一种具有燃料母管的四角切圆燃烧锅炉系统

1.本实用新型涉及燃烧设备技术领域，尤其是一种具有燃料母管的四角切圆燃烧锅炉系统。


背景技术：

2.锅炉是一种重要的能源供应设备，预热燃烧锅炉是一种新型的煤炭高效清洁燃烧装备，具有煤种适应性广、燃烧效率高和nox排放低的性能优势，预热燃烧锅炉容量等级放大是预热燃烧技术开发和应用的必然需求。
3.预热燃烧锅炉的核心是预热燃烧器和锅炉炉膛之间的耦合匹配。随着锅炉容量等级的提升，炉膛截面尺度和高度增加。大尺寸下预热燃烧器和炉膛耦合方式是预热燃烧锅炉容量放大开发的技术问题。
4.用于预热燃烧锅炉的预热燃烧器多为流态化自预热燃烧器，具有重量大和体积大的特点。随着锅炉容量的放大，如300mw或600mw等级的超临界煤粉锅炉，炉膛高度方向设置了多层燃料入口或燃料喷口，例如300mw的亚临界锅炉一般为16个煤粉喷口，每个煤粉喷口均与煤粉输送管一一对应。若采用预热燃烧技术，因预热燃烧器的体积和重量问题，单个预热燃烧器难以和炉膛上的预热燃料喷口呈现一一对应。即便能够实现一一对应，但锅炉系统极其复杂，操作运行难度大。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的技术问题的至少一个方面，提出本实用新型。
6.本实用新型目的在于设计一种具有燃料母管的四角切圆预热燃烧锅炉系统，四角切圆预热燃烧锅炉可仅布置2个双循环回路燃料预处理装置或4个单循环回路燃料预处理装置，极大的简化了大型电站锅炉燃烧器布置方式，节省了投资成本和运行费用。
7.根据本实用新型的实施例，提出了一种具有燃料母管的四角切圆燃烧锅炉系统，包括设置有炉膛的锅炉，炉膛的四角分别设置有沿炉膛高度方向上布置的多个燃料入口，所述多个燃料入口形成多层的四角切圆布置，所述锅炉系统还包括燃料预处理装置，所述燃料预处理装置设置有气固燃料出口，气固燃料出口与燃料母管相通，所述燃料母管沿高度方向延伸，每个燃料母管设置有沿燃料母管的高度方向上布置的多个燃料出口，所述多个燃料出口分别与对应的燃料入口相通。
8.在可选的实施例中，所述燃料预处理装置为设置有分离器的循环床结构，所述分离器的气固燃料出口构成所述气固燃料出口。
9.在可选的实施例中，所述燃料预处理装置的数量为四个，每一个所述燃料预处理装置包括一个分离器，每一个分离器的气固燃料出口与一个对应的燃料母管相通。
10.在可选的实施例中，所所述燃料预处理装置的数量为两个，分别布置在所述炉膛的两个侧墙或前后墙位置，每个燃料预处理装置包括一个分离器，且所述一个分离器的气固燃料出口同时与两个对应的燃料母管相通。
11.在可选的实施例中，所述燃料预处理装置的数量为两个，分别布置在所述炉膛的两个侧墙或前后墙位置，每个多喷口燃料预处理装置包括两个分离器，且每个分离器的气固燃料出口与一个对应的燃料母管相通。
12.本实用新型的技术方案，对于例如300mw或600mw等四角切圆燃烧锅炉系统，可仅布置四个或两个燃料预处理装置，每个燃料预处理装置的分离器的气固燃料出口经由燃料母管与炉膛单角上的燃料入口对应，这简化了大型电站锅炉燃烧器布置方式，节省了投资成本和运行费用。
附图说明
13.以下描述与附图可以更好地帮助理解本实用新型所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
14.图1为根据本实用新型的一个示例性实施例的具有燃料母管的四角切圆燃烧锅炉系统的截面结构示意图；
15.图2为根据本实用新型的又一示例性实施例的具有燃料母管的四角切圆燃烧锅炉系统的截面结构示意图；
16.图3为根据本实用新型的一个示例性实施例的多喷口燃料预处理装置的结构示意图，其中多喷口燃料预处理装置与炉膛配合使用；
17.图4为根据本实用新型的又一具体示例性实施例的多喷口燃料预处理装置的结构示意图，其中多喷口燃料预处理装置与炉膛配合使用；
18.图5为根据本实用新型的另一具体示例性实施例的多喷口燃料预处理装置的结构示意图，其中多喷口燃料预处理装置与炉膛配合使用。
19.附图标记：
20.10炉膛；
21.100燃料预处理装置，101提升管，102分离器，103返料器，104气固燃料出口；
22.200预热燃料管，201燃料母管，202燃料支管，203燃料支管，204燃料支管，205连接弯管，a、b、c分别为燃料出口。
具体实施方式
23.下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本实用新型实施方式的说明旨在对本实用新型的总体实用新型构思进行解释，而不应当理解为对本实用新型的一种限制。
24.如图1所示，是根据本实用新型的具有燃料母管的四角切圆燃烧锅炉系统的横截面的示例性的结构示意图，包括四角切圆燃烧锅炉，四角切圆燃烧锅炉设置有炉膛10，锅炉系统还包括燃料预处理装置，燃料预处理装置包括分离器102，如图1所示的实施例中，分离器102位于炉膛10的四角位置。
25.虽然没有明示，在炉膛的四角设置有多个燃料入口，分离器的气固燃料出口会经由对应的燃料母管201与对应的燃料入口相通。更具体的，每个分离器102的气固燃料出口与燃料母管201相通，燃料母管201沿高度方向延伸，每个燃料母管201设置有沿燃料母管
201的高度方向上布置的多个燃料出口，所述多个燃料出口分别与对应的燃料入口相通。在本实用新型的实施例中，一个燃料出口可以与一个燃料入口对应，也可以一个燃料出口同时与多个燃料入口对应，这也在本实用新型的保护范围之内。
26.在本实用新型中，多个表示多于一个。
27.在图1的锅炉系统中，多喷口燃料预处理装置的数量为四个，分布在四角切圆燃烧锅炉的外部周围，其中，每一个多喷口燃料预处理装置包括一个分离器102。如图3中可以看到，多喷口燃料预处理装置包括燃料预处理装置100和预热燃烧管200，其中燃料预处理装置100包括两两相通的提升管101、分离器102和返料器103。在图1所示的锅炉系统中，每一个多喷口燃料预处理装置中的分离器102分别布置在炉膛10的四角位置，而每一个分离器102与提升管101和返料器103形成一个循环回路的燃料预处理装置100。因此，在炉膛10外，形成了4个单循环回路的燃料预处理装置。
28.在可选的实施例中，如图2所示，四角切圆燃烧锅炉外可布置2个双循环回路的燃料预处理装置。其中，多喷口燃料预处理装置的数量为两个，分别布置在炉膛10的两个侧墙或前后墙位置。每一个多喷口燃料预处理装置包括两个分离器，该两个分离器分别布置在炉膛的相邻的两个角位置。即每一个多喷口燃料预处理装置包括一个燃料预处理装置100，而每一个燃料预处理装置100包括一个提升管101、两个分离器102和两个返料器103，这样在每一个燃料预处理装置100中形成了双循环回路，构成了双循环回路燃料预处理装置。
29.如图2所示，燃料预处理装置100中的提升管101布置在炉膛10的两个侧墙的中间位置，每个提升管101的顶部出口连接了两个分离器102，这些分离器102设置在炉膛10的四角位置，预热燃料在分离器102的气固燃料出口出来后，依次通过燃料母管201和燃料支管进入炉膛10中。
30.因此，对于例如300mw或600mw等四角切圆燃烧锅炉，可仅布置四个燃料预处理装置100，每个燃料预处理装置100与炉膛10单角对应。一个燃料预处理装置也可以带有两个旋风分离器，对于300mw或600mw等四角切圆燃烧锅炉，可设置2个带有双循环回路的燃料预处理装置，燃料预处理装置布置在炉膛10的两侧墙或前后墙，预热燃料通过布置在四角的燃料支管喷入炉膛10内。
31.本实用新型技术方案中的四角切圆燃烧锅炉，可仅布置2个双循环回路燃料预处理装置或4个单循环回路燃料预处理装置，极大的简化了大型电站锅炉燃烧器布置方式，节省了投资成本和运行费用。
32.如图3所示，示出了多喷口燃料预处理装置与炉膛连通的结构示意图。
33.多喷口燃料预处理装置包括燃料预处理装置100，燃料预处理装置100设置有气固燃料出口104；与燃料预处理装置100的气固燃料出口相通的燃料母管201，燃料母管201沿高度方向延伸，燃料母管201设置有沿燃料母管的高度方向上布置的多个燃料出口。图3示出了燃料预处理装置100的气固燃料出口104与燃料母管201的底部直接连通的结构。
34.如图3所示，燃料预处理装置100包括两两相通的提升管101、分离器102和返料器103，气固燃料出口104开设在分离器102的顶部。
35.在可选的实施例中，还包括与燃料母管201上的多个燃料出口分别连通安装的燃料支管。
36.燃料母管201在高度方向上设置有多个燃料出口，图3中示例性的示出了三个燃料
出口，自下而上分别为燃料出口a、燃料出口b和燃料出口c。其中，每个出口分别连通安装有燃料支管，与燃料出口a、燃料出口b和燃料出口c分别对应连通的燃料支管为：最下层燃料支管202、中间层燃料支管203和最上层燃料支管204。来自于燃料预处理装置100的预热燃料经燃料母管201后进入各燃料支管中，经各燃料支管喷入炉膛10内。在图3中，预热燃料管200包括燃料母管201和多个燃料支管。
37.在可选的实施例中，炉膛10在其高度方向上布置有多个燃料喷口，各燃料支管的一端与燃料母管201上的燃料出口连通，另一端与炉膛10上的燃料喷口连通。
38.燃料母管201和多个燃料支管均分布在炉膛10的四角位置，则燃料喷口同样布置在炉膛10的四个对角的高度方向上。预热燃料经燃料支管的喷口喷入四角切圆燃烧锅炉的炉膛10中，炉膛10高度方向不同燃料支管的喷口形成的切圆大小可以相同也可以发生变化。
39.在可选的实施例中，燃料支管的数量可根据需要进行调整，例如，根据所适用的锅炉的容量大小进行调整，燃料支管的数量可以是2个、3个、4个、6个、8个、10个等，数量可以是奇数，也可以是偶数。
40.在本实用新型的实施例中，对应于同层的燃料入口的同层的所有燃料支管的管口截面面积相同。在进一步的实施例中，不同层的燃料支管的管口截面面积彼此不同。或者在进一步的实施例中，不同层的所述燃料支管的管口截面面积相同或部分相同。
41.如图4所示，沿燃料母管201的不同高度方向上的燃料支管的管口截面面积可以发生变化，通过燃料支管截面面积的变化实现燃料的自动分配和调节，如图4所示，底部燃料支管202管口的截面面积大于燃料支管203的管口截面面积，燃料支管204的管口截面面积最小。
42.在可选的实施例中，根据需要调整燃料支管的截面面积。管口截面不局限于圆形，还可以是方形、三角形等其它形状，并对应不同形状的燃料支管。
43.在进一步的实施例中，燃料母管的流通截面面积大于多个燃料支管的流通截面面积之和，以使得预热燃料在燃料支管中的流速高于在燃料母管内的流速，进而通过提高燃料支管内的流速、增加炉膛入口阻力的方式，实现预热燃料气流的均等分配。
44.如图3所示，一次风输送煤粉进入燃料预处理装置100，在燃料预处理装置100内，煤粉完成高温自持预热和颗粒改性，煤粉预热温度为800-950℃，燃料预处理装置100内煤粉与一次风发生部分燃烧和气化反应，预热后煤粉转化为高温煤气和高温活性半焦，即预热燃料。燃料预处理装置100为循环流化床形式，包括提升管101、旋风分离器102和返料器103。预热燃料从旋风分离器102流出后进入燃料母管201中，预热燃料在燃料母管201中的流速为15-20m/s，沿燃料母管201的高度方向设置了三层燃料支管202、203和204，燃料支管的管口截面面积可以相同，也可以发生变化，预热燃料在三层燃料支管内的流速为25-30m/s，预热燃料在三层燃料支管内的流速高于预热燃料在燃料母管201内的流速。
45.在可选的实施例中，不同燃料支管之间以相同或者不同的间距分布在燃料母管201的高度方向上。如图3所示，三层燃料支管202、203和204的管间距相同，而在图4中，不同燃料支管的管口截面面积不同，且不同燃料支管之间的间距不同。
46.在可选的实施例中，沿燃料母管201的高度方向上布置的燃料出口的数量与燃料支管的数量一致，燃料出口与燃料支管一一对应。
47.在可选的实施例中，沿燃料母管201的高度方向上布置的燃料出口的数量可以多于燃料支管的数量，即根据需要在燃料出口上安装燃料支管，而没有安装燃料支管的燃料出口处于封闭状态。
48.在可选的实施例中，燃料支管上还可以设置流量阀，通过流量阀来控制预热燃料经燃料支管喷出的流速。
49.因此，在可选的实施例中，燃料母管的流通截面面积还可以等于多个燃料支管的流通截面面积之和，而通过流量阀来控制不同燃料支管中的燃料流速。在可选的实施例中，各支路可设置开关阀(如蘑菇阀)，以打开或关闭不同燃料支管，实现对锅炉内燃料分布的控制。开关阀和流量阀还可设置在燃料母管201上。
50.在可选的实施例中，如图5所示，燃料预处理装置100的气固燃料出口与燃料母管201的顶部相通。煤粉在预热燃料器中预热燃烧后，自燃料母管201的顶部流入燃料母管201内，即自上而下进入燃料母管201中，之后进一步从各燃料支管中流出。
51.在可选的实施例中，燃料母管201的顶部具有弯管结构，以使得来自于燃料预处理装置100中的预热燃烧更易于从燃料母管201的顶部进入。
52.在可选的实施例中，如图5所示，在燃料预处理装置100的分离器102与燃料母管201的顶部之间可以还设置连接弯管205，即连接弯管205的一端与燃料母管201在高度方向上的顶部连通，连接弯管205的另一端与分离器102上的气固燃料出口连通。连接弯管205在与分离器102的出口连通的一端的长度，长于与燃料母管201的顶部连通的一侧的长度。
53.在连接弯管205和气固燃料出口104之间还可以设置连通管道。
54.煤粉在预热燃料器中预热燃烧后，经气固燃料出口进入燃料弯管内，之后自上而下流入燃料母管201内，进一步从各燃料支管中流出。
55.而在图3和图4中，预热燃料经气固燃料出口流出后，从燃料母管201的底部进入燃料母管201中，预热燃料在燃料母管201中的流动方向为自下而上，之后从各燃料支管中流出。
56.在上述实施例中，以燃料预处理装置为设置有分离器的循环流化床结构为例进行了说明，但是如本领域技术人员所知的，燃料预处理装置也可以是鼓泡床或者沸腾床的形式。此时，若燃料预处理装置的数量为两个，一个燃料预处理装置的气固燃料出口同时与两个对应的燃料母管相通；或者若燃料预处理装置的数量为四个，四个燃料预处理装置的气固燃料出口分别与对应的燃料母管相通。
57.本实用新型的四角切圆燃烧锅炉系统，可仅布置2个双循环回路燃料预处理装置或4个单循环回路燃料预处理装置，极大的简化了大型电站锅炉燃烧器布置方式，节省了投资成本和运行费用。
58.此外，本实用新型的四角切圆燃烧锅炉系统包括多喷口燃料预处理装置，预热燃料从多喷口预热燃料器的燃料母管沿高度方向上的多个燃料出口流出，多个燃料出口与对应的多个燃料支管连通，预热燃料经燃料支管后喷入炉膛中，结构简单，便于布置。
59.基于以上，本实用新型提出了如下技术方案：
60.1、一种具有燃料母管的四角切圆预热燃烧锅炉系统，包括：
61.设置有炉膛的锅炉，炉膛的四角分别设置有沿炉膛高度方向上布置的多个燃料入口，所述多个燃料入口形成多层的四角切圆布置，
62.其特征在于：
63.所述锅炉系统还包括燃料预处理装置，所述燃料预处理装置设置有气固燃料出口，气固燃料出口与燃料母管相通，所述燃料母管沿高度方向延伸；
64.每个燃料母管设置有沿燃料母管的高度方向上布置的多个燃料出口，所述多个燃料出口与所述多个燃料入口分别相通。
65.2、根据1所述的锅炉系统，其特征在于：
66.所述燃料预处理装置为设置有分离器的循环流化床结构，所述分离器的气固燃料出口构成所述气固燃料出口。
67.3、根据2所述的锅炉系统，其特征在于：
68.所述燃料预处理装置的数量为四个，每一个所述燃料预处理装置包括一个分离器，每一个分离器的气固燃料出口与一个对应的燃料母管相通。
69.4、根据2所述的锅炉系统，其特征在于：
70.所述燃料预处理装置的数量为两个，分别布置在所述炉膛的两个侧墙或前后墙位置，每个燃料预处理装置包括一个分离器，且所述一个分离器的气固燃料出口同时与两个对应的燃料母管相通。
71.5、根据2所述的锅炉系统，其特征在于：
72.所述燃料预处理装置的数量为两个，分别布置在所述炉膛的两个侧墙或前后墙位置，每个燃料预处理装置包括两个分离器，且每个分离器的气固燃料出口与一个对应的燃料母管相通。
73.6、根据1所述的锅炉系统，其特征在于：
74.所述燃料预处理装置为鼓泡床结构或沸腾床结构。
75.7、根据6所述的锅炉系统，其特征在于：
76.所述燃料预处理装置的数量为两个，且一个燃料预处理装置的气固燃料出口同时与两个对应的燃料母管相通；或者
77.所述燃料预处理装置的数量为四个，且四个燃料预处理装置的气固燃料出口分别与对应的燃料母管相通。
78.8、根据1所述的锅炉系统，其特征在于：
79.所述燃料预处理装置的气固燃料出口与所述燃料母管的底部相通。
80.9、根据1所述的锅炉系统，其特征在于：
81.所述燃料预处理装置的气固燃料出口与所述燃料母管的顶部相通。
82.10、根据1-9中任一项所述的锅炉系统，其特征在于：
83.所述锅炉系统还包括与所述燃料母管上的所述燃料出口中的多个分别连通安装的燃料支管，所述燃料支管的另一端与所述炉膛上对应的燃料入口连通。
84.11、根据10所述的锅炉系统，其特征在于：
85.对应于同层的燃料入口的同层的所有燃料支管的管口截面面积相同，且不同层的所述燃料支管的管口截面面积相同或部分相同。
86.12、根据10所述的锅炉系统，其特征在于：
87.对应于同层的燃料入口的同层的所有燃料支管的管口截面面积相同，且不同层的所述燃料支管的管口截面面积彼此不同。
88.13、根据10所述的锅炉系统，其特征在于：
89.所述燃料母管的流通截面面积大于多个所述燃料支管的流通截面面积之和。
90.14、根据10所述的锅炉系统，其特征在于：
91.不同所述燃料支管之间以相同或者不同的间距分布在所述燃料母管的高度方向上。
92.15、根据10所述的锅炉系统，其特征在于：
93.所述燃料支管上设置有流量阀或开关阀。
94.16、根据1所述的锅炉系统，其特征在于：
95.所述燃料母管设置有流量阀或开关阀。
96.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种具有燃料母管的四角切圆燃烧锅炉系统，包括：设置有炉膛的锅炉，炉膛的四角分别设置有沿炉膛高度方向上布置的多个燃料入口，所述多个燃料入口形成多层的四角切圆布置，其特征在于：所述锅炉系统还包括燃料预处理装置，所述燃料预处理装置设置有气固燃料出口，气固燃料出口与燃料母管相通，所述燃料母管沿高度方向延伸；每个燃料母管设置有沿燃料母管的高度方向上布置的多个燃料出口，所述多个燃料出口分别与对应的燃料入口相通。2.根据权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于：所述燃料预处理装置为设置有分离器的循环流化床结构，所述分离器的气固燃料出口构成所述气固燃料出口。3.根据权利要求2所述的锅炉系统，其特征在于：所述燃料预处理装置的数量为四个，每一个所述燃料预处理装置包括一个分离器，每一个分离器的气固燃料出口与一个对应的燃料母管相通。4.根据权利要求2所述的锅炉系统，其特征在于：所述燃料预处理装置的数量为两个，分别布置在所述炉膛的两个侧墙或前后墙位置，每个燃料预处理装置包括一个分离器，且所述一个分离器的气固燃料出口同时与两个对应的燃料母管相通。5.根据权利要求2所述的锅炉系统，其特征在于：所述燃料预处理装置的数量为两个，分别布置在所述炉膛的两个侧墙或前后墙位置，每个燃料预处理装置包括两个分离器，且每个分离器的气固燃料出口与一个对应的燃料母管相通。6.根据权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于：所述燃料预处理装置为鼓泡床结构或沸腾床结构。7.根据权利要求6所述的锅炉系统，其特征在于：所述燃料预处理装置的数量为两个，且一个燃料预处理装置的气固燃料出口同时与两个对应的燃料母管相通；或者所述燃料预处理装置的数量为四个，且四个燃料预处理装置的气固燃料出口分别与对应的燃料母管相通。8.根据权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于：所述燃料预处理装置的气固燃料出口与所述燃料母管的底部相通。9.根据权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于：所述燃料预处理装置的气固燃料出口与所述燃料母管的顶部相通。10.根据权利要求1-9中任一项所述的锅炉系统，其特征在于：所述锅炉系统还包括与所述燃料母管上的所述燃料出口中的多个分别连通安装的燃料支管，所述燃料支管的另一端与所述炉膛上对应的燃料入口连通。11.根据权利要求10所述的锅炉系统，其特征在于：对应于同层的燃料入口的同层的所有燃料支管的管口截面面积相同，且不同层的所述燃料支管的管口截面面积相同或部分相同；或者
对应于同层的燃料入口的同层的所有燃料支管的管口截面面积相同，且不同层的所述燃料支管的管口截面面积彼此不同。12.根据权利要求10所述的锅炉系统，其特征在于：所述燃料母管的流通截面面积大于多个所述燃料支管的流通截面面积之和。13.根据权利要求10所述的锅炉系统，其特征在于：不同所述燃料支管之间以相同或者不同的间距分布在所述燃料母管的高度方向上。14.根据权利要求10所述的锅炉系统，其特征在于：所述燃料支管上设置有流量阀或开关阀。15.根据权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于：所述燃料母管设置有流量阀或开关阀。

技术总结
本实用新型涉及一种具有燃料母管的四角切圆燃烧锅炉系统，包括设置有炉膛的锅炉，炉膛的四角分别设置有沿炉膛高度方向上布置的多个燃料入口，所述多个燃料入口形成多层的四角切圆布置，所述锅炉系统还包括燃料预处理装置，所述燃料预处理装置设置有气固燃料出口，气固燃料出口与燃料母管相通，所述燃料母管沿高度方向延伸，每个燃料母管设置有沿燃料母管的高度方向上布置的多个燃料出口，所述多个燃料出口分别与对应的燃料入口相通。利用本实用新型的技术方案，简化了设置预热燃烧器的大型电站锅炉的燃烧器布置方式，节省了投资成本和运行费用。运行费用。运行费用。


技术研发人员：吕清刚 朱建国 李百航
受保护的技术使用者：中国科学院工程热物理研究所
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/7/23