一种氨煤混燃燃烧器

技术领域

本发明涉及氨煤混燃技术领域，尤其涉及一种氨煤混燃燃烧器。

背景技术

氨气作为一种可再生能源，具有易于液化、便于储存运输、能量体积密度大、储能效果好等优点，通过开发燃煤机组掺氨关键技术可以实现氨能的清洁高效规模化利用，相比于化石燃料，氨煤混燃的碳排放更少。

现有燃煤机组在氨气与燃煤的混合过程与入锅炉的过程中存在难以控制氨气与燃煤的比例、燃烧不稳定、燃烧效率低等问题，可能会导致氨煤混燃不充分，从而存在氮氧化物排放超标的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氨煤混燃燃烧器，以解决氨煤混燃燃烧不稳定且效率低的问题，提高锅炉掺氨燃烧效率，调节氨煤掺混效果，保障燃料在锅炉内的充分燃烧。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种氨煤混燃燃烧器，包括：

氨气输送管道，用于向炉膛输送氨气，所述氨气输送管道的输出端连接有摆角，所述摆角连接有第一驱动件，所述第一驱动件能够使所述摆角与所述氨气输送管道的角度可选择性的改变，用于调整所述氨气的射出角度；

一次风管，所述一次风管套设在所述氨气输送管道的输出端上，用于向所述炉膛输送一次风；

二次风管，所述二次风管套设在所述一次风管上，所述二次风管一端与外界连通，另一端与所述炉膛连通，用于向所述炉膛输送二次风；

浓缩器，所述浓缩器设置于所述一次风管内部，用于使所述一次风管内部形成煤粉浓度不同的两股气流；

所述氨气输送管道、所述一次风管的输出端、所述二次风管同轴设置。

作为优选，所述一次风管包括弯折部和输送部，所述弯折部一端与所述输送部连通，所述输出端位于所述输送部背离所述弯折部的一端，所述氨气输送管道背离所述摆角的一端穿过所述弯折部。

作为优选，所述氨气输送管道内部设置有喷枪，用于向所述一次风管输送氨气。

作为优选，所述第一驱动件为摆动连杆机构，所述摆动连杆机构一端与所述摆角连接。

作为优选，所述氨煤混燃燃烧器还包括轴向旋流装置，所述轴向旋流装置包括旋流叶片，所述旋流叶片设置在所述摆角内壁，用于引导所述氨气从所述摆角输出。

作为优选，所述轴向旋流装置还包括第二驱动件，所述第二驱动件与所述旋流叶片连接，用于使所述旋流叶片与所述摆角内壁的角度可选择地改变，调节氨气流切向速度。

作为优选，所述摆角与所述氨气输送管道的角度变化范围为0°-30°，和/或，所述旋流叶片与所述摆角内壁的角度变化范围为30°-45°。

作为优选，所述二次风管包括：

二次内风管，所述二次内风管套设在所述一次风管上，所述二次内风管的输出端与所述炉膛的距离小于所述一次风管的输出端与所述炉膛的距离；

二次外风管，所述二次外风管套设在所述二次内风管上，所述二次外风管的输出端与所述炉膛的距离小于所述二次内风管的输出端与所述炉膛的距离。

作为优选，所述二次风管还包括导流风道，所述导流风道与所述二次外风管的输出端连接，用于将混合后的气体输送至所述炉膛内部。

作为优选，所述氨煤混燃燃烧器还包括多个支撑板，多个所述支撑板沿氨气输送管道周向设置于所述氨气输送管道与所述一次风管之间，和/或，多个所述支撑板沿所述一次风管周向设置于所述一次风管与所述二次内风管之间，和/或，多个所述支撑板沿所述二次内风管周向设置于所述二次内风管与所述二次外风管之间。

本发明的有益效果：

一种氨煤混燃燃烧器，包括：

氨气输送管道，用于向炉膛输送氨气，所述氨气输送管道的输出端连接有摆角，所述摆角连接有第一驱动件，所述第一驱动件能够使所述摆角与所述氨气输送管道的角度可选择性的改变，用于调整所述氨气的射出角度；一次风管，所述一次风管套设在所述氨气输送管道的输出端上，用于向所述炉膛输送一次风；二次风管，所述二次风管套设在所述一次风管上，所述二次风管一端与外界连通，另一端与所述炉膛连通，用于向所述炉膛输送二次风；浓缩器，所述浓缩器设置于所述一次风管内部，用于使所述一次风管内部形成煤粉浓度不同的两股气流；所述氨气输送管道、所述一次风管、所述二次风管同轴设置。

如此，在浓缩器的作用下，通过一次风管输入端进入的携带煤粉的一次风在一次风管内部形成浓度不同的两股气流，第一驱动件能够改变摆角与氨气输送管道的角度，使摆角输出的氨气可选择地与浓相区或淡相区的煤粉接触，达到动态调整氨气射入角度的效果，提高氨煤掺混效果；混合了氨气和煤粉的一次风继续与通过二次风管输出的二次风混合，能够实现分级燃烧，使进入炉膛的气流各成分混合更加均匀，减少氮氧化物的排放，提高氨煤混燃的效率。

附图说明

图1是本发明实施例中氨煤混燃燃烧器的纵剖图；

图2是本发明图1中A-A剖视示意图；

图3是本发明旨在显示第一驱动件的局部结构示意图。

图中：

1、氨气输送管道；11、摆角；12、第一驱动件；2、一次风管；21、弯折部；22、输送部；3、二次风管；31、二次内风管；32、二次外风管；33、导流风道；4、浓缩器；5、旋流叶片；6、支撑板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

参阅图1和图2，本发明提供一种氨煤混燃燃烧器，包括氨气输送管道1、一次风管2、二次风管3和浓缩器4。氨气输送管道1用于向炉膛(图中未示出)输送氨气，氨气输送管道1的输出端连接有摆角11，摆角11连接有第一驱动件12，第一驱动件12能够使摆角11与氨气输送管道1的角度可选择性的改变，用于调整氨气的射出角度。一次风管2套设在氨气输送管道1的输出端上，用于向炉膛输送一次风。二次风管3套设在一次风管2上，二次风管3一端与外界连通，另一端与炉膛连通，用于向炉膛输送二次风。浓缩器4设置于一次风管2内部，用于使一次风管2内部形成煤粉浓度不同的两股气流。氨气输送管道1、一次风管2的输出端、二次风管3同轴设置。

其中，氨气输送管道1的长度方向与水平方向平行，氨气输送管道1与一次风管2之间形成一次风道，二次风管3与一次风管2之间形成二次风道；氨气输送管道1、一次风管2和二次风管3的输出端均为靠近炉膛的一端；氨气输送管道1、一次风管2和二次风管3远离炉膛的一端为输入端，氨气输送管道1的输入端、一次风管2的输入端、二次风管3的输入端分别连接有输气设备，各输气设备分别用于向氨气输送管道1内部输送氨气、向一次风管2内部输送混合有煤粉的空气(即一次风)、向二次风管3内部输送空气(即二次风)，从而使氨气、一次风、二次风混合进入炉膛。

进一步地，浓缩器4设置在一次风管2背离炉膛的一端，浓缩器4一端与一次风管2内壁固定连接，另一端朝向炉膛设置。

可以理解的是，输气设备可为风机，也可为风扇、气泵等设备，能够达到将空气从二次风管3输入端输送至输出端即可，在此不做过多列举。

需要说明的是，混合有煤粉的一次风通过一次风管2的输入端进入一次风管2内部，并与浓缩器4发生碰撞，使一次风管2内部的煤粉分布不均，形成浓淡两股气流，氨气输送至氨气输送管道1内部，并通过摆角11与一次风管2中的一次风混合，通过第一驱动件12调整摆角11与氨气输送管道1的角度，能够调整氨气射入第一风道的角度，从而可选择地与一次风管2内的浓相区或淡相区煤粉接触。

如此，通过改变摆角11与氨气输送管道1的角度，当氨气与浓相区煤粉直接接触时，氨气能够与浓相区煤粉提前混合，使燃烧区域内形成弱还原性气氛，抑制部分焦炭氮向氮氧化物的转化，并且，混有煤粉的一次风和氨气可互相促进燃烧。氨气与一次风所携带的煤粉在摆角11出口被点燃后，再与二次风管3输出的空气气流混合，便于调节氨煤掺混效果，使氨煤混燃更加充分和稳定，达到分级燃烧降低氮氧化物等污染物排放的效果。

参阅图1，在一些实施例中，浓缩器4在竖直方向上的高度定义为h，一次风管2的高度定义为H，H与h的比值范围为：5～10。

如此，在浓缩器4的作用下，一次风管2内形成浓淡两种浓度的煤粉气流，不同浓度的气流在一次风管2内流动，使摆角11输出的氨气能够充分与煤粉混合，进一步提高氨煤掺混效果，使氨煤混燃能够稳定地进行。

参阅图1，在一些实施例中，一次风管2包括弯折部21和输送部22，弯折部21一端与输送部22连通，输出端位于输送部22背离弯折部21的一端，氨气输送管道1背离摆角11的一端穿过弯折部21。其中，弯折部21与输送部22连接的一端弯曲设置，弯折部21背离输送部22的一端为输入端，在氨煤混燃燃烧器工作时，弯折部21竖直设置。

如此，混合有煤粉的一次风通过弯折部21进入输送部22时，在弯折部21的弯折处改变方向，并在位于输送部22的浓缩器4的作用下，形成煤粉浓淡不同的气流，在一次风道出风口处，氨气能够与一次风内混合的煤粉充分混合，提高氨煤掺混效果。

参阅图1，在一些实施例中，氨气输送管道1内部设置有喷枪(图中未示出)，用于向一次风管2输送氨气。进一步地，喷枪与氨气输送管道1的输出端同轴设置，喷枪与氨气输送管道1的纵截面均为圆形，且喷枪的直径与氨气输送管道1的直径相同。

可以理解的是，喷枪可设置在氨气输送管道1内部，也可设置在摆角11内部，喷枪的位置及安装方式可根据实际需要进行调整，能够达到使氨气从摆角11中射入一次风管2内部即可，本申请中，喷枪设置在氨气输送管道1内部，且喷枪与氨气输送管道1固定连接。

如此，喷枪将氨气喷出后，在摆角11的作用下以特定的角度与混合煤粉的一次风混合，便于使煤粉充分与氨气结合并在一次风道内燃烧，一次风、煤粉、氨气与二次风混合后通过二次风道进入炉膛，能够减少氮氧化物的产生，提高燃烧效率。

参阅图1，在一些实施例中，喷枪的直径定义为r，一次风管2的高度为H，H与r的比值范围为：3～8。

可以理解的是，根据氨气掺烧比例，工作人员可选择使用相应直径的喷嘴，氨气掺烧比例越高，氨气喷嘴的设计直径越大。

如此，通过设计喷枪与一次风管2的尺寸，能够使燃烧器在不同氨气掺烧比例下均能稳定燃烧，并控制氮氧化物的排放量，实现提高燃烧效率和氨煤混燃的稳定性。

参阅图2，在一些实施例中，第一驱动件12为摆动连杆机构(图中未示出)，摆动连杆机构一端与摆角11连接。其中，第一驱动件12设置有两个，两个第一驱动件12分别设置在摆角11在竖直方向上的两侧，用于驱动摆角11上下摆动。

进一步地，摆动连杆机构包括第一连杆(图中未示出)、与第一连杆转动连接的第二连杆(图中未示出)、与第二连杆同轴连接的第三连杆(图中未示出)、与第三连杆连接的第四连杆(图中未示出)，第一连杆背离第二连杆的一端与摆角11固定连接，第四连杆背离第三连杆的一端连接有摆动驱动件(图中未示出)，用于驱动第四连杆摆动。

当第四连杆摆动带动第三连杆、第二连杆、第一连杆转动时，第一连杆与摆角11连接的一端带动摆角11上下摆动。

如此，在摆动连杆机构的作用下摆角11摆动，能够快速调节摆角11与氨气输送管道1的角度，从而调节氨气的射出角度，实现动态控制氨气与煤粉的结合程度，便于在燃烧过程中及时作出调整，提高燃烧效率，减少氮氧化物的排放。

可以理解的是，第一驱动件12也可为摆动器、液压油缸等直接驱动摆角上下摆动的结构，可根据实际需要进行调整，在此不做过多列举。

参阅图2，在一些实施例中，氨煤混燃燃烧器还包括轴向旋流装置，轴向旋流装置包括旋流叶片5，旋流叶片5设置在摆角11内壁，用于引导氨气从摆角11输出。进一步地，旋流叶片5与摆角11内壁呈角度设置，旋流叶片5设置有多个，多个旋流叶片5沿摆角11的轴线周向设置在摆角11靠近炉膛的一端。

可以理解的是，从摆角11射出的氨气经过旋流叶片5后以特定的旋转射流角度射入一次风管2内，旋流叶片5与摆角11内壁的具体角度可根据氨气掺烧比例进行调整；旋流叶片5的数量可根据实际需要进行调整，例如4个、5个、6个、7个、8个等，根据实际需要可灵活调整。

如此，通过摆角11输送的氨气在旋流叶片5的作用下能够以特定的射流角度与一次风混合，给喷射的氨气带来切向速度，使氨气卷吸煤粉气流，实现氨气、煤粉、一次风的充分混合，提高氨煤掺混效果，使氨煤混燃的燃烧更加稳定高效。

进一步地，氨气在摆角中的流速小于一次风在一次风道中的流速，使氨气射流不会穿透一次风的煤粉射流达到二次风区域。一次风风量占总风量的20％-30％，二次内风道内的风量占总风量的50％-60％，二次外风道内的风量占总风量的10％-30％。

参阅图2，在一些实施例中，轴向旋流装置还包括第二驱动件，第二驱动件与旋流叶片5连接，用于使旋流叶片5与摆角11内壁的角度可选择地改变，调节氨气流切向速度。

其中，第二驱动件包括传动连杆(图中未示出)、与从传动连杆连接的总连接环(图中未示出)、转动驱动件(图中未示出)，转动驱动件与总连接环连接，用于驱动总连接环转动，传动连杆一端与总连接环转动连接，另一端夹持旋流叶片5，使总连接环转动时，传动连杆夹持旋流叶片5的一端带动旋流叶片5转动，从而改变旋流叶片5与摆角11内壁的角度，达到调节氨气射流角度的效果。

可以理解的是，第二驱动件也可为其他结构，第二驱动件的具体结构及设置位置可根据实际需要进行调整，在此不做过多列举。

如此，在第二驱动件的作用下，旋流叶片5与摆角11内壁的角度可调整，当氨气流可能会穿透煤粉气流时可调小角度以减小氨气流切向速度，氨气与煤粉混合不佳时可调大角度，从而实现在燃烧过程中动态控制氮氧化物的排放，提高氨煤混燃效率。

参阅图1，在一些实施例中，摆角11与氨气输送管道1的角度变化范围为0°-30°，旋流叶片5与摆角11内壁的角度变化范围为30°-45°。示例性地，摆角11与氨气输送管道1的角度可为5°、10°、15°、20°、25°；旋流叶片5与摆角11内壁的角度可为35°、40°。

需要说明的是，摆角11处于水平状态时，摆角11与氨气输送管道1所成角度为0°，当摆角11向朝向浓缩器4的方向(即一次风管2内的淡相区)转动时，摆角11与氨气输送管道1所成角度为正数，当摆角11向背离浓缩器4的方向(即一次风管2内的浓相区)转动时，摆角11与氨气输送管所成角度为负数。

如此，当摆角11与氨气输送管道1所成角度为负数时，氨气能够与浓相区煤粉充分混合，互相促进充分燃烧，当氨气的射入量或煤粉的输入量发生变化时，能够通过调整摆角11的角度动态调整氨气的射入角度，从而使氨气与煤粉始终保持充分混合的状态。

参阅图1，在一些实施例中，二次风管3包括二次内风管31和二次外风管32，二次内风管31套设在一次风管2上，二次内风管31的输出端与炉膛的距离小于一次风管2的输出端与炉膛的距离；二次外风管32套设在二次内风管31上，二次外风管32的输出端与炉膛的距离小于二次内风管31的输出端与炉膛的距离。

其中，二次内风管31与一次风管2之间形成二次内风道，二次外风管32与二次内风管31之间形成二次外风道，二次内风管31、二次外风管32均连接有输气设备，用于向二次内风道、二次外风道输送空气，使其通过二次内风管31、二次外风管32与一次风、煤粉、氨气混合并共同输送进入炉膛。

如此，通过多个风道设计，能够使氨气与混合有煤粉的一次风气流在喷枪出口被点燃后，与二次内风道输出的二次风和二次外风道输出的二次风依次混合，达到分级燃烧、降低氮氧化物等污染物排放的目的。

可以理解的是，为了使燃烧更加充分，还可在二次外风管32外套设更多同轴设置的管道，使氨气、煤粉、一次风、二次风均匀混合进入炉膛。

参阅图1，在一些实施例中，二次风管3还包括导流风道33，导流风道33与二次外风管32的输出端连接，用于将混合后的气体输送至炉膛内部。其中，导流风道33一端与二次外风管32固定连接，另一端朝向炉膛，且朝向炉膛的一端纵截面积大于与二次外风管32连接的一端纵截面积。

如此，氨气、煤粉、一次风、二次风混合形成混合风后通过导流风道33进入炉膛，能够使混合风在导流风道33中进一步混合充分，使混合风进入炉膛后能够更充分地燃烧，提高氨煤混燃的燃烧效率。

参阅图3，在一些实施例中，氨煤混燃燃烧器还包括多个支撑板6，多个支撑板6沿氨气输送管道1周向设置于氨气输送管道1与一次风管2之间(即一次风道内)，多个支撑板6沿一次风管2周向设置于一次风管2与二次内风管31之间(即二次风道内)，多个支撑板6沿二次内风管31周向设置于二次内风管31与二次外风管32之间(即三次风道内)。

其中，设置在一次风道内、二次内风道内、二次外风道内的支撑板6均交错设置，支撑板6两端分别与其连接的结构抵接。

如此，通过设置支撑板6，使氨气输送管道1、一次风管2、二次内风管31、二次外风管32之间能够稳定连接，提高输气过程中管道的稳定性，有利于使氨气、煤粉、一次风、二次风稳定混合后被输送至炉膛内。

可以理解的是，一次风道内、二次内风道内、二次外风道内的支撑板6的数量可以相同，也可以不同，在此不做过多赘述。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。