一种用于燃煤发电富氧燃烧的外置式氧气注入装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于燃煤发电富氧燃烧的外置式氧气注入装置，该装置包括沿着圆柱形烟道轴向方向彼此分层间隔设置的氧气注入管路，各层氧气注入管路均包括处于烟道外部的竖管、环形管、喷管和清洁用孔，其中各个竖管一端分别与环形管相连通，所有竖管的另外一端共同连接于氧气输入主管；环形管相对于圆柱形烟道环绕而设置，其内侧经由与圆形烟道的表面以相同锐角倾斜相交的多个喷管与烟道相连通；清洁用孔设置在环形管的最下方，用于排出冷凝水和积灰。通过本发明，能够保证快捷、均匀地执行氧气与氧气的混合，有效避免燃烧不稳定等问题，同时具备结构紧凑、便于操控等特点，因而尤其适用于百万兆级以上富氧燃烧电厂的圆形管道气体混合过程。
【专利说明】 一种用于燃煤发电富氧燃烧的外置式氧气注入装置
【技术领域】
[0001]本发明属于燃煤发电【技术领域】，更具体地，涉及一种用于燃煤发电富氧燃烧的外
置式氧气注入装置。
【背景技术】
[0002]我国燃煤发电技术中，CO2的大量排放对环境恶化造成很大影响。富氧燃烧凭借其零排放以及和传统空气燃烧技术的良好衔接性的优点，已经成为国内外研究的重点。所谓富氧燃烧，是在现有燃煤发电技术基础上，用高纯度的氧代替助燃空气，同时采用烟气循环调节锅炉的燃烧和传热特性，可获得高浓度的富CO2烟气，并通过进一步的冷凝压缩纯化，可较容易实现大规模化CO2富集和减排。
[0003]然而，在实践操作中，如何将纯氧与烟气进行有效均匀的混合对于富氧燃烧的效果具备很大影响。尤其是，对于百万兆瓦级以上的富氧燃烧电厂，考虑到其管道尺寸通常较大，难以在短时间内实现氧气和烟气的混合均匀，并存在混合比例调节不便等问题；当氧气和烟气未能及时、均匀混合时，会导致炉膛出现不合理的局部高温区域，影响煤粉燃尽度，进而使得燃烧不能稳定和充分地进行。相应地，本领域中亟需寻找更为完善的氧气注入方案，以便解决现有技术中所存在的以上问题。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于燃煤发电富氧燃烧的外置氧气注入装置，其中通过结合富氧燃烧过程自身的特点来构建外置式氧气注入装置，并对其具体结构及其设置方式等进行设计，相应能够保证快捷、均匀地执行氧气与氧气的混合，有效避免燃烧不稳定等问题，同时具备结构紧凑、便于操控等特点，因而尤其适用于百万兆级以上富氧燃烧电厂的圆形管道气体混合过程。
[0005]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于燃煤发电富氧燃烧的外置式氧气注入装置，其特征在于，该装置包括沿着圆柱形烟道的轴向方向彼此分层间隔设置的多个氧气注入管路，并且各层氧气注入管路均包括处于烟道外部的竖管、环形管、喷管和清洁用孔，其中:
[0006]各个竖管的一端分别与对应的环形管相连通，并通过调节阀来调节氧气流量，所有竖管的另外一端共同连接于氧气输入主管；
[0007]各个环形管相对于圆柱形烟道环绕而设置，其内侧经由多个所述喷管与烟道相连通，由此将氧气喷入烟道内部与烟气相混合；
[0008]各个喷管与圆形烟道的表面以相同的锐角倾斜相交，并且位于同一层氧气注入管路的喷管倾斜方向相同，而位于相邻两层氧气注入管路的喷管倾斜方向彼此相反；
[0009]各个清洁用孔设置在环形管的最下方，并用于使工作过程中产生的冷凝水和积灰在重力作用下排出。
[0010]作为进一步优选地，各个喷口与圆形烟道表面之间以相同的角度相交，且喷口轴线与圆柱形烟道径向夹角在10°?45°之间。
[0011]作为进一步优选地，对于各层氧气注入管路而言，其竖管、环形管、喷管和清洁用孔均位于同一平面上。
[0012]作为进一步优选地，所述氧气输入主管上还配备有流量测定及调节单元，由此可通过改变氧气输送流量来控制氧气与烟气的混合比例。
[0013]作为进一步优选地，位于同一层氧气注入管路的管道结构相同，氧气注入管路的层数可根据工况增减，并且相邻的氧气注入管路可以相互替换
[0014]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于采用环形分层结构来执行氧气注入过程，并对各层的具体结构及设置方式进行设计，较多的测试表明，能够很好地克服富氧燃烧时氧气和烟气混合不均匀而导致的局部高温和煤粉燃尽度偏低的问题，保证快捷、均匀地执行氧气与氧气的混合，同时还能有效解决电厂变工况要求、设备易腐蚀和工作寿命偏低等难题，从而为富氧燃烧的工业实践提供了有利保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是按照本发明优选实施方式而构建的外置式氧气注入装置的主体结构立体图；
[0016]图2是用于更详细显示图1中各层氧气注入装置的结构剖视图；
[0017]图3是仅显示了烟道和多个喷管的外置式氧气注入装置的结构立体图；
[0018]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:
[0019]1-烟道2-清洁用孔3-环形管4-竖管5-调节阀6_集箱管7_氧气输入主管8-流量测定及调节单元9-喷管
【具体实施方式】
[0020]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0021]图1是按照本发明优选实施方式而构建的外置式氧气注入装置的主体结构立体图。如图1中所示，该外置式氧气注入装置主要包括沿着圆柱形烟道I的轴向方向彼此分层间隔设置的多个氧气注入管路，其中对于各层氧气注入管路而言，它们均包括处于烟道外部的竖管4、环形管3、喷管9和清洁用孔2等，也即采用外注入式结构，也就是说氧气注入装置的主体结构和喷管均在烟道外部，
[0022]具体而言，各个竖管4的一端分别与对应的环形管3相连通，并通过各自配备的调节阀5来调节氧气流量；此外，所有竖管4的另外一端共同连接于氧气输入主管7 ;在实际应用时，该氧气输入主管7譬如可以前接氧气源后接集箱管6，再通过集箱管6向下分出多个竖管4。
[0023]参见图2可见，各个环形管3相对于圆柱形烟道I环绕而设置，并且其内侧经由多个喷管9与烟道I保持相连通，由此将氧气喷入烟道内部与烟气相混合。各个喷管9与圆形烟道的表面以相同的锐角倾斜相交，并且位于同一层氧气注入管路的喷管倾斜方向相同，而位于相邻两层氧气注入管路的喷管倾斜方向彼此相反；更具体地，如图2和图3中所示，譬如对于奇数层的氧气注入管路所包含的多个喷管9而言，它们各自的轴线与经过该喷管的烟道圆形截面的半径之间呈相同的锐角Θ，而对于偶数层的氧气注入管路所包含的多个喷管9而言，它们各自的轴线与经过该喷管的烟道圆形截面的半径之间呈相同的锐角-Θ，也就是说相邻两层的倾斜角度成相反数关系，换而言之相邻两层的喷管射入氧气的旋转方向相反。
[0024]此外，由于烟气中含有具备腐蚀性的水蒸汽、氮、硫等氧化物，为此在各个环形管3的最下方还分别设置有清洁用孔2，通过以上设置，便于工作过程中产生的冷凝水和积灰在重力作用下能够直接排出，从而减少对氧气注入装置这个金属设备的腐蚀性。
[0025]按照本发明的另一优选实施例，对于各层氧气注入管路而言，其竖管、环形管、喷管和清洁用孔均位于同一平面上。此外，所述氧气输入主管上还优选配备有流量测定及调节单元，由此可通过改变氧气输送流量来控制氧气与烟气的混合比例，从而满足电厂变负荷的需求。
[0026]各层氧气注入管路的数量可根据实际气流流量来进行增减，来满足不同工况的需求。相应地，按照本发明的优选实施例，可以位于同一层氧气注入管路的管道结构相同，并且相邻层的氧气注入管路可相互替换，由此可在便于安装的同时，还能够根据具体工作需求来便于执行适当的调整。
[0027]此外，对于各层氧气注入管路而言，各个主干管路和支干管路的具体尺寸可根据氧气流量和管道内气体流速的相关规定来确定。此外，由于支干管上喷口的数量和喷口直径的选择使得氧气进入氧气管道时的流速与烟气流速存在较大的速度差，因此经过实际使用过程中对按照本发明的外置式氧气注入装置的测试，优选将氧气射流速度设定为烟气流速的2-5倍，测试结果表明，上述合适的速度差能保证氧气和烟气更快的混合。
[0028]下面将具体解释说明按照本发明的内置式氧气注入装置的工作原理和过程。
[0029]实例I
[0030]富氧燃烧时，包括一次风，二次风，三次风，燃尽风在内的各个烟风管道都要预混氧气。满负荷时氧气从氧气管道经流量测定及调节仪表8调速后进入集箱管6，再经竖直管4使氧气分散开来，通过每根竖直管4上的调节阀5的调节控制进入环形管3中的氧气量，环形管3中的氧气通过与之相连的喷口摄入烟道内，与烟气进行混合。
[0031]实例2
[0032]富氧燃烧时，包括一次风，二次风，三次风，燃尽风在内的各个烟风管道都要预混氧气。在半负荷时氧气从氧气管道经流量测定及调节仪表8调到满负荷的一半流量后进入集箱管6，再经竖直管4使氧气分散开来，通过每根竖直管4上的调节阀5的调节控制使等量的氧气分别进入各个环形管3中，环形管3中的氧气通过与之相连的喷口摄入烟道内，与烟气进行混合。
[0033]实例3
[0034]富氧燃烧时，包括一次风，二次风，三次风，燃尽风在内的各个烟风管道都要预混氧气。在半负荷时氧气从氧气管道经流量测定及调节仪表8调到满负荷的一半流量后进入集箱管6，再经竖直管4使氧气分散开来，关闭后面两根竖直管4上的调节阀5使氧气只从前面两根竖直管通过，通过前面两根竖直管4上的调节阀5的调节控制使等量的氧气分别进入前两个环形管3中，环形管3中的氧气通过与之相连的喷口摄入烟道内，与烟气进行混
口 ο
[0035]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于燃煤发电富氧燃烧的外置式氧气注入装置，其特征在于，该装置包括沿着圆柱形烟道的轴向方向彼此分层间隔设置的多个氧气注入管路，各层氧气注入管路均包括处于烟道外部的竖管、环形管、喷管和清洁用孔，其中: 各个竖管的一端分别与对应的环形管相连通，并通过调节阀来调节氧气流量，所有竖管的另外一端共同连接于氧气输入主管； 各个环形管相对于圆柱形烟道环绕而设置，其内侧经由多个所述喷管与烟道相连通，由此将氧气喷入烟道内部与烟气相混合； 各个喷管与圆形烟道的表面以相同的锐角倾斜相交，并且位于同一层氧气注入管路的喷管倾斜方向相同，而位于相邻两层氧气注入管路的喷管倾斜方向彼此相反； 各个清洁用孔设置在环形管的最下方，并用于使工作过程中产生的冷凝水和积灰在重力作用下排出。
2.如权利要求1所述的外置式氧气注入装置，其特征在于，各个喷口与圆形烟道表面之间以相同的角度相交，且喷口轴线与圆柱形烟道径向夹角在10°?45°之间。
3.如权利要求1或2所述的外置式氧气注入装置，其特征在于，对于各层氧气注入管路而言，其竖管、环形管、喷管和清洁用孔均位于同一平面上。
4.如权利要求1-3任意一项所述的外置式氧气注入装置，其特征在于，所述氧气输入主管上优选还配备有流量测定及调节单元，由此可通过改变氧气输送流量来控制氧气与烟气的混合比例。
5.如权利要求4所述的外置式氧气注入装置，其特征在于，位于同一层氧气注入管路的管道结构相同，并且相邻的氧气注入管路可以相互替换。
【文档编号】F23L7/00GK103712231SQ201310712574
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月21日 优先权日:2013年12月21日
【发明者】傅培舫, 李孟阳, 郑楚光, 柳朝晖 申请人:华中科技大学