燃料喷口和燃烧设备

1.本发明的实施例涉及燃烧领域，尤其涉及一种燃料喷口和一种燃烧设备。


背景技术：

2.高温固体燃料的燃烧效率和燃烧时污染物的形成，受燃料和二次风流场组织的影响。由于热燃料的温度较高，一般可达到700℃以上，受到热燃料的高温和磨损等限制，通常的煤粉燃烧器无法安全稳定地对热燃料流场进行有效组织。
3.已知的解决办法是，将热燃料出口设置为简单的通道，热燃料经过该通道形成一个热燃料束，同时在热燃料束外布置补充燃烧用风。采用该方式，热燃料束刚度较强，炉膛充满度较差，燃料在炉膛内的停留时间有限，易产生燃烧时间短、燃烧效率不高等问题；另外热燃料束和补充燃烧用风之间仅通过外部的火焰锋面接触，燃料和氧气的接触面积有限，使得燃烧的组织困难，局部易产生高温、另外的局部则不能燃尽，同样影响燃烧效率。


技术实现要素：

4.为缓解或解决上述问题中的至少一个方面或者至少一点，为提出本发明。
5.根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种燃料喷口，包括：
6.通道，所述通道内设置有至少两个导流件，所述导流件为螺旋导流件，导流件之间限定螺旋通道，其中：
7.所述通道具有内壁面，所述导流件与所述内壁面一体；且
8.在所述通道的燃料出口端面中，所述导流件的面积之和为所述内壁面所限定的圆面积的10-50％。
9.根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种燃烧系统，包括：
10.燃烧空间；
11.至少一个喷口，适于向燃烧空间内提供燃料，所述至少一个喷口包括上述的燃料喷口。
附图说明
12.图1为根据本发明的一个示例性实施例的燃料喷口的一部分的横截面示意图；
13.图2沿图1中的燃料喷口的a-a向的纵截面示意图；
14.图3为图2中的燃料喷口的c向的横截面示意图；
15.图4为根据本发明的一个示例性实施例的燃料喷口的一部分的纵截面示意图；
16.图5为图4中所示的燃料喷口的横截面示意图，该截面穿过了二次风管；
17.图6为根据本发明的一个示例性实施例的燃料喷口的一部分的横截面示意图，其中二次风管道在导流件之间设置；
18.图7为根据本发明的一个示例性实施例的燃料喷口的一部分的横截面示意图，其中二次风管道贯穿导流件。
具体实施方式
19.下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。在本发明中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。
20.图1为根据本发明的一个示例性实施例的燃料喷口的截面示意图，图2沿图1中的燃料喷口的a-a向的截面示意图，图3为图2中的燃料喷口的c向的截面示意图。
21.如图1-图3所示，燃料喷口包括燃料通道10，所述燃料通道10具有一定壁厚d和内径d(参见图3)，燃料通道10的内壁面上设置有导流件11，所述导流件11与燃料通道10壁面一体设置。
22.导流件11为螺旋结构，螺旋角a(参见图2)在5～15
°
的范围内，这样，燃料在经过该喷口的时候，被整理成具有5～15
°
倾角的旋流，燃料离开喷口之后，在燃烧空间内将进一步扩散，燃料刚性减弱，扩散能力显著提高，在燃烧空间内的停留时间以及和助燃剂的接触面扩大，从而提高了燃烧效率。进一步可选的，导流件的螺旋角在8～13
°
之间。这种燃烧组织方式完全不同于传统的冷煤粉直接入炉燃烧的组织，适用于提高高温气固混合燃料的燃烧效率。
23.在本发明中，燃料通道10的壁面为耐火耐磨浇注料浇筑，且可以与导流件11一体浇筑成型。
24.在本发明中，导流件11沿燃料通道的圆周方向设置有多个，例如为2～12个，进一步的，设置4～10个。
25.在本发明的一个示例性实施例中，在通道10的燃料出口端面中，导流件11的面积之和为通道的内壁面所限定的圆面积(其直径为d)的10-60％，进一步可选的，在15～50％。
26.在本发明的实施例中，导流件11在垂直于燃料喷口轴向方向的不同截面上的截面形状为矩形或三角形。
27.在本发明的另外的实施例中，导流件11在垂直于燃料喷口轴向方向的不同截面上的截面面积保持不变。
28.在本发明的另外的实施例中，导流件11在垂直于燃料喷口轴向方向的不同截面上的截面面积在从燃料喷口的出口端面到燃料入口的方向上逐渐变小，直到最终与燃料通道11的内壁面重合，以实现燃料平滑进入导流装置，减少导流件对燃料流的阻力，使其动量得以维持、避免损耗。
29.在本发明中，导流件11在燃料通道10的轴向方向上从通道的出口端面起的长度在1d-2.5d的范围内，使得燃料流在动量相对损耗较少的情况下被整理成旋流，起到对燃料整流的良好效果。
30.在本发明中，燃料喷口还可以包括二次风入口，所述二次风入口开口于所述通道11，即，二次风直接通入到通道11内。
31.图4为根据本发明的一个示例性实施例的燃料喷口的一部分的纵截面示意图；图5为图4中所示的燃料喷口的横截面示意图，该截面穿过了二次风管。图4和图5中的附图标记12对应于二次风管。如图5所示，二次风管12布置在燃料喷口的中心位置，二次风管12的开口处于通道10内且与通道10的出口端面间隔开一个距离(参见图4)。
32.在本发明的一个实施例中，二次风入口在所述通道10的轴向方向上距离通道10的
出口端面的距离在0.5d-1.0d的范围内。二次风入口位置对于实现燃料深度分级燃烧和维持燃料喷口的安全、避免热燃料结渣具有非常重要作用。不同于一般的冷燃料燃烧组织，在本发明的所应用的热燃料燃烧组织中，二次风过早通入燃料通道，将使得燃料过早燃烧，温度进一步提高、混合后燃料的体积增大过多等；二次风通入过晚，则容易产生燃料和二次分掺混太差。因此，在基于模拟和热态试验的基础上，选择将二次风入口位置设置在距离通道10的出口端面0.5d～1.0d之间。
33.将二次风通入燃料通道10，一方面使得燃料与二次风直接掺混，由于燃料本身温度高于燃料着火点的，二次风与燃料相遇即发生深度的分级燃烧，在还原性气氛下，燃料深度分级燃烧，有利于燃料中的氮元素向n2转化，从而降低后续燃烧中燃料型nox的生成。
34.同时，将二次风通入燃料通道10，还可以使得燃料通道内的携带风速提高，从而使得燃料离开喷口时的流动速度快，在旋流降低了火焰刚度后，保证了燃料具有较高的径向扩散速度，从而保证了燃烧空间内燃料的充满度。
35.二次风进入通道10后，与燃料发生部分燃烧反应，使燃料被持续加热，深度分级燃烧，从而更利于燃料离开燃料通道后进入炉膛内的燃烧组织。
36.二次风进入到通道10内的方式不限于图4和图5中所示的方式。
37.在本发明的一个实施例中，二次风通道贯穿燃料通道10的壁面。在一种实施例中，二次风通道从外部水平穿透燃料通道10壁面，且其不与导流件11相贯，如图6中12所示，二次风通道入口设置在相邻的两个导流件之间的壁面上，其个数不大于导流件的个数，并且在圆周方向均匀分布，如图6中，导流件共有8个，而二次风通道入口可设置为4个；在另一种实施例下，二次风通道与导流件相贯穿，如图7中12所示，二次风通道穿过通道10的侧壁以及导流件11，且二次风入口在导流件11的面对所述通道10的中心轴线的端面开口。
38.在图6和图7中，其沿a-a线所获得的截面与图2所示的截面相似，这里不再赘述。
39.在本发明的另外的实施例中，虽然没有示出，二次风通道设置在燃料通道10的壁面内，可选的，二次风通道的轴线与燃料通道的轴线平行，二次风通道远离气流来源的一端与燃料通道内壁面相贯从而二次风出口开口于通道10，即二次风经过二次风通道，从燃料通道10壁面处的二次风出口进入燃料通道10。此外，将二次风通道设置在燃料通道10的壁面内，还可以对燃料通道10的壁面起到冷却作用，且有利于减少燃料通道10的重量和减少加工材料成本。
40.在本发明的另外的实施例中，二次风通道为同轴嵌套在燃料通道10内部的管状通道，如图4中12所示。从二次风出口出来的气体为旋流(可通过在二次风通道12内设置旋流功能结构实现，在本发明的实施例中，该旋流功能结构可以是专门的旋流导叶实现，也可以是通过使得二次风出口通道的倾斜布置而实现)，形成的旋流方向与燃料通道导流件旋转方向一致，这里二次风进入到通道内形成的旋流方向与导流件的旋转方向一致表示两者的旋向一致，不仅包括两者的旋流角度大致一致，也包括例如顺时针或逆时针这样的旋向一致。在本发明的进一步的实施例中，二次风通道可以设置在由导流件11限定的螺旋通道内。
41.在本发明的示例性实施例中，燃料喷口为高温燃料喷口，即进入该燃料喷口的燃料流的温度不低于700℃。
42.本发明提出的上述燃料喷口可以设置在锅炉或窑炉中。相应的，本发明提出了一种燃烧设备，该燃烧设备包括了根据本发明的燃料喷口，燃料经由燃料喷口进入到燃烧设
备的燃烧空间之内。
43.基于以上，本发明提出了如下技术方案：
44.1、一种燃料喷口，包括：
45.通道，所述通道内设置有至少两个导流件，所述导流件为螺旋导流件，导流件之间限定螺旋通道，其中：
46.所述通道具有内壁面，所述导流件与所述内壁面一体；且
47.在所述通道的燃料出口端面中，所述导流件的面积之和为所述内壁面所限定的圆面积的10-60％。
48.2、根据1所述的燃料喷口，其中：
49.所述导流件的螺旋角在5-15
°
的范围内。
50.3、根据2所述的燃料喷口，其中：
51.所述导流件的螺旋角在8-13
°
的范围内。
52.4、根据1所述的燃料喷口，其中：
53.所述导流件的个数在2-12的范围内。
54.5、根据4所述的燃料喷口，其中：
55.所述导流件的个数在4-10的范围内。
56.6、根据1所述的燃料喷口，其中：
57.导流件在垂直于燃料喷口轴向方向的不同截面上的截面面积保持不变；或者
58.导流件在垂直于燃料喷口轴向方向的不同截面上的截面面积在从燃料喷口的出口端面到燃料入口的方向上逐渐变小。
59.7、根据1所述的燃料喷口，其中：
60.导流件在垂直于燃料喷口轴向方向的不同截面上的截面形状为矩形或三角形。
61.8、根据1所述的燃料喷口，其中：
62.在所述通道的燃料出口端面中，所述导流件的面积之和为所述内壁面所限定的圆面积的15-50％。
63.9、根据1-8中任一项所述的燃料喷口，其中：
64.所述内壁面限定的圆的直径为d；
65.所述导流件在所述通道的轴向方向上从通道的出口端面起的长度在1d-2.5d的范围内。
66.10、根据1-8中任一项所述的燃料喷口，其中：
67.所述燃料喷口还包括二次风出口，所述二次风出口开口于所述通道。
68.11、根据10所述的燃料喷口，其中：
69.所述燃料喷口包括通过通道侧壁的二次风流路。
70.12、根据11所述的燃料喷口，其中：
71.所述二次风流路穿过通道侧壁而在圆周方向上处于相邻导流件之间；或者
72.所述二次风流路穿过通道侧壁以及导流件，且所述二次风出口在导流件的面对所述通道的中心轴线的端面开口。
73.13、根据12所述的燃料喷口，其中：
74.所述二次风出口的数量小于导流件的数量，且所述二次风出口在圆周方向上等间
隔布置；
75.14、根据10所述的燃料喷口，其中：
76.所述内壁面限定的圆的直径为d；
77.所述二次风出口在所述通道的轴向方向上距离通道的出口端面的距离在0.5d-1.0d的范围内。
78.15、根据10所述的燃料喷口，其中：
79.所述燃料喷口包括二次风流路，所述二次风流路的至少一部分设置在通道的侧壁中。
80.16、根据10所述的燃料喷口，其中：
81.所述燃料喷口包括二次风流路，所述二次风流路同轴嵌套在所述通道内。
82.17、根据16所述的燃料喷口，其中：
83.所述二次风流路的至少一部分处于所述螺旋通道内。
84.18、根据16所述的燃料喷口，其中：
85.所述燃料喷口包括设置在所述通道内的二次风管道，所述二次风管道的轴线与所述通道的轴线重合设置，所述二次风管道的端部位置设置有所述二次风出口。
86.19、根据18所述的燃料喷口，其中：
87.所述二次风出口的结构或位置设置成使得二次风进入到通道内的旋向与导流件限定的旋向一致。
88.20、根据1-19中任一项所述的燃料喷口，其中：
89.所述燃料喷口为适于温度不低于700℃的燃料流通过的燃料喷口。
90.21、一种燃烧设备，包括：
91.燃烧空间；
92.至少一个喷口，适于向燃烧空间内提供燃料，所述至少一个喷口包括根据1-20中任一项所述的燃料喷口。
93.在本发明中，各个数值范围，除了明确指出不包含端点值之外，除了可以为端点值，还可以为各个数值范围的中值，这些均在本发明的保护范围之内。
94.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化、要素组合，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。