燃料喷口、燃烧装置及燃烧控制方法与流程

1.本发明的实施例涉及燃烧领域，尤其涉及一种燃料喷口、燃烧装置及燃烧控制方法。


背景技术：

2.煤粉预热燃烧技术是一种高效的可实现煤粉燃烧直接超低nox排放控制技术。通常采用固体燃料流态化预处理单元，通过预处理单元，将煤粉预热产生的高温预热气固燃料(温度通常可达到700℃以上，例如800～1000℃)，再通过高温燃料喷口合理深度组织配风，从而实现煤粉超低nox排放。
3.现有技术中的煤粉向炉膛内的输送主要采用尾部烟道空气预热器预热一次风空气形成高温一次风空气，该高温空气输运煤粉过程中以气粉混合方式与煤粉之间换热，使得煤粉温度送入喷口时可以达到约60
‑
140℃。在燃烧组织上，现有的燃烧器喷口结构仅针对60～140℃的温度设置，因工作温度相差太大，无法在预热燃烧技术中应用。尤其是高温燃料与氧气接触后燃烧进一步提高高温燃料的温度(例如达到1000～1200℃)，现有的喷口易产生高温烧蚀、管道软化变形，严重时使得喷口出口火焰组织出现严重偏差，影响运行安全性和燃烧组织的效果。


技术实现要素：

4.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。
5.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：
6.燃料管道，所述燃料管道包括第一管道壁，所述第一管道壁包括第一周向内壁面与第一周向外壁面，所述第一周向内壁面限定燃料通道；
7.风管道，所述风管道为环形管道且包括内管道壁和外管道壁，所述内管道壁和所述外管道壁限定适于燃料用风通过的风通道，
8.其中：
9.所述风管道环绕所述燃料管道设置；
10.所述风管道的内管道壁与所述第一周向外壁面之间形成有间隙。
11.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。
12.根据本发明的实施例的又一个方面，提出了一种上述燃烧装置的燃烧控制方法，包括步骤：同时调整二次风旋转强度和中心风与燃料混合旋转强度，以形成以中心风助燃且气化反应为主的内层火焰，以及以二次风助燃且气化反应为主的外层火焰，双火焰夹层之间为高温预热燃料。
附图说明
13.图1为根据本发明的一个示例性实施例的燃料喷口的截面示意图；
14.图2为图1中的燃料喷口的a
‑
a向的截面示意图；
15.图3为图1中的燃料喷口的b
‑
b向的截面示意图；
16.图4为根据本发明的一个示例性实施例的燃烧装置的结构示意图。
具体实施方式
17.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。
18.图1为根据本发明的一个示例性实施例的燃料喷口的截面示意图，图2为图1中的燃料喷口的a
‑
a向的截面示意图，图3为图1中的燃料喷口的b
‑
b向的截面示意图。
19.在本发明的一个实施例中，该燃料喷口可为高温预热燃料超低nox喷口，该燃料喷口可以应用于煤粉预热燃烧技术。
20.图1示例性示出了该燃料喷口的截面结构，在由内向外的方向上，依次为一次风燃料管道1，风管道2，其中，燃料管道1可为高温预热燃料管道1，风管道可为二次风管道2。二次风管道2围绕燃料管道1设置。
21.在本发明中，如图1所示，二次风管道2包括了内管道壁21和外管道壁22(示意性的，其中并未示出管道壁的厚度)，内管道壁21与外管道壁22之间限定了风通道。
22.如图2所示，二次风采用两根切向入口管3连接至二次风管道2上，使得二次风进入二次风管道后形成逆时针旋转二次风。
23.在本发明中，二次风管道2的外管道壁22设置有至少一个第一入口，所述第一入口与二次风通道在周向方向上切向相通，切向入口管3与对应的第一入口相通。在进一步的实施例中，所述第一入口包括在周向方向上等距离间隔开的至少两个第一入口。所述至少两个第一入口布置成适于使得经由所述至少两个第一入口进入到风通道内的燃料用风以逆时针或顺时针旋向进入到风通道内。
24.根据本发明的一个示例性的实施例，如图3所示，中心风入口管4也采用切向进入的布置方式，而不是将中心风入口管4中心轴对称直接放置到燃料管道1内。
25.如图3所示，中心风入口管4与燃料管道1的燃料通道相通。如能够理解的，燃料管道1的管道壁设置有第二入口，中心风入口管4与对应的第二入口相通。可选的，第二入口与燃料通道1在周向方向上切向相通，中心风入口管4与对应的第二入口相通。更进一步可选的，所述第二入口包括在周向方向上等距离间隔开的至少两个第二入口。在本发明的一个实施例中，所述至少两个第二入口布置成适于使得经由所述至少两个第二入口进入到燃料通道内的燃料以逆时针或顺时针旋向进入到燃料通道1内。旋转的中心风送入燃料管道1内，使得中心风和自旋(如果有)的燃料管道内燃料流强烈掺混。
26.在本发明的一个实施例中，中心风量比例较小，在燃料喷口的燃料管道1里形成掺混、部分气化燃烧，这有利于后续从燃料喷口喷射出来的预混燃料迅速发生二次气化，二次深度降低燃料nox排放并高效燃烧。
27.在根据本发明的一个示例性的实施例中，燃料管道1、环形二次风管道2都为中心轴对称形式，燃料管道1和二次风管道2之间存在间隙，这个管道间隙有利于高温受热膨胀，防止管道变形或焊接处应力拉裂。在进一步的实施例中，二次风管道与燃料管道1的外壁面
之间形成的间隙为环状间隙，在更进一步的实施例中，燃料管道1与二次风管道2同轴线布置，从而该环状间隙可以为等宽度的环状间隙。在根据本发明的一个示例性的实施例中，燃料喷口的中间管道采用耐温耐磨浇注料而成的燃料管道，耐温耐磨浇注料避免了高温预热燃料流(温度不低于700℃，例如在800
‑
1000℃的范围内)对金属管道高温蠕变软化作用，燃料管道1主要用于输送高温预热燃料和高温煤气。在一个可选的实施例中，中心风入口管4采用中心轴对称的四周切向通入燃料管道1的下段，如图1所示，该下段即燃料管道1延伸到二次风管道2的外部的部分。
28.在根据本发明的一个示例性的实施例中，如图4所示，煤粉进入循环流化床5进行流态化预热气化燃烧改性，其流态化预热过程是通过固体煤粉颗粒部分燃烧和部分气化维持循环流化床热平衡。
29.在煤粉预热燃烧过程中，需要防止燃料喷口的中心风入口管4在燃料管道1中的磨损和两者掺混问题，以及防止燃料喷口高温烧蚀而出现变形。
30.根据本发明的一个示例性的实施例中，可将上述高温预热燃料和中心风高效合理掺混混合，达到中心风与高温预热燃料混合充分燃烧，形成高温预热燃料高温区域二次强气化降氮反应区域。
31.根据本发明的一个示例性的实施例中，燃料喷口可以布置在锅炉侧部和顶部或底部。在炉膛侧部布置的方式，还可以采用对冲布置。
32.根据本发明的一个示例性的实施例，图2中的燃料喷口的二次风切向入口(即第一入口)结构可以采用两个入口管3，也可以采用三个或者四个甚至更多入口管在周向方向上等间隔布置。
33.根据本发明的一个示例性的实施例，图3中的中心风入口管4以切向方式与燃料通道1相通，可以采用两个中心风入口管4，也可以采用三个甚至更多中心风入口管4，其可以在周向方向上等间隔布置，每个中心风入口管4布置成保持旋向一致。
34.根据本发明的一个示例性的实施例，燃料喷口可炉底布置、侧置、顶置方式，可以采用单只燃料喷口，也可以采用轴心对称的三喷口或四喷口，这可以依据炉膛容量大小、底部截面积、燃料掺混效果、火焰充满度及单只喷口热功率确定。
35.本发明中提及的燃料可为煤粉，也可以替代为气化细粉灰、热解半焦、煤矸石等固体废弃物等燃料。
36.本发明的技术方案和现有技术方案的喷口的区别至少存在如下之一：
37.(1)燃料适用种类不同，本技术方案使用的燃料是高温半焦(char)和煤气(ch4,h2,co,n2等)，而现有技术方案的喷口使用的燃料是煤粉粉料。
38.(2)燃料的温度不同，本技术方案中使用的燃料温度范围为不低于700℃的高温，例如可达800
‑
1000℃，而现有技术的燃料喷口的一次风送粉料混合温度范围60
‑
140℃。
39.(3)燃料的本身特性不同，本技术方案的燃料是煤粉燃料需要经过不低于700℃，例如800
‑
1000℃流态化气化燃烧预处理，促进比表面积、孔容积及化学活性改善提高，而现有方案粉料仅采用一次风物理预热混合，目的是提升燃料物理显热，有助于点火，同时低温输送煤粉保证安全性，不是为了使比表面积、孔容积等燃料物理微观改变，现有技术方案是保证煤粉粉料不能发生气化燃烧反应。因此，本技术方案不能用于现有技术的冷煤粉燃烧。
40.(4)本技术方案采用的中心风管为耐温耐磨浇注料管道，通过高温预热燃料温度
不低于700℃，例如800
‑
1000℃，而现有技术的中心风管采用的不锈钢管容易磨损磨漏和高温变形，引起高温燃料火焰偏斜、不完全燃烧和高nox排放。
41.根据本发明的一个示例性的实施例，针对高温预热燃料管道磨损问题，采用的技术方案是将高温预热燃料管不采用钢结构，而是为耐温耐磨材料，有效的防止了高温预热燃料对高温预热燃料管道壁面的冲刷、磨损和高温烧蚀变形。
42.根据本发明的一个示例性的实施例，针对中心风和高温预热燃料掺混难问题，采用中心风入口管4切向进入燃料管道1。如果为了增强中心风和高温预热燃料在喷口管道内的混合、强化掺混均匀性，可使得燃料和中心风提前充分掺混，这可以有效提高后续喷口出口区域的二次强气化所需温度。
43.根据本发明的一个示例性的实施例中，设置二次风入口管3，同时二次风主管道为由耐温耐磨的内管道壁21和外管道壁22形成的二次风管道2，该二次风管道环绕燃料管道1设置且在进一步的实施例中二次风管道2与燃料管道1之间形成有间隙，这可避免或缓解原来共用燃料管道1的管道与二次风风箱接触区域密封、焊接拉裂等问题。
44.根据本发明的一个示例性的实施例，中心风入口管4切向进入燃料流。
45.这两个方案结合产生的效果：通过二次风结构和中心风这两个结构方案的结合，中心风切向进入燃料管道，使得少量的中心风和高温燃料充分混合，将高温燃料的温度进一步升高，从约800
‑
950℃升高至例如喷出燃料喷口时的混合温度约950
‑
1100℃，该温度提升有利于强化少量中心风对高温预热燃料的气化反应活性提升、加快燃料氮进一步释放为氮气，同时保证了离开燃料喷口后的燃烧效果。
46.根据本发明的一个示例性的实施例，可以同时匹配性调整二次风旋转强度和中心风与燃料混合旋转强度以实现喷射旋转火焰传播可控，更加有利于形成以中心风助燃且较强气化反应为主的内层火焰，以及以二次风助燃且强气化反应为主的外层火焰，双火焰夹层就是高温预热燃料，逐渐沿着气流上升逐级混合火焰交界面燃烧反应，使得燃料氮更加可控有序燃烧释放。
47.基于以上，本发明提出了如下技术方案：
48.1、一种燃料喷口，包括：
49.燃料管道，所述燃料管道包括第一管道壁，所述第一管道壁包括第一周向内壁面与第一周向外壁面，所述第一周向内壁面限定燃料通道；
50.风管道，所述风管道为环形管道且包括内管道壁和外管道壁，所述内管道壁和所述外管道壁限定适于燃料用风通过的风通道，
51.其中：
52.所述风管道环绕所述燃料管道设置；
53.所述风管道的内管道壁与所述第一周向外壁面之间形成有间隙。
54.2、根据1所述的燃料喷口，其中：
55.所述风管道的内管道壁与所述第一周向外壁面之间形成的间隙为环状间隙。
56.3、根据2所述的燃料喷口，其中：
57.所述燃料管道与所述风管道同轴线布置。
58.4、根据1所述的燃料喷口，其中：
59.所述燃料喷口还包括入口风管，所述风管道的外管道壁设置有第一入口，所述第
一入口与所述风通道在周向方向上切向相通，所述入口风管与对应的第一入口相通。
60.5、根据4所述的燃料喷口，其中：
61.所述第一入口包括在周向方向上等距离间隔开的至少两个第一入口。
62.6、根据5所述的燃料喷口，其中：
63.所述至少两个第一入口布置成适于使得经由所述至少两个第一入口进入到风通道内的燃料用风以逆时针或顺时针旋向进入到风通道内。
64.7、根据1
‑
6中任一项所述的燃料喷口，其中：
65.所述燃料喷口还包括中心风管；
66.所述燃料管道的管道壁设置有第二入口，所述中心风管与对应的第二入口相通。
67.8、根据7所述的燃料喷口，其中：
68.所述第二入口与所述燃料通道在周向方向上切向相通，所述中心风管与对应的第二入口相通。
69.9、根据8所述的燃料喷口，其中：
70.所述第二入口包括在周向方向上等距离间隔开的至少两个第二入口。
71.10、根据9所述的燃料喷口，其中：
72.所述至少两个第二入口布置成适于使得经由所述至少两个第二入口进入到燃料通道内的燃料用风以逆时针或顺时针旋向进入到燃料通道内。
73.11、根据7所述的燃料喷口，其中：
74.所述燃料管道包括延伸到风管道的外侧的延伸部分，所述第二入口设置在所述延伸部分。
75.12、根据7所述的燃料喷口，其中：
76.所述中心风管为耐温耐磨材料制造。
77.13、根据1所述的燃料喷口，其中：
78.所述燃料管道为耐温耐磨材料制造。
79.14、根据1
‑
13中任一项所述的燃料喷口，其中：
80.所述风管道为二次风管道。
81.15、根据1
‑
13中任一项所述的燃料喷口，其中：
82.所述燃料喷口为适于温度不低于700℃的燃料流通过的燃料喷口。
83.16、一种燃烧装置，包括：
84.燃烧空间；和
85.权利要求1
‑
15中任一项所述的燃料喷口，所述燃料喷口与所述燃烧空间相通。
86.17、根据16所述的燃烧装置，其中：
87.所述燃烧空间为炉膛，所述燃料喷口位于炉膛的底部、侧部或顶部；或者
88.所述燃烧空间为工业窑炉的燃烧空间。
89.18、根据17所述的燃烧装置，还包括：
90.燃料预处理设备，所述燃料喷口位于所述燃烧空间和燃料预处理设备之间。
91.19、根据18所述的燃烧装置，其中：
92.所述燃料预处理设备为循环流化床预处理设备。
93.20、一种根据16
‑
19中任一项所述的燃烧装置的燃烧控制方法，所述燃烧装置为锅
炉，所述方法包括步骤：
94.同时调整二次风旋转强度和中心风与燃料混合旋转强度，以形成以中心风助燃且气化反应为主的内层火焰，以及以二次风助燃且气化反应为主的外层火焰，双火焰夹层之间为高温预热燃料。
95.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。
96.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。