CN117091143A - 二次空气供给装置和焚烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了二次空气供给装置和焚烧系统，所述二次空气供给装置包括：第一风管和第一喷风管，所述第一风管的出风口与所述第一喷风管的进风口相连，所述第一喷风管的出风口延伸至所述燃烧室的炉膛内；第二风管和第二喷风管，所述第二风管的出风口与所述第二喷风管的进风口相连，所述第二喷风管的出风口延伸至所述燃烧室的炉膛内；其中，所述第一喷风管上设有变截面控制组件。本发明的二次空气供给装置可以在低过量空气系数、大范围变负荷条件下保证二次空气喷射速度的稳定性，从而达到均匀混合、降低CO排放的目的。

Description

二次空气供给装置和焚烧系统

技术领域

本发明涉及焚烧炉的二次空气供给领域，具体而言，本发明涉及用于焚烧炉的二次空气供给装置和焚烧系统。

背景技术

燃烧装置，尤其是气化焚烧炉的燃烧段，需要配入充分、合理而又不过量的二次空气，在相关技术中一般比较重视一次空气与二次空气的配比，而忽略二次空气的具体布置及细节控制方式，尤其是大范围变负荷条件下的二次空气配入问题并没有得到应有的重视，控制不当时可能引起燃烧不稳定，或者NO_X、CO都偏高的负作用。

对于燃烧化石燃料和一般生物质的锅炉，负荷可以大范围变动，但此类锅炉不限制CO排放，因此配风问题不突出。生活垃圾焚烧炉和污泥焚烧炉主要以焚烧为目的，运行时负荷通常在设计值的70％以上，且不允许低负荷运行，而燃烧工业固废的焚烧炉参照生活垃圾焚烧炉的排放标准GB18485-2014，其中CO要求低于80mg/Nm³，而燃烧高热值的工业固废时，一般有供能(以蒸汽为主)要求，由于用汽负荷波动导致经常出现中低负荷运行的情况，即经常会出现大范围变负荷的运行工况，这是垃圾和危废焚烧所没有的新问题，这就对二次空气配置提出了更高的要求，所以需要特别研究二次空气在工业固废焚烧炉中的配置问题。

相关技术中二次空气配入的很大问题是通过变频调节风机转速，导致风量、压头都改变，而喷口尺寸不变，导致非额定工况(是实际运行时的大多数工况)下二次空气喷射速度及穿透力得不到保证，因此达不到均匀混合的目的；如果不采用变频调节，而使用挡板调节，同样会带来喷口处压力变化，产生类似的问题。不仅如此，二次空气混合不好会导致烟气过量空气系数过大，从而造成烟气排放更差的后果。

因此，目前的二次空气供给装置仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种二次空气供给装置和焚烧系统。本发明的二次空气供给装置可以在低过量空气系数、大范围变负荷条件下保证二次空气喷射速度的稳定性，从而达到烟气与空气均匀混合、降低CO排放的目的。

在本发明的第一个方面，本发明提出了一种用于焚烧炉的二次空气供给装置，所述焚烧炉包括燃烧室，所述二次空气供给装置包括：第一风管和第一喷风管，所述第一风管的出风口与所述第一喷风管的进风口相连，所述第一喷风管的出风口延伸至所述燃烧室的炉膛内；第二风管和第二喷风管，所述第二风管的出风口与所述第二喷风管的进风口相连，所述第二喷风管的出风口延伸至所述燃烧室的炉膛内；其中，所述第一喷风管上设有变截面控制组件。

根据本发明上述实施例的用于焚烧炉的二次空气供给装置，一方面，可以将所述第一风管作为主风管，将所述第二风管作为次风管，并通过所述第一喷风管喷入射程较大的二次空气，通过所述第二喷风管喷入射程较小的二次空气，进而兼顾靠近所述燃烧室的中心及靠近所述燃烧室的内壁的区域内的二次空气的均匀性，依据流体动力学的空气射流原理和气相不同成分扩散传质的原理共同决定氧气在炉膛截面的分布，从而确保所有烟气中的以CO为代表的可燃气体可以在足够高的温度(通常大于850℃)下快速燃尽，实现很低的CO初始排放的目标；另一方面，在大范围变负荷条件下，通过变频调节风机转速，特别是通过变截面控制组件调节第一喷风管出风口处的截面积，由此保证二次空气在第一喷风管的出风口处压头不变，从而保证第一喷风管出风口处的二次空气喷射速度的稳定性，由此形成稳定、均匀的混合效果，并达到降低CO排放的目的。

另外，根据本发明上述实施例的用于焚烧炉的二次空气供给装置还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述变截面控制组件包括：第一板件和第二板件，所述第一板件和所述第二板件沿所述第一喷风管内壁的长度方向在所述第一喷风管的周向上间隔设置，所述第一板件和所述第二板件靠近所述第一喷风管的进风口的一端分别与所述第一喷风管内壁连接，所述第一板件和所述第二板件靠近所述第一喷风管的出风口的一端分别通过弹性元件与所述第一喷风管内壁相连；支撑件，所述支撑件设在所述第一板件和所述第二板件之间且其两端分别止抵所述第一板件和所述第二板件，所述支撑件沿所述第一板件和所述第二板件的长度方向可移动设置。

在本发明的一些实施例中，所述变截面控制组件还包括：内磁力滑块和外磁力滑块，所述内磁力滑块设置在所述支撑件上，所述外磁力滑块设置在所述第一喷风管外侧，所述内磁力滑块与所述外磁力滑块磁力匹配连接。

在本发明的一些实施例中，所述第一板件和所述第二板件沿所述第一喷风管的周向方向的至少部分边缘分别与所述第一喷风管的内壁密封相连。

在本发明的一些实施例中，所述第一风管上设有气体流量计。

在本发明的一些实施例中，所述二次空气供给装置还包括：PLC控制单元，所述PLC控制单元分别与所述气体流量计和所述外磁力滑块相连，并基于所述气体流量计显示的流量大小控制所述外磁力滑块的位置。

在本发明的一些实施例中，所述第一喷风管和所述第二喷风管均对冲布置在所述燃烧室相对的两侧。

在本发明的一些实施例中，所述第一喷风管的射程为(2±2/5)/3L；其中，L为对冲布置的所述第一喷风管或所述第二喷风管所在的所述燃烧室相对的两侧的内壁之间的距离。这些数值的获取来源于前述的流体动力学原理、气体成分扩散原理和TFB特定的截面气速等多个因素计算获得。

在本发明的一些实施例中，所述第二喷风管的射程为(1±1/5)/3L。

在本发明的一些实施例中，所述第一风管的内径大于所述第二风管的内径。

在本发明的一些实施例中，所述第一风管的内径与所述第二风管的内径的比例为(1.5～2):1。

在本发明的一些实施例中，所述第一喷风管和所述第二喷风管沿所述燃烧室的高度方向间隔布置。

在本发明的一些实施例中，所述第二喷风管位于所述第一喷风管的下方。

在本发明的第二个方面，本发明提出了一种焚烧系统，根据本发明的实施例，所述焚烧系统包括焚烧炉，所述焚烧炉具有以上实施例所述的用于焚烧炉的二次空气供给装置。由此，所述焚烧系统具有用于焚烧炉的二次空气供给装置的所有优点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的用于焚烧炉的二次空气供给装置的示意图；

图2是根据本发明实施例的用于焚烧炉的二次空气供给装置的俯视图；

图3是根据本发明实施例的变截面控制组件的示意图。

附图标记：

10、燃烧室，20、第一风管，30、第二风管，40、第一喷风管，50、第二喷风管，60、变截面控制组件，61、第一板件，62、第二板件，63、支撑件，64、弹性元件，65、内磁力滑块，66、外磁力滑块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的第一个方面，本发明提出了一种用于焚烧炉的二次空气供给装置。根据本发明的实施例，参考图1～2理解，焚烧炉包括燃烧室10，用于焚烧炉的二次空气供给装置包括第一风管20、第二风管30、第一喷风管40和第二喷风管50。其中，第一风管20的出风口与第一喷风管40的进风口相连，第一喷风管40的出风口延伸至燃烧室10的炉膛内，第一喷风管40上设有变截面控制组件60(参考图3理解)；第二风管30的出风口与第二喷风管50的进风口相连，第二喷风管50的出风口延伸至燃烧室10的炉膛内。根据本发明上述实施例的用于焚烧炉的二次空气供给装置，一方面，可以将第一风管20作为主风管，将第二风管30作为次风管，并通过第一喷风管40喷入射程较大的二次空气，通过第二喷风管50喷入射程较小的二次空气，进而兼顾靠近燃烧室10的中心及靠近燃烧室10的内壁的区域内的二次空气的均匀性，使二次空气能够完全覆盖燃烧室10的横断面，依据流体动力学的空气射流原理和气相不同成分扩散传质的原理共同决定氧气在炉膛截面的分布，从而确保所有烟气中的以CO为代表的可燃气体可以在足够高的温度(通常大于850℃)下快速燃尽，实现很低的CO初始排放的目标；另一方面，在大范围变负荷条件下，通过变频调节风机转速，特别是通过变截面控制组件60调节第一喷风管40出风口处的截面积，由此保证二次空气在第一喷风管40的出风口处压头不变，从而保证第一喷风管40出风口处的二次空气喷射速度的稳定性，由此形成稳定、均匀的混合效果，并达到降低CO排放的目的。

下面进一步对根据本发明实施例的用于焚烧炉的二次空气供给装置进行详细描述。

根据本发明的实施例，第一风管20的内径可以大于第二风管30的内径。由此可以将第一风管20作为主风管，将第二风管30作为次风管，并通过第一喷风管40喷入大量的二次空气，通过第二喷风管50喷入少量的二次空气，由此，进一步有利于兼顾靠近燃烧室10的中心及靠近燃烧室10的内壁的区域内的二次空气的均匀性，使二次空气能够完全覆盖燃烧室10的横断面。在TFB的二次燃烧区间，几乎所有可燃成分均为气体，而且是浓度较为均匀分布的气体，因而确保氧气分布的均匀性就确保了燃烧的充分性和CO的高燃尽率。与此相关的是，TFB气化焚烧炉是先气化后燃烧，在可燃气的燃烧过程中需要控制氧气浓度不能太高，否则容易形成较高的NOx浓度，所以需要较低的过量空气系数。这就是废弃物焚烧过程兼顾CO和NOx这一对互相矛盾的指标的困难所在。在较高的温度区间，在较低的过量空气系数即对应较低的烟气含氧量的情况下，尽可能地把氧气均匀分布，是实现CO和NOx双低，从而取得优异的初始排放性能的唯一路径。进一步地，第一风管20的内径与第二风管30的内径的比例为(1.5～2):1，例如可以为1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2:1。由此，进一步有利于在高温的二次风区空气和烟气形成稳定、均匀的混合效果，从而在较低的过量空气系数的前提下达到降低CO排放的目的。

根据本发明的实施例，第一风管20的材质并不受特别限制，只要能达到高温下不易变形的目的即可，本领域技术人员可根据实际需要进行选择，例如，第一风管20的材质可以为耐热塑料等。

根据本发明的实施例，第一风管20可以与若干间隔设置的第一喷风管40相连，第二风管30可以与若干间隔布置的第二喷风管50相连，第一喷风管40和第二喷风管50的布置方式并不受特别限制，例如第一喷风管40和第二喷风管50可以布置在燃烧室10的单侧，或者第一喷风管40和第二喷风管50均对冲布置在燃烧室10相对的两侧。作为一个具体示例，第一喷风管40和第二喷风管50均对冲布置在燃烧室10相对的两侧，对冲布置的第一喷风管40或第二喷风管50所在的燃烧室10相对的两侧内壁之间的距离为L，第一喷风管40的射程为(2±2/5)/3L，优选2/3L，第二喷风管50的射程为(1±1/5)/3L，优选1/3L，这些数值的获取来源于前述的流体动力学原理、气体成分扩散原理和TFB特定的截面气速等多个因素计算获得。由此，第一喷风管40喷出的二次空气可以有(1±1/5)/3L的重叠区，进而确保二次空气能够完全覆盖燃烧室10的横断面，而第二风管30和第二喷风管50的射程为(1±1/5)/3L，可以弥补燃烧室10靠近第一喷风管40的出风口处二次空气不足的缺陷，进而形成稳定、均匀的混合效果，并达到降低CO排放的目的。

根据本发明的实施例，第一喷风管40和第二喷风管50可以沿燃烧室10的高度方向间隔布置，第一喷风管40和第二喷风管50的高度并不受特别限制，作为一种优选的方案，第二喷风管50可以位于第一喷风管40的下方。第一喷风管40喷出的二次空气的速度较高，具有一定的引射作用，而第二喷风管50可以利用该引射作用，进而使燃烧室10内的二次空气分布更均匀。

根据本发明的实施例，参考图3理解，变截面控制组件60可以包括第一板件61、第二板件62和支撑件63。第一板件61和第二板件62沿第一喷风管40内壁的长度方向在第一喷风管40的周向上间隔设置，第一板件61和第二板件62靠近第一喷风管40的进风口的一端分别与第一喷风管40内壁的两侧连接，优选第一板件61和第二板件62靠近第一喷风管40的进风口的一端分别与第一喷风管40内壁的两侧密封连接，第一板件61和第二板件62靠近第一喷风管40的出风口的一端分别通过弹性元件64与第一喷风管40内壁的两侧相连；支撑件63设在第一板件61和第二板件62之间，支撑件63的两端分别止抵第一板件61和第二板件62，支撑件63沿第一板件61和第二板件62的长度方向可移动设置。通过沿第一喷风管40内壁的长度方向在第一喷风管40的周向上间隔设置第一板件61和第二板件62，可以在第一板件61和第二板件62之间形成喷射二次空气的通道，而通过弹性元件64使第一板件61和第二板件62靠近第一喷风管40的出风口的一端之间的距离可随支撑件63的移动进行调节，当支撑件63向第一板件61和第二板件62靠近第一喷风管40的出风口的一端移动时，弹性元件64压缩程度增大，第一板件61和第二板件62之间的距离变大，当支撑件63向第一板件61和第二板件62靠近第一喷风管40的进风口的一端移动时，弹性元件64压缩程度减小，第一板件61和第二板件62之间的距离变小，由此可以改变二次空气在第一喷风管40的出风口处的截面积。进一步地，变截面控制组件60截面可调的范围为30％～100％。由此进一步有利于保证第一喷风管40出风口处的二次空气喷射速度的稳定性。

在本发明的实施例中，第一板件61和第二板件62沿所述第一喷风管的周向方向的至少部分边缘分别与第一喷风管40的内壁密封相连，优选第一板件61和第二板件62沿第一喷风管40的周向方向的全部边缘分别与第一喷风管40的内壁密封相连，由此进一步有利于保证第一喷风管40出风口处的二次空气喷射速度的稳定性。

在本发明的实施例中，支撑件63的具体形状并不受特别限制，只要能够达到调节第一板件61和第二板件62靠近第一喷风管40出风口的一端之间的距离的目的即可，本领域人员可根据实际需要进行选择，作为一个具体示例，支撑件63为条状。可以理解的是，支撑件63与第一板件61和第二板件62之间设有用于喷射二次空气的空隙。

在本发明的实施例中，上述弹性元件64的具体类型并不受特别限制，只要能达到高温下使第一板件61和第二板件62与所述第一喷风管40内壁弹性连接的目的即可，本领域人员可根据实际需要进行选择，作为一个具体示例，上述弹性元件64可以采用耐热弹簧。

根据本发明的实施例，参考图3理解，变截面控制组件60还包括内磁力滑块65和外磁力滑块66，内磁力滑块65设置在支撑件63上，外磁力滑块66设置在第一喷风管40外侧，内磁力滑块65与外磁力滑块66磁力匹配连接。由此，可以通过在第一喷风管40外侧移动外磁力滑块66的位置间接控制内磁力滑块65的移动和定位，而内磁力滑块65带动支撑件63移动可以改变第一板件61和第二板件62之间的距离，进而改变二次空气在第一喷风管40的出风口处的截面积。

根据本发明的实施例，第一风管20上设有气体流量计(未示出)，由此可以采用气体流量计测量的二次空气的流量为依据，通过调节外磁力滑块66的位置对二次空气在第一喷风管40的出风口处的截面积进行调节，需要说明的是，调节外磁力滑块66的位置的具体方式并不受特别限制，本领域人员可以根据实际需要进行选择，例如可以人工或人工控制机器调节。

进一步地，二次空气供给装置还可以包括PLC控制单元(未示出)，PLC控制单元分别与气体流量计和外磁力滑块66相连，并基于气体流量计显示的流量大小控制所述外磁力滑块的位置。PLC控制单元可以采用气体流量计测量的二次空气的流量为依据，通过外磁力滑块66对二次空气在第一喷风管40的出风口处的截面积进行调节，从而保证第一喷风管40出风口处的二次空气喷射速度的稳定性。需要说明的是，二次空气喷射速度的设定值可以依具体焚烧炉设计时的流场计算来确定，PLC控制器可以将第一喷风管40出风口处的二次空气的喷射速度控制在设定值±5％的范围内。类似地，第二风管30上可以设有气体流量计，第二喷风管50上可以设有变截面控制组件60，PLC控制单元分别与气体流量计和变截面控制组件60相连。由此有利于进一步保证第二喷风管50出风口处的二次空气喷射速度的稳定性，进而形成稳定、均匀的混合效果，并达到降低CO排放的目的。

在本发明的第二个方面，本发明提出了一种焚烧系统。根据本发明的实施例，该焚烧系统包括焚烧炉，该焚烧炉具有以上实施例的用于焚烧炉的二次空气供给装置。由此，焚烧系统具有用于焚烧炉的二次空气供给装置的所有优点，在此不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于焚烧炉的二次空气供给装置，所述焚烧炉包括燃烧室，其特征在于，所述二次空气供给装置包括：

第一风管和第一喷风管，所述第一风管的出风口与所述第一喷风管的进风口相连，所述第一喷风管的出风口延伸至所述燃烧室的炉膛内；

第二风管和第二喷风管，所述第二风管的出风口与所述第二喷风管的进风口相连，所述第二喷风管的出风口延伸至所述燃烧室的炉膛内；

其中，所述第一喷风管上设有变截面控制组件。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述变截面控制组件包括：

第一板件和第二板件，所述第一板件和所述第二板件沿所述第一喷风管内壁的长度方向在所述第一喷风管的周向上间隔设置，所述第一板件和所述第二板件靠近所述第一喷风管的进风口的一端分别与所述第一喷风管内壁连接，所述第一板件和所述第二板件靠近所述第一喷风管的出风口的一端分别通过弹性元件与所述第一喷风管内壁相连；

支撑件，所述支撑件设在所述第一板件和所述第二板件之间且其两端分别止抵所述第一板件和所述第二板件，所述支撑件沿所述第一板件和所述第二板件的长度方向可移动设置。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述变截面控制组件还包括：内磁力滑块和外磁力滑块，所述内磁力滑块设置在所述支撑件上，所述外磁力滑块设置在所述第一喷风管外侧，所述内磁力滑块与所述外磁力滑块磁力匹配连接；

任选地，所述第一板件和所述第二板件沿所述第一喷风管的周向方向的至少部分边缘分别与所述第一喷风管的内壁密封相连。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一风管上设有气体流量计；

任选地，所述二次空气供给装置还包括：PLC控制单元，所述PLC控制单元分别与所述气体流量计和所述外磁力滑块相连，并基于所述气体流量计显示的流量大小控制所述外磁力滑块的位置。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一喷风管和所述第二喷风管均对冲设置在所述燃烧室相对的两侧。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一喷风管的射程为(2±2/5)/3L；

其中，L为对冲布置的所述第一喷风管或所述第二喷风管所在的所述燃烧室相对的两侧的内壁之间的距离。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二喷风管的射程为(1±1/5)/3L。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一风管的内径大于所述第二风管的内径；

任选地，所述第一风管的内径与所述第二风管的内径的比例为(1.5～2):1。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一喷风管和所述第二喷风管沿所述燃烧室的高度方向间隔布置；

任选地，所述第二喷风管位于所述第一喷风管的下方。

10.一种焚烧系统，其特征在于，所述焚烧系统包括焚烧炉，所述焚烧炉具有权利要求1-9中任一项所述的二次空气供给装置。