CN115307131A - 燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧装置，包括：燃烧空间；至少一个燃料喷口，适于向燃烧空间内部输送燃料，其中：所述燃料喷口布置成其中心轴线与燃烧空间内的烟气流向大体平行；所述燃料喷口布置成燃料以与所述中心轴线或所述烟气流向成直角或锐角的方向通入到燃烧空间内。

Description

燃烧装置

技术领域

本发明的实施例涉及燃烧领域，尤其涉及一种燃烧装置。

背景技术

传统的煤粉锅炉多为风包粉式的集中燃烧，煤粉燃烧的火焰明亮、且具有明显的火焰外形，火焰锋面处存在局部高温区，煤粉燃烧的NOx原始排放一般高于300mg/m³。

空间弥散燃烧是不同于风包粉集中燃烧的新型燃烧方式，具有无焰燃烧特性，呈现温度分布均匀和NOx排放低的技术特点。中国专利ZL201410367608.8公开了一种粉状燃料自预热装置和方法、粉状燃料燃烧锅炉系统，粉状燃料在自预热装置中部分燃烧放热，并加入粉状燃料自身，形成高温气固混合燃料，然后再燃烧。

高温气固混合燃料因温度高于着火点，在燃烧的组织方面存在较大优势。若实现高温气固混合燃料在炉膛空间中的充分弥散，消除燃料集中燃烧的现象，将有效提高燃烧效率和降低NOx排放水平，但现有的技术或措施还未实现高温气固混合燃料的空间弥散燃烧。

发明内容

为缓解或解决上述问题中的至少一个方面或者至少一点，为提出本发明。

本发明目的在于提出一种燃烧装置，包括：

燃烧空间；

燃料喷口，适于向燃烧空间内部输送燃料，

其中：

所述燃料喷口布置成其中心轴线与燃烧空间内的烟气流向大体平行；

所述燃料喷口布置成燃料以与所述中心轴线或所述烟气流向成直角或锐角的方向通入到燃烧空间内。

附图说明

图1为根据本发明的一个示例性实施例的燃烧装置的截面示意图；

图2为图1的A-A向截面示意图；

图3为图1中的燃烧装置的燃烧空间内的燃烧区域划分的示意图；

图4为根据本发明的一个示例性实施例的通过图1中燃料喷口的燃料出口处的燃料喷口的截面示意图；

图5为根据本发明的另一个示例性实施例的燃烧装置的截面示意图；

图6为图5的A-A向的截面示意图；

图7为根据本发明的又一个示例性实施例的燃烧装置的类似于图1的局部截面示意图；

图8为根据本发明的再一个示例性实施例的燃烧装置的类似于图1的局部截面示意图；

图9为根据本发明的又一个示例性实施例的燃烧装置的类似于图6的截面示意图。

具体实施方式

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。在本发明中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。

如图1-9所示，根据本发明的示例性实施例的燃烧装置包括：燃烧空间3；至少一个燃料喷口1，适于向燃烧空间3内部输送燃料，其中：所述燃料喷口1布置成其中心轴线(在图1中示例性的，为竖向中心轴线)与燃烧空间3内的烟气流向(在图1、图3、图5和图7以及图8中，烟气在燃烧空间3内的流向基本从下往上流动)大体平行(这里的大体平行包括了两者平行的情况，也包括了两者之间的夹角不大于10度的情况)；所述燃料喷口1布置成燃料以与所述中心轴线或所述烟气流向成直角或锐角的方向通入到燃烧空间3内。

在本发明的一个示例性实施例中，如图1和5所示，燃料喷口1包括燃料管道11，燃料管道11的侧壁设置有与燃烧空间相通的至少一个燃料出口13。燃料喷口适于向燃烧空间3内通入例如高温气固混合燃料形成的燃料流，这里的高温，例如为经由背景技术中提及的自预热方法形成温度不低于700摄氏度的燃料流。

在一个燃料喷口1的燃料出口13的数量为多个的情况下，燃烧出口13可以在燃料管道的周向上等间隔布置。

在本发明的示例性实施例中，如图1、图3、图5、图7和图8所示，可以看到燃料出口13的出口方向大体为图中的水平方向，换言之，从燃料出口13出来的燃料流以与燃料喷口的中心轴线成90度的角度进入到燃烧空间3内。

但是，本发明不限于此，例如，在图1、图3、图5、图7和图8中的燃料出口13的出口方向也可以设置为倾斜向上，如此，从燃料出口13出来的燃料流以与燃料喷口的中心轴线成锐角的角度进入到燃烧空间3内。如本领域技术人员能够理解的，在本发明中，燃料流从燃料出口13出来的流向与燃料喷口的中心轴线或者烟气流向成锐角表示从燃料出口13的燃料流向与沿烟气流向延伸的燃料喷口的中心轴线延伸线两者之间形成的角度为锐角。换言之，燃料出口的燃料流向与燃烧空间内的烟气流向之间存在一个夹角α，0°＜α≤90°，进一步的，该范围为0°＜α≤80°。在本发明中，烟气流向大体为二次风在燃烧空间内的整体流向，例如在本发明中，如图1所示，通入到燃烧空间3内的二次风整体从下向上流动。

在本发明中，由于燃料流与二次风的流向不同，改变了传统的风包粉射流燃烧方式。燃料出口的方向设置使得燃料流可以在垂直于燃烧空间内烟气流向的截面上充分弥散，从而在燃烧空间内全空间内燃烧，燃烧空间的截面温度均匀，且无局部高温区，有利于高效燃烧和超低NOx排放。

在根据本发明的一个示例性实施例中，二次风供风结构设置有二次风出口，所述二次风出口布置在燃料通道的周围，以有利于在全燃烧空间内提供均匀的二次风。

根据本发明的一个示例性实施例中，燃烧空间可为立式锅炉的炉膛，如图1和图5所示，炉膛设置有三次风入口33，其适于向炉膛内通入用于燃料燃尽的三次风。

下面参照附图具体说明本发明的示例性实施例。

根据本发明的一个示例性实施例，如图1-4所示，燃料喷口包括燃料通道1、二次风供风结构2和立式锅炉的炉膛3。燃料通道1和二次风供风结构2布置在炉膛3的底部。可选的，燃料管道采用耐磨料浇筑，燃料通道横截面一般为圆形，其壁面11的厚度不低于50mm，燃料通道1的顶部采用半圆拱顶12，在燃料通道1的壁面11靠近拱顶12处，设置有燃料出口13，燃料流通到顶部时，经燃料出口13喷出进入炉膛3。可选地，燃料出口13可以设置为水平方向，或者斜向上的方向。可选地，燃料出口在壁面11上设置3-6个，其形状和大小一致，沿周向等间隔布置。燃料出口13的截面形状可为圆形、方形或梯形等。

根据本发明的一个示例性实施例中，如图1所示二次风供风结构2包括给风管21、风室22、布风板23、风帽24。如图1所示，其所示的燃烧装置还包括布风板排灰管25和风室排灰管26。

如图1所示，二次风给风管21安装在风室22前端，风室22可由钢板封闭围绕而成，风室22上侧设置有装有风帽24的布风板23。风帽24横向节距和纵向节距的距离为100-300mm，风帽24形式可为内嵌逆流柱形风帽或仅带帽头的形式，风帽24的出风口为水平方向，二次风从风帽喷出后在炉膛3底部形成均匀气流，然后沿炉膛中心线平推向上流动，二次风平推向上流动过程中，与燃料出口13喷射处的燃料流充分混合，燃料弥散在炉膛3中。

在本发明的一个示例性实施例中，如图1所示，燃料出口13的中心轴线与燃料管道11的中心轴线大体相交。

根据本发明的一个示例性实施例，为进一步强化燃料在炉膛中的弥散或扩散，燃料出口13可以设置为其中心轴线与燃料喷口1的中心轴线彼此错开从而燃料流以例如0-30°的切向角离开燃料出口13，如图3所示，这使得燃料流在离开燃料出口13时具有切向速度。即，燃料出口13的中心轴线与燃料管道11的中心轴线错开以便于燃料流以旋向进入燃烧空间3。根据本发明的一个示例性实施例，如图2所示，炉膛3由膜式壁围合而成，包括前、后墙31和两侧墙32。二次风携带燃料沿炉膛中心线向上边流动边燃烧，全炉膛空间内充满燃烧。炉内通入的二次风量低于燃料燃烧的理论空气量，因此，炉膛三次风口33以下是还原性气氛，为主气化区域，燃料的HCN、NH₃和焦炭在此区域析出后发生向N₂的转化反应，实现燃料氮的脱除。三次风口以上为氧化性气氛，三次风口以上的炉膛温度在800-1200℃之间，炉膛三次风口以上可避免热力型NOx的产生。因此，通过炉膛三次风以下的全空间燃烧(气化)设置和三次风以上的燃尽区的设置，可实现燃料的高效燃烧和超低NOx排放。

根据本发明的另一个示例性实施例，如图5和图6所示，二次风采用风管供风方式，二次风包括总风管21，第一二次风支管22、第二二次风支管23和第三二次风支管24，第一二次风支管22靠近炉膛的水冷壁、第二二次风支管23靠近燃料喷口13，第三二次风支管24连接在第二二次风支管23上，第三二次风支管24紧密围绕在燃料喷口周围。可选的，二次风支管22、23和24底板可开若干小孔，或也可在二次风支管22、23或24上设置风帽，通过风管供风方式，全炉底截面形成均匀的二次风流。来自燃料出口13的燃料流可直接水平喷出、也可旋转喷出。

根据本发明的又一个示例性实施例，如图7-图9所示，可替代的，对于容量较大的锅炉，炉底可均分设置多个燃料喷口1，每个燃料喷口1外围均布二次风，其中多个燃料喷口1可由多个燃料通道喷入(参见图7)，也可由1个总燃料通道10分支为几个燃料通道1(参见图8)。

在本发明中，在设置了多个燃料喷口的情况下，二次风供风结构包括在垂直于所述燃料喷口1的中心轴线的方向上围绕至少一个燃料喷口布置的二次风出风口或者二次风帽。

在可选的实施例中，本发明的燃烧装置也可以为卧式锅炉，此时，所述燃烧空间包括所述卧式锅炉的炉膛，所述燃料喷口布置在炉膛的前墙。

在可选的实施例中，本发明的燃烧装置也可以为工业窑炉或其他的燃烧装置。

基于以上，本发明提出了如下技术方案：

1、一种燃烧装置，包括：

燃烧空间；

至少一个燃料喷口，适于向燃烧空间内部输送燃料，

其中：

所述燃料喷口布置成其中心轴线与燃烧空间内的烟气流向大体平行；

所述燃料喷口布置成燃料以与所述中心轴线或所述烟气流向成直角或锐角的方向通入到燃烧空间内。

2、根据1所述的燃烧装置，其中：

燃料喷口包括燃料管道，燃料管道的侧壁设置有与燃烧空间相通的至少一个燃料出口，所述燃料出口设置成使得经由燃料出口进入到燃烧空间内的燃料流的流动方向与所述中心轴线成直角或锐角。

3、根据2所述的燃烧装置，其中：

所述燃料管道的端部封闭。

4、根据3所述的燃烧装置，其中：

所述燃料管道的封闭的所述端部形成有弧形外表面。

5、根据2所述的燃烧装置，其中：

所述燃料出口的中心轴线与燃料管道的中心轴线形成一个夹角α，0°＜α≤90°。

6、根据2所述的燃烧装置，其中：

所述燃料出口的中心轴线与所述燃料管道的中心轴线大体相交；或者

所述燃料出口的中心轴线与所述燃料管道的中心轴线错开以便于燃料流以旋向进入所述燃烧空间。

7、根据1-6中任一项所述的燃烧装置，其中：

所述燃烧装置还包括二次风供风结构，所述二次风供风结构布置成围绕所述燃料喷口提供进入到燃烧空间的二次风。

8、根据7所述的燃烧装置，其中：

所述燃烧空间包括立式燃烧空间；

所述燃料喷口和二次风供风结构布置在燃烧空间的底部。

9、根据8所述的燃烧装置，其中：

所述二次风供风结构包括二次风箱以及二次风帽，所述二次风帽围绕燃料喷口布置，在平行于燃料喷口的轴向方向的高度方向上二次风帽的出风口低于所述燃料出口，所述二次风箱限定所述燃烧空间的底部的一部分。

10、根据8所述的燃烧装置，其中：

所述二次风供风结构包括总二次风管以及二次风支管，所述总二次风管位于燃烧空间的外部，所述二次风支管与所述总二次风管相通且所述二次风支管的至少一部分在垂直于所述燃料喷口的中心轴线的方向上在燃烧空间内延伸，所述燃料喷口在垂直于所述燃料喷口的中心轴线的方向上处于相邻的二次风支管之间。

11、根据10所述的燃烧装置，其中：

所述二次风支管设置有二次风出风口或者二次风帽。

12、根据8所述的燃烧装置，其中：

所述燃烧装置为立式锅炉，所述燃烧空间为炉膛。

13、根据12所述的燃烧装置，其中：

还包括用于向炉膛内送风的三次风结构。

14、根据7所述的燃烧装置，其中：

所述燃烧装置为卧式锅炉，所述燃烧空间包括所述卧式锅炉的炉膛，所述燃料喷口布置在炉膛的前墙。

15、根据7-14中任一项所述的燃烧装置，其中：

所述至少一个燃料喷口包括多个燃料喷口，所述二次风供风结构包括在垂直于所述燃料喷口的中心轴线的方向上围绕至少一个燃料喷口布置的二次风出风口或者二次风帽。

16、根据1-6中任一项所述的燃烧装置，其中：

所述燃烧装置为窑炉。

17、根据1-16中任一项所述的燃烧装置，其中：

所述燃料喷口为适于通过温度不低于700摄氏度的燃料流的燃料喷口。

在本发明中，各个数值范围，除了明确指出不包含端点值之外，除了可以为端点值，还可以为各个数值范围的中值，这些均在本发明的保护范围之内。

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、要素组合，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (17)

1.一种燃烧装置，包括：

燃烧空间；

至少一个燃料喷口，适于向燃烧空间内部输送燃料，

其中：

所述燃料喷口布置成其中心轴线与燃烧空间内的烟气流向大体平行；

所述燃料喷口布置成燃料以与所述中心轴线或所述烟气流向成直角或锐角的方向通入到燃烧空间内。

2.根据权利要求1所述的燃烧装置，其中：

燃料喷口包括燃料管道，燃料管道的侧壁设置有与燃烧空间相通的至少一个燃料出口，所述燃料出口设置成使得经由燃料出口进入到燃烧空间内的燃料流的流动方向与所述中心轴线成直角或锐角。

3.根据权利要求2所述的燃烧装置，其中：

所述燃料管道的端部封闭。

4.根据权利要求3所述的燃烧装置，其中：

所述燃料管道的封闭的所述端部形成有弧形外表面。

5.根据权利要求2所述的燃烧装置，其中：

所述燃料出口的中心轴线与燃料管道的中心轴线形成一个夹角α，0°＜α≤90°。

6.根据权利要求2所述的燃烧装置，其中：

所述燃料出口的中心轴线与所述燃料管道的中心轴线大体相交；或者

所述燃料出口的中心轴线与所述燃料管道的中心轴线错开以便于燃料流以旋向进入所述燃烧空间。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的燃烧装置，其中：

所述燃烧装置还包括二次风供风结构，所述二次风供风结构布置成围绕所述燃料喷口提供进入到燃烧空间的二次风。

8.根据权利要求7所述的燃烧装置，其中：

所述燃烧空间包括立式燃烧空间；

所述燃料喷口和二次风供风结构布置在燃烧空间的底部。

9.根据权利要求8所述的燃烧装置，其中：

所述二次风供风结构包括二次风箱以及二次风帽，所述二次风帽围绕燃料喷口布置，在平行于燃料喷口的轴向方向的高度方向上二次风帽的出风口低于所述燃料出口，所述二次风箱限定所述燃烧空间的底部的一部分。

10.根据权利要求8所述的燃烧装置，其中：

所述二次风供风结构包括总二次风管以及二次风支管，所述总二次风管位于燃烧空间的外部，所述二次风支管与所述总二次风管相通且所述二次风支管的至少一部分在垂直于所述燃料喷口的中心轴线的方向上在燃烧空间内延伸，所述燃料喷口在垂直于所述燃料喷口的中心轴线的方向上处于相邻的二次风支管之间。

11.根据权利要求10所述的燃烧装置，其中：

所述二次风支管设置有二次风出风口或者二次风帽。

12.根据权利要求8所述的燃烧装置，其中：

所述燃烧装置为立式锅炉，所述燃烧空间为炉膛。

13.根据权利要求12所述的燃烧装置，其中：

还包括用于向炉膛内送风的三次风结构。

14.根据权利要求7所述的燃烧装置，其中：

所述燃烧装置为卧式锅炉，所述燃烧空间包括所述卧式锅炉的炉膛，所述燃料喷口布置在炉膛的前墙。

15.根据权利要求7-14中任一项所述的燃烧装置，其中：

所述至少一个燃料喷口包括多个燃料喷口，所述二次风供风结构包括在垂直于所述燃料喷口的中心轴线的方向上围绕至少一个燃料喷口布置的二次风出风口或者二次风帽。

16.根据权利要求1-6中任一项所述的燃烧装置，其中：

所述燃烧装置为窑炉。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的燃烧装置，其中：

所述燃料喷口为适于通过温度不低于700摄氏度的燃料流的燃料喷口。

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