CN1222964A - 影响控制径向分层火焰核心燃烧炉的方法 - Google Patents

Abstract

一种对安装于矿物燃料燃烧炉内的径向分层火焰核心燃烧器(22)实现控制的方法,包括如下步骤:a.确定径向分层火焰核心燃烧器装入燃烧炉内的深度;b.确定径向分层火焰核心燃烧器能产生的允许火焰长度,该长度作为径向分层火焰核心燃烧器装入矿物燃料燃烧炉内深度的函数;c.建立一个空气流外区(24),它是由于喷入为借助径向分层火焰核心燃烧器的运转烧尽矿物燃料所需的空气总量的第一部分而形成的;d.建立一个空气和矿物燃料的内区(26),它是由于喷入为借助径向分层火焰核心燃烧器的运转烧尽矿物燃料所需的空气总量的第二部分以及由于喷入借助径向分层火焰核心燃烧器的运转来烧尽的矿物燃料而形成的;e.通过控制被喷入内区的空气动量矩并控制被喷入内区的矿物燃料的喷射角来控制由径向分层火焰核心燃烧器产生的火焰长度,使由径向分层火焰核心燃烧器产生的火焰长度不大于为装有径向分层火焰核心燃烧器的矿物燃料燃烧炉确立的允许火焰长度。

Description

影响控制径向分层火焰核心燃烧炉的方法

发明背景

本发明涉及径向分层火焰核心燃料炉，它被应用在燃烧煤的燃烧炉的燃烧系统中，更具体地说，涉及影响控制径向分层火焰核心燃烧炉的方法。

在燃烧炉中成功地燃烧矿物燃料已很长时间了。虽然近来愈来愈多地强调尽可能减小空气污染。在这方面，尤其关于Nox控制的问题，业已知道在燃烧炉内燃烧煤期间，会产生氮氧化物。此外，也知道这些氮氧化物主要是由两种独立的机理产生的，它们已被确定为热Nox和燃料Nox。

热Nox由空气中的氮分子和氧分子热固定产生，而空气是在实现矿物燃料燃烧过程中采用的。热Nox的形成速度对局部火焰温度是极为敏感的，而对于氧的局部浓度稍不敏感。实际上，所有的热Nox是在最高温度火焰区形成的。热Nox浓度随后由于燃烧气体的热猝熄而在普遍的程度上被“冻结”在高温区。因此，烟气的热Nox浓度处在火焰峰值温度的平衡特性值和在该烟气温度下的平衡值之间。

另一方面，燃料Nox由某些矿石燃料为煤和重油中有机结合的氮产生。燃料Nox的形成速率通常受矿物燃料和空气流混合速率的强烈影响，尤其受局部氧浓度的影响。然而，由于燃料氮产生的烟气Nox浓度通常仅仅是由矿物燃料中所有氮完全氧化产生的值的一个百分数，例如百分之20至60。因此，按照前面所述，现在容易明白所有Nox的形成是局部氧值和火焰峰值温度两者的函数。

一些年来，就满足限制由于在燃烧炉中燃烧矿物燃料所产生的Nox排放物的需要而言，在现有技术中已采取了各种不同的方法。一种这样的方法把焦点集中在发展所谓的低Nox燃烧系统，它适用于矿物燃料燃烧炉。在这方面，作为例证而不是限制，一个这种低Nox燃烧系统的例子是它构成美国专利NO.5,020,454的主题，其标题为“分组同心切向燃烧系统”，于1991年6月4日公布，已转让给本专利申请同一受让人。按照该专利描述，设置一分组的同心切向燃烧系统，它包括一风箱；第一组燃料喷咀，安装在风箱内，并可操作来将分组燃料喷入该燃烧炉，以便在其中形成第一富燃料区；第二组燃料喷咀，安装在风箱内，并可操作来将分组燃料喷入该燃烧炉，以便在其中形成第二富燃料区；一个偏心空气喷咀，安装在风箱内，用以将空气偏心喷入该燃烧炉内，使偏心空气离开被喷入燃烧炉内的分组燃料，指向燃烧炉壁；一个紧密配合的过热空气喷咀，安装在风箱内，用以将紧密配合的过热空气喷入燃烧炉；和一个单独的过热空气喷咀，安装在风箱内，用以将单独的过热空气喷入燃烧炉。

这种低Nox燃烧系统的另一例子是它构成美国专利NO.5,315,939的主题，其标题为“整体低Nox切向燃烧系统”，于1994年3月31日公布，已转让给本专利申请同一受让人。按照该专利的描述，设置一整体低Nox切向燃烧系统，它包括粉化同体燃料供应装置；火焰接触粉化固体燃料喷咀端部；同心点燃喷咀；紧密配合过热空气；和多级单独过热空气，当采用粉化固体燃料燃烧炉时，该整体低Nox切向燃烧系统能将Nox排放值限制在少于0.15 1L/106BTM，而同时保持烟灰碳少于5％,CO排放物少于百万分之50。

这种低Nox燃烧系统的再一个例子是它构成美国专利NO.5,343,820的主题，其标题为“用于Nox控制的先进的过热空气系统”，公布于1994年9月6日，已转让给本专利申请的同一受让人。按照该专利的描述，设置一种用于Nox的先进的过热空气系统，它包括多高度的过热空气隔室，过热空气供给该隔室，使在它们之间具有预定的最佳过热空气分布，使自单独的过热空气隔室排出的过热空气形成一水平“喷雾”，或使“扇形”分布的过热空气以显著高于以前采用的速度自单独的过热空气隔室排出。

另一方法，在现有技术中采取来满足限制由于在燃烧炉中燃烧矿物燃料而产生的Nox排放物的需要，其焦点集中在发展各种所谓的低Nox燃烧器，它们适用于组合成在矿物燃料燃烧炉内采用的燃烧系统。在这方面，作为例证而不是限制，这种低Nox燃烧器的一个例子是它构成美国专利NO.4,422,931的主题，其标题为“用粉化煤燃烧器燃烧粉化煤的方法”，于1983年12月27日公布，已转让给日本神户的Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha。按照该专利的描述，设置一种低Nox燃烧器，其中粉化煤经低Nox燃烧器的燃烧空气出口与初级空气一起供给，并经一涡旋器喷入燃烧炉内，同时以涡旋方式缓慢流动。二次空气经一个包围燃烧空气出口的内圆环形出口与排气一起喷入燃烧炉，该二次空气按具体情况既可以涡旋方式缓慢流动，也可不以涡旋方式流动。三次空气经包围该内圆环形出口的一外圆环形出口与排气一起喷入燃烧炉，同时以涡旋方式流动。与一次空气一起供给燃烧炉的粉化煤被燃烧，形成一次火焰。粉化煤在低温下与纸O₂一起缓慢燃烧，形成一次火焰，该火焰的亮度低，因为，一次空气占为燃烧所有供给燃烧炉的粉化煤所需空气节的大约20～30％，且被阻止了跟二次及三次空气的混合。粉化煤的挥发组份的燃烧主要引起一次火焰的形成，因此，粉化煤在低温下以低亮度火焰缓慢燃烧。在该种燃烧方式中，极大地产生Nox产物，诸如是引起脱氮反应的活化中间产物的碳氢化合物，NH₃,HON和CO会大量产生，并在非燃烧状态下存在长时期。这样，这些非燃烧组分与Nox反应形成N₂·炭，它作为一次火焰的非燃烧组分大量产生，在二次火焰中被燃烧。剩余的挥发成分主要由二次空气燃烧，二次空气经内圆环形出口喷出，形成二次火焰。大多数炭由二次空气和三次空气燃烧，形成三次火焰区域。二次火焰和三次火焰通过以较低速度和较低温度与O₂燃烧而形成，因为二次和三次空气是为燃烧所有粉化煤所需空气量的大约55～80％，而这些空气包含35～60％的排气。

这种低Nox燃烧器的另一例子是它构成美国专利NO.4,545,307的主题，其标题为“燃烧煤的装置”，公布于1985年10月8日，已转让给日本东京的Babcock-Hitachi Kabushiki kaisha。按照该专利的描述，设置一种低Nox燃烧器，它包括一根插入燃烧炉侧壁上的燃烧器喉口内将煤和空气输入炉内的粉化煤管；一个将煤和空气输入该煤管的装置；一条在该煤管和二次空气输送管之间形成的二次空气通道，该二次空气输送管设在该煤管的外周边上；一条在二次空气输送管外周边上形成的三次空气通道；一个将空气或含氧气体输入二次空气通道和三次空气通道的装置；和一个设在煤管端部的具有L字母形横截面的非流线体。

这种低Nox燃烧器的再一个例子是它构成美国专利NO.4,539,918的主题，其标题为“产生颗粒分离的多环形涡旋燃烧室”，于1985年9月10日公布，已转让给西屋电气公司(Wastinghouse ElecticCozp.)。按照该专利的描述，设置一个低Nox燃烧器，它包括具有不同轴向长度的若干管形件，它们被配置得构成一个具有足以包含轴向间隔的稀、浓燃烧区的尺寸和轴向长度的燃烧器筐；用以支承这些管形件使彼此大致成同轴线和套筒式关系，在各管形件和径向向外配置的紧邻管形件之间为将压力气态反应剂或压力空气流以预定的轴向速度引入该低Nox燃烧器提供一大致环形通道的装置；用以经各环形流道对进入该低Nox燃烧器气态反应剂施加一反向速度的装置，至少进入浓燃烧区的切向流动速度随流动半径增加而增加；用以在至少一个预定的位置将燃料供给该低Nox燃烧器的喷咀装置；这些管形件具有各自的轴向长度，并被这样配置，使这些管形件出口端的轴向位置大致具有增大的半径，并相应配置在顺序的下游位置，切向速度施加装置和至少两个管形件的径向和轴向几何尺寸在控制进口气体压力和气体轴向速度状态下配合，以便a)在低Nox燃烧器的上游部位内限定浓燃烧区，在那里出现不完全燃烧的高温氧，火焰使重复循环流稳定，且基本上无净Nox形成，b)在浓燃烧区产生一环形涡旋，重复循环燃烧空气在冷却围绕浓燃烧区的管形件的内壁面后由涡旋的进口环形空气流恢复供应，c)在浓燃烧区产生足够的燃料颗粒滞留时间，以允许颗粒在朝低Nox燃烧区壁面离心分离之前烧尽，产生切向速度的装置和自围绕浓燃烧区的管形件向外配置的至少两个管形件的径向和轴向几何尺寸在控制进口气体压力和气体轴向速度状态下限定稀薄燃烧区，并在该稀薄燃烧区内产生一环形涡旋，这些管形件被配置成形成一喉区，浓燃烧区收敛于该区，而稀薄燃烧区自该区扩展；还包括当气流通过该喉区时收集和排出自气流中分离的燃烧颗粒。

这种低Nox燃烧器的还有一个例子是它构成美国专利NO.4,845,904的主题，其标题为“特别适用于燃气透平的低Nox浓-稀薄燃烧器”，于1989年7月11日告布，已转让给西屋电气公司。按照该专利的描述，设置一个低Nox燃烧器，它包括管形壁装置，后者具有至少三个顺序配置在下游位置的顺序管形壁部，并沿径向方向相应具有逐渐增加的尺寸，以便沿轴向方向形成一大致向外扩展的燃烧器壁，后者限定一个向外扩展的低Nox燃烧区；用以彼此支承这些管形壁部而形成低Nox燃烧器的例性结构的装置；用以在至少一个预定的位置将燃料供给低Nox燃烧器的喷咀装置；配置各顺序对的相邻管形壁部，以限定一大致环形的进口流道，它在该对径向向内的上游壁部的外表面和该对径向的外的下游壁部的内表面之间沿径向方向延伸，并沿该对径向向外的下游壁部的内表面顺轴向方向向下游进一步延伸，这样，一些顺序的环形流道沿轴向重叠，使这些环流能至少部分混合，以便以径向向内的涡旋流入燃烧区，该壁部的尺寸是这样选定的，且在结构上是这样配合的，使该总的环形空气流除了任何喷咀雾化空气流或其它可提供的特定空气流之外，基本上包括为在燃烧区内的燃料完全燃烧所需的全部压力输入空气流量，并且燃烧空气以支持浓燃烧所需的速率沿燃烧区的轴向区域向内流动，从而能在燃烧区内径向向外和轴向向下游稀薄燃烧；还包括经第一和径向最内的环形流道使输入空气流产生切向速度的第一涡旋装置；经径向向外且自第一环形流道轴向向下流配置的第二环形流道使输入空气流产生切向速度的第二涡旋装置，第一和第二涡旋装置相互关联，以便经第一和第二环形流道产生输入空气流切向速度的负径向梯度，且该切向速度随半径的增大而下降，并在控制输入空气压力和气体轴向速度的状态下在燃烧区的扩展包围层内被控制来使燃烧器轴线上的轴向速度下降，基本上所有的燃烧空气在冷却限定燃烧区的壁部内表面后由涡旋的环形输入流恢复供应。

这种低Nox燃烧器的再一个例子是它构成美国专利NO.5,411,394的主题，其标题为“降低氮氧化物的燃烧系统”，于1995年3月2日公布，已转让给麻萨诸塞州技术研究院。按照该专利描述设置一种燃烧气体、液体和固体燃料的低Nox燃烧器，其特点为利用由涡流燃烧和气体密度沿横向于流体旋转轴线方向的陡的径向梯度产生的燃料动力学径向分层原理来抑制燃烧器附近的紊流，从而延长了富油热解混合物在与其余的燃烧空气混合之前的滞留时间，以实现完全燃烧。

尽管这些年来在满足限制燃烧炉内由于燃烧矿物燃料而产生的Nox排放物的需要方面，在现有技术中已采取了一些不同的方法，然而，在现有技术中，仍然需要改善在实行这些不同方法中迄今所采用的技术。更具体地讲，按照该三个公开的美国专利关于上面已参考的低Nox燃烧系统的描述而构造的低Nox燃烧系统已被说明来为设计目的而工作。同样，按照该五个公开的美国专利关于上面已参考的低Nox燃烧系统的描述而构造的低Nox燃烧系统已被说明来为设计目的而工作。

尤其是，虽然，构成美国专利NO.5,411,394主题的这类低Nox燃烧器，即所谓的径向分层火焰核心燃烧器，已被说明来为设计目的而工作，然而，关于这种径向分层火焰核心燃烧器需要进一步改进。更具体地说，业已证明，在现有技术中，需能实现对径向分层火焰核心燃烧器的控制。为此，采用矿物燃料燃烧的燃烧炉并不全都包含相邻的深度。这样，虽然，只要采用径向分层火焰核心燃烧器的燃烧炉包含预定的深度，便能实现径向分层，然而，若希望采用径向分层火焰核心燃烧器的燃烧炉包含不同于上述预定的深度，则需要能对径向分层火焰核心燃烧器实现这样的控制，通过采用径向分层火焰核心燃烧器，使力图达到的减少Nox排放物仍然能实现。

概括地说，业已说明，在现有技术中需要一种新的和改善的方法来对径向分层火焰核心燃烧器实现这样的控制，不管燃烧炉可包含的深度如何，径向分层火焰核心燃烧器在可能减少力图达到的Nox排放物方面仍然是有效的。此外，当采用这种新的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法时，不仅应该能减少Nox排放物而不管燃烧炉包含的深度，然而在减少Nox排放物的同时还应有下述作为径向分层火焰核心燃烧器特点为好处。一个好处是受这种新的改善的方法控制的径向分层火焰核心燃烧器，在不采用过热空气或烟气再循环的情况下，仍能将Nox排放物减少到能满足州和联邦Nox规定值的程度。第二个好处是，受这种新的改进的方法控制的径向分层火焰核心燃烧器在燃烧NO.6燃油时能使Nox值小于0.25 1b/MM BTU。第三个好处是受这种新的改善的方法控制的径向分层火焰核心燃烧器具有调节其动量矩和偏移其空气流的能力。第四个好处是受这种新的改善的方法控制的径向分层火焰核心燃烧器具有这样的特点，其操作机构被设置得免受炉子辐射热。第五个好处是受这种新的改善的方法控制的径向分层火焰核心燃烧器具有燃烧多路燃料的能力，即燃烧天然气和煤的能力。第六个好处是受这种新的改善的方法控制的径向分层火焰核心燃烧器实际上能被并入任何新的或现存的燃烧发火系统。第七个好处是受这种新的改善的方法控制的径向分层火焰核心燃烧器实际上能被改装到任何一种锅炉结构上。第八个好处是受这种新的改善的方法控制的径向分层火焰核心燃烧器具有1MM BTU/Hour的燃烧器热量输入率。第九个好处是受这种新的改善的方法控制的径向分层火焰核心燃烧器允许其中选用高级材料，以解决热和/或腐蚀问题。

因此，本发明的一个目的是提供一种新的和改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法。

本发明的另一目的是提供这样一种新的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现这样控制的方法，不管燃烧炉可能包含的深度如何，该径向分层火焰核心燃烧器在力图达到的减少Nox排放量方面仍然是有效的。

本发明的还有一个目的是提供这样一种新的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其中，在不采用过热空气或烟气再循环的情况下，该径向分层火焰核心燃烧器仍能将Nox排放物减少到能满足州和联邦的Nox规定值的水平。

本发明的再一个目的是提供这样一种新的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其中该径向分层火焰核心燃烧器在燃烧NO.6燃油时Nox值能达到少于0.25 1b/MM BTU。

本发明的另一目的是提供这样一种新的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，它具有调节其功能矩偏移其空气流的能力。

本发明的再一个目的是提供这样一种新的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其中该径向分层火焰核心燃烧器具有这样的特点，其操作机构被设置得能免受燃烧炉的辐射热。

本发明的另一目的是提供这样一种新的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其中该径向分层火焰核心燃烧器具有燃烧多路燃料，即石油、天然气和煤的能力。

本发明再有一个目的是提供这样一种新的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其中该径向分层火焰核心燃烧器能被并入任何新的或现存的燃烧发火系统内。

本发明再一个目的是提供这样一种新的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其中该径向分层火焰核心燃烧器能被改装到任何锅炉结构上。

本发明另一个目的是提供这样一种新的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其中该径向分层火焰核心燃烧器具有1MMBTU/Hour的燃烧器热量输入率。

本发明的还有一个目的是提供这样一种新的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其中该径向分层火焰核心燃烧器允许在其中选用高级材料，以解决热和/或腐蚀问题。

发明概述

按照本发明，提供一种对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方式，它特别适用于燃烧矿物燃料炉子的燃烧系统内，以降低Nox排放物。而且，对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的本方法能在实现上述目的同时还能使CO排放物和自矿物燃料燃烧炉排气管道中排出的排气不透明度减至最小，而不扩展由径向分层火焰核心燃烧器产生的火焰包围层。对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的本方法，其中，要将径向分层火焰核心燃烧器装入矿物燃料燃烧炉内，而当这样安装时可减少Nox排放物，包括下列步骤：确定要将径向分层火焰核心燃烧器装入燃烧炉内的深度；规定径向分层火焰核心燃烧器所能产生的容许火焰长度，这个长度是将径向分层火焰核心燃烧器装入矿物燃料燃烧炉内的深度的函数；规定与径向分层火焰核心燃烧器中心线共轴线但保有间隔的空气流外区，这个外区是由于喷入为通过运转径向分层火焰核心燃烧器而燃烧矿物燃料所需总空气量的60％到80％而生产的；规定与径向分层火焰核心燃烧器中心线共轴线的空气流和矿物燃料流内区，这个内区是由于喷入为通过运转径向分层火焰核心燃烧器而燃烧矿物燃料所需总空气量的其余部分以及由于喷入通过运转径向分层火焰核心燃烧器而被燃烧的矿物燃料而产生的；通过控制被喷入内区的空气的动量惯和被喷入内区的矿物燃料的喷射角对由径向分层火焰核心燃烧器产生的火焰长度实现这样控制，使由径向分层火焰核心燃烧器产生的火焰长度不大于为装有径向分层火焰核心燃烧器的矿物燃料燃烧炉规定的允许火焰长度。

附图简介

图1为第一种火焰的示意图，利用本发明的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制这种火焰是可产生的；

图2为第二种火焰的示意图，利用本发明的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，这种火焰是可产生的；

图3为第三种火焰的示意图，利用本发明的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，这种火焰是可产生的；

图4是气体化学当量对分别示于图1、2、3中的各种火焰的滞留时间的曲线图；

图5是径向分层火焰核心燃烧器的第一实施例的透视图，借助于对本发明的径向分层火焰核心燃烧实现控制的方法，该燃烧器能被控制；

图6是示于图5的径向分层火焰核心燃烧器第一实施例的局部侧向剖视图；

图7是径向分层火焰核心燃烧器的第二实施例的侧视图，借助于本发明的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，该燃烧器能被控制。

优先实施例详述

现在参照附图，尤其是参照图1、2和3，其中简明地表示了各种火焰类型，借助于本发明的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，能产生这些火焰。也就是说，在图1中，简略地表明了以标号10总的代表第一种火焰类型。在图2中简略地表示，以标号12总的代表的第二种火焰类型。在图3中简略地表示了以标号14总的代表的第三种火焰类型。为便于更清楚地理解分别简略示于图1、2、3中的火焰类型，按随后更详细描述的方式将空气喷入外区，这些空气在图1、2、3中，分别以相同的标号16总的代表。同样，其余的空气，按随后更详细描述的方式被喷入内区，这些其余的空气在图1、2、3中分别以相同的标号18总的代表。最后，矿物燃料，按随后更详细描述的方式被喷入内区，这些燃料在图1、2、3中分别以相同的标号20总的代表。

接着参照图4，它是与简略示于图1、2、3中的各火焰类型相关的气体化学当量对滞留时间的曲线图。为便于讨论，认为一种火焰类型根据出现气体化学当量均衡化所占据的滞留时间而具有短的或长的或中等的火焰长度，即气体化学当量均衡化出现得越快，火焰长度越短。这样，按上面所述，如参照图4清楚理解的，在图4中绘制了分别简略示于图1、2、3中的各火焰类型，认为火焰类型14代表了具有较火焰类型10和12的火焰长度为短的火焰类型。同样，认为火焰类型10代表了火焰类型12和14的火焰长度为长的火焰类型，而认为火焰类型12代表了具有火焰类型10和14的中间火焰长度的火焰类型。

就低Nox燃烧器而言，业已发现，内部空气分层需要在低Nox燃烧器出口附近形成一个富油高温热能区，此后跟随一个稀薄火焰区，其中可燃热解产物通过与剩余的燃烧空气混合而烧尽。至于径向分层火焰核心燃烧器，在滞留时间内，径向分层扩展到富油高温热解区，从而增强了总的结合的氮转换到N₂的效应。此外，业已判明，在富油高温热解区内早着火和迅速的温升对于达到低Nox排放量是重要的。

关于就简略示于图1、2、3中的火焰类型的上面所述，具有极短火焰长度的火焰类型，为火焰类型14，具有下列特点。诸如火焰类型14的火焰类型由极短而伴有高容量放热的充分搅动的火焰组成。此外，诸如火焰类型14的火焰类型在空气被喷入内区的情况下具有极高的紊流度，而在上述内区内具有单个强烈的内部再循环区，该单个强烈的内部再循环区既不为喷入上述内部内的空气所穿透，也不为喷入上述内区内的矿物燃料所穿透。利用火焰类型14能烧尽被喷入上述内区内的99％矿物燃料。就火焰种类10、12和14来说，火焰种类14具有最高的Nox排放值，因为该富油高温热解区是非常小的，即具有最短的滞留时间，从而限制了燃料N的破裂。然而，火焰类型14依然能使Nox排放量减少到满足州和联邦规定的Nox值的程度。

另一方面，诸如具有长火焰长度的火焰类型10的火焰类型具有下列特点。即，在空气被喷入到上述内区的情况下，诸如火焰类型10的火焰类型具有比火焰类型14较弱的紊流度。此外，诸如具有长火焰长度的火焰类型10的火焰类型还具有这样的特点，它具有两个内部再循环区。其中的一个，即第一内部再循环区，处在由径向分层火焰核心燃烧区产生的火焰轴线上，并且是由喷入上述内区内的空气产生的。而且，该第一内部再循环区完全被喷入上述内区内的矿物燃料所穿透。另一内部再循环区，即第二再循环区，处在第一内部再循环区的下游，且离由径向分层火焰核心燃烧器产生的火焰轴线有一径向位移。该第二内部再循环区是由喷入该外区的空气产生的。由于第一内部再循环区被喷入上述内区内的矿物燃料充分穿透，因此，火焰类型10产生了低Nox而高CO和高阻光度的火焰。

然后考虑诸如具有中等火焰长度的火焰类型12的火焰类型。这种火焰类型也有其特点，在空气喷入上述内区内的情况下，它具有类拟于火焰类型10的紊流度，但比火焰类型14的紊流度较弱。此外，诸如火焰类型12的火焰类型的特点类同于火焰类型10，也具有两个内部再循环区，即一个第一内部再循环区和一个第二内部再循环区。火焰类型12的第一和第二内部再循环区按火焰类型10的第一的第二内部再循环区的情况，相对于由径向分层火焰核心燃烧器产生的火焰轴线彼此定位，并按火焰类型10的第一和第二内部再循环区同样的方式产生。然而，与火焰类型10的情况不同，被喷入上述内区内的空气和矿物燃料在它们被转向沿第二内部再循环区的外部边界流动之前，仅部分地穿透该第二内部再循环区。而火焰类型14，如前所述，其特点为，就火焰类型10、12和14而言，Nox排放量减至最少；而火焰类型10，以前所述，其特点为它产生低Nox、高CO和高阻亮度的火焰；其中火焰12达到最佳、即低Nox、低CO和低阻亮度。

接着参照图5和6，说明以前多次提到的内区和外区，为此，仅详细说明径向分层火焰核心燃烧器的那些部件，诸如在图5和6中以标号22总的代表的径向分层火焰核心燃烧器。为理解这里未详细说明的径向分层火焰核心燃烧器的其余部件，可参加现有技术。

正如参照图6所清楚理解的，以前多次提到的外区包括其直径用标号24代表的区域。另一方面，以前多次提到的内区包括其直径在图中用标号26代表的区域。

接着说明在空气喷入外区24之前流过的径向分层火焰核心燃烧器22的内部流道和在空气与矿物燃料喷入内区26之前流过的径向分层火焰核心燃烧器22的内部流道。为此，再次参照图5和6。如参照图5清楚理解的，径向分层火焰核心燃烧器22是用来在预先设定的值量以被支承关系安装在矿物燃料燃烧炉(未示)的壁内。为此，矿物燃料燃烧炉的壁(未示)设有一适当的开口。按照图5所示的径向分层火焰核心燃烧器的实施例，借助于在图5中用标号28代表的安装装置，可完成将径向分层火焰核心燃烧器22以被支承关系这样安装在矿物燃料燃烧炉壁内的所述开口内(未示)。当这样安装在矿物燃料燃烧炉的壁内(未示)时，在图5中用标号30标识的径向分层火焰核心燃烧炉22的部分伸入为此目的而设置在矿物燃料燃烧炉壁内的开口中(未示)。

接着，在被喷入外区24之前流经径向分层火焰核心燃烧器22的空气经图5中用标号30代表的若干进口进入径向分层火焰核心燃烧器22。为使附图表示清晰，在图5中仅可看到若干进口中的两个。在经为此设置的若干进口30进入径向分层火焰核心燃烧器22后，正如参照图6清楚理解的，空气流经由标号32代表的装置，该装置适用于在空气喷入外面24之前将预定的动量矩传递给空气。如参照图6看到的，装置30适当地处在径向分层火焰核心燃烧器22内部一预定的距离。为易于理解这一点，该预定距离在图6中用标号34标注的箭头表示。由于这样处在径向分层火焰核心燃烧器22的内部，该装置32不易受暴露于矿物燃料燃烧炉(未示)射热的影响。

接着说明经径向分层火焰核心燃烧器被喷入内区26内的空气与矿物燃料的流道。为此再次参照图5和6。正如参照图5所清楚理解的，矿物燃料经由标号36代表的燃料进口进入径向分层火焰核心燃烧器22。在经燃料进口36进入径向分层火焰核心燃烧器之后，矿物燃料在被喷入内区26之前基本上沿径向分层火焰核心燃烧器22的中心线流动。另一方面，被喷入内区26的空气以包围矿物燃料正在流过的流道关系流经径向分层火焰核心燃烧器22。在经为此设置的适当的进口进入径向分层火焰核心燃烧器22后，空气流经在图6中用标号38代表的装置，该装置适于在空气被喷入内区26之前将动量矩传递给空气。如先前在本文中提到的，为燃烧被喷入内区26的矿物燃料所需的总空气量的大约60％至80％被喷入外区24，而所需的其余空气与矿物燃料一起被喷入内区26。而且，又如先前在本文中所提到的，按照本发明，通过控制被喷入内区26内的空气动量矩和控制矿物燃料以此喷入内区26的喷射角，能实现由于被喷入内区26的矿物燃料的燃烧而由径向分层火焰核心燃烧器22所产生的火焰的控制，以获得预定的火焰长度，其中该预定的火焰长度是作为径向分层火焰核心燃烧器22装入的燃料燃烧炉的深度的函数而形成的。

接着参照图7，其中表示了以标号22’总的代表的径向分层火焰核心燃烧器的第二实施例，借助于该实施例，可采用本发明的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法。示于图5和6中的径向分层火焰核心燃烧器22的构造特征和示于图7中的径向分层火焰核心燃烧器22’之间的仅有的主要区别在于被喷入外区24的空气进入径向分层火焰核心燃烧器22和22’所经过的进气口的构造特征。在径向下层火焰核心燃烧器22的情况下，在图5中用标号40代表的过渡件被配置在进口30和径向分层火焰核心燃烧炉22的内部之间。另一方面，在径向分层火焰核心燃烧器22’的情况下，与各进口30相联的过渡件40已被取消，这样，在燃烧器22’的情况下，被喷入外区26的空气在经各进口30进入径向分层火焰核心燃烧器22’后，从那里直接流入径向分层火焰核心燃烧器22’的内部。

因此，按照本发明，提供了一种的改进的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法。按照本发明，还提供这样一种新颖的改进的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，而与燃烧炉可包含径向分层火焰核心燃烧器的深度无关，而在力图达到减少Nox排放量方面仍然有效。此外，按照本发明，提供了这样一种新颖的改善的对径向分层火焰核心燃烧。实现控制的方法，其中，在不采用过热空气或烟气再循环的情况下，仍然能将Nox排放量减少到满足为州和联邦所规定的Nox值的水平。此外，按照本发明，还提供这样一种新颖的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，它在燃烧NO.6燃油时能达到少于0.25 1b/MM BTU的Nox值。此外，按照本发明，提供这样一种新颖的改善的对具有调节动量矩并偏移空气流的能力的径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法。此外，按照本发明，提供这样一种新颖的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，该燃烧器的特点在于其操作机构被配置得能免受炉子辐射热的影响。此外，按照本发明，提供了这样一种新颖的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其中，该燃烧器具有燃烧多种燃料，即燃烧燃油、天然气和煤的能力。此外，按照本发明，提供了这样一种新颖的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其中该燃烧器实际上能被并入任何一种新的或现有的燃烧发火系统内。此外，按照本发明，提供了这样一种新颖的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其中该燃烧器实际上能被改装到任何锅炉结构上。最后第二，按照本发明，提供了这样一种新颖的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其中该燃烧器具有1MM BTU/hour的热输入率。最后，按照本发明，提供了这样一种新颖的改善的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其中该燃烧器容许选用高级材料，藉以解决热和/或腐蚀问题。

虽然已公开了本发明的实施例，然而应当理解，熟悉本技术的人员仍然可容易地对此作出种种改动，其中的一些上面已经提到。因此意欲用所附的权利要求出来覆盖本文所提到的变动以及凡处在本发明的实际精神和保护范围内的所有其它的变动。

Claims (10)

1．一种对安装于矿物燃料燃烧炉内的径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，包括如下步骤：

a．确定径向分层火焰核心燃烧器装入燃烧炉内的深度；

b．确定径向分层火焰核心燃烧器能产生的允许火焰长度，该长度作为径向分层火焰核心燃烧器装入矿物燃料燃烧炉内深度的函数；

c．建立一个空气流外区，它是由于喷入为借助径向分层火焰核心燃烧器的运转烧尽矿物燃料所需的空气总量的第一部分而形成的；

d．建立一个空气和矿物燃料的内区，它是由于喷入为借助径向分层火焰核心燃烧器的运转烧尽矿物燃料所需的空气总量的第二部分以及由于喷入借助径向分层火焰核心燃烧器的运转来烧尽的矿物燃料而形成的；

e．通过控制被喷入内区的空气动量矩并控制被喷入内区的矿物燃料的喷射角来控制由径向分层火焰核心燃烧器产生的火焰长度，使由径向分层火焰核心燃烧器产生的火焰长度不大于为装有径向分层火焰核心燃烧器的矿物燃料燃烧炉确立的允许火焰长度。

2．按权利1要求所述的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其特征在于被喷入外区的空气总量的第一部分包括为借助于径向分层火焰核心燃烧器的运转而燃尽矿物燃料所需空气总量的60％至80％。

3．按权利要求2所述的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其特征在于还包括将空气总量的第一部分喷入之前将动量矩传递给被喷入外区的空气总量第一部分的步骤。

4．按权利要求3所述的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其特征在于空气流的外区与径向分层火焰核心燃烧器的中心线共轴线，但与其保持有间距。

5．按权利要求2所述的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其特征在于被喷入内区的空气总量的第二部分包括为借助于径向分层火焰核心燃烧器的运转而烧尽矿物燃料所需的空气总量的其余部分。

6．按权利要求5所述的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其特征在于空气流和矿物燃料的内区沿径向分层火焰核心燃烧器的中心线伸展。

7．按权利要求6所述的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方式，其特征在于还包括将空气总量的第二部分喷入之前，将动量矩传递给被喷入内区的空气总量的第二部分。

8．按权利要求1所述的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方式，其特征在于借助于径向分层火焰核心燃烧器的运转而烧尽的全部矿物燃料被喷入内区。

9．按权利要求8所述的对径向分层火焰核心燃烧器实现控制的方法，其特征在于矿物燃料沿着径向分层火焰核心燃烧器的中心线被喷入内区。

10．按权利要求1所述的方法，其特征在于径向分层火焰核心燃烧器具有1MM BTU的燃烧器热输入率。

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