專利名稱：低NOx粉化燃料燃燒器的空氣分配裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明根據(jù)能源部批準的合同DE-AC22-92PC92160得到政府的支持。政府對該發(fā)明享有一定的權(quán)利。
本發(fā)明總的涉及工業(yè)發(fā)電廠領(lǐng)域，特別涉及一種用于一低NOX燃燒器的新的和有用的空氣分配擋板結(jié)構(gòu)(baffle configuration)。
美國專利5,829,369講授了一爐子的一種已知型的低NOX粉化燃料燃燒器，其整個說明書在此被引用了。該燃燒器具有被幾個同心的管道包圍的一主要的圓柱形煤噴嘴。最接近地包圍于該煤噴嘴的一管道形成了一主一次空氣轉(zhuǎn)移區(qū)。該管道沿著煤噴嘴的爐子端延伸并形成了作為該轉(zhuǎn)移區(qū)的一環(huán)形管道。有一轉(zhuǎn)移區(qū)氣流控制套筒位于燃燒器爐子開孔的管道上游，以控制通過環(huán)形管道的空氣流。
在該環(huán)形管道里的空氣流平行于被注入燃燒腔里的主空氣和煤混合物。當轉(zhuǎn)移區(qū)空氣在鄰接于燃燒區(qū)的端部離開該燃燒器時，它還是基本上平行于主空氣和煤行進，就如同它被噴入燃燒器內(nèi)時那樣。
在該燃燒器的燃燒腔端的四周由包圍著煤噴嘴的諸同心的殼體形成了一或多個次空氣區(qū)。有若干旋流葉片設(shè)置在諸次空氣區(qū)里，并為可調(diào)節(jié)的或固定的。在鄰接于燃燒腔的邊緣處設(shè)有一從一最靠近的殼體朝外定向的空氣分配錐體。該錐體朝外偏轉(zhuǎn)一些次空氣。
在此也被引用的美國專利5,680,823圖示出諸不同的錐體形狀和能與結(jié)合一低NOX燃燒器使用的定向。該錐形裝置用于在煤嘴的出口處將被粉化的煤朝外轉(zhuǎn)向并渦旋，以減少NOX形成和為燃燒燃料損耗。
盡管已有技術(shù)揭示了用于偏轉(zhuǎn)并改變次空氣或粉化煤的流動路徑的諸裝置，未曾有一已有的燃燒腔設(shè)計包括了一種用于偏轉(zhuǎn)或改變轉(zhuǎn)移區(qū)空氣的裝置。
本發(fā)明的一目的是提供一種用于從燃燒器中心線沿徑向朝外引導(dǎo)一部分燃燒空氣流的裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于朝外偏轉(zhuǎn)至少一部分轉(zhuǎn)移區(qū)空氣的裝置。
本發(fā)明的還有一目的是進一步減少NOX的形成和從礦物燃料燃燒器，特別是粉化煤燃燒器的排放。
因此，用于一低NOX粉化煤燃燒器的一偏轉(zhuǎn)裝置位于該燃燒器的轉(zhuǎn)移區(qū)環(huán)形空間的燃燒腔。該偏轉(zhuǎn)裝置具有安裝在一煤噴嘴上、形成為該環(huán)形空間的內(nèi)壁的一內(nèi)部斜面和安裝在該環(huán)形空間的外壁上的一外部斜面。這兩斜面具有互補而相對的表面以形成一橫截面減小了的通道，用于利用鄰近于煤噴嘴的通道開口和鄰近于轉(zhuǎn)移區(qū)環(huán)形空間的外壁的通道出口轉(zhuǎn)移空氣。諸斜面的定向使橫截面被減小的通道從燃燒腔嘴沿徑向朝外斜入燃燒腔。外部斜面具有一位于環(huán)形空間內(nèi)的部分，用于逐步將橫截面面積減小到諸斜面之間的通道。
在另一可選用的實施例中，該煤噴嘴可在端部擴口以取代內(nèi)部斜面。另外，可在煤噴嘴內(nèi)部設(shè)一轉(zhuǎn)向器。
表征本發(fā)明的新穎性的許多特點被尤其在所附的諸權(quán)利要求里指出，這些權(quán)利要求形成這一公開內(nèi)容的一部分。為了更好地理解本發(fā)明，即對其操作的優(yōu)點和靠其使用達到的特定目的的理解，可以參閱諸附圖和表示了本發(fā)明的一最佳實施例的說明書部分。
在諸附圖中

圖1是具有本發(fā)明的空氣偏轉(zhuǎn)裝置的一燃燒器的側(cè)向剖視圖；圖2是具有圖1所示的裝置的一煤噴嘴的燃燒器端的立體圖；以及圖3是使用空氣偏轉(zhuǎn)裝置的另一實施例的一燃燒器的側(cè)向剖視圖。
現(xiàn)在參閱諸附圖，其中相同的標號用來表示相同的或相似的零件，圖1表示了用于一燃燒器或鍋爐的一低NOX粉化煤燃燒器10，該燃燒器具有一在鄰接于一燃燒室的那一端帶一燃料出口25的煤噴嘴20(未圖示)。該煤噴嘴20具有一中心線或沿著煤和主空氣通過煤噴嘴20的路徑指向的縱軸線15。
主空氣和供應(yīng)的煤80在一端進入燃燒器10。偏轉(zhuǎn)器52和圓錐形擴散器54也位于燃燒器10的一端。如圖1和3所示，次空氣56配備有轉(zhuǎn)移區(qū)氣流控制閥58、滑動盤60、諸固定葉片62、諸可調(diào)葉片64、燃燒器碹口(quarl)66和空氣分配圓錐體68。也如圖1和3所示的，該燃燒器10的形狀也限定了次空氣區(qū)70。
一圓筒形壁40包圍著煤噴嘴20并與之同心，以形成一為轉(zhuǎn)移空氣區(qū)30的環(huán)形空間。煤噴嘴20形成該轉(zhuǎn)移空氣區(qū)30的內(nèi)壁，而圓筒形壁40形成轉(zhuǎn)移空氣區(qū)的外壁。圓筒形壁40和煤噴嘴20的端部基本上是共平面且鄰近于燃燒腔，使該轉(zhuǎn)移空氣區(qū)30與煤噴嘴20終止在同一點。
形成一空氣偏轉(zhuǎn)裝置的一對斜面100、200恰位于該轉(zhuǎn)移空氣區(qū)31的燃燒腔端部的內(nèi)部。在轉(zhuǎn)移空氣區(qū)30環(huán)狀空間里兩個斜面100和200為環(huán)。內(nèi)斜面200形成在煤噴嘴20上。外斜面100形成在圓筒形壁40上。外斜面100有兩個暴露的面(見圖2)。內(nèi)面110和外面120沿著相反的方向傾斜，并在外斜面100的中間的一點上相遇。內(nèi)面110從圓筒形壁40朝里向煤噴嘴20傾斜，而外面120朝著圓筒形壁40向后傾斜。
內(nèi)斜面200具有從煤嘴20朝著圓筒形壁40朝外傾斜的一單個的斜面220，并互補和相對于外斜面100的外面120。內(nèi)斜面220和外面120形成一偏轉(zhuǎn)噴射路徑300，在它兩之間流動通過轉(zhuǎn)移空氣區(qū)30的空氣從該燃燒器10的縱軸線15沿徑向朝外改向。
在圖3所示的又一個實施例中，內(nèi)斜面200由一煤噴嘴20的一擴口端205形成。另外，燃燒器可包括一轉(zhuǎn)向器50、控制桿72和分配圓錐體74。
由斜面100、200形成的空氣偏轉(zhuǎn)裝置將約10％的總?cè)紵諝飧南驗橐谎貜较虬l(fā)散的類似一中空圓錐體的氣流。由斜面100、200形成的空氣偏轉(zhuǎn)裝置能被定向到一特定的角度，這取決于燃燒器的使用條件。存在于轉(zhuǎn)移區(qū)里的轉(zhuǎn)移空氣量能被控制，從而用來也能控制改向的空氣的速度。
該改向的空氣氣流與主和次燃燒空氣流相互作用，以在燃燒器里形成流動特征和卷吸效應(yīng)(entrainment effect)，這樣就有助于提高火焰穩(wěn)定性，并比起無空氣偏轉(zhuǎn)裝置的燃燒器來，具有較高的燃燒效率和較低的NOX輻射。空氣氣流從煤噴嘴朝外沿徑向的偏轉(zhuǎn)增加了燃燒器附近的氣流的再循環(huán)，并膨脹了氧氣不足的主燃燒區(qū)的容積。通過制造攜氮物質(zhì)，如HCN、CN、N、NH和NH2(這些物質(zhì)與NOX作用以將NOX轉(zhuǎn)化為N2(元素氮))，這些條件使NOX的形成和污染物排放最小化。另外，火焰點燃和穩(wěn)定性提高了燃燒效率和燃料燃盡，這樣減少了從該爐子排放CO和未燃易燃物。
對圖1所示的一粉化煤燃燒器在由一種高揮發(fā)性粉化東方瀝青煤提供的1億Btu/小時熱量輸入條件下進行的測試，相對于Babcock & Wilcox的標準的DRB-4Z(Babcock & Wilcox的一商標)燃燒器，揭示出10％-20％的低NOX排放、10％-60％的低CO排放和高達35％的點燃損耗(loss on ignation)。點燃損耗涉及燃燒無效的大小。
該測試使用了一相對于燃燒器10的縱軸線15為25°的傾斜路徑角(ramppath angle)。如此，錐形氣流的全角度為50°。在測試期間次空氣的速度是標稱5,500英尺/分鐘(fpm)。
采用其他的角度和速度能獲得本發(fā)明的低NOX排放和其他的好處。用于由斜面100、200形成的空氣偏轉(zhuǎn)路徑的最佳的偏轉(zhuǎn)角為10°-40°，或20°-80°的從縱軸線15的全發(fā)散角。標稱的次空氣速度能從約4,500fpm變化到7,500fpm。
盡管表示了本發(fā)明的一個特定的實施例并作了詳細描述以示出本發(fā)明原理的使用，本發(fā)明可以另外方式實施而不背離這些原理，對此是可以理解的。
權(quán)利要求
1．用于一低NOX燃燒器的一空氣偏轉(zhuǎn)裝置，該空氣偏轉(zhuǎn)裝置具有一環(huán)形的主/次空氣轉(zhuǎn)移區(qū)，該區(qū)的內(nèi)壁由一煤噴嘴形成，而外壁由一與該噴嘴共軸線的管子形成，該環(huán)形區(qū)具有一鄰近于該低NOX燃燒器的一燃燒腔端部的一開口端，該空氣偏轉(zhuǎn)裝置包括一內(nèi)部傾斜部分，該部分形成在鄰近于該燃燒器的燃燒腔端部的內(nèi)壁上；一外部傾斜部分，該部分形成在鄰近于該燃燒器的燃燒腔端部的外壁上，該外部傾斜部分具有至少一與內(nèi)部傾斜部分間隔地相對的表面并具有與該內(nèi)壁傾斜部分互補的形狀。
2．按照權(quán)利要求1的空氣偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于，該外部傾斜部分的至少一表面和該內(nèi)部傾斜部分形成一從該燃燒器的一縱軸線沿徑向朝外定向的空氣偏轉(zhuǎn)通道。
3．按照權(quán)利要求2的空氣偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于，該通道被定向成在從該縱軸線朝外10°-40°。
4．按照權(quán)利要求3的空氣偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于，該通道被定向成朝外25°。
5．按照權(quán)利要求2的空氣偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于，該外部傾斜部分還包括兩表面，第一表面間隔地相對于該內(nèi)壁傾斜部分，第二表面從外壁朝該環(huán)形區(qū)內(nèi)的該煤噴嘴延伸，該第一和第二表面具有一共同的邊緣。
6．按照權(quán)利要求1的空氣偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于，該內(nèi)部傾斜部分由該煤噴嘴的一朝外的擴口端形成。
7．按照權(quán)利要求6的空氣偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于，該外部傾斜部分和該內(nèi)部傾斜部分的該至少一表面形成一從該燃燒器的一縱軸線沿徑向朝外定向的空氣偏轉(zhuǎn)通道。
8．按照權(quán)利要求7的空氣偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于，該通道被定向成在從該縱軸線朝外10°-40°。
9．按照權(quán)利要求8的空氣偏轉(zhuǎn)裝置，其特征在于，該通道被定向成朝外25°。
全文摘要
用于一工業(yè)爐子或鍋爐的一低NO
文檔編號F23D1/02GK1315626SQ00136070
公開日2001年10月3日 申請日期2000年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月29日
發(fā)明者哈米德·薩維, 珍妮弗·L·西夫里, 約翰·V·科薩洛斯基, 艾伯特·D·拉呂 申請人:麥克德莫技術(shù)股份有限公司, 巴布考克及威爾考克斯公司