專利名稱：燃燒粉狀燃料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1所述的，用于在切向燃燒鍋爐內(nèi)燃燒粉狀燃料并為還原氧化氮提供還原條件的方法。
本發(fā)明還涉及一種實施該方法的裝置。
目前，在發(fā)展現(xiàn)代燃燒技術(shù)和裝置時，減少發(fā)電廠廢氣中的有害排放物已成為主要目標之一。利用現(xiàn)代技術(shù)可在很大程度上控制氧化硫和固體顆粒的排放，但是氧化氮的排放則仍然是個完全未解決的問題。眾所周知，在燃燒過程中形成的NOx是造成空氣污染的主要原因之一;因此，目前已對燃燒器作了某些基本改進，或?qū)φ麄€燃燒系統(tǒng)作了一些改進。在燃燒粉狀燃料中存在的特有問題就在于在燃燒過程中，有機結(jié)合的氮(在煤和泥煤中氮的重量百分比含量為1-2%)會釋放到氣相中去，并會產(chǎn)生大量NOx排放物。
在煤燃燒的第一階段，即熱解階段中，大部分燃料-氮釋放到氣相中，并且形成像HCH和NH3這樣的氣態(tài)化合物。在熱解階段之后，有少量的燃料-氮保留在仍含有稱為“碳-氮”的固體顆粒的后熱解階段中。在該過程中，如果存在大量氧氣，則大部分NH3和HCN被氧化成NOx。如果氧氣含量低到一定程度，這些化合物往往會還原成分子N2。我們知道，在低氧和高溫的條件下，HCN和NH3能將已形成的NOx。如果氧氣含量低到一定程度，這些化合物往往會還原成分子N2。我們知道，在低氧和高溫的條件下，HCN和NH3能將已形成的NOx還原成分子N2。
另外，某些中間燃燒產(chǎn)物的化學基，尤其是CH2基可還原NOx并從而再次形成NH3和HCN，它們能進一步還原NOx。溫度越高并且含氧量越低，則還原反應(yīng)進行得越容易。因此，為了在煤或其它粉狀燃料的燃燒過程中抑制NOx的產(chǎn)生，所要解決的技術(shù)問題是如何造成一種低氧高溫的氣氛。
一般說來，稱為雙級燃燒的燃燒過程適用于這個用于減少NOx排放的低氧區(qū)。在該過程中，在燃燒爐的燃燒器區(qū)域內(nèi)形成一個空氣量不足區(qū)，所以為了實現(xiàn)完全燃燒，通過設(shè)在燃燒器下游的所謂后空氣口提供與上述不足空氣量相適應(yīng)的空氣量，因此整個燃燒爐的燃燒得到改善，從而減少了NOx的排放量。然而，在類似這種雙級燃燒的情況下，在燃燒器的空氣不足區(qū)內(nèi)形成半燃的煤顆粒(碳)，并且在爐內(nèi)需要較大的自由空間，以便利用后空氣使碳完全燃燒。因此，盡管在減小燃燒的NOx排放方面上述燃燒過程(雙級燃燒)相當有效，但它仍然有某些局限性，例如會產(chǎn)生未燃燒的碳和不穩(wěn)定的火焰狀態(tài)等。
現(xiàn)在已制成一種新型的低NOx燃燒器，它形成的空氣不足區(qū)非?？拷紵鞯募舛瞬浚⒖衫脝蝹€燃燒器實現(xiàn)雙級燃燒。將這種單個燃燒器的分級技術(shù)與整體爐的分級相結(jié)合(OFA，過熱空氣技術(shù))對于降低NOx的排放是非常有效的。美國專利US4，545，307描述了這種低NOx燃燒器。在US4，545，307中描述的燃燒器被設(shè)計成垂直地安裝在爐壁內(nèi)。這些燃燒器的燃料供應(yīng)管的開口端處裝有一個火焰穩(wěn)定器，它能促使粉狀燃料迅速點燃，這樣可在燃燒器附近形成一個高溫還原區(qū)。除了還原NOx排放物外，該火焰穩(wěn)定器還能有效地還原大量未燃盡的碳。
在這些燃燒器中，粉狀燃料由載運空氣輸送進入燃燒部，載運空氣占總助燃空氣的20%到30%，助燃空氣先通過一根輸煤管，再通過一個噴口和火焰穩(wěn)定器噴出。在燃燒器的外周邊部分處，由送風葉片輸送的處于旋流運動的二次風氣流將通過一個二次風調(diào)節(jié)器。此外，在外周邊部分內(nèi)，三次風氣流將通過一個三次風調(diào)節(jié)器，利用一個徑向旋流器使三次風處于旋流運動狀態(tài)。為了達到較低的NOx濃度，必須使一次燃燒區(qū)與燃燒器喉部附近的二次和三次風氣流分離開，以便形成良好的還原氣氛，另一方面也可增強未燃盡的碳與三次風之間混合的后火焰。
這些現(xiàn)代低NOx燃燒器被垂直安裝在爐壁內(nèi)(壁燃鍋爐)，并且火焰被垂直引向爐的中央。在壁燃鍋爐內(nèi)安裝了幾個彼此靠近的單個燃燒器，所有燃燒器都有本身獨立的火焰。所有這些火焰都是穩(wěn)定的和分級的，它們獨立地利用能使助燃空氣作調(diào)整旋流運動的燃燒器。在現(xiàn)有技術(shù)的燃燒器(例如US4545307中的燃燒器)中，空氣不足區(qū)內(nèi)的分級燃燒獨立地出現(xiàn)在各火焰中，并在燃燒器附近形成還原區(qū)，因而使氧化氮和未燃盡碳的量得以減少。
在切向燃燒鍋爐內(nèi)，燃燒器垂直地設(shè)置在各角內(nèi)，火焰和助燃空氣被引向相對的角上，以便在爐的中央形成旋流。在使用切向燃燒鍋爐的情況下，燃燒和助燃空氣沿軸向被噴入鍋爐內(nèi)，并在中央旋流(火球)內(nèi)進行最后的混合。中央旋流可補償助燃空氣旋流的不足并維持火焰的穩(wěn)定性?，F(xiàn)有技術(shù)的切向噴嘴燃燒器一般包括一根燃料管、一條二次風通道，有時也可在燃料管和二次風通道之間設(shè)有冷卻物料的中間風道。在使用噴嘴燃燒器時，著火點與燃燒器喉部之間的距離一般為2至3米，燃料的燃燒主要發(fā)生在中央旋流內(nèi)。燃料和助燃空氣的平行氣流在著火點之前混合在一起，同時在氧化氣氛中燃燒并形成NOx排放物。在雙級燃燒的情況下，直到產(chǎn)生中央旋流之后才形成空氣不足還原區(qū)，并且在燃燒器喉部與中央旋流之間的燃料流中未出現(xiàn)分級。只有中央旋流火焰才能實現(xiàn)分級，靠使用噴嘴燃燒器是無法實現(xiàn)在現(xiàn)代壁式低NOx燃燒器中所實現(xiàn)的縱深分級。
通過改進鍋爐和燃燒器并安裝一個過熱空氣系統(tǒng)(OFA)，而不是安裝全新的低NOx燃燒器，可以減少目前切向燃燒鍋爐的NOx排放物。一般來說，這意味著燃燒被延遲，結(jié)果使未燃盡的碳量增多，并且只有中度NOx被還原。美國專利US5020454描述了一種用在切向燃燒鍋爐上的燃燒系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個風箱、第一組燃料噴嘴、第二組燃料噴嘴和偏移空氣噴嘴。第一組燃料噴嘴安裝在風箱內(nèi)。用于將聚集的燃料噴入爐內(nèi)，以便利用噴入的燃料形成第一富燃料區(qū);第二組燃料噴嘴安裝在風箱中，用于將聚集的燃料噴入爐內(nèi)，以便利用噴入的燃料形成第二富燃料區(qū);偏移氣流噴嘴也安裝在風箱內(nèi)，用于將偏移氣流噴入爐內(nèi)并使之朝爐壁方向運動。該系統(tǒng)還包括兩組過熱空氣噴嘴。利用該系統(tǒng)可在爐內(nèi)形成富燃料區(qū)，并在整個爐內(nèi)發(fā)生分級燃燒。這樣便減少了氧化氮排放物，但該系統(tǒng)有幾個缺陷。該系統(tǒng)過于復雜，爐的改裝費用也十分昂貴。由于助燃空氣與燃料迅速混合，所以無法實現(xiàn)縱深分級，這樣在火焰區(qū)內(nèi)就難以維持還原條件。在這些改型的鍋爐中，由于點火延遲，所以分級發(fā)生在主旋流內(nèi)，而不是發(fā)生在一次燃燒區(qū)內(nèi)。
由于控制切向燃燒鍋爐內(nèi)氧化氮排放物的需求也不斷增強，所以需要更好地改進燃燒方法和能裝在目前切向燃燒鍋爐內(nèi)的燃燒器。
本發(fā)明的目的是提供一種全新式的燃燒器以及一種減少切向燃燒鍋爐內(nèi)氧化氮排放物的燃燒方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種減少切向燃燒鍋爐產(chǎn)生結(jié)渣問題的新方法，以便減少未燃盡碳的量和提高火焰的穩(wěn)定性。
本發(fā)明是建立在切向燃燒鍋爐的燃燒器內(nèi)控制空氣和燃料流動的基礎(chǔ)上的，因而將空氣不足的一次風和燃料的混合物經(jīng)過一個火焰穩(wěn)定器送入燃燒室內(nèi)，并且至少有一股助燃空氣流圍繞一次燃料流而進入中央旋流，所以在進入中央旋流之前，助燃空氣基本上不與燃料混合，并在燃燒器出口附近形成一個空氣不足還原區(qū)。
按照本發(fā)明的一個實施例，二次助燃空氣流圍繞由燃料燃燒形成的火焰而流動，以便在火焰周圍提供一個分離的空氣層，而三次助燃空氣流被引向水冷壁并水平地離開火焰。
在下文中稱本發(fā)明的燃燒器為NR-JET燃燒器。
更具體的說，本發(fā)明方法的特征就是權(quán)利要求1的特征部分中所述的特征。
另外，本發(fā)明裝置的特征就是權(quán)利要求10的特征部分所敘述的特征。
本發(fā)明可帶來一些基本的好處。
本發(fā)明的主要目的和優(yōu)點是在相當大程度上減少了煙氣中的氧化氮排放物。利用本發(fā)明，可至少將切向燃燒鍋爐內(nèi)的NOx排放物減少到與現(xiàn)代壁燃式鍋爐的NOx排放物相同的水平。分級發(fā)生在燃燒器，前部的獨立的主燃燒區(qū)內(nèi)以及含過熱空氣的主旋流內(nèi)。利用這種新燃燒方法，可實現(xiàn)比傳統(tǒng)的切向燃燒鍋爐深得多的分級。
將空氣引導到水冷壁、從而在壁附近提供氧化氣氛可避免切向燃燒鍋爐出現(xiàn)的結(jié)渣問題。由于燃料被快速點燃，所以未燃盡的碳量得以減少，同時提高了火焰的穩(wěn)定性。NR-JET燃燒器的結(jié)構(gòu)比較簡單。根據(jù)本發(fā)明，NR-JET燃燒器主要應(yīng)用于改裝老式的切向燃燒鍋爐。當老式鍋爐用這些燃燒器改裝后，NOx排放物明顯地減少，燃燒效率也得到提高。
本發(fā)明為切向燃燒鍋爐提供了一種全新的低NOx燃燒器，即NR-JET燃燒器，該燃燒器利用了在壁燃式低NOx燃燒器中所應(yīng)用的上述某些原理。在已裝有NR-JET燃燒器的鍋爐中，分級出現(xiàn)在燃燒器前部的主燃燒區(qū)內(nèi)和含過熱空氣的主旋流內(nèi)。在NR-JET燃燒器中，粉狀燃料由占總助燃空氣量20%到30%的載運空氣噴入燃燒爐內(nèi)。在燃料管的周圍有一個同軸的二次風通道，用于將二次風噴入爐內(nèi)。在燃燒器的最上部和最下部都設(shè)有三次風通道及各自的噴口。為了在主燃燒區(qū)內(nèi)形成良好的還原氣氛，用隔離物將燃料流與三次風氣流分隔開。除了隔離物之外，兩個三次風噴口都裝有朝外引導的導向套，該套引導三次風氣流垂直地離開主燃燒區(qū)。此外，被引導的三次風沿水平方向離開爐的中心并朝水冷壁流動。這樣，使氧氣保持在水冷壁上，并提高了對下部爐熱的吸收。這樣可防止出現(xiàn)大量過熱空氣，以利于在爐下部排渣和提高爐的出口溫度。
下面將參照附圖詳細解釋本發(fā)明。


圖1是用于切向燃燒鍋爐的傳統(tǒng)噴嘴燃燒器的前剖示意圖;
圖2是本發(fā)明一個實施例的前剖示意圖;
圖3是本發(fā)明第二實施例的前剖示意圖;
圖4是本發(fā)明第三實施例的前剖示意圖;
圖5是本發(fā)明第四實施例的示意圖;
圖6是將三次風射流水平地朝水冷壁方向引導的原理示意圖。圖中的角度只是用于進行說明的實例。
基本上說有三種類型的燃燒器，即NR-JET1，NR-JET2和NR-JET3。所有這些燃燒器NR-JET都具有基本相同的功能概念，但不同結(jié)構(gòu)的需求是建立在目前鍋爐/燃燒器喉部內(nèi)空間不足的基礎(chǔ)上的。NR-JET3燃燒器具有最好的燃燒特性和最低的NOx排放物，但是該燃燒器喉部的直徑是最大的，這就限制了該燃燒器的應(yīng)用。
本發(fā)明所使用的這種燃燒器的優(yōu)選結(jié)構(gòu)表示在圖2-5中。圖1-4還顯示出火焰的形狀和說明燃燒過程的不同的燃燒區(qū)。
在圖中，Ⅰ0是揮發(fā)區(qū)，Ⅰ是一次再循環(huán)區(qū)，Ⅱ是還原區(qū)，Ⅲ是強擾動燃燒區(qū)，Ⅳ是三次再循環(huán)區(qū)，Ⅴ是停滯區(qū)，Ⅵ是二次再循環(huán)區(qū)，Ⅶ是主旋流。
傳統(tǒng)的噴嘴燃燒器由矩形粉煤管1和煤管的噴口2組成。燃料管1的外圍是具有上部二次風噴口4的上部二次風通道3和具有下部二次風噴口6的下部二次風通道5。從圖1中可以看出，還原區(qū)Ⅱ是非常小的。
圖2表示本發(fā)明的NR-JET1燃燒器。NR-JET包括用于輸送粉狀燃燒的矩形管1和位于燃料管出口端的噴口2。燃料管外圍有同軸設(shè)置的矩形二次風通道7，它構(gòu)成了一條包圍粉狀燃料管1外周邊的二次風通路;該燃料管的外圍還具有通道7的噴口8。NR-JET1燃燒器還裝有火焰穩(wěn)定器9，它包括煤管1內(nèi)側(cè)的環(huán)9a和位于二次風通道7內(nèi)的導向套9b。環(huán)9a具有與燃料管1的噴口2的橫截面相同的矩形形狀，并且該環(huán)9a垂直地朝燃料管1的中心軸延伸。環(huán)9a的橫截面可以是一個不間斷的環(huán)，但在這種結(jié)構(gòu)中，環(huán)9a上設(shè)有向燃燒料管1內(nèi)延伸的一些齒。二次風通道7包圍著煤管1的端部，火焰穩(wěn)定器9的外部二次風導向套9b延伸到通道7內(nèi)。此外，NR-JET1燃燒器的二次風通道7的外側(cè)部分設(shè)置有傾斜的導向套10。傾斜導向套的垂直外角θ2的角度相對于燃燒器的中心軸一般為5-40°之間。
火焰穩(wěn)定器9是圍繞燃料管1的內(nèi)壁的一個環(huán)，它是用抗磨耐熱材料(例如陶瓷或耐熱鋼)制成的，或復蓋這種材料。在這種結(jié)構(gòu)中，火焰穩(wěn)定器9是一個具有一個孔的矩形或圓柱形的鈍體，粉煤流沿該孔的中心部分流過該孔，該火焰穩(wěn)定器9設(shè)置在燃料管1的開口端。火焰穩(wěn)定器的內(nèi)側(cè)，即環(huán)9a沿幾乎垂直于燃料管1的軸向方向延伸，而火焰穩(wěn)定器的二次風導向套9b是沿平行于粉煤管軸向的方向朝燃燒爐延伸或者以一個使導向套的直徑擴大到二次風通道7的徑向的角度延伸而形成的。此外，為了提高燃料管1的噴口出口處的可點火性并在出口端可靠地產(chǎn)生高溫還原火焰，應(yīng)使環(huán)9a形成一個帶齒的裙圈，該裙圈從噴口2的出口處的燃料管1的內(nèi)周邊表面向燃料管1的中心伸出，這樣可確保本發(fā)明的高效率。裙圈可以是一個連續(xù)的環(huán)，但在本實施例中，它是鋸齒形的，即在其上有許多缺口部分?；鹧娣€(wěn)定器9的環(huán)9a的內(nèi)徑或尺寸d1和燃料管1的內(nèi)徑d2最好由關(guān)系式0.7≤(d1/d2)≤0.98來確定，d1/d2的最佳值應(yīng)為0.9左右。d1/d2的比值不局限于上述范圍，但如果d1/d2的比值過低，則火焰穩(wěn)定器向燃料管1內(nèi)伸進的過多，這樣會增加通過噴口的粉煤流的流速，并因此會提高供料管內(nèi)部的壓降。傾斜的二次風導向套9b和燃料管的中心軸之間形成的角θ1一般在15-25°之間，以便得到足夠的火焰保持作用并很好地將中央還原火焰與氧化主火焰和助燃空氣分離開。
NR-JET2燃燒器包括一根具有噴口2的矩形燃料管1。燃料管周圍有同軸設(shè)置的矩形二次風通道7，它在燃料管1的外周形成一條二次風通路，燃料管周圍還有通道7的噴口8。在燃燒器的最上部和最下部具有上部三次風通道11和下部三次風通道13，以及對應(yīng)的噴口12和14。在三次風通道11和二次風通道7之間有上隔離件16，而在下部三次風通道13和二次風通道7之間有下隔離件15。隔離件的主要作用是將二次和三次風氣流分離開，以便防止在燃燒器前部形成還原區(qū)Ⅱ。隔離件15，16的高度(d3)一般在30至350mm之間變化?；鹧娣€(wěn)定器9類似于NR-JET1燃燒器中的火焰穩(wěn)定器。
上部和下部三次風通道11和13也裝有具有上仰角θ3的導向套17和18。θ3一般在5至40°之間。為了對三次風噴口12，14中的三次風形成足夠好的類似漏斗的作用，套的長度應(yīng)設(shè)計成使套的長度1和三次風通道的高度h1之間的關(guān)系為1/h1≥2(圖3)。在不減小類似漏斗的作用的情況下，可以通過使用中間導向套17a和18a來縮短套的長度，但這時應(yīng)將這些套設(shè)計成能使套的長度1與在中間導向套和空氣通道壁之間形成的通道的高度h2之間的關(guān)系為1/h2≥2。
切向噴嘴燃燒器NR-JET3與NR-JET2燃燒器基本類似，不同之處只在于在二次風通道7內(nèi)設(shè)置了一些空氣葉片19。這些軸向葉片19使二次風氣流產(chǎn)生能加強燃燒器喉部附近的紊流燃燒的切向分速度。一般來說，空氣葉片19的數(shù)量為8-15個，并且這些葉片相對于軸向成40°-50°角，使渦流值在0.5和1.0之間。NR-JET2和NR-JET3之間的另一個差別是燃料管和空氣通道的形狀不同。燃料管1、燃料噴口2、二次風通道7和二次風噴口8都為圓筒形狀，如上所述，它們都設(shè)有火焰穩(wěn)定器9，火焰穩(wěn)定器包括有一定傾角的二次風導向套9b和帶齒的環(huán)9a。火焰穩(wěn)定器9，隔離件15，16，三次風通道11，13和三次風噴口12，14都為圓筒形。
一次風量主要取決于軋制情況，一般在20%至30%之間。一次風的最佳速度為15-25m/s。根據(jù)本發(fā)明，二次風的一個目的是為了防止煤/一次風氣流的擴散。二次風高速地從還原火焰Ⅱ周圍流過，它形成一個減少被驅(qū)趕到爐壁的煤碳顆粒的分離層，并且可減輕鍋爐的結(jié)渣現(xiàn)象。此外，一次風和二次風量應(yīng)能使燃料的揮發(fā)材料燃燒。因此，煤或其它燃料中的揮發(fā)物的百分比決定了二次風量，該百分比通常低于30%。為了達到足夠的包圍作用和二次風與一次風/燃料混合物的適當混合比，二次風的速度必須足夠高，即約為30-80m/s。其余的助燃空氣通過三次風噴口噴出，二次風與三次風之間的質(zhì)量流量比為1∶2-1∶5。在三次風噴口處的三次風流速為30-80m/s。如果燃料中的揮發(fā)物含量低，則可提供充足的一次風量，以便燃燒還原火焰中的這些揮發(fā)物。在這種情況下，必須避免二次風與還原火焰混合。在本實施例中，二次風的流動與三次風的流動相類似，并且與NR-JET2和NR-JET3燃燒器不同，本實施例不存在分離的二次風氣流。在這種情況下，助燃空氣通道可以包圍一次風/燃料通道，或者也可以設(shè)在燃料管上部和下部的兩個獨立的通道內(nèi)。
另一個非常重要的事實涉及火焰的穩(wěn)定性及混合情況使用旋流燃燒器時，三次風具有較高的渦流值，該值能提供較好的后火焰混合和穩(wěn)定狀態(tài)。使用切向NR-JET燃燒器時，三次風只具有軸向動量，但在這種情況下，中心旋流可補償渦流的不足并維持混合的火焰穩(wěn)定狀態(tài)。
在使用傳統(tǒng)的噴嘴燃燒器的情況下(軸流，無旋流，見圖1)，點火點遠離燃料管，揮發(fā)區(qū)Ⅰ。較大，火焰不穩(wěn)定并沒有還原區(qū)Ⅱ，或還原區(qū)很小，這會造成較高的NOx排放量。在使用傳統(tǒng)噴嘴燃燒器的切向燃燒鍋爐內(nèi)，實際火焰穩(wěn)定狀態(tài)出現(xiàn)在主旋流區(qū)Ⅶ內(nèi)。紊流/氧氣燃燒區(qū)Ⅲ出現(xiàn)在一次風氣流的外邊界層和主旋流內(nèi)。
NR-JET1燃燒器裝有火焰穩(wěn)定器9，它有助于一次再循環(huán)區(qū)Ⅰ的形成，該區(qū)可改善點火性能和提高火焰穩(wěn)定性。二次風高速地從一次風和燃料周圍流過，這樣可防止燃料流的擴散。二次風通路8的形狀可引導部分二次風離開一次風和燃料而流動(環(huán)9a+9b，θ2)。因此，還原區(qū)Ⅱ較大并比傳統(tǒng)噴嘴燃燒器更靠近燃燒器喉部。
按與NR-JET1相同的方式，NR-JET2上裝有火焰穩(wěn)定器9，它有助于一次再循環(huán)區(qū)Ⅰ的形成，該區(qū)可改善點火性能和提高火焰穩(wěn)定性。由于有三次再循環(huán)區(qū)Ⅳ，所以與NR-JET1相比較，NR-JET2的點火性和火焰穩(wěn)定性提高了。它是由于在二次風氣流和三次風氣流之間形成了負壓區(qū)的結(jié)果，因而來自旋流的熱煙氣被再次返回到燃燒區(qū)。此外，與NR-JET1相比較，只有很少的二次風混入揮發(fā)區(qū)內(nèi)，于是避免了稀釋作用并增強了點火性和火焰穩(wěn)定性。由于這些作用，揮發(fā)會更為迅速，揮發(fā)區(qū)也較小。在兩個隔離件的前部形成了停滯區(qū)Ⅴ，該區(qū)可有效地避免三次風混入還原區(qū)Ⅱ內(nèi)，所以它不會干擾還原條件的形成。隔離件的長度(d3)決定了停滯區(qū)Ⅴ的水平長度，所以d3越長，停滯區(qū)越好，并且NOx的還原性也越好。由于套可引導三次風離開一次燃燒區(qū)，所以除了隔離件外，三次風導向套17，18可防止三次風混入還原區(qū)Ⅱ中。上部三次風噴口朝向上方，因此下部三次風噴口從一次燃燒區(qū)朝向下方，以防止三次風在進入中央旋流(火球)之前混入火焰中，燃料的最后氧化是在中央旋流中進行的。
除了引導三次風噴口12和14朝上和朝下外，它們的形狀可引導三次風離開爐的中心而朝爐的水冷壁23流動(圖6)。利用該方式可使氧氣避開爐的中心并靠近水冷壁23，以防止在那里形成還原氣氛。爐下部的結(jié)渣減少，并且爐下部的吸熱增加了。三次風的流動方向和壁23之間的角θ7最好為5-45°，并因此而在三次風通路內(nèi)設(shè)置導向套。圖6也顯示出從爐中心流向中央旋流24的燃料流25，燃料最后在中央旋流燃燒。
由于有隔離件以及相互分開的二次風和三次風，所以NR-JET2燃燒器的還原區(qū)Ⅱ比傳統(tǒng)的噴嘴燃燒器和NR-JET1燃燒器的還原區(qū)大。
NR-JET3燃燒器與NR-JET2燃燒器相類似，但燃料管1、二次風通道7和二次風噴口8是圓形的。由于這種形狀，可在二次風通道7內(nèi)裝設(shè)軸向旋流器。渦流值在0.5至1.0之間。由于有二次風旋流，所以在產(chǎn)生熱點的一次風和三次風噴嘴之間形成二次風再循環(huán)區(qū)Ⅵ，并且向主燃燒區(qū)的熱傳遞也增強了。這樣就提高了火焰的穩(wěn)定性，揮發(fā)進行得更迅速，并形成較大的還原區(qū)。利用這種結(jié)構(gòu)，可使未燃盡的碳最少(快速點火)和使NOx的排放量最低(大還原區(qū))。
在使用NR-JET1，2和3燃燒器的情況下，可在燃料管1內(nèi)部應(yīng)用文丘里部件20和粉狀燃料聚集器(P.F concentrator)部件22。這種燃料管顯示在圖5中。文丘里部件20設(shè)在離開燃料管1出口端一段距離的位置，聚集器穿過文丘里部件20的喉部。當燃料管1的內(nèi)徑在文丘里部件20之后開始擴大的同時，聚集器22的尺寸也開始擴大。在靠近管1的出口處的地方聚集器22的尺寸開始縮小，該聚集器在火焰穩(wěn)定器9的附近終止。利用文丘里部件20，可在P.F聚集器22前達到更均勻的燃料顆粒分布。為了提高點火性，同時增加火焰穩(wěn)定性周圍的粉狀燃料的濃度，提高火焰的穩(wěn)定性是最為有效的。在氣體和顆粒的兩相流中，如果通路擴大，由于氣體和顆粒之間的動量差而形成非均勻濃度，所以應(yīng)使用P.F.聚集器。燃料聚集器設(shè)在燃料管的中心線上并有一個隆起部分，該隆起部分使燃料流的前側(cè)形成5-60°(θ5)角，在燃料流的出口側(cè)形成5-30°(θ6)角。
權(quán)利要求
1.一種在切向燃燒鍋爐中燃燒粉狀燃料并減少氧化氮的排放量的方法，包括如下步驟-將風量基本不足的燃料和一次風混合物經(jīng)過一個燃料供應(yīng)管(1)切向地輸送到鍋爐的爐內(nèi)，以便形成還原火焰(Ⅱ)。-至少將一股助燃空氣流吹入爐內(nèi)，其特征在于-使一次風和燃料的合流進行再循環(huán)，并通過使其流過延伸到燃燒供應(yīng)管(1)內(nèi)的火焰穩(wěn)定器(9)而使燃料供應(yīng)管(1)的開口端(2)處產(chǎn)生紊流，-引導助燃空氣流向離開一次風/燃料流的方向流動，以便防止助燃空氣混入還原火焰(Ⅱ)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于將助燃空氣從燃料流的周圍吹入爐內(nèi)，以使空氣流包圍燃料流，并引導空氣流離開空氣/燃料混合流而流動，以便在還原火焰周圍形成分隔的包圍層。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于助燃空氣流的流速為30-80m/s。
4.按照上述任何一項權(quán)利要求的方法，其特征在于一次風氣流的流速為15-25m/s。
5.按照權(quán)利要求1的方法，包括將至少一股上部助燃空氣流沿燃料供應(yīng)管中心線上方送入爐內(nèi)和沿燃料供應(yīng)管(1)中心線的下方輸送至少一股下部助燃空氣流，以便進一步燃燒燃料，其特征在于-在與燃料/空氣混合流的出口位置相隔開的位置處將上部和下部助燃空氣流送入爐內(nèi)，并引導這些氣流分別向上和向下離開燃料和空氣流。
6.按照權(quán)利要求2或5的方法，其特征在于-將二次助燃空氣流從燃料流的周圍吹入爐內(nèi)，使空氣流包圍燃料流，并引導空氣離開空氣/燃料混合流，以便在還原火焰周圍形成分隔的包圍層，-在與二次風氣流出口位置相隔開的位置處將上部和下部三次助燃空氣流送入爐內(nèi)，并引導這些氣流分別向上和向下離開燃料和空氣流。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其特征在于引導三次風氣流斜向地朝離開二次風氣流的方向流動。
8.按照權(quán)利要求6或7的方法，其特征在于使二次風氣流在燃料流周圍循環(huán)。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于，二次風氣流的渦流值為0.5和1.0。
10.用于在切向燃燒鍋爐內(nèi)燃燒粉狀燃料并減少氧化氮的排放量的裝置，包括-用于將燃料隨空氣一起送入鍋爐燃燒器內(nèi)的中央燃料管(1)-在燃料管(81)附近至少設(shè)置一條空氣通道(7)，該通道形成將助燃空氣流送入爐內(nèi)的通道，其特征在于-在燃料管(1)的端部(2)設(shè)有火焰穩(wěn)定器(9)，該火焰穩(wěn)定器延伸到管(1)內(nèi)并有一個孔，空氣/燃料混合物可通過該孔被送入爐內(nèi)，-在助燃空氣通道(7)的開口端設(shè)置裝置(9a，9b，15-18a)，用于引導助燃空氣離開一次風/燃料流，以防止助燃空氣混入還原火焰。
11.按照權(quán)利要求10的裝置，其特征在于，在燃料管(1)的周圍設(shè)置助燃空氣通道(7)，使助燃空氣流從燃料流周圍輸送，使空氣流包圍燃料流，以便在還原火焰周圍形成分隔的包圍層。
12.按照權(quán)利要求10或11的裝置，它包括至少一條用于在燃料供應(yīng)管(1)的中心軸上方將至少一股上部助燃空氣流送入爐內(nèi)的通道(12)和至少一條用于在燃料供應(yīng)管(1)下方輸送下部助燃空氣流以便進一步燃燒燃料的通道(14)，其特征在于-用于輸送上部和下部助燃空氣的通道(11，13)的開口端與燃料/空氣混合物流的出口位置相隔開，通道(11，13)包括位于它們各自開口端的裝置(15-18a)，用于引導助燃空氣流分別朝上和朝下離開燃料的空氣流。
13.按照權(quán)利要求10-12的任何一項的裝置，其特征在于，該裝置包括-設(shè)置在燃料管(1)周圍的一條二次風通道(7)，它使助燃空氣流能繞過燃料流而被輸送，使空氣流包圍燃料流，以便在還原火焰周圍形成分隔的包圍層，-用于輸送與燃料/空氣混合流的出口位置(2)相隔開的上部和下部三次風的通道(12，14)，通道(12，14)包括位于它們各自的開口端的裝置(15-18a)，用于引導助燃空氣流分別朝上和朝下離開燃料和空氣流。
14.按照權(quán)利要求10-13中的任何一項的裝置，其特征在于，用于引導三次風氣流的裝置包括設(shè)在三次風通道(12，14)端部并相對于該裝置的中心軸成5-40°角的導向套(17，17a，18，18a)。
15.按照權(quán)利要求14的裝置，其特征在于，導向套(17，17a，18，18a)的長度(1)除以三次風通道的高度(h1)的值等于或大于2。
16.按照權(quán)利要求14的裝置，其特征在于，在三次風通道(12，14)內(nèi)設(shè)有導向套(17a，18a)，其中導向套(17a，18)的長度(1)除以導向套與三次風通道壁之間的空間高度(h2)等于或大于2。
17.按照權(quán)利要求10-16中的任何一項的裝置，其特征在于，火焰穩(wěn)定器(9)包括一個設(shè)在二次風通道(7)的端部并相對該裝置的中心軸成15-25°角的傾斜導向套(9b)。
18.按照權(quán)利要求10-17中的任何一項的裝置，其特征在于，火焰穩(wěn)定器(9)包括延伸到燃料/一次風管道(1)內(nèi)的帶齒環(huán)(9a)。
19.按照權(quán)利要求10-18中的任何一項的裝置，其特征在于，在燃料管(1)內(nèi)部設(shè)有一個文丘里喉管(20)。
20.按照權(quán)利要求10-19中的任何一項的裝置，其特征在于，在燃料管(1)的中心線上設(shè)有一個燃料聚集器(22)，它有一個隆起的部分，該隆起部分在燃料流的前側(cè)形成5-60°角，在燃料流的出口側(cè)形成5-30°角。
全文摘要
用于在切向燃燒鍋爐內(nèi)燃燒粉狀燃料并減少氧化氮的排放量的方法，包括下述步驟將風量基本不足的燃料和一次風混合物經(jīng)過一個燃料供應(yīng)管(1)切向地輸送到鍋爐的爐內(nèi)，以便形成還原火焰(II)；以及至少將一股助燃空氣氣流吹入爐內(nèi)。本發(fā)明是建立在下述步驟的基礎(chǔ)上使一次風和燃料的合流進行再循環(huán)，并使其流過延伸到燃料供應(yīng)管(1)內(nèi)的火焰穩(wěn)定器(9)并造成燃料供應(yīng)管開口端(2)處的紊流；以及引導助燃空氣流朝離開一次風/燃料流的方向流動，以便防止助燃空氣混入還原火焰(II)。
文檔編號F23D1/04GK1106909SQ9412006
公開日1995年8月16日 申請日期1994年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月8日
發(fā)明者P·德恩亞丁, K·沙沃萊倫, J·列皮科 申請人:艾沃國際股份公司