CN109690189A - 燃烧燃料的方法和锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃烧燃料的方法，其中所述方法包括通过位于某一水平燃烧器水平面(4)处或附近的燃烧器(3)的组将燃料和燃烧空气供应进入锅炉炉膛(1)。通过对所述燃料进料管(5)设置火焰稳定环(7)来稳定每个所述燃烧器的火焰。所述方法还包括将每个侧翼燃烧器(9)的空气系数(SR侧翼)设定为0.95或大于0.95，并且将至少一个中央燃烧器(8)的空气系数(SR中央)设定为0.9或小于0.9；将通过每个所述侧翼燃烧器(9)供应的二次空气的旋流数(S侧翼)设定为0至0.3；以及通过在火焰稳定环(7)的下游产生的内部再循环区周围产生外部再循环区，使所述至少一个中央燃烧器(8)的火焰形状加宽。本发明还涉及锅炉。

Description

燃烧燃料的方法和锅炉
发明领域
本发明涉及燃烧燃料的方法和锅炉。
背景
锅炉炉膛中燃料的燃烧需要在不同的锅炉操作变量之间进行平衡。不同有害物质的排放需要保持在容许极限内。此外，需要考虑与锅炉操作和锅炉可用性有关的几个问题。
通常，设计锅炉操作以优化燃烧过程来实现有害物质的低排放以及另一方面良好的火焰稳定性和锅炉可用性是具有挑战性的。在不久的将来，对于有害物质的新的、明显更加严格的排放限制即将在欧盟成员国(工业排放指令，IED)生效。新的排放限制使燃烧优化更具挑战性。
通常通过将二次空气或三次空气设定为切向运动来稳定燃烧器的火焰。这可以通过旋流器将空气引入炉膛中来实现，所述旋流器使流过它的空气产生切向运动。旋流器包括以一定角度设置的叶片以改变气流的方向。设定空气的旋流数S以使空气产生一定的切向速度。旋流数S表示气流的切向动量与轴向动量的比率。当旋流数较低时，产生弱的旋流，并且几乎没有或没有流量再循环。当旋流数较高时，形成再循环区。
当旋流数增加时，实现强的再循环区并且火焰稳定。然而，增加旋流数导致燃料在传热壁附近涡流。热流与传热壁之间的燃料粉尘使传热受损。另外，增加旋流数导致燃烧期间形成的一氧化碳随着炉膛壁附近的切向气流移动，由此对传热表面造成严重的腐蚀问题。
发明目的
本发明的目的是提供燃烧燃料的方法和锅炉，其中炉膛中的流体动力学受到影响，从而产生有利于富含燃料的烟气从炉膛壁夹带至炉膛中央的流动型态(pattern)，从而减少炉膛壁的腐蚀。目的还在于将一氧化碳和氮氧化物排放保持在容许极限之下。
概述
根据本发明的方法的特征在于权利要求1中所呈现的内容。
根据本发明的锅炉的特征在于权利要求15中所呈现的内容。
附图简述
包括附图以提供对本发明的进一步理解并构成本说明书的一部分，附图例示了本发明的实施方案并与描述一起帮助解释本发明的原理。在附图中：
图1是锅炉的示意性透视图，其在两个相对的炉膛壁处包括根据一个实施方案的燃烧器组，
图2是根据一个实施方案的燃烧器的示意性剖视图，
图3是根据第二个实施方案的燃烧器的示意性剖视图，以及
图4是在锅炉炉膛内的某一水平燃烧器水平面处的整体流场的示意性剖视图。
详述
根据一个方面，提供了燃烧燃料的方法，其中所述方法包括将燃料和燃烧空气通过燃烧器组供应进入包括炉膛壁的锅炉炉膛内，用于通过一个或多个燃烧器产生火焰，所述燃烧器组位于所述炉膛壁上在某一水平燃烧器水平面处或附近。所述燃烧空气包括一次空气和二次空气。所述燃料通过包括下游端的燃料进料管供应。通过对所述燃料进料管的所述下游端设置火焰稳定环来稳定每个燃烧器的火焰，所述火焰稳定环用于在火焰稳定环的下游产生内部再循环区。每个燃烧器具有空气系数(SR侧翼，SR中央)并且通过所述燃烧器供应的二次空气具有旋流数(S侧翼，S中央)。所述燃烧器组包括至少一个中央燃烧器和至少一个侧翼燃烧器，所述至少一个侧翼燃烧器位于所述至少一个中央燃烧器的两侧上。所述方法还包括：
-将每个所述侧翼燃烧器的所述空气系数(SR侧翼)设定为0.95或大于0.95，将所述至少一个中央燃烧器的所述空气系数(SR中央)设定为0.9或小于0.9；
-将通过每个所述侧翼燃烧器供应的所述二次空气的所述旋流数(S侧翼)设定为0至0.3；
-通过在所述至少一个中央燃烧器的所述火焰稳定环的下游产生的内部再循环区周围产生外部再循环区，使所述至少一个中央燃烧器的火焰形状加宽。
根据一个方面，提供了锅炉，所述锅炉包括锅炉炉膛和燃烧器组，所述锅炉炉膛包括炉膛壁，所述燃烧器组位于所述炉膛壁上在某一水平燃烧器水平面处或附近。所述燃烧器组中的每个燃烧器包括
燃料进料管，其用于将燃料供应进入锅炉炉膛中并包括下游端；
二次空气流动通道，其用于将二次空气供应进入锅炉炉膛中并布置在所述燃料进料管周围；以及
火焰稳定环，其附接至所述燃料进料管的所述下游端用于在所述火焰稳定环的下游产生内部再循环区。每个燃烧器具有空气系数(SR侧翼，SR中央)并且通过所述燃烧器供应的二次空气具有旋流数(S侧翼，S中央)。
所述燃烧器组包括至少一个中央燃烧器和至少一个侧翼燃烧器，所述至少一个侧翼燃烧器位于所述至少一个中央燃烧器的两侧上。每个所述侧翼燃烧器被配置成使燃烧空气以每个所述侧翼燃烧器的空气系数(SR侧翼)为0.95或大于0.95的量供应进入所述锅炉炉膛内，并且所述至少一个中央燃烧器被配置成使燃烧空气以所述至少一个中央燃烧器的空气系数(SR中央)为0.9或小于0.9的量供应进入所述锅炉炉膛内。
每个所述侧翼燃烧器被配置成向通过每个所述侧翼燃烧器供应的二次空气提供0至0.3的旋流数。
所述至少一个中央燃烧器被配置成在所述至少一个中央燃烧器的所述火焰稳定环的下游产生的所述内部再循环区周围产生外部再循环区，用于使所述至少一个中央燃烧器的火焰形状加宽。
本文提供的方法是两级燃烧系统，其中操作处于某一水平燃烧器水平面的燃烧器，使得对中央燃烧器和侧翼燃烧器提供不同的空气系数。根据所述方法，最外部的侧翼燃烧器的火焰形状保持较窄，而最内部的中央燃烧器的火焰形状保持宽且短。因此，形成了流动型态，其导致靠近炉膛壁的更富氧的条件，这有利于降低炉膛壁的腐蚀速率。所述流动型态导致富含燃料的烟气从炉膛壁夹带至炉膛中央。
所述流动型态通过适当操作和所述燃烧器组的配置来实现。混合燃烧器配置和操作的组合导致侧翼燃烧器和中央燃烧器的动量流的差异。
所述燃烧器组包括至少一个中央燃烧器和至少一个侧翼燃烧器，所述至少一个侧翼燃烧器位于所述至少一个中央燃烧器的两侧上。在一个实施方案中，所述燃烧器组由至少一个中央燃烧器和至少一个侧翼燃烧器组成，所述至少一个侧翼燃烧器位于所述至少一个中央燃烧器的两侧上。在存在形成中央燃烧器组的几个中央燃烧器的情况下，至少一个侧翼燃烧器位于所述中央燃烧器组的两侧上。因此，所述侧翼燃烧器位于所述炉膛壁与最外部中央燃烧器之间的水平燃烧器水平面。所述中央燃烧器之间没有侧翼燃烧器。所述燃烧器组包括在一个炉膛壁上的某一水平燃烧器水平面处的相邻燃烧器。所述燃烧器组可以由例如三个、四个、五个、六个、七个或八个燃烧器组成。在一个实施方案中，所述至少一个中央燃烧器由一个中央燃烧器组成。所述至少一个中央燃烧器可以由例如两个、三个、四个、五个或六个中央燃烧器组成。
在一个实施方案中，所述燃烧器组包括中央部分和位于所述中央部分两侧的侧面部分。所述中央部分包括至少一个中央燃烧器。所述侧面部分包括至少一个侧翼燃烧器。在一个实施方案中，所述中央部分由至少一个中央燃烧器组成。在一个实施方案中，所述侧面部分由至少一个侧翼燃烧器组成。
所述燃烧器组的燃烧器位于基本相同的水平燃烧器水平面。所述燃烧器不需要位于完全相同的水平燃烧器水平面，而是燃烧器的水平的水平面可能彼此略有不同。在一个实施方案中，所述燃烧器组位于某一水平燃烧器水平面的炉膛壁上。
每个在两个相对的炉膛壁上包括燃烧器组的水平燃烧器水平面的数量可以是例如一个、两个、三个、四个或五个。在一个实施方案中，所述至少一个中央燃烧器的结构与每个所述侧翼燃烧器的结构相同。在一个实施方案中，所述至少一个中央燃烧器的结构不同于每个所述侧翼燃烧器的结构。
每个所述侧翼燃烧器的空气系数(SR侧翼)设定为0.95或大于0.95。因此，每个所述侧翼燃烧器以接近空气与燃料的化学计量比进行操作。由于每个所述侧翼燃烧器的空气系数(SR侧翼)相对较高，因此在侧翼燃烧器处的燃烧期间形成的一氧化碳的量保持较低，由此部分地有助于减少由一氧化碳引起的炉膛壁腐蚀。
虽然通过每个所述侧翼燃烧器的相对高的空气系数(SR侧翼)使一氧化碳的形成保持较低，但另一方面，高的空气系数导致在侧翼燃烧器处的燃烧期间形成的氮氧化物排放增加。通过将所述至少一个中央燃烧器的空气系数(SR中央)调节为0.9或小于0.9，使炉膛中产生的氮氧化物的总量保持低于容许极限，以使得在中央燃烧器处的燃烧产生的氮氧化物的量远低于侧翼燃烧器处的燃烧产生的氮氧化物的量。
所述至少一个中央燃烧器的空气系数(SR中央)设定为0.9或小于0.9。因此，每个所述中央燃烧器以空气与燃料的亚化学计量比进行操作。低的空气系数减少了在所述中央燃烧器处的燃烧期间形成的氮氧化物的量。同时，亚化学计量的空气系数增加了在所述中央燃烧器处的燃烧期间形成的一氧化碳的量。然而，由于所述中央燃烧器是水平燃烧器行中最内部的燃烧器，所形成的一氧化碳远离炉膛壁并且不会与炉膛壁附近形成的一氧化碳那样导致炉膛壁腐蚀至相同的程度。调节所述至少一个中央燃烧器的空气系数(SR中央)的值，以使得炉膛中产生的一氧化碳的总量保持低于容许极限。
所述中央燃烧器的空气系数(SR中央)小于所述侧翼燃烧器的空气系数(SR侧翼)。所述侧翼燃烧器和中央燃烧器的空气系数的差异改变了炉膛中的整体流场。由于所述中央燃烧器的近燃烧器区域中的空气量小于所述侧翼燃烧器的近燃烧器区域的空气量，因此与侧翼燃烧器下游的压力相比，在所述中央燃烧器的下游引起负压。所述中央燃烧器下游的负压导致所述侧翼燃烧器的火焰朝向炉膛的中央弯曲并远离炉膛壁。这有助于保持一氧化碳远离炉膛壁并致使侧壁腐蚀减少。
术语空气系数的含义对于技术人员是清楚的。空气系数或化学计量比SR表示与燃料完全燃烧所需空气的理论(化学计量)体积相比，燃烧使用了多少空气。在亚化学计量燃烧中，所述空气系数SR小于1，并且在超化学计量燃烧中，所述空气系数SR超过1。燃烧器的空气系数表示与通过所述燃烧器供应的燃料完全燃烧所需空气的理论体积相比，通过所述燃烧器供应了多少空气。
使用本领域已知的常规方式调节通过燃烧器供应的燃烧空气的量或燃烧器的空气系数(SR)。基于通过燃烧器供应的燃料的量和所需的空气系数来计算通过每个燃烧器供应的燃烧空气的量。在一个实施方案中，通过阻尼器或控制阀调节通过燃烧器供应的燃烧空气的量。所述阻尼器或控制阀允许一定量的燃烧空气流过它。在一个实施方案中，通过将燃烧空气相对于燃烧器的压力损失从连接至燃烧器的普通风箱引导至燃烧器来调节通过燃烧器供应的燃烧空气的量。可以例如通过改变通过燃烧器供应的燃烧空气的旋流数来调节每个燃烧器的压力损失。
将通过每个所述侧翼燃烧器供应的所述二次空气的所述旋流数(S侧翼)设定为0至0.3。在一个实施方案中，将通过每个所述侧翼燃烧器供应的所述二次空气的所述旋流数(S侧翼)设定为0.01至0.3或0.1至0.3。在一个实施方案中，所述燃烧空气包括三次空气，并且将通过每个所述侧翼燃烧器供应的所述三次空气的所述旋流数(S侧翼)设定为0至0.3或0.01至0.3或0.1至0.3。在一个实施方案中，将每个所述侧翼燃烧器配置成向通过每个所述侧翼燃烧器供应的三次空气提供0至0.3或0.01至0.3或0.1至0.3的旋流数(S侧翼)。附接至燃料进料管的下游端的所述火焰稳定环能够通过使火焰稳定来减少旋流数。在一个实施方案中，将通过每个所述侧翼燃烧器供应的所述二次空气或三次空气的所述旋流数(S侧翼)设定为0至0.1。在一个实施方案中，将每个所述侧翼燃烧器配置成向通过每个所述燃烧器供应的二次空气或三次空气提供0至0.1的旋流数(S侧翼)。在一个实施方案中，将通过每个所述侧翼燃烧器供应的所述二次空气或三次空气的所述旋流数(S侧翼)设定为0，即不向空气提供旋流。因此，通过位于炉膛壁附近的每个所述侧翼燃烧器供应的所述二次空气或三次空气处于非旋流运动，或者提供有弱旋流。避免了在燃烧器附近区域的空气和燃料的强烈分离，而是空气和燃料的流动更加轴向以避免燃料向炉膛壁弯曲。
在一个实施方案中，每个所述侧翼燃烧器的所述二次空气流动通道或三次空气流动通道包括用于通过叶片引导所述二次空气或三次空气的旋流器。将所述旋流器配置成向通过每个所述侧翼燃烧器供应的二次空气或三次空气提供0至0.3或0.01至0.3或0.1至0.3或0至0.1或0的旋流数(S侧翼)。所述叶片布置成与二次空气或三次空气的流动成角度β。所述角度β设定成向通过每个所述燃烧器供应的二次空气或三次空气提供0至0.3或0.01至0.3或0.1至0.3或0至0.1或0的旋流数(S侧翼)。在一个实施方案中，所述二次空气流动通道或三次空气流动通道不包含旋流器。
通过将通过每个所述侧翼燃烧器供应的所述二次空气的所述旋流数(S侧翼)设定为0至0.3，避免或减少了火焰的蔓延。因此，通过改进的流场将一氧化碳引导远离所述炉膛壁。所述炉膛壁附近的一氧化碳的量减少，这减少了由一氧化碳引起的炉膛壁的腐蚀。足够的轴向动量通量导致流动的良好渗透性。此外，空气和燃料的轴向流动减少了诸如粉状煤的燃料扩散至炉膛壁。随着热流与传热表面之间的燃料的量减少，传热得到改善。改善的传热导致炉膛出口气体温度(FEGT)的降低。
旋流数S表示气流的切向动量与轴向动量的比率。旋流数的概念对于技术人员是公知常识。例如，在Beer,J.和Chigier,N.,Combustion Airodynamics,1972,第109-115页中，可以找到旋流数的计算。可以通过引导气流穿过包括叶片的旋流器来改变气流的旋流数，所述叶片设定成与气流方向成角度。所述旋流器使流过它的空气进行切向运动。所述旋流数可以通过调节叶片的角度和改变空气的速度来调节。需要向燃烧空气供应特定旋流数S的叶片角度取决于所述旋流器的类型。所述旋流器通常位于所述二次或三次空气流动通道中。
所述燃烧器组中的每一个，即所述中央燃烧器和侧翼燃烧器，都配有火焰稳定环。在一个实施方案中，所述燃料进料管还包括外壁和出口，并且所述二次空气通过布置在燃料进料管周围的二次空气流动通道供应，所述二次空气流动通道包括出口，并且所述火焰稳定环附接至所述燃料进料管的外壁，这使所述火焰稳定环围绕所述燃料进料管的出口并突出朝向所述二次空气流动通道的出口。所述火焰稳定环阻挡所述二次空气流动通道的出口的一部分。在一个实施方案中，所述燃料进料管还包括外壁和出口，并且所述二次空气流动通道包括出口，所述火焰稳定环附接至所述燃料进料管的外壁，这使所述火焰稳定环围绕所述燃料进料管的出口并突出朝向所述二次空气流动通道的出口。
通过所述燃料进料管供应的燃料载气和燃料在所述火焰稳定环的一侧流动，并且通过所述二次空气流动通道供应的二次空气在所述火焰稳定环的另一侧流动。所述火焰稳定环阻挡所述二次空气流动通道的出口的一部分。二次空气流的一部分与所述火焰稳定环碰撞，由此改变空气的流场。在所述火焰稳定环的下游形成内部再循环区。所述内部再循环区由燃烧空气反向流回燃烧器形成。所述内部再循环区在径向方向上，即在垂直于所述燃料进料管的中央轴线的方向上由所述火焰稳定环来界定。在所述二次空气流动通道中的所述火焰稳定环的后面(即上游)提供减压场，其引起火焰的稳定，或者至少增强火焰的稳定性。此外，通过火焰稳定环的火焰点燃比不使用火焰稳定环更好。燃料在所述火焰稳定环内产生的再循环流内点燃。所述火焰稳定环改变火焰的流场，以保持火焰较窄。
所述火焰稳定环点燃刚好在燃烧器喷嘴附近的燃料。更确切地说，燃料在所述火焰稳定环内产生的再循环流内被点燃。由于点燃改进，燃料的燃烧程度增加，因此炉膛上部的烟道气体温度降低约20℃至50℃，这提高了锅炉效率。由于燃烧器区域中的燃烧增强，烟气在进入过热器时处于更低的温度，并且烟道气体内的温度分布也更均匀。因此，过热器和回热器的材料温度将保持更低且更均匀。经验表明，这将导致显著减少加热表面的材料损伤。
所述火焰稳定环的横截面直径在朝向所述锅炉炉膛中央的方向上增加。所述火焰稳定环在所述炉膛壁的方向上加宽。所述火焰稳定环可以是基本截锥形的，以便朝向所述锅炉炉膛的中央和所述炉膛壁开口。所述火焰稳定环也可以具有另外的形状，只要它将火焰的流场改变至所需的方向。所述火焰稳定环的形状可以以这样的方式交错，即，使得固定至所述燃料进料管的火焰稳定环的端部垂直于所述燃料进料管的中央轴线，并且所述火焰稳定环在一定距离处从其连接点朝向锅炉炉膛的中央转动。
在一个实施方案中，所述火焰稳定环包括在远离所述燃料进料管的出口的方向上加宽的环形部分。而且，所述火焰稳定环可以包括许多齿状突起，其径向延伸至所述燃料进料管中。在一个实施方案中，所述火焰稳定环的加宽的环形部分的壁厚朝向所述火焰稳定环的自由边缘稳定地减小。在一个实施方案中，所述燃料进料管的上游端变薄，并且所述火焰稳定环包括均匀的环形部分，所述环形部分可以围绕所述燃料进料管的变薄端安装并通过锁环固定。在一个实施方案中，所述火焰稳定环由耐热钢制成。所述火焰稳定环可以由一个或多个部分组成。所述齿状突起可以由耐热钢或耐热陶瓷材料制成。
在本文提供的所述方法和锅炉中，通过在所述至少一个中央燃烧器的所述火焰稳定环的下游产生的内部再循环区周围产生外部再循环区，加宽所述至少一个中央燃烧器的火焰形状。所述外部再循环区由燃烧空气反向流回燃烧器形成。外部再循环区改善了点燃并使火焰加宽。火焰加宽有助于减少氮氧化物的量。所述中央燃烧器的火焰在轴向方向上(即在所述燃料进料管的中央轴线方向上)比所述侧翼燃烧器的火焰更宽且更短。随着火焰的形状加宽，燃烧器区域附近的空气与燃料比保持最佳，并且在将进一步的燃烧空气与燃料混合之前允许挥发性组分和氮从燃料中有效地释放。由此产生高温火焰。借助于本文所述的方法和锅炉，在所述锅炉炉膛中实现了有效的氮氧化物降低。
所述外部再循环区形成在所述内部再循环区周围。因此，所述外部再循环区围绕所述内部再循环区。所述外部再循环区将在所述火焰稳定环外部供应的燃烧空气运载至所述锅炉炉膛的中央，其中所述燃烧空气被加热。然后，加热的燃烧空气被再循环流拉回至燃烧器区域附近，将热量携带至近燃烧器区域并在中央燃烧器处产生有效燃烧。
在本文所述的方法和锅炉中，在近燃烧器区域实现了充分的空气分级效果，即燃料流与燃烧空气流的分离。所述外部再循环区改善了空气分级效果。在所述火焰稳定环外部供应的燃烧空气与燃料的混合稍后发生，并且在每个所述中央燃烧器的近燃烧器区域提供高温降低条件。
在一个实施方案中，所述燃料是粉状燃料。在一个实施方案中，所述燃料是粉状煤。所述燃料也可以是其他类型的燃料，例如粉状木屑颗粒或粉状生物质。在一个实施方案中，所述燃料通过所述燃料进料管供应。在一个实施方案中，所述燃料与载气一起供应。在一个实施方案中，所述载气是空气。在一个实施方案中，所述载气是一次空气。在一个实施方案中，所述载气是空气和烟道气体的混合物。
在一个实施方案中，所述燃烧器包括燃料进料管。二次空气流动通道布置在所述燃料进料管周围。所述二次空气流动通道由所述燃料进料管和围绕所述燃料进料管同轴地布置的第一管界定。所述二次空气流动通道的横截面是环形的。三次空气流动通道布置在所述二次空气流动通道周围。所述三次空气流动通道由所述第一管和围绕所述第一管同轴地布置的第二管限定。所述三次空气流动通道的横截面是环形的。
在一个实施方案中，所述燃烧燃料的方法包括将每个所述侧翼燃烧器的空气系数(SR侧翼)设定为0.95至1.1。在一个实施方案中，将每个所述侧翼燃烧器配置成使燃烧空气以每个所述侧翼燃烧器的空气系数(SR侧翼)为0.95至1.1的量供应。当每个所述侧翼燃烧器的空气系数(SR侧翼)为0.95至1.1时，在侧翼燃烧器处的燃烧中产生的一氧化碳的量保持足够低，以免引起炉膛壁的广泛腐蚀。在一个实施方案中，所述燃烧燃料的方法包括将每个所述侧翼燃烧器的空气系数(SR侧翼)设定为1.0。在一个实施方案中，将每个所述侧翼燃烧器配置成使燃烧空气以每个所述侧翼燃烧器的空气系数(SR侧翼)为1.0的量供应。
在一个实施方案中，所述燃烧燃料的方法包括将所述至少一个中央燃烧器的空气系数(SR中央)设定为0.6至0.9。在一个实施方案中，所述燃烧燃料的方法包括将所述至少一个中央燃烧器的空气系数(SR中央)设定为0.7至0.8。在一个实施方案中，所述燃烧燃料的方法包括将所述至少一个中央燃烧器的空气系数(SR中央)设定为0.75。在一个实施方案中，将所述至少一个中央燃烧器配置成使燃烧空气以所述至少一个中央燃烧器的空气系数(SR中央)为0.6至0.9的量供应。在一个实施方案中，将所述至少一个中央燃烧器配置成使燃烧空气以所述至少一个中央燃烧器的空气系数(SR中央)为0.7至0.8的量供应。在一个实施方案中，将所述至少一个中央燃烧器配置成使燃烧空气以所述至少一个中央燃烧器的空气系数(SR中央)为0.75的量供应。当所述至少一个中央燃烧器的空气系数(SR中央)为0.6至0.9时，在中央燃烧器处的燃烧中产生的氮氧化物的量保持足够低，以便将总的氮氧化物排放保持低于容许极限。
在过烧(炉膛内NOx降低)之前和中央燃烧器的近燃烧器区域，炉膛中央最剧烈地发生氮氧化物的降低。由于不平衡的燃烧器操作，因未燃烧的燃料(灰中的未燃烧的碳，CO)更集中到所述锅炉炉膛的中央，过烧空气(OFA)系统可以相应地改变。
根据CFD计算，当每个所述侧翼燃烧器的所述空气系数(SR侧翼)为0.95至1.1并且所述至少一个中央燃烧器的所述空气系数(SR中央)为0.6至0.9时，良好的整体流体动力学得以实现。当空气系数设定为这些值时，所述侧翼燃烧器的火焰朝向所述炉膛的中央弯曲并远离所述炉膛壁，从而降低所述炉膛壁附近的一氧化碳的量。将所述中央燃烧器和侧翼燃烧器的空气系数设置为这些值，整体流场是良好的。气体远离炉膛壁向炉膛中央的夹带抵消了由燃烧器操作引起的不平衡效应。因此，在炉膛横截面处气体的向上质量通量不会受到不利影响。
在一个实施方案中，在过烧空气场之前燃烧区域中的整体空气系数SR低于0.85至0.9。
在一个实施方案中，所述燃烧燃料的方法包括通过将通过所述至少一个中央燃烧器供应的二次空气的旋流数(S中央)设定为0.6至1.5来产生外部再循环区。在一个实施方案中，将所述至少一个中央燃烧器配置成向通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述二次空气提供0.6至1.5的旋流数(S中央)。因此，所述二次空气提供有相对强的旋流，即所述二次空气的切向速度增加。切向流动的二次空气使所述中央燃烧器的火焰加宽。因此，在内部再循环区周围形成稳定火焰的外部再循环区。使火焰的形状加宽也可以改善燃烧。与所述侧翼燃烧器的火焰相比，每个所述中央燃烧器处的足够的旋流和低空气比导致所述中央燃烧器的火焰更短。
在一个实施方案中，所述至少一个中央燃烧器的所述二次空气流动通道包括用于通过叶片引导所述二次空气的旋流器。所述叶片被布置成与所述二次空气的流动成角度β。将所述至少一个中央燃烧器配置成通过设定角度β来产生外部再循环区，以向通过所述至少一个中央燃烧器提供的二次空气提供0.6至1.5或0.9至1.5或1.1至1.3的旋流数(S中央)。
在一个实施方案中，将通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述二次空气的所述旋流数(S中央)设定为0.9至1.5或1.1至1.3。在一个实施方案中，将所述至少一个中央燃烧器配置成向通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述二次空气提供0.9至1.5或1.1至1.3的旋流数(S中央)。在一个实施方案中，所述燃烧空气包括三次空气，并且将通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述三次空气的所述旋流数(S侧翼)设定为0.6至1.5。在一个实施方案中，将所述至少一个中央燃烧器配置成向通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述三次空气提供0.6至1.5的旋流数(S中央)。在一个实施方案中，所述燃烧空气包括三次空气，并且将通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述三次空气的所述旋流数(S中央)设定为0.9至1.5或1.1至1.3。在一个实施方案中，将所述至少一个中央燃烧器配置成向通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述三次空气提供0.9至1.5或1.1至1.3的旋流数(S中央)。
代替向通过所述中央燃烧器供应的二次空气提供相对强的旋流，所述外部再循环区可以通过使用不同于侧翼燃烧器的所述中央燃烧器的结构来产生。在一个实施方案中，所述二次空气流动通道还包括下游端和外壁，并且通过所述至少一个中央燃烧器供应的燃烧空气包括三次空气，并且所述三次空气通过布置在所述二次空气流动通道周围的三次空气流动通道供应进入锅炉炉膛中，所述三次空气流动通道包括出口，并且所述方法包括通过对所述二次空气流动通道的下游端设置空气引导装置来产生外部再循环区，所述空气引导装置附接至所述二次空气流动通道的外壁，使得所述空气引导装置围绕所述二次空气流动通道的出口并突出朝向所述三次空气流动通道的出口。
在一个实施方案中，所述二次空气流动通道还包括下游端和外壁，并且所述至少一个中央燃烧器包括围绕所述二次空气流动通道布置的三次空气流动通道，用于将三次空气供应进入所述锅炉炉膛中，所述三次空气流动通道包括出口，并且将所述至少一个中央燃烧器配置成通过对所述二次空气流动通道的下游端设置空气引导装置来产生外部再循环区，所述空气引导装置附接至所述二次空气流动通道的外壁，使得所述空气引导装置围绕所述二次空气流动通道的出口并突出朝向所述三次空气流动通道的出口。
在一个实施方案中，所述空气引导装置基本上是截锥形的。在一个实施方案中，所述空气引导装置是所述二次空气流动通道的外壁的扩展部分。所述空气引导装置的横截面的直径朝向所述锅炉炉膛中央增加。所述空气引导装置在所述三次空气流动通道的出口方向上加宽。所述空气引导装置阻挡所述三次空气流动通道的出口的一部分。所述三次空气的一部分与所述空气引导装置碰撞，由此改变空气的流场。所述空气引导装置使所述三次空气径向向外流动并延迟所述三次空气与燃料的混合。因此，火焰加宽，导致有效燃烧。在内部再循环区周围形成稳定火焰的外部再循环区。
在一个实施方案中，所述空气引导装置被布置成与所述燃料进料管的中央轴线方向成角度α，并且所述角度α为25度至45度。在一个实施方案中，所述角度α为30度至40度。在一个实施方案中，所述角度α为35度。根据CFD计算，当角度α为25度至45度时，实现良好的流体动力学。
在一个实施方案中，将通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述二次空气的所述旋流数(S中央)设定在0至0.5。在一个实施方案中，将通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述二次空气的所述旋流数(S中央)设定在0.2至0.3或0.01至0.5或0.1至0.5或0。在一个实施方案中，将通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述三次空气的所述旋流数(S中央)设定为0至0.5。在一个实施方案中，将通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述三次空气的所述旋流数(S中央)设定为0.2至0.3或0.01至0.5或0.1至0.5或0。
在一个实施方案中，将所述至少一个中央燃烧器配置成向通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述二次空气提供0至0.5的旋流数(S中央)。在一个实施方案中，将所述至少一个中央燃烧器配置成向通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述二次空气提供0.2至0.3或0.01至0.5或0.1至0.5或0的旋流数(S中央)。在一个实施方案中，将所述至少一个中央燃烧器配置成向通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述三次空气提供0至0.5的旋流数(S中央)。在一个实施方案中，将所述至少一个中央燃烧器配置成向通过所述至少一个中央燃烧器供应的所述三次空气提供0.2至0.3或0.01至0.5或0.1至0.5或0的旋流数(S中央)。在一个实施方案中，所述至少一个中央燃烧器的所述二次空气流动通道或三次空气流动通道包括旋流器，所述旋流器用于通过与二次空气流或三次空气流成角度β布置的叶片引导二次空气或三次空气。所述角度β设定成向通过至少一个中央燃烧器供应的二次空气或三次空气提供0至0.5或0.2至0.3或0.01至0.5或0.1至0.5或0的旋流数(S中央)。在一个实施方案中，所述二次空气流动通道或三次空气流动通道不包含旋流器。
在一个实施方案中，所述燃烧器组的至少一部分包括同轴地布置在所述燃料进料管内部的核心空气管道。在一个实施方案中，核心空气通过所述核心空气管道供应。在一个实施方案中，所述核心空气管道不供应空气。在一个实施方案中，仅少量空气通过所述核心空气管道供应。当通过所述核心空气管道不供应或供应少量空气时，所述核心空气管道充当增强火焰稳定性的阻流体。
在一个实施方案中，每个所述侧翼燃烧器包括同轴地布置在所述燃料进料管内部的核心空气管道。在一个实施方案中，所述至少一个中央燃烧器包括同轴地布置在所述燃料进料管内部的核心空气管道。在一个实施方案中，每个所述侧翼燃烧器和所述至少一个中央燃烧器均包括同轴地布置在所述燃料进料管内部的核心空气管道。
在一个实施方案中，每个所述燃烧器的所述二次空气流动通道出口处的二次空气的速度设定为40m/s至60m/s。在一个实施方案中，每个所述燃烧器的所述二次空气流动通道出口处的二次空气的速度布置为40m/s至60m/s。在一个实施方案中，在所述二次空气流动通道出口处，每个燃烧器的二次空气流动通道的横截面积布置成使得二次空气的速度为40m/s至60m/s。在一个实施方案中，每个所述燃烧器的所述三次空气流动通道出口处的三次空气的速度设定为40m/s至60m/s。在一个实施方案中，每个所述燃烧器的所述三次空气流动通道出口处的三次空气的速度布置为40m/s至60m/s。在一个实施方案中，在所述三次空气流动通道出口处，每个燃烧器的三次空气流动通道的横截面积布置成使得三次空气的速度为40m/s至60m/s。在一个实施方案中，每个所述燃烧器的所述二次空气流动通道出口处的二次空气和三次空气流动通道出口处的三次空气的速度均设定为40m/s至60m/s。
通过提供速度为40m/s至60m/s的二次空气或三次空气，空气的旋流数增加，并且内部再循环区和外部再循环区均得到改善。所述火焰稳定环上游的再循环流增大。同时，火焰的点燃得到改善。二次空气或三次空气的速度可以通过缩窄空气的流动路径来增加。高速二次或三次空气产生强烈的湍流，这导致燃烧空气和燃料的有效混合以及快速点燃和热火焰。
二次或三次空气流动通道出口处的二次空气或三次空气的速度取决于空气的体积流量和流动通道出口处的二次或三次空气流动通道的横截面积。体积流量Q由等式Q＝v·A定义，其中v是空气的速度，A是流动通道的横截面积。技术人员具有体积流量和所需速度的知识，他们能够确定通道出口处的二次或三次空气流动通道的横截面积。燃烧器所遇到的空气压降通常为150mm H2O。这种压降将由强制通风机处理，其将二次空气和三次空气提供进入锅炉中。
空气的体积流量取决于几个因素。每个燃烧器燃烧所需的化学计量的空气量取决于燃烧器的尺寸。所述方法中使用的燃烧器的尺寸通常为30MW至120MW。技术人员具有所需空气系数的知识，即与燃料完全燃烧所需的理论(化学计量)空气体积的相比用于燃烧的空气量，他们能够确定燃烧所用空气的体积流量。
空气作为一次空气、二次空气以及任选地三次空气引入锅炉。一次空气连同诸如粉状煤的燃料一起供应进入锅炉炉中。一次空气的量对应于燃料的挥发性物质燃烧所需的空气的量，并且通常为通过燃烧器供应的空气总量的20％至25％。
例如，一次、二次和三次空气的体积流量可以如下确定。例如，当燃烧器的空气系数为0.9时，通过燃烧器供应的一次空气的空气系数可以为例如0.2至0.3，这取决于燃料中挥发性物质的量。对应于空气系数0.6至0.7并且实现0.9的总空气系数所需的剩余空气量作为二次空气或二次和三次空气供应。通常，当供应除了一次空气之外的二次空气和三次空气时，二次空气和三次空气的总量的约1/6至1/3为二次空气，其余为三次空气。
在一个实施方案中，从所述至少一个中央燃烧器下方通过位于所述至少一个中央燃烧器下方的至少一个空气喷嘴供应保护空气。在一个实施方案中，所述锅炉包括至少一个空气喷嘴，所述空气喷嘴位于所述至少一个中央燃烧器的下方，用于将保护空气从所述至少一个中央燃烧器下方供应进入所述锅炉炉膛中。在一个实施方案中，一个空气喷嘴位于每个所述中央燃烧器下方。在一个实施方案中，从位于最低水平燃烧器水平面处的所述至少一个中央燃烧器下方供应保护空气。在一个实施方案中，所述锅炉包括至少一个空气喷嘴，所述空气喷嘴位于最低水平燃烧器水平面处的所述至少一个中央燃烧器下方。在一个实施方案中，一个空气喷嘴位于最低水平燃烧器水平面处的每个所述中央燃烧器下方。所述保护空气的目的在于通过减少一氧化碳的量来保护炉膛壁免受一氧化碳的腐蚀造成的作用。所述保护空气减少了在所述中央燃烧器处形成的一氧化碳的量。
在一个实施方案中，所述燃烧器组包括至少一个中央燃烧器和两个侧翼燃烧器，所述两个侧翼燃烧器位于所述至少一个中央燃烧器的两侧上。在一个实施方案中，所述锅炉包括至少一个中央燃烧器和两个侧翼燃烧器，所述两个侧翼燃烧器位于所述至少一个中央燃烧器的两侧上。在一个实施方案中，所述燃烧器组由至少一个中央燃烧器和两个侧翼燃烧器组成，所述两个侧翼燃烧器位于所述至少一个中央燃烧器的两侧上。在中央燃烧器的数量较高的情况下(例如，四个)，可以在所述中央燃烧器组的两侧设置两个侧翼燃烧器，以实现所需的整体流场。
在一个实施方案中，所述方法用于对冲燃烧(opposite wall firing)。在一个实施方案中，所述锅炉用于对冲燃烧。在对冲燃烧中，燃烧器位于锅炉炉膛的相对的壁处。在一个实施方案中，多个燃烧器组位于两个相对的炉膛壁上的不同的水平燃烧器水平面处，一个燃烧器组位于另一个炉膛壁上。例如可以存在四个水平燃烧器水平面或任何其他数量的燃烧器水平面。
本文所述的燃烧燃料的方法和所述锅炉可以提供优于现有技术的显著优势。本文所述的至少一些实施方案提供了方法和锅炉，通过所述方法和所述锅炉可以极大地降低靠近炉膛壁的一氧化碳的存在。因此，减少了炉膛壁的腐蚀并改善了锅炉的可用性。同时，本文所述的至少一些实施方案提供了氮氧化物排放的大幅减少，并且一氧化碳排放没有显著变化。另外，本文所述的至少一些实施方案降低了炉膛气体出口温度(FEGT)。降低的FEGT提高了锅炉效率。在不产生旋流的情况下实现了稳定的火焰。
氮氧化物排放减少导致用于减少氮氧化物的氨的消耗减少，并使催化剂材料的寿命较长。
上文描述的本发明的实施方案可以彼此任意组合使用。可以将几个实施方案组合在一起以形成本发明的另外的实施方案。与本发明相关的方法和锅炉可以包括上文所述的本发明的至少一个实施方案。
实施例
现在将详细地参考本发明的实施方案，其实施例示例在附图中。
出于简化的原因，在重复组件的情况下，以下示例性实施方案中项目编号将保持不变。
图1是根据一个实施方案的锅炉的示意性透视图。图1的锅炉用于对冲燃烧。所述锅炉包括锅炉炉膛1和在四个水平燃烧器水平面4的燃烧器3，所述燃烧器3用于将燃料和燃烧空气供应进入锅炉炉膛1中。有四个水平燃烧器水平面4，每个水平燃烧器水平面4包括在两个相对的炉膛壁2处的燃烧器3的组。
每个燃烧器3的组包括两个中央燃烧器8和在两个中央燃烧器8的一侧上一个侧翼燃烧器9以及在两个中央燃烧器8的另一侧上的另一个侧翼燃烧器9。一行中的最外部燃烧器是侧翼燃烧器9，并且一行中的两个最内部燃烧器是中央燃烧器8。
操作图1锅炉在某个水平燃烧器水平面4处的燃烧器，使得向中央燃烧器8和侧翼燃烧器9提供不同的空气系数。将所述侧翼燃烧器9配置成使燃烧空气以侧翼燃烧器9的空气系数(SR侧翼)为0.95或大于0.95或为0.95至1.1的量来供应。将所述中央燃烧器8配置成使燃烧空气以中央燃烧器8的空气系数(SR中央)为0.9或小于0.9或为0.6至0.9或0.7至0.8的量来供应。
将所述侧翼燃烧器9配置成向通过侧翼燃烧器9供应的二次空气提供0至0.3或0.01至0.3或0.1至0.3或0至0.1或0的旋流数(S侧翼)。即，通过所述侧翼燃烧器9供应的二次空气为弱旋流或没有旋流。
将所述中央燃烧器8配置成在火焰稳定环下游产生的内部再循环区周围产生外部再循环区。所述外部再循环区使中央燃烧器8的火焰形状加宽。
所述中央燃烧器8的结构可以与所述侧翼燃烧器9的结构相同或者与所述侧翼燃烧器9的结构不同。由于燃烧器3的操作和/或构造，实现了整体流场，其使得所述侧翼燃烧器9的火焰朝向锅炉炉膛1的中央弯曲并远离炉膛壁2。因此，炉膛壁2附近的一氧化碳的量减少了。某一水平燃烧器水平面的整体流场如图4所示。
水平燃烧器水平面4的数量可以根据锅炉构造而变化。同时，燃烧器3的组中的中央燃烧器8和侧翼燃烧器9的数量可以变化。
图1的锅炉包括在两个相对的炉膛壁2处位于最低水平燃烧器水平面4下方的两个空气喷嘴20。一个空气喷嘴20位于最低水平燃烧器水平面4中的每个中央燃烧器8的下方。空气喷嘴20的数量也可以不是两个。保护空气通过空气喷嘴20供应进入锅炉炉膛1中。所述保护空气用于通过减少一氧化碳的量来保护炉膛壁2免受由一氧化碳引起的腐蚀作用。
图2是根据一个实施方案的燃烧器3的示意性剖视图，该燃烧器可以用作中央燃烧器8或侧翼燃烧器9。
所述燃烧器3包括燃料进料管5和布置在燃料进料管5周围的二次空气流动通道12。粉状燃料和载气的混合物通过所述燃料进料管5供应进入锅炉炉膛中。燃料-空气混合物通过燃料进料管5的出口11供应进入锅炉炉膛中。二次空气通过所述二次空气流动通道12供应进入锅炉炉膛中。所述二次空气流动通道12的横截面是环形的。所述燃料进料管5包括外壁10、下游端6和出口11。所述二次空气流动通道12包括出口13。
火焰稳定环7附接至所述燃料进料管5的下游端6。所述火焰稳定环7附接至所述燃料进料管5的外壁10。所述火焰稳定环7围绕所述燃料进料管5的出口11并突出朝向所述二次空气流动通道12的出口13。因此，所述火焰稳定环7阻挡所述二次空气流动通道12的出口13的一部分。通过二次空气流动通道12供应的二次空气的一部分与所述火焰稳定环碰撞，并且改变空气的流场。所述火焰稳定环7使得在火焰稳定环7下游形成内部再循环区。所述火焰稳定环7改善了点燃并使火焰保持较窄。所述火焰稳定环7导致火焰稳定。
图2的燃烧器3的火焰稳定环7以使固定至所述燃料进料管5的火焰稳定环7的端部垂直于燃料进料管5的中央轴线的方向的方式交错。所述火焰稳定环7在一定距离处从其连接点朝向锅炉炉膛1的中央转动。所述火焰稳定环也可以是另外的形状，例如截锥形，只要它以所需的方式改变流场。
所述二次空气流动通道12可以仅由一个通道或两个通道组成，如在图2中。图2的燃烧器3的二次空气流动通道12a、12b设置有环形分隔壁21，其将二次空气流动通道分成内部二次空气流动通道12a和外部二次空气流动通道12b。所述内部二次空气流动通道12a和外部二次空气流动通道12b均可以设置有旋流器22，即旋流发生器。然而，所述内部二次空气流动通道12a和外部二次空气流动通道12b不一定必须要包含旋流器22。
在图2中仅示出了所述外部二次空气流动通道12b中的旋流器22。位于所述内部二次空气流动通道12a和外部二次空气流动通道12b中的旋流器可以向进入内部二次空气流动通道12a或外部二次空气流动通道12b的二次空气流施加旋转或卷曲运动。可以将所述旋流器22配置成向通过二次空气流动通道12a、12b供应的二次空气提供旋流运动。所述旋流器具有本领域公知的常规结构。所述旋流器通常包括叶片，并且调节叶片的位置以向燃烧空气提供特定的旋流数S。
将燃烧器配置成向二次或三次空气提供特定的旋流数。所需的旋流数取决于燃烧器3是用作中央燃烧器还是侧翼燃烧器。
所述环形分隔壁21还可以在锅炉炉膛的中央方向上进一步延伸，在这种情况下，燃烧器可以包括单独的二次空气流动通道12和三次空气流动通道(图2中未示出)。
图3是根据第二实施方案的燃烧器的示意性剖视图，该燃烧器可以用作中央燃烧器8。
如在图2的燃烧器中，图3中的燃烧器3包括燃料进料管5和布置在燃料进料管5周围的二次空气流动通道12。粉状燃料和载气的混合物通过所述燃料进料管5供应进入锅炉炉膛中。燃料-空气混合物通过燃料进料管5的出口11供应进入锅炉炉膛中。二次空气通过所述二次空气流动通道12供应进入锅炉炉膛中。所述二次空气流动通道12的横截面是环形的。所述燃料进料管5包括外壁10、下游端6和出口11。同时，所述二次空气流动通道12包括外壁15、下游端14和出口13。
所述环形分隔壁21延伸至所述二次空气流动通道12的出口区域。因此，所述燃烧器3包括单独的二次空气流动通道12和三次空气流动通道16，而不是如图2的燃烧器中的内部二次空气流动通道和外部二次空气流动通道。所述三次空气流动通道16布置在所述二次空气流动通道12周围。三次空气通过所述三次空气流动通道16的出口17供应进入锅炉炉膛中。
如在图2的燃烧器中，火焰稳定环7附接至所述燃料进料管5的下游端6。所述火焰稳定环7附接至所述燃料进料管5的外壁10。所述火焰稳定环7围绕所述燃料进料管5的出口11并突出朝向所述二次空气流动通道12的出口13。因此，所述火焰稳定环7阻挡所述二次空气流动通道12的出口13的一部分。通过二次空气流动通道12供应的二次空气的一部分与所述火焰稳定环碰撞，并且改变空气的流场。所述火焰稳定环7使得在火焰稳定环7下游形成内部再循环区。所述火焰稳定环7改善了点燃并使火焰保持较窄。所述火焰稳定环7使得火焰稳定。所述火焰稳定环可以是任意形状，例如截锥形，只要它以所需的方式改变流场。
所述二次空气流动通道12和三次空气流动通道16均可以包括旋流器22，用于将二次空气和三次空气设定为切向运动。所述旋流器具有本领域公知的常规结构。所述二次空气流动通道12的旋流器未在图中示出。当图3的燃烧器用作中央燃烧器时，可以将所述燃烧器配置成向通过中央燃烧器供应的二次和/或三次空气提供0至0.5或0.2至0.3或0.01至0.5或0.1至0.5或0的旋流数(S中央)。即，所述旋流器22的叶片角度设定成向二次空气和三次空气提供0至0.5或0.2至0.3或0.01至0.5或0.1至0.5或0的旋流数。所述旋流器设定取决于旋流器的类型和旋流器的制造商。所述二次空气流动通道12和三次空气流动通道16不一定必须要包含旋流器22。
空气引导装置18附接至所述二次空气流动通道12的下游端14处和所述二次空气流动通道12的外壁15。所述空气引导装置18围绕所述二次空气流动通道12的出口13并突出朝向所述三次空气流动通道16的出口17。所述空气引导装置18使通过所述三次空气流动通道16供应的三次空气径向向外流动并延迟所述三次空气与燃料的混合。围绕在所述火焰稳定环7下游形成的内部再循环区产生外部再循环区。所述外部再循环区使火焰形状加宽并改善了点燃。
图3的燃烧器的空气引导装置18是基本上截锥形的并且被布置成与所述燃料进料管5的中央轴线的方向成角度α。所述角度α为25度至40度。
图4是锅炉炉膛1内某一水平燃烧器水平面处的整体流场的示意性剖视图。两个相对的炉膛壁2包括燃烧器组8、9，用于将燃料和燃烧空气供应进入锅炉炉膛1中。每个燃烧器组包括两个中央燃烧器8和位于中央燃烧器8的一侧上的一个侧翼燃烧器9以及位于中央燃烧器8的另一侧上的另一个侧翼燃烧器9。所述侧翼燃烧器9可以具有图2中所示的结构，所述中央燃烧器8可以具有图2或图3中所示的结构。每个所述燃烧器8、9均设置有火焰稳定环(未示出)。
所述侧翼燃烧器9的火焰形状保持窄且长。通过侧翼燃烧器9供应的所述二次空气和/或三次空气的旋流数(S侧翼)保持为0至0.3或0.01至0.3或0.1至0.3或0至0.1或0。
所述中央燃烧器8的火焰形状保持宽且短。这是通过在火焰稳定环下游产生的内部再循环区周围产生外部再循环区来实现的。所述外部再循环区可以通过将通过所述中央燃烧器8供应的二次空气和/或三次空气的旋流数(S中央)设定为0.6至1.5或0.9至1.5或1.1至1.3来产生。或者，所述外部再循环区可以通过对所述中央燃烧器设置有空气引导装置来产生，即，使用图3中所示的燃烧器结构。所述外部再循环区的形成使中央燃烧器的火焰形状加宽。
将所述侧翼燃烧器9配置成使燃烧空气以侧翼燃烧器9的空气系数(SR侧翼)为0.95或大于0.95或为0.95至1.1的量来供应。将所述中央燃烧器8配置成使燃烧空气以中央燃烧器8的空气系数(SR中央)为0.9或小于0.9或为0.6至0.9或0.7至0.8的量来供应。由于通过所述侧翼燃烧器9向锅炉炉膛1中供应的空气少于通过所述中央燃烧器8供应的空气，因此在所述锅炉炉膛1的中央部分23中产生负压区。所述负压区使得侧翼燃烧器9的火焰朝向锅炉炉膛1的中央部分23弯曲。形成了流动型态，其导致靠近炉膛壁的更富氧的条件，这有利于降低炉膛壁的腐蚀速率。所述流动型态导致富含燃料的烟气从炉膛壁夹带至炉膛中央。
在下文中，通过参考实施例描述本文所提供的方法。
实施例1
在本实施例中，在常规锅炉与本文所述的锅炉之间比较燃料燃烧。在常规的锅炉中，侧翼燃烧器和中央燃烧器以基本相同的空气系数和旋流数操作。同时，侧翼燃烧器和中央燃烧器的结构是相似的。
比较了这两种锅炉中的氮氧化物和一氧化碳排放以及炉膛壁的腐蚀。下面所示的值基于CFD计算。
在两种锅炉中，燃料和燃烧空气通过在两个相对的炉膛壁上的燃烧器组在四个水平燃烧器水平面处供应。所述燃料是粉状煤。所述燃烧器组包括四个燃烧器。所述燃烧器包括核心空气管道、在核心空气管道周围同轴地布置的燃料进料管、在燃料进料管周围布置的内部二次空气流动通道，以及在内部二次空气流动通道周围布置的外部二次空气流动通道。
通过向燃烧器设置附接至所述燃料进料管下游端并围绕所述燃料进料管出口的火焰稳定环来稳定每个所述燃烧器的火焰。保护空气由位于两个最内部燃烧器下方的两个空气喷嘴供应，用于保护炉膛壁免受一氧化碳的腐蚀造成的作用。
在常规的锅炉中，所述燃烧器组中的每一个以基本相同的旋流数S操作。此外，所述燃烧器组中的每一个以基本相同的空气系数SR操作。每个燃烧器的旋流数为1.0，每个燃烧器的空气系数为0.90。
本文所述的锅炉中，所述燃烧器组包括两个中央燃烧器和位于所述中央燃烧器两侧上的一个侧翼燃烧器。两个侧翼燃烧器的空气系数SR侧翼设定为1.0。此外，SR侧翼的任意其他值可以在0.95至1.1的范围内选择，例如0.95或1.05或1.1。两个中央燃烧器的空气系数SR中央设定为0.75。此外，SR中央的任意其他值可以在0.6至0.9的范围内选择，例如0.6或0.7或0.8或0.9。将通过每个所述侧翼燃烧器供应的所述二次空气的旋流数S侧翼设定为0至0.3。S侧翼在0至0.3范围内的任意值可以选择例如0或0.1或0.2或0.3。将通过每个所述中央燃烧器供应的所述二次空气的旋流数S中央设定为0.6至1.5。S中央在0.6至1.5范围内的任意值可以选择例如0.6或0.75或0.9或1.1或1.3或1.5。
根据CFD计算，当使用燃烧燃料的常规方法和常规锅炉时，侧面炉膛壁的腐蚀速率较高。氮氧化物排放量约为950mgNO2/m3n(干燥的6％O2)。此外，一氧化碳排放量约为35mgCO/m3n(干燥的6％O2)。在SH2之前向炉膛壁的传热速率约为730MW。在SH2之前的炉膛膛出口气体温度为1234℃。
根据CFD计算，当使用本文所述的方法和锅炉时，侧面炉膛壁的腐蚀速率较低。氮氧化物排放量约为415mgNO2/m3n(干燥的6％O2)。此外，一氧化碳排放量约为75mgCO/m3n(干燥的6％O2)。在SH2之前向炉膛壁的传热速率约为750MW。炉膛出口气体温度为1200℃。
基于该结果，与在常规锅炉中的燃烧燃料的常规方法相比，当使用本文所述的方法和锅炉时，侧面炉膛壁的腐蚀速率显著降低。氮氧化物排放显著减少，而一氧化碳排放没有受到显著影响。炉膛出口气体温度降低约35℃。
实施例2
在本实施例中，在常规锅炉与本文所述的锅炉之间比较燃料燃烧。在常规的锅炉中，侧翼燃烧器和中央燃烧器以基本相同的空气系数和旋流数操作。同时，侧翼燃烧器和中央燃烧器的结构是相似的。比较了这两种锅炉中的氮氧化物和一氧化碳排放以及炉膛壁的腐蚀。下面所示的值基于CFD计算。
在两种锅炉中，燃料和燃烧空气通过在两个相对的炉膛壁上的燃烧器组在四个水平燃烧器水平面处供应。所述燃料是粉状煤。所述燃烧器组包括四个燃烧器。所述燃烧器包括核心空气管道和在核心空气管道周围同轴地布置的燃料进料管。在常规的锅炉中，内部二次空气流动通道布置在燃料进料管周围，并且外部二次空气流动通道布置在内部二次空气流动通道周围。在本文所述的锅炉中，所述侧翼燃烧器的结构与常规锅炉中的燃烧器相同。然而，所述中央燃烧器的结构是不同的。所述中央燃烧器包括附接至二次空气流动通道下游端并且相对于所述燃料进料管的中央轴线以25度至45度的角度布置的空气引导装置。所述空气引导装置围绕二次空气流动通道的出口并阻挡三次空气流动通道出口的一部分，从而延迟三次空气与燃料的混合。
通过对燃烧器设置附接至所述燃料进料管下游端并围绕所述燃料进料管出口的火焰稳定环来稳定每个所述燃烧器的火焰。保护空气由位于两个最内部燃烧器下方的两个空气喷嘴供应，用于保护炉膛壁免受一氧化碳的腐蚀造成的作用。
在常规的锅炉中，所述燃烧器组中的每一个以基本相同的旋流数S操作。此外，所述燃烧器组中的每一个以基本相同的空气系数SR操作。每个燃烧器的旋流数为1.0，每个燃烧器的空气系数为0.90。
本文所述的锅炉中，所述燃烧器组包括两个中央燃烧器和位于所述中央燃烧器两侧上的一个侧翼燃烧器。两个侧翼燃烧器的空气系数SR侧翼设定为1.0。此外，SR侧翼的任意其他值可以在0.95至1.1的范围内选择，例如0.95或1.05或1.1。两个中央燃烧器的空气系数SR中央设定为0.9。此外，SR中央的任意其他值可以在0.6至0.9的范围内选择，例如0.6或0.7或0.8。将通过每个所述侧翼燃烧器供应的所述二次空气的旋流数S侧翼设定为0至0.3。S侧翼在0至0.3范围内的任意值可以选择例如0或0.1或0.2或0.3。将通过每个所述中央燃烧器供应的所述二次空气的旋流数S中央设定为0至0.5。S中央在0至1.5范围内的任意值可以选择例如0或0.1或0.25或0.4或0.5。
根据CFD计算，当使用燃烧燃料的常规方法和常规锅炉时，侧面炉膛壁的腐蚀速率较高。氮氧化物排放量约为950mgNO2/m3n(干燥的6％O2)。此外，一氧化碳排放量约为35mgCO/m3n(干燥的6％O2)。在SH2之前向炉膛壁的传热速率约为730MW。在SH2之前的炉膛出口气体温度为1234℃。
根据CFD计算，当使用本文所述的方法和锅炉时，侧面炉膛壁的腐蚀速率较低。氮氧化物排放量约为510mgNO2/m3n(干燥的6％O2)。此外，一氧化碳排放量约为5mgCO/m3n(干燥的6％O2)。在SH2之前向炉膛壁的传热速率约为770MW。炉膛出口气体温度为1189℃。
基于该结果，与在常规锅炉中燃烧燃料的常规方法相比，当使用本文所述的方法和锅炉时，侧面炉膛壁的腐蚀速率显著降低。氮氧化物排放显著减少，而一氧化碳排放没有受到显著影响。炉膛出口气体温度降低约45℃。
对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，本发明的基本思想可以以各种方式实现。因此，本发明及其实施方案不限于上述实施例，相反，它们可以在权利要求的范围内变化。

Claims (28)

1.燃烧燃料的方法，其中所述方法包括通过燃烧器(3)的组将燃料和燃烧空气供应进入包括炉膛壁(2)的锅炉炉膛(1)，所述燃烧器(3)的组位于所述炉膛壁(2)上的某一水平燃烧器水平面(4)处或附近，用于通过一个或多个所述燃烧器产生火焰，其中所述燃烧空气包括一次空气和二次空气，并且其中所述燃料通过包括下游端(6)的燃料进料管(5)供应，并且其中通过对所述燃料进料管(5)的所述下游端(6)设置火焰稳定环(7)来稳定每个所述燃烧器的火焰，用于在所述火焰稳定环(7)的下游产生内部再循环区，并且其中每个燃烧器具有空气系数(SR侧翼，SR中央)，并且通过所述燃烧器供应的二次空气具有旋流数(S侧翼，S中央)，
其特征在于，所述燃烧器(3)的组包括至少一个中央燃烧器(8)和至少一个侧翼燃烧器(9)，所述侧翼燃烧器(9)位于所述至少一个中央燃烧器(8)的两侧上，并且其中所述方法还包括：
-将每个所述侧翼燃烧器(9)的所述空气系数(SR侧翼)设定为0.95或大于0.95，并且将所述至少一个中央燃烧器(8)的所述空气系数(SR中央)设定为0.9或小于0.9，
-将通过每个所述侧翼燃烧器(9)供应的所述二次空气的所述旋流数(S侧翼)设定为0至0.3，
-通过在所述至少一个中央燃烧器(8)的所述火焰稳定环(7)的下游产生的内部再循环区周围产生外部再循环区，使所述至少一个中央燃烧器(8)的火焰形状加宽。
2.根据权利要求1所述的燃烧燃料的方法，其特征在于，所述燃料进料管(5)还包括外壁(10)和出口(11)，并且其中所述二次空气通过布置在所述燃料进料管(5)周围的二次空气流动通道(12)来供应，所述二次空气流动通道(12)包括出口(13)，并且所述火焰稳定环(7)附接至所述燃料进料管(5)的外壁(10)，使得所述火焰稳定环(7)围绕所述燃料进料管(5)的出口(11)并突出朝向所述二次空气流动通道(12)的出口(13)。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧燃料的方法，其特征在于，所述方法包括将每个所述侧翼燃烧器(9)的所述空气系数(SR侧翼)设定为0.95至1.1。
4.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧燃料的方法，其特征在于，所述方法包括将所述至少一个中央燃烧器(8)的所述空气系数(SR中央)设定为0.6至0.9。
5.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧燃料的方法，其特征在于，所述方法包括通过将通过所述至少一个中央燃烧器(8)供应的所述二次空气的所述旋流数(S中央)设定为0.6至1.5来产生所述外部再循环区。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的燃烧燃料的方法，其特征在于，所述二次空气流动通道(12)还包括下游端(14)和外壁(15)，并且其中通过所述至少一个中央燃烧器(8)供应的所述燃料空气包括三次空气，并且所述三次空气通过布置在所述二次空气流动通道(12)周围的三次空气流动通道(16)供应进入所述锅炉炉膛(1)，所述三次空气流动通道(16)包括出口(17)，并且所述方法包括通过对所述二次空气流动通道(12)的所述下游端(14)设置空气引导装置(18)来产生所述外部再循环区，所述空气引导装置(18)附接至所述二次空气流动通道(12)的所述外壁(15)，使得所述空气引导装置(18)围绕所述二次空气流动通道(12)的所述出口(13)并突出朝向所述三次空气流动通道(16)的所述出口(17)。
7.根据权利要求1至4和6中任一项所述的燃烧燃料的方法，其特征在于，所述空气引导装置(18)被布置成与所述燃料进料管(5)的中央轴线的方向成角度α，并且所述角度α为25度至45度。
8.根据权利要求1至4、6和7中任一项所述的燃烧燃料的方法，其特征在于，将通过所述至少一个中央燃烧器(8)供应的所述二次空气的所述旋流数(S中央)设定为0至0.5。
9.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧燃料的方法，其特征在于，所述燃烧器(3)的组的至少一部分包括同轴地布置在所述燃料进料管(5)内的核心空气管道(19)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧燃料的方法，其特征在于，将每个所述燃烧器(3)的所述二次空气流动通道(12)的所述出口(13)处的所述二次空气的速度设定为40m/s至60m/s。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的燃烧燃料的方法，其特征在于，将每个所述燃烧器(3)的所述三次空气流动通道(16)的所述出口(17)处的所述三次空气的速度设定为40m/s至60m/s。
12.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧燃料的方法，其特征在于，保护空气从所述至少一个中央燃烧器(8)下方通过位于所述至少一个中央燃烧器(8)下方的至少一个空气喷嘴(20)供应。
13.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧燃料的方法，其特征在于，所述燃烧器(3)的组包括至少一个中央燃烧器(8)和位于所述至少一个中央燃烧器(8)的两侧上的两个侧翼燃烧器(9)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧燃料的方法，其特征在于，所述方法用于对冲燃烧(opposite wall firing)。
15.锅炉，包括锅炉炉膛(1)和燃烧器(3)的组，所述炉膛(1)包括炉膛壁(2)，所述燃烧器(3)的组位于所述炉膛壁(2)上的某一水平燃烧器水平面(4)处或附近，所述燃烧器(3)的组的每个燃烧器包括
燃料进料管(5)，其用于将燃料供应进入所述锅炉炉膛(1)并且包括下游端(6)；
二次空气流动通道(12)，其用于将二次空气供应进入所述锅炉炉膛(1)并且布置在所述燃料进料管(5)周围；以及
火焰稳定环(7)，其附接至所述燃料进料管(5)的所述下游端(6)，用于在所述火焰稳定环(7)的下游产生内部再循环区；
并且其中每个燃烧器具有空气系数(SR侧翼，SR中央)，并且通过所述燃烧器供应的所述二次空气具有旋流数(S侧翼，S中央)，
其特征在于，所述燃烧器(3)的组包括至少一个中央燃烧器(8)和至少一个侧翼燃烧器(9)，所述至少一个侧翼燃烧器(9)位于所述至少一个中央燃烧器(8)的两侧上，并且
每个所述侧翼燃烧器(9)被配置成使燃烧空气以每个所述侧翼燃烧器(9)的空气系数(SR侧翼)为0.95或大于0.95的量供应进入所述锅炉炉膛(1)，并且所述至少一个中央燃烧器(8)被配置成使燃烧空气以所述至少一个中央燃烧器(8)的空气系数(SR中央)为0.9或小于0.9的量供应进入所述锅炉炉膛(1)，
每个所述侧翼燃烧器(9)被配置成向通过每个所述侧翼燃烧器(9)供应的所述二次空气提供0至0.3的旋流数(S侧翼)，
所述至少一个中央燃烧器(8)被配置成在所述至少一个中央燃烧器(8)的所述火焰稳定环(7)的下游产生的所述内部再循环区周围产生外部再循环区，用于使所述至少一个中央燃烧器(8)的火焰形状加宽。
16.根据权利要求15所述的锅炉，其特征在于，所述燃料进料管(5)还包括外壁(10)和出口(11)，并且所述二次空气流动通道(12)包括出口(13)，并且其中所述火焰稳定环(7)附接至所述燃料进料管(5)的外壁(10)，使得所述火焰稳定环(7)围绕所述燃料进料管(5)的出口(11)并突出朝向所述二次空气流动通道(12)的出口(13)。
17.根据权利要求15或16所述的锅炉，其特征在于，每个所述侧翼燃烧器(9)被配置成使燃烧空气以每个所述侧翼燃烧器(9)的空气系数(SR侧翼)为0.95至1.1的量供应。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述至少一个中央燃烧器(8)被配置成使燃烧空气以所述至少一个中央燃烧器(8)的空气系数(SR中央)为0.6至0.9的量供应。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述至少一个中央燃烧器(8)被配置成向通过所述至少一个中央燃烧器(8)供应的所述二次空气提供0.6至1.5的旋流数(S中央)。
20.根据权利要求15至18中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述二次空气流动通道(12)还包括下游端(14)和外壁(15)，并且所述至少一个中央燃烧器(8)包括围绕所述二次空气流动通道(12)布置的三次空气流动通道(16)用于将三次空气供应进入所述锅炉炉膛(1)，所述三次空气流动通道(16)包括出口(17)，并且所述至少一个中央燃烧器(8)被配置成通过对所述二次空气流动通道(12)的所述下游端(14)设置空气引导装置(18)来产生所述外部再循环区，所述空气引导装置(18)附接至所述二次空气流动通道(12)的外壁(15)，使得所述空气引导装置(18)围绕所述二次空气流动通道(12)的出口(13)并突出朝向所述三次空气流动通道(16)的出口(17)。
21.根据权利要求15至18和20中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述空气引导装置(18)被布置成与所述燃料进料管(5)的中央轴线的方向成角度α，并且所述角度α为25度至45度。
22.根据权利要求15至18、20和21中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述至少一个中央燃烧器(8)被配置成向通过所述至少一个中央燃烧器(8)供应的所述二次空气提供0至0.5的旋流数(S中央)。
23.根据权利要求15至22中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述燃烧器(3)的组的至少一部分包括同轴地布置在所述燃料进料管(5)内的核心空气管道(19)。
24.根据权利要求15至23中任一项所述的锅炉，其特征在于，每个所述燃烧器(3)的所述二次空气流动通道(12)的出口(13)处的所述二次空气的速度被布置为40m/s至60m/s。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的锅炉，其特征在于，每个所述燃烧器(3)的所述三次空气流动通道(16)的出口(17)处的所述三次空气的速度被布置为40m/s至60m/s。
26.根据权利要求15至25中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述锅炉包括至少一个空气喷嘴(20)，所述空气喷嘴(20)位于所述至少一个中央燃烧器(8)的下方，用于将保护空气从所述至少一个中央燃烧器(8)的下方供应进入所述锅炉炉膛(1)。
27.根据权利要求15至26中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述锅炉包括至少一个中央燃烧器(8)和两个侧翼燃烧器(9)，所述两个侧翼燃烧器(9)位于所述至少一个中央燃烧器(8)的两侧上。
28.根据权利要求15至27中任一项所述的锅炉，其特征在于，所述锅炉用于对冲燃烧。
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