燃料喷口及燃烧设备

1.本发明的实施例涉及燃烧领域，尤其涉及一种燃料喷口及一种燃烧设备。


背景技术：

2.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，该方法具有诸多优点，是一种高效清洁的煤炭燃烧技术。
3.然而，现有技术中的煤粉燃烧器结构无法用于高温气固混合燃料的燃烧组织。主要体现在现有的旋流燃烧器多采用中心风、燃料流、内二次风和外二次风的多通道结构，但因燃料温度低于100℃，燃烧器内仅为流场组织，并没有化学反应。而对高温气固混合燃料，燃料温度高于700℃，燃料遇到氧气迅速发生化学反应，因此，高温气固混合燃料的燃料喷口需要具有流场组织和化学控制的双重作用。但是现有技术中的煤粉燃烧器结构无法实现该双重作用。


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.本发明目的在于提出一种燃料喷口及含有其的锅炉，其用于高温气固燃料的混合以实现煤粉高效燃烧和超低nox排放。
6.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：
7.燃料通道，适于输送燃料；和
8.风通道，适于提供燃料用风，
9.其中：
10.燃料通道的壁设置有与风通道相通的至少一个燃料出口；
11.所述风通道围绕所述燃料通道设置，且燃料通道中的燃料经由所述燃料出口进入到风通道中，所述风通道的出口构成燃料喷口的出口的至少一部分。
12.根据本发明的实施例的另一个方面，提出了一种燃料喷口，包括：
13.燃料通道，适于输送燃料；和
14.风通道，适于提供燃料用风，
15.其中：
16.所述风通道的出口与燃料通道内部相通；
17.所述风通道的出口的结构或位置设置为适于使得燃料用风以旋转方式进入燃料通道。
18.根据本发明的实施例的还一方面，提出了一种燃料喷口，包括：
19.燃料通道，适于输送燃料；和
20.风通道，适于提供燃料用风，
21.其中：
22.燃料通道与风通道经由至少一个连通通道相通；
23.所述至少一个连通通道设置成燃料以垂直于风通道的轴线的方向进入风通道，或者燃料用风以垂直于燃料通道的轴线的方向进入燃料通道。
24.根据本发明的实施例的又一个方面，提出了一种燃烧设备，包括：
25.燃烧空间；上述的燃料喷口，所述燃料喷口与所述燃烧空间相通。
附图说明
26.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；
27.图2为根据本发明的一个示例性实施例的燃料喷口的左视示意图；
28.图3为根据本发明的一个示例性实施例的图1中的燃料喷口的b-b向的截面示意图；
29.图4为根据本发明的一个示例性实施例的图1中燃料喷口的燃料通道出口处的截面示意图；
30.图5为根据本发明的另一个示例性实施例的燃料喷口的截面示意图；
31.图6为根据本发明的再一个示例性实施例的燃料喷口的截面示意图；
32.图7为图6中燃料喷口的b-b向的截面示意图；
33.图8为根据本发明的又一个示例性实施例的燃料喷口的截面示意图；
34.图9为根据本发明的一个示例性实施例的图8中燃料喷口的a-a向的截面示意图；
35.图10为根据本发明的一个示例性实施例的图8中的燃料喷口的风通道出口处的截面示意图；
36.图11为根据本发明的一个示例性实施例的燃烧设备的结构示意图；
37.图12为图11中的燃烧设备的b-b向的截面示意图；
38.图13为根据本发明的另一个示例性实施例的燃烧设备的结构示意图。
具体实施方式
39.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。
40.图1为根据本发明的一个示例性实施例的燃料喷口100的截面示意图，图2为根据本发明的一个示例性实施例的图1所示的燃料喷口100的左视示意图，图3为根据本发明的一个示例性实施例的图1中的燃料喷口100的b-b向的截面示意图。
41.如图1-3所示，根据本发明的一个示例性实施例的燃料喷口100包括燃料通道1和风通道2。可选地，风通道适于通入二次风，即为二次风通道2。
42.可选的，燃料通道1可以采用耐磨料浇筑或者采用其方式由耐高温的材料制造。燃料通道可为圆形，其壁面11的厚度可选地不低于50mm。
43.根据本发明的一个可选的实施例，如图1所示，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，燃料流到燃料通道顶部附近时，经燃料出口13，从燃料通道侧面喷出。需要指出的是，图1所示的拱顶12仅为示例性的，燃料通道1的顶部1为盲端即可。
44.根据本发明的一个可选的实施例中，燃料出口13在壁面11上设置3-6个，其大小一致，均匀分布或等间隔在燃料通道的周向方向上。高温燃料(例如不低于700℃，燃料可以是气固混合燃料或其他高温燃料)经燃料出口13均匀喷出，燃料流由1股均分成3-6股。燃料流也可以是在圆周方向上等间隔布置的2股或其他股数。
45.如图1所示，在燃料流外圈，是二次风通道2。在一个可选的实施例中，二次风通道2包括给风管21、外壳22和扩口23。如图1所示，外壳22与燃料通道1的侧壁组成了环形通道即二次风通道2。
46.根据本发明的一个可选的实施例中，二次风的旋流的形成依靠给风管21与外壳22的壁面相切布置(如图2所示)形成，如图1所示，给风管21设置在远离燃料出口13的位置(在图1中为二次风通道2的左端)。
47.燃料从燃料出口13喷出后，与二次风混合，因燃料从多孔喷到二次风环道内，燃料充分弥散到二次风的气流中。在燃料温度高(例如不低于700℃)的情况下，燃料和二次风混合后便发生部分燃烧放热反应，二次风温度增加，提高了火焰喷出后的反应速率，促进了燃料喷出后的煤氮析出和向n2的转化程度。因此，燃料喷口内不但组织了燃料喷射流场，而且发生了化学反应，使燃料在燃料喷口内实现了深度的燃烧分级。
48.根据本发明的一个可选的实施例中，如图1所示，二次风端部设置了扩口23，在一个可选的实施例中，其扩口23与燃料轴向的夹角为10-30
°
之间。扩口23的主要作用是增加燃料喷出前的混合程度，导引气流在炉内均匀对称分布，减小火焰轴向喷射动量。如能够理解的，在本发明的一个实施例中，也可以不设置扩口23。
49.在本发明的一个实施例中，如图3所示，燃料流可以在进入到二次风通道内时不带有旋向。例如，在图3所示的结构中，燃料出口13的中心轴线通过燃料通道1的中心轴线，如此，从燃料出口13出去的燃料流不存在旋向。
50.根据本发明的一个可选的实施例中，燃料流也可以在进入到二次风通道内时带有旋向。如图4所示，在燃料流在二次风进入前不旋转的情况下，为使燃料流也进行旋转，即燃料流和二次风流均同向旋转，侧壁11的燃料出口13的轴线不通过燃料通道的轴线。在一个实施例中，燃料出口13设置成使燃料流的流向与二次风的流向呈锐角。
51.在本发明的另一个示例性实施例中，如图5所示，二次风通道2内设置有旋流叶片24，旋流叶片24设置在给风管入口21和燃料出口13之间。旋流叶片24可以强化二次风的旋转流动，从而强化燃料流和二次风的掺混，以及强化燃料流离开燃料喷口后的扩散作用。
52.在本发明的示例性实施例中，如图1-5所示，二次风通道的轴线大体垂直于燃料出口13的轴线。在本发明中，大体垂直或大致垂直包括了完全垂直的情况，也包括了垂直偏差在15
°
以内的情况。
53.在图1-5所示的实施例中，二次风出口设置在远离扩口14的位置，但是本发明不限于此。
54.图6为根据本发明的再一个示例性实施例的燃料喷口200的截面示意图；
55.图7为图6中燃料喷口200的b-b向的截面示意图。如图6-图7所示，中心风风管4示例性包括分支风管41和42，如图6和图7所示，中心风风管4设置在燃料通道1的外部，依靠分支风管41和42与燃料通道壁面的相切布置，形成中心风的旋转，从而中心风掺入燃料通道后，带动燃料的旋转，燃料和中心风混合物从燃料通道旋转喷入炉膛。
30
°
，扩口高度为燃料通道直径(内直径)的0.5-1.0倍。
67.如图8所示，中心风出口31的位置在水平方向上与扩口14内端部(即图8中扩口14的左端)间隔开一个距离，这为中心风喷出后进一步带动燃料流旋转而从扩口14喷出留出时间和距离。可选的，中心风出口31的位置处于在水平方向上与扩口14内端部(即图8中扩口14的左端)。
68.若要强化中心风与燃料流掺混或需要提高燃料喷口的燃料和风混合后的温度，则可延长中心风出口31和扩口内端部的距离。在进一步可选的实施例中，该距离在的燃料通道1内直径的0.1-5倍的范围内，在这个范围内，中心风和燃料有利于实现深度分级燃烧，同时可有效引射燃料旋转流动，从而提高火焰的旋流度、降低火焰刚性。该范围具有突出的技术效果，若设置的位置深度再深(即更远离扩口14的内端部)，扩口14处容易结焦、且燃料的旋流效果会因通过较长的燃料通道，而被削弱。
69.根据本发明的一个可选的实施例中，在燃料流自身带旋转的情况下，中心风出口31被设置成使得从中心风出口31出来的中心风的旋向与和燃料流的旋向一致，这里从中心风出口31出来的中心风的旋向与和燃料流的旋向一致不仅包括两者的旋流角度大致一致，也包括例如顺时针或逆时针这样的旋向一致。
70.根据本发明的一个可选的实施例，燃料通道11内可以设置有螺旋的导流槽或导流凸起或导流叶片，其螺旋方向设置为与中心风出口31的气流旋向一致。
71.通过这种中心风通道的结构，中心风并不是沿燃料轴线方向喷出，而是从侧壁上设置的均布的中心风出口31喷出，且具有一定的旋流度。
72.中心风从中心风出口31喷出后，气流产生旋转，与燃料通道11内的燃料混合，共同形成旋转的燃料和氧化剂混合物，进而旋转喷出，在炉膛内形成旋转火焰。燃料喷口内中心风与燃料掺混旋转过程中，提前发生了部分燃烧反应，实现了燃料的深度分级燃烧。如图10所示，在中心风出口31的轴线不通过中心风通道的轴线。在一个实施例中，中心风出口31设置成使中心风的流向与燃料流的流向呈锐角。
73.在上述实施例中，燃料流在与中心风混合前在旋转，且中心风进入燃料流的旋向与燃料流的旋向一致，但是本发明不限于此。在本发明的另外的实施例中，可以仅仅中心风在进入到燃料流时为旋流，而燃料流在与中心风混合前不具有旋流(即燃料通道内没有设置专门的形成旋流的结构)。此时，中心风从中心风出口31喷出后，气流产生旋转，与燃料通道11内的燃料混合，同时引射燃料共同形成旋转的燃料和氧化剂混合物，进而旋转喷出，在炉膛内形成旋转火焰。燃料喷口内中心风与燃料掺混旋转过程中，提前发生了部分燃烧反应，实现了燃料的深度分级燃烧。
74.在本发明的另一个实施例中，也可以设置为在燃料通道内设置有旋流结构而中心风从中心风出口31喷出时并不存在旋流，而是直接与燃料流碰撞或冲击燃料流。参见图9，中心风可以在进入到燃料通道内时不带有旋向。例如，在图9所示的结构中，中心风出口31的中心轴线通过中心风通道的中心轴线，如此，从中心风出口31出去的风流不存在旋向。这种方式可以加强中心风与燃料流的掺混。
75.图6-图7所示实施例和图8-图10对应的实施例均是利用中心风的旋转带动燃料旋转，中心风与燃料混合后旋转喷出。所不同的是，中心风的位置和结构发生了变化。在图6-图7所示的实施例中，中心风通过设置在燃料通道1外部的中心风管4通入，且中心风管4的
轴线不通过燃料通道1的轴线。在图8-图10所示的实施例中，中心风管3的轴线与燃料通道的轴线大致重合。
76.基于以上，本发明还涉及一种燃料喷口，其包括燃料通道1，适于输送燃料；风通道2，适于提供燃料用风，其中：燃料通道1与风通道2经由至少一个连通通道相通；所述至少一个连通通道设置成燃料以垂直于风通道的轴线的方向进入风通道，或者燃料用风以垂直于燃料通道的轴线的方向进入燃料通道。
77.在本发明中，燃料喷口内高温燃料与燃料用风(例如二次风或中心风)提前混合，高温燃料与燃料用风在燃料喷口内发生了部分燃烧化学反应，提升了燃料用风温度，在燃料与燃料用风存在旋向的情况下还加剧了燃料与燃料用风共同旋转喷出后的燃烧反应速率，可显著降低no
x
的排放。
78.在本发明中，在燃料喷口喷出的为旋转火焰的情况下，火焰轴向喷射的同时发生了径向扩散，火焰直径变大、火焰高度降低，火焰刚性变弱，炉内火焰充满度好。
79.根据本发明的一个可选的实施例，燃料喷口为高温气固燃料喷口。根据本发明的一个可选的实施例，高温是指温度不低于700℃。
80.图11为根据本发明的一个示例性实施例的燃烧设备的结构示意图，图12为图11中的燃烧设备的b-b向的截面示意图。
81.如图11-12所示，燃烧设备为锅炉，锅炉包括炉膛8。炉膛8是燃料充分燃烧和热量交换的空间和场所，炉膛8的两侧墙和前后墙由水冷壁封闭围绕，炉膛8的中上部设置三次风管。由于炉膛的特殊布风方式，炉膛内的区域可分为中心高温还原区(高温气化区)、三次风以下的壁面氧化区和三次风口以上的整体氧化区。
82.燃料喷口100设置在炉膛8的底部。在本发明的一个实施例中，单个燃料喷口100设置在炉膛8的底部的中心。在本发明的一个实施例中，二次风通道2还可以设置在炉膛8内，如图11所示。
83.如图11和图12所示，在可选的实施例中，二次风的外壳22依靠两个切向的二次风管21支撑固定。
84.根据本发明的一个可选的实施例，如图11所示，炉膛8的底部水冷壁处设置贴壁风管7，贴壁风入口可对称布置在炉膛两侧面，分别为贴壁风管71和贴壁风管72，贴壁风采用风管供风方式。炉膛三次风口以下，贴壁风的主要作用是保障水冷壁附近的氧化性气氛，防止还原性气体对水冷壁的高温腐蚀。炉膛三次风口以上，贴壁风与燃料充分混合，用于为燃料燃烧提供助燃气体。为充分保障三次风以下炉膛内整体为还原性气氛，二次风和贴壁风的总体氧量低于燃料燃烧的理论空气量。
85.如能够理解的，本发明的燃料喷口100,200和300均可以与炉膛8结合使用。
86.根据本发明的一个可选的实施例，燃料喷口还可以设置在炉膛顶部，炉膛侧壁。
87.以上以锅炉作为设置燃料喷口的燃烧设备，但是本发明不限于此。燃烧设备还可以是工业窑炉。图13为根据本发明的另一个示例性实施例的燃烧设备的结构示意图，该燃烧设备为工业窑炉，如图13所示，工业窑炉包括燃烧空间9，燃料喷口100直接安装在工业窑炉上，作为工业窑炉燃料组织的燃料喷口。同样可以理解的，燃料喷口200和300也可以应用到燃烧空间9上。
88.在本发明中，燃料与燃料用风混合在炉膛高温气化区内旋转燃烧，因燃料与燃料
用风在燃料喷口内已经均匀充分混合，燃料与燃料用风的接触面积大，燃料燃烧反应速率快，燃料气化燃烧过程中煤气的hcn、nh3和高温焦炭n更易向n2转化。
89.此外，在本发明中，在燃料流和/或燃料用风具有旋流的情况下，因旋流作用火焰射流刚性降低，径向扩散变大，燃料燃烧时间延长，这也有利于燃料的高效燃烧和超低nox排放。
90.基于以上，本发明提出了如下技术方案：
91.1、一种燃料喷口，包括：
92.燃料通道，适于输送燃料；和
93.风通道，适于提供燃料用风，
94.其中：
95.燃料通道的壁设置有与风通道相通的至少一个燃料出口；
96.所述风通道围绕所述燃料通道设置，且燃料通道中的燃料经由所述燃料出口进入到风通道中，所述风通道的出口构成燃料喷口的出口的至少一部分。
97.2、根据1所述的燃料喷口，其中：
98.所述燃料喷口包括风旋流结构，用于使得风通道内的风旋转。
99.3、根据2所述的燃料喷口，其中：
100.所述风旋流结构包括风管，所述风管布置成适于以切向将燃料用风引入到风通道中。
101.4、根据3所述的燃料喷口，其中：
102.所述风通道包括在燃料通道的轴向方向上远离燃料喷口的出口的非出口端，所述风管通入到风通道的入口设置在所述非出口端。
103.5、根据2所述的燃料喷口，其中：
104.所述风旋流结构包括设置在风通道内的风旋流装置。
105.6、根据6所述的燃料喷口，其中：
106.在风通道内的风的流动方向上，所述风旋流装置设置在所述燃料出口的上游。
107.7、根据2-6中任一项所述的燃料喷口，其中：
108.所述燃料出口的中心轴线与所述燃料通道的中心轴线大体相交；或者
109.所述燃料出口的中心轴线与所述燃料通道的中心轴线错开以便于燃料流以旋向进入所述风通道。
110.8、根据2-6中任一项所述的燃料喷口，其中：燃料通道的一端封闭。
111.9、根据8所述的燃料喷口，其中：燃料通道封闭的一端具有弧形截面。
112.10、根据2-6任一项所述的燃料喷口，其中：燃料出口的位置或结构设置成使燃料流和风流混合时，二者的流向大致垂直。
113.11、根据2-6任一项所述的燃料喷口，其中：燃料出口的位置或结构设置成使得燃料流和风流混合时，燃料流为旋流流动，且与风道内风流的旋流流向一致。
114.12、根据1所述的燃料喷口，其中：
115.所述风通道的轴线大体垂直于所述燃料出口的轴线。
116.13、一种燃料喷口，包括：
117.燃料通道，适于输送燃料；和
118.风通道，适于提供燃料用风，
119.其中：
120.所述风通道的出口与燃料通道内部相通；
121.所述风通道的出口的结构或位置设置为适于使得燃料用风以旋转方式进入燃料通道。
122.14、根据13所述的燃料喷口，其中：
123.所述燃料通道围绕风通道设置，风通道的轴线与燃料通道的轴线大体重合；
124.所述风通道的出口设置在风通道壁；
125.所述风通道的出口的中心轴线与所述风通道的中心轴线错开以便于风流以旋向进入所述燃料通道。
126.15、根据13所述的燃料喷口，其中：
127.所述风通道的端口构成风通道的出口；
128.所述风通道的出口布置成适于以切向将燃料用风引入到燃料通道中。
129.16、根据13所述的燃料喷口，其中：
130.所述风通道的出口邻近燃料通道的出口设置。
131.17、根据13-16任一所述的燃料喷口，其中：
132.风通道的出口的轴线与燃料通道的轴线大致垂直。
133.18、根据13-16任一所述的燃料喷口，其中：
134.风通道的出口的结构或位置设置成燃料流和风流混合时，风流为旋流流动，且与燃料通道内燃料流的旋流流向一致。
135.19、一种燃料喷口，包括：
136.燃料通道，适于输送燃料；和
137.风通道，适于提供燃料用风，
138.其中：
139.燃料通道与风通道经由至少一个连通通道相通；
140.所述至少一个连通通道设置成燃料以垂直于风通道的轴线的方向进入风通道，或者燃料用风以垂直于燃料通道的轴线的方向进入燃料通道。
141.20、根据1或13或19所述的燃料喷口，其中：
142.燃料喷口为适于温度不低于700℃的燃料流通过的燃料喷口。
143.21、一种燃烧设备，包括：
144.燃烧空间；其中：
145.根据1-20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。
146.22、根据21所述的燃烧设备，其中：
147.所述燃烧空间为锅炉的燃烧空间；或者
148.所述燃烧空间为工业窑炉的燃烧空间。
149.23、根据22所述的燃烧设备，其中：
150.所述燃料喷口的风通道位于炉膛内部。
151.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。
152.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。