CN1036070A - 改进的燃烧器 - Google Patents

Abstract

通过使用具有分别用于初级空气—燃烧混合物 和二次及三次空气流的同心管道的燃烧器，以得到较 低的NO_x放出物，在通道中配置的按角度间隔定位 的导向元件使通道中的气流偏转，从而产生富燃料浓 度区。在导向元件下游和邻近通道出口处配置有按 角度间隔定位的流体扰动部件，以改善通道出口处的 空气—燃料混合物的流型。流体扰动部件有助于燃 烧器出口处火焰前缘的稳定，并且补充导向元件在促 进引起低NO_x放出的燃烧条件方面的作用。

Description

本发明涉及燃烧器，尤其是涉及在其燃烧产物中产生含量相对较低氧化氮（NO_X）的燃烧器。

例如从锅炉和高炉设备中放出的氧化氮（NO_X）由于对环境有不利的影响，已引起很大的关注。用于发电厂的粉状燃料燃烧器，例如煤或其他类似的含碳燃料燃烧器是NO_X的主要来源。在这些燃烧器中，NO_X排放物是由大气氮（取决于火焰温度）和由固定在燃产中的氮（取决于燃烧期间获得的氧气量）所产生的。

用来降低NO_X排放物的粉状燃料燃烧器的例子可在英国专利GB2094969中查到，其中为了在亚化学计量条件下分级地燃烧燃料，提出将空气和燃产的旋流喷入补充的气流中。同样，在欧洲专利EP160146中，用二次和三次空气流燃烧燃料前，在锐边的喷嘴作用下，在初级空气和燃料的混合物中产生紊流混合物是通过带有L形横截面凸缘的供料管的输出而提供的，更一般地说，用于降低粉状燃料燃烧器产生的NO_X的已知技术可以举例说明如下：

-在火焰的上游端控制对于燃料/空气流空气输入，以避锡高的火焰温度，由此将从大气氮中产生的NO_X降至最低程度;

-通过在火焰上游端形成富燃料区，以便在有亚化学计量的氧气情况下放出燃烧中的氮和其他挥发性物质，由此通过挥发性物质的燃烧将NO_X和高温区的产生降至最低程度;

-通过保持富燃料区使在燃烧过程早期形成的任何NO_X可以在还原环境中和燃料起作用，而复原成氮和一氧化碳。

建立这些条件的一个途径是在从燃烧器射口的燃料/空气射流的边缘周围立刻形成火焰帘，此初级燃烧阶段的目的是在亚化学计量条件下产生将热量供给燃料的火焰，以放出燃料中的氮和其他挥发性物质。然后，如果二次和三次空气可以平稳地加入燃料/初级空气流以及无过度紊流（将引起高温）的挥发性物质中，只要其体积是类似于常用高紊流火焰所拥有的体积范围内，就可能达到完全混合和燃烧。

达到这些目的主要困难是确保在燃烧器的燃料/初级空气的出口可以保持稳定的火焰，然后确保燃料和空气的均匀混合;一方面，避免过度的紊流和由此而产生的高温和NO_X，另一方面，长的迟缓混合时间会导致燃料的不完全燃烧。

根据本发明，提供一种以气流形式燃烧粉状燃料的燃烧器，包括沿一管道产生空气-燃料混合物流的装置;多个围绕管道中心轴按角度间距定位的且设置在管道上的导向元件，所述元件以一斜角沿管道延伸，使流体入射到元件上，且在管道的出口端或附近在所述元件的下游隔一定间距配置的;多个围绕所述中心轴按角度间距定位且设置在管道上的流体扰动部件，所述部件用于改变管道出口空气-燃料混合物的流型。

已发现的优点是设置有至少一个流体扰动部件，它基本上与来自导向元件的流体通道重合，能够使各个部件设置在相关的每个导向元件上。另一些流体扰动部件可以设置在来自毗邻成对导向元件的流体通道之间的中间位置。

在一个特别的布置中，具有围绕管道轴成90°角度间距的四个导向元件和与这些元件下游具有一定间距的十个流体扰动部件，这些部件围绕所述轴布置成36°的间隔，径向相反的一对部件基本上与来自径向相反的一对导向元件的流体通道相重合。在我们以前的申请中，空气-燃料混合物的管道，最好是环形的，在其入口处具有将紊流方式传给其中通过的流体的装置，在此种情况下，导向元件可以与管道的中心轴平行延伸。在元件的上游处，配置在管道外壁上的装置可以减少燃料颗状向其外壁集聚且形成集聚的燃料流或索的倾向，所述装置由此改进了导向元件附近的燃产和空气的混合。

更可取地是在其出口处，所述管道由一对间轴的辅助管道所围住，以对燃烧过程提供补充空气，所述辅助管道的每一个可以包含导流部件，布置在其毗邻的隹诖Γ醋悦扛龉艿赖牧魈逑喽杂诶醋粤诮拥囊桓龉艿阑蚨喔龉艿赖牧魈逡晕闪鞣绞脚懦觥＠纾绻醋钥掌?燃料管道的流体平行于中心轴而排出，在邻接辅助管道中的流体布置成以紊流方式排出，最好与轴成至少为45°的螺旋角，从而来自外辅助管道的空气也可以平行于轴的方向流出。

在其最佳形式中，流体扰动部件具有一从相当薄的前沿加厚的且可以终止于陡削的后沿的轮廓。

仅通过举例的方法，本发明现结合附图进行描述，其中：

图1是根据本发明构造的燃烧器的纵向横截剖视图;

图2是图1中线“Ⅱ-Ⅱ”的剖视图;

图3是燃烧器的出口端的端视图，说明导向元件和流体扰动部件的相对布置;

图4至图7是与图3相同的端视图，说明导向元件和流体扰动部件的替换形状。

参见图1至图3，粉状燃料燃烧器10安装在设有另外显示的高炉的壁14内的壁孔12中，可以知道燃烧器燃烧进入燃烧室的燃料，燃烧室依据应用可按已知的方法衬以热交换管，也可以知道燃烧器10可以是安装在炉壁上的几个燃烧器之一，以获得所期望的燃烧状态。

燃烧器10沿中心轴A延伸且包括确定粉状燃料和空气混合物的主环形管道30和用于增加燃烧空气的内、外辅助管道32、34的同轴管22、24、26、28，管22自身内部形成燃油器36的管道作为粉状燃料或高炉热输入负载的点火系统，图中所示的最外层的管28在燃烧器出口端38与其他管子是平行的，但它也可以如幻象轮廓线38A所示端部向外扩张形状。

管24具有一直径较大的入口段24A和一圆锥形中间段24B，24B用于连接入口段24A与一在出口端38终止的较小直径的出口部24C，导管40（见图2）按管内的入口42对准且与入口段24A成切线的连接。导管引入初级燃烧空气的旋流，其中粉状燃料是悬浮的，以由图1中箭头表示的旋流方向通过管道30。耐磨衬管44配装在入口42的下游的入口段和中间段24A、24B，衬套具有沿管道30轴向延伸的整体肋36，有助于迫使粉状燃料颗粒在旋流中径向向外，以促进粉状燃产颗粒的再混合。

用作燃料流再分配器的一组四个导向元件48围绕环形管道的中心轴A按相等的角度间隔安装在管道的出口段24C上，导向元件是与管道中心轴平行延伸的叶片形部件，因此对使螺旋状的空气-燃料流保持一倾斜角度。在这第一个例子中，导向元件具有便颗粒旋入其中的碰撞面的凹形面的弯曲横截面，通过阻碍固体燃料颗粒的旋流，元件在其凹形面上使颗粒集聚起来，这些颗粒继续在气流中输送，从而在元件48的流体下游处形成具有高燃料-空气比的系列区域。

由耐磨材料制成的流体扰动部件50位于管道的出口端，与元件48成一定间隔部件50采用楔块形式，按流动方向从其前沿50a增加经向深度且具有陡削的下游面50b。部件的前沿靠在管道30的外壁上，并且其下游面在管道径向深度部分上延伸。部件50具有将火焰稳定在燃烧器出口端的作用。如图3表示的，有十个等间距的流体扰动部件，这样的排列使在流过导向元件的方向上二个径向相反的部件是直接紧接在导向元件中的二个后面。

外环形管道32、34提供来自风箱52的二次和三次燃烧空气，从风箱52进入管道32、34的流体由滑动环形气流调节器54、56控制，相应的导流部件组58、60是位于管道32、34中，管道32中的部件58赋与空气流以螺旋流方式流动;在本实施例中，相对于中心轴12的螺旋角至少是45°。在管道34中导流部件60赋与气流以轴流方式流动。

燃烧空气通过与风箱52相连的导管62供给于燃油器36，另外，可以使用鼓风机64。显然也可以使用其他点火焰系统。

导向元件和流体扰动部件50的形状以用许多方法来改进，图4至图7列举了一些例子，如图3中，箭头S表示管道30中流体的旋流方向。在所有这例例子中，采用的导向元件是与中心轴12平行延伸，虽然那是依靠在其上的空气和燃料的流动中的旋流的存在和程度。

图4显示具有如第一例子中的导向元件48的同样形状的排列，但现在具有成对排列的八个流体扰动部件50，在每一对部件50中，一个部件直接布置在相应的导向元件后面，紧跟在离开导向元件的流体后面，而另一个部件如旋流S方向所示不对称地与其邻近的隔开设置。所述的另一对部件是圆周地安装的且稍靠近碰撞面转向其的导向元件而不是碰撞面离开其的元件。

在图5中，保持图4所示的流体扰动部件的布置，但导向元件48A在径向轴平面对中心轴12是平板状的，平板导向元件48B、48C也分别显示在图6和图7中，其中流体扰动部件的布置没有变化。在图6中，导向元件48B从其径向内沿至其外沿偏向旋流方向是。在图7中，元件48C从其径向内沿至其外沿是偏高旋流方向，可以知道许多其他的修改落入本发明的范围内，不但涉及导向元件和流体扰动部件的形状，而且涉及其数量和相应的布置。

虽然由本发明的机理能够达到降低NO_X放出量的进程保持精确地用图纸表示，可以相信低比率的NO_X形成是依靠导向元件的配置而保证，从而在第一个例子中产生防止NO_X形成的富燃料区，然而这种富燃料区可能导致火焰前缘的不稳定。安置在下游的流体扰动部件好象是补充这些导向元件的作用且现现出与流体相互作用，以促进紧接在来自部件的流体的燃料-空气混合物浓度的范围。可能因此在最接近于燃烧器管出口的下游有贫油区，其中由于较过量的氧气，燃料更容易点火，这样稳定了在燃烧器出口的火焰前缘。

偏流部件另外的好处是促进再循环和混合，以帮助燃产的完全燃烧，而不影响增强火焰前缘的稳定性。在这些例子中，偏流部件的间隔楔块形的特征是而且使用中燃烧沉积物的积累，并且它们的效果是相当大的。

Claims (12)

1、一种以空气流方式用于粉状燃料燃烧的燃烧器，它包括沿一管道(30)产生空气-燃料混合物流体的、用于在所述管道的一出口(38)初级燃烧的装置和用于提供与所述初级燃料的产物燃烧的补充空气的装置，许多位于管道中、围绕管道一中心轴(12)按角度间隔定位设置的导向元件(48)，所述元件沿管道以一斜角延伸使流体入射至其上，其特征在于，许多流体扰动部件(50)在所述元件的下游，在管道(30)出口端上或附近间隔设置，而且位于管道中相对于所述中心轴按角度间隔定位设置，所述部件排列在管道出口处以改进空气-燃料混合物的流型。

2、根据权利要求1所述的一种燃烧器，其特征在于，至少一个流体扰动部件（50）基本上与来自导向元件（48）的流体通路相重合。

3、根据权利要求2所述的一种燃烧器，其特征在于，有一基本上与来自每个导向元件（48）的流体通路相重合圆周地设置的相应流体扰动部件（50）。

4、根据权利要求1至3所述的一种燃烧器，其特征在于，具有圆周地位于来自导向元件（48）邻近对的流体通路之间的中间位置。

5、根据权利要求2所述的一种燃烧器，具有四个相对于中心轴成等角度间隔设置的导向元件（48）和十个在导向元件的下游相对于所述轴成等角度间隔设置的流体扰动部件（50），一对径向相反的流体扰动部件基本上与来自一对径向相反的导向元件的流体通路相重合设置。

6、根据前述任一权利要求所述的一种燃烧器，其特征在于，流体扰动部件（50）有一从所述流体碰撞在其上的相对薄的前沿（50a）增厚的横截轮廓。

7、根据前述任一权利要求所述的一种燃烧器，其特征在于，流体扰动部件（50）止于陡削的后沿（50b）。

8、根据权利要求7所述的一种燃烧器，其特征在于，流体扰动部件（50）从所述管道（30）的外周壁向内突出。

9、根据前述任一权利要求所述的一种燃烧器，其特征在于，装置（40）设置在导向元件（48）的上游以赋与所述管道中的流体相对于所述管道的中心轴的一种回转旋流。

10、根据前述任一权利要求所述的一种燃烧器，其特征在于，装置（46）安置在导向元件的上游和所述管道的外周壁上，促进混合邻近所述壁的流体中的燃料颗粒。

11、根据前述任一权利要求所述的一种燃烧器，其特征在于，管道（30）在其出口区由一对用于将补充空气供给燃烧过程的同轴辅助管道所围绕。

12、根据权利要求11所述的一种燃烧器，其特征在于，在其邻近出口处，来自每个所述管道（30、32、34）的流体以相对于来自邻接一个管道或多个管道的流体成相对旋转运动的方向排出。

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