整体煤气化燃料电池发电系统及其尾气纯氧燃烧器

技术领域

本公开涉及固体氧化物燃料电池发电技术领域，具体地，涉及一种整体煤气化燃料电池发电系统及其尾气纯氧燃烧器。

背景技术

整体煤气化燃料电池(Integrated Gasification Fuel Cell，IGFC)发电系统是燃料电池发电技术与煤气化技术相结合的新一代先进的燃煤发电技术，针对CO

在专利CN104296142A、CN106402859A以及CN206247329U中，均采用了氧气一次风和二次风等分级供给的方式，多级燃烧的实施条件在于氧气需要一定程度的过量，以保证一次燃烧的有效性。一些实例中进行燃料气与氧气预混，或者利用单旋流和烟气管路提升稳定燃烧稳定性。

然而，纯氧燃烧技术应用于CO

发明内容

本公开的第一个目的是提供一种尾气纯氧燃烧器，该尾气纯氧燃烧器能够增加火焰的稳定性和附着性，使尾气充分燃烧，提升烟气中CO

本公开的第二个目的是提供一种整体煤气化燃料电池发电系统，该整体煤气化燃料电池发电系统使用本公开提供的尾气纯氧燃烧器。

为了实现上述目的，本公开提供一种尾气纯氧燃烧器，包括火焰筒，所述火焰筒的内腔形成燃烧室，所述尾气纯氧燃烧器还包括与所述燃烧室连通且与所述火焰筒轴向对接的通气装置，所述通气装置包括由内到外依次同轴布置的尾气供气管、氧气稳压管以及空气稳压管，其中，所述尾气供气管用于选择性地通入阳极尾气、或氢气、或惰性气体，所述尾气供气管的下游端设有尾气喷嘴，所述尾气喷嘴的出射端具有尾气旋流喷孔，所述火焰筒与所述通气装置之间设有布风板，所述布风板的覆盖在所述氧气稳压管的位置具有氧气旋流喷孔，所述布风板的覆盖在所述空气稳压管的位置具有空气直流喷孔。

可选地，所述布风板的靠近所述燃烧室的一侧连接有稳焰器，所述稳焰器通过所述尾气旋流喷孔与所述尾气供气管连通，所述稳焰器通过所述氧气旋流喷孔与所述氧气稳压管连通。

可选地，所述稳焰器构造为从所述布风板朝向所述燃烧室直径渐增的锥形。

可选地，所述火焰筒和/或所述稳焰器的内壁设有隔热内衬。

可选地，所述尾气喷嘴的出射端的端面构造为锥形面，所述尾气旋流喷孔沿周向均匀分布在所述锥形面上。

可选地，每个所述尾气旋流喷孔均为倾斜的圆形通孔结构，所述锥形面与所述尾气喷嘴的轴线的夹角为50°-70°，所述尾气旋流喷孔的轴线相对于所述锥形面的母线逆时针呈20°-40°。

可选地，所述尾气旋流喷孔的孔道为直孔。

可选地，所述火焰筒具有用于安装点火器的第一安装孔和用于安装火焰检测器的第二安装孔。

可选地，所述火焰筒的外壁外侧间隔套设有用于通入冷媒的夹套。

根据本公开的第二个方面，还提供一种整体煤气化燃料电池发电系统，包括本公开提供的尾气纯氧燃烧器。

通过上述技术方案，采用尾气和氧气双旋流方式，增强尾气和氧气的掺混效果，火焰中心由于旋流作用产生低速区，增加了火焰的稳定性和附着性。通过设置独立于氧气稳压管的空气稳压管，可以在系统的前置换、点火启动过程中使用空气助燃，启动后平稳切换至纯氧，以增强纯氢气启动条件下系统的安全性。且氧气采用一次供给，将尾气沿尾气旋流喷孔轴线的倾斜方向逆时针旋流，同时利用布风板上的氧气旋流喷孔将氧气进行旋流，并一次通入燃烧区域，氧气具有可接受混合效果的气速，能够保证在当量比附近的高效燃烧，进而提升CO

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开一示例性实施方式提供的尾气纯氧燃烧器的结构示意图；

图2是本公开一示例性实施方式提供的尾气纯氧燃烧器的俯视图；

图3是本公开一示例性实施方式提供的尾气纯氧燃烧器的剖视图；

图4是本公开一示例性实施方式提供的尾气纯氧燃烧器中通气装置的结构示意图；

图5是本公开一示例性实施方式提供的尾气纯氧燃烧器中通气装置的俯视图；

图6是本公开一示例性实施方式提供的尾气纯氧燃烧器中尾气喷嘴的结构示意图；

图7是本公开一示例性实施方式提供的尾气纯氧燃烧器中尾气喷嘴的正视图；

图8是本公开一示例性实施方式提供的尾气纯氧燃烧器中尾气喷嘴的剖视图；

图9是本公开一示例性实施方式提供的尾气纯氧燃烧器中尾气喷嘴的俯视图一；

图10是本公开一示例性实施方式提供的尾气纯氧燃烧器中尾气喷嘴的俯视图二。

附图标记说明

1 火焰筒101第一安装孔

2 尾气供气管201尾气进口

3 氧气稳压管301氧气进口

4 空气稳压管401空气进口

5 尾气喷嘴501尾气旋流喷孔

6 布风板601氧气旋流喷孔

602 空气直流喷孔7稳焰器

8 隔热内衬9夹套

901 冷媒进口902冷媒出口

10安装底座

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”是针对相关部件的实际使用状态而言的。“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。此外，本公开实施例中使用的术语“第一、第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。

目前，阳极尾气流量受制于系统发电效率，可调节性较差，在点火过程中需要动态调节氧气含量，为保证点火过程顺利，通常需要一定量的过量氧气供应，然而CO

鉴于此，如图1至图10所示，本公开提供一种尾气纯氧燃烧器，该尾气纯氧燃烧器可以包括火焰筒1，火焰筒1的内腔形成燃烧室，尾气和氧气在燃烧室内进行燃烧反应，烟气通过火焰筒1导入下游系统，进而进行脱水或CO

具体地，尾气供气管2的下游端设有尾气喷嘴5，如图3所示，尾气喷嘴5通过安装底座10安固定在尾气供气管2的下游端，尾气喷嘴5的出射端具有尾气旋流喷孔501，由于燃料电池阳极尾气已经在燃料电池系统中进行大量电化学反应，大部分热值已经转化为电能，因此热值超低，远低于正常的燃料气，若采用直喷射流，火焰附着性极差，易吹熄，在本公开中，尾气通过尾气进口201进入尾气供气管2，再通过尾气旋流喷孔501旋流后进入燃烧室的燃烧区域，尾气旋流喷孔501相较于直喷喷嘴，对低热值高含水量尾气的燃烧稳定性和火焰附着性有较大的加强作用。进一步地，火焰筒1与通气装置之间设有布风板6，布风板6的覆盖在氧气稳压管3的位置具有氧气旋流喷孔601，氧气由氧气进口301进入氧气稳压管3，再通过氧气旋流喷孔601进入燃烧区域，旋流作用可将高温的燃烧烟气进行卷吸回流，提高燃烧稳定性；布风板6的覆盖在空气稳压管4的位置具有空气直流喷孔602，用以在启动点火和置换过程中向燃烧室通入空气。

通过上述技术方案，采用尾气和氧气双旋流方式，增强尾气和氧气的掺混效果，火焰中心由于旋流作用产生低速区，增加了火焰的稳定性和附着性。通过设置独立于氧气稳压管的空气稳压管，可以在系统的前置换、点火启动过程中使用空气助燃，启动后平稳切换至纯氧，以增强纯氢气启动条件下系统的安全性。且氧气采用一次供给，由于燃料电池阳极尾气中富含一定量的氢气，纯氧条件下燃烧速率极快，若采用预混方式易形成回火毁损燃烧器设备，本公开将尾气沿尾气旋流喷孔轴线的倾斜方向逆时针旋流，同时利用布风板上的氧气旋流喷孔将氧气进行旋流，并一次通入燃烧区域，氧气具有可接受混合效果的气速，能够保证在当量比附近的高效燃烧，进而提升CO

其中，参考图3，布风板6的靠近燃烧室的一侧可以连接有稳焰器7，具体地，稳焰器7可以焊接在布风板6上，稳焰器7通过尾气旋流喷孔501与尾气供气管2连通，稳焰器7通过氧气旋流喷孔601与氧气稳压管3连通。稳焰器7能够使部分已燃高温燃烧产物产生回流运动，从而达到稳定火焰的目的。在本公开的实施例中，尾气进入尾气供气管2，并通过尾气旋流喷孔501旋流后进入燃烧室，氧气进入氧气稳压管3，并通过氧气旋流喷孔601旋流后进入燃烧室，氧气和尾气在稳焰器7内部进行混合，通过稳焰器7的导流作用，进一步增加低速回流区的体积，增强卷吸效应，提高燃烧附着性和稳定性。

具体地，参考图3，稳焰器7可以构造为从布风板6朝向燃烧室直径渐增的锥形，气流通过锥形稳焰器7时可压缩气流，并在旋流作用下气流可挤压旋转导出，带动火焰喷射出，提高气流压强，火焰喷射更远，稳焰器7的靠近布风板6的一侧开口较小，能够确保气速，使氧气与尾气的混合效果更好。

在本公开的实施例中，参考图3，火焰筒1和稳焰器7中至少一者的内壁可以设有隔热内衬8，火焰筒1和稳焰器7等火焰附着或直接接触的元件，采用热防护部件或者物理冷却方式进行高温保护，使元件处于低温度水平运行，提升设备安全性和使用寿命。在本公开的实施例中，在燃烧室和稳焰器内部布置隔热陶瓷内衬，以防护火焰筒1和稳焰器7的内表面，避免直接接触高温火焰，提升了设备的安全性能。

作为本公开一实例性实施例，尾气喷嘴5的出射端的端面可以构造为锥形面，尾气旋流喷孔501沿周向均匀分布在锥形面上。如图6、图7所示，尾气喷嘴5的出射端面形成为钝体锥形结构，钝体具有较大的压差阻力，可将高温的燃烧烟气进行卷吸回流，提高燃烧稳定性。

进一步地，每个尾气旋流喷孔501均可以为倾斜的圆形通孔结构，其中，参考图8，锥形面与尾气喷嘴5的轴线的夹角可以为α，50°≤α≤70°，具体地，α可选为58°，参考图10，尾气旋流喷孔501的轴线相对于锥形面的母线逆时针呈β，20°≤β≤40°，具体地，β可选为30°，在其他实施例中，尾气旋流喷孔501也可以顺时针旋流，均属于本公开的保护范围。

再进一步地，参考图9，尾气旋流喷孔501的孔道可以为直孔，也可以为螺旋孔，能实现气体旋流的效果即可，在此不做具体限定。

根据一些实施例，参考图3，火焰筒1具有可以用于安装点火器的第一安装孔101和可以用于安装火焰检测器的第二安装孔。通过安装自动点火器和火焰检测器能够实现燃烧器的自动安全点火和火焰状态的在线检测。如果发生火焰熄灭的情况，还可通过控制装置将系统自动切换至保护模式，切断尾气的输入，并向分别向尾气供气管2和空气稳压管4中通入氮气和空气，避免危险的发生，提升系统的安全性。

其中，参考图3，火焰筒1的外壁外侧间隔套设有可以用于通入冷媒的夹套9，冷媒可以为冷却空气，也可以为冷却液。在本公开的实施例中，冷媒选用冷却空气，其中，夹套9的侧壁的下端开设有冷媒进口901，夹套9的侧壁的上端开设有冷媒出口902，这样，自下而上通入冷却空气对火焰筒1的壁面进行强制冷却。另外，夹套9可设置有安装接口，用于与系统内其他部件进行安装。

根据本公开的第二个方面，还提供一种整体煤气化燃料电池发电系统，该整体煤气化燃料电池发电系统包括上述的尾气纯氧燃烧器，该整体煤气化燃料电池发电系统具有上述尾气纯氧燃烧器的所有有益效果，此处不再赘述。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。