界。在这里，此下游邻接管9仅仅在所述管道6、7的下游端限定了它们的边界，这些管道6、7由同一上游周边管11供应。
此外，在本实施方式中，相对于所述下游邻接管，在内侧限定所述周边切向送风管道6的内管10具有凹槽8，该凹槽8相对于燃烧器1的轴线12具有倾斜度，能够使得该流动具有切向分量。这些凹槽8被设计成使得它们的倾斜度可以根据相对于所述内管10的下游端的轴向位置而变化。此外，所述下游邻接管9一方面在径向上充分靠近内管10以使得在周边管道6内循环的空气被限制成在这些凹槽8内循环，并且另一方面在管9的下游端包括圆锥形扩口13。因此，来自凹槽8的空气具有这样的流动，该流动的切向分量在空气由于圆锥形扩口13而可以被释放的点处与所述凹槽8的倾斜角对应。在图3所示的实施方式中，圆锥形扩口13a并不象在两个第一实施方式中那样具有随着轴向延伸而恒定的角度，而是相反地该圆锥形扩口13a的角度随着从上游至下游的轴向延伸而增大。这有助于空气流附着至该圆锥形扩口表面，并且防止在由该扩口所限定边界的空间内的再循环和漩涡以及相关的劣化风险。
另一个周边送风管道7围绕燃烧器1的其它所有管道2、4、5、6，并且它被设计成使得离开的空气具有轴向流。更简单地说，它并不包括任何可使循环至其的空气具有切向分量的构件。优选地，离开所述轴向送风管道7的空气是离开由所述两个周边送风管道6、7所形成的组件的空气的50-75％。
根据本发明，该管道的开口由多个具有固定截面的空气注入点14形成，所述空气注入点成角度地分布在管道7的周边。优选地，这些注入点14都是相同的并且规则地成角度分布。轴向流的该角度不连续性能够在燃烧器1处实现对存在于燃烧室内的空气的大力驱动，紧接着是通过该燃烧室内的空气与离开燃烧器1的空气的混合物以及其与火焰的结合实现驱动。
为了具有大量被驱动的环境空气(存在于燃烧室内的空气)，优选地，分隔轴向流的两个空气喷嘴的空间应该足够，过度接近的空气喷嘴将导致过于连续的球形流(圆筒形)，该过于连续的球形流仅能够通过提供了球形轴向流的圆筒的外侧来引入环境空气，而不能通过将相邻轴向流的两个空气喷嘴限定边界的两侧来引入环境空气。为此，优选地，每一空气注入点14均具有这样的角度范围，该角度范围的值包括在分隔两个相邻空气注入点14的角间隔的值的三分之一至十分之一之间，从相邻的边缘至相邻边缘测得所述角间隔。
而且为了具有对于环境空气的大力驱动，优选地，离开环形周边轴向流管道7的空气流速度应包括在150至350m/s之间，并且优选地在200至250m/s之间。这些值在正常工况下与燃烧器1相关。
在本实施方式中，每个注入点14均由唯一的管口14形成，该唯一的管口在这些实施例中具有正圆形截面。
而且，如在图1和图2中可见，每个管口14均为通过下游环形壁16形成的穿孔15的下游端。所述下游环形壁16垂直于燃烧器1的轴线2延伸，并且将限定周边轴向送风管道7的边界的两个管9、17的下游端再结合。在本实施方式中，下游环形壁16、下游邻接管9和在外侧限定该周边轴向送风管道7的边界的外管17被彼此紧固。更具体地，下游邻接管9为从下游环形壁16突出的环形台肩，并且该下游环形壁16通过焊道18连接至外管17。
此外，每个穿孔15均为从上游向下游收敛的圆锥形形状。更具体地，每个穿孔15均包括圆锥形渐缩部20，该圆锥形渐缩部20能够从连续的正环形截面21到达每个管口14的正截面，由此限制与该空气循环相关的湍流和装料损耗。在这里，在对应的圆锥的顶点处的半角的值大约是30°。此外，穿孔15在管口14和渐缩部20之间包括第二圆锥形部22，该第二圆锥形部的顶点的半角的值位于3°至12°之间(优选地大约为7°)。该部22能够使从对应管口离开的空气具有很大的速度，并且能够降低可能导致程度不同的重大阻塞的、熔渣围绕管口14沉积的风险。
最后，燃烧器1包括折流板23、24，该折流板23、24形成这样的挡板，该挡板适于使得在周边轴向送风管道7内循环的空气中的一部分在两个相邻穿孔15之间沿着下游环形壁16的上游侧25循环。由于下游环形壁16和下游邻接管9是一体的并且是同一结构构件，因此，这种“新鲜”空气既冷却该周边送风管道7的下游端，也冷却另一周边送风管道6的下游端。这能够限制对于两个周边送风管道6、7的下游端的较大加热(由于空气被轴向流的各种空气喷嘴驱动而导致的环境空气的紧密接近所引起)。更具体地，在所述两个实施方式中，折流板23、24相对于下游环形壁16是固定的，并且因此相对于穿孔15也是固定的。
在第一实施方式中，折流板23由多个与燃烧器1的轴线12垂直的壁23形成，每个壁以一定距离布置在穿孔15上游，并且面向穿孔布置。因此，为了穿过穿孔15，空气流必须围绕这些壁23行进，并且因而在包括于两个相邻管口14之间的扇形角内达到下游环形壁16的上游侧25并流过该上游侧25。
在第二实施方式中，折流板24由上游邻接管24形成，该上游邻接管24限定两个周边送风管道6、7的边界。此上游邻接管24的下游端在轴向上位于下游邻接管9的上游端的下游，并且在径向上位于外管17和下游邻接管9之间。而且，该上游邻接管24和内管10之间的通道横截面在该下游邻接管9的上游端的上游至少被部分地阻塞。在这里，所述通道横截面被与燃烧器1的轴线12垂直的上游环形壁26(所述壁26被焊接至内管10，与上游邻接管24之间具有间隙，该上游邻接管通过间隔件27固定至外管17)完全阻塞。因此，在于周边切向送风管道6内循环之前，空气流必须在另一周边送风管道7内循环，然后与下游环形壁16的上游侧25抵接，并且在上游邻接管24和下游邻接管9之间以相反方向循环至下游邻接管9的上游端。
本发明并不限于之前所描述的所述两个实施方式。
因而每个注入点均可以由两个连续的管口形成，该两个管口彼此间隔开的内部角间隔至多等于该两个管口中的一个管口的角度范围(从而将两个相邻注入点分隔的该角间隔等于所述注入点的角度范围的至少两倍)，或者每个注入点均可以由三个连续的管口形成，该三个连续的管口中的中央的管口与其它两个管口中的每个管口间隔开的内部角间隔均至多等于该三个管口中的每一个的角度范围(从而将两个相邻注入点分隔的该角间隔能够等于所述注入点的角度范围的至少两倍(甚至为一倍半))，所述内部间隔从相邻边缘至相邻边缘获得。
除了圆形之外，所述管口为笔直截面，例如该笔直截面延伸的纵向方向垂直于径向方向(例如呈椭圆形或矩形形状(弯曲的))。

Claims (14)

1.一种燃烧器(1)，该燃烧器包括：中央送风管道(2)，在该中央送风管道的一端布置有火焰稳定器(3)；至少一个中央燃料供应管道(4)，该至少一个中央燃料供应管道布置在所述中央送风管道(2)内，并且通向所述火焰稳定器(3)；围绕所述中央送风管道(2)的至少一个周边燃料供应管道(5)；以及两个环形周边送风管道(6，7)，该两个环形周边送风管道提供由所述燃烧器(1)所引入空气的5-15％，并且其中，所述两个环形周边送风管道(6，7)中的一个环形周边送风管道(6)包括能够使得从其离开的空气具有切向分量的装置(8)，所述两个环形周边送风管道(6，7)中的另一个环形周边送风管道(7)围绕所述燃烧器(1)的其它所有管道(2，4，5，6)，并被成形为使得从其离开的空气具有轴向流，所述另一个环形周边送风管道(7)的开口(14)由多个在该另一个环形周边送风管道(7)的周边成角度分布的、具有固定截面的空气注入点(14)形成，所述燃烧器的特征在于，每个空气注入点(14)均具有这样的角度范围，该角度范围的值在分隔两个相邻空气注入点(14)的角间隔的值的三分之一至十分之一之间，其中每个空气注入点(14)由唯一的管口(14)形成，并且其中，每个管口(14)均为通过下游环形壁(16)形成的穿孔(15)的下游端，所述下游环形壁(16)垂直于所述燃烧器(1)的轴线(12)从内管(10)和外管(17)中的一个管延伸至另一个管，所述内管(10)和所述外管(17)在该内管(10)和外管(17)的下游端限定所述另一个环形周边送风管道(7)的边界。
2.一种燃烧器(1)，该燃烧器包括：中央送风管道(2)，在该中央送风管道的一端布置有火焰稳定器(3)；至少一个中央燃料供应管道(4)，该至少一个中央燃料供应管道布置在所述中央送风管道(2)内并且通向所述火焰稳定器(3)；围绕所述中央送风管道(2)的至少一个周边燃料供应管道(5)；以及两个环形周边送风管道(6，7)，该两个环形周边送风管道提供由该燃烧器(1)所引入空气的5-15％，并且其中，所述两个环形周边送风管道(6，7)中的一个环形周边送风管道(6)包括能够使得从其离开的空气具有切向分量的装置(8)，所述两个环形周边送风管道(6，7)中的另一个环形周边送风管道(7)围绕所述燃烧器(1)的其它所有管道(2，4，5，6)，并被成形为使得从其离开的空气具有轴向流，所述另一个环形周边送风管道(7)的开口(14)由多个在该另一个环形周边送风管道(7)的周边成角度分布的、具有固定截面的空气注入点(14)形成，所述燃烧器的特征在于，每个空气注入点(14)均具有这样的角度范围，该角度范围的值在分隔两个相邻空气注入点(14)的角度间隔的值的三分之一至十分之一之间，其中每个空气注入点(14)均由两个连续的管口形成，该两个连续的管口相互间隔开的角间隔至多等于该两个管口中的每个管口的角度范围，并且其中，每个管口(14)均为通过下游环形壁(16)形成的穿孔(15)的下游端，所述下游环形壁(16)垂直于所述燃烧器(1)的轴线(12)从内管(10)和外管(17)中的一个管延伸至另一个管，所述内管(10)和所述外管(17)在该内管(10)和外管(17)的下游端限定所述另一个环形周边送风管道(7)的边界。
3.一种燃烧器(1)，该燃烧器包括：中央送风管道(2)，在该中央送风管道的一端布置有火焰稳定器(3)；至少一个中央燃料供应管道(4)，该至少一个中央燃料供应管道布置在所述中央送风管道(2)内，并且通向所述火焰稳定器(3)；围绕所述中央送风管道(2)的至少一个周边燃料供应管道(5)；以及两个环形周边送风管道(6，7)，该两个环形周边送风管道提供由该燃烧器(1)所引入空气的5-15％，并且其中，所述两个环形周边送风管道(6，7)中的一个环形周边送风管道(6)包括能够使得从其离开的空气具有切向分量的装置(8)，所述两个环形周边送风管道(6，7)中的另一个环形周边送风管道(7)围绕所述燃烧器(1)的其它所有管道(2，4，5，6)，并被成形为使得从其离开的空气具有轴向流，所述另一个环形周边送风管道(7)的开口(14)由多个在该另一个环形周边送风管道(7)的周边成角度分布的、具有固定截面的空气注入点(14)形成，所述燃烧器的特征在于，每个空气注入点(14)均具有这样的角度范围，该角度范围的值在分隔两个相邻空气注入点(14)的角度间隔的值的三分之一至十分之一之间，其中每个空气注入点均由三个连续的管口形成，该三个连续的管口中的中央的管口与其它两个管口中的每个管口间隔开的角间隔均至多等于该三个管口中的每一个的角度范围，并且其中，每个管口(14)均为通过下游环形壁(16)形成的穿孔(15)的下游端，所述下游环形壁(16)垂直于所述燃烧器(1)的轴线(12)从内管(10)和外管(17)中的一个管延伸至另一个管，所述内管(10)和所述外管(17)在该内管(10)和外管(17)的下游端限定所述另一个环形周边送风管道(7)的边界。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述穿孔(15)具有从上游向下游收敛的圆锥形形状。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，每个管口(14)均具有圆形笔直截面。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，每个管口均具有其纵向方向与径向方向垂直的笔直延伸截面。
7.根据权利要求4所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述穿孔(15)包括圆锥形渐缩部(20)，该圆锥形渐缩部的顶点半角的值大约是30°。
8.根据权利要求7所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述穿孔(15)在所述管口(14)和所述渐缩部(20)之间包括圆锥形加速部(22)，该圆锥形加速部的顶点半角的值在3°至12°之间。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，下游邻接管(9)被紧固至所述下游环形壁(16)，在所述两个环形周边送风管道(6，7)的下游端限定该两个环形周边送风管道(6，7)的边界。
10.根据权利要求9所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述下游邻接管(9)在其下游端包括圆锥形扩口(13a)，该圆锥形扩口具有随着从上游至下游的轴向延伸而增大的角度。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，该燃烧器包括折流板(23，24)，所述折流板形成如下的挡板，该挡板适于使得在所述另一个环形周边送风管道(7)内循环的空气中的一部分在两个相邻所述穿孔(15)之间沿着所述下游环形壁(16)的上游侧(25)循环。
12.根据权利要求11所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述折流板(23，24)相对于所述下游环形壁(16)是固定的。
13.根据权利要求11所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述折流板(23)由多个与所述燃烧器(1)的轴线(12)垂直的壁形成，每个所述壁以一定距离布置在穿孔(15)的上游，并且面向该穿孔(15)布置。
14.根据权利要求11所述的燃烧器(1)，其特征在于，下游邻接管(9)被紧固至所述下游环形壁(16)，在所述两个环形周边送风管道(6，7)的下游端限定该两个环形周边送风管道(6，7)的边界，所述折流板(24)由上游邻接管形成，该上游邻接管限定所述两个环形周边送风管道(6，7)的边界，并且该上游邻接管的下游端位于所述下游邻接管(9)的上游端的下游，并且该上游邻接管在径向上位于所述下游邻接管(9)和在外侧限定所述另一个环形周边送风管道(7)的边界的外管(17)之间，所述上游邻接管和所述内管(10)之间的通道横截面在所述下游邻接管(9)的上游端的上游被部分地阻塞，所述内管(10)在内侧限定所述一个环形周边送风管道(6)的边界。
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