專利名稱：低氧化氮(NOx)的燃料噴射器和提高的火焰穩(wěn)定性的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一用于爐子的燃料噴射器。具體來說，本發(fā)明涉及一燃料噴射器和 一爐子，其中，磨成粉的煤或其它固體燃料用一載體氣體傳輸并在爐子的燃燒室內(nèi) 有效地燃燒，這樣，減少氧化氮(N0x)的形成和與未燃燒燃料相關(guān)的其它不希望 的副產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
低N0x的磨成粉的煤燃燒器由一燃料噴射器和二次空氣調(diào)節(jié)控制器組成，后者 具有二次空氣流過的兩個或多個通道。磨成粉的煤由一種或多種氣體通常是空氣承 載并通過燃料噴射器進入爐子內(nèi)。載體氣體被認為是一次空氣。然而，承載煤的一 次空氣代表不大于25%的燃燒所需要的總的燃燒空氣。其余的燃燒空氣通過二次空 氣調(diào)節(jié)進入爐子。在許多另外的情形中，某些二次空氣被引導到諸如過熱空氣端口 的單獨的分級端口，以使煤的燃燒更加有效。煤燃燒器，特別是低NOx的磨成粉的煤燃燒器，必須形成確立在燃燒器喉部內(nèi) 的穩(wěn)定的強火焰井。在眾多的設計中這種類型燃燒器的典型問題是保持燃料噴射器 的高可靠性，同時，形成磨成粉的煤和最少產(chǎn)生N0x的載體(一次)空氣的分布， 并使圍繞燃料噴射器進入燃燒器的二次燃燒空氣形成一接近零的空氣動力學穩(wěn)定 性圖形。許多較老的設計在煤粉流中使用火焰穩(wěn)定器、葉片或收集端口，意圖形成優(yōu)化 的分布到燃燒器內(nèi)的燃料/空氣之比。然而，這些結(jié)構(gòu)經(jīng)受零件快速地磨損、可能 的過熱，以及煤在零件上焦化(不希望的形成)和結(jié)果造成壽命降低。此外，由于 零件磨損，所以零件的幾何形改變并致使燃燒變劣。在典型的低N0x燃燒器中，二次空氣通過兩個或多個同心的通道進入燃燒器以形成一 "空氣分級"效應。 一般來說，這些設計包括一內(nèi)一外兩個二次空氣區(qū)域， 在每一區(qū)域內(nèi)具有可調(diào)整的漩渦發(fā)生器。因此，在內(nèi)和外區(qū)域之間獨立于漩渦不能 達到空氣的平衡和優(yōu)化。這些設計沒有在內(nèi)對外的二次空氣區(qū)域內(nèi)優(yōu)化流量和漩渦 的獨立裝置。低N0x燃燒器設計將燃料噴射和二次空氣流控制的功能分離為基本上獨立的 功能，但將兩個組件集成到一個燃燒器內(nèi)。來自一種類型燃燒器的燃料噴射通常不 轉(zhuǎn)換到來自另一燃燒器系統(tǒng)的調(diào)節(jié)組件中。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明通過提供一燃料噴射器解決了與現(xiàn)有技術(shù)的低N0x燃燒器設計有關(guān)的諸多問題，該燃料噴射器具有一不中斷的通道，磨成粉的燃料和其載體氣體流過所 述通道。布置多個外火焰穩(wěn)定器以在燃燒器內(nèi)提供優(yōu)良的火焰穩(wěn)定性。 一固定的葉 片旋流器和一空氣控制阻尼器也布置在燃料噴射器上，以便進一步控制磨成粉的燃 料燃燒產(chǎn)生的火焰。本發(fā)明的燃料噴射器解決了上述的操作和可靠性的問題。此外，這樣的燃料噴射器實際上可用于任何燃燒器的結(jié)構(gòu)內(nèi)圓形燃燒器結(jié)構(gòu)，以及"四角"或"切線"點火型的垂直地堆疊的線性燃燒器。如本文中所采用的，術(shù)語"燃料噴射器"意圖涵蓋用來運輸磨成粉的燃料和一 載體氣體以便在一有關(guān)的爐子內(nèi)燃燒的各種裝置。應該認識到，術(shù)語"磨成粉的燃 料"意圖涵蓋諸如磨成粉的煤或諸如此類的各種類型的燃料。盡管為了方便起見使 用術(shù)語"磨成粉的煤"來描述一優(yōu)選的實施例，但其也欲包括除煤之外的各種類型 的磨成粉的燃料。此外，術(shù)語"載體氣體"涵蓋存在于空氣中的氣體之外的各種氣 體。然而，由于根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例空氣被用來運輸磨成粉的煤，所以術(shù)語"一次空氣"將常被用于本文中并欲包括除空氣之外的各種類型的載體氣體。本發(fā)明燃料噴射器的設計已經(jīng)開發(fā)而提高了低N0x燃燒器的性能和可靠性。因 此，本發(fā)明設計特征適用于各種類型的低N0x燃燒器系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，提供一用于一爐子中的燃料噴射器。燃料噴射器 包括一具有入口和出口端的內(nèi)筒，以及一在入口和出口端之間延伸的通道， 一包括 一載體氣體和燃料顆粒在內(nèi)的燃料流允許流過該通道。該內(nèi)筒較佳地在入口和出口 端之間沒有障礙，以使載體氣體和燃料顆?？刹恢袛嗟亓魅胂嚓P(guān)的爐子內(nèi)。燃料噴 射器較佳地包括一包圍內(nèi)筒至少一部分的外筒，以及一介于兩筒之間的外通道，二 次空氣允許流過外通道。多個穩(wěn)定器葉片較佳地布置在外通道內(nèi)靠近內(nèi)筒的出口端 。流過外通道的二次空氣將沖擊穩(wěn)定器葉片并將幫助保持靠近內(nèi)筒出口端的燃料流 的燃燒。多個軸向葉片也較佳地布置在外通道內(nèi)，介于內(nèi)和外筒之間。各個軸向葉 片布置在對應的一對穩(wěn)定器葉片之間，并與穩(wěn)定器葉片合作地發(fā)揮作用而相對于流 出出口端的燃料流形成理想的二次空氣流。 一固定的葉片旋流器也較佳地布置在外 通道內(nèi)，介于內(nèi)和外筒之間。固定的葉片旋流器包括一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)足以沖擊二次 空氣并圍繞穩(wěn)定器和軸向葉片形成一可轉(zhuǎn)動的氣流。在另一優(yōu)選的實施例中， 一空氣控制阻尼器可布置在外通道內(nèi)，介于內(nèi)和外筒 之間。該空氣控制阻尼器可構(gòu)造和布置成控制流過固定的葉片旋流器的二次空氣量穩(wěn)定器和軸向葉片可附連到內(nèi)筒，而固定的葉片旋流器可附連到外筒。然而， 這些特征的具體的布置只是可供選擇的，且代表一個優(yōu)選的實施例。空氣控制阻尼器可包括一孔板和一沿軸向可移動的套筒，以允許有選擇地控制 允許流過固定的葉片旋流器的空氣量。在另一優(yōu)選實施例中，提供一爐子系統(tǒng)。該爐子可包括一外殼、 一布置在外殼 內(nèi)的燃燒區(qū)域，以及具有上述特征的一個或多個燃料噴射器。低N0x燃燒器設計將燃料噴射器和二次空氣流控制的功能分離成基本上獨立 的功能，并將兩個組件集成到一個燃燒器中。取自一種類型的燃燒器系統(tǒng)的燃料噴 射器通常不能集成到另一燃燒器設計系統(tǒng)的阻尼器組件內(nèi)。本發(fā)明是一獨立的燃料噴射器，它包括其自己一體的穩(wěn)定空氣流的控制器和裝 置。因此，本燃料噴射器可插入到各種類型的阻尼器組件內(nèi)。本燃料噴射器提供改進的火焰穩(wěn)定性、低N0x輸出，以及較佳地控制一氧化碳和未燃燒的碳。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一改進的燃料噴射器，以及可供選擇地提供一 產(chǎn)生低N0x輸出的全部的爐子。本發(fā)明的另一目的是提供一燃料噴射器和一可供選 擇的具有提高的火焰穩(wěn)定性的爐子系統(tǒng)。如果結(jié)合諸附圖和下面優(yōu)選實施例的詳細的描述，則可更加容易地理解本發(fā)明上述和其它的目的和優(yōu)點。 附圖的簡要說明

圖1是本發(fā)明燃料噴射器的一優(yōu)選實施例的出口部分的示意的組合截面圖和 前視圖。圖2是本發(fā)明燃料噴射器的一優(yōu)選實施例的剖切的立體圖。圖3是本發(fā)明燃料噴射器的另一實施例的示意的截面圖，其顯示在一相對于一
爐子的安裝位置內(nèi)。圖4是本發(fā)明燃料噴射器的另一優(yōu)選實施例的示意的截面圖，其顯示在一相對 于一爐子的安裝位置內(nèi)。圖5是顯示一四角點火燃燒器陣列的前視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的多個燃料噴射器。圖6是本發(fā)明燃料噴射器的一實施例的一部分的前視立體圖。 圖7是處于爐子內(nèi)的另一組裝位置的如圖6所示的燃料噴射器的實施例的前視 立體圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明一實施例的多個燃料噴射器的示意的組合截面圖和前視 圖，其容納在一爐子的四角點火陣列中。
具體實施方式
參照附圖中的圖l一8，本發(fā)明的燃料噴射器10顯示在各種實施例和視圖中。 在諸如圖1和2的某些視圖中，燃料噴射器10顯示為孤立的。在諸如圖5、 6、 7 和8的其它的視圖中，燃料噴射器10顯示為包括到一爐子內(nèi)。本發(fā)明的燃料噴射器10的一優(yōu)選實施例顯示在圖1和2中。它包括一具有一 入口端16和一出口端14的細長的內(nèi)筒12。 一分段的噴嘴設計布置在出口端，那 里， 一系列凹陷或橢圓形區(qū)域18的功能是產(chǎn)生在出口端14處退出噴嘴的多個集中 的煤粉流。圖2示出該燃料噴射器10，其包括一外筒20，外筒至少在內(nèi)筒的一部分上圓 周地包圍內(nèi)筒12。穩(wěn)定器葉片22、軸向葉片24和一固定的葉片旋流器26布置在 內(nèi)筒12和外筒20之間的通道內(nèi)。這些部件的結(jié)構(gòu)和操作將在下面作進一步描述。一空氣控制阻尼器28也布置在內(nèi)筒12和外筒20之間的通道內(nèi)?？諝饪刂谱?尼器組件包括一孔板30和一軸向可移動的套筒32。 一控制臂34連接到可移動的 套筒，以允許一操作者軸向地調(diào)整套筒，以使一要求的二次空氣量可流入到固定的 葉片旋流器26內(nèi)并圍繞葉片旋流器26。如圖2、 3和4所示， 一連接突緣36布置在燃料噴射器10的入口端16處。連 接突緣36可用來將燃料噴射器10連接到一彎頭或其它的管道，以便將一載體氣體 和磨成粉的燃料顆粒提供到內(nèi)筒12。圖5、 7和8示出燃料噴射器10 (或多個燃料噴射器IO)，其作為全部爐子組 件38的部分。當布置在這樣一爐子內(nèi)時，燃料噴射器10可包括一空氣阻擋板40
(如圖6和7所示)以確保最佳的特性。為了獲得優(yōu)良的火焰穩(wěn)定性和最小的N0x輸出，低N0x火焰穩(wěn)定噴嘴15是一 重要的元件。圖l示出分段的煤噴嘴，其具有一敞開的設計，對于煤的收集沒有障 礙。由于壓降較低，在煤的路徑內(nèi)沒有部件經(jīng)受磨損、煤的積聚或焦化。由于包圍 各個分段的外火焰穩(wěn)定器，從而實現(xiàn)優(yōu)良的火焰穩(wěn)定性。穩(wěn)定器和軸向葉片22和24組合地作用，以在離開噴嘴15的燃料流上和其周 圍形成一流出內(nèi)部區(qū)域的復雜的二次空氣流。該效應形成一靠近燃料噴射器噴嘴15 的初始穩(wěn)定區(qū)域。圖2示出全部的燃料噴射器組件10，并有火焰穩(wěn)定器的部位，火焰穩(wěn)定器包 括圓周弧形的穩(wěn)定器葉片22和軸向葉片24的組合， 一固定的葉片旋流器26和一 空氣控制阻尼器28。這些裝置的功能在下面進行描述?；鹧娣€(wěn)定器的功能如以上在美國專利No. 5， 762, 007中所描述，本文援引其內(nèi) 容以供參考。 一般地來說，圖l一8示出弧形穩(wěn)定器葉片22和縱向的軸向葉片24， 它們布置在外通道內(nèi)(在內(nèi)和外筒12和20之間，靠近內(nèi)筒12的出口端14)。如 圖1和2清晰地所示， 一間隙可保持在相鄰的弧形穩(wěn)定器葉片22之間以允許二次 空氣通過。弧形穩(wěn)定器葉片22和軸向葉片24的組合起作火焰穩(wěn)定器的功能，其有 助于確保退出噴嘴15的燃料流燃燒后形成的火焰是靠近于燃料噴射器10輸出端 "良好確立"的。因此，火焰達到最大穩(wěn)定性，并將諸如N0x和C0之類不希望的 副產(chǎn)品減到最少。內(nèi)和外筒12和20之間流動的二次空氣沖擊弧形穩(wěn)定器葉片22 并由軸向葉片24導向。這形成渦流，渦流將與一次的磨成粉的煤流的干擾減到最 小，同時，仍便于提高生成的火焰。固定的葉片旋流器26附連到燃料噴射器10的外筒20。旋流器26的位置恒定 不變并不需任何調(diào)整。它對在火焰穩(wěn)定器22上流動的空氣形成轉(zhuǎn)動，并提高其控 制由離開噴嘴15的煤流形成的火焰根部的作用?？諝饪刂谱枘崞?8包括孔板30，其被一軸向可移動的套筒32包圍。阻尼器 進行操作從而控制流過固定的葉片旋流器26和在包圍噴嘴15的火焰穩(wěn)定器22上 方的空氣量。軸向可移動的套筒32連接到一控制臂34，控制臂允許控制氣流量， 并允許優(yōu)化火焰位置和靠近爐子38的燃燒器區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部定量關(guān)系。帶有其自己空氣流控制器的燃料噴射器組件IO代表一獨立的組件，其不再需 要安裝為某一特定燃燒器幾何形的一體部分。因此，可結(jié)合一相對簡單的單一阻尼 器組件使用，如果與這里揭示的燃料噴射器組件組合，則單一的阻尼器組件可完成 兩級的二次空氣的空氣動力學特性，這種特性是低N0x燃燒器的典型。固定的葉片旋流器26附連到燃料噴射器10的外筒20。旋流器的位置被固定而不需調(diào)整。圖3示出一雙阻尼器的實施例，其使用一位于爐子系統(tǒng)內(nèi)的徑向軸的主阻尼器。在此組件中， 一單一阻尼器包括徑向軸旋轉(zhuǎn)葉片以控制外部區(qū)域的的二次空氣渦 流，以及一套筒阻尼器用來控制進入燃燒器的全部二次空氣量，這樣一單一阻尼器與燃料噴射器10和其二次空氣控制器組合，以形成一完全的低N0x燃燒器。圖4示出另一實施例，其中，本發(fā)明的火焰穩(wěn)定性提高的燃料噴射器10集成到一使用一軸向軸主阻尼器的阻尼器組件內(nèi)?；鹧娣€(wěn)定性提高的燃料噴射器10插 入到具有最少修改的對應的主阻尼器組件內(nèi)。由于由本文揭示的設計提供的靠近區(qū)域一致的空氣動力學特性，所以，各個這些燃燒器結(jié)構(gòu)的特性基本上相同，即使總 的幾何形不同其特性也相同。一替代類型的燃燒系統(tǒng)示于圖5中， 一四角點火燃燒器系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，燃 燒器包括一垂直陣列的交替的二次空氣噴射的噴嘴以及燃料噴射器10，前者通常 為正方形或矩形的幾何形。在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，燃料噴射器也是正方形或矩形結(jié)構(gòu)。 然而，本發(fā)明的火焰穩(wěn)定性提高的燃料噴射器IO可代替標準設計安裝，以提供與 在圓形燃燒器中使用該技術(shù)得出的相同的可靠性和燃燒狀態(tài)。在四角點火的結(jié)構(gòu)中，一二次空氣流動分配器圍繞本發(fā)明的火焰穩(wěn)定性提高的 燃料噴射器10—體地安裝，以在一體的固定的葉片旋流器26上引導二次空氣。一 空氣阻擋板附連到流動分配器以防止二次空氣圍繞流動分配器的外面旁路，由此， 不通過位于流動分配器內(nèi)和介于流動分配器和煤噴嘴15之間的固定的葉片旋流器 26。圖8示出帶有本發(fā)明火焰穩(wěn)定性提高的燃料噴射器10組件的完全的四角燃燒 器陣列，組件顯示為與該陣列一體。本發(fā)明的火焰穩(wěn)定性提高的燃料噴射器10揭示了一燃料噴射器組件，其可容 納到各種磨成粉的煤燃燒器類型中，同時，保持最佳的空氣動力學和燃料流動的狀 態(tài)，以確保產(chǎn)生最少的NOx而不損害燃燒特性。應該認識到，在不脫離下面闡述的附后權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明范圍的前提 下，對于本發(fā)明的優(yōu)選實施例可在本燃料噴射器10及其相關(guān)的爐子系統(tǒng)的構(gòu)造和 尺寸上作出各種修改。
權(quán)利要求
1. 一用于一爐子中的燃料噴射器，所述燃料噴射器包括-(a) —具有入口和出口端的內(nèi)筒，所述內(nèi)筒形成一在所述入口和出口端之間延伸 的通道， 一包括載體氣體和燃料顆粒在內(nèi)的燃料流允許流過該通道；(b) —外筒，包圍所述內(nèi)筒的至少一部分并形成一外通道，二次空氣允許流過該 通道；(c) 多個穩(wěn)定器葉片，布置在所述外通道內(nèi)靠近所述內(nèi)筒的所述出口端，流過外 通道的二次空氣沖擊所述多個穩(wěn)定器葉片，以使燃料流的燃燒保持在所述內(nèi)筒的所述 出口端的附近；(d) 多個軸向葉片，布置在所述外通道內(nèi)，介于所述內(nèi)和外筒之間，各個所述軸 向葉片布置在對應的一對所述穩(wěn)定器葉片之間，并與所述穩(wěn)定器葉片合作地發(fā)揮作用 而相對于流出所述出口端的燃料流形成一理想的二次空氣流；以及(e) —固定的葉片旋流器，布置在所述外通道內(nèi)，介于所述內(nèi)和外筒之間，所述 固定的葉片旋流器具有一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)足以圍繞所述多個穩(wěn)定器和軸向葉片形成一可 轉(zhuǎn)動的二次空氣流。
2. 如權(quán)利要求1所述的燃料噴射器，其特征在于，還包括一布置在所述外通道內(nèi) 的空氣控制阻尼器，該空氣控制阻尼器構(gòu)造和布置成控制流過所述固定的葉片旋流器 的二次空氣量。
3. 如權(quán)利要求1所述的燃料噴射器，其特征在于，所述多個穩(wěn)定器葉片附連到所 述內(nèi)筒。
4. 如權(quán)利要求1所述的燃料噴射器，其特征在于，所述多個軸向葉片附連到所述 內(nèi)筒。
5. 如權(quán)利要求1所述的燃料噴射器，其特征在于，所述固定的葉片旋流器附連到 所述外筒。
6. 如權(quán)利要求2所述的燃料噴射器，其特征在于，所述空氣控制阻尼器包括一孔 板和一沿軸向可移動的套筒。
7. 如權(quán)利要求1所述的燃料噴射器，其特征在于，所述內(nèi)筒的所述出口端包括多 個橢圓形截面，以適于在所述內(nèi)筒的所述出口處形成多個集中的燃料流。
8. —爐子，包括 (a)—外殼；(b)—在所述外殼內(nèi)的燃燒區(qū)域；以及(C)一燃料噴射器，布置成將至少一個燃料流供應到所述燃燒區(qū)域，所述燃料噴 射器包括(1) 一具有入口和出口端的內(nèi)筒，所述內(nèi)筒形成一在所述入口和出口端 之間延伸的通道， 一包括載體氣體和燃料顆粒在內(nèi)的燃料流允許流過該通道，(2) 一外筒，包圍所述內(nèi)筒的至少一部分并形成一外通道，二次空氣允許流過該通道，(3 )多個穩(wěn)定器葉片，布置在所述外通道內(nèi)靠近所述內(nèi)筒的所述出口端，流過外通道的 二次空氣沖擊所述多個穩(wěn)定器葉片，以使燃料流的燃燒保持在所述內(nèi)筒的所述出口端 的附近，(4)多個軸向葉片，布置在所述外通道內(nèi)，介于所述內(nèi)和外筒之間，各個 所述軸向葉片布置在對應的一對所述穩(wěn)定器葉片之間，并與所述穩(wěn)定器葉片合作地發(fā) 揮作用而相對于流出所述出口端的燃料流形成一理想的二次空氣流，以及(5) —固 定的葉片旋流器，布置在所述外通道內(nèi)，介于所述內(nèi)和外筒之間，所述固定的葉片旋 流器具有一結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)足以圍繞所述多個穩(wěn)定器和軸向葉片形成一可轉(zhuǎn)動的二次空氣流。
9. 如權(quán)利要求8所述的燃料噴射器，其特征在于，還包括一布置在所述外通道內(nèi) 的空氣控制阻尼器，該空氣控制阻尼器構(gòu)造和布置成控制流過所述固定的葉片旋流器 的二次空氣量。
10. 如權(quán)利要求8所述的燃料噴射器，其特征在于，所述多個穩(wěn)定器葉片附連到所 述內(nèi)筒。
11. 如權(quán)利要求8所述的燃料噴射器，其特征在于，所述多個軸向葉片附連到所述 內(nèi)筒。
12. 如權(quán)利要求8所述的燃料噴射器，其特征在于，所述固定的葉片旋流器附連到 所述外筒。
13. 如權(quán)利要求9所述的燃料噴射器，其特征在于，所述空氣控制阻尼器包括一孔 板和一沿軸向可移動的套筒。
14. 如權(quán)利要求8所述的燃料噴射器，其特征在于，所述內(nèi)筒的所述出口端包括多 個橢圓形截面，以適于在所述內(nèi)筒的所述出口處形成多個集中的燃料流。
15. 如權(quán)利要求l所述的爐子，其特征在于，還包括多個燃料噴射器。
16. 如權(quán)利要求15所述的燃料噴射器，其特征在于，還包括一空氣控制阻尼器， 布置在所述外通道內(nèi)，該空氣控制阻尼器構(gòu)造和布置成控制流過所述固定的葉片旋流 器的二次空氣量。
全文摘要
提供一用于爐子內(nèi)的燃料噴射器(10)。該燃料噴射器(10)用來將磨成粉的燃料供應到爐子的燃燒室。燃料噴射器(10)的結(jié)構(gòu)便于有效地燃燒，同時穩(wěn)定燃燒火焰。其結(jié)果，最小量的NOx和其它不理想的副產(chǎn)品釋放到大氣中。
文檔編號F23M11/04GK101124433SQ200580007215
公開日2008年2月13日 申請日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月8日
發(fā)明者喬爾·瓦茨基 申請人:喬爾·瓦茨基