粉末燃料-氧燃烧器的制造方法
【专利说明】粉末燃料-氧燃烧器
[0001]政府利益声明
本申请是根据美国能源部发布的合同DE-FC26-06NT42811在美国政府的支持下完成的。美国政府在本发明中有某些权利。
[0002]【背景技术】和
【发明内容】
本公开涉及燃烧器组件，并且更具体地涉及氧-燃料燃烧器组件。更具体地，本公开涉及粉末固体燃料燃烧系统。许多类型的煤和其他固体燃料可以粉末形式被成功地燃烧。煤被磨成粉并且被传递到燃料-燃烧装备并且此后在炉中被燃烧以产生热量从而用于各种不同的工业目的。燃烧器被用来“点火”煤粉和其他粉末固体燃料。
[0003]氧-燃料燃烧是在减少由化石燃料的燃烧所产生的温室气体的整体计划中的促进性技术。利用纯的或接近纯的(>90% v/v)氧代替大气空气进行燃烧，从燃料燃烧过程中去除了大气氮(78% v/v)并且极大地减少了所排出的燃烧产物体积，对于相等的燃料输入来说减少了 75%以上。从废气中消除了大气氮使废气流中的所产生的H20和C02的浓度更大。这有利于通过各种手段，例如压缩，来捕获C02。(在整个业界，燃烧的废气产物也被称为烟道气，或炉气)。
[0004]燃煤发电厂还利用大量的鼓风机驱动的大气空气来将煤粉颗粒输送到燃烧器。在行业中该输送空气的术语叫作“一次空气”。在从这种过程消除大气氮的所有努力中，还期望消除对这种用于粉末燃料的输送的大气空气的使用。通过用调节后的再循环烟道气代替一次空气，粉末燃料将通过鼓风机驱动的气体流来输送，这种气体主要由C02构成(>75%v/v)。再循环的烟道气主要是惰性的，因此使得燃料由惰性气体输送并与之混合，从而增加了火焰不稳定性、差燃烧性能和不可接受的污染物排放的可能性。
[0005]来自氧-燃料燃烧的、在准备中经过调节和清洁以用于再循环使用的烟道气可包含超过75%的二氧化碳(C02)。C02是惰性气体并且通常用于灭火器中。它在燃烧器混合和火焰区域中的存在会产生火焰不稳定性、差燃烧性能、不可接受百分比的未燃烧燃料或者火焰的完全熄灭。而且，输送C02会降低峰值火焰温度，这会减少从火焰向锅炉的辐射部分传输的辐射能量。
[0006]需要一种燃烧器，其被设计为利用再循环烟道气工作同时维持火焰稳定性、增加峰值火焰温度并产生行业接受的性能，从而提高用于燃烧化石燃料应用的碳捕获技术。
[0007]根据本公开，提供了用于将氧与流化的、粉末的固体燃料组合以产生火焰的燃烧器组件。该燃烧器组件包括适于接收氧气流的一次氧供应管和布置成延伸通过该一次氧供应管以将流化的、粉末的固体燃料流传送入火焰腔的固体燃料导管。
[0008]流过一次氧供应管的氧穿过形成在或以其他方式安装在固体燃料导管中的第一组氧喷射端口并且此后与穿过固体燃料导管的流化的、粉末的固体燃料混合。该第一组氧喷射端口被布置成使得流经那里的氧基本上与固体燃料导管相切地进入该固体燃料导管。
[0009]流过一次氧供应管的氧还可穿过形成在或以其他方式安装在固体燃料导管中的第二组氧喷射端口并且此后与穿过固体燃料导管的流化的、粉末的固体燃料混合。该第二组氧喷射端口被布置成使得流经那里的氧主要是与固体燃料导管相切但还具有径向分量地进入该固体燃料导管。
[0010]因此，氧-燃料混合物在固体燃料导管的下游部分被建立并被排入火焰腔。该混合物在火焰腔内被点燃从而产生火焰。
[0011]在本公开的说明性实施例中，固体燃料导管延伸进入并穿过一次氧供应管以限定了环形一次氧流动通道，该环形一次氧流动通道围绕着固体燃料导管的环形外表面并沿着该外表面朝着通向火焰腔的方向延伸。氧流过该环形一次氧流动通道并到达在固体燃料导管的环形外表面中的氧喷射端口的进口。
[0012]在一个实施例中，固体燃料导管包括固体燃料的导管和氧燃料喷嘴，该氧燃料喷嘴连接到固体燃料的导管或与该固体燃料的导管一体形成并且形成为包括氧喷射孔。氧和流化的、粉末的固体燃料在喷嘴中混合以建立可燃的混合物，此后该混合物被排入到火焰腔并被点燃以产生火焰。
[0013]在本公开的说明性实施例中，提供了用于将在一次氧导管中设置的一次氧流动通道中尚存的氧中的一些与被从固体燃料导管排入火焰腔的氧-燃料混合物混合的手段。在这种情况下，流过一次氧流动通道的氧的第一部分在燃料就要离开固体燃料导管之前与流化的、粉末的固体燃料流混合。流过一次氧流动通道的氧的剩余部分在位于固体燃料导管外部且接近在那里形成的氧-燃料出口开口的区域内与充氧的流化的、粉末的固体燃料流混合，以提供补充氧到该充氧的燃料流并清扫可能形成或沉积在氧-燃料出口的端部处的灰等。
[0014]在其他的说明性实施例中，二次氧导管可围绕一次氧供应管设置，从而形成它们之间的二次氧通道。在这样的实施例中，流过二次氧通道的氧在位于固体燃料导管外部且接近在该固体燃料导管中形成的氧-燃料出口开口的区域内与充氧的流化的、粉末的固体燃料流混合，以提供补充氧给该充氧燃料流。
[0015]本领域技术人员将在考虑了下面对作为目前想到的本公开的最佳实施模式例举的说明性实施例的具体描述后易于理解本公开的额外的特征。
【附图说明】
[0016]图1是用于将要在氧燃烧器单元内点火的固体燃料进行粉末化和流化的氧-燃料燃烧系统的示意图；
图2是说明性燃烧器组件的透视图图2是说明性燃烧器组件14的底部平面图，该燃烧器组件14包括固体燃料导管28，围绕该固体燃料导管的一部分的一次氧导管60，连接到一次氧导管并与之流体连通的一次氧进口 76、围绕一次氧导管的一部分的二次氧导管86、连接到二次氧导管并与之流体连通的二次氧进口 98、点火器21、和火焰扫描器31 ；
图3是图2的说明性燃烧器组件的底部平面图；
图4是图2的说明性燃烧器组件的端部图；
图5是图2的说明性燃烧器组件的侧面横截面视图，还包括设置在固体燃料导管内的容积排量构件100、设置在由固体燃料导管和一次氧导管限定的环形一次氧通道58内的第一和第二穿孔一次氧分布环80、82、设置在由固体燃料导管28的下游端限定的燃料-氧喷嘴12的壁内并延伸穿过该壁的第一和第二组一次氧喷嘴52、54、和覆盖由一次氧导管和二次氧导管限定的环形二次氧通道96的端部的二次氧环90 ； 图6是容积排量构件100的侧面立面图；
图7是容积排量构件100与将该容积排量构件定位在固体燃料导管内的支撑销114的端视图；
图8是设置在固体燃料导管的侧壁内的第一和第二组一次氧喷嘴52、54的细节图；
图9是第二组一次氧喷嘴54的端横截面视图，示出了它们围绕着固体燃料导管的侧壁的圆周的位置；
图10是第一组一次氧喷嘴52的端横截面视图，示出了它们围绕着固体燃料导管的侧壁的圆周的位置；
图11是穿孔的一次氧分布环80的端视图；
图12是喷嘴清扫环70的端视图；
图13是喷嘴清扫环70的侧视