專利名稱：粉煤燃燒器和有關(guān)的燃燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉煤燃燒器和有關(guān)的燃燒方法，更具體地說，涉及采用氣動地運送和燃燒粉煤的一種粉煤燃燒器的燃燒方法。
迄今，在這類通常采用的粉煤燃燒器中，在燃燒過程中出現(xiàn)氮氧化物是一個大問題。特別是，與氣體燃料和液體燃料相比，煤含有大量的氮。因此，減少粉煤燃燒所產(chǎn)生的氮氧化物比在氣體燃料或液體燃料的燃燒情況下更困難。粉煤燃燒所產(chǎn)生的氮氧化物幾乎全部是由氧化煤中所包含的氮產(chǎn)生的，這就是，所謂燃料的氮氧化物。為了減少燃料的氮氧化物，已經(jīng)研究了多種燃燒器結(jié)構(gòu)和燃燒方法。作為燃燒方法之一，有一種方法在火焰中形成一個氧含量低的區(qū)域，并利用氮氧化物的還原反應(yīng)，當(dāng)氧的含量低時此種還原反應(yīng)進行得較強烈。例如，JPA1-305206,JPA3-211304,JPA9-170714,JPA3-110308等公布了一種產(chǎn)生低氧濃度氣氛的火焰(還原火焰)并使煤完全燃燒的方法，以及一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有用來在它的中心氣動地運送煤的燃料噴嘴和設(shè)在該燃料噴嘴外面的空氣注入噴嘴。即，在這些方法中，在火焰內(nèi)形成一個氧濃度低的區(qū)域，在此還原火焰區(qū)域中進行氮氧化物的還原反應(yīng)，使在火焰內(nèi)出現(xiàn)的氮氧化物的數(shù)量減到較少。
還有，JPA3-211304,JPA9-170714和JPA3-110308公布了通過在粉煤噴嘴的頂部設(shè)置一個火焰穩(wěn)定環(huán)或障礙物在粉煤噴嘴的頂部的下游側(cè)形成再循環(huán)氣流。即，因為高溫氣體停留在此再循環(huán)氣流的內(nèi)部，進行粉煤的點火，并可以提高火焰的穩(wěn)定性。
一般說來，因為煤的點火性能沒有其它燃料好，即使采用了上述的各種方法，提高煤的點火性能是困難的。因此，在煤的燃燒中，氧的消耗進展得不快，很難形成還原區(qū)域。為了形成一個還原區(qū)域，必須在粉煤噴嘴附近抑制燃料與由空氣噴嘴噴射的空氣的混合。因此，迄今，通常，通過以渦流的方式供應(yīng)由空氣噴嘴供應(yīng)的空氣來抑制與燃料的混合。然而，當(dāng)把強的渦流加到空氣時，由于離心力，即使在與燃燒器分開的一個下游部分(距離比燃燒器的喉道的直徑的三倍大)空氣與燃料的混合還沒有進行，難以實現(xiàn)完全的燃燒。因此，在這類粉煤燃燒器中，存在氮氧化物容易出現(xiàn)的問題，并且，未燃燒的碳留在粉煤的燃燒灰燼中。
由于上面的情況，提出了本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一種粉煤燃燒器，通過此燃燒器，氮氧化物出現(xiàn)的數(shù)量變小，在粉煤的燃燒灰燼中的剩余的未燃燒的碳變少，并提供了使用此粉煤燃燒器的一種燃燒方法。
本發(fā)明實現(xiàn)上述目的是靠使用一種粉煤燃燒器的一種燃燒方法，該燃燒器設(shè)有用來注入粉煤和空氣的混合物的一個粉煤噴嘴和一個空氣噴嘴，該空氣噴嘴設(shè)在粉煤噴嘴的外周邊部分上，使得圍繞著該粉煤噴嘴，用來注入空氣，其中，由粉煤燃燒器形成的燃燒火焰有在火焰的徑向上的中心部分形成的氣相空氣比為1或較低的一個區(qū)域，并有在該區(qū)域的外面在所述粉煤燃燒器的注入口附近形成的氣相空氣比大于1的一個區(qū)域，以及在下游側(cè)在火焰的里面形成的氣相空氣比為1或較低的一個區(qū)域。
還有，在使用一種粉煤燃燒器的一種燃燒方法中，該燃燒器設(shè)有用來注入粉煤和空氣的混合物的一個粉煤噴嘴和一個空氣噴嘴，該空氣噴嘴設(shè)在粉煤噴嘴的外周邊部分上，使得圍繞著該粉煤噴嘴，用來注入空氣，把本發(fā)明作成由粉煤噴嘴以直的射流方式噴出和供應(yīng)粉煤混合物流體，以直的氣流沒有渦漩或漩渦數(shù)為0.8或更低的弱渦漩氣流的方式在與粉煤噴嘴以關(guān)于粉煤噴嘴的中心軸線30度到50度的一個角度分開的一個方向上噴出空氣，并且，由空氣噴嘴供應(yīng)的空氣的噴射速度比由粉煤噴嘴供應(yīng)的粉煤混合物流體的噴射速度要大。
還有，在這種情況下，由空氣噴嘴噴出的空氣的噴射速度與粉煤噴嘴混合物流體的噴射速度比為2∶1與3∶1之間。
還有，在使用一種粉煤燃燒器的一種燃燒方法中，設(shè)有一種粉煤燃燒器，它有用來注入粉煤和空氣的混合物的一個粉煤噴嘴和一個空氣噴嘴，該空氣噴嘴設(shè)在粉煤噴嘴的外周邊部分上，使得圍繞著該粉煤噴嘴，用來注入空氣，它還有設(shè)置在粉煤燃燒器下游側(cè)的一個空氣供應(yīng)裝置，用來供應(yīng)第二燃燒空氣，把該燃燒器做成實現(xiàn)兩階段燃燒，把該方法作成由空氣噴嘴提供的空氣的數(shù)量比為了使由粉煤噴嘴供應(yīng)的燃料完全燃燒所必須的空氣數(shù)量少，所短缺的空氣數(shù)量由空氣供應(yīng)裝置提供，并且，由粉煤燃燒器在與第二燃燒空氣混合之前所形成的燃燒火焰有在火焰的徑向上的中心部分形成的氣相空氣比為1或較低的一個區(qū)域，并有在該區(qū)域的外面在粉煤燃燒器的注入口附近形成的氣相空氣比大于1的一個區(qū)域，以及在下游側(cè)在火焰的里面形成的氣相空氣比為1或較低的一個區(qū)域。
還有，在使用一種粉煤燃燒器的一種燃燒方法中，設(shè)有一種粉煤燃燒器，它有用來注入粉煤和空氣的混合物的一個粉煤噴嘴和一個空氣噴嘴，該空氣噴嘴設(shè)在粉煤噴嘴的外周邊部分上，使得圍繞著該粉煤噴嘴，用來注入空氣，它還有設(shè)置在粉煤燃燒器下游側(cè)的一個空氣供應(yīng)裝置，用來供應(yīng)第二燃燒空氣，把該燃燒器做成實現(xiàn)兩階段燃燒，把該方法作成由空氣噴嘴供應(yīng)的空氣的數(shù)量比為了使由粉煤噴嘴供應(yīng)的燃料完全燃燒所必須的空氣數(shù)量少，由粉煤噴嘴以直的射流方式噴出和供應(yīng)粉煤混合物流體，所短缺的空氣數(shù)量由空氣供應(yīng)裝置提供，并且，以直的氣流沒有渦漩或漩渦數(shù)為0.8或更低的弱渦漩氣流的方式在與粉煤噴嘴以關(guān)于粉煤噴嘴的中心軸線30度到50度的一個角度分開的一個方向上噴出空氣，以及，由空氣噴嘴供應(yīng)的空氣的噴射速度比由粉煤噴嘴供應(yīng)的粉煤混合物流體的噴射速度要大。
還有，在本發(fā)明中，一種粉煤燃燒器設(shè)有用來注入粉煤和空氣的混合物的一個粉煤噴嘴和一個空氣噴嘴，該空氣噴嘴設(shè)在粉煤噴嘴的外周邊上，使得圍繞著粉煤噴嘴，用來注入空氣，本發(fā)明使得把粉煤噴嘴做成以直的射流方式噴出和供應(yīng)粉煤混合物流體，把空氣噴嘴做成以直的氣流沒有渦漩或漩渦數(shù)為0.8或更低的弱渦漩氣流的方式在與粉煤噴嘴以關(guān)于粉煤噴嘴的中心軸線30度到50度的一個角度分開的一個方向上噴出空氣，并使得空氣的噴射速度比由粉煤噴嘴供應(yīng)的粉煤混合物流體的噴射速度要大。
還有，在一種粉煤燃燒器中，它設(shè)有用來注入粉煤和空氣的混合物的一個粉煤噴嘴和一個空氣噴嘴，該空氣噴嘴設(shè)在粉煤噴嘴的外周邊上，使得圍繞著此粉煤噴嘴，用來注入空氣，在所述空氣噴嘴的空氣噴射出口部分上設(shè)置一塊射流空氣引導(dǎo)板，它對于粉煤噴嘴的中心軸線有30度到50度的一個角度，引導(dǎo)噴射的空氣在徑向上向外流動。
還有，在這種情況下，把射流空氣引導(dǎo)板的下游側(cè)端部做成位于空氣噴嘴的一個外周邊壁的喉道部分的延長線上，或在比該延長線在徑向上的外側(cè)。還有，把該引導(dǎo)板的空氣流動通道側(cè)壁做成對于空氣流為平滑的彎曲的壁表面。
在一種粉煤燃燒器中，它包括用來注入粉煤和主要空氣的混合物流體的一個粉煤噴嘴，用來噴出第二空氣的一個第二空氣噴嘴，用來噴出第三空氣的一個第三空氣噴嘴，每個空氣噴嘴與粉煤噴嘴同圓心地并列，并設(shè)在該粉煤噴嘴的外周邊上，本發(fā)明使得把粉煤噴嘴做成以直的射流方式噴出和供應(yīng)粉煤與主要空氣的混合物流體，把第三空氣噴嘴做成以直的氣流沒有渦漩或漩渦數(shù)為0.8或更低的弱渦漩氣流的方式噴出第三空氣，并且，把空氣噴射出口做成以關(guān)于粉煤噴嘴的中心軸線30度到50度的一個角度噴出第三空氣，并使得空氣的噴射速度比由粉煤噴嘴供應(yīng)的粉煤混合物流體的噴射速度要大。
即，用此種粉煤燃燒器，或在如上面提到的燃燒方法中，由上面提到的粉煤燃燒器形成的燃燒火焰在燃燒器的噴射口附近有在火焰的徑向上的中心部分形成的氣相空氣比為1或較低的一個區(qū)域，并有在該區(qū)域的外面形成的氣相空氣比大于1的一個區(qū)域，使得在粉煤火焰的中心部分，氧氣由于燃燒反應(yīng)而被消耗掉，并形成了低氧濃度的還原火焰17。由于在還原火焰的徑向上的外面燃料的濃度低，不繼續(xù)消耗氧，所以形成了氧的濃度高的氧化區(qū)域。還有，因為進行了燃燒，所以在下游側(cè)在火焰的里面形成了氣相空氣比為1或較低的一個空氣比均勻的區(qū)域，并且，氣相空氣比的改變?yōu)?.2或更低，由空氣噴嘴噴出的空氣在火焰的后階段部分與在火焰的中心部分流動的粉煤彼此混合。因為在由還原火焰和氧化火焰組成的火焰的前階段部分中已經(jīng)把氧消耗掉，在火焰的后階段部分中低氧濃度的還原火焰在徑向上擴展開，因此，大部分粉煤在還原區(qū)域中通過，所以由于火焰的前階段部分的氧化火焰而出現(xiàn)的氮氧化物也被減少，還有，空氣的分布變得均勻，使得不會形成氣相空氣比特別低的區(qū)域，因此，燃燒反應(yīng)進行得較好，并可以改進燃燒效率，并減少在燃燒灰燼中未燃燒的碳含量。


圖1為本發(fā)明的粉煤燃燒器的一個實施例的豎直剖面?zhèn)纫晥D2為傳統(tǒng)的粉煤燃燒器的豎直剖面?zhèn)纫晥D；圖3為示出用本發(fā)明的粉煤燃燒器和傳統(tǒng)的粉煤燃燒器的檢查結(jié)果的圖；圖4為本發(fā)明的粉煤燃燒器的另一個實施例的豎直剖面?zhèn)纫晥D；圖5為傳統(tǒng)的粉煤燃燒器的豎直剖面?zhèn)纫晥D；圖6為傳統(tǒng)的粉煤燃燒器的豎直剖面?zhèn)纫晥D；圖7為本發(fā)明的粉煤燃燒器的另一個實施例的主要部分的放大的側(cè)視圖；圖8為本發(fā)明的粉煤燃燒器的另一個實施例的主要部分的放大的側(cè)視圖；圖9為本發(fā)明的粉煤燃燒器的另一個實施例的豎直剖面?zhèn)纫晥D；圖10為圖9的粉煤燃燒器的前視圖；圖11為本發(fā)明的粉煤燃燒器的另一實施例的前視圖；圖12A和12B為氣相空氣比的分布圖；以及圖13A和13B為傳統(tǒng)的粉煤燃燒器的豎直剖面?zhèn)纫晥D。
實施例1下面將參考著圖1和2描述本發(fā)明的第一實施例。圖1為本發(fā)明的粉煤燃燒器的第一實施例的示意圖，而圖2為一個示意圖，示出了一個傳統(tǒng)的燃燒器，為的是與圖1中所示的粉煤燃燒器作比較。
標(biāo)號10表示用來氣動地運送粉煤的一個粉煤噴嘴，沒有畫出它的上游側(cè)，但是其上游側(cè)連接到運送管道上。標(biāo)號11為設(shè)在該粉煤噴嘴10的外面的的一個空氣噴嘴，標(biāo)號12表示用來燃燒粉煤和由粉煤燃燒器噴射出的空氣的爐子空間。箭頭13表示由粉煤噴嘴10噴出的粉煤流，而箭頭14表示由空氣噴嘴11噴出的空氣流。標(biāo)號99表示設(shè)置用來幫助燃燒的一個燃油槍。
在此第一實施例中，實現(xiàn)了一種方法(兩階段燃燒法)，其中使由燃燒器供應(yīng)的空氣的數(shù)量比實現(xiàn)粉煤的完全燃燒所必須的空氣數(shù)量稍微少一點，所必須的空氣的其余部分在下游測提供。標(biāo)號19表示為此目的的空氣供應(yīng)裝置，即，對于第二階段燃燒的空氣噴嘴，而標(biāo)號20表示由它供應(yīng)的空氣流。標(biāo)號18表示第二階段燃燒空氣和由該燃燒器供應(yīng)的粉煤的燃燒區(qū)域。
在此實施例中，由空氣噴嘴噴出的空氣是由燃燒器噴出的，隨后，分開地由在火焰的前階段部分的火焰的中心流出，并流向在火焰的后階段部分的火焰的中心(在離開燃燒器噴嘴出口大于燃燒器喉道直徑三倍的一個距離的一個分開的位置)。因此，在火焰的前階段部分中抑制了由空氣噴嘴噴出的空氣與在火焰中心流動的粉煤的混合，并且，在點火區(qū)域15的下游側(cè)，在粉煤火焰的中心部分，氧氣由于燃燒反應(yīng)而被消耗掉，并形成了氧濃度低的還原火焰17。
還有，由于在還原火焰17的徑向上的外面燃料的濃度低，不繼續(xù)消耗氧，所以形成了氧的濃度高的氧化區(qū)域16。還有，由空氣噴嘴噴出的空氣與在火焰的后階段部分中在火焰中心部分流動的粉煤的混合使在火焰的后階段部分中低氧濃度的還原火焰在徑向上擴展開，這是因為在由還原火焰和氧化火焰組成的火焰的前階段部分中已經(jīng)把氧消耗掉。
在本發(fā)明中，火焰的徑向方向意味著以直角橫截箭頭13的方向，該箭頭示出了粉煤流的方向。燃燒器的徑向方向是火焰的擴展方向。
這樣，為了使由空氣噴嘴噴出的空氣流與在火焰的前階段部分中的中心軸線分開，并隨后與在火焰的后階段部分的中心流動的粉煤流混合，要在以對于粉煤噴嘴的中心軸線30度到50度的一個角度離開粉煤噴嘴的一個方向上噴出空氣，使得空氣流為一個直的氣流，或者是一個弱的渦流，其漩渦數(shù)為0.8或更低。在這里，可以由下面的公式得出漩渦數(shù)漩渦數(shù)=(在漩渦方向上的動量)/(軸向上的動量×喉道的外徑)。
與在圖1中示出的第一實施例相比，在圖2中示出的傳統(tǒng)的粉煤燃燒器中，以一種由強的渦漩作用力產(chǎn)生渦漩的渦流方式由空氣噴嘴11噴出空氣，其漩渦數(shù)為0.8或更高，從而使被噴出后的空氣與中心分開流動，并且，甚至在火焰的后階段部分中它不與中心部分混合。因此，即使在火焰的后階段部分，它也已經(jīng)被分成在火焰中心部分的還原火焰17和在它的外面的氧化火焰16。
在圖3中示出了在空氣數(shù)量與粉煤數(shù)量的比值(橫坐標(biāo))與在爐子出口處氮氧化物的濃度(縱坐標(biāo))之間的關(guān)系的檢查結(jié)果。曲線P示出了傳統(tǒng)的粉煤燃燒器的性能，而曲線Q為在圖1中示出的本發(fā)明的粉煤燃燒器的性能。如由圖明顯地看出的那樣，將會注意到，與傳統(tǒng)的燃燒器相比，不管空氣比為多大，本發(fā)明的粉煤燃燒器都有相對較低的氮氧化物的出現(xiàn)比。
在傳統(tǒng)的燃燒器中氧化火焰流16和還原火焰流17彼此分開地形成，氮氧化物的還原反應(yīng)在火焰的中心部分的還原火焰中進行，氮氧化物的產(chǎn)生較少。然而，因為在由還原火焰在徑向上向外擴展的氧化火焰中出現(xiàn)氮氧化物，所以由整個火焰產(chǎn)生的氮氧化物的數(shù)量變得較大。還有，在還原火焰中，在氣相空氣比(實際空氣的數(shù)量與為了實現(xiàn)由粉煤排出的氣相成份的完全燃燒所必須的空氣數(shù)量之比)太低的情況下，例如為0.6，燃燒反應(yīng)被延遲，使得沒有燃燒的物質(zhì)增加，并有一種擔(dān)心這使得燃燒效率降低，并由于在燃燒灰燼中未燃燒的碳的增加，使有效地使用燃燒灰燼成為一個障礙。
如在第一實施例中那樣，在一種方法(兩階段燃燒方法)中使由燃燒器提供的空氣的數(shù)量比粉煤完全燃燒所必須的空氣數(shù)量要少，而所必須的空氣的其余部分在下游提供，在這樣的情況下，因為粉煤的燃燒沒有繼續(xù)進行，在為了進行第二階段燃燒與空氣混合的部分出現(xiàn)的氮氧化物增加。
相反，在本發(fā)明的前面的實施例中，還原火焰在火焰的后階段部分中在徑向的方向上擴展，因此，大部分粉煤在還原區(qū)域中通過，從而在火焰的前階段部分的氧化火焰中產(chǎn)生的氮氧化物也被減少。還有，與傳統(tǒng)的燃燒器相比，因為空氣的分布變得均勻，不會形成氣相空氣比特別低的區(qū)域。因此，燃燒反應(yīng)進行得比在圖2中示出的傳統(tǒng)的燃燒器示例更充分，改進了燃燒效率，并減少了在燃燒灰燼中未燃燒的碳含量。還有，因為在與為了第二階段燃燒的空氣混合之前已經(jīng)進行了粉煤的燃燒反應(yīng)，所以由于與為了第二階段燃燒的空氣的混合而出現(xiàn)的氮氧化物變得較少。實施例2圖4為粉煤燃燒器的一個示意圖，示出了本發(fā)明的第二實施例。圖5為傳統(tǒng)的燃燒器的示意圖，示出它是為了與在圖4中所示的粉煤燃燒器作比較。下面將參考著圖4描述本發(fā)明的第二實施例。
在圖4中，把空氣噴嘴分成兩個，第二空氣噴嘴32和第三空氣噴嘴33。在這里，第二空氣噴嘴32用來在粉煤噴嘴10與第三空氣噴嘴33之間提供一個間隔。在粉煤噴嘴與第三空氣噴嘴彼此分開的情況下，該燃燒器由于燃燒而被損壞，當(dāng)?shù)诙諝獠粡牡诙諝鈬娮?2中流出時，不能使用該燃燒器。因此，由第二空氣噴嘴32流出的第二空氣做為一種冷卻氣體。第二空氣的數(shù)量足以作為第三空氣的數(shù)量的1/3。為了使第二空氣沿著后面將描述的引導(dǎo)板21流動，并使它離開粉煤噴嘴10一定距離，在火焰穩(wěn)定環(huán)31的形狀上采取某些措施。即，火焰穩(wěn)定環(huán)31的頂部在徑向的方向上向外伸展。還有，在粉煤噴嘴10的中心部分設(shè)有一個縮喉管24和一個芯軸狀的障礙物25，在火焰穩(wěn)定環(huán)31附近粉煤的濃度提高，從而在火焰穩(wěn)定環(huán)31附近粉煤的點火較早，還原火焰區(qū)域17擴展。還有，在圖4中示出的本實施例與傳統(tǒng)的燃燒器不同，它在粉煤噴嘴的那一側(cè)在第三空氣噴嘴33的出口的壁上設(shè)有一個引導(dǎo)板21。
靠此引導(dǎo)板21，在喉道部分22使與粉煤噴嘴的中心軸線平行流動的第三空氣的方向在徑向上朝外的方向上彎曲。引導(dǎo)板21對于噴嘴的中心軸線的傾斜角度34被設(shè)定成30-50度。因此，第三空氣由燃燒器以對于粉煤噴嘴的中心軸線為30-50度的一個角度噴出。
在由第三空氣噴嘴噴出第三空氣之前，在火焰的前部中空氣與火焰的中心分開地流動，隨后，在火焰的后階段部分(在離開燃燒器噴嘴出口燃燒器喉道直徑三倍的一個距離的那部分)中朝向火焰的中心流動，如在圖4中由箭頭14所示出的那樣。這樣，在火焰的前階段部分中，沒有進行由第三空氣噴嘴噴出的第三空氣與在火焰中心流動的粉煤的混合的情況下，由于在粉煤火焰的中心部分的燃燒反應(yīng)氧被消耗掉，并在點火區(qū)域15的下游側(cè)形成氧濃度低的還原火焰17。
還有，因為由于在還原火焰17的在徑向上的外側(cè)燃料的濃度低而使氧沒有消耗掉，所以形成了氧濃度高的氧化火焰16。還有，由第三空氣噴嘴33噴出的第三空氣與在火焰中心部分流動的粉煤在火焰的后階段部分中混合。這是，因為在由還原火焰17和氧化火焰16組成的火焰的前階段部分中已經(jīng)把氧消耗掉，在火焰的后階段部分中氧濃度低的還原火焰在徑向的方向上擴展。
因為在火焰的后階段部分中還原火焰在徑向的方向上擴展，大部分粉煤在還原區(qū)域中通過，而由于火焰的前階段部分的氧化火焰而出現(xiàn)的氮氧化物也會減少。
還有，與傳統(tǒng)的燃燒器相比，空氣的分布變得均勻，使得不會形成氣相空氣比非常低的區(qū)域。因此，燃燒反應(yīng)進行得比在圖5示出的傳統(tǒng)的燃燒器中更充分，并實現(xiàn)了燃燒效率的改善和在燃燒灰燼中未燃燒的碳的減少。還有，在與第二階段空氣混合之前已經(jīng)進行了粉煤的燃燒反應(yīng)，所以由于與第二階段燃燒空氣混合而出現(xiàn)的氮氧化物變少。
這樣，為了使來自第三空氣噴嘴的第三空氣在火焰的前階段部分與中心軸線分開地流動，并使它在火焰的后階段部分中與在中心流動的粉煤混合，希望以對于粉煤噴嘴的中心軸線30-50度的一個角度噴出上面提到的第三空氣，并以直的氣流或以弱的渦漩氣流提供第三空氣。而，因為第三空氣的離心作用力小，在火焰的后階段部分中實現(xiàn)與粉煤的混合。
還有，希望以比由粉煤噴嘴噴出的粉煤流更高的速度噴出第三空氣。這時，第三空氣流的動量變得比粉煤流的動量大，使得第三空氣的噴出方向變得比較難以受到粉煤流影響。因此，在燃燒器附近抑制了第三空氣與粉煤的混合。
還有，像在圖4中所示的第二實施例中那樣，希望引導(dǎo)板21在徑向上向外比喉道部分22的外周邊壁的伸展線更多地伸展，喉道部分22的外周邊壁的流動路徑平行于粉煤噴嘴的中心軸線。第三空氣與粉煤流平行地流動，而在喉道部分它的噴出方向被引導(dǎo)板21改變。然而，在引導(dǎo)板較短的情況下，如在圖6中所示出的那樣，形成了方向沒有被引導(dǎo)板改變像箭頭34所示出的那樣的氣流，而該流動變成在靠近燃燒器的一個位置容易與粉煤流混合。靠這種結(jié)構(gòu)，因為在點火時間第三空氣與粉煤混合，所以火焰溫度被降低，并使點火延遲，而還原區(qū)域變得比較難以形成，使得在爐子出口處的氮氧化物的濃度提高。
還有，在把空氣噴嘴在徑向上分成多個噴嘴的情況下，像在本實施例中那樣，因為可以通過各自的空氣噴嘴改變空氣的注入比，所以可以通過調(diào)節(jié)混合位置和空氣與粉煤的混合比使氮氧化物產(chǎn)生的數(shù)量和在燃燒灰燼中未燃燒的碳變得適當(dāng)。實施例3圖7為粉煤燃燒器的喉道部分的放大圖，示出了本發(fā)明的第三實施例。在此實施倒中，把引導(dǎo)板21設(shè)在粉煤噴嘴的那一側(cè)在第三空氣噴嘴33的出口的壁上。在引導(dǎo)板的第三空氣噴嘴那一側(cè)上形成一個流動路徑，它對于第三空氣流有一個彎曲的表面，使得流動路徑平滑地改變。還有，在圖8中，示出了另一種粉煤噴嘴的一個放大圖，為的是解釋第三實施例。
在圖8中，當(dāng)引導(dǎo)板21使在第三空氣噴嘴中流動的第三空氣的氣流源彎曲時，在喉道部分與引導(dǎo)板之間在連接部分上形成了一個停留區(qū)域35，流動在此區(qū)域中被延遲。來自爐子內(nèi)的火焰的輻射使引導(dǎo)板21的溫度提高。由于流過那里的空氣的對流傳熱和構(gòu)成引導(dǎo)板的材料的熱傳導(dǎo)使引導(dǎo)板21冷卻。當(dāng)形成停留區(qū)域35時，在停留區(qū)域中的對流傳熱減小，使得引導(dǎo)板的溫度上升，并增加了燃燒損壞的可能性。
通過使流動路徑變平滑，使得不形成此停留區(qū)域，如在圖7中所示出的那樣。這時，空氣流的對流傳熱可以冷卻引導(dǎo)板21。還有，因為在引導(dǎo)板與喉道部分之間的連接部分的結(jié)構(gòu)件變厚，在該結(jié)構(gòu)件中的熱傳導(dǎo)變成較強，從而抑制引導(dǎo)板的溫度提高，并可以延長它的使用壽命。實施例4圖9為一個粉煤燃燒器的示意圖，示出了本發(fā)明的第四實施例。還有，圖10為在圖9中所示的粉煤燃燒器的由爐子那側(cè)看的前視圖。在圖9中，標(biāo)號10表示用來氣動地運送粉煤的粉煤燃燒器，它的上游側(cè)沒有畫出，但是，它被連接到輸送管道上。標(biāo)號11表示一個空氣噴嘴，把它設(shè)置成圍繞著粉煤燃燒器。粉煤噴嘴10被分成多個噴嘴，空氣噴嘴也可以分成多個空氣噴嘴。
還有，標(biāo)號12表示用來使粉煤和由燃燒器噴出的空氣燃燒的爐子空間。箭頭13表示由粉煤噴嘴噴出的粉煤流，而箭頭14表示由空氣噴嘴噴出的空氣流。還有，在此實施例中，使用一種方法(兩階段燃燒法)，在此方法中，使由燃燒器噴出的空氣的數(shù)量比完全燃燒粉煤所必須的空氣數(shù)量稍微少一點，并且，在下游提供所必須的空氣的其余部分。標(biāo)號19表示對于第二燃燒空氣的空氣噴嘴，箭頭20表示第二階段燃燒空氣的氣流。標(biāo)號18表示第二燃燒空氣與燃燒器供應(yīng)的粉煤的燃燒區(qū)域。
在本實施例中，由空氣噴嘴噴出的空氣與在火焰的前階段部分中的中心分開地流動，并隨后在由燃燒器噴出之后在火焰的后階段部分中(在離開燃燒器噴嘴出口大于燃燒器喉道直徑三倍的一個距離的一個分開的位置)朝向火焰的中心流動。因此，在火焰的前階段部分中抑制了由空氣噴嘴噴出的空氣與在火焰中心流動的粉煤的混合，并且，在點火區(qū)域15的下游側(cè)，氧氣由于在粉煤火焰的中心部分的燃燒反應(yīng)而被消耗掉，并形成了氧濃度低的還原火焰17。
還有，在還原火焰17的徑向上的外側(cè)因為氧的濃度低，不繼續(xù)消耗氧，所以形成了氧的濃度高的氧化區(qū)域16。還有，在火焰的后階段部分中，當(dāng)由空氣噴嘴噴出的空氣與在火焰中心部分流動的粉煤混合時，因為在由還原火焰和氧化火焰組成的火焰的前階段部分中已經(jīng)把氧消耗掉，在火焰的后階段部分中低氧濃度的還原火焰在徑向上擴展開。
這樣，為了使由空氣噴嘴噴出的空氣與在火焰的前階段部分中的中心軸線分開地流動，并使它與在火焰的后階段部分的中心流動的粉煤混合，要在以對于粉煤噴嘴的中心軸線大于30度并小于50度的一個角度噴出上面提到的空氣。
在圖9中示出的實施例中，在火焰的后階段部分中在徑向上擴展的還原火焰在火焰內(nèi)擴展。因此，因為大部分粉煤在還原區(qū)域中通過，所以由于火焰的前階段部分的氧化火焰出現(xiàn)的氮氧化物也被減少。還有，與傳統(tǒng)的燃燒器相比，空氣的分布變得均勻，不會形成氣相空氣比特別低的區(qū)域。因此，燃燒反應(yīng)進行得較好，改進了燃燒效率，并減少了在燃燒灰燼中未燃燒的碳含量。還有，因為在與第二階段燃燒空氣混合之前已經(jīng)進行了粉煤的燃燒反應(yīng)，所以由于與為了第二階段燃燒的空氣的混合而出現(xiàn)的氮氧化物變成較少。實施例5圖11為由爐子的那側(cè)取的一個粉煤燃燒器的前視圖，示出了第五實施例。沿著圖11中所示的粉煤燃燒器的線A-A所取的剖面圖與圖1中所示出的相同。本發(fā)明的空氣噴嘴有多個空氣噴嘴11構(gòu)成，并圍繞著粉煤噴嘴10設(shè)置，使得包圍著噴嘴10。每個空氣噴嘴11對爐子的出口關(guān)于粉煤噴嘴的中心軸線傾斜大于30度并小于50度的一個角度，空氣以對于粉煤噴嘴的中心軸線大于30度并小于50度的一個角度由空氣噴嘴11噴出。
在本實施例中，由空氣噴嘴11噴出的空氣與在火焰的前階段部分中的中心分開地流動，并隨后在由燃燒器噴出之后在火焰的后階段部分中(在離開燃燒器噴嘴出口大于燃燒器喉道直徑三倍的一個距離的一個分開的位置)朝向火焰的中心流動，如由箭頭14所表示的那樣。因此，在火焰的前階段部分中抑制了由空氣噴嘴11噴出的空氣與在火焰中心流動的粉煤的混合，并且，在點火區(qū)域15的下游側(cè)，氧氣由于在粉煤火焰的中心部分的燃燒反應(yīng)而被消耗掉，并形成了低氧濃度的還原火焰17。
還有，在還原火焰17的徑向上的外側(cè)因為氧的濃度低，不繼續(xù)消耗氧，所以形成了氧的濃度高的氧化區(qū)域16。還有，在火焰的后階段部分中，當(dāng)由空氣噴嘴噴出的空氣與在火焰中心部分流動的粉煤混合時，因為在由還原火焰和氧化火焰組成的火焰的前階段部分中已經(jīng)把氧消耗掉，在火焰的后階段部分中低氧濃度的還原火焰在徑向上擴展開。
這樣，為了使由空氣噴嘴噴出的空氣與在火焰的前階段部分中的中心軸線分開地流動，并使它與在火焰的后階段部分的中心流動的粉煤混合，要在以對于粉煤噴嘴的中心軸線大于30度并小于50度的一個角度噴出上面提到的空氣。
因此，因為大部分粉煤在還原區(qū)域中通過，所以由于火焰的前階段部分的氧化火焰出現(xiàn)的氮氧化物也被減少。還有，與傳統(tǒng)的燃燒器相比，在傳統(tǒng)的燃燒器中空氣以關(guān)于粉煤噴嘴的中心軸線小于30度的一個角度由空氣噴嘴11噴出，空氣的分布變得均勻，使得不會形成氣相空氣比特別低的區(qū)域。因此，燃燒反應(yīng)進行得較好，改進了燃燒效率，并減少了在燃燒灰燼中未燃燒的碳含量。還有，因為在與第二階段燃燒空氣混合之前已經(jīng)進行了粉煤的燃燒反應(yīng)，所以由于與為了第二階段燃燒的空氣的混合而出現(xiàn)的氮氧化物變成較少。實施例6圖12A和12B示出了用傳統(tǒng)的燃燒器和本發(fā)明的實施例在粉煤燃燒爐內(nèi)部氣體分布的比較。在這里，示出了氣相空氣比作為氣體濃度分布。如上面所提到的那樣，氣相空氣比是實際空氣數(shù)量與使由粉煤作為氣體排放出的成份完全燃燒所必須的空氣數(shù)量之比。氣相空氣比為1或較少的區(qū)域代表氧濃度低的還原火焰，而1或更高的區(qū)域代表氧化火焰。通過由氣體成份得到每個元素的數(shù)量和由為了完全燃燒每個元素所必須的氧原子數(shù)和在氣體成份中實際包括的氧原子數(shù)來計算氣相空氣比。
圖12A和12B示出了沿著圓柱形爐子的中心軸線所取的剖面。圖12A和12B的每個下側(cè)邊，它的上側(cè)邊和它的右側(cè)邊分別代表中心軸線，爐子的壁和爐子的出口。把粉煤燃燒器裝在圖12A和12B中的爐子的左端，對于第二燃燒空氣的空氣注入口設(shè)在爐子側(cè)壁上，在離開粉煤燃燒器大約6米的下游。
圖12A為在使用圖13A中所示的傳統(tǒng)的粉煤燃燒器時的情況下的氣相空氣比的分布，而圖12B為在使用圖13B中所示的本發(fā)明的粉煤燃燒器時的情況下的氣相空氣比的分布。
在圖12A和13A中所示的傳統(tǒng)的粉煤燃燒器中，強烈的渦漩加到由燃燒器的空氣噴嘴噴出的空氣上，靠近側(cè)壁的空氣流與中心軸線分開，如圖12A的箭頭所示出的那樣。因此，在由燃燒器到離開燃燒器6米的位置的區(qū)域內(nèi)的氣相空氣比被分成在側(cè)壁附近大于1的氧化火焰和靠近中心軸線的小于1的還原火焰。
相反，在在圖12B和13B中所示的本發(fā)明的粉煤燃燒器中，由燃燒器的空氣噴嘴噴出的空氣與傳統(tǒng)的燃燒器相比加上了較弱的渦漩，并且，以關(guān)于粉煤噴嘴的中心軸線大于30度并小于50度的一個角度與粉煤噴嘴分開的一個方向上噴出。因此，如圖12B中的箭頭所示出的那樣，由空氣噴嘴噴出的空氣與靠近燃燒器的中心軸線分開地流動(在由燃燒器到離開燃燒器3米距離的一個位置的區(qū)域中)，并在該區(qū)域的下游側(cè)朝向中心軸線流動。因此，氣相空氣比為1或較小的一個還原火焰區(qū)域在火焰的下游側(cè)在徑向上向爐子的內(nèi)部擴展，即，在該區(qū)域中在為了第二階段燃燒的空氣注入口之前在徑向上向爐子的內(nèi)部擴展。
因此，因為大部分粉煤在還原區(qū)域中通過，所以由于火焰的前階段部分的氧化火焰出現(xiàn)的氮氧化物也被減少。還有，與在圖12A中示出的傳統(tǒng)的燃燒器相比，空氣的分布變得均勻，使得不會形成氣相空氣比特別低的區(qū)域。因此，燃燒反應(yīng)進行得較好，改進了燃燒效率，并減少了在燃燒灰燼中未燃燒的碳含量。還有，因為在與第二階段燃燒空氣混合之前已經(jīng)進行了粉煤的燃燒反應(yīng)，所以由于與第二階段燃燒的空氣混合而出現(xiàn)的氮氧化物變成較少。
如上面所解釋的那樣，用此粉煤燃燒器或靠此燃燒方法，如上面所提到的那樣，由空氣噴嘴噴出空氣，使它關(guān)于粉煤燃燒器的中心軸線向著一個外周邊的方向流動(以與粉煤噴嘴分開的一個方向)。因此，由噴出的空氣與在火焰的前階段部分的火焰的中心分開地流動，并隨后朝向在火焰的后階段部分的火焰的中心(在離開燃燒器噴嘴出口大于燃燒器喉道直徑三倍的一個距離的一個分開的位置)流動。
并且，在點火區(qū)域的下游側(cè)，在粉煤火焰的中心部分，氧氣由于燃燒反應(yīng)而被消耗掉，并形成了低氧濃度的還原火焰。還有，因為在還原火焰的徑向上的外面由于氧的濃度低，不繼續(xù)消耗氧，所以形成了氧的濃度高的氧化區(qū)域。還有，在火焰的后階段部分中，當(dāng)由空氣噴嘴噴出的空氣與在火焰中心部分流動的粉煤混合時，因為在由還原火焰和氧化火焰組成的火焰的前階段部分中已經(jīng)把氧消耗掉，低氧濃度的還原火焰在火焰的后階段部分中在徑向上擴展開。
因此，因為大部分粉煤在還原區(qū)域中通過，所以由于火焰的前階段部分的氧化火焰出現(xiàn)的氮氧化物也被減少，并且，空氣的分布變得均勻，使得不會形成氣相空氣比特別低的區(qū)域。因此，燃燒反應(yīng)進行得較好，改進了燃燒效率，并減少了在燃燒灰燼中未燃燒的碳含量。
按照本發(fā)明，如上面已經(jīng)解釋的那樣，可以得到一種粉煤燃燒器，并用此燃燒器可以得到一種燃燒方法，其中氮氧化物的出現(xiàn)變少，并且，在燃燒灰燼中未燃燒的碳也變少。
權(quán)利要求
1．使用一種粉煤燃燒器的一種燃燒方法，該燃燒器設(shè)有用來注入粉煤和空氣的混合物的一個粉煤噴嘴和設(shè)在所述粉煤噴嘴的外周邊部分上的一個空氣噴嘴，用來注入空氣，其特征在于，由所述粉煤燃燒器形成的燃燒火焰有在火焰的徑向上的中心部分形成的氣相空氣比為1或較低的一個區(qū)域，并有在所述區(qū)域的外面在所述粉煤燃燒器的注入口附近形成的氣相空氣比大于1的一個區(qū)域，以及在下游側(cè)在所述火焰的里面形成的氣相空氣比為1或較低的一個區(qū)域。
2．使用一種粉煤燃燒器的一種燃燒方法，該燃燒器設(shè)有用來注入粉煤和空氣的混合物的一個粉煤噴嘴和一個空氣噴嘴，該空氣噴嘴設(shè)在所述粉煤噴嘴的外周邊部分上，使得圍繞著所述粉煤噴嘴，用來注入空氣，其特征在于，由所述粉煤噴嘴以直的射流方式噴出和供應(yīng)粉煤混合物流體，以直的氣流沒有渦漩或漩渦數(shù)為0.8或更低的弱渦漩氣流的方式在與所述粉煤噴嘴以關(guān)于所述粉煤噴嘴的中心軸線30度到50度的一個角度分開的一個方向上噴出空氣，以及由所述空氣噴嘴供應(yīng)的空氣的噴射速度比由所述粉煤噴嘴供應(yīng)的粉煤混合物流體的噴射速度要大。
3．使用一種粉煤燃燒器的一種燃燒方法，使此方法實現(xiàn)兩階段燃燒，此方法設(shè)有一種粉煤燃燒器，它有用來注入粉煤和空氣的混合物的一個粉煤噴嘴和一個空氣噴嘴，該空氣噴嘴設(shè)在所述粉煤噴嘴的外周邊部分上，使得圍繞著所述粉煤噴嘴，用來注入空氣，它還有設(shè)置在所述粉煤燃燒器下游側(cè)的一個空氣供應(yīng)裝置，用來供應(yīng)第二燃燒空氣，其特征在于，由所述空氣噴嘴供應(yīng)的空氣的數(shù)量比為了使由粉煤噴嘴供應(yīng)的燃料完全燃燒所必須的空氣數(shù)量少，由所述粉煤噴嘴以直的射流方式噴出和供應(yīng)粉煤混合物流體，所短缺的空氣數(shù)量由所述空氣供應(yīng)裝置提供，以及由所述粉煤燃燒器在與所述第二燃燒空氣混合之前所形成的燃燒火焰有在火焰的徑向上的中心部分形成的氣相空氣比為1或較低的一個區(qū)域，并有在所述區(qū)域的外面在所述粉煤燃燒器的注入口附近形成的氣相空氣比大于1的一個區(qū)域，以及在下游側(cè)在所述火焰的里面形成的氣相空氣比為1或較低的一個區(qū)域。
4．使用一種粉煤燃燒器的一種燃燒方法，使此方法實現(xiàn)兩階段燃燒，此方法設(shè)有一種粉煤燃燒器，它有用來注入粉煤和空氣的混合物的一個粉煤噴嘴和一個空氣噴嘴，該空氣噴嘴設(shè)在所述粉煤噴嘴的外周邊部分上，使得圍繞著所述粉煤噴嘴，用來注入空氣，它還有設(shè)置在所述粉煤燃燒器下游側(cè)的一個空氣供應(yīng)裝置，用來供應(yīng)第二燃燒空氣，其特征在于，由所述空氣噴嘴供應(yīng)的空氣的數(shù)量比為了使由粉煤噴嘴供應(yīng)的燃料完全燃燒所必須的空氣數(shù)量少，所短缺的空氣數(shù)量由所述空氣供應(yīng)裝置提供，以及以直的氣流沒有渦漩或漩渦數(shù)為0.8或更低的弱渦漩氣流的方式在與所述粉煤噴嘴以關(guān)于所述粉煤噴嘴的中心軸線30度到50度的一個角度分開的一個方向上噴出空氣，以及由所述空氣噴嘴供應(yīng)的空氣的噴射速度比由所述粉煤噴嘴供應(yīng)的粉煤混合物流體的噴射速度要大。
5．按照權(quán)利要求2或4所述的使用一種粉煤燃燒器的一種燃燒方法，其特征在于，由所述空氣噴嘴噴出的空氣的噴射速度與所述粉煤噴嘴噴出的混合物流體的噴射速度比為2∶1與3∶1之間。
6．一種粉煤燃燒器，它設(shè)有用來注入粉煤和空氣的混合物的一個粉煤噴嘴和一個空氣噴嘴，該空氣噴嘴設(shè)在所述粉煤噴嘴的外周邊上，使得圍繞著所述粉煤噴嘴，用來注入空氣，其特征在于，把所述粉煤噴嘴做成以直的射流方式噴出和供應(yīng)粉煤混合物流體，把所述空氣噴嘴做成以直的氣流沒有渦漩或漩渦數(shù)為0.8或更低的弱渦漩氣流的方式在與所述粉煤噴嘴以關(guān)于所述粉煤噴嘴的中心軸線30度到50度的一個角度分開的一個方向上噴出空氣，并使得空氣的噴射速度比由所述粉煤噴嘴供應(yīng)的粉煤混合物流體的噴射速度要大。
7．一種粉煤燃燒器，它設(shè)有用來注入粉煤和空氣的混合物的一個粉煤噴嘴和一個空氣噴嘴，該空氣噴嘴設(shè)在所述粉煤噴嘴的外周邊上，使得圍繞著所述粉煤噴嘴，用來注入空氣，其特征在于，在所述空氣噴嘴的空氣噴射出口部分上設(shè)置一塊對空氣的引導(dǎo)板，它關(guān)于所述粉煤噴嘴的中心軸線有30度到50度的一個角度，引導(dǎo)噴射的空氣在徑向上向外流動，以及把所述引導(dǎo)板的下游側(cè)端部做成位于所述空氣噴嘴的一個外周邊壁的喉道部分的延長線上，或在比該延長線在徑向上的外側(cè)。
8．按照權(quán)利要求7所述的粉煤燃燒器，其特征在于，把所述引導(dǎo)板的空氣流動通道側(cè)壁做成對于空氣流為平滑的彎曲的壁表面。
9．一種粉煤燃燒器，它包括用來注入粉煤和主要空氣的混合物流體的一個粉煤噴嘴，用來噴出第二空氣的一個第二空氣噴嘴，用來噴出第三空氣的一個第三空氣噴嘴，每個空氣噴嘴與所述粉煤噴嘴同圓心地并列，并設(shè)在所述粉煤噴嘴的外周邊上，其特征在于，把所述粉煤噴嘴做成以直的射流方式噴出和供應(yīng)粉煤與主要空氣的混合物流體，把所述第三空氣噴嘴做成以直的氣流沒有渦漩或漩渦數(shù)為0.8或更低的弱渦漩氣流的方式噴出第三空氣，以及把空氣噴射出口做成以關(guān)于所述粉煤噴嘴的中心軸線成30度到50度的一個角度噴出第三空氣，并使得空氣的噴射速度比由所述粉煤噴嘴供應(yīng)的粉煤混合物流體的噴射速度要大。
全文摘要
本發(fā)明提供一種粉煤燃燒器及其燃燒方法,其中出現(xiàn)的氮氧化物變少,未燃燒的碳變少。其中,該燃燒器設(shè)有用來注入粉煤和空氣的混合物的一個粉煤噴嘴(10)和用來噴射空氣的一個空氣噴嘴(11),由上述粉煤燃燒器形成的燃燒火焰形成了在火焰的徑向上的中心部分的氣相空氣比為1或較低的一個區(qū)域,并有在該區(qū)域的外面在燃燒器的射流口附近的氣相空氣比大于1的一個區(qū)域,以及在火焰的下游側(cè)的氣相空氣比為1或較低的一個區(qū)域。
文檔編號F23C6/00GK1226654SQ9910180
公開日1999年8月25日 申請日期1999年1月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月30日
發(fā)明者岡崎洋文, 小林啟信, 津村俊一, 木山研滋, 神保正, 倉增公治, 森田茂樹, 野村伸一郎, 下郡三紀(jì) 申請人:株式會社日立制作所, 巴布考克日立株式會社