CN103712230B - 一种用于燃煤发电富氧燃烧的内置式氧气注入装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于燃煤发电富氧燃烧的内置式氧气注入装置，包括主体结构和喷口均处于水平烟道内部的第一和第二氧气注入管路，并且第一、第二氧气注入管路彼此分层间隔设置，其中第一氧气注入管路包括沿着Z轴竖直方向设置的主干管路、以及与该主干管路呈小于90°夹角相连通且具备喷口的多个分支管路；第二氧气注入管路包括沿着Y轴水平方向设置的主干管路、以及分设在该主干管路上下两侧且各自呈90°夹角相连通且具备喷口的多个分支管路。通过本发明，能够保证快捷、均匀地执行氧气与氧气的混合，有效避免燃烧不稳定等问题，同时具备结构紧凑、便于操控等特点，因而尤其适用于百万兆级以上富氧燃烧电厂的大尺寸管道气体混合过程。

Description

一种用于燃煤发电富氧燃烧的内置式氧气注入装置

技术领域

本发明属于燃煤发电技术领域，更具体地，涉及一种用于燃煤发电富氧燃烧的内置式氧气注入装置。

背景技术

我国燃煤发电技术中，CO₂的大量排放对环境恶化造成很大影响。富氧燃烧凭借其零排放以及和传统空气燃烧技术的良好衔接性的优点，已经成为国内外研究的重点。所谓富氧燃烧，是在现有燃煤发电技术基础上，用高纯度的氧代替助燃空气，同时采用烟气循环调节锅炉的燃烧和传热特性，可获得高浓度的富CO₂烟气，并通过进一步的冷凝压缩纯化，可较容易实现大规模化CO₂富集和减排。

然而，在实践操作中，如何将纯氧与烟气进行有效均匀的混合对于富氧燃烧的效果具备很大影响。尤其是，对于百万兆瓦级以上的富氧燃烧电厂，考虑到其管道尺寸通常较大，难以在短时间内实现氧气和烟气的混合均匀，并存在混合比例调节不便等问题；当氧气和烟气未能及时、均匀混合时，会导致炉膛出现不合理的局部高温区域，影响煤粉燃尽度，进而使得燃烧不能稳定和充分地进行。相应地，本领域中亟需寻找更为完善的氧气注入方案，以便解决现有技术中所存在的以上问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于燃煤发电富氧燃烧的内置式氧气注入装置，其中通过结合富氧燃烧过程自身的特点来构建内置式氧气注入装置，并对其具体结构及其设置方式等进行设计，相应能够保证快捷、均匀地执行氧气与氧气的混合，有效避免燃烧不稳定等问题，同时具备结构紧凑、便于操控等特点，因而尤其适用于百万兆级以上富氧燃烧电厂的大尺寸管道气体混合过程。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于燃煤发电富氧燃烧的内置式氧气注入装置，其特征在于，该装置包括多个第一氧气注入管路和多个第二氧气注入管路，所述第一和第二氧气注入管路的主体结构和喷口均处于沿X轴方向也即烟气流动方向布置的烟道的内部，并且第一氧气注入管路与第二氧气注入管路沿着烟气的左右流动方向彼此分层间隔设置，其中：

所述第一氧气注入管路包括沿着Z轴竖直方向设置的主干管路、以及与该主干管路各自呈小于90°夹角相连通的多个分支管路，这些分支管路向下倾斜延伸且其末端及管壁上分别开有多个喷口，以此方式，氧气从烟道上部进入主干管路，再经由各个分支管路从喷口喷入烟道内部与烟气相混合，同时便于冷凝水和积灰在重力作用下的排出；

所述第二氧气注入管路包括沿着Y轴水平方向设置的主干管路、以及分设在该主干管路上下两侧且各自呈90°夹角相连通的多个分支管路，这些分支管路的末端及管壁上分别开有多个喷口，以此方式，氧气从烟道侧部进入主干管路，再经由分支管路从喷口喷入烟道内部与烟气相混合，同时使冷凝水和积灰在重力作用直接从处于主干管路下侧的分支管路排出。

作为进一步优选地，各层所述第一氧气注入管路的分支管路相对于主干管路前后对称地分布，并且所有分支管路的中心线与主干管路的中心线位于同一平面上。

作为进一步优选地，各层所述第二氧气注入管路的分支管路相对于主干管路上下对称地分布，并且所有分支管路的中心线与主干管路的中心线位于同一平面上。

作为进一步优选地，对于第一、第二氧气注入管路而言，各层的主干管路和分支管路的中轴线分别与烟道X轴方向相互垂直。

作为进一步优选地，对于第一、第二氧气注入管路而言，各层的管路氧气入口分别与氧气源可控地相连接，并通过改变氧气入口的流量来控制氧气与烟气的混合比例。

作为进一步优选地，各个所述第一氧气注入管路的结构相同，各个所述第二氧气注入管路的结构相同，并且相邻各层氧气注入管路优选可相互替换，管路的总层数可以增减。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于采用分层结构来执行氧气注入过程，并对各层的具体结构及设置方式进行设计，较多的测试表明，能够很好地克服富氧燃烧时氧气和烟气混合不均匀而导致的局部高温和煤粉燃尽度偏低的问题，保证快捷、均匀地执行氧气与氧气的混合，同时还能有效解决电厂变工况要求、设备易腐蚀和工作寿命偏低等难题，从而为富氧燃烧的工业实践提供了有利保障。

附图说明

图1是按照本发明优选实施方式而构建的内置式氧气注入装置的主体结构立体图；

图2是图1中所示内置式氧气注入装置的结构侧视图；

图3是用于更详细地显示第一氧气注入管路的结构示意图；

图4是用于更详细地显示第二氧气注入管路的结构示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-烟道2-第一氧气注入管路3-第二氧气注入管路21-第一氧气注入管路的主干管路22-第一氧气注入管路的分支管路23-第一氧气注入管路的喷口24-第一氧气注入管路的氧气入口31-第二氧气注入管路的主干管路32-第二氧气注入管路的分支管路33-第二氧气注入管路的喷口34-第二氧气注入管路的氧气入口

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，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本发明优选实施方式而构建的内置式氧气注入装置的主体结构立体图。如图1中所示，按照本发明的内置式氧气注入装置主要包括多个第一氧气注入管路2和多个第二氧气注入管路3，所有第一和第二氧气注入管路的主体结构和喷口均处于沿X轴，即烟气流动方向布置的烟道1的内部，并且第一氧气注入管路2与第二氧气注入管路3沿着烟气的左右流动方向彼此分层间隔设置，在图1中示范性给出了四层氧气注入管路。

具体而言，参见图1可见，外部矩形框表示用于输送烟气的烟道1，在它的内部设置有四个分枝状结构体即四层氧气注入管路，主干管路同一侧的分支管路可尺寸相同且平行分布。其中，对于图1中第一层和第三层的所述第一氧气注入管路2而言，同时参见图3可见，其包括沿着Z轴竖直方向设置的主干管路21、以及与该主干管路21各自呈小于90°夹角θ（譬如，优选75°-82.5°的夹角）相连通的多个分支管路22，这些分支管路22向下倾斜延伸且其末端及管壁上分别开有多个喷口23，以此方式，当工作时氧气可从烟道1上部的氧气入口24进入主干管路21，再经由各个分支管路22从喷口23喷入烟道内部与烟气相混合；与此同时，由于烟气中含有具备腐蚀性的水蒸汽、氮、硫等氧化物，通过以上设置，还便于冷凝水和积灰在重力作用下的排出，从而减少对氧气注入装置这个金属设备的腐蚀性。

此外，对于图1中第二层和第四层的所述第二氧气注入管路3，包括沿着Y轴水平方向设置的主干管路31、以及分设在该主干管路31上下两侧且各自呈90°夹角相连通的多个分支管路32，这些分支管路32的末端及管壁上分别开有多个喷口33，以此方式，氧气从烟道侧部的氧气入口34进入主干管路31，再经由分支管路32从喷口33喷入烟道内部与烟气相混合，同时使冷凝水和积灰在重力作用直接从处于主干管路下侧的分支管路排出。

按照本发明的一个优选实施例，对于所述第一氧气注入管路而言，其各层的分支管路相对于主干管路前后对称地分布，如图1中所示也即分别位于Z向主干管路的前后两侧且共同处于YZ平面内，并且所有分支管路的中心线与主干管路的中心线位于同一平面上。此外，对于所述第二氧气注入管路而言，其各层的分支管路相对于主干管路上下对称地分布，如图1中所示也即位于Y向主干管路的上下两侧且共同处于YZ平面内，并且所有分支管路的中心线与主干管路的中心线位于同一平面上。

按照本发明的另一优选实施例，对于第一、第二氧气注入管路而言，各层的主干管路和分支管路的中轴线分别与烟道X轴方向相互垂直。此外，第一、第二氧气注入管路的数量可根据实际气流流量来进行增减，来满足不同工况的需求。相应地，可以将各个所述第一氧气注入管路的结构设计为相同，各个所述第二氧气注入管路的结构设计为相同，并且相邻各层氧气注入管路可相互替换，由此可在便于安装的同时，还能够根据具体工作需求来便于执行适当的调整。

按照本发明的又一优选实施例，对于第一、第二氧气注入管路而言，各层的管路氧气入口分别与氧气源可控地相连接，并通过改变氧气入口的流量来控制氧气与烟气的混合比例，从而满足电厂变负荷的要求。各个主干管路和支干管路的具体尺寸可根据氧气流量和管道内气体流速的相关规定来确定。此外，由于支干管上喷口的数量和喷口直径的选择使得氧气进入氧气管道时的流速与烟气流速存在较大的速度差，因此经过实际使用过程中对按照本发明的内置式氧气注入装置的测试，优选将氧气射流速度设定为烟气流速的2-5倍，测试结果表明，上述合适的速度差能保证氧气和烟气更快的混合。

下面将具体解释说明按照本发明的内置式氧气注入装置的工作原理和过程。

实例1

富氧燃烧时，包括一次风，二次风，三次风，燃尽风在内的各个烟风管道都要预混氧气。在满负荷时氧气从氧气管道经调速后经过流量计进入氧气注入器各层的主干管道，再流经分支管道使氧气分散开来，最后从分支管道上开的喷口射出，与烟气进行混合。

实例2

富氧燃烧时，包括一次风，二次风，三次风，燃尽风在内的各个烟风管道都要预混氧气。在半负荷时氧气从氧气管道经调速后经过流量计进入氧气注入器前一半层的主干管道，再流经分支管道使氧气分散开来，最后从分支管道上开的喷口射出，与烟气进行混合。

实例3

富氧燃烧时，包括一次风，二次风，三次风，燃尽风在内的各个烟风管道都要预混氧气。在半负荷时氧气从氧气管道经调速后经过流量计调节到满负荷一半流量时进入氧气注入器各个层的主干管道，再流经分支管道使氧气分散开来，最后从分支管道上开的喷口射出，与烟气进行混合。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于燃煤发电富氧燃烧的内置式氧气注入装置，其特征在于，该装置包括多个第一氧气注入管路（2）和多个第二氧气注入管路（3），所述第一氧气注入管路和第二氧气注入管路的主体结构和喷口均处于沿X轴也即烟气流动方向布置烟道的内部，并且第一氧气注入管路与第二氧气注入管路沿着烟气的左右流动方向彼此分层间隔设置，其中：

所述第一氧气注入管路（2）包括沿着Z轴竖直方向设置的第一主干管路（21）、以及与该第一主干管路（21）各自呈75°～82.5°夹角相连通的多个第一分支管路（22），这些第一分支管路（22）向下倾斜延伸且其末端及管壁上分别开有多个第一喷口（23），以此方式，氧气从烟道上部进入所述第一主干管路，再经由各个所述第一分支管路从所述第一喷口喷入烟道内部与烟气相混合，同时便于冷凝水和积灰在重力作用下的排出；

所述第二氧气注入管路（3）包括沿着Y轴水平方向设置的第二主干管路（31）、以及分设在该第二主干管路（31）上下两侧且各自呈90°夹角相连通的多个第二分支管路（32），这些第二分支管路（32）的末端及管壁上分别开有多个第二喷口（33），以此方式，氧气从烟道侧部进入所述第二主干管路，再经由所述第二分支管路从所述第二喷口喷入烟道内部与烟气相混合，同时使冷凝水和积灰在重力作用直接从处于所述第二主干管路下侧的所述第二分支管路排出。

2.如权利要求1所述的内置式氧气注入装置，其特征在于，各层所述第一氧气注入管路的所述第一分支管路相对于所述第一主干管路前后对称地分布，并且所有所述第一分支管路的中心线与所述第一主干管路的中心线位于同一平面上。

3.如权利要求1或2所述的内置式氧气注入装置，其特征在于，各层所述第二氧气注入管路的所述第二分支管路相对于所述第二主干管路上下对称地分布，并且所有所述第二分支管路的中心线与所述第二主干管路的中心线位于同一平面上。

4.如权利要求3所述的内置式氧气注入装置，其特征在于，对于所述第一氧气注入管路而言，各层的所述第一主干管路和第一分支管路的中轴线分别与所述X轴也即烟气流动方向相互垂直；对于所述第二氧气注入管路而言，各层的所述第二主干管路和第二分支管路的中轴线同样分别与所述X轴也即烟气流动方向相互垂直。

5.如权利要求4所述的内置式氧气注入装置，其特征在于，对于第一、第二氧气注入管路而言，各层的管路氧气入口分别与氧气源可控地相连接，并通过改变氧气入口的流量来控制氧气与烟气的混合比例。

6.如权利要求5所述的内置式氧气注入装置，其特征在于，各个所述第一氧气注入管路的结构相同，各个所述第二氧气注入管路的结构相同，并且相邻各层氧气注入管路可相互替换，管路的总层数可增减。