CN115307128A - 燃料喷口及具有其的燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料喷口，包括：燃料通道，包括侧壁和盲端；多个燃料出口，所述燃料出口设置在所述燃料通道的侧壁；和风通道，包括风出口，所述风出口在竖直方向上的高度大于或者等于所述燃料出口在竖向方向上的高度。本发明还涉及一种包括上述燃料喷口的燃烧装置。

Description

燃料喷口及具有其的燃烧装置

技术领域

本发明涉及燃烧技术领域，特别是一种燃料喷口以及包括该燃料喷口的燃烧装置。

背景技术

高温固体燃料的燃烧效率和燃烧时污染物的形成，受燃料和二次风流场组织的影响。由于热燃料的温度较高，一般可达到800℃以上，受到热燃料的高温和磨损等限制，通常的煤粉燃烧器无法安全稳定地对热燃料流场进行有效组织。

现有的解决办法是，将热燃料出口设置为简单的通道，热燃料经过该通道形成一个热燃料束，同时在热燃料束外布置补充燃烧用风。采用该方式，热燃料束刚度较强，炉膛充满度差，燃料在炉膛内的停留时间有限，易产生燃烧时间短、燃烧效率不高等问题；另外热燃料束和补充燃烧用风之间仅通过外部的火焰锋面接触，燃料和氧气的接触面积有限，使得燃烧的组织更为困难，局部易产生高温、另外的局部则不能燃尽，同样影响燃烧效率。

发明内容

为了解决或缓解上述技术问题中的至少一个方面，提出本发明。

根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种燃料喷口，包括：

燃料通道，包括侧壁和盲端；

多个燃料出口，所述燃料出口设置在所述燃料通道的侧壁；和

风通道，包括风出口，所述风出口在竖直方向上的高度大于或者等于所述燃料出口在竖向方向上的高度。

根据本发明的实施例的另一个方面，提出了一种燃烧装置，包括：

燃烧空间；和

上述的燃料喷口，所述燃料喷口适于将燃料喷入到燃烧空间内。

附图说明

以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：

图1为根据本发明的一个示例性实施例的燃料喷口的纵向截面示意图；

图2-4为根据本发明的不同示例性实施例的燃料喷口的横截面示意图；

图5为根据本发明的另一个示例性实施例的燃料喷口的沿图4中的A-A向的纵向截面示意图；

图6为根据本发明的再一个示例性实施例的燃料喷口的纵向截面示意图；

图7为根据本发明的另一个示例性实施例的燃料喷口的布风环的结构示意图；

图8-9为根据本发明的不同示例性实施例的示出燃料喷口的燃料出口与风出口之间的位置关系的截面示意图；

图10为根据本发明的还一个示例性实施例的燃料喷口的纵向截面示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

本发明提出一种燃料喷口，尤其适用于高温燃料的燃烧组织。这里的高温，表示通过该燃料喷口的燃料流的温度不低于700摄氏度，例如该燃料喷口可以与燃料预处理装置等相通。

如图1-10所示，根据本发明的燃料喷口包括：

燃料通道10，包括侧壁12和盲端13；

多个燃料出口11，所述燃料出口11设置在所述燃料通道10的侧壁12；和

风通道20(在本发明所示出的示例中，可以为中心风通道，也可以为其他的二次风通道，均在本发明的保护范围之内)，其沿所述燃料通道10延伸，所述出风口22在竖直方向上的高度大于或者等于所述燃料出口11在竖直方向上的高度。

参见图1-10，在本发明的实施例中，燃料通道10为管状通道，在一个实施例中，燃料通道10由具有一定厚度的耐火材料浇筑的侧壁12和顶部的盲端13围合而成，在燃料通道10的某一个垂直于通道轴向的截面与壁面相交的圆周方向开设有多个燃料出口11。

参见图2，风通道20布置在燃料通道10的外部，且沿燃料通道10例如其轴向延伸，每两个燃料出口11之间，设置有一个风通道20。图2中以四个燃料出口11为例，可选的燃料出口11可以沿燃料通道10的圆周布置3～6个，进一步的，燃料出口11均匀布置在燃料通道10的圆周上；或者，在燃烧空间的横截面为长宽不等的矩形时，燃料出口11集中布置在关于通过燃料通道10的垂直于燃烧空间横截面矩形长边的镜像对称面的两侧。

在一种实施例中，风通道20为耐高温金属管道，称为风管，设置在侧壁12的外部，如图2所示。为避免材料热变形的影响，在风管(对应于附图标记20，以下风管也以20表示)之间或风管20和燃料通道10的壁面之间可以设置有支撑结构(图中未示出)。

可选的，风管20的进气端均与一个进气集箱(未示出)连通，。风管20的末端(在图1中为上端)为风出口。在可选的实施例中，图2所示的结构的风出口可以设置在同一平面上，该平面可以位于盲端13以上或者在竖直方向上不低于燃料出口11。

在一种实施例中，作为风通道的管道20与燃料通道10一体化设计，如图3和4所示。在本发明的一个示例性实施例中，管道20由形成侧壁12的耐火浇注料浇筑而成，管道20的风出口设置在燃料通道10顶部的盲端13附近；或者管道20的风出口设置在与燃料出口11基本在同一水平面上的侧壁12上。这里的管道20可以是单独的管道，也可以是由形成侧壁12的材料直接形成的管道，均在本发明的保护范围之内。

在一种实施例中，管道20仍与燃料通道10一体化设计，进一步可选的，管道20为耐高温金属材料制成的管道，其嵌入在侧壁12内，中心风管道与耐火浇筑料中间具有一定的缝隙作为膨胀空间，设置膨胀空间可用于避免因高温产生的横向应力，影响燃料喷口的安全稳定运行。在可选的实施例中，在管道20的材料与侧壁形成材料一致的情况下，如能够理解的，也可以不设置用于膨胀空间的缝隙。这些均在本发明的保护范围之内。

如图1所示，风通道20为多个管道的形式，管道的末端出口即风出口，如图1所示，风出口设置在盲端13顶部，或者高于盲端13。

在本发明的一个示例性实施例中，如图5-6以及10所示，管道20的出口均与一个布风环21相连通，布风环21为环状通道，在布风环21上开设布风口22(此时，布风口构成风通道的风出口)，燃料用风经过管道20、布风环21，通过布风环上的布风口22，离开燃料喷口，进入燃烧空间。

在可选的实施例中个，如图1和图5所示，燃料出口11的轴向与水平方向的齐平。

在可选的实施例中，如图6所示，燃料出口11的轴向与水平方向存在夹角α，其可以0-60°之间。α的选取取决于燃烧空间横截面的面积和燃烧空间的高度，具体的，以燃料出口11与燃烧空间壁面的最近距离L和从燃料出口11到燃烧空间出口之间的距离H表征分别表征燃烧空间横截面参数和燃烧空间高度参数。在燃烧空间横截面积较大、燃烧空间高度较低时(即L较大，H较小)，α的选取尽量小；在燃烧空间横截面积较小、燃烧空间高度较高时(即L较小，H较大)，α的选取尽量大。具体的，L:H比值在不小于0.05且小于0.15的范围时，所述燃料喷出角度的范围为大于45°且小于85°；或者当L:H比值在不小于0.15且小于0.5的范围时，所述燃料喷出角度的范围为不大于45°。

在本发明的一个示例性实施例中，布风环21可以选择由耐高温金属材料制成。

如图7所示，在设置有布风环的情况下，在布风环21的外部开设有布风口22，布风口22的结构示意图如图7所示。在图示的布风口22的示意图中，沿布风环21的外圆周方向的一个截面上布置了5个布风口22，且该5个布风口22的轴向均通过圆环横截面的圆心O，并朝向不同的方向。

在其他实施例中，在一个布风环圆环横截面上，可以布置1至7个不同方向的布风口22，布风口22的轴向与布风环21的径向射线所呈角度β可以在-80°至90°的范围。

此外，布风口22角度的选择依据掺混效果的选择，例如，燃料不易燃烧时需强化掺混效果，则布风口21的布风角度β尽量小，具体例如为-60°或者-80°，燃料易于燃烧时，布风口的布风角度β尽量大，具体例如为30°、45°、60°或者90°。

在一种可选的实施例中，布风环21的布风口22均匀地开设在布风环21圆周的外围。

在另一种可选的实施例中，布风环21的布风口22根据燃料出口11的位置而相应设置。

示例性的，如图8所示，在图示的截面中，布风环21的布风口22可集中地设置在与燃料出口11在同一竖直平面的区域内，即在与所述燃料通道的轴向方向平行的方向的投影中，对应的所述布风口与所述燃料出口的位置存在重合或者进一步的，在与所述燃料通道的轴向方向平行的方向的投影中，与所述燃料出口对应的布风口均在所述燃料出口的投影区域内。在进一步的实施例中，可以选择布风口22的设置，使得满足-80°≤α+β≤20°。

或者示例性的，如图9所示，在图示的截面中，布风环21的布风口22可集中设置在两个燃料出口11之间的区域内。

在可选的示例性实施例中，在布风环21的某些截面上，布风口22的β角为负值，在另一些截面上，布风口22的β角为正值，或者在某些截面上，布风口22的β角既有正值又有负值。例如在一个示例性实施例中，布风口22布置在布风环21的整个圆周上，在与燃料出口11位于同于竖直面上的布风环区域内，β>0°，在与两个燃料出口11中间位于同一竖直面上的布风环区域内，β<0°；或者是相反的设置。或者在另一示例性实施例中，布风口22布置在布风环21的整个圆周上，在与燃料出口11位于同于竖直面上的布风环区域内，-80°<β<90°，在与两个燃料出口11中间位于同一竖直面上的布风环区域内，β<0°或β>0°；或者是相反的设置。

盲端13可设置为平板状的结构，如图10所示，或者设置为拱顶结构，如图1所示。

如图10所示，盲端13在燃料通道内可设置为倒锥体结构，其锥面可以限定燃料出口的至少一部分，此时，燃料出口的轴向为倾斜向上的方向。

本发明技术方案的原理和有益效果在于：通过对高温燃料流的分流，使得燃料喷口形成多个火焰柱，从而大大降低火焰的刚性，提高火焰在燃烧空间的充满度，火焰柱之间的热辐射强化了燃烧的进行；通过将燃料用风和高温燃料流分流的技术方案配合，使得燃料和氧气的接触面积增加，火焰的锋面面积增加，从而提高燃烧效果。

在本发明中，通过设置布风环21，并将布风环21的布风口布置在几股热燃料流的中间，可以强化燃料用风风和燃料的混合效果，减少磨损。

本发明提出的燃料喷口尤其适合于沿竖直方向布置，例如竖直向上布置在炉膛底部，高温燃料从下部进入燃料通道，在烟气自下而上流动的炉膛内与中心风组织燃烧；或者竖直向下布置在炉膛顶部，高温燃料从上部进入燃料通道，在烟气自上而下流动的炉膛内与中心风组织燃烧。

在本发明中，除明确示出外，提到的数值范围除了可以为端点值之外，还可以为端点值之间的中值或者其他值，均在本发明的保护范围之内。

基于以上，本发明提出了如下技术方案：

1、一种燃料喷口，包括：

燃料通道，包括侧壁和盲端；

多个燃料出口，所述燃料出口设置在所述燃料通道的侧壁；和

风通道，包括风出口，所述风出口在竖直方向上的高度大于或者等于所述燃料出口在竖向方向上的高度。

2、根据1所述的燃料喷口，其中：

所述风通道包括在周向上设置在对应的两个所述燃料出口之间的风管道；或者

所述风管道的至少一部分设置在燃料通道的侧壁中；或者

所述风管道设置在所述燃料通道的侧壁的外侧。

3、根据1或2所述的燃料喷口，其中：

所述风通道包括布风环以及风管道，所述风通道与所述布风环相通，所述布风环所在面大体垂直于所述燃料通道的轴线布置，所述布风环包括多个布风口，所述出风口包括所述多个布风口。

4、根据3所述的燃料喷口，其中：

所述布风口包括水平方向布风口、倾斜向上布风口、倾斜向下布风口中的至少一种或在同一竖向区域所述布风口包括水平方向布风口、倾斜向上布风口、倾斜向下布风口中的至少一个，其中：所述倾斜向上布风口和/或倾斜向下布风口的出口轴线与垂直于燃料管通道的轴线的平面形成布风角度。

5、根据3所述的燃料喷口，其中：

所述布风环布置在盲端的上方；或者

所述布风环围绕所述侧壁布置在燃料出口的上方。

6、根据5所述的燃料喷口，其中：

所述风管道的至少一部分设置在燃料通道的侧壁中；

所述布风环围绕所述侧壁布置在燃料出口的上方，且布风环的外壁面在水平方向上不超出所述燃料通道的侧壁的外壁面。

7、根据5所述的燃料喷口，其中：

所述盲端为平顶盲端，所述布风环水平布置在所述平顶盲端的顶面；或者

所述盲端为弧面盲端，所述布风环水平布置在所述弧面盲端的顶部的上方。

8、根据3所述的燃料喷口，其中：

所述布风环为圆环形；且

所述布风口的出口轴线与通过所述布风环的环心且平行于燃料通道的轴向的轴线不相交，以适于使得从布风口喷出的风带有逆时针或顺时针旋向；或者

所述布风口在布风环的周向上等间隔布置；或者

在与所述燃料通道的轴向方向平行的方向的投影中，所述布风口布置在所述燃料出口之间区域内。

9、根据3-8中任一项所述的燃料喷口，其中：

一个燃料出口与至少一个布风口成对应关系；

在与所述燃料通道的轴向方向平行的方向的投影中，对应的所述布风口与所述燃料出口的位置存在重合。

10、根据9所述的燃料喷口，其中：

在与所述燃料通道的轴向方向平行的方向的投影中，与所述燃料出口对应的布风口均在所述燃料出口的投影区域内。

11、根据10所述的燃料喷口，其中：

所述燃料出口的出口轴线为倾斜向上的轴线且与垂直于燃料管通道的轴线的平面形成燃料喷出角度，所述燃料喷出角度为正角；

所述燃料喷出角度与所述布风角度之和不小于-80°且不大于20°。

12、根据3所述的燃料喷口，其中：

所述布风口在布风环的整个周向上布置，在与所述燃料通道的轴向方向平行的方向的投影中，处于燃料出口之间的布风口的布风角度的正负值与处于燃料出口区域内的布风口的布风角度的正负值不同或者

所述布风口在布风环的整个周向上布置；且在与所述燃料通道的轴向方向平行的方向的投影中，处于燃料出口之间的布风口的布风角度为正值或负值，且处于燃料出口区域内的布风口的布风角度大于-80°且小于90°，或者处于燃料出口之间的布风口的布风角度大于-80°且小于90°，且处于燃料出口区域内的布风口的布风角度为正值或负值。

13、根据1-12中任一项所述的燃料喷口，其中：

所述燃料喷口为适于供温度不低于700℃的燃料通过的燃料喷口。

14、一种燃烧装置，包括：

燃烧空间；和

根据1-13中任一项所述的燃料喷口，所述燃料喷口适于将燃料喷入到燃烧空间内。

15、根据14所述的燃烧装置，其中：

所述燃烧空间为炉膛燃烧空间；

所述燃料出口的出口轴线为倾斜向上的轴线且与垂直于燃料管通道的轴线的平面形成燃料喷出角度；

且

当燃烧空间的横截面积与燃烧空间的高度的比值在不小于0.05且小于0.15的范围时，所述燃料喷出角度的范围为大于45°且小于85°；或者

当燃烧空间的横截面积与燃烧空间的高度的比值在不小于于0.15且小于0.5的范围时，所述燃料喷出角度的范围为不大于45°。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种燃料喷口，包括：

燃料通道，包括侧壁和盲端；

多个燃料出口，所述燃料出口设置在所述燃料通道的侧壁；和

风通道，包括风出口，所述风出口在竖直方向上的高度大于或者等于所述燃料出口在竖向方向上的高度。

2.根据权利要求1所述的燃料喷口，其中：

所述风通道包括在周向上设置在对应的两个所述燃料出口之间的风管道；或者

所述风管道的至少一部分设置在燃料通道的侧壁中；或者

所述风管道设置在所述燃料通道的侧壁的外侧。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷口，其中：

所述风通道包括布风环以及风管道，所述风通道与所述布风环相通，所述布风环所在面大体垂直于所述燃料通道的轴线布置，所述布风环包括多个布风口，所述出风口包括所述多个布风口。

4.根据权利要求3所述的燃料喷口，其中：

所述布风口包括水平方向布风口、倾斜向上布风口、倾斜向下布风口中的至少一种或在同一竖向区域所述布风口包括水平方向布风口、倾斜向上布风口、倾斜向下布风口中的至少一个，其中：所述倾斜向上布风口和/或倾斜向下布风口的出口轴线与垂直于燃料管通道的轴线的平面形成布风角度。

5.根据权利要求3所述的燃料喷口，其中：

所述布风环布置在盲端的上方；或者

所述布风环围绕所述侧壁布置在燃料出口的上方。

6.根据权利要求5所述的燃料喷口，其中：

所述风管道的至少一部分设置在燃料通道的侧壁中；

所述布风环围绕所述侧壁布置在燃料出口的上方，且布风环的外壁面在水平方向上不超出所述燃料通道的侧壁的外壁面。

7.根据权利要求5所述的燃料喷口，其中：

所述盲端为平顶盲端，所述布风环水平布置在所述平顶盲端的顶面；或者

所述盲端为弧面盲端，所述布风环水平布置在所述弧面盲端的顶部的上方。

8.根据权利要求3所述的燃料喷口，其中：

所述布风环为圆环形；且

所述布风口的出口轴线与通过所述布风环的环心且平行于燃料通道的轴向的轴线不相交，以适于使得从布风口喷出的风带有逆时针或顺时针旋向；或者

所述布风口在布风环的周向上等间隔布置；或者

在与所述燃料通道的轴向方向平行的方向的投影中，所述布风口布置在所述燃料出口之间区域内。

9.根据权利要求3-8中任一项所述的燃料喷口，其中：

一个燃料出口与至少一个布风口成对应关系；

在与所述燃料通道的轴向方向平行的方向的投影中，对应的所述布风口与所述燃料出口的位置存在重合。

10.根据权利要求9所述的燃料喷口，其中：

在与所述燃料通道的轴向方向平行的方向的投影中，与所述燃料出口对应的布风口均在所述燃料出口的投影区域内。

11.根据权利要求10所述的燃料喷口，其中：

所述燃料出口的出口轴线为倾斜向上的轴线且与垂直于燃料管通道的轴线的平面形成燃料喷出角度，所述燃料喷出角度为正角；

所述燃料喷出角度与所述布风角度之和不小于-80°且不大于20°。

12.根据权利要求3所述的燃料喷口，其中：

所述布风口在布风环的整个周向上布置，在与所述燃料通道的轴向方向平行的方向的投影中，处于燃料出口之间的布风口的布风角度的正负值与处于燃料出口区域内的布风口的布风角度的正负值不同或者

所述布风口在布风环的整个周向上布置；且在与所述燃料通道的轴向方向平行的方向的投影中，处于燃料出口之间的布风口的布风角度为正值或负值，且处于燃料出口区域内的布风口的布风角度大于-80°且小于90°，或者处于燃料出口之间的布风口的布风角度大于-80°且小于90°，且处于燃料出口区域内的布风口的布风角度为正值或负值。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的燃料喷口，其中：

所述燃料喷口为适于供温度不低于700℃的燃料通过的燃料喷口。

14.一种燃烧装置，包括：

燃烧空间；和

根据权利要求1-13中任一项所述的燃料喷口，所述燃料喷口适于将燃料喷入到燃烧空间内。

15.根据权利要求14所述的燃烧装置，其中：

所述燃烧空间为炉膛燃烧空间；

所述燃料出口的出口轴线为倾斜向上的轴线且与垂直于燃料管通道的轴线的平面形成燃料喷出角度；

且

当燃烧空间的横截面积与燃烧空间的高度的比值在不小于0.05且小于0.15的范围时，所述燃料喷出角度的范围为大于45°且小于85°；或者

当燃烧空间的横截面积与燃烧空间的高度的比值在不小于0.15且小于0.5的范围时，所述燃料喷出角度的范围为不大于45°。

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