專(zhuān)利名稱(chēng)：改進(jìn)的粉煤燃燒器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明是根據(jù)能源部給予的合同No.DE-A22-92PC92160接受政府支持而研制成功的。政府對(duì)本發(fā)明享有一定權(quán)利。
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總的涉及燃料燃燒器，更具體地是涉及一種可限制氮氧化物(NOx)生成的改進(jìn)的粉煤燃燒器。
2.相關(guān)技術(shù)描述在諸如粉煤火焰之類(lèi)的火焰中，當(dāng)含氮化合物在高溫分解過(guò)程中從燃料中釋放出來(lái)時(shí)，便形成一些氮的氧化物(NOx)。這些化合物與能夠利用的氧結(jié)合而形成一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，例如

圖1中所示的。圖1表示通常的NOx反應(yīng)機(jī)理。當(dāng)在有氮和氧存在的火焰區(qū)域中持續(xù)高溫(高于2700°F)時(shí)，也可形成NOx。在這種條件下，氮分子分解并與氧重新結(jié)合而形成熱NOx。
大家知道，通過(guò)“分級(jí)”或延緩某些燃燒空氣與燃料的混合，使釋放的氮揮發(fā)物結(jié)合形成氮分子而不是NOx，從而可使粉煤火焰的NOx排放物含量更低。在通過(guò)分級(jí)而產(chǎn)生的還原氣氛中，所形成的NOx分子也可更容易地被還原成氮分子。通過(guò)將一些燃燒空氣移出燃燒器然后將其從爐子的另一位置導(dǎo)入，可以在燃燒器外部完成這種分級(jí)工藝。
目前市場(chǎng)上有空氣動(dòng)力學(xué)的空氣分級(jí)燃燒器，它根據(jù)內(nèi)部分級(jí)的原理工作，即NOx排放量較低的火焰是通過(guò)控制位于燃燒器本身的燃燒空氣來(lái)產(chǎn)生，而不是通過(guò)物理地分離添加燃料和空氣的位置來(lái)產(chǎn)生。內(nèi)部分級(jí)是通過(guò)空氣動(dòng)力學(xué)地將燃燒空氣分配在多個(gè)空氣區(qū)域上來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)燃燒空氣給予一個(gè)渦旋速度并使用不同的燃燒器部件配置來(lái)改變?nèi)紵諝饬鞣较颍梢约訌?qiáng)內(nèi)部分級(jí)。由于改變方向的燃燒空氣混入火焰下游，燃料是在離開(kāi)主燃燒區(qū)一定距離的位置實(shí)現(xiàn)燃盡的。巴布考克及威爾考克斯公司已開(kāi)發(fā)、試驗(yàn)和生產(chǎn)了一系列使用多個(gè)空氣區(qū)來(lái)降低NOx排放物的粉煤燃燒器。圖2中示出了一個(gè)例子，它以注冊(cè)商標(biāo)DRB-XCL的燃燒器在市場(chǎng)上銷(xiāo)售。這種空氣動(dòng)力學(xué)分級(jí)燃燒器已表明在顯著降低標(biāo)準(zhǔn)式高渦旋燃燒器的NOx含量方面是成功的，高渦旋燃燒器是在燃燒器出口附近快速混合燃料和空氣的。但是，這種低NOx燃燒器設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的較長(zhǎng)火焰會(huì)通過(guò)增大的一氧化碳(CO)排放和較高含量的未燃燒碳而顯示較低的燃燒效率。以前的試驗(yàn)表明，通常出口NOx的測(cè)量含量和燃燒效率成反變關(guān)系。
參見(jiàn)圖2，圖中示出了一燃煤DRB-XCL燃燒器，它類(lèi)似于授予LaRue的美國(guó)專(zhuān)利No.4,836,772所描述的燃燒器。在該燃燒器10的中央導(dǎo)管內(nèi)有一錐形擴(kuò)散器12和折流板34，該中央導(dǎo)管由一燃料和主空氣(輸送空氣)的入口14供給粉煤和空氣。內(nèi)、外壁18、20之間形成一風(fēng)箱16。風(fēng)箱16含有燃燒器導(dǎo)管，該導(dǎo)管同軸地被一些含有固定旋轉(zhuǎn)葉片22和可調(diào)葉片24外部排列的壁所圍繞。同軸地圍繞燃燒器噴嘴周?chē)囊豢諝夥蛛x板26可幫助引導(dǎo)從28處輸入的輔助空氣。燃燒器10具有一火焰穩(wěn)定器30和一控制輔助空氣28量用的滑動(dòng)擋板。
授予LaRue等人的美國(guó)專(zhuān)利No.4,380,202也涉及一種燃燒器，它具有圖2所示的一錐形擴(kuò)散器和其它一些部件。粉煤噴嘴上通常安裝有葉輪，用以減小火焰長(zhǎng)度，并同時(shí)減少排放物。葉輪和諸如旋流器之類(lèi)的類(lèi)似裝置僅改變?nèi)剂狭鞯牧鲃?dòng)形式。這些方法會(huì)增強(qiáng)燃料和空氣的混合，從而增加NOx排放。
授予Itse等人的美國(guó)專(zhuān)利No.4,479,442揭示了一種用于粉煤的文丘里噴嘴，它具有一發(fā)散流分離器和多個(gè)旋流葉片。
目前仍然需要一種改進(jìn)的、可獲得更少NOx排放的低NOx燃燒器，因?yàn)樽畹统潭鹊腘Ox排放可提供可比較的未燃可燃物和一氧化碳(CO)排放量。最好，這種燃燒器可供給粉煤和空氣混合流，同時(shí)有附加的單獨(dú)燃燒空氣流來(lái)控制粉煤火焰的燃燒特性。該燃燒器設(shè)計(jì)可提供穩(wěn)定而強(qiáng)烈的火焰，而污染物質(zhì)排放較低，燃燒效率較高。這種類(lèi)型的燃燒器結(jié)構(gòu)最好可允許將燃燒器安裝在現(xiàn)有的鍋爐或爐窯中。
發(fā)明概要本發(fā)明旨在提供一種可實(shí)現(xiàn)低NOx排放但又保持高燃燒效率的燃燒器，為的是解決現(xiàn)有技術(shù)的燃燒器所存在的上述以及其它一些問(wèn)題。這里所使用的高燃燒效率是指將離開(kāi)爐子的未燃碳和一氧化碳降低到最低水平。本發(fā)明將可限制NOx產(chǎn)生的燃燒空氣的空氣動(dòng)力學(xué)分配與可提供穩(wěn)定火焰和可接受的燃燒效率的獨(dú)特燃燒器特征有效地結(jié)合，從而超越了以前在降低NOx排放方面的限制。如本文所描述的，這些特征的相互結(jié)合可產(chǎn)生一種高效的低NOx燃燒器。本發(fā)明將燃燒器附近的主、輔流分開(kāi)，同時(shí)采用一個(gè)范圍的輔助空氣速度，從而促進(jìn)更高的紊流程度并改進(jìn)下游混合?？諝夥峙溴F與過(guò)渡區(qū)相結(jié)合，可以改變輔助空氣的方向，而不會(huì)減少由葉片賦予輔助空氣的旋流。這就進(jìn)一步改善火焰的穩(wěn)定性和下游混合。過(guò)渡區(qū)在燃燒器附近將輔助空氣物理地和空氣動(dòng)力學(xué)地與芯部燃料區(qū)分隔開(kāi)，從而防止直接的燃料混入。使用輔助旋流和空氣分配錐可局部地使空氣偏離火焰芯，同時(shí)仍允許在下游混合。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種改進(jìn)的低NOx燃燒器，它可使燃燒空氣在燃燒器出口附近從主燃燒區(qū)轉(zhuǎn)移開(kāi)，降低煤脫揮發(fā)份過(guò)程中的局部化學(xué)計(jì)量比，從而減少初始NOx的形成。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種改進(jìn)的低NOx燃燒器，它可提供穩(wěn)定的火焰，而污染物質(zhì)排放較低，燃燒效率較高。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的在于提供一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)牢固、制造經(jīng)濟(jì)的燃燒器。
作為本發(fā)明之特征的、具有新穎性的各個(gè)特點(diǎn)，將在構(gòu)成本揭示一部分的所附權(quán)利要求書(shū)中具體地指出。為便于更好地理解本發(fā)明、其工作方面的優(yōu)點(diǎn)和使用它所實(shí)現(xiàn)的具體目的，可參看附圖和下面的描述內(nèi)容，其中示出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
附圖簡(jiǎn)述附圖中圖1是表示NOx反應(yīng)機(jī)理的圖；圖2是一現(xiàn)有DRB-XCL燃燒器的剖視示意圖，它經(jīng)過(guò)了本發(fā)明的改進(jìn)；圖3是本發(fā)明剖視示意圖；圖4是本發(fā)明燃燒器的剖視示意圖，表示該燃燒器的火焰特性；圖5是本發(fā)明一備選實(shí)施例剖視示意圖。
較佳實(shí)施例描述參見(jiàn)附圖，所有圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同或相似的零件，現(xiàn)首先參見(jiàn)圖3，它表示本發(fā)明燃燒器的剖視示意圖，該燃燒器總的由標(biāo)號(hào)40表示。燃燒器40也可稱(chēng)作DRB-4ZTM燃燒器，它包括一系列由燃燒器導(dǎo)管中的同軸環(huán)繞壁形成的區(qū)域，這些區(qū)域輸送燃料例如粉煤和受限制的輸送空氣(主空氣)流以及由燃燒器風(fēng)箱16提供的附加燃燒空氣(輔助空氣)流。燃燒器40的中央?yún)^(qū)域42是一圓形截面的主區(qū)域或燃料噴嘴，它通過(guò)入口44從一供給源(未圖示出)供給主空氣和粉煤。圍繞中央或主區(qū)域的是一環(huán)形同軸壁，它形成主-輔過(guò)渡區(qū)域46，其構(gòu)制成可導(dǎo)入輔助燃燒空氣或?qū)⑤o助空氣轉(zhuǎn)向到其余的外部空氣區(qū)域。該過(guò)渡區(qū)域46在主流和輔助流之間可起到緩沖作用，用以改善對(duì)燃燒器附近的混合和穩(wěn)定性的控制。過(guò)渡區(qū)域46配置成可導(dǎo)入有旋流或沒(méi)有旋流的空氣，或是可提高紊流程度以改善燃燒控制。燃燒器40其余的環(huán)形區(qū)域包括內(nèi)部輔助空氣區(qū)域48和外部輔助空氣區(qū)域50，它們由輸送大部分燃燒空氣的同軸環(huán)繞壁形成。在結(jié)構(gòu)上，本發(fā)明的燃燒器40設(shè)計(jì)大部分是根據(jù)圖2所示的DRB-XCL燃燒器的結(jié)構(gòu)。但是，本發(fā)明的燃燒器設(shè)計(jì)包括圍繞燃燒器輸送粉煤和主空氣的中央導(dǎo)管42的環(huán)形同軸結(jié)構(gòu)46。而且，燃燒器設(shè)計(jì)40經(jīng)過(guò)了改進(jìn)，能在略高于DRB-XCL燃燒器的速度下供給輔助空氣。燃燒器速度選擇成可提供所需的近、遠(yuǎn)區(qū)域的混合特性，而不會(huì)產(chǎn)生較高的壓降和燃燒器控制方面不良的敏感性。燃燒器40設(shè)計(jì)成可以根據(jù)燃料種類(lèi)和燃燒器用途以所需的速度范圍提供輔助空氣。該速度范圍選擇成可以產(chǎn)生足夠的徑向和切向動(dòng)量，用以使主流和內(nèi)部輔助流之間產(chǎn)生徑向分離。燃燒器40最好設(shè)計(jì)成可在約等于主空氣/燃料流速度1.0到1.5倍的速度下輸送輔助空氣。在一個(gè)試驗(yàn)過(guò)的實(shí)施例中，輔助空氣的標(biāo)稱(chēng)速度約為5500英尺/分鐘(fpm)，但對(duì)工業(yè)上的應(yīng)用可以在約4500到7500fpm的范圍內(nèi)變化。
環(huán)形同軸過(guò)渡結(jié)構(gòu)46，其截面積為燃料噴嘴42截面積的0.5到1.5倍，視燃料類(lèi)型和數(shù)量而異，該噴嘴在此被認(rèn)為具有一個(gè)單位特性直徑。
在一個(gè)試驗(yàn)過(guò)的實(shí)施例中，DRB-4ZTM燃燒器的過(guò)渡區(qū)域截面積標(biāo)稱(chēng)等于燃料噴嘴截面積。但是可以想象，工業(yè)燃燒器在這方面可以根據(jù)諸如主空氣流量、主空氣和輔助空氣溫度以及燃燒器燃燒速度之類(lèi)的設(shè)計(jì)特性而有所變化。
本發(fā)明的過(guò)渡區(qū)域的一個(gè)主要特點(diǎn)在于，它可改善對(duì)輔助空氣與火焰根部燃料混合的控制。這一特點(diǎn)可使一部分燃燒空氣從該環(huán)形空間引導(dǎo)至火焰。
燃燒器40可提高輔助空氣在燃燒器喉部52處分配的靈活性。在限定過(guò)渡區(qū)域的同軸壁的上表面上有一些槽口，可讓輔助空氣進(jìn)入該區(qū)域。輔助空氣流進(jìn)入過(guò)渡區(qū)域的比例，由在燃燒器40后部圍繞過(guò)渡區(qū)域外面的一滑套54來(lái)控制。對(duì)于輔助空氣被引導(dǎo)通過(guò)過(guò)渡區(qū)域46的情況，可在過(guò)渡區(qū)域46內(nèi)設(shè)置一些旋轉(zhuǎn)葉片組件(未圖示出)以產(chǎn)生旋流。使用可在主-輔過(guò)渡區(qū)域中形成散布的高、低混合區(qū)域的分段截止板(未圖示出)，便可在過(guò)渡區(qū)域的出口實(shí)現(xiàn)另一種有益的空氣流動(dòng)形式?？梢院苋菀椎卦谶^(guò)渡區(qū)域中裝入附加空氣的控制裝置，用以進(jìn)一步調(diào)節(jié)燃燒空氣的分配和混合。
在一種類(lèi)似于DRB-XCL燃燒器的形式中，在經(jīng)過(guò)內(nèi)輔助空氣區(qū)域48和外輔助空氣區(qū)域50的輔助空氣中可產(chǎn)生旋流。在內(nèi)空氣區(qū)域48中使用一組可動(dòng)葉片24，并在外空氣區(qū)域50中同時(shí)使用固定葉片22和可動(dòng)葉片24，就可產(chǎn)生旋流。這些葉片的結(jié)構(gòu)可提供充分的旋流控制，并可充分控制燃燒空氣在燃燒器40各處的分配，以便實(shí)現(xiàn)所需的混合特性。各區(qū)域48、50中的可動(dòng)葉片24可以是完全關(guān)閉位置(相對(duì)于基本垂直于截面圖的一條軸線成0°)或完全打開(kāi)位置(90°)，或是任何的中間角度，使燃燒達(dá)到最佳?？蓜?dòng)葉片在完全打開(kāi)位置時(shí)，就不會(huì)引起旋流。使用輔助空氣區(qū)域與過(guò)渡區(qū)域相結(jié)合，就不必附裝火焰穩(wěn)定裝置，因?yàn)樵撗b置會(huì)干擾輔助旋流的分配。
空氣在內(nèi)、外輔助區(qū)域48、50中的分配，可以用各區(qū)域中的可動(dòng)葉片來(lái)控制。另外，使用圖3所示滑盤(pán)56的不同實(shí)施形式，還可調(diào)節(jié)輔助燃燒空氣的分股或分配。滑盤(pán)56的結(jié)構(gòu)可以堵住空氣向內(nèi)輔助區(qū)域48流動(dòng)，也可自動(dòng)或手動(dòng)地調(diào)節(jié)，改變內(nèi)、外輔助空氣區(qū)域之間空氣的分股?；P(pán)56也可制得較大，以便調(diào)節(jié)到達(dá)內(nèi)、外輔助空氣區(qū)域48、50的空氣，并且可以是手動(dòng)或自動(dòng)控制的，用來(lái)平衡空氣在多燃燒器裝置中諸燃燒器之間的流動(dòng)。設(shè)定滑盤(pán)56和設(shè)定內(nèi)、外葉片22、24相結(jié)合，可用來(lái)在燃燒器出口52提供對(duì)空氣分股和旋流進(jìn)行較寬范圍的控制。
在形成燃料噴嘴的同軸壁的端部、形成過(guò)渡區(qū)域外周的同軸壁的端部，或使內(nèi)、外輔助空氣區(qū)域隔開(kāi)的套管端部，或是在所有這些位置處，可以加裝一些空氣分配錐58。這一措施可進(jìn)一步控制離開(kāi)燃燒器喉部52的空氣方向和分配。分配錐58的作用是進(jìn)一步控制調(diào)節(jié)燃燒空氣在噴出燃燒器喉部52時(shí)的分配。在這里所描述的燃燒器40配置中可以很容易地進(jìn)行另外的構(gòu)件改進(jìn)，從而按照需要提供額外的性能控制。
接下來(lái)，參見(jiàn)圖4，本發(fā)明的燃燒器設(shè)計(jì)40可通過(guò)有效地使大部分燃燒空氣在火焰附近從主燃燒區(qū)域轉(zhuǎn)移開(kāi)，以控制煤脫揮發(fā)份過(guò)程中的局部化學(xué)計(jì)量比，因而也減少初始NOx的形成，從而產(chǎn)生一種NOx含量低的粉煤火焰。在圖4中，A是火焰的貧氧脫揮發(fā)份區(qū)域。區(qū)域B是進(jìn)行產(chǎn)物回流的區(qū)域。C是NOx減少區(qū)域。D代表高溫火焰層。E是有輔助燃燒空氣受控制的混合的區(qū)域。F是燃盡區(qū)域。主流和輔助流之間的受限制回流區(qū)域，其作用是將放出的NOx向貧氧高溫分解區(qū)域A回送，以還原成氮分子?；亓鲄^(qū)域B還可用來(lái)提高燃燒器附近火焰的穩(wěn)定性和局部混合，從而提高總的燃燒效率。圖4中所示的火焰特性表示出本發(fā)明設(shè)計(jì)的總的優(yōu)點(diǎn)在于，它比現(xiàn)有低NOx燃燒器設(shè)計(jì)的排放和燃燒性能有所改善。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)的各個(gè)優(yōu)點(diǎn)可歸為若干關(guān)鍵的方面。第一個(gè)方面是NOx排放性能有所改善。本發(fā)明燃燒器40的設(shè)計(jì)具有若干新型空氣動(dòng)力學(xué)特征，包括能夠在等于或高于DRB-XCL燃燒器的輔助空氣速度下工作。主-輔過(guò)渡區(qū)域以及重新設(shè)計(jì)的空氣分配部件對(duì)于限制NOx的形成和增強(qiáng)燃燒器附近的NOx分配是非常關(guān)鍵的。這些燃燒器特征促進(jìn)了主流和輔助流在燃燒器附近的分離，使得揮發(fā)物在可限制NOx產(chǎn)生的貧氧環(huán)境中從燃料釋放出來(lái)。由于在該區(qū)域中維持引燃穩(wěn)定所需要的氧化劑含量最低，因而在該區(qū)域中無(wú)法消除NOx的形成。但燃燒器的空氣動(dòng)力學(xué)還可在主流和輔助流之間形成局部的回流區(qū)域B，該區(qū)域可用來(lái)使NOx返回到火焰芯部附近的貧氧區(qū)域用于還原。
在用該燃燒器在5千英國(guó)熱量單位/每小時(shí)(MBtu/hr)和100MBtu/hr的規(guī)模下進(jìn)行的試驗(yàn)表明，對(duì)于三種不同被試驗(yàn)的高揮發(fā)東方含瀝青煤，該燃燒器的NOx排放量比DRB-WCL燃燒器所獲得的最佳原始值降低15重量％到50重量％。DRB-4ZTM燃燒器在燃燒這些煤時(shí)所實(shí)現(xiàn)的NOx排放，其對(duì)燃料特性變化的敏感程度要低于DRB-XCL燃燒器。以前在燃燒試驗(yàn)裝置中所作的試驗(yàn)已表明了NOx排放與燃燒效率之間的強(qiáng)反變關(guān)系。燃燒空氣和燃料迅速而徹底的混合，可產(chǎn)生很高的燃燒效率，結(jié)果火焰短且溫度高。低NOx燃燒器通過(guò)形成較長(zhǎng)的、溫度較低的火焰來(lái)減少NOx排放，但也因混合延緩而使燃燒效率較低。
本發(fā)明通過(guò)使用較高的輔助空氣速度并同時(shí)在燃燒器附近使主流和輔助流分開(kāi)而解決了這一難點(diǎn)。輔助空氣速度較高，可促進(jìn)更高的紊流程度和旋流，因此可改進(jìn)下游混合。輔助空氣在燃燒器附近與芯部燃料區(qū)域A物理和空氣動(dòng)力學(xué)地相分離。過(guò)渡區(qū)域46物理地將諸空氣流分隔開(kāi)，從而防止直接夾帶，而輔助旋流和空氣分配錐的使用起到局部地將空氣從火焰芯部轉(zhuǎn)移開(kāi)的作用，同時(shí)仍允許在下游混合。最近的試驗(yàn)表明，燃燒器40可提供較低的NOx排放但又不犧牲燃燒效率。在用三種東方含瀝青煤的試驗(yàn)中，本發(fā)明的燃燒器表示出，在與DRB-XCL燃燒器相比降低NOx排放的同時(shí)，對(duì)于其中的兩種煤，一氧化碳在出口的含量是有效相等的，對(duì)于另一種煤，在最佳設(shè)定下燒失量(LOI)則更低。燒失量是燃燒效率差的衡量。如果需要，可很容易地在該燃燒器設(shè)計(jì)中裝入粉煤噴嘴混合裝置，以進(jìn)一步提高性能。這種混合裝置的一個(gè)例子是一設(shè)置在主區(qū)域42內(nèi)的葉輪60，如圖5中所示。本發(fā)明的燃燒器設(shè)計(jì)具有一系列特征，使得它的控制比現(xiàn)有燃燒器更佳。過(guò)渡區(qū)域46提供了一界限分明的火焰固定區(qū)域，有穩(wěn)定火焰的作用，它不會(huì)干擾內(nèi)部輔助空氣的分配或旋流。過(guò)渡區(qū)域46的結(jié)構(gòu)也可能導(dǎo)入一限制量的輔助空氣，有效地改進(jìn)局部的主空氣和煤的比例(PA/PC)。這可被用來(lái)調(diào)節(jié)燃燒器溫度、在火焰底部引導(dǎo)附加空氣以及進(jìn)一步調(diào)節(jié)燃燒器附近的混合。通過(guò)過(guò)渡區(qū)域46導(dǎo)入的空氣可由一個(gè)或一系列部件控制，產(chǎn)生旋流、徑向引導(dǎo)空氣或在空氣中產(chǎn)生紊流。通過(guò)燃燒器40輔助區(qū)域48、50的空氣分配，既可由可動(dòng)葉片24控制，也可由滑盤(pán)56控制，或是同時(shí)由它們控制。本發(fā)明的燃燒器40通過(guò)機(jī)械穩(wěn)定與空氣動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定原理相結(jié)合，產(chǎn)生穩(wěn)定的粉煤火焰，從而提供燃燒的穩(wěn)定性。主-輔過(guò)渡區(qū)域46可起到火焰穩(wěn)定區(qū)域的作用，提供改善的火焰固定。該過(guò)渡區(qū)域與輔助空氣流相結(jié)合而在主流和輔助流之間產(chǎn)生動(dòng)量低的回流區(qū)域，它也有助于火焰的穩(wěn)定。輔助空氣設(shè)計(jì)可提供旋流的燃燒空氣，從而在空氣動(dòng)力學(xué)上穩(wěn)定火焰并控制火焰混合。這些特點(diǎn)，結(jié)合本文描述的設(shè)計(jì)所提供的控制范圍，能確保在較寬范圍負(fù)載和燃燒條件下的火焰穩(wěn)定性。最后，本發(fā)明燃燒器的簡(jiǎn)單性在于，該設(shè)計(jì)不需要使用附裝的火焰穩(wěn)定部件，而這些部件可能易受高溫循環(huán)的不良影響并容易腐蝕。本發(fā)明的燃燒器設(shè)計(jì)可用于新型的和現(xiàn)有的鍋爐。該燃燒器也可通過(guò)對(duì)現(xiàn)有部件進(jìn)行微小的變化，用來(lái)燃燒礦物燃料混合物。例如，可通過(guò)主區(qū)域輸送粉煤，同時(shí)通過(guò)過(guò)渡區(qū)域注入少量天然氣。在這種結(jié)構(gòu)中，天然氣可構(gòu)成燃燒器熱輸入的5％-15％。另外，本發(fā)明的DRB-4ZTM燃燒器無(wú)需在主空氣/燃料的部位進(jìn)行修改，并不需要很高的粉煤細(xì)度。
盡管以上是針對(duì)粉煤進(jìn)行具體描述，但本發(fā)明也可很好地適用于燃燒燃油或天然氣。位于中央導(dǎo)管42中的一霧化器可使燃油以本文所描述的優(yōu)選方式燃燒?；蛘?，位于中央導(dǎo)管42中的一個(gè)大銷(xiāo)子，或是過(guò)渡區(qū)域46中的許多個(gè)小銷(xiāo)子，都可使天然氣以本文所描述的優(yōu)選方式燃燒。
雖然以上詳細(xì)示出和描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，意在說(shuō)明本發(fā)明原理的應(yīng)用，但可以理解，本發(fā)明可以在不脫離這些原理的情況下以其它方式實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種排放低和未燃盡燃料損失低的燃燒器，包括限定一燃料噴嘴的結(jié)構(gòu)，供主燃料和主空氣通過(guò)，以便在一主區(qū)域中燃燒，該燃料噴嘴具有一出口端，該出口端具有一軸線；限定一環(huán)形過(guò)渡區(qū)域的結(jié)構(gòu)，它同軸地圍繞所述燃料噴嘴的限定結(jié)構(gòu)，所述過(guò)渡區(qū)域結(jié)構(gòu)構(gòu)制成可提供用于燃燒器附近混合和火焰穩(wěn)定性的空氣；以及限定一內(nèi)部空氣區(qū)域和一外部空氣區(qū)域的結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)部空氣區(qū)域同軸地圍繞所述過(guò)渡區(qū)域，所述外部空氣區(qū)域同軸地圍繞所述內(nèi)部空氣區(qū)域，在所述內(nèi)部和外部空氣區(qū)域之間設(shè)置一分隔板，所述內(nèi)部和外部空氣區(qū)域均具有一出口端和至少一個(gè)位于出口附近的旋流葉片。
2.如權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，還包括使通過(guò)所述過(guò)渡結(jié)構(gòu)導(dǎo)入的空氣產(chǎn)生旋流、用于增強(qiáng)紊流程度以改善燃燒控制的結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述過(guò)渡結(jié)構(gòu)將空氣轉(zhuǎn)向到所述內(nèi)部和外部空氣區(qū)域的出口。
4.如權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，還包括設(shè)置在所述內(nèi)部空氣區(qū)域中用于產(chǎn)生旋流的可調(diào)結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的燃燒器，其特征在于，還包括設(shè)置在所述外部空氣區(qū)域中用于產(chǎn)生旋流的固定和可調(diào)結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述的燃燒器，其特征在于，還包括連接于所述過(guò)渡結(jié)構(gòu)一出口端的、控制空氣方向的空氣分配結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的燃燒器，其特征在于，還包括連接于所述分隔板的出口端的、控制空氣方向的空氣分配結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，還包括調(diào)節(jié)輔助燃燒空氣的結(jié)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)相鄰于所述內(nèi)部和外部空氣區(qū)域，用于控制流到這兩區(qū)域的空氣流。
9.如權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述過(guò)渡結(jié)構(gòu)具有一圍繞其外部的、控制通過(guò)所述過(guò)渡結(jié)構(gòu)的輔助空氣流的滑套。
10.如權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，還包括一設(shè)置在所述燃料噴嘴結(jié)構(gòu)內(nèi)的、增強(qiáng)燃燒過(guò)程中混合作用的粉煤混合裝置。
11.如權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，還包括至少一個(gè)在所述過(guò)渡結(jié)構(gòu)中的旋流葉片。
12.如權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，還包括在所述內(nèi)部和外部空氣區(qū)域出口端以及所述過(guò)渡結(jié)構(gòu)一出口端朝外延伸的錐形體。
13.一種降低粉煤燃燒器的排放和降低未燃盡燃料損失的方法，該燃燒器具有一帶一出口端的粉煤和主空氣噴嘴以及同軸圍繞粉煤和主空氣噴嘴的內(nèi)部和外部空氣區(qū)域，該方法包括以下步驟提供一圍繞粉煤和主空氣噴嘴并與其隔開(kāi)的、設(shè)置在噴嘴和內(nèi)部空氣區(qū)域之間的環(huán)形同軸環(huán)，用以形成一圍繞由噴嘴所形成的一主區(qū)域的過(guò)渡區(qū)域；通過(guò)將燃燒空氣從火焰附近的主燃燒區(qū)域轉(zhuǎn)移開(kāi)而產(chǎn)生粉煤火焰；在煤脫揮發(fā)份過(guò)程中產(chǎn)生一局部化學(xué)計(jì)量比，用于減少初始氮氧化物形成；以及在主空氣流和輔助空氣流之間提供一些受限制的回流區(qū)域，用于將放出的氮氧化物送回到一貧氧高溫分解區(qū)域而還原成氮分子。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括使通過(guò)內(nèi)部和外部空氣區(qū)域的空氣產(chǎn)生旋流。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括使用設(shè)置在燃燒器內(nèi)的固定和可調(diào)葉片提供局部混合，以提高燃燒效率。
16.如權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，還包括一在燃料噴嘴中的、使燃油燃燒的霧化器。
17.如權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，還包括一在燃料噴嘴中的、使天然氣燃燒的銷(xiāo)子。
18.如權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，還包括至少兩個(gè)在過(guò)渡區(qū)域中的、使天然氣燃燒的銷(xiāo)子。
全文摘要
一種燃燒器(40),它具有一在主區(qū)域(42)和輔助區(qū)域(48,50)之間起緩沖作用的過(guò)渡區(qū)域(46)。過(guò)渡區(qū)域(46)通過(guò)在主區(qū)域(42)和輔助區(qū)域(48,50)之間提供受限制的回流區(qū)域,從而改善對(duì)燃燒器附近的混合和火焰穩(wěn)定性的控制。這些受限制的回流區(qū)域?qū)⒎懦龅腘O
文檔編號(hào)F23C1/12GK1246177SQ97199607
公開(kāi)日2000年3月1日 申請(qǐng)日期1997年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月12日
發(fā)明者J·L·西維, J·V·科斯勒斯基, K·C·考夫曼, L·W·羅杰斯, A·D·拉呂, H·薩爾夫 申請(qǐng)人:麥克德莫技術(shù)股份有限公司