CN105674250A - 用于以空气分级燃烧模式燃烧燃料的锅炉或熔炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以空气分级燃烧模式燃烧燃料的锅炉或熔炉(10)，包括限定燃烧室(14)的外壳(12)，外壳的至少一部分被提供有用于产生加热的流体的热交换管(18)，至少一个用于燃烧通过燃料供给部(26)提供的燃料的燃烧器(22)；主空气供给部(24)；二次空气供给部(32)；以及用于废气排出的出口(28)，其中二次空气供给部(32)在至少一个燃烧器(22)下游设置在外壳(12)内部。

Description

用于以空气分级燃烧模式燃烧燃料的锅炉或熔炉
技术领域
本发明涉及一种用于以空气分级燃烧模式燃烧燃料的锅炉或熔炉。
背景技术
空气分级(也称为燃尽空气)是用于锅炉和熔炉，例如用以产生蒸汽和/或热水的电站锅炉、工业锅炉中的NOx控制的众所周知的设计特征。空气分级涉及将燃烧空气分成主气流和二次气流。主空气—燃烧空气总量的大半部分—在燃烧器中与相应的燃料混合，其中燃烧在相对低的温度下进行，产生富含燃料而缺乏氧气的废气，并形成适量的NOx。二次空气—剩余的燃烧空气—在二次燃烧区域被引入到燃烧器下游的废气中。在这里在相对低的温度下再次达到完全燃烧和燃尽，使NOx的产生最小化。
在现有技术系统中，二次空气通过在二次燃烧区域中的所需位置延伸穿过锅炉或熔炉的外罩的端口或喷嘴从外部引入。所需位置尤其取决于包括燃烧器类型的锅炉或熔炉的设计。外罩典型地包括许多管用于相对地冷却通常由耐热材料制成的外罩并产生如热水和/或蒸汽的加热流体。在二次空气端口的位置，这些紧密间隔开的管需要弯曲，以在管之间产生引入这些端口所必要的可通达区域。这使设计复杂、笨重并且增加制造成本。而且在改造操作中，燃尽空气涉及为产生用于二次空气喷嘴的端口的管道修改以及管道、风门和风箱的增加。此外，在锅炉或熔炉附近可能有阻碍通向侧壁的物体。参见例如
http://www.iea-coal.org.uk/site/ieacoal/databases/ccts/air-staging-for-nox-control-overfire-ai rand-two-stage-combustion。
发明内容
本发明旨在通过简化设计和/或减少必要装置来降低建造或改造锅炉或熔炉的制造成本。
根据本发明，用于以空气分级燃烧模式燃烧燃料的锅炉或熔炉包括：限定燃烧室的外壳，该外壳的至少一部分被提供有用于产生加热的流体的热交换管；用于燃烧通过燃料供给部提供的燃料的至少一个燃烧器；主空气供给部；二次空气供给部以及用于废气排出的出口，其中二次空气供给部在至少一个燃烧器下游设置在外壳和热交换管内部。
根据本发明的用于以空气分级燃烧模式燃烧燃料(如石油、气体、或如煤的固体燃料或生物燃料)的锅炉或熔炉包括外壳。外壳的壁限定燃烧室。外壳的至少部分被提供有热交换管，其中热交换流体流动，流体由燃烧产生的热量加热并且同时将外壳保持在相对低的温度。运行中，热交换管的入口通常经由适合的集管系统连接至热交换流体源，而出口通常也经由适合的集管系统连接至排放装置,以使加热的流体通过以进一步处理，如发电或加热过程流和/或工业厂房的建筑物。通常水被加热成热水和/或蒸汽。包括紧密设置的管的所谓水墙是适合的示例。膜式管是另一示例。外壳本身通常由耐热材料和/或钢制成，如耐火材料包芯钢制成。至少一个用于燃料燃烧的燃烧器被提供在外壳的壁之一中。燃料，通常为气态或液态燃料，从燃料源经由燃料供给部被供应至燃烧器。主燃烧空气，通常为燃烧空气总量的60-90％体积，也经由主空气供给部，适合的是风箱，被供应至燃烧器。外壳还具有用于排出由燃烧过程产生的废气的出口。根据本发明，二次空气供给部在至少一个燃烧器的下游处被提供在外壳和热交换管内部。提供二次空气的内部供给部允许具有热交换管的式样需要围绕入口管被改造的尽可能少的位置，从而与现有技术中的外部二次空气供给部相比减少弯曲部其他弯折部的数量，并由此也降低了设计和制造成本。通常，穿过外壳并在热交换管之间的二次空气供给部的入口将在燃烧器所在的外壳的壁处，或在与燃烧器相对的壁处。如后文将要解释的，在优选的实施例中，在壁中的燃烧器开口本身被用作该二次空气入口的洞。
在运行期间，在燃烧室中可区分主燃烧区域和二次燃烧区域。在主燃烧区域，燃料以总燃烧空气量的大部分(通常为60-90％)燃烧，而二次燃烧空气(总燃烧空气量的剩余的10-40％)被供应至主燃烧区域下游的二次燃烧区域。
在优选的实施例中，二次空气供给部包括穿过外壳的壁、与沿外壳的内部周界在横贯废气在运行期间的流向的方向上延伸的分配通道流体连通的入口管道，其中分配通道被提供有用于将二次空气喷射至废气中的喷嘴。在该实施例中，二次空气供给部是至少包括用于与分配通道流体连通的二次空气的入口管道的歧管系统。分配通道被提供以多个喷射喷嘴以向废气输送二次空气。例如，喷射喷嘴例如以预定的间隔间隔开。喷射喷嘴可被集中在一起形成紧密设置的喷嘴子组，而子组之间的距离可以改变。喷嘴开口的大小也可以改变。喷射喷嘴优选地被设计，包括数量、位置、尺寸和方向，使得在二次燃烧区域中产生与废气的均匀混合。例如由金属、耐热材料和/或混凝土制成的周界分配通道，如环形通道，在垂直于主气体流的方向上延伸，并且由于其从外壳壁向中心突出，其形成对废气流的流动限制。该限制有助于废气的内部再循环，依赖于燃烧器的类型和锅炉或熔炉的设计是否有废气的内部再循环，这对阻止NOx的产生是有利的。该限制还起到文丘里管的作用，由此增强将废气吸至出口并促进二次空气与废气的充分混合，由此进而促进完全燃烧和燃尽。
正如所述，穿过外壳的二次空气供给部的入口优选地被设置在外壳的壁上，该壁也被提供有至少一个燃烧器。另一个优选的入口位置在与燃烧器相对的壁中。通常这些壁比侧壁更易通达。此外，在这些壁中之一设置入口对热交换管布置的影响通常小于入口被设置于在具有燃烧器的壁及与其相对的壁之间延伸的侧壁中的状况。二次空气供给部可被提供有其自身的专用设备，如风扇、风箱和控制装置，以控制二次空气的流动，尤其是二次空气的量。
在优选的实施例中，至少一个燃烧器是提供在外壳的壁中的燃烧器开口中的喉状燃烧器，并且二次空气供给部的入口被提供在燃烧器开口中。该布置允许在外壳中尽可能少的开口，简化设计并降低制造成本。在又一优选的实施例中，其中入口管道被集成在喉状燃烧器中。
有利地，锅炉或熔炉包括用于向主空气供给部和二次空气供给部供应空气的风箱。具有用于主空气和二次空气两者的共用风箱在成本方面也是有利的。可选地，风箱被提供有控制装置以控制二次空气流。风门是适合的控制装置。
锅炉或熔炉可被用于发电厂设施，其中产生的蒸汽被供应至蒸汽轮机以在关联的发电机中产生电力。锅炉或熔炉也可被用于工业设施以产生(低压)蒸汽或加热流体，蒸汽或加热流体被进一步处理例如用于加热的目的。
附图说明
本发明将通过附图进行图示，其中
图1是根据本发明的熔炉的实施例的基本布局的横截面图；和
图2是根据本发明的熔炉的优选实施例的横截面图。
具体实施方式
图1是根据本发明的熔炉10的实施例的基本设计的示意图。熔炉10包括限定燃烧室14的箱状外壳12。外壳12的壁16被提供有紧密设置的热交换管18作为所谓的水冷壁，其中例如水和/或蒸汽在运行期间流动。在所示的实施例中，水被供应至管18并转换为蒸汽，蒸汽如箭头所指示地被排出。在前壁20中设置若干(在本例中是两个)燃烧器22，其分别经由主空气供给线24和燃料供给线26被提供有主空气和燃料，如气体或油。废气经由排气装置28从燃烧室14排出。在前壁20中提供有用于二次空气供给部32的两个通孔或洞30，这两个通孔或洞连接到二次空气供给部线34，二次空气供给部线34被提供有控制阀36。内部的二次空气供给部线34包括在外壳12的顶部和底部处的入口通道38，该通道38从其连接到二次空气供给部32的入口40，沿着壁16在废气的主方向(由箭头42指示)上延伸。在相对的出口端44，通道38被连接到分配通道46，分配通道46在外壳12内沿着外壳12的周界延伸。分配通道46如箭头所指示横贯燃烧室14中的废气的主流动方向。分配通道34包括若干喷嘴48。
图2示出另一实施例。类似于图1中所示部件的部件以相同的附图标记表示。熔炉或锅炉10包括限定燃烧室14的外壳12。在外壳12的壁16中提供热交换管18。喉状的燃烧器22被安装在外壳12的壁20中的燃烧器开口49中。燃烧器22从燃料供给线26接受燃料。风箱50被提供作为主空气和二次空气两者的空气供给部，风箱50经由通道52使主空气流向燃烧器并且经由每个都被提供有用于控制二次气流的风门56的通道54使二次空气流入通道38并进一步流入具有喷嘴48的分配通道46。附图标记58表示主火焰，同时如果有内部燃料气体再循环，则具有附图标记60。

Claims (6)

1.一种用于以空气分级燃烧模式燃烧燃料的锅炉或熔炉(10)，包括：限定燃烧室(14)的外壳(12)，该外壳的至少一部分被提供有用于产生加热的流体的热交换管(18)；用于燃烧通过燃料供给部(26)提供的燃料的至少一个燃烧器(22)；主空气供给部(24)；二次空气供给部(32)；以及用于废气排出的出口(28)，其中所述二次空气供给部(32)在所述至少一个燃烧器(22)下游设置在所述外壳(12)内部。
2.根据权利要求1所述的锅炉或熔炉(10)，其中所述二次空气供给部(32)包括穿过所述外壳(12)的壁与分配通道(46)流体连通的入口(38；54)，所述分配通道(46)沿所述外壳(12)的内部周界在横贯于运行期间废气的主要流动的方向上延伸，其中所述分配通道(46)被提供有用于将二次空气喷射至所述废气中的多个喷嘴(48)。
3.根据前述任一权利要求所述的锅炉或熔炉(10)，其中所述二次空气供给部(32)包括在所述壁(20)中进入所述外壳(12)的入口(38)，所述至少一个燃烧器(22)设置在所述壁(20)中。
4.根据前述任一权利要求所述的锅炉或熔炉(10)，其中所述至少一个燃烧器(22)为提供在所述外壳(12)的壁(20)中的燃烧器开口(30)中的喉状燃烧器，并且其中所述二次空气供给部(32)的入口(54)被提供在所述燃烧器开口(30)中。
5.根据前述任一权利要求所述的锅炉或熔炉(10)，其中所述入口(54)是所述喉状燃烧器的整体部分。
6.根据前述任一权利要求所述的锅炉或熔炉(10)，包括用于向所述主空气供给部和所述二次空气供给部供应空气的风箱(50)，其中所述风箱(50)被提供有用于控制二次空气的控制装置(56)。
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