CN103582782A - 用于燃煤发电厂中的燃尽风口的可倾斜喷嘴组件 - Google Patents

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Abstract

一种位于燃煤发电厂中的燃烧室组件，包括：燃烧室壳体，限定出在其中燃烧煤粉的燃烧区；至少一个燃烧器，将煤粉引入燃烧区中；以及燃尽风口，将空气注入燃烧室壳体中燃烧区上方，燃尽风口通常不能相对于燃烧室壳体移动。燃烧室组件还包括与燃尽风口相关联的喷嘴组件。喷嘴组件包括布置在燃尽风口内的导流结构，该导流结构可相对于燃尽风口倾斜，以改变经由燃尽风口被注入燃烧室壳体中的空气的流动方向。

Description

用于燃煤发电厂中的燃尽风口的可倾斜喷嘴组件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年1月6日提交的名称为“TILTABLE OVERFIREAIR MECHANISM FOR WALL-FIRED AND ARCH-FIRED UTILITYBOILERS”的美国临时专利申请61/430355的权益，该申请的公开内容作为引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种位于燃煤发电厂中的燃尽风口(overfire air port)，更具体地说，涉及一种用在燃尽风口中的喷嘴组件，该喷嘴组件可倾斜，使离开燃尽风口的空气的流动方向发生改变。
背景技术
在燃煤发电厂中，包括煤粉和载体空气的工作介质经由一个或多个燃烧器被注入燃烧室组件的燃烧区。额外空气经由位于燃烧区上方的燃尽风口进入燃烧室组件。通过燃尽风口引入燃烧室组件中的空气被注入燃烧室组件的位于燃烧区上方的区域中，已知为一氧化碳(CO)燃尽区。空气从燃尽风口注入一氧化碳燃尽区会提供使煤粉充分燃烧所必要的额外空气，从而减少由发电厂排出的一氧化碳量。
发明内容
根据本发明的第一方面，燃烧室组件设置在燃煤发电厂中。该燃烧室组件包括：燃烧室壳体，限定出在其中燃烧煤粉的燃烧区；至少一个燃烧器，将煤粉输送进燃烧区中；以及燃尽风口，将空气注入到燃烧室壳体中燃烧区上方，燃尽风口通常不能相对于燃烧室壳体移动。燃烧室组件还包括与燃尽风口相关联的喷嘴组件。喷嘴组件包括布置在燃尽风口内的导流结构，该导流结构可相对于燃尽风口倾斜，以改变经由燃尽风口被注入燃烧室壳体中的空气的流动方向。
根据本发明的第二方面，提供了一种将燃烧室组件服务于燃煤发电厂中的方法，该燃烧室组件包括燃烧室壳体，该燃烧室壳体限定出在其中燃烧煤粉的燃烧区。该方法包括将喷嘴组件安装在燃烧室组件中，喷嘴组件包括设置在燃尽风口中的导流结构，燃尽风口将空气注入燃烧室壳体中燃烧区上方。燃尽风口通常不能相对于燃烧室壳体移动，导流结构可相对于燃尽风口在竖直方向上倾斜，以改变经由燃尽风口被注入燃烧室壳体中的空气的流动方向。
根据本发明的第三方面，提供了一种运作燃煤发电厂的方法。煤粉经由至少一个燃烧器被引入限定在发电厂的燃烧室壳体内的燃烧区中。煤粉在燃烧区中燃烧，以产生热工作气体。空气经由燃尽风口被注入燃烧器壳体中，进入燃烧区上方的一氧化碳燃尽区，燃尽风口通常不能相对于燃烧室壳体移动。喷嘴组件的设置在燃尽风口内的导流结构可以倾斜，以改变经由燃尽风口被注入一氧化碳燃尽区中的空气的流动方向。
附图说明
尽管本说明书以特别指出和清楚要求本发明的权利要求结束，但是应理解，通过结合附图的下述说明，本发明会变得更易理解，附图中的相同标号代表相同元件，附图中：
图1是用在燃煤发电厂中的燃烧室组件的示意图，燃烧室组件包括根据本发明实施例的燃尽风口；
图2和3是图1示意性所示燃烧室组件的燃尽风口和一部分燃烧室壳体的透视图，其中，设置在燃尽风口中的喷嘴组件显示为处于图2的第一位置以及处于图3的第二位置；以及
图4是图2和3所示喷嘴组件的导流结构的放大透视图。
具体实施方式
在以下对优选实施例的详细说明中，参考了形成本发明一部分的附图，在附图中，以说明性而非局限性示出本发明，本发明在附图中实施为特定的优选实施例。应当理解的是，可利用其它实施例，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行改变。
现在参见图1，示意性地示出根据本发明实施例的用在燃煤发电厂中的燃烧室组件10，其还称为炉膛。燃烧室组件10包括燃烧室壳体12，燃烧室壳体在一些应用中可以是水冷壁，并是刚性结构件，可具有任何适合的尺寸和形状。燃烧室壳体12限定出燃烧区14，包括煤粉和载体空气的工作介质在燃烧区中燃烧。燃烧室壳体12还限定出位于燃烧区14上方的一氧化碳(CO)燃尽区16。应注意，发电厂可包括不止一个燃烧室组件10，发电厂的其它燃烧室组件可以与本文中所述和图1所示的燃烧室组件基本相似。
燃烧室组件10还包括多个燃烧器18，燃烧器将工作介质引入燃烧室壳体12中，即进入燃烧区14中。燃烧室组件10可包括任何适合数量的燃烧器18，燃烧器18可以定位在用于将工作介质注入燃烧区14中的任何适合位置。而且，燃烧器18可相对于燃烧室壳体12倾斜，以改变经由燃烧器18被引入燃烧区14中的工作介质的流动方向。关于倾斜燃烧器18的额外信息，例如参见于2011年3月3日公布的名称为“NOZZLE FORFEEDING COMBUSTION MEDIA INTO A FURNACE”的美国公布的专利申请No.2011/0048293，该申请的全部公开内容作为引用并入本文。应注意，根据替代实施例，燃烧器18可仅将煤粉引入燃烧室壳体12中，例如在燃烧器18包括传送结构的实施例中。
燃烧室组件10还包括多个燃尽风口20。燃尽风口20将空气注入一氧化碳燃尽区16中，即，燃尽风口20将空气注入到燃烧区14上方。由燃尽风口20注入的空气可包括二次空气(secondary air)，即，由例如加热器之类的二次源提供的空气，二次空气经由与每个燃尽风口20相关联的风箱19(图2和3)供应到燃尽风口20，如下所述。
现在参见图2和3，示出燃尽风口20中的一个，应理解，燃烧室组件10的其它燃尽风口20可以与图2和3所示和本文所述的燃尽风口大致相同。燃尽风口20包括支撑结构22，支撑结构固定地安装到风箱19，以基本避免燃尽风口20和风箱19之间的运动。燃尽风口20还包括空气接收单元24和空气注入单元26。空气接收单元24接收用于注入到一氧化碳燃尽区16中的空气，所述空气在下文中被称为“燃尽风”，空气注入单元26将燃尽风注入到一氧化碳燃尽区16中。空气注入单元26可包括圆形或卵形横截面形状，并在朝向一氧化碳燃尽区16的方向上延伸，如图2和3所示。空气注入单元26被牢固地接收在燃烧室壳体12的孔12A中，使得燃尽风口20通常不能相对于燃料室壳体12移动。
燃尽风口20还包括风门组件28，风门组件在本领域中是已知的，用于选择性地和按比例地允许空气进入空气接收单元24。风门组件28包括：设置在风门壳体38中的穿孔板(未示出)；驱动杆32，联接到风门壳体30，以使风门壳体30滑动，并暴露穿孔板；以及电驱动单元34，用于驱动该驱动杆32。本领域技术人员应明白，穿孔板设置有允许空气通过其中的孔。风门壳体30经由驱动杆32通过电驱动单元34线性地移动。风门壳体30的移动选择性地和按比例地暴露穿孔板中的孔，以允许空气从风箱19进入空气接收单元24。
图2和3示出的二次空气孔20还包括位于空气接收单元24和空气注入单元26之间的喇叭口36。如本领域技术人员所明白的，喇叭口36实现燃尽风在从空气接收单元24朝向空气注入单元26的方向上的流动。燃尽风口20还与支撑组件38相关联，支撑组件接合风箱19和燃烧室壳体12，为燃尽风口20提供额外的结构支撑。
燃烧室组件10还包括与燃尽风口20相关联的喷嘴组件40，见图2和3。喷嘴组件40包括导流结构42、枢转机构44和处理结构46。导流结构42位于空气注入单元26中喇叭口28的下游，并可相对于燃尽风口20倾斜，以改变经由燃尽风口20被注入到一氧化碳燃尽区16中的燃尽风的流动方向，如本文中所述。
参见图4，导流结构42包括支撑多个叶片50的框架48。框架48是刚性构件，并包括多个支撑构件52，多个支撑构件联接到叶片50，并为叶片50提供支撑。叶片50包括大致平面板，其为通过燃尽风口20注入到一氧化碳燃尽区16中的燃尽风提供流动方向，如本文中所述。
如图2-4所示，框架48的后部支撑构件52，即，距燃烧室壳体12较远的支撑构件52包括形成在其中的孔54。孔54中接收枢转机构44的杆56(见图2和3)。杆56在孔54内固定地联接到支撑构件52，使得杆56关于杆56的旋转轴的旋转导致导流结构42在竖直方向上的相应倾斜，如本文中所述。杆56延伸穿过形成在燃尽风口20的空气注入单元26中的各个开口58(图2和3中仅示出一个开口58)。杆56可在开口58内旋转，而不会导致空气注入单元26的相应旋转，即，杆56的直径稍微小于开口58的直径。
杆56还固定地联接到枢转机构44的枢转支架60，使得枢转支架60的旋转导致杆56的相应旋转，见图2和3。枢转支架60又联接到处理结构46。枢转支架60联接到处理结构46使得处理结构46在朝向或远离一氧化碳燃尽区16的方向上的水平移动(即，线性移动)导致枢转支架60的相应旋转。即，在图2和3所示实施例中，处理结构46在朝向一氧化碳燃尽区16的方向上的移动导致枢转支架60顺时针旋转，这导致导流结构42在竖直方向上朝向燃烧区14的方向倾斜。处理结构46在远离一氧化碳燃尽区16的方向上的移动导致枢转支架60在逆时针方向旋转，这导致导流结构42在竖直方向上在远离燃烧区14的方向上倾斜。注意的是，其它构造可用于实现枢转支架60和导流结构42的旋转。
处理结构46延伸穿过形成在风箱19中的孔口66，使得可从风箱19外部和从燃烧室壳体12外部操作处理结构46，见图2和3。因此，可使用处理结构46从燃烧室壳体12外部使导流结构42朝向或远离燃烧区14有效地倾斜。即，处理结构46可被选择成推向燃烧室壳体12和拉离燃烧室壳体12，以实现导流结构42在竖直方向上的倾斜，即，朝向和远离燃烧区14。在所示实施例中，将处理结构46推向燃烧室壳体12导致导流结构42在燃尽风口20内沿第一方向旋转或倾斜，即，在所示实施例中沿顺时针方向，使得离开燃尽风口20的空气朝向燃烧区14而转向。此外，拉动处理结构46离开燃烧室壳体12导致导流结构42在燃尽风口20内沿第二方向旋转或倾斜，即，在所示实施例中沿逆时针方向，使得离开燃尽风口20的空气转向而远离燃料区14。
在燃煤发电厂运作期间，在本文统称为工作介质的煤粉和包括传输介质(即，载体空气)的载体气体经由燃烧器18被引入燃烧区14中，燃烧器可如美国专利出版物No.2011/0048293所述般倾斜，以改变被引导的工作介质的流动方向。
如上所述，二次空气从例如加热器之类的二次源供应进风箱19中。二次空气在比燃烧室壳体12内的压力更高的压力下被供应进风箱19中。当风门组件28构造成允许空气进入燃尽风口20的空气接收单元24中时，风箱19中的二次空气的压力和燃烧室壳体12中的压力之间的压差导致二次空气流过穿孔板中的孔，并进入燃尽风口20的空气接收单元24中。
燃尽风口20将二次空气(即，燃尽风)注入位于燃烧区14上方的一氧化碳燃尽区16中。如上所讨论的，可从燃烧室壳体12和风箱19外部操作处理结构46，以改变通过燃尽风口20注入的燃尽风的流动方向。改变由燃尽风口20注入的空气的流动方向会影响燃料室组件10内的工作介质的燃烧状态，从而改变由燃烧室组件10排出的排放物(例如CO、未燃碳和NOx)量。例如，改变由燃尽风口20注入的燃尽风的流动方向会影响工作介质的亚化学计量燃烧的停留时间(即，亚化学计量燃烧指的是用比完全燃烧煤粉所需的空气少的空气来燃烧煤粉)，还会影响燃烧室组件10内的温度分布。通过倾斜导流结构42以使由燃尽风口20注入的燃尽风在期望位置被引入燃烧室壳体12内而增加工作介质的亚化学计量燃烧的停留时间被认为会减少NOx，并改变未燃碳和CO的排放量。
而且，由于每个燃尽风口20与单独的处理结构46相关联，所以每个导流结构42在燃烧室组件10内可被单独地调节至细微的协调状态。
应注意，可使用监控系统64(见图1)来确定是否倾斜导流结构42以使离开燃尽风口20的空气转向为朝向燃烧区14还是远离燃烧区14，该监控系统监控燃烧室壳体12内的至少一个操作参数。监控系统64可监控燃烧室壳体12内的温度分布、工作介质的亚化学计量燃烧的停留时间、CO、NOx或其它排放物等。
在使用运作期间，上述喷嘴组件40可安装在现有燃烧室组件10的现有燃尽风口20中，现在描述喷嘴组件。如果喷嘴组件40安装在现有燃烧室组件10的现有燃尽风口20中，那么可以避免整个更换燃烧室组件10，或避免对现有燃烧室组件10(期望使燃尽风倾斜)进行主体革新的需要。
在使用运作期间，可以接近燃烧室壳体12和风箱19的内部，或者可从燃烧室壳体12移除风箱19，从而不需要接近燃烧室壳体12的内部。在正被使用的燃尽风口20的空气注入单元26中钻成或以其它方式形成开口58。在风箱19中也钻成或以其它方式形成孔口66，将喷嘴组件40的处理结构46穿过孔口插入。通过将导流结构42定位在燃尽风口20的空气注入单元26中而将喷嘴组件40安装在燃烧室组件10中，在运作期间，该燃尽风口20通常不能相对于燃烧室壳体12移动，并位于燃烧区14的位置上方。
接着，将杆56穿过空气注入单元26中的开口58插入，并在框架支撑构件52的孔54内固定到导流结构42。然后，将杆56固定到枢转支架60，该枢转支架又联接到处理结构46。
随后，关闭燃烧室壳体12和风箱19，即，闭合接近位置，进行任何剩余步骤，使燃烧室组件10准备使用。如上所述，每个工作的喷嘴组件40允许利用处理结构46使导流结构42在竖直方向上倾斜，而改变经由接纳的燃尽风口20被注入到一氧化碳燃尽区16中的燃尽风的流动方向。
虽然说明和描述了本发明的特定实施例，但是本领域技术人员应明白，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它改变和修改。因此，在所附权利要求中意在涵盖处于本发明范围内的所有这样的改变和修改。

Claims (20)

1.一种位于燃煤发电厂中的燃烧室组件，所述燃烧室组件包括：
燃烧室壳体，限定出在其中燃烧煤粉的燃烧区；
至少一个燃烧器，将煤粉引入所述燃烧区中；
燃尽风口，将空气注入燃烧室壳体中位于所述燃烧区上方，所述燃尽风口通常不能相对于所述燃烧室壳体移动；以及
与所述燃尽风口相关联的喷嘴组件，所述喷嘴组件包括导流结构，所述导流结构布置在所述燃尽风口内，并可相对于所述燃尽风口倾斜，以改变经由所述燃尽风口被注入所述燃烧室壳体中的空气的流动方向。
2.如权利要求1所述的燃烧室组件，其中，所述燃尽风口包括将空气注入所述燃烧室壳体中的空气注入单元，所述空气注入单元具有圆形和卵形横截面形状中的一种。
3.如权利要求1所述的燃烧室组件，其中，所述导流结构包括支撑多个叶片的框架。
4.如权利要求1所述的燃烧室组件，其中，所述喷嘴组件还包括：
枢转机构，用于使所述燃尽风口中的导流结构倾斜；以及
联接到所述枢转机构的处理结构，可以从所述燃烧室壳体外部操作所述处理结构，以实现所述导流结构的倾斜。
5.如权利要求4所述的燃烧室组件，其中，所述处理结构可选择性地被推向所述燃烧室壳体和被拉离所述燃烧室壳体，以实现所述导流结构在竖直方向上的倾斜。
6.如权利要求5所述的燃烧室组件，其中：
将处理结构推向所述燃烧室壳体导致所述导流结构在所述燃尽风口内在第一方向上旋转，使得离开所述燃尽风口的空气转向成朝向所述燃烧区和远离所述燃烧区中的一种；以及
远离所述燃烧室壳体拉动所述处理结构导致所述导流结构在所述燃尽风口内在第二方向上旋转，使得离开所述燃尽风口的空气转向成朝向所述燃烧区和远离所述燃烧区中的另一种。
7.如权利要求1所述的燃烧室组件，其中，所述至少一个燃烧器可倾斜，以改变经由所述至少一个燃烧器被引入所述燃烧区中的煤粉的流动方向。
8.一种将燃烧室组件服务于燃煤发电厂中的方法，该燃烧室组件包括燃烧室壳体，该燃烧室壳体限定出在其中燃烧煤粉的燃烧区，该方法包括：
将喷嘴组件安装在燃烧室组件中，喷嘴组件包括设置在燃尽风口中的导流结构，燃尽风口将空气注入燃烧室壳体中燃烧区上方，燃尽风口通常不能相对于燃烧室壳体移动；和
其中导流结构可相对于燃尽风口在竖直方向上倾斜，以改变经由燃尽风口被注入燃烧室壳体中的空气的流动方向。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述燃尽风口包括将空气注入所述燃烧室壳体中的空气注入单元，所述空气注入单元具有圆形和卵形横截面形状中的一种。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述导流结构包括支撑多个叶片的框架。
11.如权利要求8所述的方法，其中，将喷嘴组件安装在所述燃烧室组件中还包括将所述喷嘴组件的枢转机构联接至所述导流结构，以及将处理结构联接至所述枢转机构，可以从所述燃烧室壳体外部操作所述处理结构，以实现所述导流结构在竖直方向上的倾斜。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述处理结构可选择性地被推向所述燃烧室壳体和被拉离所述燃烧室壳体，以实现所述导流结构在竖直方向上的倾斜。
13.一种运作燃煤发电厂的方法，包括：
将煤粉经由至少一个燃烧器被引入限定在发电厂的燃烧室壳体内的燃烧区中；
使煤粉在燃烧区中燃烧，以产生热工作气体；
将空气经由燃尽风口被注入燃烧器壳体中，进入位于燃烧区上方的一氧化碳燃尽区，燃尽风口通常不能相对于燃烧室壳体移动；和
使喷嘴组件的设置在燃尽风口内的导流结构倾斜，以改变经由燃尽风口被注入到一氧化碳燃尽区中的空气的流动方向。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述燃尽风口包括将空气注入所述一氧化碳燃尽区中的空气注入单元，所述空气注入单元具有圆形和卵形横截面形状中的一种。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述导流结构包括支撑多个叶片的框架。
16.如权利要求13所述的方法，其中，使所述导流结构倾斜包括操作位于所述燃烧室壳体外部的处理结构，以实现所述导流结构在竖直方向上的倾斜。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述处理结构选择性地被推向所述燃烧室壳体或被拉离所述燃烧室壳体，以实现所述导流结构在竖直方向上的倾斜。
18.如权利要求17所述的方法，其中：
将所述处理结构推向所述燃烧室壳体导致所述导流结构在所述燃尽风口内在第一方向上旋转，使得离开所述燃尽风口的空气转向成朝向所述燃烧区和远离所述燃烧区中的一种；以及
远离所述燃烧室壳体拉动所述处理结构导致所述导流结构在所述燃尽风口内在第二方向上旋转，使得离开所述燃尽风口的空气转向成朝向所述燃烧区和远离所述燃烧区中的另一种。
19.如权利要求18所述的方法，还包括监控所述燃烧室壳体内的至少一个操作参数，来确定是否倾斜导流结构以使离开燃尽风口的空气转向为朝向燃烧区还是远离燃烧区。
20.如权利要求13所述的方法，还包括通过使所述至少一个燃烧器相对于所述燃烧室壳体倾斜来改变经由所述至少一个燃烧器被引入所述燃烧区中的煤粉的流动方向。
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