CN1072255A - 低氧化氮的短焰燃烧炉 - Google Patents

Abstract

一燃烧燃料和一次空气混合物的燃烧炉包括一 具有其内面的部分向外成发散状的中心喷管。一轴 向可移动的塞位于喷管内并包括延伸在喷管发散段 内具有一发散段的外壁，通过塞的轴向移动，随着发 散面之间空间的截面面积增加和减小，相应也就减小 和增加了通过喷管空间的燃料和一次空气混合物的 速度。这就减小了NO_X(氧化氮)的形成，同时也减小 了燃烧炉内所产生火焰的长度。

Description

本发明涉及燃料燃烧炉，特别涉及一种用于燃烧煤、油或气的新型且用途广泛的燃烧炉，该燃烧炉同时可达到具有较短火焰的低氧化氮释放。

低氧化氮的燃煤燃烧炉要依赖于空气分级和/或燃料配置的原理以减少燃烧时产生的NO_x（氧化氮）。这在任何情况下，都必须使部分燃烧过程发生在富油或缺氧的情况下以致产生反应而形成N₂（氮）而不是NO（一氧化氮）或NO₂（二氧化氮）。最好的例子是美国专利US4836772公开的燃烧炉，它通过空气量的分级和燃料量的配置，来达到非常低的NO_x（氧化氮）的释放。

通过使用能调节引入燃料的空气量的双空气区燃烧炉的筒形装置来达到空气分级。因此并不是所有通到燃烧炉的空气都允许立即与燃料混合，而宁可控制其引入量，使之逐渐进行。

通过引入燃料到可控制的富燃料区内来达到燃料的配置，结果形成局部燃烧，并产生碳氢原子团，这些碳氢原子团继续与燃烧产物混合，从而减小了在火焰中较早产生NO_x（氧化氮）的可能。通过把燃料喷流沿轴向引到燃烧室以取得结合效果，这了延迟燃料和空气的混合，燃料喷流要有充分的动量。这种燃烧室或燃烧方法不受欢迎的原因是它会产生较长的火焰。而延迟空气与燃料的混合往往会造成其火焰比迅速混合的高NO_x（氧化氮）火焰长得多。此长火焰可能会撞击炉壁，导致烟渣积存，腐蚀和产生大量未燃烧的可燃物（使火焰变冷）。这些效果都会分别对炉的运行、寿命以及它的燃烧效率产生重大损害，美国专利US42061712就公开了这种燃料的配置。

为了减小在低NO_x燃烧炉内的火焰长度，可将叶轮装在煤粉喷管的出口。这些叶轮用来偏转燃料喷流，以减小燃料喷流轴向动量和减小火焰的长度，可是NO_x（氧化氮）量却大为增加。在美国专利US4440151公开的另一公知的燃烧炉，它把燃料喷流分成受加速，和在喷管出口处偏转的几股，像美国专利US4836772所使用带叶轮的燃烧炉一样，NO_x（氧化氮）的性能再次减弱。此外，在美国专利US4400151中的燃烧炉提供了某些成问题且功效差的燃料喷流的速度控制，而且该设计的机械可靠性差。

测试表明美国专利4836772可产生很低NO_x（氧化氮）的短火焰，然而却要有很大的二次空气涡流来抵消燃料喷流的动量，同时大的二次空气涡流却过高地要求大的燃烧炉压降。

美国专利4768948公开了一种能产生平行于燃烧炉轴线的密集火焰的环形喷管燃烧炉。美国专利US4428727公开了一种轴向移动件能改变喷管环形出口间隙大小的固体燃料燃烧炉，在美国专利US3049085中还公开了一轴向可调节的叶轮。

本发明是有关能同时达到低NO_x（氧化氮）释放且有较短火焰的燃烧炉，本发明燃烧炉与美国专利US4836772（此处采纳作为本发明的对比文件）所公开的具有一轴向煤粉喷管和围绕喷管的双空气区的燃烧炉十分相似，然而，煤粉喷管改变成可容纳一空心塞。从燃烧炉的弯管处延伸出一喷管，通过采用一锥形扩压器的喷管混合装置，煤粉和一次空气混合流通过锥形扩压器分散到使在靠近喷管壁处更富燃料而向喷管中心处则更贫燃料的分布形式，如同美国专利US4380202。于是与喷管入口相比，喷管却扩大了约二倍的流动面积。当喷管变扩大时，中心喷管扩大到占据约相当于喷管入口面积的面积，因此沿着空心塞外表面流动的燃料和一次空气混合流约等于喷管入口处的速度。带有空心塞的中心喷管相对于燃烧炉喷管的末端可前后移动，从而改变了燃料和一次空气混合流离开喷管的出口速度。

因此，本发明的目的是提供一烧煤、油或气的燃烧炉，该燃烧炉具有一成发散剖面的轴向移动塞，该塞位于用于输送煤粉的喷管内，而该喷管也有一发散剖面。

本发明另一目的是提供一设计简单、结构紧凑且制造成本低的燃烧炉。

特别是在后面的权利要求中所指出的表示本发明有新颖性的特征，这些权利要求形成为本发明所公开的部分。为了更好理解本发明，其操作优点以及通过使用所达到的具体目的，下面对照附图来详细说明本发明的一最佳实施例。

唯一的附图是依据本发明所制造的一燃烧炉的示意剖视图。

请参照附图，本发明实施例有一标号为10的燃烧炉，该燃烧炉专门设计用来燃烧从一弯管输到一喷管入口14的煤粉和一次空气混合流。该喷管入口把煤粉与一次空气混合流送到中心喷管16的入口，该中心喷管穿过用作燃烧室22界面的水冷壁20与带有被喷管16的凸缘17堵住的入口孔的燃烧炉外壁24之间所限定的二次空气风箱18。从水冷壁20延伸的水管26弯曲成一伸向燃烧室22具有发散状壁的锥形燃烧炉膛30。一锥形扩压器28位于中心喷管16内，用来把煤粉和一次空气混合流分散成使靠近喷管16的内面或内壁32更富燃料而使位于中心喷管16的空心塞38的外壁34更贫燃料的分布。虽然塞38在附图中打上剖面线，实际上是空心的且内含各种结构，包括诸如点火装置的导线管和油雾化器的导管，附图中所示只是用于把雾化油和雾化介质的混合物42排入燃烧室22的雾化器出口40，例如该雾化介质可以是蒸汽或空气。

图中标号为44的驱动装置连到塞38上，为了使塞38按双箭头方向沿轴向前后移动。这就使塞的外面34上向外发散的壁面移近或移离喷管内面32的向外发散的壁面，以改变沿箭头36方向所示通过中心喷管和塞之间限定的一环形出口46，流到燃烧室22内的煤粉和一次空气流的喷出速度。

从风箱18来的二次空气沿箭头48方向流入喷管16外面和燃烧炉园筒52内面之间限定的环形二次空气通道50，通过轴向移动一可滑动地装在喷管16外面上的滑动阻尼器54，引入二次空气的通道50的环形入口就会打开或关闭。

在靠近燃烧室22处，二次空气通道50分成一包含有一或几个旋转叶片57的外环形通道56和一包含有一或几个旋转叶片59的内环形通道58。这样二次空气围绕着出口的煤粉/一次空气混合物成环形气流，通过燃烧炉膛30，排入燃烧室22。

管塞位置如图所示，燃料空气混合物以相似于美国专利4836772速度的速度在出口处36离开喷管，并可通过一火焰稳定圈60来稳定和加速燃烧。然而，当燃料/一次空气混合流离开喷管时，空心管塞30的非流线体效应使邻近气流吸入/再循环而占据该区，这起到有效地减小燃料/一次空气喷射流的轴向动量，使该区域仍然保持富燃料燃烧从而获得低的NO_x（氧化氮）释放。此减小的燃料喷射流动量有二个原因有助于减小火焰长度，其中一原因，煤粒在燃烧炉每单位距离内有更多时间来充分燃烧，第二原因，这减小的燃料喷射流动量使围绕的成旋转的二次空气（与燃烧副产物）在离燃烧炉适当的距离内变得更易穿透并与燃料喷射流完全混合。

该装置的几何形状通过相对于喷管末端，空心塞38前后的简单重新定位就可使燃烧炉喷管的出口速度变化，因此就会影响NO_x的生成和火焰的长度。通过部分地收缩空心塞38和缩短火焰，就能取得较低的出口速度。

这就解决了在低的NO_x的燃烧炉内减小火焰长度的问题，有时用来减小火焰长度的另一办法是在燃烧炉喷管的出口处装上一叶轮，这样使煤粉/一次空气混合流偏离燃烧炉轴线一角度，从而减小了轴向动量。火焰长度相应于叶轮的张开角成比例地缩短。该叶轮的缺点是燃料不可避免地偏转到围绕燃料喷射流的二次空气气流内。在煤挥发性损失时，这样就相对于无叶轮的同样燃烧炉缩小了富燃料区并使NO_x（氧化氮）大大增加。本发明当火焰发展时通过减弱燃料喷射流，减小了喷射流的动量，因此在火焰缩短的同时使NO_x（氧化氮）保持在低水平。

本发明的主要优点是以上所述，也就是随着减小的火焰长度而降低NO_x量。然而也还有几个其它优点，其中一个关心是使用难烧煤的燃烧炉，已经显示，燃烧炉低的喷管速度易于燃烧难雾化的燃料，诸如低挥发性的煤，大湿度的褐煤以及石油焦渣。

通过稍些收缩空心塞，本发明的燃烧炉能做成具有像一所谓的增强的双配套点火的燃烧炉的性能，结果形成了离开喷管低得多的燃料/一次空气混合流速度而立刻增加了在喷管下游的燃料在点火区停留的时间。但是在美国和许多其它国家所烧的大部分煤都易于燃烧而毋须求助于非常低的喷管速度。事实上，非常低喷管速度的运行结果会引起火焰逆返到喷管内，这会损坏燃烧炉并产生潜伏的危害条件。所以本发明的另一优点是有能力容易地改变喷管速度以适应煤的质量变化。因此，在同一燃烧炉通过调节喷管速度能容易点着难烧的煤或易烧的煤。

此燃烧炉的另一优点涉及到在煤粉喷管内轴向定位的“管及空心塞”的使用。该空心塞装置还能充当燃烧炉点火器的外壳和/或一辅助的燃料元件诸如一主燃油雾化器40或一主燃气元件。上述喷管和空心塞还对此设备起方便定位作用，且通过轴向定位对烧天然气或燃油所使用的燃料分级原理有很大促进。

附图中所示的装置在管16内有园柱形壁64，65而在空心塞上有园柱形壁62，63。上述这些壁面也能用带锥度壁面代替以对喷管的出口速度作更好的调节。

图中所示装置有一空心塞，具有燃烧炉喷管入口的尺寸大小，而燃烧炉喷管出口面积是喷管入口面积的2倍，在某些情况下，喷管和空心塞的另外的面积比值可能会证明更有效，也就是空心塞面积2倍于喷管入口面积以及喷管出口面积是入口面积的3倍。

喷管和空心塞也能在其上开有导管66和67来供输少量空气或再循环的烟气，为的是进一步减小NO_x（氧化氮）或控制火焰形状。

虽然用示出本发明的一具体实施例来详细地叙述说明本发明原理的应用，但应理解为在不偏离此原理下，本发明还可有其它实施例。

Claims (8)

1、一用于燃烧燃料和空气混合流的燃烧炉，包括有：

一喷管(16)，它有一接收燃料和一次空气混合流的入口(14)，一排出燃料和一次空气混合流的出口和一沿着在上述入口和出口之间至少部分喷管长度上成发散状的内面；

一沿上述喷管轴向延伸的空心塞，并且它在上述管内限定一环形喷管空间用来通过燃料和一次空气的混合流，上述塞有一沿着在上述环形喷管空间内至少上述塞的部分长度上成发散状的外表面，并且它与沿着上述喷管空间把燃料和一次空气混合流向外转移的上述管的发散部分相对；

驱动装置连在上述管和上述塞之间，用来轴向移动上述管和上述塞之间的相互位置以改变上述管和塞在发散部分的喷管空间的横截面面积，所以燃料和一次空气的混合流在靠近管和塞的发散部分以不同的速度移动；

二次空气装置沿着上述管周围延伸用来在从上述喷管出口排出的燃料和一次空气混合流周围供输一成环状气流的二次空气。

2、根据权利要求1所术的燃烧炉，其特征在于上述喷管的内面包括园柱形部分的上游和上述管成发散状部分的下游。

3、根据权利要求2所述的燃烧炉，其特征在于上述塞的外面包括园柱形部分的上游和上述塞成发散状部分的下游。

4、根据权利要求1所述的燃烧炉，其特征在于还包括一弯管连到上述喷管入口用于供输燃料和一次空气混合流到上述入口。

5、根据权利要求1所述的燃烧炉，其特征在于还包括一锥形扩压管位于喷管入口处下游以及塞和管成发散面的部分的上游的喷管空间区内。

6、根据权利要求1所述的燃烧炉，其特征在于上述二次空气装置有一位于围绕上述喷管并限定了一围绕着上述喷管的成环形的二次空气腔的筒。

7、根据权利要求7所述的燃烧炉，其特征在于还包括在上述二次空气腔内，把上述腔分成内环形腔和外环形腔的装置以及在至少上述内腔和外腔之一有至少一旋转叶片。

8、根据权利要求1所述的燃烧炉，其特征在于包括从至少上述管的内面和上述塞的外面之一，供输导管引来的空气进入上述环形喷管空间的装置。

Images