CN1162644C - 粉煤燃烧器和粉煤燃烧设备及粉煤燃烧方法 - Google Patents

Abstract

一种粉煤燃烧器包括：一个用于喷射粉煤和空气的混合物的粉煤喷嘴10；风嘴11、12；风嘴提供了其数量足以让粉煤完全燃烧的空气；随着形成一道高温火焰而因快速耗氧地形成了一道高温还原火焰，其中所述高温火焰是通过在燃烧器出口附近快速点燃粉煤而产生的；一道气体成分相对燃烧器中心轴线径向均匀分布的氧化火焰是通过在高温还原火焰下游混合来自风嘴的空气而形成的。

Description

粉煤燃烧器和粉煤燃烧设备及粉煤燃烧方法

技术领域

本发明涉及一种用气流输送粉煤的粉煤燃烧器和一种采用该粉煤燃烧器的粉煤燃烧设备及粉煤燃烧方法。尤其是，本发明涉及一种粉煤燃烧器和粉煤燃烧设备，它们都可优先地被用于减少氮氧化物(以下称为NOx)浓度和余烬中未燃烧部分的数量。

背景技术

通常，抑制燃烧所产生的NOx是困扰燃烧器的一个问题。尤其是，粉煤与气态和液态燃料相比具有更多的含氮成分。

因此，降低粉煤燃烧器中的NOx含量比当使用气态燃料和液态燃料时更为重要。燃烧粉煤(细煤粉)所产生的大多数NOx是通过氧化煤所含的含氮成分而产生的NOx。

迄今为止，为减少NOx，已经研究出了各种燃烧器结构和燃烧方法。一种有效的燃烧方法是这样的两级燃烧方法，即通过供应不足量的空气使粉煤充分燃烧，从而使来自粉煤燃烧器的粉煤完全燃烧，接着，在粉煤燃烧器下游提供补充空气以使风量足以使煤粉完全燃烧。

另一个方法是利用NOx还原反应的方法，其中当氧气浓度低时，通过在火焰中形成一个贫氧区域而使NOx活跃起来。例如，JP-A-1-305206(1989)、JP-A-3-211304(1991)、JP-A-3-110308(1991)和其它文献披露了一种通过形成具有贫氧气氛的火焰(还原火焰)而使煤粉完全燃烧的方法以及一种用气流输送粉煤的粉煤喷嘴设置在中心，而用于喷气的风嘴环绕粉煤喷嘴布置在外侧的结构。

根据这些贫NOx燃烧器，在火焰中形成了一个含氧量低的区域，NOx通过在还原火焰区内从粉煤所含的含氮成分中产生NOx还原物质如氨、氰化氢而被还原成无害的氮分子。即火焰所产生的NOx减少了，因为NOx被还原成了氮分子。

在采用两级燃烧方式的情况下，来自粉煤燃烧器的风量小于粉煤完全燃烧所需的风量。因此，在粉煤燃烧器下游又送入了空气(二级燃烧所需空气)以便完全燃烧。因此，两级燃烧方法所用燃烧设备必须留有一个用于混合二级燃烧所用空气与粉煤的空间。

例如，1000MW发电用锅炉(燃烧设备)需要在每60米锅炉高度上留下近五米高的二级燃烧空气用混合空间。根据由粉煤燃烧器供应所有的燃烧用空气的单级燃烧方法，可以省去混合空间并降低锅炉高度。但是，在单级燃烧方法中，燃烧用空气容易与粉煤流混合，即便使用了NOx贫瘠型燃烧器，NOx的释放量与两级燃烧方法相比仍会明显提高。如果使燃烧空气强烈旋流以抑制粉煤与由风嘴提供的燃烧空气混合，则即使在燃烧器下游区域内，粉煤也没有与燃烧空气完全混合，余烬中的未燃烧成分量提高了。

鉴于上述问题，完成了本发明。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种粉煤燃烧设备和一种粉煤燃烧器及粉煤燃烧方法，其中没有提高炉高地降低了余烬中的NOx生成量和未燃烧成分的含量。

根据本发明，为实现本发明目的，提供了这样一种粉煤燃烧器，它包括：一个用于喷射粉煤和空气混合物的粉煤喷嘴；一个风嘴，通过由风嘴提供其数量足以让粉煤完全燃烧的空气而使粉煤燃烧；通过在燃烧器出口附近快速点燃粉煤而形成一道高温火焰以便因快速耗氧而形成一道高温还原火焰(火焰，其中用于使由粉煤释放出的气体成分完全燃烧的实际风量与所需风量之比小于1)；一道气体成分相对燃烧器中心轴线径向均匀分布的氧化火焰(火焰，其中用于使由粉煤释放出的气体成分完全燃烧的实际风量与所需风量之比大于1)是通过在还原火焰下游高温混合来自风嘴的空气而形成的。

另外，根据本发明，提供了一种粉煤燃烧器，它包括：一个用于喷射粉煤和空气混合物的粉煤喷嘴；一个风嘴，通过由风嘴提供其数量足以让粉煤完全燃烧的空气而使粉煤燃烧；通过在燃烧器出口附近(在粉煤喷射方向上，与粉煤喷嘴出口距离不超过燃烧器喉部直径三倍)快速点燃粉煤而形成了一道高于1200℃的高温火焰；在燃烧器附近形成了一道还原火焰(火焰，其中用于使由粉煤释放出的气体成分完全燃烧的实际风量与所需风量之比小于1)；通过在还原火焰下游高温混合来自风嘴的空气，形成一道气体成分相对燃烧器中心轴线径向均匀分布的氧化火焰(火焰，其中用于使由粉煤释放出的气态成分完全燃烧的实际风量与所需风量之比大于1)，而使粉煤燃烧。

在这种情况下，在燃烧器附近(在粉煤喷射方向上，在与粉煤燃烧器前端距离是燃烧器喉部直径两倍的地方)形成了一道其长度在垂直于粉煤喷射方向的方向(径向)上是燃烧器喉部直径的1倍-1.5倍的火焰，在燃烧器附近的下游形成了一道其长度在径向上至少是燃烧器喉部直径两倍的火焰。

通过提供数量足以使来自燃烧器的粉煤充分燃烧的空气并使来自粉煤喷嘴的粉煤流的速度至少为20米/秒的方式，将在粉煤喷嘴出口处的粉煤流的喷射方向(轴向)上的动量与在风嘴出口处的气流的动量之比设定为1∶5-7。

另外，风嘴前端成倒锥形；使来自定位于燃烧器最外周上的风嘴的空气以相对粉煤喷射方向(轴向)成35度-55度角地喷射。

根据本发明，一种粉煤燃烧器包括：用于喷射粉煤和空气混合物的粉煤喷嘴；用于喷射二次风的二次风嘴，它们与该粉煤喷嘴同心地布置在该粉煤喷嘴的外周上；用于三次送风的三次风嘴，它们与该二次风嘴同心地布置在二次风嘴的外周上；一个设置在该二次风嘴外周壁的前端上的倒锥部；还包括：一个用于使来自二次风嘴的二次风在外周侧流动并由此使二次风沿该二次风嘴的倒锥部流动的流体调节机构；通过提供其数量足以使来自燃烧器的粉煤充分燃烧的空气，而将在粉煤喷嘴出口处的粉煤流的喷射方向(轴向)上的动量与在三次风嘴出口处的气流动量之比设定为1∶5-7。

在这种情况下，该流体调节机构设置在二次风嘴内周壁前端上、并且形成有以比设置在二次风嘴外周壁前端上的倒锥部更小的锐角设置的导流叶片。根据本发明，在粉煤燃烧设备中采用了粉煤燃烧器。

就是说，根据粉煤燃烧设备或者具有上述步骤的粉煤燃烧方法，来自风嘴的气流沿外周方向被喷向粉煤喷嘴的中心轴线；空气独自离开前段火焰的火焰中心，空气流向后段火焰(与燃烧器喷嘴出口距离至少燃烧器喉部直径的三倍)的火焰中心，由于在燃烧区下游的燃烧反应耗氧，所以在粉煤燃烧火焰中心部形成了一道贫氧还原火焰。

另外，在后段火焰内，来自风嘴的空气与在火焰中心部流动的粉煤混合，一道氧化火焰径向延伸。

本发明的一种粉煤燃烧方法，其中该粉煤燃烧方法所用的燃烧器包括：一个用于喷射粉煤与空气的混合物的粉煤喷嘴；一个用于喷射空气的风嘴，由该风嘴供给粉煤完全燃烧所需的风量，以使粉煤燃烧，其特征在于：通过由所述风嘴提供其数量足以让粉煤完全燃烧的空气而使粉煤燃烧；通过随着形成一高温火焰而快速耗氧的方式形成了一道高温还原火焰，其中实际风量与用于使由粉煤释放出的气态成分完全燃烧所需的风量之比小于1，而所述高温火焰是通过在燃烧器出口附近快速点燃粉煤而产生的；一道气体成分相对燃烧器中心轴线径向均匀分布的氧化火焰，其中实际风量与用于使由粉煤释放出的气态成分完全燃烧所需的风量之比在1以上，该氧化火焰是通过在还原火焰下游混合来自风嘴的空气而形成的，将在风嘴出口处的气流的轴向动量与在粉煤喷嘴出口处的粉煤流的喷射轴向上的动量之比设定为5-7，使来自风嘴的空气以相对粉煤喷嘴的中心轴成35-55度角地喷射。

本发明的一种粉煤燃烧方法，其中该粉煤燃烧方法所用的燃烧器包括：一个用于喷射粉煤与空气的混合物的粉煤喷嘴；一个用于喷射空气的风嘴，由该风嘴供给粉煤完全燃烧所需的风量，以使粉煤燃烧，其特征在于：通过在粉煤喷嘴出口部快速点燃粉煤而形成一道高于1200℃的高温火焰；同时在粉煤喷射方向上、与粉煤喷嘴出口距离在燃烧器喉部直径三倍内的燃烧器附近形成了一道还原火焰，其中实际风量与用于使由粉煤释放出的气态成分完全燃烧所需的风量之比小于1，形成一道气体成分相对燃烧器中心轴线径向均匀分布的氧化火焰，其中实际风量与用于使由粉煤释放出的气态成分完全燃烧所需的风量之比在1以上，该氧化火焰下游混合来自风嘴的空气而形成的，将在风嘴出口处的气流的轴向动量与在粉煤喷嘴出口处的粉煤流的喷轴向上的动量之比设定为5-7，使来自风嘴的空气以相对粉煤喷嘴的中心轴成35-55度角地喷射。

由于大多数粉煤经过了还原火焰，所以排出的NOx的浓度降低了，空气分布变得均匀了，而且没有形成其气相具有很低的空气比的任何区域。

因而，促进了燃烧反应并且提高了燃烧效率，而且实现了余烬中的未燃烧成分的减少。

根据以下结合附图的具体描述，将更清楚地理解本发明的这些和其它目的、特征和优点。

附图说明

图1是表示本发明的粉煤燃烧器的第一实施例的垂直横截面图；

图2是与现有技术有关的、且与本发明第一实施例相对照的粉煤燃烧器的垂直横截面图；

图3是与现有技术有关的、且与本发明第一实施例相对照的粉煤燃烧器的垂直横截面图；

图4是与现有技术有关的、且与本发明第一实施例相对照的粉煤燃烧器的垂直横截面图；

图5是一组表示在本发明第一实施例的粉煤燃烧器火焰中的含氧量分布的曲线；

图6是一组表示与现有技术有关的粉煤燃烧器火焰中的含氧量分布的曲线；以便与本发明第一实施例进行比较；

图7是采用本发明第一实施例的粉煤燃烧器的燃烧设备的示意图；

图8是与图7所示的本发明第一实施例对照的现有技术中的燃烧设备的示意图；

图9是与本发明第二实施例有关的粉煤燃烧器的垂直横截面图；

图10是与本发明第三实施例有关的粉煤燃烧器的垂直横截面图；

图11是与本发明第四实施例有关的粉煤燃烧器的垂直横截面图；

图12是与本发明第四实施例有关的粉煤燃烧器的主视图。

具体实施方式

(实施例1)

以下，参见图1-图4来解释本发明的第一实施例。

图1是本发明粉煤燃烧器的示意图，图2-图4是为与图1所示的粉煤燃烧器对照而示出的现有技术中的燃烧器的示意图。表1根据图1-图4所示的粉煤燃烧器列出了在燃烧设备出口处的余烬中的NOx浓度和未燃烧成分含量。

根据图1-图4所示的粉煤燃烧器，标号10表示用气流输送粉煤的粉煤喷嘴，一条输送管道(未在图中示出)在喷嘴上游与其相连。同心设置了两个燃烧风嘴。标号11、12分别表示二次风嘴和三次风嘴。标号13表示一个用于燃烧粉煤和来自燃烧器的空气的炉内空间，标号14表示来自粉煤喷嘴的粉煤流。标号15、16分别表示来自二次风嘴和三次风嘴的气流。

根据本实施例，采用了其中粉煤完全燃烧所需的所有空气是由粉煤燃烧器提供的单级燃烧方式。在这种情况下，来自粉煤燃烧器的实际送风量约是粉煤完全燃烧所需的理论需求量的1.1倍-1.25倍。一次风量是粉煤完全燃烧所需空气的0.2倍-0.3倍，二次风量约是0.1倍，作为三次风地输送其余空气。

根据本实施例，火焰稳定环21设置在粉煤燃烧器前端上。因为设有火焰稳定环21，所以在火焰稳定环21的下游形成了自下而上的环流22，通过蓄留于此的高温气体点燃了粉煤。

根据本发明，通过叶片23以相对粉煤喷嘴中心轴线成35度-55度的角喷入三次风16。本实施例的特点在于将在喷射出口处的三次风16的动量与在粉煤喷射出口处的粉煤流14的轴向动量之比调节为5至7。

根据使所喷出的三次风16指向外周，气流可以与在粉煤燃烧器附近的火焰中心部流动的粉煤流14分开流动。在速度降低后，受粉煤流14的动量吸引地使三次风16流向中心轴线。因此，三次风在远离粉煤燃烧器的下游中心处与粉煤流混合。

那意味着，根据本发明的这个实施例，三次风16在从燃烧器中喷入前段火焰内之后如图1所示地离开火焰中心并且流向在后段火焰(在粉煤喷出口的粉煤喷射方向上，至少是临界界面的三倍)内的火焰中心。于是，混合来自风嘴的喷射空气与在火焰中心流动的粉煤在前段火焰(在粉煤喷射方向上，距粉煤喷出口小于喉部直径的三倍)内受到了限制。

因此，粉煤在点燃后消耗了载体空气所含的氧气并在点燃区17下游形成了含氧浓度低的还原火焰18。由于还愿火焰18含氧浓度低，所以粉煤中的含氮成分作为还原物质如氨、氰化氢脱离煤粉。这些还原物质在高温区内如在火焰内将粉煤燃烧所产生的氮氧化物还原成氮气。

因此，可以通过在火焰中形成还原火焰18来抑制NOx的生成。

根据图1所示的本发明实施例，富氧的氧化火焰19在后段火焰内径向延伸，这是因为来自风嘴的空气与粉煤在火焰中心混合的缘故。因此，改善了粉煤的燃烧，并且减少了在燃烧设备出口处的未燃烧成分。

当燃烧率小于80-90％时，粉煤中含氮成分的大约20％-30％在含氧浓度低的气氛中被转换成NOx。氮气转换成NOx的百分比(NOx转换比)随着降低氧浓度而降低。

但是，根据燃烧接近完成80％-90％，即使在贫氧气氛中，NOx转换比也快速升高，高于90％的含氮成分作为NOx被释放出来。因此，在燃烧初始阶段内，氧气浓度在进行燃烧的火焰中对NOx浓度的影响弱于在其燃烧比低的火焰中的情况。

因此，可以不提高NOx浓度地通过在后段火焰内混合来自风嘴的空气与粉煤来减少未燃烧成分。由于可以缩短完全燃烧所需距离，所以可以减小燃烧设备体积。

根据本发明的实施例，来自粉煤喷嘴的粉煤流14的速度被设定为至少为20米/秒。喷流速度越高，喷射时赋予粉煤的动量越大，粉煤在细煤粉燃烧器附近的散射得到抑制。在这种情况下，流过形成于火焰中心的还原火焰18的粉煤量增加了，推动了NOx的还原反应。

图2、3所示的传统的粉煤燃烧器与图1所示的本发明第一实施例相比是来自风嘴的空气的动量与粉煤流的动量之比小于本发明实施例的情况。图4所示的传统粉煤燃烧器是一种来自风嘴的空气的动量与粉煤流的动量之比大于本发明实施例的情况。

根据图2所示的传统例子，使三次风强烈旋流起来。在这种情况下，三次风因离心力离开在粉煤燃烧器附近的火焰中心。另外，因为强烈旋流运动，即使在后段火焰内，三次风也没有与中心部混合。因此，火焰被分成两部分，即在中心部的还原火焰17和在外部的氧化火焰16。因此，尽管在燃烧设备出口处的NOx含量如表1所示地与本发明第一实施例相同，但是在燃烧设备出口处的余烬中的未燃烧成分比图1所示实施例高。

表1

	图1	图2	图3	图4
					三次风动量/一次风动量	6.5	4.3	4.3	8.6
在炉子出口处的NOx含量(ppm：在O2％＝6vol％时转换成)	205	205	280	300
					在炉子出口的余烬中的未燃烧成分(wt％)	2.5	7.0	4.5	5.0

图3所示的传统例子是一种赋予三次风的旋流运动被减弱的情况。在这种情况下，三次风16在粉煤燃烧器附近与粉煤流14混合，在火焰中心部没有形成还原区。因此，与图1所示的本发明第一实施例相比，在燃烧设备出口处的NOx含量提高了约80ppm。

图4所示的传统例子是一种三次空气的动量与粉煤流的动量之比大于本发明实施例的情况。在这种情况下，粉煤流14被三次风16吸引。因此，粉煤与三次风在粉煤燃烧器附近混合，火焰在粉煤燃烧器附近径向分布。在这种情况下，粉煤在氧气过多的情况下燃烧，在燃烧设备出口处的NOx含量如表1所示地提高了。

在图1、2所示的粉煤燃烧器燃烧试验中的氧气浓度炉内分布情况分别在图5、6中画出了。图5、6示出了在两点处的径向分布情况，其中一点是粉煤燃烧器附近，另一点是燃烧器下游。图5与图6对照地，在这两种情况下，在粉煤燃烧器附近的中心轴线上形成了一个贫氧区域，事实证明，所述区域变成还原火焰。但是，根据图5所示的本发明实施例，在燃烧器下游4.75米处的径向氧气浓度差弱到约2％以内。相反地，根据图6所示的传统例子，存在一个贫氧区域，在中心和外周之间的径向含氧量差变得约等于8％。因此，经过中心的粉煤的燃烧进行得不充分，余烬中的未燃烧成分与本实施例相比如表1所示地提高了。

根据本发明的实施例，径向含氧量在后段火焰内变低。因此，燃烧反应快速进行，实现了燃烧效率的提高和余烬中未燃烧成分的减少。由于粉煤没有在粉煤燃烧器附近散射，所以经过还原火焰的粉煤的数量增加了，与传统例子相比，所产生的NOx减少了。

图7示意画出了采用本发明第一实施例的粉煤燃烧器的燃烧设备。图8是与图7所示的本发明实施例对照的两级燃烧型燃烧设备的示意图。根据图7、8，标号61表示煤粉堆，标号62表示粉煤粉碎装置。粉煤通过粉煤粉碎装置62被粉碎成直径不到0.1毫米的煤粉。粉煤通过鼓风机63随着空气被传送给粉煤燃烧器。燃烧用空气由鼓风机65提供。

图8所示的两级燃烧型燃烧设备配有一个将部分燃烧用空气喷入粉煤燃烧器64下游的进气管66。因此，两级燃烧型燃烧设备要求有一个混合来自进气管66的空气与粉煤的空间67。例如，根据1000MW发电锅炉(燃烧设备)，在每60米炉高上作为两级燃烧空气混合空间地保证约5米的高度是必要的。

但是，在所有燃烧空气如本发明实施例那样从粉煤燃烧器64中被喷入燃烧设备的情况下，如图1所示地，粉煤在一个大约是燃烧器喉部直径三倍地远离喷嘴的地方与燃烧用空气混合。因此，与两级燃烧型燃烧设备相比，燃烧设备高度可以降低。高度的降低使得减少设备重量成为可能，并且燃烧设备的制造成本可以通过简化支承结构而降低。

(实施例2)

图9粉煤燃烧器的示意图，它示出了本发明的第二实施例。根据图9，风嘴被分成两个喷嘴如二次风嘴和三次风嘴。一个火焰稳定环21设置在粉煤喷嘴的前端上。图9所示的本实施例与图1所示的实施例的区别在于它在粉煤喷嘴中具有一个纺锤体31。

由于在粉煤喷嘴中设有纺锤体31，所以经过纺锤体外周的粉煤流的速度提高了。在经过喷嘴中的纺锤体部后，空气速度因流动横截面扩大而减小。但是，粉煤颗粒以比空气快的流速被喷射出去，这是因为粉煤颗粒具有比空气重的质量。因此，与载体空气相比，在喷出粉煤喷嘴后，粉煤的径向散射被延缓了，因而粉煤浓度提高。在这种情况下，粉煤在空气不足情况下在粉煤燃烧器附近燃烧，在氧气消耗后形成的还原火焰范围被扩大了。由于经过还原火焰的粉煤数量增加了，所以促进了NOx的还原反应并且减少了火焰产生的NOx。

(实施例3)

图10是表示本发明第三实施例的粉煤燃烧器的示意图。根据图10，标号10表示用气流输送粉煤的粉煤喷嘴，一条输送管道(未在图中示出)在喷嘴上游与其相连。同心设置了两个喷射空气以便燃烧的风嘴。标号11、12分别表示二次风嘴和三次风嘴。标号13表示一个用于燃烧粉煤和来自燃烧器的空气的炉内空间，标号14表示来自粉煤喷嘴的粉煤流。标号15、16分别表示来自二次风嘴和三次风嘴的气流。

根据本实施例，三次风嘴12出口的内周具有一个斜套管，三次风以相对粉煤流喷射方向(轴向)成35-55度的角被喷离粉煤流。在这种情况下，导流叶片23的前端部定位于三次风喉部流道的外周侧壁平面的延长线上，所有经过喉部的三次风的喷射方向被改变了。火焰稳定环21设置在粉煤喷嘴的前端，二次风的喷射速度被提高，因为二次风的流道因设有火焰稳定环21而变窄。

另外，一个导流叶片51垂直于粉煤喷射方向地设置在火焰稳定环前端的二次风道侧。由于设有导流叶片51，所以在外周方向(相对粉煤喷射方向成70-85度)喷射二次风。标号13表示用于燃烧来自燃烧器的空气和粉煤的炉腔，标号14表示来自粉煤喷嘴的粉煤流。

根据本实施例，采用了粉煤完全燃烧所需的所有空气由粉煤燃烧器提供的单级燃烧方式。在这种情况下，来自粉煤燃烧器的实际送风量约是粉煤完全燃烧所需的理论需求量的1.1-1.25倍。一次风量是粉煤完全燃烧所需空气的0.2倍-0.3倍，二次风量约是0.1倍，作为三次风地送入其余空气。

根据本实施例，火焰稳定环21设置在粉煤燃烧器前端上。因为设有火焰稳定环21，所以在火焰稳定环21的下游形成了自下而上的环流22，通过蓄留于此的高温气体点燃粉煤。本发明实施例的特点是，在喷射出口处的三次风16的动量被设定为是在粉煤喷嘴喷射出口处的粉煤流14的轴向动量的5-7倍。

在火焰稳定环21下游的环流通过设置导流叶片51而加强了，这是因为沿外周方向喷射二次风15。接着，由于高温燃烧气体从下游流入环流，所以提高了环流温度，粉煤的点燃得到加强。外周方向上的三次风16的动量得到提高，这是因为三次风与二次风15混合。因此，可以独立于粉煤流14地使三次风在粉煤燃烧器附近流动，其中所述粉煤流在中心部流动。

在减缓了三次风16的流速后，三次风受粉煤流14的动量吸引地流向中心轴线。因此，三次风16在远离粉煤燃烧器的下游处与在中心部流动的粉煤流混合。

根据本实施例，三次风16在喷离燃烧器后如图10所示地离开前段火焰的中心轴线并且流向后段火焰(在粉煤喷射方向上，至少是燃烧器喉部直径三倍地距离粉煤喷嘴出口)的中心部。因此，混合来自风嘴的空气与在火焰中心部流动的粉煤在前段火焰(在粉煤喷射方向上，不超过燃烧器喉部直径三倍地距离粉煤喷嘴出口)内受到了抑制。

因而，载体空气所含的氧气随着点燃而被粉煤消耗掉了，在点燃区17的下游形成了含氧量低的还原火焰18。由于还原火焰18中的氧含量低，所以粉煤中的含氮成分作为还原物质如氨、氰化氢得以释放，NOx被还原成氮气。因此，可以通过在火焰中形成还原火焰18来抑制NOx的生成。

根据图10所示的本发明实施例，来自风嘴的空气与在后段火焰的火焰中心部流动的粉煤混合，富氧的氧化火焰19径向分布。因此，粉煤燃烧得到加强并可以减少在燃烧设备出口处的余烬中的未燃烧成分。

(实施例4)

图11是表示本发明第四实施例的粉煤燃烧器的示意图。图12示出了沿图11的A-A线截取的横截面。根据图11，标号10表示用气流输送粉煤的粉煤喷嘴，一条输送管(未示出)与该喷嘴的上游侧相连。标号40表示插入粉煤喷嘴地设置的风嘴。风嘴40和粉煤喷嘴10可以如本实施例所示的那样被分成许多段。风嘴40和粉煤喷嘴10不一定同心设置。标号13表示用于燃烧来自燃烧器的空气和粉煤的炉腔。标号14表示来自粉煤喷嘴的粉煤流。标号41表示来自风嘴的燃烧用空气流。

本实施例采用了单级燃烧方式，其中粉煤完全燃烧所需的所有空气由粉煤燃烧器提供。通常，粉煤燃烧器的实际供应风量大约是粉煤完全燃烧所需的需求量的1.2倍。来自粉煤喷嘴10的风量大约是粉煤完全燃烧所需空气的0.2倍-0.3倍，其余空气来自风嘴40。

根据本实施例，燃烧用空气41在喷离燃烧器后离开了前段火焰的中心轴线并且流向后段火焰(在粉煤喷射方向上，至少是燃烧器喉部直径三倍地距离粉煤喷嘴出口)的火焰中心部。因此，来自风嘴的空气与在火焰中心部流动的粉煤的混合在前段火焰内得到了抑制。因而，在点燃区17的下游形成了贫氧还原火焰18。

包围还原火焰18的点燃区17是富氧的氧化火焰17，这是因为没有消耗氧气。来自风嘴的空气与在后段火焰的火焰中心部流动的粉煤混合，富氧氧化火焰19径向分布。

根据本发明实施例，燃烧用空气是以相对粉煤喷嘴10中心轴线成35-55度的角度被喷入。本实施例的一个特征是将风嘴出口处的粉煤动量与在粉煤喷嘴出口处的粉煤流的轴向动量之比设定为5-7。

随着沿向着外周方向喷射来自风嘴的气流，可以独立于在粉煤燃烧器附近的火焰中心流动的粉煤流地使空气流动。因为空气作为环流在粉煤流和气流之间流动，所以空气在喷射速度降低后沿环流流向中心轴线。因此，空气在远离粉煤燃烧器的下游与在火焰中心部流动的粉煤混合。

因此，根据本发明的实施例，径向氧气浓度分布在后段火焰内变得平缓。由此推动了燃烧反应并且实现了燃烧效率的提高和余烬中未燃烧成分的减少。由于粉煤没有在粉煤燃烧器附近散射，所以经过还原火焰的粉煤数量提高了，与传统例子相比，NOx数量降低了。

根据上述的本发明粉煤燃烧方法，来自风嘴的气流沿向着外周方向被喷向粉煤喷嘴中心轴线。气流远离前段火焰的火焰中心地独立流动。空气流向后段火焰(至少是燃烧器喉部直径三倍地距离粉煤喷嘴出口)的火焰中心。由于在燃烧区17下游的燃烧反应耗氧，所以在粉煤燃烧火焰的中心部形成了贫氧的还原火焰18。另外，在后段火焰内，来自风嘴的空气与在火焰中心部流动的粉煤混合，氧化火焰19径向分布。由于大多数粉煤穿过还原火焰18，所以降低了排出的NOx浓度。空气分布变得均匀，没有形成其气相是很低的空气比的任何区域。因而，促进了燃烧反应并提高了燃烧效率，而且实现了余烬中的未燃烧成分的减少。

根据本发明，可以没有增加炉高地提供粉煤燃烧设备、粉煤燃烧方法和粉煤燃烧器，其中产生的NOx数量和在粉煤余烬中的未燃烧成分的数量少。

Claims (8)

1.一种粉煤燃烧方法，其中该粉煤燃烧方法所用的燃烧器包括：一个用于喷射粉煤与空气的混合物的粉煤喷嘴；一个用于喷射空气的风嘴，由该风嘴供给粉煤完全燃烧所需的风量，以使粉煤燃烧，

其特征在于：通过由所述风嘴提供其数量足以让粉煤完全燃烧的空气而使粉煤燃烧；通过随着形成一高温火焰而快速耗氧的方式形成了一道高温还原火焰，其中实际风量与用于使由粉煤释放出的气态成分完全燃烧所需的风量之比小于1，而所述高温火焰是通过在燃烧器出口附近快速点燃粉煤而产生的；

一道气体成分相对燃烧器中心轴线径向均匀分布的氧化火焰，其中实际风量与用于使由粉煤释放出的气态成分完全燃烧所需的风量之比在1以上，该氧化火焰是通过在还原火焰下游混合来自风嘴的空气而形成的，

将在风嘴出口处的气流的轴向动量与在粉煤喷嘴出口处的粉煤流的射轴向上的动量之比设定为5-7，

使来自风嘴的空气以相对粉煤喷嘴的中心轴成35-55度角地喷射。

2.一种粉煤燃烧方法，其中该粉煤燃烧方法所用的燃烧器包括：一个用于喷射粉煤与空气的混合物的粉煤喷嘴；一个用于喷射空气的风嘴，由该风嘴供给粉煤完全燃烧所需的风量，以使粉煤燃烧，

其特征在于：通过在粉煤喷嘴出口部快速点燃粉煤而形成一道高于1200℃的高温火焰；同时在粉煤喷射方向上、与粉煤喷嘴出口距离在燃烧器喉部直径三倍内的燃烧器附近形成了一道还原火焰，其中实际风量与用于使由粉煤释放出的气态成分完全燃烧所需的风量之比小于1，

形成一道气体成分相对燃烧器中心轴线径向均匀分布的氧化火焰，其中实际风量与用于使由粉煤释放出的气态成分完全燃烧所需的风量之比在1以上，该氧化火焰是通过在还原火焰下游混合来自风嘴的空气而形成的，

将在风嘴出口处的气流的轴向动量与在粉煤喷嘴出口处的粉煤流的射轴向上的动量之比设定为5-7，

使来自风嘴的空气以相对粉煤喷嘴的中心轴成35-55度角地喷射。

3.如权利要求1或2所述的粉煤燃烧方法，其特征在于：在粉煤喷射方向上，与粉煤燃烧器前端距离燃烧器喉部直径两倍的地方的燃烧器附近形成了一道其长度在垂直于粉煤喷射方向的径向上是燃烧器喉部直径的1-1.5倍的火焰，

在该燃烧器附近的下游形成了一道其长度在径向上是燃烧器喉部直径的两倍以上的火焰。

4.如权利要求1或2所述的粉煤燃烧方法，其特征在于，从所述燃烧器提供数量足以使粉煤充分燃烧的空气、并且使来自粉煤喷嘴的粉煤流的速度至少为20米/秒。

5.如权利要求3所述的粉煤燃烧方法，其特征在于，从所述燃烧器提供数量足以使粉煤充分燃烧的空气、并且使来自粉煤喷嘴的粉煤流的速度至少为20米/秒。

6.一种粉煤燃烧器，包括：

一个用于喷射粉煤和一次风的混合物的粉煤喷嘴；

一个用于喷射二次风的二次风嘴，该二次风嘴与该粉煤喷嘴同心地布置在该粉煤喷嘴的外周上；

一个用于喷射三次风的三次风嘴，该三次风嘴与该二次风嘴同心地布置在二次风嘴的外周上；

一个设置在该二次风嘴外周壁的前端上的倒锥部；

其特征在于：还包括：

一个用于使来自二次风嘴的二次风在外周侧流动并由此使二次风沿该二次风嘴的倒锥部流动的流体调节机构；同时，提供足以使来自燃烧器的粉煤充分燃烧的所需空气而将在粉煤喷嘴出口处的粉煤流的喷射方向上的动量与在所述风嘴出口处的气流所具有的轴向动量之比设定为1∶5-7，使来自风嘴的空气以相对粉煤喷嘴的中心轴成35-55度角地喷射。

7.如权利要求6所述的粉煤燃烧器，其特征在于，该流体调节机构是以比设置在二次风嘴外周壁前端上的倒锥部更小的锐角设置在二次风嘴内周壁前端上的导流叶片。

8.一种采用了如权利要求6或7所述的粉煤燃烧器的粉煤燃烧设备。

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