CN201803364U

CN201803364U - 一种紧凑型富氧燃烧器

Info

Publication number: CN201803364U
Application number: CN2010202068504U
Authority: CN
Inventors: 柳朝晖; 刘敬樟; 郑楚光; 陈�胜; 王林; 张泰�; 黄晓宏; 彭科; 孔红兵
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2020-05-28

Abstract

本实用新型公开了一种紧凑型富氧燃烧器，它包括由内至外同轴布置的油枪管、一次风旋流发生器和二次风旋流发生器；其特征在于，在一次风旋流发生器和二次风旋流发生器之间设置有氧气注入器；氧气注入器包括氧气腔体、氧气进气管、氧气管、射流管、前障碍环和后障碍环，氧气进气管位于腔体的一端，氧气管的入口端与腔体的另一端相连；射流管位于氧气管的出口端，并绕一次风管均匀分布，射流管两端连接前障碍环和后障碍环，两障碍环的孔与射流管对应连接。本实用新型的燃烧器可以进行优化，增设障碍环和浓淡分离器、旋流数和动量比较宽范围可调性，会使得燃烧效率更高，燃料适应性更强、具有更好的常规空气助燃和本实用新型氧气/循环烟气助燃燃烧性能。

Description

一种紧凑型富氧燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种燃烧器，特别涉及在锅炉和工业窑炉煤粉燃烧的一种富氧燃烧器。

背景技术

在现行的锅炉煤粉燃烧发电技术中，存在着高二氧化碳、氮氧化物排放，对环境造成极大污染。燃煤电站锅炉排放的CO₂占我国CO₂排放量的70％以上，开发具有CO₂捕集的新型燃煤发电技术是实现大规模减排CO₂的根本途径。在各种减排技术中，氧燃烧技术用高纯度的氧代替助燃空气，同时采用循环烟气调节炉膛内的介质流量和传热特性，可获得高体积浓度的富含CO₂的烟气，捕获的CO₂压缩除湿除尘等进行地下埋存，这种系统性技术称为CO₂捕集与埋存技术(简称CCS)。

对于燃煤电站锅炉而言，由于这种近乎完全脱碳能力的新型燃烧方式与现有燃烧技术的良好承接性，易于实现NO_X、SO_X等多种污染物的协同控制，运行的经济成本有着相当优势，已经毫无疑义地成为本世纪煤燃烧技术的一个最具竞争力的重要发展方向。由于氧燃烧技术异于传统空气助燃技术，工质特性和流动状况发生重大变化，对煤粉燃烧特性产生重大影响。这些基本特性的变化致使富氧燃烧器成了此新型技术的核心之一。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种紧凑型富氧燃烧器，该燃烧器改善燃烧状况，易于点燃、稳燃及燃料的燃尽，对于NO_X的低排放也有良好的促进作用。

本实用新型提供的一种紧凑型富氧燃烧器，它包括由内至外同轴布置的油枪管、一次风旋流发生器和二次风旋流发生器；其特征在于，在一次风旋流发生器和二次风旋流发生器之间设置有氧气注入器；

氧气注入器包括氧气腔体、氧气进气管、氧气管、射流管、前障碍环和后障碍环，氧气进气管位于腔体的一端，氧气管的入口端与腔体的另一端相连；射流管位于氧气管的出口端，并绕一次风管均匀分布，射流管两端连接前障碍环和后障碍环，两障碍环的孔与射流管对应连接。

本实用新型提供的是一种氧气/循环烟气-煤粉燃烧气氛，它和传统空气助燃-煤粉燃烧有很大区别，前者与后者具有显著特征与差别，如CO₂高比热容、H₂O汽化潜热效应、辐射传热变化等。为了保证相似火焰传播速度和火炬、动量比等特征，同时有效适应空气助燃和氧气/循环烟气助燃的过渡和稳定燃烧，实用新型富氧燃烧器的发明就显得极为重要。传统富氧燃烧器的氧气体积分数约高出常规空气燃烧的1-2％，本实用新型富氧燃烧器的最高氧气体积分数达35-40％、最低可达18-21％仍能取到稳定燃烧效果。

本实用新型利用高速射流和氧气分配方式进行灵活多变的二次风动量补给，利用障碍环延缓一二次风混合、增强煤粉挥发份析出。利用扩口形成合理回流区，有利于燃料燃烧稳定。综合优化燃烧、降低污染物排放和提要燃烬度。

本实用新型的燃料适应性较强，主要应用于天然气、煤粉及柴油燃烧，具有良好的技术、经济和环境效益，特别是对火电站和工业窑炉的CO₂减排与低NO_X排放起到积极作用。

附图说明

图1(a)(b)是本实用新型提供的富氧燃烧器的结构示意图；

图2(a)(b)是本实用新型提供的富氧燃烧器的优化结构示意图；

图3(a)(b)是本实用新型提供的富氧燃烧器的实例示意图；

图4(a)(b)是本实用新型提供的富氧燃烧器的实例示意图；

图5是本实用新型提供的一种切向可动旋流器的实例示意图；

图6是本实用新型提供的一种轴向可动旋流器的实例示意图；

在图中：1.旋风桶 2.一次风进气管 3.一次风管 4.氧气腔体5.氧气进气管 6.氧气管 7.二次风腔体 8.二次风进气管 9.二次风管 10.旋流器 11.射流管 12.前障碍环13.后障碍环 14.油枪管15.三次风腔体 16.三次风进气管 17.三次风管 18、油枪管扩口19、二次风扩口 20、调节箱 21、固定压盖 22、转动压盖 23、动子 24、定子 25、导流块 26、扩锥段 27、导流板 28、内、外环管 29、叶片 30、传动杆 31、半圆型齿轮 32、圆型齿轮

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型的一种氧气高速射流富氧燃烧器包括同轴布置的油枪管、一次风旋流发生器、氧气注入器和二次风旋流发生器四部分。油枪管、一次风旋流发生器、氧气注入器和二次风旋流发生器由内至外依次布置。

一次风旋流发生器包括旋风桶1、一次风进气管2和一次风管3，一次风进气管2位于旋风桶1上，一次风管3与旋风桶1相连。

氧气注入器包括氧气腔体4、氧气进气管5、氧气管6、射流管11、前障碍环12和后障碍环13，氧气进气管5位于腔体4的一端，氧气管6的入口端与腔体4的另一端相连。射流管11位于氧气管6的出口端，并绕一次风管3均匀分布，射流管个数为3～12个比较合理。射流管11两端连接前障碍环12和后障碍环13，两障碍环的孔与射流管11对应连接。障碍环有效的延缓一二次风混合，有利于增强煤粉脱挥发份燃烧的程度。

二次风旋流发生器包括二次风腔体7、二次风进气管8和二次风管9和旋流器10。二次风进气管8位于二次风腔体7的一端上，二次风管9与二次风腔体7的另一端相连，在二次风腔体7内设置有旋流器10。

具体说明图1所述燃烧器的工作过程及作用。

图1所述燃烧器的工作过程：油枪管内置点火油枪，燃油烘炉，一次风旋流发生器、氧气注入器和二次风旋流发生器将助燃气体送入炉膛，配合油枪进行辅助燃烧。炉膛温度升高到一定温度后，一次风开始输送煤粉进行燃烧，停油枪，调整并保持煤粉稳定燃烧。氧气注入器和二次风旋流发生器输送助燃气体进行辅助燃烧，氧气注入器停用或者输送空气或氧气高速射流进行辅助燃烧。常规空气-煤粉燃烧时，一次风、氧气注入器和二次风旋流发生器输送加热后的空气。本实用新型氧气/循环烟气-煤粉燃烧时，一次风旋流发生器输送循环烟气和煤粉，氧气注入器输送循环烟气和部分纯氧气或者纯氧气，气流经过射流管会形成高速射流进行助燃，速度范围约40～150m/s，射流速度取决于所需工况要求，调节氧气注入器体积流量及射流管数目，射流速度会快速变化。氧气注入方式和速度的控制可以满足一二次风动量比高效调节。二次风旋流器输送循环烟气或者循环烟气和部分纯氧气进行辅助燃烧，二次风腔体7内有旋流器10，其作用是调节二次风旋流数，本实用新型氧气/循环烟气-煤粉燃烧时，配合高速射流进行一二次风动量比调节，取到优化燃烧性能的作用，以此达到高燃烬度、火焰传播相似性、火炬类同性、低污染物排放和高CO₂富集的稳燃作用。

旋流器10可以是切向可动方式或轴向可动方式。切向可动方式的旋流器利用动子和定子配合形成可调旋转气流，轴向可动方式利用叶片可动方式形成可调旋转气流。叶片是直叶片或曲叶片或扭曲叶片。可以在各层出口端连接扩口，扩口类型可以是直型或者曲型外扩口，扩口有利于稳定燃烧、燃料的充分燃烬和增强挥发份脱出。

本实用新型还可以采用下述方式优化燃烧器的结构和性能。

如图2(a)(b)所示，在一次风旋流发生器和油枪管之间同轴安装三次风发生器。三次风发生器包括三次风腔体15、三次风进气管16和三次风管17，三次风进气管16位于三次风腔体15上，三次风管17与三次风腔体15相连。三次风腔体15内也可以安装旋流器10，采用的方式可以是切向可动或者轴向可动方式。各层风管出口端可以安装扩口。一次风管3也可以安装浓淡分离器，浓淡分离器可以是环状，有利于煤粉浓淡分离和着火。优化后的燃烧器动量比可调性增强、燃烧污染物NO_X排放相对更低、一二次风混合更为充分及燃料更易于燃烬。

实例1

如图3(a)(b)所示，燃烧器包括油枪管、一次风旋流发生器、氧气注入器和二次风旋流发生器四部分，四部分各自主体连接件及方式如对图1所述。氧气管6出口端连接了扩锥段26，油枪管14连接油枪管扩口18，二次风管9出口端连接二次风扩口19。旋流器10由切向可动方式构造，包括调节箱20、传动杆30、固定压盖21、转动压盖22、动子23、定子24和导流块25。调节箱20安装在二次风腔体7一端，传动杆30一端与调节箱20相连，另一端连接圆型齿轮32且齿合转动压盖22上相连的半圆型齿轮，转动压盖22下端连接着同轴圆周均匀分布的动子23，与下端连接的定子24成对齿合。定子和转子对数为3～8对为旋流器功能最佳。转动压盖22上端同轴连接着固定压盖21，如图5所示。

一次风旋流发生器的出口端可以安装直型导流板27，沿着轴向四周均匀分布，导流板的作用是使得带旋的一次风转化为弱旋甚至无旋的一次风。旋风桶1的作用是使得切向进入的一次风，输送煤粉进入旋风桶1，根据离心力的原理，大颗粒煤粉会旋转甩至靠近旋风桶1内壁面一侧，小颗粒煤粉由于惯性相对较小，会靠近中心区随气流旋转运动，大小颗粒在旋转一次风的携带作用下都进入一次风管3，经由导流板导流，使得一次风弱旋甚至无旋方式输送浓淡分离后的煤粉进入炉内燃烧。

各层出口管端可以安装扩口，扩口类型可以是直型外扩口或者曲型外扩口。扩口能有效改善回流区大小、有利于稳定燃烧。

实例1的具体工作过程如下：

当常规空气-煤粉燃烧时，点火油枪安放在油枪管14内点火烘炉，达到一定炉内温度后，一次风旋流发生器由空气输送煤粉从一次风进气管2送入，经由旋风桶1和一次风管3旋流送出至导流板处，由沿着轴向安装的导流板作用，弱旋流甚至无旋的一次风输送着浓淡分离后的煤粉进入炉膛燃烧。氧气注入器输送的是空气气流，经由氧气注入器出口射流管11产生所需射流，二次风作为主要助燃气体，经由二次风进气管8送入二次风腔体7内，调动调节箱20，带动传动杆30转动，使得传动杆30连接的齿轮带动转动压盖22上的齿轮，使得转动压盖22带动连接着的动子23转动，从而配合定子24形成气流流通的槽道出口截面积变化，气流体积流量一定时，槽道出口速度就随之变化，从而产生不同旋流数的二次风，再结合射流和一次风，调节一二次风动量比，优化常规空气煤粉燃烧。

当本实用新型氧气/循环烟气-煤粉燃烧时，点火烘炉、调节二次风旋流发生器的方式均同上述常规空气-煤粉燃烧，只是输送的助燃气氛不同。一次风旋流发生器经由循环烟气输送煤粉，氧气注入器和二次风旋流发生器均经由循环烟气或者循环烟气和部分纯氧气或者纯氧气。一二次风动量比调节也同上述常规空气助燃。实例1中旋流器10的旋流数上限可调、阻力较大，构件精准。

实例2

如图4(a)(b)所示，燃烧器也包括油枪管、一次风旋流发生器、氧气注入器和二次风旋流发生器四部分，除了二次风腔体7内的旋流器10不同于实例1中的图3(a)(b)外，其余连接方式和功能相同。旋流器10由轴向可动方式构造，包括调节箱20、传动杆30、环管28和叶片29。调节箱20安装在二次风腔体7一端，传动杆30一端与调节箱20相连，另一端与叶片29相连，叶片29均匀圆周安装在内、外环管28之间，内、外环管28起到固定叶片29的作用，叶片的底部都固定在内环管的外表面，叶片的顶部都固定在外环管的内表面，如图6所示。旋流器10的运行方式是转动调节箱20阀门，传动杆30提升或下降，叶片29及相连件就会一起上升或下降，二次风一部分气流从叶片之间流通，另一部分气流绕过叶片直接进入氧气管。对于常规空气助燃和本实用新型氧气/循环烟气助燃，调节输送气流和煤粉的方式以及构件连接同实例1，除了旋流器10不同于实例1外。实例2中旋流器10的旋流数上限是定值、阻力较小，构件简单。

以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，但本实用新型不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本实用新型所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本实用新型保护的范围。

Claims

1.一种紧凑型富氧燃烧器，它包括由内至外同轴布置的油枪管、一次风旋流发生器和二次风旋流发生器；其特征在于，在一次风旋流发生器和二次风旋流发生器之间设置有氧气注入器；

氧气注入器包括氧气腔体（4）、氧气进气管（5）、氧气管（6）、射流管（11）、前障碍环（12）和后障碍环（13），氧气进气管（5）位于腔体（4）的一端，氧气管（6）的入口端与腔体（4）的另一端相连；射流管（11）位于氧气管（6）的出口端，并绕一次风管（3）均匀分布，射流管（11）两端连接前障碍环（12）和后障碍环（13），两障碍环的孔与射流管（11）对应连接。

2.根据权利要求1所述的紧凑型富氧燃烧器，其特征在于，

一次风旋流发生器包括旋风桶（1）、一次风进气管（2）和一次风管（3），一次风进气管（2）位于旋风桶（1）的一端，一次风管（3）与旋风桶（1）的另一端相连；

二次风旋流发生器包括二次风腔体（7）、二次风进气管（8）和二次风管（9）和旋流器（10）；二次风进气管（8）位于二次风腔体（7）的一端上，二次风管（9）与二次风腔体（7）的另一端相连，在二次风腔体（7）内设置有旋流器（10）。

3.根据权利要求1所述的紧凑型富氧燃烧器，其特征在于，

在一次风旋流发生器和油枪管之间同轴安装三次风发生器；三次风发生器包括三次风腔体（15）、三次风进气管（16）和三次风管（17），三次风进气管（16）位于三次风腔体（15）的一端，三次风管（17）与三次风腔体（15）的另一端相连。

4.根据权利要求3所述的紧凑型富氧燃烧器，其特征在于，三次风腔体（15）安装有旋流器（10）。

5.根据权利要求2所述的紧凑型富氧燃烧器，其特征在于，

氧气管（6）出口端连接有扩锥段（26），油枪管（14）连接油枪管扩口（18），二次风管（9）出口端连接二次风扩口（19）。

6.根据权利要求2或5所述的紧凑型富氧燃烧器，其特征在于，旋流器（10）包括调节箱（20）、传动杆（30）、固定压盖（21）、转动压盖（22）、动子（23）、定子（24）和导流块（25）；

调节箱（20）安装在二次风腔体（7）一端，传动杆（30）一端与调节箱（20）相连，另一端连接圆型齿轮（32）且齿合转动压盖（22）上相连的半圆型齿轮（31），转动压盖（22）下端连接着同轴圆周均匀分布的动子（23），与下端连接的定子（24）成对齿合，转动压盖（22）上端同轴连接着固定压盖（21）。

7.根据权利要求1、2或3所述的紧凑型富氧燃烧器，其特征在于，一次风旋流发生器的出口端安装有直型导流板（27）。

8.根据权利要求2或5所述的紧凑型富氧燃烧器，其特征在于，

旋流器（10）包括调节箱（20）、传动杆（30）、环管（28）和叶片（29）；调节箱（20）安装在二次风腔体（7）一端，传动杆（30）一端与调节箱（20）相连，另一端与叶片（29）相连，叶片（29）均匀圆周安装在内、外环管（28）之间，内、外环管（28）起到固定叶片（29）的作用。