锅炉用燃烧器的稳燃体结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可改善在富氧燃烧工况下着火稳定性和燃尽特性的锅炉用燃烧器的稳燃体结构，该结构中稳燃体的内轮廓面为球面，外轮廓面为与该球面同中心线的抛物面，稳燃体的出口区域左右对称开有缺口，稳燃体与氧气注入管连接并相对固定，氧气注入管的出口端与所述抛物面的中心线同轴，氧气注入管的出口采用喷射孔式结构，氧气注入管的氧气喷射孔布置于稳燃体内部因稳燃体而形成的回流区内，氧气注入管或稳燃体与平移驱动机构连接，所述平移驱动机构是沿所述抛物面的中心线所在方向在设定调节行程内调整氧气注入管和稳燃体的位置，改善了富氧燃烧条件下火焰燃烧的稳定性，并具有较好的火焰可调节性，可用于直流燃烧器或旋流燃烧器。
【专利说明】锅炉用燃烧器的稳燃体结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种尤其适用于富氧燃烧锅炉的燃烧器，尤其是一种锅炉燃烧器用稳燃体结构。
【背景技术】
[0002]二氧化碳因具有温室效应被普遍认为是导致全球气候变暖的重要原因之一，随着全球气候变暖，国际上碳减排的呼声日益高涨，中国政府面临极其巨大的减排压力，并对国际社会作出了碳减排的承诺。。中国的国情决定在相当长的时间内中国能源将来自化石燃料，化石能源利用是最重要的CO2排放源，如果将全球温室气体排放量按行业统计，发电行业是最大的排放源，而燃煤发电又是发电行业中CO2排放的最主要来。为实现CO2减排，在常规空气燃烧技术的基础上研究了一种富氧燃烧技术，富氧燃烧是一种针对化石燃料发电的CO2减排解决方案。
[0003]富氧燃烧是在现有电站锅炉系统基础上，用高浓度的氧代替常规的助燃空气，同时通过烟气再循环来获得富含80%以上体积浓度的CO2烟气，以较小的代价冷凝压缩后实现CO2的永久封存或资源化利用，较为容易实现大规模化CO2富集和减排，并且由于这种新型燃烧方式与现有电站燃烧方式在技术具有良好的承接性，也容易被电力行业接受。这种燃烧方式的主要特点是采用烟气再循环，以烟气中的CO2替代助燃空气中的氮气，与氧一起参与燃烧，这样可大幅度提高烟气中的CO2浓度，CO2无需额外分离即可利用和处理。该燃烧方式还具有高效脱硫脱硝的效能，可望形成一种污染物综合排放低的“无烟? ”的环境友好的发电方式。已有的分析表明，和其他碳捕获方式相比，富氧燃烧技术在投资成本、运行成本、CO2减排成本、大型化和与现有技术的兼容度等方面都具有优越性。
[0004]在燃料的燃烧过程中，氮氧化物的生成是燃烧反应的一部分。燃烧生成的氮氧化物主要是NO和NO2,统称为NOx。在锅炉燃料的燃烧过程中生成的NOx，其生成形式主要有热力型NOx、瞬时反应型NOx和燃料型NOx。对富氧燃烧锅炉而言,如果结构设计不合理,或系统配置不当，空气混入炉内，易出现热力型氮氧化物的产生；或者由于燃烧器配风不合理和炉内不合理的化学当量比也可能使得燃料氮在火焰前锋内就急剧转化为氮氧化物，即便在后期采用分级燃烧也无法有效降低氮氧化物的排放。
[0005]富氧燃烧由于采用锅炉排除的烟气进行再循环，并注入一定比如的纯氧作为燃煤的助燃剂，即烟气中80%的N2被80% C02所取代，而且CO2具有明显的灭火特性，这使得煤的着火稳定性和燃尽性能在富氧条件比在常规空气燃烧条件下变得困难，火焰的传播速度也比在空气条件下变慢；同时由于烟气中的CO2比重增加使得燃烧空气的理论燃烧最高温度偏低，这样极易造成富氧燃烧情况下火焰的不稳定。因此解决富氧条件下煤的着火稳定性和燃尽特性是发展富氧燃烧技术的关键。
[0006]而锅炉燃烧器用稳燃体结构，对着火稳定性和燃尽特性有着重要影响。
实用新型内容
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可改善在富氧燃烧工况下着火稳定性和燃尽特性的锅炉燃烧器用稳燃体结构。
[0008]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:锅炉燃烧器用稳燃体结构，包括稳燃体，所述稳燃体的内轮廓面为球面，所述稳燃体的外轮廓面为与该球面同中心线的抛物面，稳燃体与氧气注入管连接并相对固定，所述氧气注入管的出口端与所述抛物面的中心线同轴，氧气注入管的出口采用喷射孔式结构，氧气注入管的氧气喷射孔布置于稳燃体内部因稳燃体而形成的回流区内，氧气注入管或稳燃体与平移驱动机构连接，所述平移驱动机构是沿所述抛物面的中心线所在方向在设定调节行程内调整氧气注入管和稳燃体相对于燃烧器出口的位置。
[0009]所述稳燃体的出口区域左右对称开有缺口，单个缺口弧长所对应的圆心角为30?70°，单个缺口在其中心线方向所对应的长度为稳燃体的全长的1/6?1/3。
[0010]所述氧气注入管的出口处设置有圆台形的喷孔板，氧气喷射孔分布在喷孔板上。
[0011]所述氧气喷射孔在喷孔板上均匀分布。
[0012]所述喷孔板的锥度在0.268?0.577之间。
[0013]本实用新型的有益效果是:改善了富氧燃烧锅炉在富氧燃烧条件下火焰燃烧的稳定性，并具有较好的火焰可调节性，同时可以兼顾空气燃烧条件下的燃烧稳定性，若用于直流燃烧器，可确保四角切圆富氧燃烧系统获得良好的炉内空气动力场、火焰充满度、达到优良的火焰稳定和燃尽性能及防结渣性能，保证富氧燃烧锅炉的安全稳定高效运行，可用于富氧燃烧锅炉，也可用于空气燃烧锅炉；可用于直流燃烧器改进，也可用于旋流燃烧器改进。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是锅炉用燃烧器的结构示意图。
[0015]图2是图1的A向视图。
[0016]图3是本实用新型锅炉燃烧器用稳燃体结构的示意图。
[0017]图4是本实用新型锅炉燃烧器用稳燃体结构的调节行程示意图。
[0018]图中标记为:1_ 一次风管，2-氧气注入管，3-煤粉浓缩器，4-燃烧器出口，5-稳燃体，6-氧气喷射孔，7-周界风，8-燃烧器本体，9-喷孔板，50-缺口，α -出口角度，β -圆心角，L-调节行程。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0020]如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型的锅炉燃烧器用稳燃体结构，包括稳燃体5和氧气注入管2，所述稳燃体5的内轮廓面为球面51，所述稳燃体5的外轮廓面为与该球面同中心线的抛物面52，氧气注入管2的出口端与所述抛物面52的中心线同轴，氧气注入管2的出口采用喷射孔式结构，氧气注入管2的氧气喷射孔6布置于稳燃体5内部因稳燃体5而形成的回流区内，利于在一次风中心区域形成一个稳定的高温燃烧火焰，改善了火焰稳定性，也有利于燃烧器的燃尽特性；氧气注入管2与稳燃体5连接并相对固定，氧气注入管2或稳燃体5与平移驱动机构连接，所述平移驱动机构是沿所述抛物面的中心线所在方向在设定调节行程L内调整氧气注入管2和稳燃体5相对于燃烧器出口 4的位置，因为富氧燃烧工况及空气燃烧工况烟气量不一样，空气燃烧工况烟气量较大，而富氧燃烧工况烟气量略小，为了保证空气燃烧及富氧燃烧均有较好的燃烧效果，变化一次风出口流通截面，配备了平移驱动机构后，沿氧气注入管2的中心线所在方向，在设定调节行程内能根据烟气的供应来调整氧气注入管2与稳燃体5相对于燃烧器出口 4的位置，达到增减流通截面的作用，从而实现一次风速度的调节，使得该燃烧器具有火焰可调节性，达到燃烧稳定性调节的作用。所述的平移驱动机构通常选择设置在燃烧器的后端，即靠近氧气注入管的入口一端的位置，平移驱动机构可以采用常规的一些机构，例如，气缸，或者齿轮齿条等，图中未加以明示。
[0021]如图3所示，所述稳燃体5的出口区域左右对称开有缺口 50，通过该缺口 50可以很容易的实现少量煤粉较早的进入注氧区域，使得较早就实现一个稳定高效的高温火焰，根据有关理论模型计算，得到以下具有较佳效果的值得推荐的缺口参数:单个缺口 50弧长所对应的圆心角β为30?70°，单个缺口 50在其中心线方向所对应的长度为稳燃体5的全长的1/6?1/3。稳燃体5的缺口所对应的圆心角的角度范围选择为30?70°主要是因为:若该缺口区域过大，将造成进入煤粉过多，使得稳燃器出口温度过高，烧损稳燃体5，同时也无法达到所需的形成回流区的效果。若该缺口区域过小，容易造成提前进入的煤量不够，达不到所需的形成稳定火焰的效果。
[0022]如图2、图3所示，所述氧气注入管2的出口处设置有圆台形的喷孔板9，喷孔板9相对于氧气注入管2的位置是固定的，喷孔板9通过其内侧的支架与氧气注入管2的本体连接，氧气喷射孔6分布在喷孔板9上，喷孔板9由中心的圆形平板和连接于圆形平板周边的侧面板组成，圆形平板和侧面板上均开有氧气喷射孔6，相对于平板形喷孔板而言，圆台形的喷孔板9扩大了氧气注入管2的出口喷射面，有利于从氧气注入管2注入的氧气迅速分散至回流区内，改善火焰稳定性，也有利于燃烧器的燃尽特性。
[0023]如图3所示，所述氧气喷射孔6在喷孔板9上均匀分布，有利于氧气的均匀扩散。
[0024]根据测算，所述喷孔板9的锥度优选为在0.268?0.577之间，相应地，圆台侧面母线与圆台中心线的夹角约为15?30°。锥度过小，起到的混合作用较弱，锥度过大，容易造成氧气注入管2中流体的射流动量冲刷稳燃体5，造成不必要的磨损及稳燃体烧损的问题。
[0025]实施例:
[0026]如图1、图2、图3和图4所示，某锅炉用直流燃烧器包括燃烧器本体8和设置在燃烧器本体8内的一次风管I和煤粉浓缩器3，在燃烧器出口 4内侧布置有本实用新型锅炉用燃烧器的稳燃体结构，包括抛物面型稳燃体5及与之连接的氧气注入管2，所述抛物面型稳燃体5的内轮廓面为球面51，所述稳燃体5的外轮廓面为与该球面同中心线的抛物面52，氧气注入管2的出口端与所述抛物面52的中心线同轴，氧气注入管2也与所述一次风管I的中心线同轴，氧气注入管2的出口采用喷射孔式结构，氧气注入管2的氧气喷射孔6布置于稳燃体5内，氧气注入管2的前端与稳燃体5相连接，氧气注入管2的后端与平移驱动机构连接，所述平移驱动机构是沿氧气注入管2的中心线所在方向在设定调节行程内调整氧气注入管2与稳燃体5相对于燃烧器出口 4的位置，控制所述氧气注入管2的风率比例为占总需氧量的5?10%，同时氧气注入管2的入口压力保证在0.1?0.2MPa左右，使其出口流速能够达到60?70m/s，氧气在燃烧器出口 4的内侧注入，在因抛物面型稳燃体5而形成的回流区内，一次风中心区域易于形成一个稳定的高温燃烧火焰，同时因纯氧的比例较小，该区域始终为富燃料区，不会造成NOx的升高。
[0027]如图1、图2、图3和图4所示，抛物面型稳燃体5能增加高温烟气回流量，加强煤粉气流的着火稳定性，稳燃体5的内口大致呈球形，外形呈抛物面形，以尽可能的减少煤粉的磨损，稳燃体5的占空比约为0.3，能够形成一个非常稳定而且较大的回流区，稳燃体5的出口区域左右对称(相对于水平浓淡的左右)开有缺口 50，单个缺口 50弧长所对应的圆心角β为50°，缺口的长度方向约为整个稳燃体装置的1/4，可以很容易的实现少量煤粉较早的进入注氧区域，使得切换到富氧燃烧工况后较早就能得到稳定高效的高温火焰。稳燃体5与氧气注入管2连接为一体，并配有平移驱动机构，能够沿氧气注入管2的中心线所在方向实现相对于基准点前后直线位移±0.2m,即调节行程L为与燃烧器出口 4平齐直至其内侧距燃烧器出口 4有0.4m处，同时燃烧器出口 4的出口角度α为10°，配备该平移驱动机构使得该燃烧器具有火焰可调节性，设置了所述适当的出口角度α后，则调节稳燃体5和氧气注入管2的位置以增减流通截面的作用表现得更为突出。
【权利要求】
1.锅炉用燃烧器的稳燃体结构，包括稳燃体(5)，其特征是:所述稳燃体(5)的内轮廓面为球面(51)，稳燃体(5)的外轮廓面为与该球面同中心线的抛物面(52)，稳燃体(5)与氧气注入管(2)连接并相对固定，所述氧气注入管(2)的出口端与所述抛物面(52)的中心线同轴，氧气注入管(2)的出口采用喷射孔式结构，氧气注入管(2)的氧气喷射孔(6)布置于稳燃体(5)内部因稳燃体(5)而形成的回流区内，氧气注入管(2)或稳燃体(5)与平移驱动机构连接，所述平移驱动机构是沿所述抛物面的中心线所在方向在设定调节行程(L)内调整氧气注入管(2)和稳燃体(5)相对于燃烧器出口(4)的位置。
2.如权利要求1所述的锅炉用燃烧器的稳燃体结构，其特征是:所述稳燃体(5)的出口区域左右对称开有缺口(50)，单个缺口(50)弧长所对应的圆心角(β )为30?70°，单个缺口(50)在其中心线方向所对应的长度为稳燃体(5)的全长的1/6?1/3。
3.如权利要求1所述的锅炉用燃烧器的稳燃体结构，其特征是:所述氧气注入管(2)的出口处设置有圆台形的喷孔板(9 )，氧气喷射孔(6 )分布在喷孔板(9 )上。
4.如权利要求3所述的锅炉用燃烧器的稳燃体结构，其特征是:所述氧气喷射孔(6)在喷孔板(9)上均匀分布。
5.如权利要求3所述的锅炉用燃烧器的稳燃体结构，其特征是:所述喷孔板(9)的锥度在0.268?0.577之间。
【文档编号】F23D1/00GK203857457SQ201420247516
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】陈灿, 张定海, 毛宇, 孔红兵, 胡修奎, 霍锁善 申请人:东方电气集团东方锅炉股份有限公司