调节燃烧器内的火焰特性制造技术

本发明专利技术提出了一种系统和方法，通过四个主要变量的调整改变燃烧火焰，从而改善以粉状固体为燃料的中小型燃烧器的运行状况。这些变量包括：一次风/燃料混合物的体积；二次风体积；三次风体积和对二次风的旋流。通过改变这些变量可以根据用户的偏好对燃料的燃烧特性进行显著的调整。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提出了一种系统和方法，通过四个主要变量的调整改变燃烧火焰，从而改善以粉状固体为燃料的中小型燃烧器的运行状况。这些变量包括：一次风/燃料混合物的体积；二次风体积；三次风体积和对二次风的旋流。通过改变这些变量可以根据用户的偏好对燃料的燃烧特性进行显著的调整。【专利说明】调节燃烧器内的火焰特性对相关申请的交叉引用。本申请要求标题为“增强中小型燃烧器内火焰特性的可调节性的方法系统”、提交于2013年11月8日的美国临时专利申请US 61902073的优先权，该申请以引用方式纳入。
本专利技术涉及中小型燃烧器内粉状固体燃料(例如煤粉)的燃烧。特别涉及一种通过在燃烧过程中对四个主要变量进行调整来改善锅炉运行状况的系统和方法。
技术介绍
本专利技术涉及小型燃烧器内粉状固体燃料以及运行所述系统的方法。然而，本专利技术不仅仅局限于这个应用。本领域技术人员可以认识到，本专利技术的系统和方法可用于许多其他应用，通过其燃烧少量粉状固体燃料(例如，3.5吨煤每小时)，包括但不局限于水泥窑和蒸汽发生器。燃烧器中排列了一个或多个燃料喷嘴，喷射空气和固体燃料的混合物进入燃烧器，是众所周知的。在这种系统中，煤粉和加压空气作为空气-燃料混合物被吹进燃烧器中。此空气-燃料混合物在进入所述燃烧器前可能已经被点燃，或者可能进入所述燃烧器来点燃。上述系统的一个重要任务是为燃料的完全燃烧提供合适的条件。这主要通过以适当的速度、角度和旋转喷射燃料供给进入所述燃烧器，并使所述燃料在所述燃烧器内停留充足的时间来实现。在大型工业燃煤燃烧器中，所述粉状固体燃料的完全燃烧得以确保，是由于这些燃烧器有大燃烧室和复杂的燃料预热和传送系统。典型地，这些大型燃烧器中，预热装置和燃烧室本身的设计为，煤粉与助燃空气充分混合，在燃烧器中停留时间延长，从而确保煤粉的充分燃烧。例如，复杂的系统，如切向燃烧的燃烧器，设计为，煤粉射入虚拟的涡流，从而延长了煤粉在燃烧室中的停留时间。遗憾的是，以上所述不适用于燃烧粉状固体燃料，如煤粉，的中小型燃烧器，使用小型装置，燃料预热准备受到限制。因此，有必要改进中小型燃烧器的燃料燃烧，同时提供容易建造，生产成本低的系统。 进一步地，本专利技术也通过低和高的燃料负荷以及燃烧器火焰的调节，增强了运行的灵活性。
技术实现思路
本专利技术描述了这样一种方法，二次和三次助燃风气流以与一次风/燃料混合物气流明显相反的方向移动，而且对所述二次风有旋转作用，通过调节这些因素可以明显改变燃烧火焰的各方面。对火焰燃烧的大幅度调节可以有效地通过以下四个主要变量的相互作用进行:一次风/燃料混合物的体积;二次风体积;三次风体积；以及施加于二次风的旋流。相比于现有技术，本专利技术有许多优势，尤其是:增加的极限负荷比，燃烧过程中效率的提高，以及在燃料燃烧过程中有更多的操作可选项。【附图说明】图1A和IB根据本专利技术的一个实施例描述了本专利技术的两个横截面图。图1A说明了对二次风未施加旋流的系统，而图1B说明了对二次风施加旋流的系统。图2是本专利技术的一个横截面图，说明了低燃料负荷和大部分燃烧发生在燃烧器内的情景。图3是本专利技术的一个横截面图，说明了低燃料负荷和小部分燃烧发生在燃烧器内的情景。图4是本专利技术的一个横截面图，说明了高燃料负荷和小部分燃烧发生在燃烧器内的情景。图5是本专利技术的一个横截面图，说明了高燃料负荷和大部分燃烧发生在燃烧器内的情景。【具体实施方式】通过参考附图，对于本领域的技术人员，本专利技术会更容易被理解，本专利技术的许多目的和优势也会变得显而易见。图1A和IB根据本专利技术的一个实施例描述了本专利技术的两个横截面图。图1A说明了对二次风未施加旋流的系统，而图1B说明了对二次风施加旋流的系统。编号为I至4的粗箭头图示了发生在系统内相关空气气流的流动方向。参照图1A和图1B，燃烧器101包括了一个燃烧室，其形状为渐宽的圆锥形。一次风/燃料混合气流I大体沿着所述燃烧器的中轴线的第一方向，通过安装在燃烧器101出口处轴向位置的风管102，使用一次风/燃料混合物送风装置(在图1中未显示)，进入燃烧器101。所述风管的出口面对所述燃烧器101的进口。在燃烧器101的进口，安装了二次送风装置104，使二次风气流2进入燃烧器101时，二次风气流2的方向与一次风/燃料气流I的方向明显相反。二次风气流2使一次风/燃料混合气流I改变方向成为回流4。在二次送风装置104和燃烧器101的进口之间，安装了可调节的联动的成型叶栅105，使得旋流效果可以施加于到达燃烧器101的二次风2。可调节的联动的成型叶栅105的方向垂直于燃烧器101的中轴线。参考图1A可以看出，可调节的联动的成型叶栅105被调整为使进入的二次风2不受旋流影响。在这种情况下，如标号为2的箭头所示，二次风2直接吹入燃烧器101。参考图1b可以看出，对可调节的联动的成型叶栅105被调整为使进入的二次风2受旋流影响。在这种情况下，如标号为2的箭头所示，二次风2以旋转的方式吹入燃烧器 1l0沿着燃烧器101的内壁，安装了环形空间106，使三次风气流3从三次送风装置107进入燃烧器1I时，三次风气流3沿着燃烧器1I内壁与二次风气流2大致相同的方向流动。尽管不包括在本文件描述的实施例内，可调节的联动的成型叶栅或其他在垂直于燃烧器101的中轴线的方向上给三次风施加旋流的装置，也可以被设想。如前文提到的，本专利技术利用四个主要变量来调整燃烧在系统内如何发生以及在何处发生。这些变量是:一次风/燃料混合物I的体积;二次风2体积;三次风3体积和施加于二次风2的旋流R。由于一次风I的体积太小，无法显著地影响燃料的燃烧过程，因此其主要用途是把粉状固体燃料输送到燃烧器101。第一个变量，即一次风/燃料混合物I，其空气体积不会发生显著变化。粉状燃料的体积却是这个变量的决定因素。二次风2和三次风3的共同作用是供应助燃空气到燃烧器101。可以理解为，二次风2和三次风3供应的助燃空气的比例取决于粉状固体燃料的负荷。因此，对于一定量的燃料负荷，改变二次风体积必然会导致三次风体积的同比例的相反变化，这样，，在任何时候供应到燃烧器的助燃空气的总体积必须为该燃料负荷的助燃空气足量供应所需的摩尔当量体积的负/正10%(因此，避免了由于助燃空气的过量供应或供应不足导致的潜在问题)。最后，第四个变量，即对二次风的旋流R，的主要功能是为了更好地混合粉状固体燃料，并在高燃料负荷运行的状态下在燃烧器101内实现一个强大的回流动力机制。需要指出的是，上述的回流取决于燃烧器101的直径和整体设计，相对较小的直径会减轻二次风2的旋流对燃烧器内部流体动力机制的影响。另一方面，相对较大的直径会增加二次风2的旋流对燃烧器内部流体动力机制的影响。本专利技术的方法和实质可以通过分别对以下4种不同运行情景下的燃烧器的运行状况进行描述而更好地被阐述:1.低燃料负荷且大部分燃烧发生在燃烧器内；2.低燃料负荷且小部分燃烧发生在燃烧器内；3.高燃料负荷且小部分燃烧发生在燃烧器内；4.高燃料负荷且大部分燃烧发生在燃烧器内。可以理解，为了简单起见，披露了上述四个运行情景。然而，这些都是极端情景，根据本文件未描述的不同的燃料负荷，本专利技术的方法也允许火焰燃烧的逐步变化。1.低燃料负荷且大部分燃烧发生在燃烧器内 参照图2可以看出，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进燃烧器内粉状固体燃料燃烧产生的火焰的特性和可调性的系统，其特征在于，包括：‑一个用于点燃并维持所述火焰的燃烧器；‑一次送风装置，用于向所述火焰中注入一次风和燃料混合物，大体在第一方向上沿着所述燃烧器的中轴线；‑二次送风装置，用于向所述火焰中注入二次风，大体在第二方向上沿着所述燃烧器的中轴线，所述第二方向大体与所述第一方向相反；‑三次送风装置，用于向所述火焰中注入三次风，大体在第三方向上沿着所述燃烧器的内壁，所述第三方向大体与所述第一方向相反；‑一个调节装置，用于调节所述一次风和燃料混合物，所述二次风和所述三次风的速度和比例；其中，所述一次风和燃料混合物，所述二次风，和所述三次风的融合建立并维持火焰，并且所述火焰的所述特性可以调节。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：施政，
申请(专利权)人：施政，
类型：发明
国别省市：北京;11