專利名稱：用來把產(chǎn)生燃燒的介質(zhì)送進(jìn)爐子的噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來把產(chǎn)生燃燒的介質(zhì)送進(jìn)爐子的噴嘴。因此，本發(fā)明典型地但不限于涉及在產(chǎn)生蒸汽的鍋爐的切向燃燒的燃燒器中的煤粉送入噴嘴和輔助空氣噴嘴。在US 4252069、US 4634054和US 5483906中描述了切向燃燒。
送入煤粉的燃燒器典型地有伸進(jìn)爐子的可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的煤粉噴嘴前端。這些煤粉噴嘴前端有雙重殼體結(jié)構(gòu)，它包括一個(gè)外殼體和一個(gè)內(nèi)殼體。內(nèi)殼體同軸地設(shè)置在外殼體內(nèi)，在內(nèi)殼體與外殼體之間形成一個(gè)環(huán)形空間。把內(nèi)殼體連接到送入燃料的管道或管線上，用來把在空氣流中夾帶的煤粉通過此內(nèi)殼體送入爐子中。把環(huán)形空間連接到輔助空氣管道上，用來把輔助空氣通過所述通道送入爐子中。輔助空氣意味著提供燃燒用的空氣并冷卻外殼體。典型地，送入燃料的管線同軸地設(shè)置在輔助空氣管道中。
噴嘴前端位于噴嘴支承壁中的一個(gè)開孔中，典型地，在輔助空氣箱的出口中。噴嘴前端的外部截面典型地為長(zhǎng)方形的，并且，主要與空氣管道的出口端的內(nèi)截面相對(duì)應(yīng)。在噴嘴前端的周邊壁與空氣管道的壁之間典型地存在狹窄的間隙。使得可以通過這些狹窄的間隙泄漏出輔助空氣?？諝獾湫偷卦谒椒较蛄鬟M(jìn)爐子中。當(dāng)把噴嘴前端設(shè)置成在水平方向上把燃料和空氣排放進(jìn)爐子時(shí)，通過間隙泄漏出的空氣將主要在噴嘴前端的外壁的方向上流動(dòng)，因此，保護(hù)它的壁板免受爐子輻射熱的損傷。
典型地，把煤粉噴嘴前端可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地連接到燃料送入管線上，為的是能夠控制在切向燃燒中火焰球的高度。因此，當(dāng)使噴嘴前端傾斜提供進(jìn)入爐子的向上或向下的燃料和空氣流時(shí)，噴嘴前端的壁之一將偏轉(zhuǎn)，離開泄漏出的空氣流，因此變成或多或少未受到保護(hù)。
切向燃燒的鍋爐單元的燃料噴嘴前端以及輔助空氣噴嘴前端暴露給嚴(yán)酷的爐子條件，這可能導(dǎo)致熱變形和/或高溫氧化。這個(gè)問題要求操作人員用手以相當(dāng)高的成本替換他們的煤粉和空氣噴嘴前端中的許多個(gè)。特別是在切向燃燒的鍋爐單元中，噴嘴前端的狀態(tài)在維持長(zhǎng)時(shí)間最佳的燃燒性能方面起著關(guān)鍵的作用。
已經(jīng)注意到，在送入燃料或空氣的噴嘴前端內(nèi)流動(dòng)的冷卻空氣流在某些高溫條件下對(duì)噴嘴前端的外壁不能提供足夠的冷卻。因此，外壁板可能被嚴(yán)重地?fù)p壞，導(dǎo)致上面提到的問題。
直接暴露給輻射，特別是當(dāng)噴嘴前端向上或向下傾斜時(shí)直接暴露給輻射，在厚的，1/4到3/4英寸厚的不銹鋼板內(nèi)產(chǎn)生熱梯度。這種熱梯度造成變形，并最終造成噴嘴中通道的封閉，導(dǎo)致性能的變壞。暴露給高溫輻射也造成運(yùn)行溫度超過材料極限，最終造成板的氧化和變薄的效果，造成“爐襯燒損”，并最終使性能變壞。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的噴嘴，用它可以避免上述問題，或者至少將這些問題減到最小。
本發(fā)明的一個(gè)特別的目的是提供一種噴嘴，它的外壁被很好地保護(hù)，免受熱輻射。
本發(fā)明的目的通過包括在所附的權(quán)利要求書中提到的特征的噴嘴實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明提供了一種噴嘴，用來在高溫條件下把維持燃燒的介質(zhì)送進(jìn)爐子中。按照本發(fā)明的噴嘴按照優(yōu)選實(shí)施例包括一個(gè)噴嘴前端以及燃料和/或空氣送入裝置。
可以把噴嘴前端可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到例如燃料送入管線上、空氣送入箱比如風(fēng)箱上、爐子壁結(jié)構(gòu)上、或者任何其它適當(dāng)?shù)奈恢梅奖愕慕Y(jié)構(gòu)上。把噴嘴前端設(shè)置成使得至少部分地伸進(jìn)爐子中。典型地，可以把幾個(gè)噴嘴設(shè)置成一個(gè)在另一個(gè)的頂部上，并連接到安裝到爐子壁上的一個(gè)豎直的箱子上，最好在爐子的角落區(qū)域。
可以通過送入裝置和噴嘴前端把維持燃燒的介質(zhì)比如煤粉和空氣送進(jìn)爐子中。典型地，把煤粉作為與輸送空氣的混合物送入?？梢耘c煤粉分開地送入輔助空氣。也可以使用噴嘴送入其它適當(dāng)?shù)娜剂虾蜌怏w。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的噴嘴前端典型地包括一個(gè)端部主要是打開的外殼體和覆蓋該外殼體的一部分的一個(gè)遮擋裝置。在外殼體的第一端，在外殼體里面的通道與空氣送入裝置流體連通。外殼體的另一端典型地伸進(jìn)爐子中。該外殼體典型地有正方形或長(zhǎng)方形的截面，有圓滑的角部。
遮擋裝置典型地由一個(gè)遮擋板構(gòu)成，其設(shè)置成覆蓋外殼體的第一端的一部分。在該遮擋板與外殼體的被覆蓋的部分之間形成一個(gè)氣體空間。通過該氣體空間送入遮擋空氣比如輔助空氣，并沿著外殼體未被覆蓋的表面排放空氣，因此對(duì)于外殼體提供了保護(hù)，使它免受輻射。遮擋裝置及它的遮擋板可以是凹進(jìn)的，形成球形的形狀，因此，可以自身防護(hù)免受輻射的大部分。即使噴嘴傾斜時(shí)，某些泄漏的空氣也將不靠近遮擋裝置的第一端流動(dòng)。泄漏的空氣只在后來才偏離噴嘴前端，因此，泄漏的空氣也對(duì)靠近風(fēng)箱的部分提供了某種保護(hù)。
典型地把遮擋板安裝成覆蓋外殼體的上側(cè)面和底側(cè)面的一部分。可以把遮擋板做成在想要的方向上引導(dǎo)遮擋空氣，并提供所想要形式的遮擋空氣流。遮擋裝置分成通道，并引導(dǎo)冷卻空氣沿著煤粉和空氣噴嘴前端的外殼體、外遮擋板流動(dòng)，從而對(duì)更多地暴露給輻射的這些部分提供附加的保護(hù)。
噴嘴前端還包括在外殼體的至少一部分的內(nèi)側(cè)面的周邊形成的一個(gè)空氣冷卻區(qū)域。沿著外殼體在該空氣冷卻區(qū)域中的內(nèi)側(cè)面保持一股空氣流。
按照本發(fā)明的噴嘴特別適用于把燃料和空氣送入切向燃燒的爐子中，因?yàn)榭梢钥蓸休S轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝噴嘴前端，所以可以改變噴嘴噴出的氣流的方向。為了控制爐子中的燃燒過程，可以使氣流的方向向上或向下。典型地可以使噴嘴前端向上或向下傾斜±30度。即使在極端的傾斜條件下，本發(fā)明保證了沿著外殼體表面的空氣遮擋和冷卻。
本發(fā)明建議的遮擋裝置也可以用來保護(hù)空氣噴嘴，使它免受爐子中的輻射。通過噴嘴流動(dòng)的空氣提供外殼體的內(nèi)部冷卻，而遮擋裝置引導(dǎo)的另外的空氣流提供了對(duì)噴嘴前端的外部保護(hù)。
本發(fā)明提供了對(duì)輻射熱的有效防護(hù)。由專門設(shè)計(jì)的通道對(duì)空氣的每秒85英尺到250英尺的高速射流進(jìn)行導(dǎo)向，用冷卻空氣覆蓋噴嘴前端。遮擋空氣提供了對(duì)噴嘴附加的冷卻，并且，由于兩側(cè)都被空氣冷卻而降低了在平板材料中的熱梯度。在被遮擋的噴嘴前端的空氣流的組合作用減小了熱應(yīng)力和隨之而來的變形。
可以使用被遮擋的噴嘴前端替代在現(xiàn)有的風(fēng)箱或其它支承結(jié)構(gòu)中的現(xiàn)有噴嘴。這些噴嘴前端很容易安裝到現(xiàn)有組件上。新的噴嘴前端的使用壽命很長(zhǎng)，這降低了成本。因?yàn)榫S持噴嘴前端不受到損壞，所以，燃料與空氣混合的性能可以保持較長(zhǎng)的時(shí)間。燃燒效率也可以保持更長(zhǎng)的時(shí)間。
通過參考附圖將更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中

圖1表示采用切向燃燒方法的鍋爐的示意圖；圖2表示圖1的沿著線AA截取的剖面圖；圖3表示按照另一種爐子的如圖2所示的剖面圖；圖4表示在按照先有技術(shù)的煤粉噴嘴前端的流動(dòng)方向上截取的示意性豎直剖面圖；圖5表示按照本發(fā)明的噴嘴前端的如圖4所示的剖面圖；圖6表示在按照本發(fā)明的煤粉噴嘴前端的流動(dòng)方向上截取的示意性豎直剖面圖；以及圖7表示在按照本發(fā)明的煤粉噴嘴組件的噴嘴流動(dòng)方向上截取的示意性豎直剖面圖；圖8示出了按照本發(fā)明的煤粉噴嘴前端的示意性前向立體投影圖。
圖1和2示出了采用切向燃燒的爐子10。噴嘴組件12安裝到角部區(qū)域的壁14上。燃料和空氣流16的方向在切線上朝向在爐子的中心的一個(gè)火焰球18。通過使噴嘴組件中的噴嘴20向上或向下傾斜，可以使火焰球升高或者使它降低。
可以把噴嘴組件直接布置在角部，或者可以靠近角部區(qū)域布置，如圖3中所示出的那樣。
圖4示出了一種用來送入燃料的傳統(tǒng)的煤粉噴嘴20。噴嘴前端22安裝在輔助空氣管道24的出口端。該噴嘴前端安裝成可以圍繞一軸線26作樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。該噴嘴包括一個(gè)外殼體28和一個(gè)內(nèi)殼體30，以及一個(gè)在這些殼體之間的環(huán)形空氣通道32。從輔助空氣管道24把空氣送入噴嘴前端中的空氣通道32，并排放到爐子中。額外的空氣在水平空氣流動(dòng)中由輔助空氣管道24在噴嘴前端的外面泄漏到爐子10中。通過管道(在圖中未畫出)把燃料通過空氣管道24和噴嘴前端的中心部分送入爐子中。
在圖4中的噴嘴前端向下傾斜。因此，通過開孔34泄漏的空氣將不跟隨著噴嘴前端的外殼體的上壁，而是將從噴嘴偏離開。將不能保護(hù)壁的上側(cè)面免受輻射，且壁的上側(cè)面可能被損壞。
圖5為一個(gè)類似的圖，示出了按照本發(fā)明的一個(gè)噴嘴前端。將使用與在圖1到4中所使用的相同的附圖標(biāo)記。噴嘴前端包括一個(gè)外殼體28和同軸地設(shè)置在該外殼體內(nèi)的一個(gè)內(nèi)殼體30。此外，在外殼體的第一端部38上，即更靠近送入裝置24的那個(gè)端部上，設(shè)置一個(gè)遮擋裝置36，以覆蓋該外殼體的第一部分。
該遮擋裝置36與外殼體的第一端部一起形成一個(gè)空間40或狹縫?？諝庥煽諝夤艿?4被引入這一空間40。按照本發(fā)明，可以把來自空氣管道24的空氣流分成或分開部分地流進(jìn)外殼體與內(nèi)殼體之間的空間32的氣流和部分地流進(jìn)外殼體與遮擋裝置之間的空間40的氣流。使空氣由空間40排放出，沿著外殼體的外表面流動(dòng)，并因此保護(hù)殼體免受輻射的損壞。遮擋裝置提供了一個(gè)很好地定向的冷卻空氣流，如箭頭所示出的那樣。
噴嘴前端可以由截面形狀為正方形、長(zhǎng)方形或圓形的殼體構(gòu)成，在它們之間形成環(huán)形的空間。如果愿意，該遮擋裝置可以有類似的正方形、長(zhǎng)方形或圓形的截面，但是，典型地由只覆蓋外殼體的上側(cè)面和底側(cè)面的平板材料制成。典型地，在噴嘴前端的上側(cè)面和底側(cè)面最需要增加對(duì)輻射的防護(hù)。
圖6示出了按照本發(fā)明的一種噴嘴前端的一個(gè)稍微不同的圖。將使用與在前面的圖1到5中所使用的相同的附圖標(biāo)記。在圖6中示出的是，噴嘴前端包括由內(nèi)殼體30界定的內(nèi)部42，用來送入煤粉。分隔裝置44把該內(nèi)部分成單獨(dú)的流動(dòng)通道46。沒有示出將燃料引入噴嘴前端的送入燃料的管道。
一個(gè)多重遮擋結(jié)構(gòu)用來覆蓋外壁28。如在圖5中那樣，在外殼體與內(nèi)殼體之間形成一個(gè)空氣通道32。一第一遮擋裝置36覆蓋外殼體28的上側(cè)面的第一半部分38。在殼體28與遮擋裝置36之間形成第一空氣遮擋通道40。
一第二遮擋裝置48用來覆蓋第一遮擋裝置36的第一部分36’。這樣，在第一遮擋部分36’與第二遮擋裝置48之間形成第二空氣遮擋通道50。
部分來自通道40和部分來自通道50的多重阻擋空氣被引導(dǎo)沿著噴嘴前端的上側(cè)面流動(dòng)。來自第二空氣通道的遮擋空氣將保護(hù)外殼體和第一遮擋空氣裝置免受輻射影響。當(dāng)然，在彼此的頂部以類似的方式添加甚至更多的遮擋裝置也是可能的，以便提供一種多遮擋結(jié)構(gòu)。如果把壁板51移到更靠近噴嘴前端，可以不需要壁板51與遮擋裝置48之間的偏轉(zhuǎn)裝置49。
圖7示出了一個(gè)噴嘴組件，它包括一個(gè)送入煤粉的噴嘴前端52、上部的單一送入空氣的噴嘴前端54、圍繞著用于點(diǎn)火的一個(gè)油燃燒器58的下部的送入空氣的噴嘴前端56。
在圖7中的噴嘴前端52、54和56中示出的遮擋裝置36為球形的。如果愿意，這些遮擋裝置可以是非球形的。圖7比圖6更清楚地示出了送入煤粉的噴嘴前端52如何可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地連接到送入煤粉的管線60上，而管線60軸向上設(shè)置在第二空氣管道62內(nèi)，比如設(shè)置在一個(gè)風(fēng)箱內(nèi)。把送入空氣的噴嘴連接到輔助空氣風(fēng)箱上。使噴嘴前端向下傾斜，使得噴嘴前端的軸線與水平面形成一個(gè)角度α。此角度α可以為離開水平面正負(fù)30度。
圖8示出了單一的送入煤粉的噴嘴前端。將使用與在圖6中所使用的相同的附圖標(biāo)記。該噴嘴前端包括一個(gè)內(nèi)殼體30和一個(gè)外殼體28，這兩個(gè)殼體同軸地設(shè)置。分隔板44把內(nèi)殼體內(nèi)的內(nèi)部的送入煤粉的空間分成單個(gè)的送入煤粉的子通道46。在外殼體與內(nèi)殼體之間的環(huán)形空間提供一送入輔助空氣的通道32。
一個(gè)中凸的彎曲遮擋板36設(shè)置在外殼體28的上側(cè)面上，覆蓋外殼體的第一半部分38。在外殼體與遮擋裝置之間形成一個(gè)空氣空間40。分隔板64設(shè)置在該空間中，以在其中形成與遮擋裝置空氣流平行的子通道。
本發(fā)明并非試圖限制為在上面的描述中討論的那些實(shí)施例，而是將包括在本發(fā)明的定義中所包含的其它實(shí)施例，本發(fā)明的定義由所附的權(quán)利要求書確定。因此，除了粉狀燃料和空氣噴嘴之外，在本發(fā)明的范圍內(nèi)也包括火焰上方的空氣、煤氣和油的噴嘴前端。
權(quán)利要求
1.一種用來在高溫條件下把維持燃燒的介質(zhì)送進(jìn)爐子(10)中的噴嘴，所述噴嘴包括一個(gè)噴嘴前端(20)，該頂端至少部分地伸入到所述爐子中；以及送入裝置(24、60)，用來把所述燃燒介質(zhì)由所述介質(zhì)源送進(jìn)所述爐子中；所述噴嘴前端包括一個(gè)端部主要是打開的外殼體(28)，它包括與所述送入裝置流體連通的第一端壁部分和伸進(jìn)爐子中的第二端壁部分，通過沿著所述內(nèi)側(cè)面提供空氣流，在外殼體的所述第二端壁部分的至少一部分的內(nèi)側(cè)面上形成的一個(gè)空氣冷卻區(qū)域(32)；一個(gè)遮擋裝置(48)，它包括一個(gè)遮擋壁部分，該遮擋壁部分設(shè)置成覆蓋外殼體的所述第一端壁部分的至少一部分；在所述遮擋裝置的遮擋壁部分與外殼體的所述第一端壁部分之間形成的遮擋空氣通道(40)，用來從所述遮擋空氣通道沿著外殼體的所述第二端壁部分的外側(cè)面排放出遮擋空氣流。
2.按照權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述送入裝置包括一個(gè)燃料送入裝置(60)，比如一根煤粉管；一個(gè)端部打開的內(nèi)殼體(30)，它包括第一端和第二端，此內(nèi)殼體設(shè)在所示外殼體內(nèi)；所述內(nèi)殼體的第一端連接到支承裝置上，該支承裝置連接到爐子結(jié)構(gòu)上。
3.按照權(quán)利要求2所述的噴嘴，其特征在于，所述送入裝置還包括一個(gè)輔助空氣管道(24、62)；在所述外殼體(28)與所述內(nèi)殼體(30)之間的空間中形成所述空氣冷卻區(qū)域(32)；并且，空氣冷卻區(qū)域的入口端與所述輔助空氣管道流體連通，用來引導(dǎo)冷卻空氣通過所述外殼體與所述內(nèi)殼體之間的所述空間。
4.按照權(quán)利要求3所述的噴嘴，其特征在于，所述燃料送入裝置包括煤粉送入管(60)；并且，所述煤粉送入管設(shè)置在所述輔助空氣管道(62)內(nèi)。
5.按照權(quán)利要求4所述的噴嘴，其特征在于，所述煤粉送入管同軸地設(shè)置在所述輔助空氣管道內(nèi)。
6.按照權(quán)利要求2所述的噴嘴，其特征在于，所述內(nèi)殼體同軸地設(shè)置在所述外殼體內(nèi)；并且，在所述殼體之間形成一個(gè)環(huán)形的端部打開的空間，該環(huán)形空間的至少一部分形成所述空氣冷卻區(qū)域。
7.按照權(quán)利要求2所述的噴嘴，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)隔板(44)比如分隔平板把所述內(nèi)殼體分成兩個(gè)或更多個(gè)端部打開的燃料送入通道(46)。
8.按照權(quán)利要求2所述的噴嘴，其特征在于，所述內(nèi)殼體可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地連接到燃料送入裝置上。
9.按照權(quán)利要求2所述的噴嘴，其特征在于，把所述燃料送入裝置設(shè)置成送入煤粉與輸送空氣的混合物。
10.按照權(quán)利要求2所述的噴嘴，其特征在于，把所述外殼體做成基本上正方形的角部圓滑的外殼體；并且，把所述內(nèi)殼體做成基本上正方形的角部圓滑的內(nèi)殼體，在截面上比外殼體小，并軸向上設(shè)置在外殼體內(nèi)。
11.按照權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述遮擋壁部分包括一個(gè)遮擋壁板，其設(shè)置成覆蓋所述外殼體的上側(cè)壁的一部分；以及一個(gè)遮擋壁板，其設(shè)置成覆蓋所述外殼體的底側(cè)壁的一部分。
12.按照權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，第一端在所述遮擋壁板的與流動(dòng)方向平行地取的流動(dòng)方向上的豎直截面是中凸的。
13.按照權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述送入裝置包括一個(gè)空氣流管道，與一個(gè)空氣源比如風(fēng)箱流體連通；一個(gè)或多個(gè)隔板與空氣流平行地把所述外殼體分成兩個(gè)或更多個(gè)空氣流子通道，所述空氣流子通道有一個(gè)入口端和一個(gè)出口端；所述空氣流子通道的入口端與所述空氣流管道流體連通；并且，所述空氣流子通道的出口端設(shè)置成把空氣排放到爐子中。
14.按照權(quán)利要求13所述的噴嘴，其特征在于，在由外殼體的外周邊壁與所述分隔板之一界定的其中一個(gè)所述空氣流子通道中形成所述空氣冷卻區(qū)域。
15.按照權(quán)利要求15所述的噴嘴，其特征在于，在兩個(gè)或更多個(gè)所述空氣流子通道中形成兩個(gè)或更多個(gè)空氣冷卻區(qū)域，每個(gè)子通道由外殼體的外周邊壁與所述分隔板之一界定。
16.按照權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述噴嘴前端可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)地連接到支承結(jié)構(gòu)上，比如連接到爐子壁上或風(fēng)箱上。
17.按照權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，遮擋壁部分在空氣流動(dòng)方向上最多只覆蓋外殼體長(zhǎng)度的50％，留下伸進(jìn)爐子中的外殼體的第二端不被覆蓋。
18.按照權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述噴嘴前端包括多重遮擋裝置，它包括所述第一遮擋壁部分，此第一遮擋壁部分在流動(dòng)方向上包括第一端；以及在所述第一遮擋壁部分的外面包括第二遮擋壁部分，覆蓋著它的所述第一端。
全文摘要
一種用來在高溫條件下把維持燃燒的介質(zhì)送進(jìn)爐子(10)中的噴嘴(20),其包括一噴嘴前端,該頂端部分地伸進(jìn)爐子中,以及一送入機(jī)構(gòu)。噴嘴前端包括一端部打開的外殼體(28)、一空氣冷卻區(qū)域(32)、一遮擋裝置(36)以及一空氣通道(40)。外殼體(28)包括與送入機(jī)構(gòu)流體連通的第一端壁部分和伸進(jìn)爐子中的第二端壁部分。遮擋裝置(36)包括一遮擋壁部分,該部分設(shè)置成覆蓋外殼體(28)的第一端壁部分的至少一部分。在遮擋裝置(36)的遮擋壁部分與外殼體(28)的第一端壁部分之間形成遮擋通道(40),用來沿著第二端壁部分的外側(cè)面排放出一空氣流。
文檔編號(hào)F23D1/00GK1390289SQ00815620
公開日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2000年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月13日
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