專利名稱：用于燃燒器的氣體元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明(中國專利申請?zhí)?9102943.5的分案申請)涉及的是燃料燃燒器，更具體地說，是一種改進(jìn)型燃燒器，該燃燒器具有一種設(shè)計(jì)非常特殊的氣體元件用來減小粉碎后液體燃料或氣體燃料燃燒期間氧化氮的形成。
大氣污染的一個(gè)來源是蒸氣發(fā)生器燃燒化石燃料時(shí)煙道發(fā)射的種種氧化氮(NOx)。氧化氮(nitric oxide)(No)是一種看不見而相對有害的氣體。然而，當(dāng)它通過蒸氣發(fā)生器跟氧氣接觸時(shí)，發(fā)生反應(yīng)而形成二氧化氮(NOa)或其它氮?dú)庋趸?，總稱之為氧化氮。二氧化氮是一種黃褐色氣體，在達(dá)到足夠濃度時(shí)，它對動(dòng)物和植物的生命有毒害作用，蒸氣發(fā)生器在排氣管形成可見云霧的就可能是這種氣體。
氧化氮是由于氮和氧作用而形成，可以是熱量氧化氮和/或燃料氧化氮。前者由于化石燃料燃燒時(shí)所供給空氣中包含的氮和氧反應(yīng)而發(fā)生;后者是由燃料中所包含的氮?dú)夂腿紵諝庵械难醴磻?yīng)而來。
熱量氧化氮形成的速率取決于下列變數(shù)的一個(gè)或其組合(1)火焰溫度;(2)燃燒氣體在高溫區(qū)停留的時(shí)間;(3)過剩氧氣源。氧化氮形成的速率隨火焰溫度的增加而增加。然而，反應(yīng)需要時(shí)間，在給定溫度;氮和氧混合一個(gè)非常短的時(shí)間所產(chǎn)生的氧化氮，可能比在一較低溫度二者同樣混合一段較長時(shí)間所產(chǎn)生者為少。在下面所討論的一型蒸氣發(fā)生器中，燃料和空氣的燃燒所發(fā)生的火焰溫度可能達(dá)3，700°F級。有關(guān)此反應(yīng)的時(shí)間-溫度依賴關(guān)系為火焰溫度在2900°F以下時(shí)，所產(chǎn)生的氧化氮(NO)不多，而在2900°F以上時(shí)，反應(yīng)速率迅速增加。
燃料氧化氮形成的速率主要依賴于點(diǎn)火區(qū)內(nèi)的氧氣源，所以在大氣逐漸減少起還原作用的環(huán)境氣氛所產(chǎn)生的氧化氮沒有多少;那里，在點(diǎn)火區(qū)氧的量級低于完全點(diǎn)燃燃料的要求的量級。
上述討論表明熱量氧化氮的形成可以由諸火焰溫度的任何種類的減低而減低，且在或低于2，900°F的火焰溫度時(shí)將減至最小。它并表明減低把氧引入火焰的速率將限制燃料氧化氮的形成，也就是，減低空氣/燃料的混合速率。
在美國，聯(lián)邦和各州的條例正在強(qiáng)制去研究發(fā)展能夠減少產(chǎn)生NOx的以化石為燃料的燃燒設(shè)備。NOx發(fā)射量要低的規(guī)定適用于粉碎后的液體燃料和氣體燃料，諸如煤、油和天然氣。一方面在1970年代早期能源的短缺促進(jìn)了保存油和煤氣的種種努力;一方面在美國許多領(lǐng)域中的種種應(yīng)用未能把其燃燒油和氣的蒸氣發(fā)生器轉(zhuǎn)變到燃燒煤上面來，這或者是由于現(xiàn)有設(shè)備的限制，或者是由于伴同煤蒸氣氣體發(fā)生器發(fā)射的粒子增加。在其它情況下，有時(shí)候，產(chǎn)生這樣的需要，即一個(gè)燃燒器的具體構(gòu)造能夠燃燒所有這三種燃料，盡管每次不一定要燃燒這三種燃料中的一種以上。由而，當(dāng)燃燒煤、油、特別是天然氣時(shí)，會(huì)需要某種設(shè)備既能夠減少NOx的發(fā)射量，又能夠改裝得跟現(xiàn)有蒸氣發(fā)生器相配套。
燃燒化石燃料的蒸氣發(fā)生器發(fā)射量的減少可以采取多種設(shè)計(jì)。一種設(shè)計(jì)是在具有可能性時(shí)使用含氮量較低的燃料，然而這僅僅涉及到問題的一部分，沒有涉及到燃燒過程本身所產(chǎn)生的NOx問題。再者，聯(lián)邦和/或各州有關(guān)發(fā)射量的條例在規(guī)定的要達(dá)到的標(biāo)率時(shí)，可能考慮的是燃料中含氮級的下限，這樣規(guī)定的目標(biāo)級就比各原始燃料所必需達(dá)到的級限為低。
第二種設(shè)計(jì)是把燃料中的氮和燃料的燃燒效率作為全面過程的已知因子，全力清除燃燒過程本身所發(fā)射的NOx，設(shè)計(jì)的這一實(shí)例是授予制的一種較新型TSC，人們稱之為爐內(nèi)NOX減小燃燒器或IFNR。此工藝的說明見于M。A。阿克里(Acree)和A.D.拉留一篇題為“控制發(fā)射量的高級爐內(nèi)NOX減小系統(tǒng)”的論文里，該文在1985年4月22-24日于伊利諾易斯州芝加哥美國動(dòng)力會(huì)議上提出。
簡言之，由巴布柯克-日立K.K和東京電力公司的聯(lián)合研制的IFNR設(shè)計(jì)，采用的是爐內(nèi)多燃燒區(qū)設(shè)計(jì)，主要和最低的區(qū)域，燃燒器區(qū)，應(yīng)用在低于理論空氣級工作的低NOX燃燒器以減小的產(chǎn)生的NOX總量，從此主要燃燒區(qū)來的種種氣體和爐炭焦屑向上進(jìn)入一個(gè)再燃區(qū)而在更低的空氣級工作，由于空氣級低，燃料分解并形成烴基，這些烴基通過化學(xué)作用化合而直接還原NOX，由而又進(jìn)一步減少所存在的NOX，在從再燃區(qū)離卻時(shí)，因?yàn)闊煹罋怏w中NOX級別已經(jīng)降低，燃燒氣體的需求通過引入燃燒區(qū)中燒后空氣的份額來平衡。
在應(yīng)用TSC或IFNR工藝的新系統(tǒng)發(fā)生器結(jié)構(gòu)中，爐子容積和高度選擇得適應(yīng)于擴(kuò)大了的燃燒要求以便種種燃燒產(chǎn)物在煙道氣體穿過蒸氣發(fā)生器輻射形和/或傳遞形熱傳輸管各壁之前完完全全地燃燒。
然而，在改裝應(yīng)用中，爐子的容積和高度通常不變，恰當(dāng)應(yīng)用TSC或IFNR所需的最佳爐子尺寸可能達(dá)不到，這些問題在一篇論文里有所討論，該文為T.(Narita F.柯達(dá)(Koda)、T.Masai S.Morita和S.Azuhata所著題為“使用日立減少NOX燃燒器的燃煤實(shí)用鍋爐操作經(jīng)驗(yàn)”，系在1987年3月26-27日在路易斯安娜州新奧爾良城1987年穩(wěn)定燃燒NOX控制聯(lián)合學(xué)術(shù)討論會(huì)上提出，該會(huì)由美國環(huán)境保護(hù)局和電力研究所贊助。
正如阿克里等人論文和narita等人論文二者中所述，所發(fā)生的各低NOX級別把下段氣流所要消除的NOX數(shù)量減到最小，對現(xiàn)用雙重門燃燒器(DRB)的改進(jìn)導(dǎo)致了該文中用于粉碎煤現(xiàn)稱為日立-NR燃燒器(HINR)的發(fā)展和用于液體燃料和氣體燃料現(xiàn)稱為一次煤氣一雙重門燃燒器(PG-DRB)的發(fā)展。
morita等人美國第4，545，307號專利描述的是上述改進(jìn)HINR燃燒器，在現(xiàn)有技術(shù)DRB(諸如克里彭等人)中，供給碎煤粉氣流的空氣僅僅夠輸送煤粉使用;由而，在燃燒器咽喉到爐子的門口，燃燒器火焰形成一種良好還原氣氛，燃燒空氣的剩下部份叫作二次空氣和三次空氣，它們分別經(jīng)由內(nèi)環(huán)通道和外環(huán)通道來到燃燒器咽喉，并要在其中央的還原氛圍燃燒器火焰下段相混合，然而，二次/三次空氣和還原氛圍燃燒器火焰混合太早，就使得火焰難以保持。
morita等人修正了燃煤的DRB，在粉煤管出口搭裝了一個(gè)扁平體，狀似環(huán)形碟，具有一個(gè)使粉煤/空氣混合物進(jìn)入爐子的孔，扁平體的一個(gè)部件或喇叭件突出伸入到粉煤管內(nèi)部直徑之內(nèi)以提高其出口處的點(diǎn)火率，而扁平體的外直徑部分地延伸到粉煤管外側(cè)進(jìn)入二次空氣內(nèi)環(huán)通道之內(nèi)。此外，在二次空氣(內(nèi)環(huán))通道和三次空氣(外環(huán))通道之間提供一個(gè)外向?qū)彩谷慰諝庀蛲夥稚⒌街醒敕勖夯鹧嬷猓俑露螝饬骰隙瓿扇紵^程。扁平體在粉煤管供給的粉煤/空氣氣流系中產(chǎn)生一種反向流，這個(gè)反向流防止粉煤/空氣氣流系以向外方式擴(kuò)散向二次空氣流。
燃煤改進(jìn)燃燒器的其它發(fā)展工作有如A.D.拉留1M.A.阿克里和C.C.馬塞耳論文所提出。該論文題名為“B&W的二次發(fā)生低NOX燃燒器-XCL燃燒器的發(fā)展?fàn)顩r”，該文于1987年3月23-27日在路易斯安納州新奧爾良城1987年穩(wěn)定燃燒NOX控制聯(lián)合學(xué)術(shù)討論會(huì)上提出，該會(huì)由美國環(huán)保局和電力研究所贊助。其中所公開的XCL燃燒器設(shè)計(jì)僅為燃煤而研制，使用了前面討論的HINR和DRB燃燒器所用標(biāo)準(zhǔn)。
燃油和燃煤用一次氣體雙重門燃燒器(PG-DRB)是一種修正型DRB，修正后包括一個(gè)再循環(huán)氣體環(huán)道，該氣體環(huán)道圍繞一個(gè)一次空氣區(qū)，該區(qū)罩蓋著油噴霧器，此修正型DRB系由上述阿克里等人對此論文公開，應(yīng)該指出的是在此處上下文中，“再循環(huán)氣體”一詞系指煙道煤氣而不是燃料氣體，再循環(huán)氣體的來源大抵是蒸氣發(fā)生器里上一熱傳輸表面下游某處的一個(gè)點(diǎn)，例如在省煤器出口處的一個(gè)點(diǎn)，再循環(huán)氣體屏蔽著油料火焰的基部而減少焰心中氧的來源;再循環(huán)氣體跟燃燒空氣混合促使所有的燃燒空氣含氧量低，進(jìn)而抑減NOX的產(chǎn)生。
對于氣體燃燒，查閱上面阿克里等人對比文件圖4并參考本申請

圖1以示意圖所表示PG-DRB略作修改的型號，可以知道PG-DRB氣體元件1設(shè)置在三次空氣通道2里面，依次環(huán)繞著油噴霧器3、一次空氣區(qū)4、一次氣體區(qū)5和二次空氣區(qū)6。由于每個(gè)氣體元件1在其出口端具有隔板7保護(hù)每個(gè)元件1的氣體出口管咀8，可以清楚地知道燃燒空氣流連續(xù)沖過每一氣體管咀8并由此出來通過三次空氣通道2進(jìn)入爐子9。這種排列是防止在對降低NOX發(fā)射量重要的每一氣體管咀8附道產(chǎn)生任何燃料濃/空氣少的鄰近區(qū)，此外，在某些應(yīng)用中，也將禁止使用PG-DRB設(shè)計(jì)，從而在氣體燃燒中減少NOX發(fā)射的需要仍將存在。
用來把燃料煤氣輸送到燃燒區(qū)的氣體元件，其特殊結(jié)構(gòu)已是公知，這由圖4-7可以知道，其中表示有現(xiàn)有技術(shù)氣體元件48′和48″的結(jié)構(gòu)，圖4和圖5所描繪的是當(dāng)不采用控制NOX的氣體再循環(huán)時(shí)為燃燒燃料而設(shè)計(jì)的可比氣體元件48′;圖6和圖7所描繪的是當(dāng)采用控制NOX的氣體再循環(huán)時(shí)，為燃燒氣體燃料所設(shè)計(jì)的可變比氣體元件48″?？勺儽葰怏w元件48′、48″每個(gè)都在其未端具有三個(gè)類型的孔洞穩(wěn)定孔A;側(cè)孔B;和鏨孔C。穩(wěn)定孔A一般是小直徑(1/4″)，尺寸僅能輸送正在燃燒的燃料氣體的一小部份。按標(biāo)準(zhǔn)在可變比氣體元件48′中會(huì)有五個(gè)穩(wěn)定孔A，每孔間距為45°，部份地繞著其園周延伸;而在可變比氣體元件48″中會(huì)有八個(gè)穩(wěn)定孔A，每孔間距為45°，環(huán)繞著整個(gè)園周，側(cè)孔B位于可變比氣體元件48′和48″的未端附近而且只位于其一側(cè)。最后，鏨孔C位于可變比氣體元件48′和48″鏨面D之上，也只位于一側(cè)。在可變比氣體元件48′和48″中，孔A和孔B每一個(gè)的縱軸，其位置相關(guān)于可變比氣體元件48′或48″的縱軸是垂直的，而孔C的縱軸，其位置相關(guān)于鏨面D是垂直的，因?yàn)殓Y面D的表面按標(biāo)準(zhǔn)相對于可變比氣體元件48′、48″的縱軸為一45°角，鏨孔C的軸相對于可變比氣體元件48′、48″縱軸為一45°角。
由于是裝設(shè)在燃燒器內(nèi)，側(cè)孔B的縱軸要設(shè)置得把通過那里出口的燃料氣體引導(dǎo)之基本上通向燃燒器的中心;而鏨孔C的縱軸會(huì)要設(shè)置得把通過那里出口的燃料氣體基本上采取跟從燃燒器出口二次氣體相同的旋渦方向，并且是鏨孔C的軸相對于可變比氣體元48′、48″縱軸的角所決定的向外方向(向著爐子)。
一般地說，側(cè)孔B和鏨孔C的直徑會(huì)是相同的，側(cè)孔B和鏨孔C的直徑，其選定是要使在那里通過的燃料氣體達(dá)到所要求的速度，使燃燒器避免“隆隆聲”-也就是防止?fàn)t子燃燒區(qū)內(nèi)各火焰受到燃燒引起的壓力。
依此，人們?nèi)韵Ｍ兄埔环N改進(jìn)型燃燒器是能夠分別燃燒粉碎的液體燃料或氣體燃料并且可以對于這些燃料的每一種減少其NOX的發(fā)射量。
本發(fā)明提供一種燃燒煤、油或氣的改進(jìn)型燃燒器，該燃燒器在燃燒上述燃料的任一種時(shí)可減少其NOX的發(fā)射量。
本發(fā)明的另一方面描繪的是一種燃燒器用的一個(gè)非常特殊的火焰穩(wěn)定環(huán)，該燃燒器具有許多就在一個(gè)管狀燃燒器嘴附近并在其周圍排列的氣體元件，其管狀燃燒器嘴的作用是給各氣體元件各出口端屏散各鄰近環(huán)狀通道所輸送的大量燃燒用空氣。
本發(fā)明的再一方面描繪的是一種燃燒器用的一個(gè)設(shè)計(jì)非常特殊的可縮回并可旋轉(zhuǎn)的氣體元件，此燃燒器具有許多氣體元件就在管狀燃燒器嘴附近環(huán)繞排列。
依此，對美國第3，788，796號專利和第4，545，307號專利所公開的一型燃料燃燒器進(jìn)行了改進(jìn)，該改進(jìn)型燃燒器特別適用于對現(xiàn)有蒸氣發(fā)生器設(shè)備改裝配套或在新構(gòu)建蒸氣發(fā)生器設(shè)備中使用。改進(jìn)型燃燒器的一部分設(shè)置在一個(gè)風(fēng)箱之內(nèi)，燃燒所必需空氣的一相當(dāng)部份供給風(fēng)箱，風(fēng)箱形成于相鄰設(shè)置的燃燒器和蒸氣發(fā)生裝置的爐壁之間，該爐壁具有一進(jìn)入口以容許把燃燒器的部份在改進(jìn)時(shí)位于風(fēng)箱之內(nèi)。爐壁具有一灶孔重以容許把燃料和空氣合成為一可燃性混合物并在那里對之點(diǎn)火。點(diǎn)燃的可燃性混合物而后排入燃燒室或蒸氣發(fā)生器的爐子并用來加熱盛有水或蒸氣各個(gè)管子的管壁。
改進(jìn)型燃燒器可以燃燒煤、油或氣并包括有輸送這些燃料到燃燒器出口端的各獨(dú)立元件和輸送燃燒所需空氣到燃燒器出口端的其它元件，改進(jìn)型燃燒器在其中央軸啟動(dòng)并向外工作時(shí)，包括有一個(gè)可回縮的油噴霧器，該油噴霧器把油和粉碎料的混合物輸送到位于噴霧器出口端的噴霧器噴射板，噴霧器噴射板位于燃燒器的出口端。噴霧器介質(zhì)可能是空氣或蒸氣，需要把油破碎成足夠小的微粒以便可以對之點(diǎn)火，機(jī)械噴霧器或壓力噴霧器也正為人熟知，且可以用來代替使用氣氣或蒸氣的噴霧器，環(huán)繞著可回縮油噴霧器的是一個(gè)管狀燃燒器嘴，油噴霧器位于條狀燃燒器管的中央，并由搭接在管狀燃燒器管內(nèi)側(cè)的儲器件支承。
在油噴霧器外側(cè)和管式的燃燒器嘴內(nèi)側(cè)之間的中央通道區(qū)把一次空氣和被粉碎了的煤粉輸送到燃燒器出口端燃燒器內(nèi)，在燃燒器內(nèi)此混合物將被點(diǎn)燃，環(huán)繞著管式燃燒嘴有一氣體區(qū)套筒，此套筒部份地構(gòu)成它與管式燃燒器嘴之間的一個(gè)環(huán)狀外殼，在管式燃燒器嘴出口端裝接有一火焰穩(wěn)定環(huán)，此環(huán)連同管式燃燒器和氣體區(qū)套筒構(gòu)成環(huán)狀外殼的各側(cè)。
火焰穩(wěn)定環(huán)有兩部份，第一部份沿園周伸展到管式燃燒器嘴的出口端，并部份地伸入中央通道，然而留有一個(gè)開口，一次空氣和粉碎了的煤可以由該開口通過，火焰穩(wěn)定環(huán)的第二部份成L形，搭接到火焰穩(wěn)定環(huán)的第一部份上，此成L形的第二部份沿園周環(huán)繞并從管狀燃燒器嘴出口端向外伸展。
環(huán)狀外殼包含許多可縮回并可旋轉(zhuǎn)的氣體元件，它們在管狀燃燒器嘴外側(cè)周圍同軸地排列。這些氣體元件穿過環(huán)狀外殼并把燃料氣體輸送到燃燒器的出口端，火焰穩(wěn)定環(huán)成L形的第二部份具有許多個(gè)孔或開口，這些孔或開口使得這些氣體元件的各出口端就在鄰近通向管式燃燒器嘴的各出口端，火焰穩(wěn)定環(huán)從二次氣體中保護(hù)或屏散氣體元件的這些出口端以減少NOX發(fā)射，二次空氣這時(shí)正環(huán)繞這個(gè)區(qū)域周圍而引進(jìn)，它是通過一個(gè)內(nèi)環(huán)通道和一個(gè)外環(huán)通道提供給燃燒器出口端，內(nèi)環(huán)通道是氣體區(qū)套筒和包圍此套筒的內(nèi)部區(qū)套筒之間的那個(gè)空間，外環(huán)通道是內(nèi)部區(qū)套筒和包圍部區(qū)套筒的燃燒器筒之間的那個(gè)空間，為了進(jìn)一步給內(nèi)環(huán)通道和外環(huán)通道出來的空氣導(dǎo)向，在那里有一個(gè)空氣分離閥連接到內(nèi)部區(qū)套筒的出口端，空氣分離閥軸向地朝爐子向外延伸并沿園周圍繞著內(nèi)部區(qū)套筒的出口端。這個(gè)空氣分離閥在二次空氣從燃燒器出來進(jìn)入爐子時(shí)，影響其路徑，用火焰穩(wěn)定器屏散氣體元件的各出口端，各氣體元件出口端通過火焰穩(wěn)定器插入，這樣產(chǎn)生一個(gè)低氧/富燃料的火焰而減少NOX的形成。
由而，本發(fā)明的一個(gè)方面是描繪一種燃燒煤、油、特別是煤氣的改進(jìn)型燃燒器，它產(chǎn)生的NOX量級不高。
此發(fā)明特征在于其各個(gè)新穎性特性，它們在所附權(quán)利要求書中已詳盡地指出并構(gòu)成此公開內(nèi)容的一部份，為了更好地理解本發(fā)明和使用它的種種優(yōu)點(diǎn)，請參考所附各圖及說明材料，其中說明了此發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例。
圖1是一個(gè)略圖，表明現(xiàn)有技術(shù)的PG-DRB的排列情況;
圖2是一個(gè)蒸氣發(fā)生器截面仰視略圖，該蒸氣發(fā)生器使用的是燃料燃燒裝置，系用來實(shí)施本發(fā)明;
圖3是本發(fā)明改進(jìn)型燃料燃燒器的截面仰視圖;
圖4是一個(gè)沒有氣體再循環(huán)通過燃燒器所使用的現(xiàn)有技術(shù)型可變比氣體元件近距放大圖;
圖5是圖4的端面圖;
圖6是一個(gè)沒有氣體再循環(huán)通過燃燒器所使用的現(xiàn)有技術(shù)可變比氣體元件近距放大圖;
圖7是一個(gè)圖6的端面圖;
圖8是本發(fā)明元件的一個(gè)近距放大圖;
圖9是圖8的一個(gè)端面圖;
圖10是圖3右手部份的一個(gè)近距放大圖;
圖11是圖10的一個(gè)端面圖;
參見各圖(其中相同編號表示相同元件)，特別是圖2和圖3，那里表明的是一個(gè)蒸氣發(fā)生器10，它包括諸水冷壁區(qū)，水冷壁構(gòu)成一爐室或燃燒室14，其燃料/空氣混合物由一改進(jìn)型燃燒器16提供，在燃燒已經(jīng)于爐室內(nèi)完成后，被加熱的氣體向上圍繞著折煙角部份18向上流動(dòng)，越過管狀二次過熱器20，而后從那里向下通過對流煙道22，該煙道22包含有管狀一次過熱器24和節(jié)能器26，離開對流煙道22的諸氣體流動(dòng)而通過一個(gè)空氣預(yù)熱器28的諸管子，之后通過煙囪30釋放出去，可以理解在過熱器20、過熱器24和節(jié)能器26上面通過的被加熱了的諸氣體向從那里流過的流體放出熱量;通過空氣預(yù)熱器28的諸氣體向在那些管子上面流過的燃燒空氣放出另外的熱量，一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)32把燃燒空氣供給蒸氣發(fā)生器10并使它在環(huán)繞著許多擋板34的空氣加熱器諸管子上面流動(dòng)，并且在之后通過導(dǎo)管36分別在分導(dǎo)管38和分導(dǎo)管40之間分流。
流經(jīng)導(dǎo)管38的空氣被送入風(fēng)箱42并在燃煤時(shí)成為與燃燒器16相連管式管嘴44其時(shí)釋放的燃料燃燒所需空氣的主要部份。風(fēng)箱的空氣在一個(gè)內(nèi)環(huán)通道90和一個(gè)外環(huán)通道94之間按比例通過燃燒器出口50釋放入爐子14，在燃油時(shí)，燃燒器16有一個(gè)可縮回的油噴霧器46;類似地，在燒煤氣時(shí)，燃燒器16有許多可縮回并可旋轉(zhuǎn)的氣體元件48，當(dāng)燒油或氣時(shí)，大體上燃燒所需的所有空氣流過風(fēng)箱42;如下面討論的，除管嘴的沖掠空氣外，沒有大量空氣通過管式燃燒器嘴44，所用噴霧器46和可縮回并可旋轉(zhuǎn)的氣體元件48的細(xì)節(jié)將在下面提供。
通過導(dǎo)管40的空氣是燃燒所必須的其余部份空氣并被送入一個(gè)主空氣扇52，空氣在那里進(jìn)一步壓縮并在之后通過導(dǎo)管54送入空氣沖掠型噴霧裝置56。
在蒸氣發(fā)生器10主要燃燒的磨碎燃料以原材料形式通過管子58從原煤粉燃料存儲箱60送入給煤機(jī)62，這是相應(yīng)于該領(lǐng)域熟知技術(shù)蒸氣發(fā)生器10上負(fù)荷的需求而送入的。磨碎器56把原燃料研磨到所要求的具體尺寸，從一次空氣扇52來的壓縮空氣掠過磨碎器56，在那里帶著磨碎燃料粒子流經(jīng)管道64，而后流到燃燒器嘴44，通過出口50釋放入爐子14內(nèi)。
擋板66跟強(qiáng)力抽風(fēng)扇32相連以根據(jù)負(fù)載需求調(diào)節(jié)容許進(jìn)入蒸氣發(fā)生單元10的空氣總量，減氣器68跟一次空氣扇52相連以調(diào)節(jié)通過燃燒器嘴44正引入的空氣量。
希望了解的是為了清楚起見，各附圖描繪的是一個(gè)改進(jìn)型燃燒器跟一個(gè)磨碎器相連，而在實(shí)踐中可能有一個(gè)以上燃燒器跟一個(gè)磨碎器相連，并可能有一個(gè)以上磨碎器跟蒸氣發(fā)生單元相連。
現(xiàn)參看圖3、圖4和圖5，那里是改進(jìn)型燃料燃燒器16通過燃燒器出口50燃燒，燃燒器出口50一般是截頭園錐喉頭形，朝諸水冷壁12爐子一側(cè)愈來愈小，在燃燒器出口50里，構(gòu)成水冷壁12的管子70彎曲到水冷壁12平面之外而形成燃燒器出口50，一個(gè)具有進(jìn)入口74的燃燒器外壁72被從諸水冷壁12間隔開，在燃燒器外壁72和爐子諸壁12間的空間形成風(fēng)箱42。
燃燒器16包括管狀燃燒器咀44，該管咀分別具有一個(gè)入口端和一個(gè)出口端44A和44B，管狀燃燒器咀44構(gòu)成一個(gè)中央通道45，延伸通過一個(gè)進(jìn)入口蓋板76，橫過風(fēng)箱42接燃燒器出口50的一個(gè)點(diǎn)，管狀燃燒器咀44構(gòu)成的中央通道45把一次空氣和磨碎煤粒子混合物PA/PC送入到燃燒器16的出口端，一個(gè)彎管78通過氣體流動(dòng)速到管式燃燒器咀入口端44A，并將另一端速到管道64，彎管78包括一個(gè)在某外側(cè)半徑上的噴射板(端板)80。
在燒油時(shí)，燃燒器16配有可縮回油噴霧器46，它具有一個(gè)入口端46A和一個(gè)出口端46B，該油噴霧器配置在中央并被支承在中央通道45之內(nèi)，可縮回油噴霧器46把油和噴霧介質(zhì)的混合物送給位于噴霧器46的出口端46B的噴霧器噴射板82，噴霧器噴射板82把在燃燒器出口50鄰近的燃燒器16的出口處被粉碎了的油散布開來，從而進(jìn)入燃燒室14，粉碎的介質(zhì)可以是空氣或蒸氣，需要把油破碎成足夠小微滴便于點(diǎn)火，這也是設(shè)計(jì)的噴霧器噴射板82的功能。
一個(gè)氣體區(qū)套筒84具有入口端84A和一個(gè)出口端84B，同軸地安排在管狀燃燒器咀44的周圍并部分地構(gòu)成其間的環(huán)座，一個(gè)內(nèi)部區(qū)套筒88具有一個(gè)入口端88A和一個(gè)出口端88B，同軸地排列在氣體套筒84的周圍并界定其間內(nèi)環(huán)通道90。內(nèi)環(huán)通道90把燃燒所需的第一部分二次空氣送到燃燒器16的出口，一個(gè)燃燒器筒92具有一個(gè)入口端92A和一個(gè)出口端92B，同軸地排列在內(nèi)部區(qū)套筒88的周圍并在其間構(gòu)成外環(huán)通道94，外環(huán)通道94把燃燒所需二次空氣的第二部分送到燃燒器16的出口端，為了適應(yīng)燃燒器16和爐子空間或燃燒室14膨脹上的差別，在燃燒器筒搭接到各管子70處設(shè)有密封器96。
在本發(fā)明的論述中，“一次空氣”這個(gè)詞指的是在燒煤時(shí)會(huì)伴同或輸送粉碎了的煤粒子那一部份燃燒空氣，“二次空氣”這個(gè)詞指的是在燒煤、油或氣時(shí)通過內(nèi)環(huán)通道和外環(huán)通道90、94所提供的那部份燃燒空氣。“一次空氣”和“二次空氣”這種命名僅僅是為了使用方便;該領(lǐng)域技術(shù)人員都熟知當(dāng)燃燒油或氣時(shí)，燃燒所必需的空氣大體上全部流動(dòng)通過風(fēng)箱42，當(dāng)燃燒的是油或氣時(shí)，除了下面將描述的管咀沖掠空氣外，設(shè)有空氣通過管狀燃燒器咀44。在此種討論中，可能二次空氣沒有伴同的一次空氣。
一個(gè)滑動(dòng)的空氣套筒98搭接到燃燒器筒入口端92A，不改變?nèi)紵魍?2擴(kuò)散咀環(huán)狀開口100的截面流量面積，從而調(diào)節(jié)供給到內(nèi)環(huán)通道和外環(huán)通道90、94的二次空氣數(shù)量，一個(gè)環(huán)狀燃燒器筒蓋板102具有一個(gè)舌片104，搭接到燃燒器筒入口端92A，也搭接到一個(gè)管狀套筒106，該套筒106搭接到接收蓋板76。
滑動(dòng)空氣套筒98可以設(shè)置得使擴(kuò)散咀環(huán)狀開口100具有所需求的空氣流動(dòng)橫截面積，辦法是用幾個(gè)控制桿(未出示)延伸過接收開口蓋板76而在蒸氣發(fā)生器10工作時(shí)，容許種種調(diào)整，這些調(diào)整可能是手動(dòng)操作，或是用專選的開動(dòng)器件操作。為了更好選定滑動(dòng)空氣套筒98的適當(dāng)位置一個(gè)皮托管格柵108設(shè)置于燃燒器筒92之內(nèi)，在鈴咀狀開口100的下游和內(nèi)環(huán)通道、外環(huán)通道90、94的上游，以測量允許進(jìn)入燃燒器16的二次空氣總量。
許多內(nèi)部葉片110同軸地排列在內(nèi)環(huán)通道90內(nèi)管狀燃燒器咀44的周圍，并給正在內(nèi)環(huán)通道90通過的二次空氣的第一部分帶來一種旋流作用。類似地，許多外部葉片112、114同軸地排列在外環(huán)通道94內(nèi)管狀燃燒器咀44的周圍，給正在外環(huán)通道94通過的二次空氣第二部份帶來一種旋流作用，外部葉片114在需要時(shí)間可就位固定。較佳情況是流過外環(huán)通道94的二次空氣是分外部葉片112和114兩階段構(gòu)成旋流。分成外部葉片112和114兩個(gè)階段，改進(jìn)了帶給通過外環(huán)通道94二次空氣發(fā)生旋流的效率。如果需要，內(nèi)部葉片和外部葉片100、112位置的調(diào)整可以按美國第4，380，202號專利所描述的方式完成。一個(gè)空氣分離閥116連接到內(nèi)部區(qū)套筒88出口端88B并從其向外延伸而沿其園周進(jìn)行環(huán)繞。當(dāng)二次空氣的第一部份從燃燒器16出來時(shí)，其路徑受空氣分離網(wǎng)116的影響，方式如Morita等人美國專利第4545307號所公開的。
為了提供燃燒煤氣的能力，許多可回縮的和可旋轉(zhuǎn)的氣體元件48同軸地排列在管式燃燒器咀44的周圍并延伸過環(huán)座86。這些氣體元件48把燃料氣體送到燃燒器16的出口端，而且其諸出口端位置緊緊靠近管狀燃燒器咀44的出口端44B。
現(xiàn)在參看圖8和圖9，圖中有本發(fā)明的改進(jìn)型氣體元件48。氣體元件48的出口端48B本體部份48a搭接到一個(gè)半球形端部48b。本體部分48a跟半球形端部48b有一個(gè)共同的縱軸，也跟氣體元件48的縱軸共軸。與前面的本申請現(xiàn)有技術(shù)部份的說明中描述可變比氣體元件48′、48″相對比，本發(fā)明氣體元件48在共端部48B內(nèi)具有四個(gè)類型的小孔等距圍繞著本體部份48a的多個(gè)穩(wěn)定孔E，位于本體部份48a內(nèi)的兩個(gè)側(cè)孔F，和位于半球端部48b內(nèi)的再燃孔H及一個(gè)主孔G，各穩(wěn)定孔E在標(biāo)準(zhǔn)上小于現(xiàn)有技術(shù)可變比氣體元件48′、48″的各穩(wěn)定孔A，并隨同兩個(gè)側(cè)孔F一起尺寸大小使得把每個(gè)氣體元件48送去燃料氣體的約50%輸送到火焰穩(wěn)定環(huán)118鄰近，如下所述，結(jié)果是空氣不足而在那里的燃料氣體豐富。穩(wěn)定孔E標(biāo)準(zhǔn)數(shù)目是四個(gè)，但可以使用多達(dá)六個(gè)，位置是它們的縱軸相對于氣體元件48的縱軸成一個(gè)γ角。按標(biāo)準(zhǔn)γ角為45°兩個(gè)側(cè)孔F位置互相鄰近并在半球出口端部48b的一側(cè)，它們的縱軸垂直于氣體元件48的縱軸，并且位于這三個(gè)軸構(gòu)成的第一公平面內(nèi)，主孔G和再燃孔H一般直徑相同，但這并非絕對必要，主孔E位于氣體元件48的半球出口端部48b之上，其縱軸跟氣體元件48的縱軸成一α角，α角的變化范圍為從約35°到約50°。再燃孔位于氣體元件48半球形出口端部48b之上，其縱軸跟氣體元件48的縱軸成一β角，β角的變化范圍為從0°到約15°，而且典型地，在某一非零值容許天然氣體火焰從燃燒器16出來時(shí)有某種“膨脹”，主孔G和再燃孔H二者的縱軸相交于一點(diǎn)P，而且位于包含氣體元件縱軸的一個(gè)第二公共平面內(nèi)。包含主孔G縱軸、再燃孔H縱軸和氣體元件48縱軸的第二公共平面垂直于前述第一公共平面，后者包含兩個(gè)側(cè)孔F的縱軸和氣體元件48的縱軸。
如在燃燒器16內(nèi)所裝設(shè)，兩個(gè)側(cè)孔F的位置是引導(dǎo)通過那里出來的燃料氣體大致上朝向燃燒器16的中心，而主孔G和再燃孔H的位置引導(dǎo)通過那里出來的燃料氣體大致上具有跟從燃燒器16出來的二次氣體相同的旋流方向以及由α角和β角的決定的朝外方向(向著爐子)，兩個(gè)側(cè)孔和穩(wěn)定孔E產(chǎn)生的旋流氣體火焰跟主孔G發(fā)生的中間火焰聯(lián)合起來使得燃燒更加漸進(jìn)，燃燒峰值溫度減低、在火焰近場部份NOX更少。最后，再燃孔H注入的燃料氣體作用為發(fā)生烴基以還原下游的NOx。
現(xiàn)在再參看圖10和圖11，火焰穩(wěn)定環(huán)118搭接到條狀燃燒器咀44的出口端44B，管狀燃燒器44、氣體區(qū)套筒84和火焰穩(wěn)定環(huán)一起構(gòu)成它們之間的環(huán)形灶座。火焰穩(wěn)定環(huán)118的第一部份120沿園周延伸入條狀燃燒器咀44的中央通道45并限定在燒煤時(shí)一次空氣和碎煤粒子混合物由那里經(jīng)過的開口122，第一部份120可以是一個(gè)連續(xù)表面或者有許多鋸齒或牙齒124，如Morita等人在美國專利第4，545，307號所公開，搭接在火焰穩(wěn)定環(huán)118的第一部份120上的是一個(gè)成L形的第二部份126，環(huán)繞園周并從條狀燃燒器咀44的出口端44B向外延伸，成L形的第二部份126具有許多小孔或開口128，其數(shù)量跟可縮回和可旋轉(zhuǎn)的氣體元件48相等，諸開口128適合于緊緊地承受在那里通過的許多可縮回氣體元件48中的每一個(gè)，有了具備諸開口48的火焰穩(wěn)定環(huán)118，可縮回并可旋轉(zhuǎn)的氣體元件48就被跟通過內(nèi)環(huán)通道和外環(huán)通道90、94的二次空氣隔離開來，使得在燃燒器16里燒煤氣時(shí)發(fā)出還原了的NOX，還原了的NOX之所以減小是由火焰穩(wěn)定環(huán)118所產(chǎn)生的逆流促成，導(dǎo)致出現(xiàn)一種低氧/高燃料的火焰。火焰穩(wěn)定環(huán)118總體尺寸的具體大小標(biāo)準(zhǔn)一般地要遵守Morita等人美國專利第4，545，307號對在那里描述為“扁平體”所提出的標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)在改進(jìn)燃燒器16里燃燒煤時(shí)，可回縮和可旋轉(zhuǎn)氣體元件48以及可回縮油噴霧器46回縮到火焰穩(wěn)定環(huán)118后面的一個(gè)位置以保護(hù)這些組件不會(huì)由于煤的沉積造成過熱或污損，在改進(jìn)型燃燒器16里燒煤氣或油時(shí)，可回縮油噴霧器16或者可回縮可旋轉(zhuǎn)氣體元件48插入燃燒器出口50以便它們延伸到火焰穩(wěn)定環(huán)118的第一部份120平面之外，在燃燒油或氣時(shí)，很小量的二次空氣會(huì)通過管咀空氣槽道130進(jìn)入管狀燃燒器咀44。如圖3所示，這一小量二次空氣或管咀沖氣被讓進(jìn)入條狀燃燒器咀44而防止燃燒時(shí)產(chǎn)物回流進(jìn)入管狀燃燒器咀44。
在改進(jìn)燃燒器16內(nèi)燃燒煤氣時(shí)，必需有另外元件從一個(gè)來源(未示出)提供燃料氣體到許多可回縮可旋轉(zhuǎn)氣體元件48，許多氣體元件支承管132被套在許多氣體元件每一個(gè)的周圍，這些氣體元件支撐管132把氣體元件48相對于火焰穩(wěn)定環(huán)118放置，放置氣體元件的每一個(gè)小時(shí)，可能涉及到把氣體元件48移向爐子燃燒室14或從其移開，涉及把氣體元件48環(huán)繞其縱軸旋轉(zhuǎn)或在任意把二者結(jié)合起來。搭接到許多氣體元件每一個(gè)上的是一個(gè)可伸縮的軟管134，它使氣體元件的每一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)、可以插入和縮回，最后，氣體歧管136提供一個(gè)跟諸氣體元件每一個(gè)相搭接的共同燃料氣體源。最好的是，氣體歧管136設(shè)置在風(fēng)箱42的外側(cè)以便于進(jìn)入和/或修理，由于當(dāng)蒸氣發(fā)生器10在使用時(shí)，這種安排可以把氣體元件從燃燒器移開而檢查或清洗，這種安排進(jìn)一步使氣體元件容易維修。
一個(gè)點(diǎn)火器組件138的結(jié)構(gòu)大家已熟知，它可以用來點(diǎn)燃在燃燒器16出口所提供的燃料和空氣混合物。如圖3所示，點(diǎn)火器組件138會(huì)通過進(jìn)入開口蓋板76延伸過風(fēng)箱42并終止在燃燒器出口15的鄰近，一個(gè)拖動(dòng)器140可以應(yīng)用到點(diǎn)火器138以在那里對之自動(dòng)定位。類似地，推進(jìn)器搭接到油噴霧器46A和噴濺板80，可以用來給油噴霧器46定位，以同樣方式，自動(dòng)拖動(dòng)裝置(未示出)可以用來給許多氣體元件相對于火焰穩(wěn)定環(huán)118定位。不管氣體元件48是手動(dòng)還是用自動(dòng)裝置定位，然而，要考察的關(guān)鍵性特性卻是每一氣體元件的出口端48B在燒煤氣時(shí)應(yīng)該這樣放置，即使每一氣體元件充分地受益于二次氣體的屏散效果，二次氣體系由火焰穩(wěn)定環(huán)118提供。最后，改進(jìn)型燃燒器16可以采用一個(gè)截頭園錐形擴(kuò)散器144，該擴(kuò)散器位于管狀燃燒器咀44的入口端44A之內(nèi)，且具有一個(gè)開口146，可回縮油噴霧器46可從那里通過，截頭園錐形擴(kuò)散器144會(huì)把一次空氣內(nèi)攜帶的碎煤粒子的大多數(shù)擴(kuò)散到管狀燃燒器咀44的內(nèi)側(cè)表面148附近的一個(gè)位置，而使中央通道45的中央部份相對地沒有碎煤粒子，截頭園錐形擴(kuò)散器的諸特殊設(shè)計(jì)特性得按照拉留的美國專利第4，380，202號所公開所應(yīng)用。
在燒煤過程中，火焰穩(wěn)定環(huán)118對一次氣體和碎煤粉混合物具有巨大影響，火焰穩(wěn)定環(huán)118使在其內(nèi)的這個(gè)氣流以一種方式再循環(huán)，這種方式促進(jìn)煤粉點(diǎn)火并改進(jìn)火焰穩(wěn)定性。在火焰穩(wěn)定環(huán)118安排煤氣區(qū)套筒84的結(jié)頭，結(jié)合管狀燃燒器咀44防止任何二次空氣流過環(huán)形灶座86，結(jié)果是，由火焰穩(wěn)定環(huán)118內(nèi)點(diǎn)火的噴射碎煤燃料連同通過內(nèi)環(huán)通道、外環(huán)通道90、94經(jīng)調(diào)節(jié)引入的二次空氣一起形成的火焰，其發(fā)射的NOX是非常低，有如Morita等人美國專利第4，545，307號所公開。
在燃燒油時(shí)，火焰穩(wěn)定環(huán)118中心內(nèi)噴霧器噴射板82所產(chǎn)生的燃料油細(xì)霧也可以減小NOX形成的級量，二次氣體流經(jīng)內(nèi)環(huán)通道、外環(huán)通道90、94所產(chǎn)生的流量分布由火焰穩(wěn)定環(huán)118和空氣分離閥116節(jié)制以減小在燃燒器出口50靠下游區(qū)域內(nèi)油火焰的氧來源，這起到抑止NO和NO2形成的作用。二次空氣跟部份燃燒的油燃料完全混合，在較低溫度和較低氧部分壓下一系列的反應(yīng)中于更下游發(fā)生，以便當(dāng)碳焦屑反應(yīng)完成時(shí)避免NOX形成。燃燒試驗(yàn)說明了有能力在燃燒油時(shí)，沒有兩階段燃燒或氣體再循環(huán)而從200PPm非控制級到120PPm范圍各級在標(biāo)準(zhǔn)過?？諝饧墱p少NOX，到非控制級，燃燒器16就不要火焰穩(wěn)定環(huán)118或空氣分離閥116而工作。
在燃燒煤氣時(shí)，可回縮并可旋轉(zhuǎn)的氣體元件48安排的位置受到火焰穩(wěn)定環(huán)118的屏蔽，由而產(chǎn)生穩(wěn)定的火焰，燃燒試驗(yàn)表明從100%燃燒器輸入級到最大輸入小于2%各級沒有多余火焰引起的振動(dòng)或蹙氣擠跳而燃燒穩(wěn)定。關(guān)于燃燒煤氣時(shí)的NOX發(fā)射，沒有對不使用火焰環(huán)118或空氣分離閥116而進(jìn)行燃燒器16的非控制試驗(yàn)，然而，對于(氣體)元件進(jìn)行了試驗(yàn)，在130-150PPm范圍沒有看到各級NOX?；谇霸O(shè)計(jì)各燃燒器并基于對非控制燃燒油性能跟假想非控制燃燒氣體性能的比較，據(jù)估計(jì)燃燒器16在類似條件下對非控制(沒有空氣分離閥的火焰控制環(huán)118)設(shè)置，燃燒器16NOX的減少能力會(huì)由所產(chǎn)生NOX的量級約為190PPm得到證明。
在本發(fā)明燃燒器16上用現(xiàn)有技術(shù)的可變比氣體元件48″和本發(fā)明的(氣體)元件48進(jìn)行了燃燒試驗(yàn)并總結(jié)于表1內(nèi)。在這些試驗(yàn)期間，所燃燒的天然氣是一種常見高甲烷氣，具有較高發(fā)熱值1032btu/ft3，比重為0.59。試驗(yàn)中說明在燃燒煤氣時(shí)，其性能對內(nèi)部/外部空氣流量的變化不敏銳。在每一試驗(yàn)中，燃燒器16各有十二(12)個(gè)氣體元件48″或48，小孔的構(gòu)設(shè)如下
可變比 本發(fā)明穩(wěn)定孔 4-1／4″直徑 4／7／32″直徑等于90°間距 等于90°間距側(cè)孔(各) 1-1／2″直徑 在45° 2-5／10″直徑鏨孔 1-1／2″直徑 ″ ″主孔 ″ ″ 在50° 1-7／16″直徑再燃孔 ″ ″ 在15° 1-7／16″直徑基于表1中的數(shù)據(jù)，1.02到3.00可變比氣體元件48″表明平均發(fā)射的NOX為136PPm，而本發(fā)明半球氣體元件48表明NOX的發(fā)射量平均為64PPm(試驗(yàn)D.140到試驗(yàn)D1.11)。這些試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)沒有使用其它減少NOX的辦法，諸如煙道氣體再循環(huán)和空氣分階段等，這樣做可能減弱種種性能的優(yōu)越性。
在依照法律條文在此舉例說明和描述本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)了解由下述權(quán)利要求書所復(fù)蓋的發(fā)明形式可以作出種種變化，并且知道本發(fā)明某些特性有時(shí)候可以加以利用而不需同時(shí)使用其它特性。例如，改進(jìn)型燃燒器可以取消不必要的元件而安排得僅燃燒一或二種燃料，在一切場合，燃燒器咀總是全部或部份保留，但如果不是燒煤，它會(huì)用來輸送燃料。
權(quán)利要求
一種用于燃燒器的氣體元件，其特征在于該氣體元件包括一個(gè)本體部分，該本體有一個(gè)縱向軸；一個(gè)半圓形的出口端，裝在上述本體部分上，并與上述本體部分共用其縱向軸，其中有a)多個(gè)穩(wěn)定孔E，等間隔地環(huán)繞本體部分，使穩(wěn)定孔E的縱向軸與氣體元件的縱向軸之間所形成的夾角為γ；b)兩個(gè)側(cè)孔F，彼此相鄰近地位于氣體元件本體部分的一側(cè)上，兩個(gè)側(cè)孔F的縱向軸都垂直于氣體元件的縱向軸，并且是位于由上述三個(gè)軸構(gòu)成的一個(gè)第一公共面上；c)一個(gè)主孔G位于氣體元件半圓形出口端上，其縱向軸與氣體元件的縱向軸之間形成角度α，α角處于約35°-50°的范圍內(nèi)；d)一個(gè)再燃孔H位于鄰近上述主孔G的地方，其縱向軸與氣體元件的縱向軸之間的角度為β，β角小于α角，約處于0°-15°的范圍內(nèi)，上述主孔G的縱向軸與上述再燃燒孔H的縱向軸相交于一點(diǎn)P，P點(diǎn)接近氣體元件的縱向軸，并且與氣體元件的縱向軸都位于第二公共面上，上述第二公共面垂直于上述第一公共面。
全文摘要
一種用于燃燒器的氣體元件，包括一個(gè)本體部分，該本體有一個(gè)縱向軸；一個(gè)半圓形的出口端，裝在上述本體部分上，并與上述本體部分共用其縱向軸。
文檔編號F23D14/22GK1058085SQ91100470
公開日1992年1月22日 申請日期1989年5月4日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月5日
發(fā)明者奧伯特·蒂·萊魯伊 申請人:巴布考克和威爾科斯公司