专利名称：用来把产生燃烧的介质送进炉子的喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来把产生燃烧的介质送进炉子的喷嘴。因此，本发明典型地但不限于涉及在产生蒸汽的锅炉的切向燃烧的燃烧器中的煤粉送入喷嘴和辅助空气喷嘴。在US 4252069、US 4634054和US 5483906中描述了切向燃烧。
送入煤粉的燃烧器典型地有伸进炉子的可枢轴转动的煤粉喷嘴前端。这些煤粉喷嘴前端有双重壳体结构，它包括一个外壳体和一个内壳体。内壳体同轴地设置在外壳体内，在内壳体与外壳体之间形成一个环形空间。把内壳体连接到送入燃料的管道或管线上，用来把在空气流中夹带的煤粉通过此内壳体送入炉子中。把环形空间连接到辅助空气管道上，用来把辅助空气通过所述通道送入炉子中。辅助空气意味着提供燃烧用的空气并冷却外壳体。典型地，送入燃料的管线同轴地设置在辅助空气管道中。
喷嘴前端位于喷嘴支承壁中的一个开孔中，典型地，在辅助空气箱的出口中。喷嘴前端的外部截面典型地为长方形的，并且，主要与空气管道的出口端的内截面相对应。在喷嘴前端的周边壁与空气管道的壁之间典型地存在狭窄的间隙。使得可以通过这些狭窄的间隙泄漏出辅助空气。空气典型地在水平方向流进炉子中。当把喷嘴前端设置成在水平方向上把燃料和空气排放进炉子时，通过间隙泄漏出的空气将主要在喷嘴前端的外壁的方向上流动，因此，保护它的壁板免受炉子辐射热的损伤。
典型地，把煤粉喷嘴前端可枢轴转动地连接到燃料送入管线上，为的是能够控制在切向燃烧中火焰球的高度。因此，当使喷嘴前端倾斜提供进入炉子的向上或向下的燃料和空气流时，喷嘴前端的壁之一将偏转，离开泄漏出的空气流，因此变成或多或少未受到保护。
切向燃烧的锅炉单元的燃料喷嘴前端以及辅助空气喷嘴前端暴露给严酷的炉子条件，这可能导致热变形和/或高温氧化。这个问题要求操作人员用手以相当高的成本替换他们的煤粉和空气喷嘴前端中的许多个。特别是在切向燃烧的锅炉单元中，喷嘴前端的状态在维持长时间最佳的燃烧性能方面起着关键的作用。
已经注意到，在送入燃料或空气的喷嘴前端内流动的冷却空气流在某些高温条件下对喷嘴前端的外壁不能提供足够的冷却。因此，外壁板可能被严重地损坏，导致上面提到的问题。
直接暴露给辐射，特别是当喷嘴前端向上或向下倾斜时直接暴露给辐射，在厚的，1/4到3/4英寸厚的不锈钢板内产生热梯度。这种热梯度造成变形，并最终造成喷嘴中通道的封闭，导致性能的变坏。暴露给高温辐射也造成运行温度超过材料极限，最终造成板的氧化和变薄的效果，造成“炉衬烧损”，并最终使性能变坏。
本发明的一个目的是提供一种改进的喷嘴，用它可以避免上述问题，或者至少将这些问题减到最小。
本发明的一个特别的目的是提供一种喷嘴，它的外壁被很好地保护，免受热辐射。
本发明的目的通过包括在所附的权利要求书中提到的特征的喷嘴实现。
本发明提供了一种喷嘴，用来在高温条件下把维持燃烧的介质送进炉子中。按照本发明的喷嘴按照优选实施例包括一个喷嘴前端以及燃料和/或空气送入装置。
可以把喷嘴前端可枢轴转动地安装到例如燃料送入管线上、空气送入箱比如风箱上、炉子壁结构上、或者任何其它适当的位置方便的结构上。把喷嘴前端设置成使得至少部分地伸进炉子中。典型地，可以把几个喷嘴设置成一个在另一个的顶部上，并连接到安装到炉子壁上的一个竖直的箱子上，最好在炉子的角落区域。
可以通过送入装置和喷嘴前端把维持燃烧的介质比如煤粉和空气送进炉子中。典型地，把煤粉作为与输送空气的混合物送入。可以与煤粉分开地送入辅助空气。也可以使用喷嘴送入其它适当的燃料和气体。
按照本发明的优选实施例的喷嘴前端典型地包括一个端部主要是打开的外壳体和覆盖该外壳体的一部分的一个遮挡装置。在外壳体的第一端，在外壳体里面的通道与空气送入装置流体连通。外壳体的另一端典型地伸进炉子中。该外壳体典型地有正方形或长方形的截面，有圆滑的角部。
遮挡装置典型地由一个遮挡板构成，其设置成覆盖外壳体的第一端的一部分。在该遮挡板与外壳体的被覆盖的部分之间形成一个气体空间。通过该气体空间送入遮挡空气比如辅助空气，并沿着外壳体未被覆盖的表面排放空气，因此对于外壳体提供了保护，使它免受辐射。遮挡装置及它的遮挡板可以是凹进的，形成球形的形状，因此，可以自身防护免受辐射的大部分。即使喷嘴倾斜时，某些泄漏的空气也将不靠近遮挡装置的第一端流动。泄漏的空气只在后来才偏离喷嘴前端，因此，泄漏的空气也对靠近风箱的部分提供了某种保护。
典型地把遮挡板安装成覆盖外壳体的上侧面和底侧面的一部分。可以把遮挡板做成在想要的方向上引导遮挡空气，并提供所想要形式的遮挡空气流。遮挡装置分成通道，并引导冷却空气沿着煤粉和空气喷嘴前端的外壳体、外遮挡板流动，从而对更多地暴露给辐射的这些部分提供附加的保护。
喷嘴前端还包括在外壳体的至少一部分的内侧面的周边形成的一个空气冷却区域。沿着外壳体在该空气冷却区域中的内侧面保持一股空气流。
按照本发明的喷嘴特别适用于把燃料和空气送入切向燃烧的炉子中，因为可以可枢轴转动地安装喷嘴前端，所以可以改变喷嘴喷出的气流的方向。为了控制炉子中的燃烧过程，可以使气流的方向向上或向下。典型地可以使喷嘴前端向上或向下倾斜±30度。即使在极端的倾斜条件下，本发明保证了沿着外壳体表面的空气遮挡和冷却。
本发明建议的遮挡装置也可以用来保护空气喷嘴，使它免受炉子中的辐射。通过喷嘴流动的空气提供外壳体的内部冷却，而遮挡装置引导的另外的空气流提供了对喷嘴前端的外部保护。
本发明提供了对辐射热的有效防护。由专门设计的通道对空气的每秒85英尺到250英尺的高速射流进行导向，用冷却空气覆盖喷嘴前端。遮挡空气提供了对喷嘴附加的冷却，并且，由于两侧都被空气冷却而降低了在平板材料中的热梯度。在被遮挡的喷嘴前端的空气流的组合作用减小了热应力和随之而来的变形。
可以使用被遮挡的喷嘴前端替代在现有的风箱或其它支承结构中的现有喷嘴。这些喷嘴前端很容易安装到现有组件上。新的喷嘴前端的使用寿命很长，这降低了成本。因为维持喷嘴前端不受到损坏，所以，燃料与空气混合的性能可以保持较长的时间。燃烧效率也可以保持更长的时间。
通过参考附图将更详细地描述本发明，在附图中
图1表示采用切向燃烧方法的锅炉的示意图；图2表示图1的沿着线AA截取的剖面图；图3表示按照另一种炉子的如图2所示的剖面图；图4表示在按照先有技术的煤粉喷嘴前端的流动方向上截取的示意性竖直剖面图；图5表示按照本发明的喷嘴前端的如图4所示的剖面图；图6表示在按照本发明的煤粉喷嘴前端的流动方向上截取的示意性竖直剖面图；以及图7表示在按照本发明的煤粉喷嘴组件的喷嘴流动方向上截取的示意性竖直剖面图；图8示出了按照本发明的煤粉喷嘴前端的示意性前向立体投影图。
图1和2示出了采用切向燃烧的炉子10。喷嘴组件12安装到角部区域的壁14上。燃料和空气流16的方向在切线上朝向在炉子的中心的一个火焰球18。通过使喷嘴组件中的喷嘴20向上或向下倾斜，可以使火焰球升高或者使它降低。
可以把喷嘴组件直接布置在角部，或者可以靠近角部区域布置，如图3中所示出的那样。
图4示出了一种用来送入燃料的传统的煤粉喷嘴20。喷嘴前端22安装在辅助空气管道24的出口端。该喷嘴前端安装成可以围绕一轴线26作枢轴转动。该喷嘴包括一个外壳体28和一个内壳体30，以及一个在这些壳体之间的环形空气通道32。从辅助空气管道24把空气送入喷嘴前端中的空气通道32，并排放到炉子中。额外的空气在水平空气流动中由辅助空气管道24在喷嘴前端的外面泄漏到炉子10中。通过管道(在图中未画出)把燃料通过空气管道24和喷嘴前端的中心部分送入炉子中。
在图4中的喷嘴前端向下倾斜。因此，通过开孔34泄漏的空气将不跟随着喷嘴前端的外壳体的上壁，而是将从喷嘴偏离开。将不能保护壁的上侧面免受辐射，且壁的上侧面可能被损坏。
图5为一个类似的图，示出了按照本发明的一个喷嘴前端。将使用与在图1到4中所使用的相同的附图标记。喷嘴前端包括一个外壳体28和同轴地设置在该外壳体内的一个内壳体30。此外，在外壳体的第一端部38上，即更靠近送入装置24的那个端部上，设置一个遮挡装置36，以覆盖该外壳体的第一部分。
该遮挡装置36与外壳体的第一端部一起形成一个空间40或狭缝。空气由空气管道24被引入这一空间40。按照本发明，可以把来自空气管道24的空气流分成或分开部分地流进外壳体与内壳体之间的空间32的气流和部分地流进外壳体与遮挡装置之间的空间40的气流。使空气由空间40排放出，沿着外壳体的外表面流动，并因此保护壳体免受辐射的损坏。遮挡装置提供了一个很好地定向的冷却空气流，如箭头所示出的那样。
喷嘴前端可以由截面形状为正方形、长方形或圆形的壳体构成，在它们之间形成环形的空间。如果愿意，该遮挡装置可以有类似的正方形、长方形或圆形的截面，但是，典型地由只覆盖外壳体的上侧面和底侧面的平板材料制成。典型地，在喷嘴前端的上侧面和底侧面最需要增加对辐射的防护。
图6示出了按照本发明的一种喷嘴前端的一个稍微不同的图。将使用与在前面的图1到5中所使用的相同的附图标记。在图6中示出的是，喷嘴前端包括由内壳体30界定的内部42，用来送入煤粉。分隔装置44把该内部分成单独的流动通道46。没有示出将燃料引入喷嘴前端的送入燃料的管道。
一个多重遮挡结构用来覆盖外壁28。如在图5中那样，在外壳体与内壳体之间形成一个空气通道32。一第一遮挡装置36覆盖外壳体28的上侧面的第一半部分38。在壳体28与遮挡装置36之间形成第一空气遮挡通道40。
一第二遮挡装置48用来覆盖第一遮挡装置36的第一部分36’。这样，在第一遮挡部分36’与第二遮挡装置48之间形成第二空气遮挡通道50。
部分来自通道40和部分来自通道50的多重阻挡空气被引导沿着喷嘴前端的上侧面流动。来自第二空气通道的遮挡空气将保护外壳体和第一遮挡空气装置免受辐射影响。当然，在彼此的顶部以类似的方式添加甚至更多的遮挡装置也是可能的，以便提供一种多遮挡结构。如果把壁板51移到更靠近喷嘴前端，可以不需要壁板51与遮挡装置48之间的偏转装置49。
图7示出了一个喷嘴组件，它包括一个送入煤粉的喷嘴前端52、上部的单一送入空气的喷嘴前端54、围绕着用于点火的一个油燃烧器58的下部的送入空气的喷嘴前端56。
在图7中的喷嘴前端52、54和56中示出的遮挡装置36为球形的。如果愿意，这些遮挡装置可以是非球形的。图7比图6更清楚地示出了送入煤粉的喷嘴前端52如何可枢轴转动地连接到送入煤粉的管线60上，而管线60轴向上设置在第二空气管道62内，比如设置在一个风箱内。把送入空气的喷嘴连接到辅助空气风箱上。使喷嘴前端向下倾斜，使得喷嘴前端的轴线与水平面形成一个角度α。此角度α可以为离开水平面正负30度。
图8示出了单一的送入煤粉的喷嘴前端。将使用与在图6中所使用的相同的附图标记。该喷嘴前端包括一个内壳体30和一个外壳体28，这两个壳体同轴地设置。分隔板44把内壳体内的内部的送入煤粉的空间分成单个的送入煤粉的子通道46。在外壳体与内壳体之间的环形空间提供一送入辅助空气的通道32。
一个中凸的弯曲遮挡板36设置在外壳体28的上侧面上，覆盖外壳体的第一半部分38。在外壳体与遮挡装置之间形成一个空气空间40。分隔板64设置在该空间中，以在其中形成与遮挡装置空气流平行的子通道。
本发明并非试图限制为在上面的描述中讨论的那些实施例，而是将包括在本发明的定义中所包含的其它实施例，本发明的定义由所附的权利要求书确定。因此，除了粉状燃料和空气喷嘴之外，在本发明的范围内也包括火焰上方的空气、煤气和油的喷嘴前端。
权利要求
1.一种用来在高温条件下把维持燃烧的介质送进炉子(10)中的喷嘴，所述喷嘴包括一个喷嘴前端(20)，该顶端至少部分地伸入到所述炉子中；以及送入装置(24、60)，用来把所述燃烧介质由所述介质源送进所述炉子中；所述喷嘴前端包括一个端部主要是打开的外壳体(28)，它包括与所述送入装置流体连通的第一端壁部分和伸进炉子中的第二端壁部分，通过沿着所述内侧面提供空气流，在外壳体的所述第二端壁部分的至少一部分的内侧面上形成的一个空气冷却区域(32)；一个遮挡装置(48)，它包括一个遮挡壁部分，该遮挡壁部分设置成覆盖外壳体的所述第一端壁部分的至少一部分；在所述遮挡装置的遮挡壁部分与外壳体的所述第一端壁部分之间形成的遮挡空气通道(40)，用来从所述遮挡空气通道沿着外壳体的所述第二端壁部分的外侧面排放出遮挡空气流。
2.按照权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述送入装置包括一个燃料送入装置(60)，比如一根煤粉管；一个端部打开的内壳体(30)，它包括第一端和第二端，此内壳体设在所示外壳体内；所述内壳体的第一端连接到支承装置上，该支承装置连接到炉子结构上。
3.按照权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述送入装置还包括一个辅助空气管道(24、62)；在所述外壳体(28)与所述内壳体(30)之间的空间中形成所述空气冷却区域(32)；并且，空气冷却区域的入口端与所述辅助空气管道流体连通，用来引导冷却空气通过所述外壳体与所述内壳体之间的所述空间。
4.按照权利要求3所述的喷嘴，其特征在于，所述燃料送入装置包括煤粉送入管(60)；并且，所述煤粉送入管设置在所述辅助空气管道(62)内。
5.按照权利要求4所述的喷嘴，其特征在于，所述煤粉送入管同轴地设置在所述辅助空气管道内。
6.按照权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述内壳体同轴地设置在所述外壳体内；并且，在所述壳体之间形成一个环形的端部打开的空间，该环形空间的至少一部分形成所述空气冷却区域。
7.按照权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，一个或多个隔板(44)比如分隔平板把所述内壳体分成两个或更多个端部打开的燃料送入通道(46)。
8.按照权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述内壳体可枢轴转动地连接到燃料送入装置上。
9.按照权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，把所述燃料送入装置设置成送入煤粉与输送空气的混合物。
10.按照权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，把所述外壳体做成基本上正方形的角部圆滑的外壳体；并且，把所述内壳体做成基本上正方形的角部圆滑的内壳体，在截面上比外壳体小，并轴向上设置在外壳体内。
11.按照权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述遮挡壁部分包括一个遮挡壁板，其设置成覆盖所述外壳体的上侧壁的一部分；以及一个遮挡壁板，其设置成覆盖所述外壳体的底侧壁的一部分。
12.按照权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，第一端在所述遮挡壁板的与流动方向平行地取的流动方向上的竖直截面是中凸的。
13.按照权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述送入装置包括一个空气流管道，与一个空气源比如风箱流体连通；一个或多个隔板与空气流平行地把所述外壳体分成两个或更多个空气流子通道，所述空气流子通道有一个入口端和一个出口端；所述空气流子通道的入口端与所述空气流管道流体连通；并且，所述空气流子通道的出口端设置成把空气排放到炉子中。
14.按照权利要求13所述的喷嘴，其特征在于，在由外壳体的外周边壁与所述分隔板之一界定的其中一个所述空气流子通道中形成所述空气冷却区域。
15.按照权利要求15所述的喷嘴，其特征在于，在两个或更多个所述空气流子通道中形成两个或更多个空气冷却区域，每个子通道由外壳体的外周边壁与所述分隔板之一界定。
16.按照权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴前端可枢轴转动地连接到支承结构上，比如连接到炉子壁上或风箱上。
17.按照权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，遮挡壁部分在空气流动方向上最多只覆盖外壳体长度的50％，留下伸进炉子中的外壳体的第二端不被覆盖。
18.按照权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴前端包括多重遮挡装置，它包括所述第一遮挡壁部分，此第一遮挡壁部分在流动方向上包括第一端；以及在所述第一遮挡壁部分的外面包括第二遮挡壁部分，覆盖着它的所述第一端。
全文摘要
一种用来在高温条件下把维持燃烧的介质送进炉子(10)中的喷嘴(20),其包括一喷嘴前端,该顶端部分地伸进炉子中,以及一送入机构。喷嘴前端包括一端部打开的外壳体(28)、一空气冷却区域(32)、一遮挡装置(36)以及一空气通道(40)。外壳体(28)包括与送入机构流体连通的第一端壁部分和伸进炉子中的第二端壁部分。遮挡装置(36)包括一遮挡壁部分,该部分设置成覆盖外壳体(28)的第一端壁部分的至少一部分。在遮挡装置(36)的遮挡壁部分与外壳体(28)的第一端壁部分之间形成遮挡通道(40),用来沿着第二端壁部分的外侧面排放出一空气流。
文档编号F23D1/00GK1390289SQ00815620
公开日2003年1月8日 申请日期2000年9月11日 优先权日1999年9月13日
发明者J·格鲁沙 申请人:福斯特能源公司