用于以空氣分級燃燒模式燃燒燃料的鍋爐或熔爐的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于以空氣分級燃燒模式燃燒燃料的鍋爐或熔爐。
【背景技術】
[0002]空氣分級(也稱為燃盡空氣)是用于鍋爐和熔爐，例如用以產生蒸汽和/或熱水的電站鍋爐、工業鍋爐中的NOx控制的眾所周知的設計特征。空氣分級涉及將燃燒空氣分成主氣流和二次氣流。主空氣一燃燒空氣總量的大半部分一在燃燒器中與相應的燃料混合，其中燃燒在相對低的溫度下進行，產生富含燃料而缺乏氧氣的廢氣，并形成適量的NOx。二次空氣一剩余的燃燒空氣一在二次燃燒區域被引入到燃燒器下游的廢氣中。在這里在相對低的溫度下再次達到完全燃燒和燃盡，使NOx的產生最小化。
[0003]在現有技術系統中，二次空氣通過在二次燃燒區域中的所需位置延伸穿過鍋爐或熔爐的外罩的端口或噴嘴從外部引入。所需位置尤其取決于包括燃燒器類型的鍋爐或熔爐的設計。外罩典型地包括許多管用于相對地冷卻通常由耐熱材料制成的外罩并產生如熱水和/或蒸汽的加熱流體。在二次空氣端口的位置，這些緊密間隔開的管需要彎曲，以在管之間產生引入這些端口所必要的可通達區域。這使設計復雜、笨重并且增加制造成本。而且在改造操作中，燃盡空氣涉及為產生用于二次空氣噴嘴的端口的管道修改以及管道、風門和風箱的增加。此外，在鍋爐或熔爐附近可能有阻礙通向側壁的物體。參見例如
[0004]http://www.1ea-coal.0rg.uk/site/ieacoal/databases/ccts/air-staRinR-fοr-nox-control-overfire~ai rand-two-stage_combust1n0
【發明內容】
[0005]本發明旨在通過簡化設計和/或減少必要裝置來降低建造或改造鍋爐或熔爐的制造成本。
[0006]根據本發明，用于以空氣分級燃燒模式燃燒燃料的鍋爐或熔爐包括:限定燃燒室的外殼，該外殼的至少一部分被提供有用于產生加熱的流體的熱交換管；用于燃燒通過燃料供給部提供的燃料的至少一個燃燒器；主空氣供給部；二次空氣供給部以及用于廢氣排出的出口，其中二次空氣供給部在至少一個燃燒器下游設置在外殼和熱交換管內部。
[0007]根據本發明的用于以空氣分級燃燒模式燃燒燃料(如石油、氣體、或如煤的固體燃料或生物燃料)的鍋爐或熔爐包括外殼。外殼的壁限定燃燒室。外殼的至少部分被提供有熱交換管，其中熱交換流體流動，流體由燃燒產生的熱量加熱并且同時將外殼保持在相對低的溫度。運行中，熱交換管的入口通常經由適合的集管系統連接至熱交換流體源，而出口通常也經由適合的集管系統連接至排放裝置，以使加熱的流體通過以進一步處理，如發電或加熱過程流和/或工業廠房的建筑物。通常水被加熱成熱水和/或蒸汽。包括緊密設置的管的所謂水墻是適合的示例。膜式管是另一示例。外殼本身通常由耐熱材料和/或鋼制成，如耐火材料包芯鋼制成。至少一個用于燃料燃燒的燃燒器被提供在外殼的壁之一中。燃料，通常為氣態或液態燃料，從燃料源經由燃料供給部被供應至燃燒器。主燃燒空氣，通常為燃燒空氣總量的60-90%體積，也經由主空氣供給部，適合的是風箱，被供應至燃燒器。外殼還具有用于排出由燃燒過程產生的廢氣的出口。根據本發明，二次空氣供給部在至少一個燃燒器的下游處被提供在外殼和熱交換管內部。提供二次空氣的內部供給部允許具有熱交換管的式樣需要圍繞入口管被改造的盡可能少的位置，從而與現有技術中的外部二次空氣供給部相比減少彎曲部其他彎折部的數量，并由此也降低了設計和制造成本。通常，穿過外殼并在熱交換管之間的二次空氣供給部的入口將在燃燒器所在的外殼的壁處，或在與燃燒器相對的壁處。如后文將要解釋的，在優選的實施例中，在壁中的燃燒器開口本身被用作該二次空氣入口的洞。
[0008]在運行期間，在燃燒室中可區分主燃燒區域和二次燃燒區域。在主燃燒區域，燃料以總燃燒空氣量的大部分(通常為60-90% )燃燒，而二次燃燒空氣(總燃燒空氣量的剩余的10-40% )被供應至主燃燒區域下游的二次燃燒區域。
[0009]在優選的實施例中，二次空氣供給部包括穿過外殼的壁、與沿外殼的內部周界在橫貫廢氣在運行期間的流向的方向上延伸的分配通道流體連通的入口管道，其中分配通道被提供有用于將二次空氣噴射至廢氣中的噴嘴。在該實施例中，二次空氣供給部是至少包括用于與分配通道流體連通的二次空氣的入口管道的歧管系統。分配通道被提供以多個噴射噴嘴以向廢氣輸送二次空氣。例如，噴射噴嘴例如以預定的間隔間隔開。噴射噴嘴可被集中在一起形成緊密設置的噴嘴子組，而子組之間的距離可以改變。噴嘴開口的大小也可以改變。噴射噴嘴優選地被設計，包括數量、位置、尺寸和方向，使得在二次燃燒區域中產生與廢氣的均勻混合。例如由金屬、耐熱材料和/或混凝土制成的周界分配通道，如環形通道，在垂直于主氣體流的方向上延伸，并且由于其從外殼壁向中心突出，其形成對廢氣流的流動限制。該限制有助于廢氣的內部再循環，依賴于燃燒器的類型和鍋爐或熔爐的設計是否有廢氣的內部再循環，這對阻止NOx的產生是有利的。該限制還起到文丘里管的作用，由此增強將廢氣吸至出口并促進二次空氣與廢氣的充分混合，由此進而促進完全燃燒和燃盡。
[0010]正如所述，穿過外殼的二次空氣供給部的入口優選地被設置在外殼的壁上，該壁也被提供有至少一個燃燒器。另一個優選的入口位置在與燃燒器相對的壁中。通常這些壁比側壁更易通達。此外，在這些壁中之一設置入口對熱交換管布置的影響通常小于入口被設置于在具有燃燒器的壁及與其相對的壁之間延伸的側壁中的狀況。二次空氣供給部可被提供有其自身的專用設備，如風扇、風箱和控制裝置，以控制二次空氣的流動，尤其是二次空氣的量。
[0011]在優選的實施例中，至少一個燃燒器是提供在外殼的壁中的燃燒器開口中的喉狀燃燒器，并且二次空氣供給部的入口被提供在燃燒器開口中。該布置允許在外殼中盡可能少的開口，簡化設計并降低制造成本。在又一優選的實施例中，其中入口管道被集成在喉狀燃燒器中。
[0012]有利地，鍋爐或熔爐包括用于向主空氣供給部和二次空氣供給部供應空氣的風箱。具有用于主空氣和二次空氣兩者的共用風箱在成本方面也是有利的。可選地，風箱被提供有控制裝置以控制二次空氣流。風門是適合的控制裝置。
[0013]鍋爐或熔爐可被用于發電廠設施，其中產生的蒸汽被供應至蒸汽輪機以在關聯的發電機中產生電力。鍋爐或熔爐也可被用于工業設施以產生(低壓)蒸汽或加熱流體，蒸汽或加熱流體被進一步處理例如用于加熱的目的。
【附圖說明】
[0014]本發明將通過附圖進行圖示，其中
[0015]圖1是根據本發明的熔爐的實施例的基本布局的橫截面圖；和
[0016]圖2是根據本發明的熔爐的優選實施例的橫截面圖。
【具體實施方式】
[0017]圖1是根據本發明的熔爐10的實施例的基本設計的示意圖。熔爐10包括限定燃燒室14的箱狀外殼12。外殼12的壁16被提供有緊密設置的熱交換管18作為所謂的水冷壁，其中例如水和/或蒸汽在運行期間流動。在所示的實施例中，水被供應至管18并轉換為蒸汽，蒸汽如箭頭所指示地被排出。在前壁20中設置若干(在本例中是兩個)燃燒器22，其分別經由主空氣供給線24和燃料供給線26被提供有主空氣和燃料，如氣體或油。廢氣經由排氣裝置28從燃燒室14排出。在前壁20中提供有用于二次空氣供給部32的兩個通孔或洞30，這兩個通孔或洞連接到二次空氣供給部線34，二次空氣供給部線34被提供有控制閥36。內部的二次空氣供給部線34包括在外殼12的頂部和底部處的入口通道38，該通道38從其連接到二次空氣供給部32的入口 40，沿著壁16在廢氣的主方向(由箭頭42指示)上延伸。在相對的出口端44，通道38被連接到分配通道46，分配通道46在外殼12內沿著外殼12的周界延伸。分配通道46如箭頭所指示橫貫燃燒室14中的廢氣的主流動方向。分配通道34包括若干噴嘴48。
[0018]圖2示出另一實施例。類似于圖1中所示部件的部件以相同的附圖標記表示。熔爐或鍋爐10包括限定燃燒室14的外殼12。在外殼12的壁16中提供熱交換管18。喉狀的燃燒器22被安裝在外殼12的壁20中的燃燒器開口 49中。燃燒器22從燃料供給線26接受燃料。風箱50被提供作為主空氣和二次空氣兩者的空氣供給部，風箱50經由通道52使主空氣流向燃燒器并且經由每個都被提供有用于控制二次氣流的風門56的通道54使二次空氣流入通道38并進一步流入具有噴嘴48的分配通道46。附圖標記58表示主火焰，同時如果有內部燃料氣體再循環，則具有附圖標記60。
【主權項】
1.一種用于以空氣分級燃燒模式燃燒燃料的鍋爐或熔爐(10)，包括:限定燃燒室(14)的外殼(12)，該外殼的至少一部分被提供有用于產生加熱的流體的熱交換管(18);用于燃燒通過燃料供給部(26)提供的燃料的至少一個燃燒器(22);主空氣供給部(24) ;二次空氣供給部(32);以及用于廢氣排出的出口(28)，其中所述二次空氣供給部(32)在所述至少一個燃燒器(22)下游設置在所述外殼(12)內部。2.根據權利要求1所述的鍋爐或熔爐(10)，其中所述二次空氣供給部(32)包括穿過所述外殼(12)的壁與分配通道(46)流體連通的入口(38 ;54)，所述分配通道(46)沿所述外殼(12)的內部周界在橫貫于運行期間廢氣的主要流動的方向上延伸，其中所述分配通道(46)被提供有用于將二次空氣噴射至所述廢氣中的多個噴嘴(48)。3.根據前述任一權利要求所述的鍋爐或熔爐(10)，其中所述二次空氣供給部(32)包括在所述壁(20)中進入所述外殼(12)的入口(38)，所述至少一個燃燒器(22)設置在所述壁(20)中。4.根據前述任一權利要求所述的鍋爐或熔爐(10)，其中所述至少一個燃燒器(22)為提供在所述外殼(12)的壁(20)中的燃燒器開口(30)中的喉狀燃燒器，并且其中所述二次空氣供給部(32)的入口(54)被提供在所述燃燒器開口(30)中。5.根據前述任一權利要求所述的鍋爐或熔爐(10)，其中所述入口(54)是所述喉狀燃燒器的整體部分。6.根據前述任一權利要求所述的鍋爐或熔爐(10)，包括用于向所述主空氣供給部和所述二次空氣供給部供應空氣的風箱(50)，其中所述風箱(50)被提供有用于控制二次空氣的控制裝置(56)。
【專利摘要】本發明涉及一種以空氣分級燃燒模式燃燒燃料的鍋爐或熔爐(10)，包括限定燃燒室(14)的外殼(12)，外殼的至少一部分被提供有用于產生加熱的流體的熱交換管(18)，至少一個用于燃燒通過燃料供給部(26)提供的燃料的燃燒器(22)；主空氣供給部(24)；二次空氣供給部(32)；以及用于廢氣排出的出口(28)，其中二次空氣供給部(32)在至少一個燃燒器(22)下游設置在外殼(12)內部。
【IPC分類】F23C5/08, F23B10/00, F23C6/00, F23C7/02
【公開號】CN105674250
【申請號】
【發明人】彼得·杰勒德·博默, 斯蒂芬·科爾內利斯·杰勒德斯·貝格曼斯
【申請人】施托克熱能技術公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2014年11月17日