CN114484438A - 一种煤及氨的两用燃烧器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤及氨的两用燃烧器装置，包括由内而外依次套设的内氨气管、一次风管道、一次风套筒、外氨气套筒、二次风套筒、三次风套筒，所述内氨气管、一次风管道、一次风套筒、外氨气套筒、二次风套筒、三次风套筒的出口朝向所述燃烧器，所述一次风套筒、所述外氨气套筒、所述二次风套筒、所述三次风套筒的出口为扩口，所述外氨气套筒的出口端部连接有第一堵板，所述第一堵板上开有第一火孔，所述内氨气管的出口为渐缩管，所述渐缩管的出口端部连接有第二堵板，所述渐缩管和所述第二堵板上开有第二火孔。本发明提高了燃烧器对燃料的适应性，提高了燃烧的稳定性，降低了燃烧过程中NOx的生成。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧器技术领域，尤其涉及一种煤及氨的两用燃烧器装置。
背景技术
据统计，中国煤炭、石油、天然气消费量分别占世界总量的51％、14％、7.8％左右，中国煤炭约一半用于燃烧发电，是二氧化碳的最大单一来源。减少电力行业的煤炭消费是减少二氧化碳排放的有效手段，但中国富煤贫油少气的资源现状，使得电力行业很难完全脱离煤炭。近年来，面对严峻的碳排放问题，无碳燃料的研究越来越得到关注。氨被视为有发展前景的清洁能源载体和存储介质，与氢相比，氨单位储存能量的成本较低，体积能量密度较高，也更加安全可靠。因此，煤与零碳燃料氨的掺烧是其中一个行之有效的降低火电领域碳排放的措施。
在现有技术中，目前已有部分燃烧器能够实现同时适用于两种或者更多种清洁能源的燃烧。但是，这些两用燃烧器装置对于燃料都有明确的要求，尤其适用于高热值甲烷的掺烧，并不适用于低热值氨的掺烧。现阶段氨燃料的有效利用十分具有挑战性，与常规的碳氢燃料相比，纯氨的层流燃烧速度和热值均比较低，而且点火所需要的能量较高，可燃烧极限范围较窄，使得纯氨的燃烧更加困难。此外，由于氨燃料的成分特点，在高温环境下NOX的生成量高，这也进一步抑制了其作为新型无碳燃料在锅炉上的应用。因此，亟需一种两用燃烧器，以实现煤和氨的混合低氮燃烧，从而大幅度降低火电领域的碳排放强度。
因此，本领域的技术人员致力于提供一种煤及氨的两用燃烧器装置，以实现用氨替代部分煤粉实现高效稳定燃烧，并降低NOX的排放。
发明内容
有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种提高燃料适应性并能降低NOX排放的两用燃烧器装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种煤及氨的两用燃烧器装置，包括由内而外依次套设的内氨气管、一次风管道、一次风套筒、外氨气套筒、二次风套筒、三次风套筒，所述内氨气管、一次风管道、一次风套筒、外氨气套筒、二次风套筒、三次风套筒的出口朝向所述燃烧器，所述一次风套筒、所述外氨气套筒、所述二次风套筒、所述三次风套筒的出口为扩口，所述外氨气套筒的出口端部连接有第一堵板，所述第一堵板上开有第一火孔，所述内氨气管的出口为渐缩管，所述渐缩管的出口端部连接有第二堵板，所述渐缩管和所述第二堵板上开有第二火孔。
优选地，还包括风箱，所述风箱套设在所述三次风套筒的外部。
优选地，所述内氨气管的渐缩管与直管段的长度之比为0.1。
优选地，所述第二火孔的直径与所述内氨气管的直管直径之比为0.12。
优选地，所述第一火孔的通流面积与所述第二火孔的通流面积之比为6:1。
进一步地，所述一次风管道的入口处连接有燃烧器弯管，所述一次风通道的出口处设有稳焰齿。
进一步地，所述一次风管道内设有第一煤粉浓缩环和第二煤粉浓缩环。
进一步地，所述外氨气套筒上连接有外氨气进口管。
进一步地，所述二次风套筒内设有旋流叶片固定板，所述旋流叶片固定板上设有旋流叶片。
进一步地，所述二次风套筒上还设有二次风量调节杆和二次风旋流强度调节杆。
本发明至少具有如下有益技术效果：
本发明提供的煤及氨的两用燃烧器装置，在整个燃烧区域进行多级供料及分区供氧，形成贫燃料区及富燃料区，可以在燃烧过程中明显抑制燃料型NOx生成；通过控制一次风、二次风比例来适当降低火焰中心温度，减少热力型NOx生成。同时，多级供料及分区供风使得本发明煤种适应性好，氨气掺烧比例宽范围可调。本发明增强了燃烧器对原料的适应性，提高了燃烧的稳定性，降低了燃烧过程的NOx生成。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的两用燃烧器的剖视图；
图2是本发明实施例提供的两用燃烧器的正视图；
图3是本发明实施例提供的渐缩管的示意图；
图4是本发明实施例提供的第一堵板的示意图。
图中，
1-中心套筒，2-一次风套筒，3-外氨气进口管，4-外氨气套筒，5-二次风套筒，6-风箱内盖板，7-内氨气管，8-第一堵板，9-一次风管道，10-燃烧器弯管，11-风箱挡板，12-风箱，13-风箱法兰，14-第一煤粉浓缩环，15-第二煤粉浓缩环，16-三次风套筒，17-旋流叶片固定板，18-旋流叶片，19-点火装置，20-二次风量调节杆，21-稳焰齿，22-一次风扩口，23-外氨气扩口，24-二次风扩口，25-三次风扩口，26-三次风量调节杆，27-二次风调节机构连接板，28-二次风调节机构圆柱，29-二次风调节机构螺栓接头，30-二次风调节机构连接杆，31-二次风旋流强度调节杆，32-渐缩管，33-第二火孔，34-第二堵板，35-第一火孔。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
本发明提供了一种煤及氨的两用燃烧器装置，如图1和图2所示，本发明的两用燃烧器装置的最内侧为内氨气管7，内氨气管7的出口布置于燃烧器壳体的中心处。内氨气管7的出口端为渐缩管32，渐缩管32的端部设有第二堵板34，第二堵板34上开有第二火孔33，形成一定速度的内氨气射流。内氨气管7的外部同轴设置中心套筒1，中心套筒1用于固定煤粉浓缩机构，将燃烧煤粉进行浓淡分离，使喷入炉膛的一次风煤粉气流形成外浓内淡煤粉分布效果。中心套筒1外部同轴设置一次风管道9及一次风套筒2，中心套筒1与一次风管道9形成的环形空间构成了一次风通道。一次风管道9端部设置有稳焰齿21，稳焰齿21为环向均匀分布的齿状结构，起稳焰作用。一次风套筒2外部同轴设置外氨气套筒4，外氨气套筒4与一次风套筒2形成的环形空间构成了外氨气通道，外氨气通道端部设置有第一堵板8，第一堵板8上开有第一火孔35，形成一定速度的外氨气射流。外氨气套筒4外部同轴设置有二次风套筒5，二次风套筒5与外氨气套筒4形成的环形空间构成了二次风通道。二次风通道内布置有旋向调节机构，可根据不同煤种及氨气掺烧比例灵活调整。一次风出口高浓度的煤粉气流及外氨气通道的外氨气射流与高温、高紊的二次风卷吸的高温烟气强烈互混，强化煤粉及氨的燃烧过程。二次风套筒5外部同轴设置有三次风套筒16，二次风套筒5与三次风套筒16形成的环形空间构成了三次风通道，产生较高动量的直流风，提高煤粉及氨的燃烧，同时防止发生火焰飞边。
本实施例中，内氨气管7由直管段和渐缩管32组成，渐缩管32与直管段的长度之比约为0.1。如图3所示，渐缩管32开有斜向的第二火孔33，渐缩管32端部的第二堵板34开有轴向的第二火孔33，第二火孔33的直径与直管段直径之比约为0.12，以提供较高速度的氨气射流防止燃烧器中心区回火。考虑到氨的低劣燃烧特性，在渐缩管32上开设第二火孔33，用于保证内氨气的斜向射流与一次风提前预混，改善内氨气射流的燃烧特性。
本实施例的一次风通道结构由燃烧器弯管10、一次风管道9、一次风套筒2、稳焰齿21、第一煤粉浓缩环14与第二煤粉浓缩环15、以及一次风扩口22组成。一次风通道内迎风面布置有防磨陶瓷片，以减少煤粉气流对管道的磨蚀。稳焰齿21可使煤粉与一次风混合加剧，燃烧更充分，且温度场分布均匀不会出现局部高温区，降低NOx生成。
第一煤粉浓缩环14与第二煤粉浓缩环15使喷入炉膛的一次风煤粉气流形成外浓内淡煤粉分布效果，高浓度的煤粉气流与二次风卷吸的高温烟气边界直接接触，强烈互混，强化煤粉的燃烧过程；同时，第一煤粉浓缩环14与第二煤粉浓缩环15形成了高浓高热值煤粉包低浓低热值氨的分布效果，改善内氨气射流的燃烧特性。
外氨气通道由一次风套筒2、外氨气套筒4、外氨气扩口23、一次风扩口22以及第一堵板8组成。如图4所示，本实施例中第一堵板8厚3mm，由紧固螺钉固定于一次风扩口22和外氨气扩口23之间。在第一堵板8上的圆周方向均匀设有6个第一火孔35，第一火孔35的直径与第一堵板8的直径比约为0.08。外氨气扩口23有利于一次风中的浓相气流被卷吸入外氨气射流中，增强混合并实现强化氨的燃烧。
二次风通道由外氨气套筒4、二次风套筒5、外氨气扩口23、二次风扩口24、二次风量调节杆20、旋流叶片18、旋流叶片固定板17及二次风旋流强度调节杆31组成。二次风量由延伸至外部的二次风量调节杆20进行拉伸控制。二次风的旋流参数主要由旋流调节机构来进行旋转控制，带动旋流叶片18旋转，从而得到一定旋流强度的二次风，旋流调节机构包括二次风调节机构连接板27、二次风调节机构圆柱28、二次风调节机构螺栓接头29、二次风调节机构连接杆30。二次风实现对煤粉及氨气的卷吸混合，通过旋流提高空气与氨及煤粉的燃烧时间，可根据氨气的掺烧比例灵活调节旋流强度。
三次风通道由三次风套筒16、二次风套筒5、三次风扩口25以及二次风扩口24组成，用于产生较高动量的直流风，从而防止发生火焰飞边，避免燃烧器附近区域墙壁上的结渣现象，同时保证旋流二次风后期能更好地与一次风混合，提高煤粉及氨混合气流的燃尽率。三次风通道的风量通过三次风量调节杆26调节。
本实施例的两用燃烧器的进口处依次设置有内氨气通道、一次风粉通道、外氨气通道、二次风通道及三次风通道。将氨燃料分成两部分，即主氨燃料与副氨燃料。主氨燃料约占90％，副氨燃料约占10％。副氨燃料设于燃烧器中心，在扩口的作用下，在燃烧器的喷口处，形成负压区，这样有利于高温煤粉火焰烟气的内循环并引燃副燃料的小火炬。主氨燃料设于一次风与二次风之间，有利于与高温高紊的二次风进行强混合从而实现氨气的高效燃烧。
如图1和图2所示，在外氨气套筒4上还连接有外氨气进口管3，通过外氨气进口管3向外氨气通道提供氨气。在三次风通道的外侧还设置有风箱12，风箱12将内氨气通道、一次风粉通道、外氨气通道、二次风通道及三次风通道包容在内，实现对管道系统的封装。风箱12内设有风箱内盖板6，风箱12的端部设有风箱挡板11，风箱12的周向外侧设有风箱法兰13，通过风箱挡板11和风箱法兰13实现对风箱12的拆装。
如图1和图2所示，本实施例的两用燃烧器装置整体固设在底部的机架上，机架再固设在工作区域的地面上。
如图1所示，在三次风道的上方还斜向布置有点火装置19，点火装置19的出口端布置于燃烧器主体中，实现对燃烧器内燃料的点火。点火装置19可以是点火油枪。
本实施例的一种旋流强度可调的煤及氨两用燃烧器装置，燃烧所需的煤粉经由燃烧器弯管10，一次风管道9、第一煤粉浓缩环14、第二煤粉浓缩环15、以及稳焰齿21后由一次风扩口22进入炉膛，形成外浓内淡的煤粉分布效果后进行燃烧。掺烧的氨气分为两路送入炉膛，分为主氨气(约占总氨气的90％)及副氨气(约占总氨气的10％)，其中副氨气经由中心套筒1的内氨气管7，在内氨气管7靠近燃烧器端部位置，一部分副氨气通过渐缩管32的斜向第二火孔33后与一次风中的空气提前部分预混，另一部分副氨气经由渐缩管32端部的第二堵板34上的第二火孔33后喷出。主氨气经由外氨气进口管3、外氨气套筒4、第一堵板8的第一火孔35后喷射入炉膛，外氨气管第一火孔35的总面积与内氨气管7的第二火孔33的总面积比约为6:1，大量的主氨气由第一火孔35喷射吸收煤粉燃烧火焰的热量以及高温二次风的热量，从而改善氨的燃烧特性。掺烧的氨气流量由内氨气管7及外氨气进口管3前的流量阀控制。
本实施例的一种旋流强度可调的煤及氨两用燃烧器装置，助燃空气区域包括一次风通道，二次风通道以及三次风通道。燃烧所需的空气由锅炉的送风机出口风道引出，通过流量调节阀及风量控制拉杆控制进入到燃烧器的各套筒内。其中一次冷风携带煤粉经由燃烧器弯管10、第一煤粉浓缩环14、第二煤粉浓缩环15、以及稳焰齿21后以20m/s左右的速度进入炉膛，二次风经由二次风套筒5以40-50m/s左右的速度经旋向导流叶片18后进入炉膛，高速度、高旋流强度的二次风更容易混合煤及氨，产生回流区，形成稳定而优质的火焰。三次风经由三次风套筒16以30m/s左右的速度进入炉膛，提高煤粉及氨的燃尽，同时防止火焰贴壁，损坏燃烧器。二次风量由二次风量调节杆20推拉调节，二次风旋流强度由二次风旋流强度调节杆31旋转调节，三次风量由三次风量调节杆26推拉调节。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种煤及氨的两用燃烧器装置，其特征在于，包括由内而外依次套设的内氨气管、一次风管道、一次风套筒、外氨气套筒、二次风套筒、三次风套筒，所述内氨气管、一次风管道、一次风套筒、外氨气套筒、二次风套筒、三次风套筒的出口朝向所述燃烧器，所述一次风套筒、所述外氨气套筒、所述二次风套筒、所述三次风套筒的出口为扩口，所述外氨气套筒的出口端部连接有第一堵板，所述第一堵板上开有第一火孔，所述内氨气管的出口为渐缩管，所述渐缩管的出口端部连接有第二堵板，所述渐缩管和所述第二堵板上开有第二火孔。
2.如权利要求1所述的煤及氨的两用燃烧器装置，其特征在于，还包括风箱，所述风箱套设在所述三次风套筒的外部。
3.如权利要求1所述的煤及氨的两用燃烧器装置，其特征在于，所述内氨气管的渐缩管与直管段的长度之比为0.1。
4.如权利要求3所述的煤及氨的两用燃烧器装置，其特征在于，所述第二火孔的直径与所述内氨气管的直管直径之比为0.12。
5.如权利要求4所述的煤及氨的两用燃烧器装置，其特征在于，所述第一火孔的通流面积与所述第二火孔的通流面积之比为6:1。
6.如权利要求1所述的煤及氨的两用燃烧器装置，其特征在于，所述一次风管道的入口处连接有燃烧器弯管，所述一次风通道的出口处设有稳焰齿。
7.如权利要求6所述的煤及氨的两用燃烧器装置，其特征在于，所述一次风管道内设有第一煤粉浓缩环和第二煤粉浓缩环。
8.如权利要求1所述的煤及氨的两用燃烧器装置，其特征在于，所述外氨气套筒上连接有外氨气进口管。
9.如权利要求1所述的煤及氨的两用燃烧器装置，其特征在于，所述二次风套筒内设有旋流叶片固定板，所述旋流叶片固定板上设有旋流叶片。
10.如权利要求9所述的煤及氨的两用燃烧器装置，其特征在于，所述二次风套筒上还设有二次风量调节杆和二次风旋流强度调节杆。
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