煤喷嘴组件的制作方法

本公开涉及一种用于将夹带在一次空气中的固体颗粒流引导入燃烧器或炉中的用于蒸汽发生设备的喷嘴组件。其还涉及一种包括炉和至少一个煤喷嘴组件的蒸汽发生系统。

背景技术：

固体燃料焚烧系统焚烧在空气流中吹入炉中的粉末固体燃料，通常是煤。该炉通常是产生用于各种用途(如，产生电力)的蒸汽的锅炉。

在粉煤颗粒借助于一次空气经由管道工作从磨煤机传送到煤喷嘴组件时，它们往往聚集在各种路径处。除其它负面影响外，煤颗粒和一次空气产生的部分分离降低炉中的焚烧效率，且增加燃料气体中的污染物，这不是期望的。

从us8955776获知了一种用于固体燃料炉的静止喷嘴，其包括在喷嘴的出口区域中布置成平行于彼此的若干平导叶，以将一次空气流和煤颗粒流引导到炉中。

例如，喷嘴和导叶通过铸造一体地形成。导叶或多或少平行于彼此，导致在离开喷嘴和进入炉之前的局部聚集的煤颗粒和一次空气的次优混合物。

目前，所需的是一种改进的煤喷嘴组件，其在即将在炉中焚烧之前，导致煤颗粒和一次空气的更均匀的混合物，从而导致炉的较高效率以及烟道气体中的较少的污染物，例如，nox。

技术实现要素：

在第一实施例中，煤喷嘴组件包括在其一端处具有喷嘴尖端的细长喷嘴本体；所述喷嘴尖端包括两个通道，每个通道具有弯曲或曲折流动路径，喷嘴尖端还包括将通道与彼此分开的分隔器件，其中在远离喷嘴本体的其端部处的通道的流动路径的方向包围大于0°且等于或小于90°的角。

在第二实施例中，煤喷嘴组件包括在其一端处具有两个喷嘴尖端的细长喷嘴本体和内壳；喷嘴组件还包括位于所述两个喷嘴尖端上游的内壳中、且将来自所述喷嘴本体的流分流到两个喷嘴尖端中的分隔器件，第二实施例的两个喷嘴尖端的流动路径的方向包围大于0°且等于或小于90°的角α。

本公开的两个实施例利用了两步骤方法。第一步骤在非均匀的煤颗粒和一次空气流(streamofcoalparticlesandprimaryair)离开喷嘴本体且进入喷嘴尖端时发生。该流由分隔器件在尖端内分流成两股分流。在根据第一实施例的尖端内、或借助于两个喷嘴尖端，两股分流重新定向，使得它们将在流出时相对于彼此交叉和剪切，这是第二步骤。为了尤其实现此交叉和剪切(thisintersectionandshear)，分流经由其流出喷嘴尖端的出口面包围大于90°且小于180°的角。该剪切引起两股分流的外部混合，以有助于分解煤流，导致很有效的燃烧和低排放。

根据本公开的煤喷嘴组件通过在燃烧发生之前不久在炉中混合煤颗粒和一次空气来生成良好混合且相当均匀的煤和一次空气流，而非单独依靠在尖端内混合。

为了允许取决于炉中的局部不同的操作状态煤颗粒和一次空气的进一步改善的混合，喷嘴尖端安装成围绕相对于细长本体的纵轴线正交的轴线枢转移动。在大多数情况下，该轴线是水平的。

为了确保煤颗粒和一次空气几乎100％进入一个或多个喷嘴尖端，喷嘴本体部分地重叠喷嘴尖端。

所主张的喷嘴尖端的平面壁和弯壁限制了喷嘴尖端的矩形截面。此外，喷嘴本体可具有矩形或截头角锥形纵截面，因此在进入喷嘴尖端之前加速一次空气和煤颗粒的速度。

已证明有利的是如果在远离喷嘴本体的其端部处的通道的流动路径的方向包围大于15°的角α，优选大于30°且/或小于75°，优选小于60°。

将通道的流动路径的方向之间的角α保持在这些极限内导致了煤和空气的两股分流的良好交叉和剪切，导致喷嘴尖端前方的稳定且清洁的火焰。

为了使点火点更接近尖端且提供改善的火焰稳定性，一个或两个剪切条可固定在出口面附近的每个喷嘴尖端处。

为了冷却目的且进一步改善一次空气和煤颗粒的混合物，二次空气的周边可包绕煤喷嘴尖端。

为了进一步改善混合能力，每个喷嘴尖端包括在两个平面壁之间延伸的分流板，以引导空气流和煤颗粒的流动。

本公开技术方案1提供用于蒸汽发生设备的煤喷嘴组件，包括在其一端处具有喷嘴尖端(5)的细长喷嘴本体(3)；所述喷嘴尖端(5)包括两个通道(14.1,14.2)，每个通道(14.1,14.2)具有弯曲或曲折的流动路径，所述喷嘴尖端(5)还包括将所述通道(14.1,14.2)与彼此分开的分隔器件(11)，其中在远离所述喷嘴本体(3)的其端部处的所述通道(14.1,14.1)的流动路径的方向包围大于0°且等于或小于90°的角(α)。

技术方案2：用于蒸汽发生设备的煤喷嘴组件，包括在其一端处具有两个喷嘴尖端(15.1,15.2)的细长喷嘴本体(3)和内壳(3.1)；所述煤喷嘴组件还包括位于所述两个喷嘴尖端(15.1,15.2)上游的内壳(3.1)中且将来自所述喷嘴本体(3)的流动分流到所述两个喷嘴尖端(15.1,15.2)中的分隔器件(21)，所述两个喷嘴尖端(15.1,15.2)的流动路径的方向包围大于0°且等于或小于90°的角(α)。

技术方案3：根据前述技术方案中的一项所述的煤喷嘴组件，其中，所述喷嘴尖端(5,15.1,15.2)安装成围绕相对于所述细长本体(3)或所述内壳(3.1)的纵轴线正交的轴线枢转移动。

技术方案4：根据前述技术方案中的一项所述的煤喷嘴组件，其中，所述喷嘴本体(3)或所述内壳(3.1)和所述喷嘴尖端(5,15.1,15.2)部分地重叠。

技术方案5：根据前述技术方案中的一项所述的煤喷嘴组件，其中，所述煤喷嘴组件包括空气壳体(18)。

技术方案6：根据权利要求5所述的煤喷嘴组件，其中，所述喷嘴本体(3)和/或所述内壳(3.1)和所述喷嘴尖端(5,15.1,15.2)以及所述空气壳体(18)限制至少一个通道(22)用于传送二次空气。

技术方案7：根据前述技术方案中的一项所述的煤喷嘴组件，其中，所述喷嘴本体(3)和/或所述内壳(3.1)具有矩形或截头角锥形纵截面。

技术方案8：根据前述技术方案中的一项所述的煤喷嘴组件，其中，在远离所述喷嘴本体(3)的其端部处的所述通道(14.1,14.1)的流动路径的方向包围大于15°的角(α)，优选大于30°和/或小于75°，优选小于60°。

技术方案9：根据前述技术方案中的一项所述的煤喷嘴组件，其中，每个喷嘴尖端(5,15.1,15.2,15)包括出口面(13.1,13.2,23.1,23.2)，且至少一个，优选两个剪切条(29)布置在所述出口面(13.1,13.2,23.1,23.2)附近。

技术方案10：根据前述技术方案中的一项所述的煤喷嘴组件，其中，所述煤喷嘴组件包括引导空气和煤颗粒的流动的一个或多个分流板(25)。

技术方案11：根据前述技术方案中的一项所述的煤喷嘴组件，其中，催化剂(35)施加到所述喷嘴尖端(5)的内壁上。

技术方案12：根据技术方案11所述的煤喷嘴组件，其中，所述催化剂(35)是在优选但不限于500℃到900℃的温度范围中具有催化活性的钙钛矿型。

技术方案13：根据前述技术方案11或技术方案12中的一项所述的煤喷嘴组件，其中，所述催化剂(35)是掺杂金属的钛酸镧锶。

技术方案14：蒸汽发生系统，其包括炉和至少一个根据前述权利要求中的一项的煤喷嘴组件。

技术方案15提供一种通过首先在调试期间调整所述喷嘴尖端(5,15.1,15.2)的角(α)和/或随所述蒸汽发生系统的负载变化和/或取决于焚烧的燃料在所述系统操作期间调整所述喷嘴尖端(5,15.1,15.2)的角(α)来操作包括炉和至少一个根据前述权利要求中的一项的煤喷嘴组件的蒸汽发生系统的方法。

附图、其描述和权利要求中公开了其它优点。

附图说明

图1：根据本公开的喷嘴本体和喷嘴尖端的第一实施例的侧视图(分解视图)，

图2：包绕喷嘴尖端的外壳体的侧视图，

图3：根据图1和2的喷嘴本体、安装的喷嘴尖端和外壳体的侧视图，

图4：穿过要求保护的煤喷嘴组件的第二实施例的示意性横截面，

图5：示出穿过根据4的第二实施例的煤和一次空气流，以及

图6：第二实施例的透视图。

具体实施方式

图1示出了根据本公开的喷嘴本体3和喷嘴尖端5的分解侧视图。喷嘴尖端5具有对称轴线31。该实施例的喷嘴尖端5包括两个平面平面壁7，它们中仅一个在图1中可见。

该实施例的喷嘴尖端5还包括两个弯曲或曲折壁9。这两对壁7,9是喷嘴尖端5的外边界或壳体。

分隔器件11位于该壳体内。分隔器件11从一个(平面)壁7延伸至另一个(平面)壁7。分隔器件11成形为以便前缘12将来自喷嘴本体3的流分成两股分流。两个喷嘴类型的通道14.1,14.2形成在弯曲壁9与分隔器件11之间。该实施例的通道14的截面是矩形的(图1中不可见)。

由于此，故一次空气和夹带的煤颗粒的流动路径是弯曲或曲折的。连同本公开的术语“流动路径”应理解为使得意指一次空气和煤的主方向或输送方向。除此之外，例如由于一次空气的湍流，故可能发生一次空气流与流动路径的局部和/或暂时偏离。这些偏离对流动路径的方向没有影响。

由于如上文限定的流动路径不能在附图中正确示出来使流动路径可视化，故附图包括箭头(没有附图标记)。

此外，为了在流出喷嘴尖端5时使流动路径和其方向可视化，附图中示出了弯曲和直的纵轴线33.1,33.2。连同要求保护的本公开，术语“纵轴线33.1,33.2”和“流动路径”是同义词。

因此，通道14.1,14.2的纵轴线33.1,33.2也是弯曲或曲折的。在该实施例中，通道14.1,14.2相对于喷嘴尖端5的对称轴线31对称地布置。

一次空气和煤颗粒如箭头所示流过喷嘴本体3和通道14.1和14.2。空气和煤颗粒经由出口面13.1和13.2流出通道14.1,14.2。该实施例的出口面13.1,13.2的横截面是矩形的(图1中不可见)。

远离喷嘴本体3的通道14.1,14.2的端部处(和出口面13.1和13.2附近)的纵轴线33.1,33.2包围大于0°且等于或小于90°的角α。在该具体实施例中，角α是大约60°。这意味着经由出口面13.1,13.2流出通道14.1,14.2的一次空气的流动方向包围等于角α的角。在经由出口面流出喷嘴尖端时的一次空气的流动方向垂直于出口面。

有可能施加催化剂35到暴露于一次空气和煤颗粒的喷嘴尖端5的内表面。

弯曲或曲折通道14.1,14.2引导空气和煤颗粒的分流，使得它们在离开喷嘴尖端5之后在它们燃烧之前不久交叉和剪切。这导致了燃烧之前和期间的一次空气和煤颗粒的更均匀的混合物。由此，火焰的效率得到改善且排放减小。

作为一个选项(图1中未示出)，分流板可布置在出口面13.1,13.2附近的通道14.1,14.2中。

图2示出了外壳体或空气壳体18的侧视图。空气壳体18包绕喷嘴本体3和喷嘴尖端5，且与它们间隔开。燃烧或二次空气在一侧上进入限定于喷嘴本体3与喷嘴尖端5之间的区域，且在另一侧进入空气壳体18。换言之：二次空气的周边包绕煤喷嘴尖端5。

图3示出了提出的喷嘴尖端的组装的第一实施例。为了清楚的原因，未绘出所有附图标记。

作为一个选项，喷嘴尖端5由一对枢轴部件16,20枢转地连接到空气壳体18上。在图1中，枢销16可见。空气壳体18包括用于枢销16的轴承20(参看图2)。枢轴部件16,20允许喷嘴尖端5围绕轴线(大多数情况下是水平轴线)旋转或倾斜，以便燃料和燃烧空气可相对于炉的垂直轴线向上或向下引导。喷嘴尖端5的枢转连接允许空气在大约±30°的范围内的重新定向。在简化实施例中，喷嘴尖端5未枢转地安装。

如可从图1和3可见，在出口面13.1和13.2附近，剪切条29使流出出口面13.1和13.2的空气和煤颗粒成旋流且引导它们，使得火焰的点火点更接近喷嘴尖端5且提供改善的火焰稳定性。剪切条29是可选的。

在图3中，可看到在一侧上由空气壳体18且在另一侧上由喷嘴本体3和喷嘴尖端5限制的通道22。通过该通道22，二次空气的周边流入炉中。在进入炉之前，二次空气冷却喷嘴尖端5，且还在燃烧之前另外混合煤颗粒和空气。还有利的是在出口面13.1,13.2附近将通道22的高度减小到最小值，以加速二次空气。

图4和5示出了要求保护的本公开的第二实施例。类似的部分具有与第一实施例(图1至3)相同的附图标记。

在该实施例中，喷嘴本体3附接到喷嘴组件1的内壳3.1上。其还包括两个喷嘴尖端15.1和15.2，每个分别借助于枢销16和相应轴承20可枢转地安装到内壳3.1上。

在喷嘴尖端15.1和15.2的入口上游，分隔器件21安装在内壳3.1中，以将流通过喷嘴本体3分流成两股分流，且与内壳3.1一起形成两个通道14.1,14.2。每个通道14.1,14.2将流的大约一半经由喷嘴本体3供应到每个喷嘴尖端15.1和15.2。

流动路径的方向和喷嘴尖端15.1和15.2的纵轴线33.1和33.2包围90°到0°之间的角α(示出了大约40°的角)。这以上述积极结果促进了喷嘴组件1外的两股分流的交叉和剪切。

由于两个喷嘴尖端15.1和15.2可独立地倾斜，故有可能调整流动路径的方向和/或喷嘴尖端15.1和15.2的纵轴线33.1和33.2之间的角α，使得实现最佳的燃烧。此外，有可能调整火焰的点火点。

类似于第一实施例，外壳体18和内壳3.1和喷嘴尖端15.1,15.2限制通道22，用于冷却喷嘴尖端15.1和15.2的二次空气的周边流过通道22。

有可能外壳体18和内壳3.1借助于枢销37,39的方式枢转地安装，使得它们可大致以大约±30°角倾斜。

为了进一步改善混合能力，每个喷嘴尖端15.1,15.2和15可包括分流板25，其设置在出口面13.1,13.1,23.1,23.3附近，以引导空气和煤颗粒的流动。

图5示出了穿过喷嘴组件1的一次空气的流动，且还示出了在离开喷嘴尖端15.1,15.2之后的两股分流的交叉和剪切。

图6示出了第二实施例的透视图。对于该透视图，可以看到，外壳体18和喷嘴本体3.1之间存在用于冷却喷嘴尖端15.1和15.2的通道22。

此外，可以看到，多个肋24设置在空气壳体18与内壳3.1之间。它们焊接到空气壳体18的内表面和细长喷嘴本体3.1的外表面上，以形成喷嘴尖端1的结构架构。肋24还可进一步用作用于二次空气的22引导器件。

如图6中所示，出口面23.1和23.2可包围180°的角(这意味着流动路径平行)。在一些情况下，这可为流出喷嘴15.1和15.2的一次空气和煤颗粒的流动的最佳方向。

为了进一步减小要求保护的超低nox焚烧器喷嘴的nox排放，催化剂35施加到暴露于一次空气和煤颗粒的喷嘴尖端的表面。喷射燃料中的挥发性物质的催化燃烧在有利于减少源自固体燃料的挥发性物质或部分燃烧的nox种类的温度下实现。喷嘴尖端内的催化燃烧还改善了下游火焰质量，以及炉内的对应减少的nox排放。

喷射燃料中的挥发性物质的催化燃烧在有利于减少源自固体燃料的挥发性物质或部分燃烧的nox种类的温度下实现。喷嘴尖端的出口面附近的催化燃烧还改善了火焰的质量，以及炉内的nox排放的对应减少。

在本公开的一个实施例中，催化剂是在优选温度范围(但不限于500℃到900℃)中具有催化活性的钙钛矿型(perovskite-type)。在本公开的一个实施例中，催化剂是掺杂有金属的镧、锶和/或钛酸盐。此类金属是，但不限于fe、mn和co。

要求保护的发明还针对一种通过首先在调试期间调整喷嘴尖端5,15.1,15.2的角α，使得实现最佳燃烧的操作蒸汽发生系统的方法，该系统包括炉和根据前述权利要求中的一项的至少一个煤喷嘴组件。

其还针对随蒸汽发生系统的负载变化和/或取决于焚烧的燃料性质如化学成分和/或粒径，在系统的操作期间调整喷嘴尖端5,15.1,15.2的角α的方法。

零件清单

1煤喷嘴组件

3喷嘴本体

3.1内壳

5喷嘴尖端

7平面壁

9弯壁

11分隔器件

12前缘

13.1；13.2出口面

14通道

α角

15.1,15.2喷嘴尖端

16枢销

17平面和平行壁

18空气壳体

19平面或弯曲和/或圆锥壁

20轴承

21分隔器件

22通道

23.1；23.2出口面

24引导器件

25分流板

29剪切条

31喷嘴尖端的对称轴线

33.1,33.2通道14.1,14.2的纵轴线

35催化剂

37枢销

39轴承