CN104315534B - 一种用于富氧燃烧的注氧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于富氧燃烧的注氧器，包括注氧环管，在该注氧环管上安装有氧气入口端，该氧气入口端上安装有第二法兰，该注氧环管的环内侧壁上具有多个注氧环内侧喷孔，并其环外侧壁上具有多个注氧环外侧喷孔；还包括氧气直流管，该氧气直流管一端安装有第一法兰，其另一端与外界的氧气源接通。当第一法兰和第二法兰相固定后，外界氧气通过氧气直流管进入注氧环管，并通过注氧环内侧喷孔和注氧环外侧喷孔以与空气或烟气管道壁垂直的方向喷出，实现均匀混合。本发明装置有效改善了由于氧气和空气或烟气混合不均匀导致的局部高温以及燃烧不完全的问题。

Description

一种用于富氧燃烧的注氧器

技术领域

本发明属于燃/焚烧领域，更具体地，涉及一种用于富氧燃烧的注氧器。

背景技术

富氧燃烧是指用比通常空气含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，它是一项高效节能的燃烧技术。富氧燃烧技术目前主要应用于煤粉炉和循环流化床锅炉。富氧燃烧组织燃烧的方式有两种：氧气非预混和氧气预混。氧气非预混是纯氧通过单独的管道进入燃烧器，在炉内和煤粉以及烟气混合燃烧。目前较常用的方式是中心管通纯氧稳燃和一、二次风之间环形布置纯氧管道送纯氧稳燃。非预混燃烧给燃烧器的设计和流场的组织加大了难度，如果流场组织的不合理，局部高浓度氧气会使炉膛内温度分布不均匀，不仅严重影响煤粉的燃尽度，还对炉内受热面不利。

为了更好的组织流场，保证稳定的燃烧，富氧燃烧更多采用的是氧气预混的方式。氧气预混是将纯氧预先和管道内的空气或烟气均匀混合，然后通过燃烧器喷入炉膛和煤粉混合燃烧，而注氧器就是将氧气和空气或烟气混合的设备。

氧气或烟气预混的均匀程度对燃烧的影响很大，要求注氧器必须能够保证氧气或烟气能够快速而均匀的混合，避免由于氧气或烟气混合的过慢而在管道内发生危险以及由于不均匀的混合导致燃烧的不稳定。现有用于煤粉预混富氧燃烧的注氧器缺乏规范性的设计，并且都不同程度的存在氧气和烟气混合不均匀问题，这严重影响到富氧燃烧的技术应用。

另外，根据我国对垃圾处理提出的“资源化、减量化、无害化”的原则，在此背景下，垃圾富氧燃烧—烟气再循环技术应运而生。然而，富氧燃烧技术在我国垃圾焚烧处理行业还未见有工程示范，富氧燃烧的注氧器也同样尚未起步。

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富氧燃烧的注氧器，其目的在于克服目前预混富氧燃烧中氧气和烟气或者氧气和空气混合不均匀的问题，并可应用与垃圾富氧焚烧的领域，其根据流体学理论，设计了注氧器的形状和尺寸，且可根据烟气或者空气的管道和尺寸灵活更换，以保证氧气和烟气或者氧气与空气的混合均匀。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于富氧燃烧的注氧器，其位于空气或者烟气管道内，用于注射氧气，其特征在于，包括：

注氧环管，其呈圆环形的管状，在该注氧环管的直径延长线方向上安装有氧气入口端，该氧气入口端上安装有第二法兰，该注氧环管的环内侧壁上具有多个注氧环内侧喷孔，并其环外侧壁上具有多个注氧环外侧喷孔；注氧环管的尺寸包括其环尺寸和管尺寸，环尺寸包括圆环的直径，管尺寸包括管道的直径；

氧气直流管，该氧气直流管一端口位于所述空气或者烟气管道内，且该端端口处安装有第一法兰，其另一端与外界的氧气源接通；

所述注氧环内侧喷孔和注氧环外侧喷孔的孔中心处的法向量均与空气或烟气管道中心线相交；

当所述第一法兰和第二法兰相固定后，所述注氧环管的氧气入口端与所述氧气直流管连接，注氧环管的中心线与空气或者烟气管道的中心线重合，外界氧气通过氧气直流管进入所述注氧环管，并通过所述注氧环内侧喷孔和注氧环外侧喷孔以与空气或烟气管道壁垂直的方向喷出，实现氧气与空气或者烟气的均匀混合。

进一步的，所述氧气直流管的尺寸和所述注氧环管上的氧气入口端尺寸相同，且所述第一法兰和第二法兰的型号相同，以保证两者连接后注氧环管的氧气入口端和氧气直流管两者同轴。

进一步的，所述注氧环管的环外径为所述空气或烟气管道内径的0.5～0.8倍，优选为0.7071倍。

进一步的，所述注氧环管的管尺寸与氧气直流管的尺寸相同，注氧环内侧喷孔直径为注氧环管管外径的0.3～0.43倍，优选为0.37倍。

进一步的，所述注氧环外侧喷孔直径为所述注氧环管管外径的0.26～0.32倍，优选为0.28倍。

进一步的，多个注氧环内侧喷孔以注氧环管的环圆心为中心呈圆周分布；多个所述注氧环外侧喷孔以注氧环管的环圆心为中心呈圆周分布。

进一步的，所述注氧环内侧喷孔以45～90°的圆弧等间隔平均分布，其优选以90°圆弧等间隔平均分布。

进一步的，所述注氧环外侧喷孔以24～36°的圆弧等间隔平均分布，其优选以30°圆弧等间隔平均分布。

进一步的，所述注氧环内侧喷孔之一与注氧环管环圆心在同一直线上，该直线与所述氧气直流管中心线呈45°夹角；所述注氧环外侧喷孔之一与注氧环管环圆心在同一直线，且这条直线与所述注氧环管的氧气入口端中心线夹角为30°。

本发明中，可以根据烟气管道或者空气管道的尺寸选用不同规格的注氧器，并通过第一法兰和第二法兰的连接固定，从而完成注氧器的更换以及安装，以便更具实际情况灵活选用。

本发明中的注氧器具有使氧气和空气或者氧气和烟气混合均匀的效果，即既可用于富氧燃烧也可用于普通燃烧。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案能够取得下列有益效果：

本发明通过注氧环管上均匀分布的注氧环内侧喷孔和注氧环外侧喷孔将氧气沿着空气或烟气管道的径向均匀的喷出，使氧气覆盖整个空气或烟气管道横截面，依靠空气或烟气和氧气较大的速度差，保证了氧气和空气或烟气的快速、均匀的混合，改善了由于氧气和空气或烟气混合不均匀导致的局部高温以及燃烧不完全的问题，为富氧燃烧技术进行工业运用提供了保障，避免了因氧气和空气或烟气的混合不均匀导致的燃烧不稳定。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于富氧燃烧的注氧器的结构示意图；

图2为本发明提供的注氧环管的剖面图。

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：空气或烟气管道1，氧气直流管2，第一法兰3，第二法兰4，注氧环管5，注氧环内侧喷孔6，注氧环外侧喷孔7。

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。

如图1所示，为本发明提供的一种用于富氧燃烧的注氧器的结构示意图，其包括氧气直流管2、注氧环管5、注氧环管5上分布的注氧环内侧喷孔6和注氧环外侧喷孔7、第一法兰3以及第二法兰4。

其中，注氧环管5呈圆环状，在该注氧环管5的环直径延长线方向上安装有氧气入口端，该氧气入口端为管状，该氧气入口端的端口上安装有第二法兰4，该注氧环管的环内侧壁上具有多个注氧环内侧喷孔6，并其环外侧壁上具有多个注氧环外侧喷孔7。氧气直流管2为管状，沿空气或烟气管道的半径方向穿过空气或烟气管道的壁，并与之相焊接而固定在一起，氧气直流管2的一端口位于空气或者烟气管道内，且该端口处安装有第一法兰3，其另一端与外界的氧气源接通。氧气直流管的尺寸和注氧环管5上的氧气入口端尺寸相同，且第一法兰3和第二法兰4的型号相同，当注氧环管的氧气入口端通过第二法兰4、第一法兰3以与氧气直流管2连接后，一方面保证了注氧环管5的氧气入口端和氧气直流管3两者同轴，另一方面通过氧气入口端长度、氧气直流管长度的匹配以保证注氧环管5的环中心线与空气或者烟气管道的中心线重合，以为氧气与烟气或者空气的混合创造条件。注氧环内侧喷孔6和注氧环外侧喷孔7的所有孔的中心处的法向量均与空气或烟气管道中心线相交。当外界氧气通过氧气直流管2进入注氧环管5，可通过注氧环内侧喷孔6和外侧喷孔7以垂直空气或者烟气管道内壁的方向喷出，即沿空气或者烟气管道的半径方向喷出。

注氧环管5的环外径为空气或烟气管道1内径的0.5～0.8倍，优选为0.7071倍。经试验证明，当注氧环管5的环外径为空气或烟气管道1内径的0.5～0.8倍，气体的混合效果较好；当注氧环管5的环外径为空气或烟气管道内径的0.7071倍，气体的混合效果最佳。注氧环管5的管尺寸与氧气直流管2的尺寸相同，以保证注氧环入口氧气以较小的速度梯度变化。注氧环内侧喷孔6直径为注氧环管管外径的0.3～0.43倍，此时注氧环内侧气体混合效果较好，注氧环内侧喷孔直径为注氧环管管外径的0.37倍，注氧环内侧气体混合效果最佳。注氧环外侧喷孔直径为注氧环管管外径的0.26～0.32倍时，此时注氧环外侧气体混合效果较好，注氧环内侧喷孔直径为注氧环管管外径的0.28倍时，注氧环外侧气体混合效果最佳。

多个注氧环内侧喷孔以注氧环管的环圆心为中心呈圆周分布，所述注氧环内侧喷孔以45～90°的圆弧等间隔平均分布，优选以90°圆弧等间隔平均分布，该分布可使注氧环内侧达到最好的混合效果。多个注氧环外侧喷孔7以注氧环管的环圆心为中心呈圆周分布，注氧环外侧喷孔以24～36°的圆弧等间隔平均分布，其优选以30°圆弧等间隔平均分布。这样设计可使氧气沿空气或烟气管道较为均匀的喷出。且注氧环内侧喷孔6和注氧环管外侧喷孔7的中心处的法向量均与空气或烟气管道中心线相交，以保证氧气沿空气或者烟气管道的半径方向喷出，从而为氧气与空气或者烟气的均匀混合创造条件。

注氧环内侧喷孔之一与注氧环管环圆心在同一直线上，该直线与所述氧气入口端中心线呈45°夹角，注氧环内侧喷孔以该喷孔为起点，顺时钟均匀分布。本发明的实施例中，注氧环内侧喷孔以90°圆弧等间隔平均分布，数量为四个，但是本发明中对注氧环内侧喷孔的数量不进行具体限定，但是最少可达四个，最多为八个。

注氧环外侧喷孔之一与注氧环管环圆心在同一直线，且这条直线与所述注氧环管的氧气入口端中心线夹角为30°，并以该位置为起点，顺时钟均匀分布。本发明实施例中，注氧环外侧喷孔以30°圆弧等间隔平均分布，一共具有11个。按照计算，注氧环外侧喷孔本应该具有12个，但是其中一个孔落在氧气入口端与注氧环管的交接处，固该孔不存在。本发明中不具体限定注氧环外侧喷孔以30°圆弧等间隔平均分布，也不限定其数量为十一个，只要注氧环外侧喷孔以24～36°圆弧等间隔平均分布，其数量也会随之变化，均属于本发明要所求保护的范围。

本发明中，注氧环管与氧气直流管通过法兰连接，可通过螺栓将法兰进行连接，法兰连接是一种可拆卸连接，实际中，可根据烟气或者空气管道的内径大小，选择与之相匹配大小的注氧环管，以保证氧气和空气或者氧气与烟气的混合均匀。而且，可根据烟气或者空气的流速，选用具有不同数量的注氧环内侧喷孔和注氧环外侧喷孔的注氧环管，从而改变氧气的出口速度来控制氧气与空气或烟气的混合速度。

下面具体说明图1所述注氧器的工作过程及作用：

图1所述注氧器工作过程：氧气从氧气管道经过流量计进入注氧器的氧气直流管，再通过经法兰连接的注氧环上的内外侧喷孔喷出，氧气射流切向喷入空气或烟气管道，方向与空气或烟气来流方向垂直，凭借着较大的速度差，氧气和空气或烟气可以迅速而均匀的混合。

实例1

将本发明注氧器用于一个200MW的煤粉燃烧锅炉，进行注氧的烟气管道循环烟气量为108680m³/h，注入氧气总流量为18791m³/h，烟气管道内径为1250mm,主输氧管直径为350mm,氧气直流管直径为150mm,氧气通过主输氧管均分到四个氧气支管，氧气支管两两间隔为400mm。富氧燃烧时在烟气管道内注入氧气。氧气从主输氧管道分别进入四个氧气支管，然后流经流量计进入注氧器的氧气直流管，再通过经法兰连接的可更换式注氧环管喷出，可更换式注氧环管环外径取烟气管道内径的0.8倍，为1000mm；注氧环管的管截面直径的选择与氧气直流管的直径相同，为150mm；注氧环管内侧喷孔直径取0.30倍的注氧环管的管截面外径，为45mm；注氧环管外侧喷孔直径取0.26倍的注氧环管的管外径径，为39mm。注氧环管内侧喷孔沿注氧环管环内侧以45°圆弧为间隔平均分布，以顺时针45°方向为起点，共计7个。注氧环管外侧喷孔沿注氧环管环外侧以24°为间隔平均分布，其中一孔与注氧环管和氧气入口端接口处所重合，去除该孔，注氧环管外侧喷孔共计14个，所有内外侧喷孔中心处的法向量均与烟气管道中心线相交。氧气射流切向喷入烟气管道，方向与空气来流方向垂直，凭借着较大的速度差，氧气和烟气可以迅速而均匀的混合。

实例2

将本发明用于一个处理量为350t/d的垃圾焚烧炉排炉，进行注氧的空气管道一次风量为28717m³/h,注入氧气总流量为1500m³/h,空气管道内径为920mm,氧气直流管直径为80mm。垃圾富氧焚烧时，在一次风管道内注入氧气。氧气从氧气管道经流量计进入注氧器的氧气直流管，再通过经法兰连接的可更换式注氧环喷出，可更换式注氧环管管外径取空气管道内径的0.7071倍，为650mm；注氧环管的管截面外径径的选择与氧气直流管的直径相同，为80mm；注氧环内侧喷孔直径取0.37倍的注氧环管管外径，约为30mm；注氧环外侧喷孔直径取0.28倍的注氧环管的管截面外径，约为为22mm。注氧环内侧喷孔沿注氧环管的环内侧以90°圆弧为间隔平均分布，以顺时针45°方向为起点，共计4个；注氧环外侧喷孔沿注氧环管的环外侧以30°圆弧为间隔平均分布，其中一个孔与注氧环管与注氧管接口处重合，除去该孔，注氧环外侧喷孔共计11个。所有内外侧喷孔中心处的法向量均与空气管道中心线相交。氧气射流切向喷入空气管道，方向与空气来流方向垂直，凭借着较大的速度差，氧气和空气可以迅速而均匀的混合。

实施例3

将本发明用于一个处理量为500t/d的垃圾焚烧炉排炉，进行注氧的空气管道一次风量为41060m³/h,注入氧气总流量为2150m³/h,空气管道内径为1100mm,氧气直流管直径为95mm。垃圾富氧焚烧时，在一次风管道内注入氧气。氧气从氧气管道经流量计进入注氧器的氧气直流管，再通过经法兰连接的可更换式注氧环管喷出，可更换式注氧环管环外径取空气管道内径的0.5倍，为550mm；注氧环管管截面直径的选择应与氧气直流管的直径相同，为95mm；注氧环内侧喷孔直径取0.43倍的注氧环管的管截面直径，为40.85mm；注氧环外侧喷孔直径取0.32倍的注氧环管的管截面直径，为30.4mm。注氧环内侧喷孔沿注氧环管的环内侧以60°圆弧为间隔平均分布，共计5个；注氧环外侧喷孔沿注氧环管的环外侧以36°圆弧为间隔平均分布，共计9个，所有内外侧喷孔中心处的法向量均与空气管道中心线相交。氧气射流切向喷入空气管道，方向与空气来流方向垂直，凭借着较大的速度差，氧气和空气可以迅速而均匀的混合。

本发明中，对于烟气管道内径、注氧环管环外径的大小、氧气直流管的尺寸、注氧环管内侧喷孔直径、注氧环管外侧喷孔直径、注氧环管内侧喷孔间相间隔的圆弧度数、注氧环管外侧喷孔间相间隔的圆弧度数等不具体限定为以上实施例中的数值以及以上数值的具体组合，只要其落在权利要求书所保护的范围内，即注氧环管的环外径为空气或烟气管道内径的0.5～0.8倍，注氧环管的管尺寸与氧气直流管的尺寸相同，注氧环内侧喷孔直径为注氧环管管外径的0.3～0.43倍，注氧环外侧喷孔直径为注氧环管管外径的0.26～0.32倍，注氧环内侧喷孔以45～90°的圆弧等间隔平均分布，注氧环外侧喷孔以24～36°的圆弧等间隔平均分布，均属于本发明要求保护的范围。

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 (14)

1.一种用于富氧燃烧的注氧器，其特征在于，用于安装在烟气管道或者空气管道内进行注射氧气，包括：

氧气直流管(2)，其一端口用于安装在所述空气或者烟气管道内，且该端端口处安装有第一法兰(3)，其另一端口用于与外界的氧气源接通；

注氧环管(5)，其呈圆环状，在该注氧环管的直径延长线方向上安装有氧气入口端，该氧气入口端上安装有第二法兰(4)，用于与所述第一法兰(3)相连接，该注氧环管的环内侧壁上具有多个注氧环内侧喷孔(6)，并其环外侧壁上具有多个注氧环外侧喷孔(7)，所述注氧环内侧喷孔(6)和注氧环外侧喷孔(7)用于将氧气以与空气管道壁或烟气管道壁垂直的方向喷出，实现氧气与空气或者烟气的均匀混合。

2.如权利要求1所述的一种用于富氧燃烧的注氧器，其特征在于，所述氧气直流管(2)的尺寸和所述注氧环管(5)上的氧气入口端尺寸相同，且所述第一法兰(3)和第二法兰(4)的型号相同，以保证两者连接后注氧环管(5)的氧气入口端和氧气直流管(2)两者同轴。

3.如权利要求1或2所述的一种用于富氧燃烧的注氧器，其特征在于，所述注氧环管(5)的环外径为所述空气或烟气管道内径的0.5～0.8倍。

4.如权利要求3所述的一种用于富氧燃烧的注氧器，其特征在于，所述注氧环管(5)的管尺寸与氧气直流管的尺寸相同，注氧环内侧喷孔(6)直径为注氧环管(5)管外径的0.3～0.43倍。

5.如权利要求3所述的一种用于富氧燃烧的注氧器，其特征在于，所述注氧环外侧喷孔(7)直径为所述注氧环管(5)管外径的0.26～0.32倍。

6.如权利要求5所述的一种用于富氧燃烧的注氧器，其特征在于，多个注氧环内侧喷孔(6)以注氧环管的环圆心为中心呈圆周分布；多个所述注氧环外侧喷孔(7)以注氧环管的环圆心为中心呈圆周分布。

7.如权利要求6所述的一种用于富氧燃烧的注氧器，其特征在于，所述注氧环内侧喷孔(6)以45～90°的圆弧等间隔平均分布。

8.如权利要求5或6所述的一种用于富氧燃烧的注氧器，其特征在于，所述注氧环外侧喷孔以24～36°的圆弧等间隔平均分布。

9.如权利要求6所述的一种用于富氧燃烧的注氧器，其特征在于，所述注氧环内侧喷孔之一与注氧环管环圆心在同一直线上，该直线与所述氧气直流管中心线呈45°夹角；所述注氧环外侧喷孔之一与注氧环管环圆心在同一直线，且这条直线与所述注氧环管的氧气入口端中心线夹角为30°。

10.如权利要求1或2所述的一种用于富氧燃烧的注氧器，其特征在于，所述注氧环管(5)的环外径为所述空气或烟气管道内径的0.7071倍。

11.如权利要求3所述的一种用于富氧燃烧的注氧器，其特征在于，所述注氧环管(5)的管尺寸与氧气直流管的尺寸相同，注氧环内侧喷孔(6)直径为注氧环管(5)管外径的0.37倍。

12.如权利要求3所述的一种用于富氧燃烧的注氧器，其特征在于，所述注氧环外侧喷孔(7)直径为所述注氧环管(5)管外径的0.28倍。

13.如权利要求6所述的一种用于富氧燃烧的注氧器，其特征在于，所述注氧环内侧喷孔(6)以90°的圆弧等间隔平均分布。

14.如权利要求5或6所述的一种用于富氧燃烧的注氧器，其特征在于，所述注氧环外侧喷孔以30°的圆弧等间隔平均分布。