CN104251488B - 用于低品质燃料的具有火焰稳定/中心喷气装置的燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃烧低品质燃料的中心空气射流燃烧器，其包括具有燃料入口和燃料出口的环形管。核心管包括第一开口和限定了内侧区域的相对的第二开口，核心管在环形管内延伸，限定了第一环形区域。燃烧器弯头被配置成给燃料入口和第一开口供应包含粉状燃料和主空气的燃料空气流混合物。核心管的第一开口相对于环形管的燃料入口偏心地对齐，从而使得流过燃烧器弯头的燃料空气流混合物被分为在第一环形区域内具有数量增加的粉煤的外侧富燃料流和在内侧区域内具有数量增加的主空气的内侧贫燃料流。

Description

用于低品质燃料的具有火焰稳定/中心喷气装置的燃烧器
技术领域
本发明总体上涉及采用比如低质粉煤的燃烧粉状燃料的燃烧器喷嘴进行燃烧的方法和设备。更具体地，本发明涉及在低质粉煤的点火和燃烧期间减少氮氧化物并产生更稳定的火焰，本发明将关于上述内容进行描述。但是应当明白所述的示范实施例也可用在其他类似应用场合。
在燃烧期间，燃料中的化学能在锅炉炉膛内被转换成热能。热能被锅炉内的吸热面吸收以产生蒸汽。用于炉膛内的燃料包括各种固体，液体和气体物质，包括煤，天然气和柴油。燃烧将燃料转变为大量的化合物。水和二氧化碳(CO2)是完全燃烧的产物。不完全燃烧反应可能导致不期望的副产物，它们包括未燃烧的碳颗粒，一氧化碳(CO)和烃(HC)。
出于多种原因，大型粉煤(PC)燃烧锅炉被越来越多地用于承担频繁变动的负荷。由于运行水平的变化增加了这些锅炉在低负荷条件下的运行。这提高了对低负荷性能仍能使氮氧化物(NOx)的形成保持在可接受的最低水平的可靠高效的燃烧器的要求。增加NOx形成的关键因素是紧接着燃烧器喷嘴下游的燃烧区中的可利用氧。
比如在授予Vatsky等人的美国专利No.4,497,263和授予Itse等人的No.4,457,241中所描述的典型的燃烧器喷嘴是这样的类型，粉煤颗粒在于锅炉中燃烧之前被集中到空气-煤流的中心。这种方法虽然对粉煤的燃烧来说是足够的，但是由于在燃烧期间的可利用的氧气而增加了NOx的形成，。
另一个受燃烧器喷嘴性能所影响的因素是火焰的稳定性。燃料从喷嘴喷出的速度对于火焰稳定性来说是最重要的。低燃料速度给颗粒的加热和在燃烧器喉部点燃提供了更多的时间，因此获得更稳定的火焰。如低挥发性煤之类的难以点燃的燃料尤其地从低燃料速度中受益。低速还可以在燃烧之前用于限制空气-燃料混合，这减少了燃烧期间的可利用氧，从而减少了NOx的形成。
典型的圆形低NOxPC燃烧燃烧器具有在燃烧器中轴向定位的煤喷嘴。通过限制向火焰近场的燃料中引入的空气，减少在挥发期间的可利用O2，从而实现了NOx减少。限制与辅助空气在近场中的混合的燃料比有利于上述效果的实现，并且通过轴向(或近轴向)喷射PC到火焰中来实现。直接结果是燃料射流向下前进到火焰中心，在挥发完成之后产生持续较长时间的浓的富燃料条件。火焰下游的这种长时间的富燃料中心部分延迟了烧焦反应(没有氧化剂)。被延迟的烧焦反应会导致未燃烧可燃物、即未燃烧碳(固相)和一氧化碳(气相)的增加。所述未燃烧可燃物的增加是很多低NOx燃烧器的特征。
所述问题、即低NOx燃烧器的较高未燃烧可燃物的一个有效解决方案可在巴布科克和威尔科克斯能量产生集团公司(Babcock&Wilcox Power Generation Group，Inc.)提供的燃烧器中找到，它是一种带有中心空气射流的燃烧器，如美国专利No.7,430,970中所公开那样。这里，该问题通过轴向地给燃烧器增加额外的空气射流供应来解决，该额外的空气射流供应为火焰中心提供一定量的氧化剂。它教导采用中心喷射器供应大约20到40％的燃烧器氧气，同时大约10到30％作为主空气与煤一起供应。该专利描述了利用被配置有额外中心空气喷射器的燃烧器组件所产生的NOx减少和火焰稳定的好处。在实用锅炉中的全尺寸结构表明燃烧器实现了低NOx并同时在较低的过量空气下产生较低的未燃烧可燃物。参见标题为“用于低NOx排放的B&WAireJetTM燃烧器，BR-1788(B&WAireJetTM Burner for Low NOx Emissions，BR-1788)”的技术论文，其作为参考文献纳入本文。
但是低品质(LQ)煤可能不适合直接与燃烧器一起使用。低品质煤是指含有过量矿物质(例如，灰分等等)和水分的煤，其通常超过该材料的大约50％。这些惰性物质降低了煤的热值，通常从大约10000-12000降低到5000-7000Btu/lb(高热值[HHV]标准)。此类LQ煤要求大约两倍于高品质煤的质量输入来提供相等的热输入。所以，两倍的煤输入要求给磨煤机提供两倍数量的低温主空气(PA)流以处理LQ煤，该低温主空气流通常大约130°F到200°F。这减少了燃烧器可用的通常为大约600°F到700°F的高温辅助空气(SA)的数量，削弱了火焰稳定性和对NOx的控制。
所述SA/PA比值提供对于相对火焰稳定性的指示。高SA/PA(例如，4)意味着有成比例地较多的可用热SA来与PA/PC喷射器相互作用以加速点火，促进火焰稳定性，以及影响火焰发展。反之，当SA/PA等于2或更小，有成比例地较少的SA，影响火焰发展和NOx且火焰稳定性受损。例如，考虑两种具有相同的易磨性的煤，但是一种具有12000Btu/lb的热值，另一种具有6000Btu/lb的热值。12000Btu/lb热值的煤的SA/PA超过4，6000Btu/lb热值的煤的SA/PA下滑到2。按输入基准，LQ煤要求两倍的PA流量，留给火焰控制的SA少得多。SA的缺少损害了技术的实施。
减少到达燃烧器的PA的技术是存在的，但是这增加了工艺的成本和复杂性。通过位于磨煤机下游的除尘器(旋风式或布袋式或类似装置)，PA能被除去。间接燃烧系统采用这种设备。所述系统以昂贵得多的花费来彻底分离PA和煤，并且能给燃烧器提供更富裕的PA/PC混合物。作为替代方式，美国专利No.4,627,366公开了一种粉煤燃烧器的主空气交换，并教导使用燃烧器弯头和相关设备，以从进入燃烧器(PAX燃烧器)的PA/PC流中分离出部分PA。被分离的PA连同少量的PC通过管被排出到炉膛，到达燃烧器附近。这有效地减少了到达燃烧器的PA，但是由于相关的管道，阀门和炉膛壁开口而增加了成本。定位所述附加设备对于壁燃烧式锅炉来说会有问题，并且会要求更大的燃烧器区域用于容纳。
由于LQ煤中有大量惰性物质，这种煤有延迟点火和糟糕的火焰稳定性的问题，这降低了这种煤的热值。另外，低热值要求不成比例的大量主空气来粉碎煤，留下更少的辅助空气来使火焰成形以及抵消所述问题。
该问题的另一个已知解决方案由美国专利No.4,654,001公开，其也作为参考文献纳入本文，其教导了一种用于粉煤燃烧器的火焰稳定/NOx减少设备，称为DeNOx稳定器(DNS)。该专利教导一种将一部分进入燃烧器弯头的PA分离出来，然后将其向下喷到火焰中心的手段。所述分离装置类似于PAX燃烧器中所用的，具有与捕获部分PA的燃烧器弯头出口同心的管件。同心管件将被分离出的流输送到燃烧器末端，并将其喷入炉膛。管件可以随着它接近所述末端而截面缩小，以加速管内的流，同时使周围的富燃料流减速。在配合高品质煤使用时，DNS通过减速主燃料射流来提供在点火区中更多的停留时间，进而提供更好的火焰稳定性。DNS提供更富的燃料混合物，从而使得煤的挥发在更少的可用氧化剂下发生，从而减少NOx。
因此本发明的目标是提供一种能利用比如LQ粉煤之类的难点燃的燃料运行的且减少NOx形成的高效且有效的燃烧器喷嘴。本发明的另一个目的是改善在进入锅炉炉膛之前从PA/PC燃料混合物中分离PA的效率，从而提高点火性能。本发明的再一个目标是提供一种增加火焰稳定性且容易改装到已有燃烧器上的燃烧器喷嘴。本发明的另一个目标是利用喷嘴上的低压力损失将粉煤分成相对燃料密集的低速流和相对燃料稀薄的高速流。
发明内容
本发明涉及一种用于燃烧低品质燃料的中心空气射流燃烧器，其包括具有沿轴线对准的燃料入口和燃料出口的环形管。一种核心管包括第一开口和限定了内侧区域的相对的第二开口，核心管轴向地在环形管内延伸并被环形管所包围。在环形管和核心管之间的空间限定了第一环形区域。燃烧器弯头限定空腔并包括附接到环形管入口的出口，燃烧器弯头被配置成给环形管的燃料入口和核心管的第一开口供应包含粉状燃料和主空气在内的燃料空气流混合物。
核心管的第一开口相对于环形管的燃料入口偏心对齐，从而使得第一开口被配置成从燃料空气流混合物中捕获并分离一部分主空气。穿过燃烧器弯头的燃料空气流混合物被分为具有在第一环形区域内的粉状燃料数量增加的外侧富燃料流和具有在内侧区域内的主空气数量增加的内侧贫燃料流。
在另一个实施例中，燃烧器弯头的空腔包括限定了大致球形的内表面，从而使得当燃料空气流混合物流过该空腔时，燃烧器弯头被配置成从燃料空气流混合物中分离出一部分粉煤来进入燃烧器的第一环形区域。
在一个实施例中，中心空气喷射燃烧器还包括从燃烧器弯头的内表面和环形管的内表面中的至少一个突出的孔口偏转器，孔口偏转器被配置成在第一环形区域内重新分布燃料空气流混合物的流动，从而使得富燃料流被均匀地分布在第一环形区域内。
这些和其它非限制性特征在下面被更具体地描述。
附图说明
以下是附图的简要说明，所述附图为了说明本文中的实施例而给出，并不限制本发明。
图1A是本发明的中心空气喷射燃烧器组件的第一实施例的截面图；
图1B是图1A的中心空气喷射燃烧器组件的局部剖切图；
图1C是图1B的中心空气喷射燃烧器组件的偏转器孔的局部剖切图；
图2A是本发明的中心空气喷射燃烧器组件的第二实施例的截面图；
图2B是图2A的中心空气喷射燃烧器组件的局部剖切图；
图3A是本发明的中心空气喷射燃烧器组件的第三实施例的截面图；
图3B是图3A的中心空气喷射燃烧器组件的局部剖切图；
图4是本发明的中心空气喷射燃烧器组件的第四实施例的截面图；
图5A是本发明的中心空气喷射燃烧器组件的第五实施例的截面图；
图5B是图5A的中心空气喷射燃烧器组件的局部剖切图；
图6A是本发明的中心空气喷射燃烧器组件的第六实施例的截面图；
图6B是图6A的中心空气喷射燃烧器组件的局部剖切图；
图7A是本发明的中心空气喷射燃烧器组件的第七实施例的截面图；
图7B是图7A的中心空气喷射燃烧器组件的局部剖切的正视立体图；
图7C是图7B的中心空气喷射燃烧器组件的偏转器孔的局部剖切侧视立体图；
图8A是本发明的中心空气喷射燃烧器组件的第八实施例的截面图；
图8B是图8A的中心空气喷射燃烧器组件的局部剖切正视立体图；
图8C是图8B的中心空气喷射燃烧器组件的偏转器孔的局部剖切侧视立体图；
图9A是本发明的中心空气喷射燃烧器组件的第九实施例的截面图；
图9B是图9A的中心空气喷射燃烧器组件的局部剖切图；
图10A是本发明的中心空气喷射燃烧器组件的第十实施例的截面图；
图10B是图10A的中心空气喷射燃烧器组件的局部剖切图；
图11A是本发明的中心空气喷射燃烧器组件的第十一实施例的截面图；
图11B是图11A的中心空气喷射燃烧器组件的局部剪切图；
图12A是本发明的中心空气喷射燃烧器组件的第十二实施例的截面图；
图12B是图12A的中心空气喷射燃烧器组件的局部剖切图。
具体实施方式
通过参考附图能获得在本文中所公开的部件、工艺和设备的更完整的理解。这些附图仅是基于方便和简单展示本发明的示意图，因此不表示设备或组件的任何尺寸和大小和/或定义或限制实施例的范围。
虽然在下面的描述中为了清楚而使用了一些特定的术语，但是这些术语仅表示为了在图中展示所选择的实施例的具体结构，不表示限定或限制本发明的范围。在附图和后面的说明中，应当明白相同的数字表示相同功能的部件。
单数形式“一”、“一个”和“所述”包含复数的指代对象，除非本中另有清楚的说明。
如在说明书和权利要求书中所使用的，术语“包括”可以包含实施例“由...构成”和“基本由...构成”。
数值应当被理解为包含当被缩小到有意义的图中的相同数字时相同的数值以及与所述值的偏差不大于在本应用中确定该值的所述类型的常规测量技术试验误差的数值。
如在本文中所使用的，近似的语言可以被用于修饰那些改变不会导致相关基本功能发生变化的的任何数量表达。所以，在某些情况下，被“大约”和“基本上”这样的术语所修饰的数值可能并不被限制为所给出的具体值。修饰词“大约”还应当被认为是公开了由两个端点绝对值所限定的范围。例如，“从大约2到大约4”也公开了范围“2到4”。
应当明白，本文中所用的很多词语是相对的。例如，术语“上”和“下”是位置上彼此相对的，也就是上部件沿指定方向位于比下部件高的水平位置。术语“入口”和“出口”是相对于关于指定结构流过它们的流体流动而言的，例如，流体流过入口进入结构和经过出口流出结构。术语“上游”和“下游”是相对于流体流过各种部件的方向而言的，即流动流体在流过下游部件之前先经过上游部件。
所用的术语“水平”和“垂直”表示相对于绝对参照物的方向，即地面。但是，这些术语不应当被理解为要求结构绝对平行或绝对垂直于彼此。例如，第一垂直结构和第二垂直结构不必彼此平行。术语“顶”和“底”或“基础”被用于指如下的一些表面，其中相对于绝对参照物来说，顶总是高于底/或基础，即地面。术语“之上”和“之下”用于指两个结构相对于绝对参照物的位置。例如，当第一部件位于第二部件之上时，这表示相对于地面第一部件通常会比第二部件高。术语“向上”和“向下”也是相对于绝对参照物，向上流动通常与地球重力相反。
解释燃烧器，锅炉和/或蒸汽发生器技术的某些术语或原理的文字对于理解本发明来说可能是必要的，读者可以参考“蒸汽/其产生和使用”，第40期，Stultz和Kitto，1992，巴布科克和威尔科克斯公司(Steam/its generation and use，40th Edition，Stultz andKitto，Eds.，Copyright 1992，The Babcock&Wilcox Company)和“蒸汽/其产生和使用”，第41期，Stultz和Kitto，2005，巴布科克和威尔科克斯公司(Steam/its generation anduse，41st Edition，Stultz and Kitto，Eds.，Copyright 2005，The Babcock&Wilcox)，其作为参考文献被全部纳入本文。
参见图1A，1B和1C，柱形中心空气喷射燃烧器10包括外侧环形管11和内部管状核心管12。环形管11包括沿轴线对齐的燃料入口26和燃料出口28。核心管12包括第一开口19和限定内侧区域24的相对的第二开口20。核心管12在环形管11内轴向延伸并被环形管11包围。在环形管11和核心管12之间的空间限定第一环形区域32。
燃烧器弯头18限定了空腔，并包括入口35和被附接于环形管11的入口26处的环形出口36。燃烧器弯头18被配置成给环形管11的入口26和核心管12的第一开口19供应包含粉煤和主空气的燃料空气流混合物(FA)。
邻近燃烧器弯头18的入口35的管段包括偏心减压器ER，其中垂直部分37的直径小于弯头部分39的直径。在一个实施例中，垂直部分37的直径测得为大约22.5″，弯头部分39的直径测得为大约29″。弯头部分包括靠近弯头出口36的扩张区域41，它增加了核心管12的第一开口19上方的空间。扩张区域41大致上是球根形。另外，弯头具有位于扩张区域41的轴向下游的、直径小于扩张区域41的收缩段43。粉煤和其他颗粒的颗粒浓度在扩张区域41处增大。基本上，偏心减压器ER使燃料空气流混合物FA沿着燃烧器弯头18的外直径加速，从而增加粉煤与主空气的偏心分离。
对于低品质粉煤而言，因为燃烧器弯头的布置，位于十二点位置或上方位置附近的颗粒通量分布是非常高的，而在六点位置或下方位置是很低的。核心管11的第一开口19相对于环形管11的燃料入口26偏心地对齐，从而使得第一开口19被配置成捕获并从燃料空气流混合物FA中分离出一部分主空气PA。流过燃烧器弯头18的燃料空气流混合物FA被分成在第一环形区域32内具有数量增加的粉煤的外侧富燃料流PC和在内侧区域24内具有数量增加的主空气的内侧贫燃料流PA。在一个实施例中，偏心对齐的核心管12限定了沿核心管12和环形管11的底部处的2″-3″的间隙，以及在第一开口19处的核心管12和环形管11的顶部处的大约6″-12″的间隙。这些由核心管12相对于环形管11的偏心对齐所限定的间隙能通过一个比值来确定，从而在靠近第一开口19处，下方间隙为上方间隙尺寸的大约1/6-1/2之间。更具体地，下方间隙大约是上方间隙尺寸的1/4。
第一开口19靠近上游末端区域22，第二开口20靠近下游末端区域16。渐缩区域26位于末端区域16和22之间。这部分沿从上游到下游的方向缩小核心管12的横截面积。所述缩小可被定义为一个比值，其中第一开口19是第二开口20横截面积的大约1.5倍。如图所示，核心管12的下游末端区域16终止于燃烧器组件10的燃料出口28。
孔口偏转器30被固定在燃烧器组件10内，且被配置成在第一环形区域32内重新分布燃料空气流混合物FA的流动，从而使得富燃料流PC分布在第一环形区域32内。孔口偏转器30被配置成插入沿环形管11的外侧表面定位的槽34中，或者一致地附接到环形管11的内侧表面或任选地附接到燃烧器弯头18的内表面。孔口偏转器30朝核心管12向内突出，并与第一开口19轴向隔开。具体地，孔口偏转器30相对于核心管12的第一开口19的位置从大约8″到大约12″，从而使得上游末端区域22至少部分地位于弯头18的空腔内。
孔口偏转器30可包括带有切口44的大致碟形主体40，形成围绕燃烧器弯头18和/或环形管11的横截面延伸小于360度的弧形定向。优选地，偏转器30延伸大约120度到大约340度，更优选地从大约180度到大约270度。另外，在一个实施例中，孔口偏转器30朝着核心管12延伸，并与核心管12的外侧表面形成间隙。该间隙可以变化，在一个实施例中是大约5″宽。
孔口偏转器30被配置成先沿着弯头18的外侧弯42朝着并围绕核心管12的周向分布和分散所收集到的燃料/粉煤。孔口偏转器30可包括指向空气流的至少一个突起45(比如等边三角形)，从而使积聚在区域41四周的颗粒集转向。这也增加了对富燃料流PC路径的流动阻力，从而增强了空气经过核心管12的流动。孔口偏转器30使在第一环形区域32中流动的固体颗粒分散在燃烧器10中。一般地，孔口偏转器30能在燃烧器10的横截面内形成多种尺寸的弧形，其朝着核心管12径向向内突出，从而在燃料通过燃料出口28而释放之前将燃料分散。
燃烧器收纳器46围绕环形管11。SA在入口47处进入燃烧器收纳器46，并在管11和收纳器46之间的内侧环形区域48和外侧环形区域49中前进。分配/排出导叶14在燃烧器的辅助空气区域中，以使SA发生涡旋，因为它围绕离开燃烧器进入燃烧区25的燃料射流。导叶14被放置在环形区域48和49内，从而促进出口区域28中充分的空气燃料混合。另外，燃烧器10任选地包括在内侧区域48的出口处的空气分离导叶ASV(参见美国专利No.4,915,619，作为参考文献纳入本文)和在燃料出口28处的火焰稳定环FSR。
在运行期间，空气-煤混合物FA流入燃烧器弯头18，在弯头18中形成辅助离心旋转流动。一般地，粉煤被朝着弯头18的外径集中。当煤绕着弯头18流动时，少量的(大约10％)煤连同大约一半或更多的燃料空气流混合物中的主空气进入核心管12的第一开口19。内侧的贫燃料流PA前进穿过收缩段26，因为横截面积的缩小，在此处它被加速到大于在环形区域32和弯头18中速度的平均速度。贫燃料流继续沿核心管12流动，直到被射出第二末端20进入燃烧区25。
同时地，PC含大部分(大约90％)粉煤的富燃料流沿着燃烧器弯头18的内表面流动并进入第一环形区域32，然后与核心管12的第一开口19在轴向下游隔开的孔口偏转器30相互作用。富煤流PC被朝下地且径向向内地围绕核心管12的外周偏转。当被偏转的富煤流PC继续朝着出口28流动时，它的速度在下游末端区域16中被降低，因为在流过收缩段26后通流面积增加。因为较高的速度，内侧的贫燃料流在减速之前流过初始燃烧区25并参与燃烧器下游的燃烧过程。所以在所述流中的空气对于邻近燃烧器出口28的初始燃烧区中的燃烧来说是不可用的。
通过使用缓慢地混合燃料流和燃烧空气的燃烧器组件10来降低燃料混合物FA自身中化学计量，由此实现了NOx的减少。结果是，因为离开第二开口20的不与燃烧区25中的燃料混合的贫燃料流PA的高速度，紧接着燃烧器出口28下游的燃烧区具有较低的化学计量。在燃烧区25中的可用燃烧空气的数量对于NOx形成来说是很重要的，因为这是煤挥发发生的地方，而即使不是NOx形成的最大影响也是NOx形成的最大影响之一的是在燃烧区中从煤颗粒发展到挥发性含氮物质可利用氧气的数量。减少在该区域中的可用氧气数量，则使NOx形成的数量急剧减少。另外，在挥发之后的后续氧气添加对后续NOx的形成有相对小的影响，所以使得燃烧区25下游的煤稍后完全燃烧。
参见图2-12，其中相同的标记涉及相似的元件。本发明的替换实施例被公开，其示出了孔口偏转器30、第一开口19和燃烧器弯头18的相对尺寸和定向的差别。燃料流动分离器能在横截面积上发生使具体应用的性能最优化的变化和/或改变。某些此类改变可能是例如针对更高的贫煤射流速度确定部件尺寸，以实现更低的NOx形成量，或针对特别难点燃的煤或固体燃料改变其他尺寸以实现更低的富煤流速度。
图2A，2B，3A和3B示出了孔口偏转器50的另一个实施例，其包括沿偏心核心管12的外表面的顶部定位且延伸到环形管11的内表面的多个倾斜块52。图2A和2B示出了具有七个倾斜块52的实施例，所述倾斜块具有45度开口定向，被配置成将富燃料空气流沿逆时针方向分散。图3A和3B包括在倾斜块52上游的三个额外的块件54。额外的块件与核心管12的第一开口19轴向间隔大约3″。
图4，5A和5B示出了燃烧器组件10的实施例，孔口偏转器60包括距离核心管的第一开口大约6″的大致弧形定向的主体。主体被插入槽34并从环形管11的内表面延伸大约1.5″。该实施例的孔口偏转器60具有关于环形管11的横截面延伸大约120度到300度的厚主体64或薄主体62。
如图6A和6B所示，清楚地看到核心管12的第一开口19沿着与燃烧器组件10的中心轴线70径向隔开的核心管轴线76对齐。在该实施例中，第一开口19从环形管11偏心大约3″，而核心管12的第二开口在出口28处与环形管11同心。这里，孔口偏转器包括五个楔形件72和十二个块件74。
图7A，7B和7C示出了孔口偏转器80的另一个实施例，其与核心管12的第一开口19间隔大约10″，并径向向内伸出大约3.5″。该孔口偏转器80的实施例绕环形管11的横截面延伸大约210度。
图8A，8B和8C示出了孔口偏转器90的另一个实施例，其与核心管12的第一开口19间隔大约10.5″，并径向向内伸出大约3″。该孔口偏转器90的实施例绕环形管11的横截面延伸大约210度。
图9A和9B示出了孔口偏转器100的另一个实施例，其与核心管12的第一开口19间隔大约8″，并径向向内伸出大约1.5″。该孔口偏转器100的实施例绕环形管11的横截面延伸大约180度。
图10A和10B示出了孔口偏转器110的另一个实施例，其与核心管12的第一开口19间隔大约12″，并径向向内伸出大约2.5″。该孔口偏转器110的实施例绕环形管11的横截面延伸大约270度。
图11A和11B示出了孔口偏转器120的另一个实施例，其与核心管12的第一开口19间隔大约12″，并径向向内伸出大约3″。该孔口偏转器110的实施例绕环形管11的横截面延伸大约270度。
图12A和12B示出了孔口偏转器130的另一个实施例，其与核心管12的第一开口19间隔大约12″，并径向向内伸出大约2.8″。该孔口偏转器110的实施例绕环形管11的横截面延伸大约270度。
燃烧器组件10也适合于气动地传输除煤之外的固体燃料的其他燃烧应用，比如焦炭，木片，煤焦、锯末，泥煤，生物质，等等。或者，当所述工艺将在有或没有加速/减速特征的情况下，类似地能从流动集中中获益的时候，所述装置也能用于非燃烧应用。由于所公开的燃烧器组件10的结构，它能被改装到已有的能从该装置的特征和优点获益的燃烧器上。
所公开的装置能被称为火焰稳定中心空气喷射燃烧器(FSAJ)，并且它改进了现有技术从而提供用于燃烧LQ煤的有效燃烧器。FSAJ使用一种装置来抽取大部分的PA然后将其喷到下游的火焰中。带有LQ煤的PA流的化学计量通常达到0.40到0.50(热力学空气需求的40到50％)，因为LQ煤需要异常大量的PA。PA单独提供类似于为中心空气喷射燃烧器所确定的接近最优值的中心化学计量。对于给火焰中心的带有LQ煤的补充SA没有化学计量要求。如果正确操作的话，通常有充足的PA给火焰提供空气，以改善燃烧并减少过量空气需求。但是，需要减少所述大量的相对冷的PA流在燃烧器喉部中的影响。FSAJ装置是在现有燃烧器基础上的改进，从而进一步加速在中心元件内被捕获的流，并进一步减速围绕中心元件的主燃料流。这用于将大量的相对冷的PA流喷射通过点火区，从而不会因为从火焰区排放大量冷PA流而削弱点火，允许火焰区利用更少的热量而达到点火温度，然后PA被供给下游的燃烧，从而给火焰中心提供所需的空气。这减速主燃料射流，而该减速为LQ煤提供了更多的点火时间用于点火，如同意识到在这种煤中含有大量的惰性物质所需要的那样。
FSAJ燃烧器改进了之前已知的燃烧器的结构。FSAJ装置被设计以实现改善的分离效率。所述装置意在从进入燃烧器的PA/PC流中仅分离出PA流，而部分PC也伴随着被分离出的PA。FSAJ使用偏心入口以更有效率地除去PA，同时减少被分离出的流中的PC。另外，FSAJ提供在煤喷嘴中的改善的煤分布，同时将相关设备设置在风箱外侧的部分燃烧器中，风箱提供共用的较热辅助空气源。很多LQ煤的高腐蚀性特征要求使用陶瓷和类似的材料以减少燃烧器部件的腐蚀率。被煤颗粒撞击(高攻角)的煤喷嘴中的燃烧器部件尤其容易被腐蚀，即便是采用了陶瓷材料。FSAJ提供改善了的燃料分布，同时提供便于接近因为腐蚀而需要维护的部件的路径。
基于CFD分析，FSAJ的组合特性表现出极大地改善火焰稳定性。这表明FSAJ能将部分SA转移到二次空气(OFA)系统，同时仍提供稳定的火焰。与FSAJ结合的OFA的使用还将通过允许燃烧器的稳定火焰运行和被减速的辅助空气流动的燃烧阶段进一步减少NOx排放。
FSAJ改善了火焰稳定性，类似于PAX燃烧器，不需要额外的与PAX燃烧器相关联的硬件，提供了燃烧LQ煤的低成本方案。
将明白的是，上述的及其他的特征和功能的变型，或者它们的替代，可以组合成很多其他的不同系统或应用。因此本领域技术人员能做出落入后面权利要求范围内的各种本文中没有预料到的或没有预见到的替代、改动、变化或改进。
示范实施方式已经参考优选实施例被描述。明显，其他人在阅读并理解了之前的详细说明后，能做出改动和替换。示范实施方式被构造为包含落入后附权利要求及其等同物的范围内的所有改动和替换。

Claims (19)

1.一种用于燃烧低品质燃料的中心空气喷射燃烧器，包括：
环形管，环形管包含沿轴线对齐的燃料入口和燃料出口；
核心管，核心管包含第一开口和限定了内侧区域的相对的第二开口，核心管在环形管内轴向延伸并被环形管围绕，并且，在环形管和核心管之间的空间限定了第一环形区域；和
燃烧器弯头，燃烧器弯头限定了空腔并包含可操作地固定到环形管的入口的出口，燃烧器弯头被配置成给环形管的燃料入口和核心管的第一开口提供包含：(i)粉状低品质燃料和(ii)主空气的燃料空气流混合物；
其中，核心管的第一开口相对于环形管的燃料入口偏心地对齐，从而使得第一开口被配置成从燃料空气流混合物中捕获并分离出一部分主空气，使得流过燃烧器弯头的燃料空气流混合物被分为在第一环形区域内具有数量增加的粉状燃料的外侧富燃料流和在内侧区域内具有数量增加的主空气的内侧贫燃料流；以及
孔口偏转器，孔口偏转器被固定在燃烧器内，并从燃烧器弯头的内表面和环形管的内表面中的至少一个突出，孔口偏转器被配置成在第一环形区域内重新分布燃料空气流混合物的流动，从而使得富燃料流分布在第一环形区域内；
其中，燃烧器弯头的内表面和环形管的内表面具有大致圆形的横截面，从而使得孔口元件包含其中带有切口的大致碟形主体，所述切口被配置为邻接燃烧器弯头的内表面和环形管的内表面中的至少一个的小于360度的横截面积；
其中，核心管的第一开口与燃烧器内的孔口偏转器轴向隔开；以及
其中，孔口偏转器和核心管的第一开口之间的轴向间距在核心管的直径的1/3到1/2之间。
2.根据权利要求1所述的中心空气喷射燃烧器，其中核心管靠近第一开口的部分与环形管的入口轴向隔开，并位于燃烧器弯头的空腔内。
3.根据权利要求1所述的中心空气喷射燃烧器，其中燃烧器弯头的空腔包含内表面，从而使得当燃料空气流混合物流过空腔时，燃烧器弯头被配置成从燃料空气流混合物中分离出一部分粉状燃料进入燃烧器的第一环形区域。
4.根据权利要求1所述的中心空气喷射燃烧器，其中孔口偏转器被配置成在燃烧器弯头的内表面和环形管的内表面中的至少一个的大约120度到大约345度之间邻接。
5.根据权利要求4所述的中心空气喷射燃烧器，其中孔口偏转器被配置成在燃烧器弯头的内表面和环形管的内表面中的至少一个的大约180度到大约270度之间邻接。
6.根据权利要求1所述的中心空气喷射燃烧器，其中孔口偏转器包含至少一个突起，所述突起从孔口偏转器的表面延伸，且被配置成在第一环形区域内重新分布空气流。
7.根据权利要求6所述的中心空气喷射燃烧器，其中该至少一个突起是等边三角形突起。
8.根据权利要求1所述的中心空气喷射燃烧器，其中核心管的第二开口与环形管的出口同心。
9.根据权利要求1所述的中心空气喷射燃烧器，其中核心管的第二开口具有小于核心管的第一开口的横截面积。
10.根据权利要求9所述的中心空气喷射燃烧器，其中核心管的第一开口的横截面积大约是核心管的第二开口的横截面积的1.5倍。
11.一种用于燃烧低品质粉煤的中心空气喷射燃烧器，包括：
环形管，环形管包含沿轴线对齐的燃料入口和燃料出口；
核心管，核心管包含第一开口和限定了内侧区域的相对第二开口，核心管在环形管内轴向延伸并被环形管围绕，在环形管和核心管之间的空间限定了第一环形区域；
燃烧器弯头限定了空腔并包含可操作地附接到环形管的入口的出口，燃烧器弯头被配置成给环形管的燃料入口和核心管的第一开口提供包含粉煤和主空气的燃料空气流混合物；和
孔口偏转器，孔口偏转器可操作地固定在燃烧器内，并从燃烧器弯头的内表面和环形管的内表面中的至少一个突出；
其中，核心管的第一开口相对于环形管的燃料入口偏心地对齐；
其中，第一开口被配置成从燃料空气流混合物中捕获并分离出一部分主空气，从而使得流过燃烧器弯头的燃料空气流混合物被分为在第一环形区域内具有数量增加的粉煤的外侧富燃料流和在内侧区域内具有数量增加的主空气的内侧贫燃料流；
其中，孔口偏转器被配置成在第一环形区域内重新分布燃料空气流混合物，从而使得富燃料流分布在第一环形区域内；
其中，燃烧器弯头的内表面和环形管的内表面具有大致圆形的横截面，从而使得孔口元件包含其中带有切口的大致碟形主体，所述切口被配置为邻接燃烧器弯头的内表面和环形管的内表面中的至少一个的小于360度的横截面积；
其中，核心管的第一开口与燃烧器内的孔口偏转器轴向隔开；以及
其中，孔口偏转器和核心管的第一开口之间的轴向间距在核心管的直径的1/3到1/2之间。
12.根据权利要求11所述的中心空气喷射燃烧器，其中核心管的第一开口是椭圆形的。
13.根据权利要求11所述的中心空气喷射燃烧器，其中核心管和环形管沿燃料入口限定了上间隙和下间隙，从而使得下间隙的尺寸在上间隙尺寸的1/6到1/2之间。
14.根据权利要求13所述的中心空气喷射燃烧器，其中下间隙的尺寸是上间隙尺寸的大约1/4。
15.根据权利要求11所述的中心空气喷射燃烧器，其中孔口偏转器被配置成在燃烧器弯头的内表面和环形管的内表面中的至少一个的大约180度到大约345度之间邻接。
16.根据权利要求11所述的中心空气喷射燃烧器，其中孔口偏转器与核心管的第一开口隔开大约8″到大约12″。
17.根据权利要求11所述的中心空气喷射燃烧器，其中核心管靠近第一开口的部分与环形管的入口轴向隔开，并位于燃烧器弯头的空腔内。
18.根据权利要求11所述的中心空气喷射燃烧器，其中燃烧器弯头的空腔包含内表面，从而使得当燃料空气流混合物流过空腔时，燃烧器弯头被配置成从燃料空气流混合物中分离出一部分粉煤进入燃烧器的第一环形区域。
19.一种用于燃烧低品质粉煤的中心空气喷射燃烧器，包括：
环形管，环形管包含沿轴线对齐的燃料入口和燃料出口；
核心管，核心管包含第一开口和限定了内侧区域的相对第二开口，核心管在环形管内轴向延伸并被环形管围绕，在环形管和核心管之间的空间限定了第一环形区域；
燃烧器弯头限定了空腔并包含可操作地附接到环形管的入口的出口，燃烧器弯头被配置成给环形管的燃料入口和核心管的第一开口提供包含粉煤和主空气的燃料空气流混合物；
孔口偏转器，孔口偏转器可操作地固定在燃烧器内并从燃烧器弯头的内表面和环形管的内表面中的至少一个突出；
其中，核心管的第一开口相对于环形管的燃料入口偏心地对齐，并被配置成从燃料空气流混合物中捕获并分离出一部分主空气，从而使得流过燃烧器弯头的燃料空气流混合物被分为在第一环形区域内具有数量增加的粉煤的外侧富燃料流和在内侧区域内具有数量增加的主空气的内侧贫燃料流；
其中，孔口偏转器被配置成在第一环形区域内重新分布燃料空气流混合物，从而使得富燃料流分布在第一环形区域内；
其中，燃烧器弯头的内表面和环形管的内表面具有大致圆形的横截面，从而使得孔口元件包含其中带有切口的大致碟形主体，所述切口被配置为邻接燃烧器弯头的内表面和环形管的内表面中的至少一个的小于360度的横截面积；
其中，核心管的第一开口与燃烧器内的孔口偏转器轴向隔开；以及
其中，孔口偏转器和核心管的第一开口之间的轴向间距在核心管的直径的1/3到1/2之间。
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