CN1226654A - 粉煤燃烧器和有关的燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种粉煤燃烧器及其燃烧方法,其中出现的氮氧化物变少,未燃烧的碳变少。其中,该燃烧器设有用来注入粉煤和空气的混合物的一个粉煤喷嘴(10)和用来喷射空气的一个空气喷嘴(11),由上述粉煤燃烧器形成的燃烧火焰形成了在火焰的径向上的中心部分的气相空气比为1或较低的一个区域,并有在该区域的外面在燃烧器的射流口附近的气相空气比大于1的一个区域,以及在火焰的下游侧的气相空气比为1或较低的一个区域。

Description

粉煤燃烧器和有关的燃烧方法

本发明涉及粉煤燃烧器和有关的燃烧方法，更具体地说，涉及采用气动地运送和燃烧粉煤的一种粉煤燃烧器的燃烧方法。

迄今，在这类通常采用的粉煤燃烧器中，在燃烧过程中出现氮氧化物是一个大问题。特别是，与气体燃料和液体燃料相比，煤含有大量的氮。因此，减少粉煤燃烧所产生的氮氧化物比在气体燃料或液体燃料的燃烧情况下更困难。粉煤燃烧所产生的氮氧化物几乎全部是由氧化煤中所包含的氮产生的，这就是，所谓燃料的氮氧化物。为了减少燃料的氮氧化物，已经研究了多种燃烧器结构和燃烧方法。作为燃烧方法之一，有一种方法在火焰中形成一个氧含量低的区域，并利用氮氧化物的还原反应，当氧的含量低时此种还原反应进行得较强烈。例如，JPA1-305206,JPA3-211304,JPA9-170714,JPA3-110308等公布了一种产生低氧浓度气氛的火焰(还原火焰)并使煤完全燃烧的方法，以及一种结构，该结构有用来在它的中心气动地运送煤的燃料喷嘴和设在该燃料喷嘴外面的空气注入喷嘴。即，在这些方法中，在火焰内形成一个氧浓度低的区域，在此还原火焰区域中进行氮氧化物的还原反应，使在火焰内出现的氮氧化物的数量减到较少。

还有，JPA3-211304,JPA9-170714和JPA3-110308公布了通过在粉煤喷嘴的顶部设置一个火焰稳定环或障碍物在粉煤喷嘴的顶部的下游侧形成再循环气流。即，因为高温气体停留在此再循环气流的内部，进行粉煤的点火，并可以提高火焰的稳定性。

一般说来，因为煤的点火性能没有其它燃料好，即使采用了上述的各种方法，提高煤的点火性能是困难的。因此，在煤的燃烧中，氧的消耗进展得不快，很难形成还原区域。为了形成一个还原区域，必须在粉煤喷嘴附近抑制燃料与由空气喷嘴喷射的空气的混合。因此，迄今，通常，通过以涡流的方式供应由空气喷嘴供应的空气来抑制与燃料的混合。然而，当把强的涡流加到空气时，由于离心力，即使在与燃烧器分开的一个下游部分(距离比燃烧器的喉道的直径的三倍大)空气与燃料的混合还没有进行，难以实现完全的燃烧。因此，在这类粉煤燃烧器中，存在氮氧化物容易出现的问题，并且，未燃烧的碳留在粉煤的燃烧灰烬中。

由于上面的情况，提出了本发明，本发明的一个目的是提供一种粉煤燃烧器，通过此燃烧器，氮氧化物出现的数量变小，在粉煤的燃烧灰烬中的剩余的未燃烧的碳变少，并提供了使用此粉煤燃烧器的一种燃烧方法。

本发明实现上述目的是靠使用一种粉煤燃烧器的一种燃烧方法，该燃烧器设有用来注入粉煤和空气的混合物的一个粉煤喷嘴和一个空气喷嘴，该空气喷嘴设在粉煤喷嘴的外周边部分上，使得围绕着该粉煤喷嘴，用来注入空气，其中，由粉煤燃烧器形成的燃烧火焰有在火焰的径向上的中心部分形成的气相空气比为1或较低的一个区域，并有在该区域的外面在所述粉煤燃烧器的注入口附近形成的气相空气比大于1的一个区域，以及在下游侧在火焰的里面形成的气相空气比为1或较低的一个区域。

还有，在使用一种粉煤燃烧器的一种燃烧方法中，该燃烧器设有用来注入粉煤和空气的混合物的一个粉煤喷嘴和一个空气喷嘴，该空气喷嘴设在粉煤喷嘴的外周边部分上，使得围绕着该粉煤喷嘴，用来注入空气，把本发明作成：由粉煤喷嘴以直的射流方式喷出和供应粉煤混合物流体，以直的气流没有涡漩或漩涡数为0.8或更低的弱涡漩气流的方式在与粉煤喷嘴以关于粉煤喷嘴的中心轴线30度到50度的一个角度分开的一个方向上喷出空气，并且，由空气喷嘴供应的空气的喷射速度比由粉煤喷嘴供应的粉煤混合物流体的喷射速度要大。

还有，在这种情况下，由空气喷嘴喷出的空气的喷射速度与粉煤喷嘴混合物流体的喷射速度比为2∶1与3∶1之间。

还有，在使用一种粉煤燃烧器的一种燃烧方法中，设有一种粉煤燃烧器，它有用来注入粉煤和空气的混合物的一个粉煤喷嘴和一个空气喷嘴，该空气喷嘴设在粉煤喷嘴的外周边部分上，使得围绕着该粉煤喷嘴，用来注入空气，它还有设置在粉煤燃烧器下游侧的一个空气供应装置，用来供应第二燃烧空气，把该燃烧器做成实现两阶段燃烧，把该方法作成：由空气喷嘴提供的空气的数量比为了使由粉煤喷嘴供应的燃料完全燃烧所必须的空气数量少，所短缺的空气数量由空气供应装置提供，并且，由粉煤燃烧器在与第二燃烧空气混合之前所形成的燃烧火焰有在火焰的径向上的中心部分形成的气相空气比为1或较低的一个区域，并有在该区域的外面在粉煤燃烧器的注入口附近形成的气相空气比大于1的一个区域，以及在下游侧在火焰的里面形成的气相空气比为1或较低的一个区域。

还有，在使用一种粉煤燃烧器的一种燃烧方法中，设有一种粉煤燃烧器，它有用来注入粉煤和空气的混合物的一个粉煤喷嘴和一个空气喷嘴，该空气喷嘴设在粉煤喷嘴的外周边部分上，使得围绕着该粉煤喷嘴，用来注入空气，它还有设置在粉煤燃烧器下游侧的一个空气供应装置，用来供应第二燃烧空气，把该燃烧器做成实现两阶段燃烧，把该方法作成：由空气喷嘴供应的空气的数量比为了使由粉煤喷嘴供应的燃料完全燃烧所必须的空气数量少，由粉煤喷嘴以直的射流方式喷出和供应粉煤混合物流体，所短缺的空气数量由空气供应装置提供，并且，以直的气流没有涡漩或漩涡数为0.8或更低的弱涡漩气流的方式在与粉煤喷嘴以关于粉煤喷嘴的中心轴线30度到50度的一个角度分开的一个方向上喷出空气，以及，由空气喷嘴供应的空气的喷射速度比由粉煤喷嘴供应的粉煤混合物流体的喷射速度要大。

还有，在本发明中，一种粉煤燃烧器设有用来注入粉煤和空气的混合物的一个粉煤喷嘴和一个空气喷嘴，该空气喷嘴设在粉煤喷嘴的外周边上，使得围绕着粉煤喷嘴，用来注入空气，本发明使得：把粉煤喷嘴做成以直的射流方式喷出和供应粉煤混合物流体，把空气喷嘴做成以直的气流没有涡漩或漩涡数为0.8或更低的弱涡漩气流的方式在与粉煤喷嘴以关于粉煤喷嘴的中心轴线30度到50度的一个角度分开的一个方向上喷出空气，并使得空气的喷射速度比由粉煤喷嘴供应的粉煤混合物流体的喷射速度要大。

还有，在一种粉煤燃烧器中，它设有用来注入粉煤和空气的混合物的一个粉煤喷嘴和一个空气喷嘴，该空气喷嘴设在粉煤喷嘴的外周边上，使得围绕着此粉煤喷嘴，用来注入空气，在所述空气喷嘴的空气喷射出口部分上设置一块射流空气引导板，它对于粉煤喷嘴的中心轴线有30度到50度的一个角度，引导喷射的空气在径向上向外流动。

还有，在这种情况下，把射流空气引导板的下游侧端部做成位于空气喷嘴的一个外周边壁的喉道部分的延长线上，或在比该延长线在径向上的外侧。还有，把该引导板的空气流动通道侧壁做成对于空气流为平滑的弯曲的壁表面。

在一种粉煤燃烧器中，它包括用来注入粉煤和主要空气的混合物流体的一个粉煤喷嘴，用来喷出第二空气的一个第二空气喷嘴，用来喷出第三空气的一个第三空气喷嘴，每个空气喷嘴与粉煤喷嘴同圆心地并列，并设在该粉煤喷嘴的外周边上，本发明使得：把粉煤喷嘴做成以直的射流方式喷出和供应粉煤与主要空气的混合物流体，把第三空气喷嘴做成以直的气流没有涡漩或漩涡数为0.8或更低的弱涡漩气流的方式喷出第三空气，并且，把空气喷射出口做成以关于粉煤喷嘴的中心轴线30度到50度的一个角度喷出第三空气，并使得空气的喷射速度比由粉煤喷嘴供应的粉煤混合物流体的喷射速度要大。

即，用此种粉煤燃烧器，或在如上面提到的燃烧方法中，由上面提到的粉煤燃烧器形成的燃烧火焰在燃烧器的喷射口附近有在火焰的径向上的中心部分形成的气相空气比为1或较低的一个区域，并有在该区域的外面形成的气相空气比大于1的一个区域，使得在粉煤火焰的中心部分，氧气由于燃烧反应而被消耗掉，并形成了低氧浓度的还原火焰17。由于在还原火焰的径向上的外面燃料的浓度低，不继续消耗氧，所以形成了氧的浓度高的氧化区域。还有，因为进行了燃烧，所以在下游侧在火焰的里面形成了气相空气比为1或较低的一个空气比均匀的区域，并且，气相空气比的改变为0.2或更低，由空气喷嘴喷出的空气在火焰的后阶段部分与在火焰的中心部分流动的粉煤彼此混合。因为在由还原火焰和氧化火焰组成的火焰的前阶段部分中已经把氧消耗掉，在火焰的后阶段部分中低氧浓度的还原火焰在径向上扩展开，因此，大部分粉煤在还原区域中通过，所以由于火焰的前阶段部分的氧化火焰而出现的氮氧化物也被减少，还有，空气的分布变得均匀，使得不会形成气相空气比特别低的区域，因此，燃烧反应进行得较好，并可以改进燃烧效率，并减少在燃烧灰烬中未燃烧的碳含量。

图1为本发明的粉煤燃烧器的一个实施例的竖直剖面侧视图；

图2为传统的粉煤燃烧器的竖直剖面侧视图；

图3为示出用本发明的粉煤燃烧器和传统的粉煤燃烧器的检查结果的图；

图4为本发明的粉煤燃烧器的另一个实施例的竖直剖面侧视图；

图5为传统的粉煤燃烧器的竖直剖面侧视图；

图6为传统的粉煤燃烧器的竖直剖面侧视图；

图7为本发明的粉煤燃烧器的另一个实施例的主要部分的放大的侧视图；

图8为本发明的粉煤燃烧器的另一个实施例的主要部分的放大的侧视图；

图9为本发明的粉煤燃烧器的另一个实施例的竖直剖面侧视图；

图10为图9的粉煤燃烧器的前视图；

图11为本发明的粉煤燃烧器的另一实施例的前视图；

图12A和12B为气相空气比的分布图；以及

图13A和13B为传统的粉煤燃烧器的竖直剖面侧视图。

实施例1

下面将参考着图1和2描述本发明的第一实施例。图1为本发明的粉煤燃烧器的第一实施例的示意图，而图2为一个示意图，示出了一个传统的燃烧器，为的是与图1中所示的粉煤燃烧器作比较。

标号10表示用来气动地运送粉煤的一个粉煤喷嘴，没有画出它的上游侧，但是其上游侧连接到运送管道上。标号11为设在该粉煤喷嘴10的外面的的一个空气喷嘴，标号12表示用来燃烧粉煤和由粉煤燃烧器喷射出的空气的炉子空间。箭头13表示由粉煤喷嘴10喷出的粉煤流，而箭头14表示由空气喷嘴11喷出的空气流。标号99表示设置用来帮助燃烧的一个燃油枪。

在此第一实施例中，实现了一种方法(两阶段燃烧法)，其中使由燃烧器供应的空气的数量比实现粉煤的完全燃烧所必须的空气数量稍微少一点，所必须的空气的其余部分在下游测提供。标号19表示为此目的的空气供应装置，即，对于第二阶段燃烧的空气喷嘴，而标号20表示由它供应的空气流。标号18表示第二阶段燃烧空气和由该燃烧器供应的粉煤的燃烧区域。

在此实施例中，由空气喷嘴喷出的空气是由燃烧器喷出的，随后，分开地由在火焰的前阶段部分的火焰的中心流出，并流向在火焰的后阶段部分的火焰的中心(在离开燃烧器喷嘴出口大于燃烧器喉道直径三倍的一个距离的一个分开的位置)。因此，在火焰的前阶段部分中抑制了由空气喷嘴喷出的空气与在火焰中心流动的粉煤的混合，并且，在点火区域15的下游侧，在粉煤火焰的中心部分，氧气由于燃烧反应而被消耗掉，并形成了氧浓度低的还原火焰17。

还有，由于在还原火焰17的径向上的外面燃料的浓度低，不继续消耗氧，所以形成了氧的浓度高的氧化区域16。还有，由空气喷嘴喷出的空气与在火焰的后阶段部分中在火焰中心部分流动的粉煤的混合使在火焰的后阶段部分中低氧浓度的还原火焰在径向上扩展开，这是因为在由还原火焰和氧化火焰组成的火焰的前阶段部分中已经把氧消耗掉。

在本发明中，火焰的径向方向意味着以直角横截箭头13的方向，该箭头示出了粉煤流的方向。燃烧器的径向方向是火焰的扩展方向。

这样，为了使由空气喷嘴喷出的空气流与在火焰的前阶段部分中的中心轴线分开，并随后与在火焰的后阶段部分的中心流动的粉煤流混合，要在以对于粉煤喷嘴的中心轴线30度到50度的一个角度离开粉煤喷嘴的一个方向上喷出空气，使得空气流为一个直的气流，或者是一个弱的涡流，其漩涡数为0.8或更低。在这里，可以由下面的公式得出漩涡数：

漩涡数=(在漩涡方向上的动量)/(轴向上的动量×喉道的外径)。

与在图1中示出的第一实施例相比，在图2中示出的传统的粉煤燃烧器中，以一种由强的涡漩作用力产生涡漩的涡流方式由空气喷嘴11喷出空气，其漩涡数为0.8或更高，从而使被喷出后的空气与中心分开流动，并且，甚至在火焰的后阶段部分中它不与中心部分混合。因此，即使在火焰的后阶段部分，它也已经被分成在火焰中心部分的还原火焰17和在它的外面的氧化火焰16。

在图3中示出了在空气数量与粉煤数量的比值(横坐标)与在炉子出口处氮氧化物的浓度(纵坐标)之间的关系的检查结果。曲线P示出了传统的粉煤燃烧器的性能，而曲线Q为在图1中示出的本发明的粉煤燃烧器的性能。如由图明显地看出的那样，将会注意到，与传统的燃烧器相比，不管空气比为多大，本发明的粉煤燃烧器都有相对较低的氮氧化物的出现比。

在传统的燃烧器中氧化火焰流16和还原火焰流17彼此分开地形成，氮氧化物的还原反应在火焰的中心部分的还原火焰中进行，氮氧化物的产生较少。然而，因为在由还原火焰在径向上向外扩展的氧化火焰中出现氮氧化物，所以由整个火焰产生的氮氧化物的数量变得较大。还有，在还原火焰中，在气相空气比(实际空气的数量与为了实现由粉煤排出的气相成份的完全燃烧所必须的空气数量之比)太低的情况下，例如为0.6，燃烧反应被延迟，使得没有燃烧的物质增加，并有一种担心：这使得燃烧效率降低，并由于在燃烧灰烬中未燃烧的碳的增加，使有效地使用燃烧灰烬成为一个障碍。

如在第一实施例中那样，在一种方法(两阶段燃烧方法)中使由燃烧器提供的空气的数量比粉煤完全燃烧所必须的空气数量要少，而所必须的空气的其余部分在下游提供，在这样的情况下，因为粉煤的燃烧没有继续进行，在为了进行第二阶段燃烧与空气混合的部分出现的氮氧化物增加。

相反，在本发明的前面的实施例中，还原火焰在火焰的后阶段部分中在径向的方向上扩展，因此，大部分粉煤在还原区域中通过，从而在火焰的前阶段部分的氧化火焰中产生的氮氧化物也被减少。还有，与传统的燃烧器相比，因为空气的分布变得均匀，不会形成气相空气比特别低的区域。因此，燃烧反应进行得比在图2中示出的传统的燃烧器示例更充分，改进了燃烧效率，并减少了在燃烧灰烬中未燃烧的碳含量。还有，因为在与为了第二阶段燃烧的空气混合之前已经进行了粉煤的燃烧反应，所以由于与为了第二阶段燃烧的空气的混合而出现的氮氧化物变得较少。实施例2

图4为粉煤燃烧器的一个示意图，示出了本发明的第二实施例。图5为传统的燃烧器的示意图，示出它是为了与在图4中所示的粉煤燃烧器作比较。下面将参考着图4描述本发明的第二实施例。

在图4中，把空气喷嘴分成两个，第二空气喷嘴32和第三空气喷嘴33。在这里，第二空气喷嘴32用来在粉煤喷嘴10与第三空气喷嘴33之间提供一个间隔。在粉煤喷嘴与第三空气喷嘴彼此分开的情况下，该燃烧器由于燃烧而被损坏，当第二空气不从第二空气喷嘴32中流出时，不能使用该燃烧器。因此，由第二空气喷嘴32流出的第二空气做为一种冷却气体。第二空气的数量足以作为第三空气的数量的1/3。为了使第二空气沿着后面将描述的引导板21流动，并使它离开粉煤喷嘴10一定距离，在火焰稳定环31的形状上采取某些措施。即，火焰稳定环31的顶部在径向的方向上向外伸展。还有，在粉煤喷嘴10的中心部分设有一个缩喉管24和一个芯轴状的障碍物25，在火焰稳定环31附近粉煤的浓度提高，从而在火焰稳定环31附近粉煤的点火较早，还原火焰区域17扩展。还有，在图4中示出的本实施例与传统的燃烧器不同，它在粉煤喷嘴的那一侧在第三空气喷嘴33的出口的壁上设有一个引导板21。

靠此引导板21，在喉道部分22使与粉煤喷嘴的中心轴线平行流动的第三空气的方向在径向上朝外的方向上弯曲。引导板21对于喷嘴的中心轴线的倾斜角度34被设定成30-50度。因此，第三空气由燃烧器以对于粉煤喷嘴的中心轴线为30-50度的一个角度喷出。

在由第三空气喷嘴喷出第三空气之前，在火焰的前部中空气与火焰的中心分开地流动，随后，在火焰的后阶段部分(在离开燃烧器喷嘴出口燃烧器喉道直径三倍的一个距离的那部分)中朝向火焰的中心流动，如在图4中由箭头14所示出的那样。这样，在火焰的前阶段部分中，没有进行由第三空气喷嘴喷出的第三空气与在火焰中心流动的粉煤的混合的情况下，由于在粉煤火焰的中心部分的燃烧反应氧被消耗掉，并在点火区域15的下游侧形成氧浓度低的还原火焰17。

还有，因为由于在还原火焰17的在径向上的外侧燃料的浓度低而使氧没有消耗掉，所以形成了氧浓度高的氧化火焰16。还有，由第三空气喷嘴33喷出的第三空气与在火焰中心部分流动的粉煤在火焰的后阶段部分中混合。这是，因为在由还原火焰17和氧化火焰16组成的火焰的前阶段部分中已经把氧消耗掉，在火焰的后阶段部分中氧浓度低的还原火焰在径向的方向上扩展。

因为在火焰的后阶段部分中还原火焰在径向的方向上扩展，大部分粉煤在还原区域中通过，而由于火焰的前阶段部分的氧化火焰而出现的氮氧化物也会减少。

还有，与传统的燃烧器相比，空气的分布变得均匀，使得不会形成气相空气比非常低的区域。因此，燃烧反应进行得比在图5示出的传统的燃烧器中更充分，并实现了燃烧效率的改善和在燃烧灰烬中未燃烧的碳的减少。还有，在与第二阶段空气混合之前已经进行了粉煤的燃烧反应，所以由于与第二阶段燃烧空气混合而出现的氮氧化物变少。

这样，为了使来自第三空气喷嘴的第三空气在火焰的前阶段部分与中心轴线分开地流动，并使它在火焰的后阶段部分中与在中心流动的粉煤混合，希望以对于粉煤喷嘴的中心轴线30-50度的一个角度喷出上面提到的第三空气，并以直的气流或以弱的涡漩气流提供第三空气。而，因为第三空气的离心作用力小，在火焰的后阶段部分中实现与粉煤的混合。

还有，希望以比由粉煤喷嘴喷出的粉煤流更高的速度喷出第三空气。这时，第三空气流的动量变得比粉煤流的动量大，使得第三空气的喷出方向变得比较难以受到粉煤流影响。因此，在燃烧器附近抑制了第三空气与粉煤的混合。

还有，像在图4中所示的第二实施例中那样，希望引导板21在径向上向外比喉道部分22的外周边壁的伸展线更多地伸展，喉道部分22的外周边壁的流动路径平行于粉煤喷嘴的中心轴线。第三空气与粉煤流平行地流动，而在喉道部分它的喷出方向被引导板21改变。然而，在引导板较短的情况下，如在图6中所示出的那样，形成了方向没有被引导板改变像箭头34所示出的那样的气流，而该流动变成在靠近燃烧器的一个位置容易与粉煤流混合。靠这种结构，因为在点火时间第三空气与粉煤混合，所以火焰温度被降低，并使点火延迟，而还原区域变得比较难以形成，使得在炉子出口处的氮氧化物的浓度提高。

还有，在把空气喷嘴在径向上分成多个喷嘴的情况下，像在本实施例中那样，因为可以通过各自的空气喷嘴改变空气的注入比，所以可以通过调节混合位置和空气与粉煤的混合比使氮氧化物产生的数量和在燃烧灰烬中未燃烧的碳变得适当。实施例3

图7为粉煤燃烧器的喉道部分的放大图，示出了本发明的第三实施例。在此实施倒中，把引导板21设在粉煤喷嘴的那一侧在第三空气喷嘴33的出口的壁上。在引导板的第三空气喷嘴那一侧上形成一个流动路径，它对于第三空气流有一个弯曲的表面，使得流动路径平滑地改变。还有，在图8中，示出了另一种粉煤喷嘴的一个放大图，为的是解释第三实施例。

在图8中，当引导板21使在第三空气喷嘴中流动的第三空气的气流源弯曲时，在喉道部分与引导板之间在连接部分上形成了一个停留区域35，流动在此区域中被延迟。来自炉子内的火焰的辐射使引导板21的温度提高。由于流过那里的空气的对流传热和构成引导板的材料的热传导使引导板21冷却。当形成停留区域35时，在停留区域中的对流传热减小，使得引导板的温度上升，并增加了燃烧损坏的可能性。

通过使流动路径变平滑，使得不形成此停留区域，如在图7中所示出的那样。这时，空气流的对流传热可以冷却引导板21。还有，因为在引导板与喉道部分之间的连接部分的结构件变厚，在该结构件中的热传导变成较强，从而抑制引导板的温度提高，并可以延长它的使用寿命。实施例4

图9为一个粉煤燃烧器的示意图，示出了本发明的第四实施例。还有，图10为在图9中所示的粉煤燃烧器的由炉子那侧看的前视图。在图9中，标号10表示用来气动地运送粉煤的粉煤燃烧器，它的上游侧没有画出，但是，它被连接到输送管道上。标号11表示一个空气喷嘴，把它设置成围绕着粉煤燃烧器。粉煤喷嘴10被分成多个喷嘴，空气喷嘴也可以分成多个空气喷嘴。

还有，标号12表示用来使粉煤和由燃烧器喷出的空气燃烧的炉子空间。箭头13表示由粉煤喷嘴喷出的粉煤流，而箭头14表示由空气喷嘴喷出的空气流。还有，在此实施例中，使用一种方法(两阶段燃烧法)，在此方法中，使由燃烧器喷出的空气的数量比完全燃烧粉煤所必须的空气数量稍微少一点，并且，在下游提供所必须的空气的其余部分。标号19表示对于第二燃烧空气的空气喷嘴，箭头20表示第二阶段燃烧空气的气流。标号18表示第二燃烧空气与燃烧器供应的粉煤的燃烧区域。

在本实施例中，由空气喷嘴喷出的空气与在火焰的前阶段部分中的中心分开地流动，并随后在由燃烧器喷出之后在火焰的后阶段部分中(在离开燃烧器喷嘴出口大于燃烧器喉道直径三倍的一个距离的一个分开的位置)朝向火焰的中心流动。因此，在火焰的前阶段部分中抑制了由空气喷嘴喷出的空气与在火焰中心流动的粉煤的混合，并且，在点火区域15的下游侧，氧气由于在粉煤火焰的中心部分的燃烧反应而被消耗掉，并形成了氧浓度低的还原火焰17。

还有，在还原火焰17的径向上的外侧因为氧的浓度低，不继续消耗氧，所以形成了氧的浓度高的氧化区域16。还有，在火焰的后阶段部分中，当由空气喷嘴喷出的空气与在火焰中心部分流动的粉煤混合时，因为在由还原火焰和氧化火焰组成的火焰的前阶段部分中已经把氧消耗掉，在火焰的后阶段部分中低氧浓度的还原火焰在径向上扩展开。

这样，为了使由空气喷嘴喷出的空气与在火焰的前阶段部分中的中心轴线分开地流动，并使它与在火焰的后阶段部分的中心流动的粉煤混合，要在以对于粉煤喷嘴的中心轴线大于30度并小于50度的一个角度喷出上面提到的空气。

在图9中示出的实施例中，在火焰的后阶段部分中在径向上扩展的还原火焰在火焰内扩展。因此，因为大部分粉煤在还原区域中通过，所以由于火焰的前阶段部分的氧化火焰出现的氮氧化物也被减少。还有，与传统的燃烧器相比，空气的分布变得均匀，不会形成气相空气比特别低的区域。因此，燃烧反应进行得较好，改进了燃烧效率，并减少了在燃烧灰烬中未燃烧的碳含量。还有，因为在与第二阶段燃烧空气混合之前已经进行了粉煤的燃烧反应，所以由于与为了第二阶段燃烧的空气的混合而出现的氮氧化物变成较少。实施例5

图11为由炉子的那侧取的一个粉煤燃烧器的前视图，示出了第五实施例。沿着图11中所示的粉煤燃烧器的线A-A所取的剖面图与图1中所示出的相同。本发明的空气喷嘴有多个空气喷嘴11构成，并围绕着粉煤喷嘴10设置，使得包围着喷嘴10。每个空气喷嘴11对炉子的出口关于粉煤喷嘴的中心轴线倾斜大于30度并小于50度的一个角度，空气以对于粉煤喷嘴的中心轴线大于30度并小于50度的一个角度由空气喷嘴11喷出。

在本实施例中，由空气喷嘴11喷出的空气与在火焰的前阶段部分中的中心分开地流动，并随后在由燃烧器喷出之后在火焰的后阶段部分中(在离开燃烧器喷嘴出口大于燃烧器喉道直径三倍的一个距离的一个分开的位置)朝向火焰的中心流动，如由箭头14所表示的那样。因此，在火焰的前阶段部分中抑制了由空气喷嘴11喷出的空气与在火焰中心流动的粉煤的混合，并且，在点火区域15的下游侧，氧气由于在粉煤火焰的中心部分的燃烧反应而被消耗掉，并形成了低氧浓度的还原火焰17。

还有，在还原火焰17的径向上的外侧因为氧的浓度低，不继续消耗氧，所以形成了氧的浓度高的氧化区域16。还有，在火焰的后阶段部分中，当由空气喷嘴喷出的空气与在火焰中心部分流动的粉煤混合时，因为在由还原火焰和氧化火焰组成的火焰的前阶段部分中已经把氧消耗掉，在火焰的后阶段部分中低氧浓度的还原火焰在径向上扩展开。

这样，为了使由空气喷嘴喷出的空气与在火焰的前阶段部分中的中心轴线分开地流动，并使它与在火焰的后阶段部分的中心流动的粉煤混合，要在以对于粉煤喷嘴的中心轴线大于30度并小于50度的一个角度喷出上面提到的空气。

因此，因为大部分粉煤在还原区域中通过，所以由于火焰的前阶段部分的氧化火焰出现的氮氧化物也被减少。还有，与传统的燃烧器相比，在传统的燃烧器中空气以关于粉煤喷嘴的中心轴线小于30度的一个角度由空气喷嘴11喷出，空气的分布变得均匀，使得不会形成气相空气比特别低的区域。因此，燃烧反应进行得较好，改进了燃烧效率，并减少了在燃烧灰烬中未燃烧的碳含量。还有，因为在与第二阶段燃烧空气混合之前已经进行了粉煤的燃烧反应，所以由于与为了第二阶段燃烧的空气的混合而出现的氮氧化物变成较少。实施例6

图12A和12B示出了用传统的燃烧器和本发明的实施例在粉煤燃烧炉内部气体分布的比较。在这里，示出了气相空气比作为气体浓度分布。如上面所提到的那样，气相空气比是实际空气数量与使由粉煤作为气体排放出的成份完全燃烧所必须的空气数量之比。气相空气比为1或较少的区域代表氧浓度低的还原火焰，而1或更高的区域代表氧化火焰。通过由气体成份得到每个元素的数量和由为了完全燃烧每个元素所必须的氧原子数和在气体成份中实际包括的氧原子数来计算气相空气比。

图12A和12B示出了沿着圆柱形炉子的中心轴线所取的剖面。图12A和12B的每个下侧边，它的上侧边和它的右侧边分别代表中心轴线，炉子的壁和炉子的出口。把粉煤燃烧器装在图12A和12B中的炉子的左端，对于第二燃烧空气的空气注入口设在炉子侧壁上，在离开粉煤燃烧器大约6米的下游。

图12A为在使用图13A中所示的传统的粉煤燃烧器时的情况下的气相空气比的分布，而图12B为在使用图13B中所示的本发明的粉煤燃烧器时的情况下的气相空气比的分布。

在图12A和13A中所示的传统的粉煤燃烧器中，强烈的涡漩加到由燃烧器的空气喷嘴喷出的空气上，靠近侧壁的空气流与中心轴线分开，如图12A的箭头所示出的那样。因此，在由燃烧器到离开燃烧器6米的位置的区域内的气相空气比被分成在侧壁附近大于1的氧化火焰和靠近中心轴线的小于1的还原火焰。

相反，在在图12B和13B中所示的本发明的粉煤燃烧器中，由燃烧器的空气喷嘴喷出的空气与传统的燃烧器相比加上了较弱的涡漩，并且，以关于粉煤喷嘴的中心轴线大于30度并小于50度的一个角度与粉煤喷嘴分开的一个方向上喷出。因此，如图12B中的箭头所示出的那样，由空气喷嘴喷出的空气与靠近燃烧器的中心轴线分开地流动(在由燃烧器到离开燃烧器3米距离的一个位置的区域中)，并在该区域的下游侧朝向中心轴线流动。因此，气相空气比为1或较小的一个还原火焰区域在火焰的下游侧在径向上向炉子的内部扩展，即，在该区域中在为了第二阶段燃烧的空气注入口之前在径向上向炉子的内部扩展。

因此，因为大部分粉煤在还原区域中通过，所以由于火焰的前阶段部分的氧化火焰出现的氮氧化物也被减少。还有，与在图12A中示出的传统的燃烧器相比，空气的分布变得均匀，使得不会形成气相空气比特别低的区域。因此，燃烧反应进行得较好，改进了燃烧效率，并减少了在燃烧灰烬中未燃烧的碳含量。还有，因为在与第二阶段燃烧空气混合之前已经进行了粉煤的燃烧反应，所以由于与第二阶段燃烧的空气混合而出现的氮氧化物变成较少。

如上面所解释的那样，用此粉煤燃烧器或靠此燃烧方法，如上面所提到的那样，由空气喷嘴喷出空气，使它关于粉煤燃烧器的中心轴线向着一个外周边的方向流动(以与粉煤喷嘴分开的一个方向)。因此，由喷出的空气与在火焰的前阶段部分的火焰的中心分开地流动，并随后朝向在火焰的后阶段部分的火焰的中心(在离开燃烧器喷嘴出口大于燃烧器喉道直径三倍的一个距离的一个分开的位置)流动。

并且，在点火区域的下游侧，在粉煤火焰的中心部分，氧气由于燃烧反应而被消耗掉，并形成了低氧浓度的还原火焰。还有，因为在还原火焰的径向上的外面由于氧的浓度低，不继续消耗氧，所以形成了氧的浓度高的氧化区域。还有，在火焰的后阶段部分中，当由空气喷嘴喷出的空气与在火焰中心部分流动的粉煤混合时，因为在由还原火焰和氧化火焰组成的火焰的前阶段部分中已经把氧消耗掉，低氧浓度的还原火焰在火焰的后阶段部分中在径向上扩展开。

因此，因为大部分粉煤在还原区域中通过，所以由于火焰的前阶段部分的氧化火焰出现的氮氧化物也被减少，并且，空气的分布变得均匀，使得不会形成气相空气比特别低的区域。因此，燃烧反应进行得较好，改进了燃烧效率，并减少了在燃烧灰烬中未燃烧的碳含量。

按照本发明，如上面已经解释的那样，可以得到一种粉煤燃烧器，并用此燃烧器可以得到一种燃烧方法，其中氮氧化物的出现变少，并且，在燃烧灰烬中未燃烧的碳也变少。

Claims (9)

1．使用一种粉煤燃烧器的一种燃烧方法，该燃烧器设有用来注入粉煤和空气的混合物的一个粉煤喷嘴和设在所述粉煤喷嘴的外周边部分上的一个空气喷嘴，用来注入空气，其特征在于，

由所述粉煤燃烧器形成的燃烧火焰有在火焰的径向上的中心部分形成的气相空气比为1或较低的一个区域，并有在所述区域的外面在所述粉煤燃烧器的注入口附近形成的气相空气比大于1的一个区域，以及在下游侧在所述火焰的里面形成的气相空气比为1或较低的一个区域。

2．使用一种粉煤燃烧器的一种燃烧方法，该燃烧器设有用来注入粉煤和空气的混合物的一个粉煤喷嘴和一个空气喷嘴，该空气喷嘴设在所述粉煤喷嘴的外周边部分上，使得围绕着所述粉煤喷嘴，用来注入空气，其特征在于，

由所述粉煤喷嘴以直的射流方式喷出和供应粉煤混合物流体，

以直的气流没有涡漩或漩涡数为0.8或更低的弱涡漩气流的方式在与所述粉煤喷嘴以关于所述粉煤喷嘴的中心轴线30度到50度的一个角度分开的一个方向上喷出空气，以及

由所述空气喷嘴供应的空气的喷射速度比由所述粉煤喷嘴供应的粉煤混合物流体的喷射速度要大。

3．使用一种粉煤燃烧器的一种燃烧方法，使此方法实现两阶段燃烧，此方法设有一种粉煤燃烧器，它有用来注入粉煤和空气的混合物的一个粉煤喷嘴和一个空气喷嘴，该空气喷嘴设在所述粉煤喷嘴的外周边部分上，使得围绕着所述粉煤喷嘴，用来注入空气，它还有设置在所述粉煤燃烧器下游侧的一个空气供应装置，用来供应第二燃烧空气，其特征在于，

由所述空气喷嘴供应的空气的数量比为了使由粉煤喷嘴供应的燃料完全燃烧所必须的空气数量少，

由所述粉煤喷嘴以直的射流方式喷出和供应粉煤混合物流体，

所短缺的空气数量由所述空气供应装置提供，以及

由所述粉煤燃烧器在与所述第二燃烧空气混合之前所形成的燃烧火焰有在火焰的径向上的中心部分形成的气相空气比为1或较低的一个区域，并有在所述区域的外面在所述粉煤燃烧器的注入口附近形成的气相空气比大于1的一个区域，以及在下游侧在所述火焰的里面形成的气相空气比为1或较低的一个区域。

4．使用一种粉煤燃烧器的一种燃烧方法，使此方法实现两阶段燃烧，此方法设有一种粉煤燃烧器，它有用来注入粉煤和空气的混合物的一个粉煤喷嘴和一个空气喷嘴，该空气喷嘴设在所述粉煤喷嘴的外周边部分上，使得围绕着所述粉煤喷嘴，用来注入空气，它还有设置在所述粉煤燃烧器下游侧的一个空气供应装置，用来供应第二燃烧空气，其特征在于，

由所述空气喷嘴供应的空气的数量比为了使由粉煤喷嘴供应的燃料完全燃烧所必须的空气数量少，

所短缺的空气数量由所述空气供应装置提供，以及

以直的气流没有涡漩或漩涡数为0.8或更低的弱涡漩气流的方式在与所述粉煤喷嘴以关于所述粉煤喷嘴的中心轴线30度到50度的一个角度分开的一个方向上喷出空气，以及

由所述空气喷嘴供应的空气的喷射速度比由所述粉煤喷嘴供应的粉煤混合物流体的喷射速度要大。

5．按照权利要求2或4所述的使用一种粉煤燃烧器的一种燃烧方法，其特征在于，由所述空气喷嘴喷出的空气的喷射速度与所述粉煤喷嘴喷出的混合物流体的喷射速度比为2∶1与3∶1之间。

6．一种粉煤燃烧器，它设有用来注入粉煤和空气的混合物的一个粉煤喷嘴和一个空气喷嘴，该空气喷嘴设在所述粉煤喷嘴的外周边上，使得围绕着所述粉煤喷嘴，用来注入空气，其特征在于，

把所述粉煤喷嘴做成以直的射流方式喷出和供应粉煤混合物流体，

把所述空气喷嘴做成以直的气流没有涡漩或漩涡数为0.8或更低的弱涡漩气流的方式在与所述粉煤喷嘴以关于所述粉煤喷嘴的中心轴线30度到50度的一个角度分开的一个方向上喷出空气，并使得空气的喷射速度比由所述粉煤喷嘴供应的粉煤混合物流体的喷射速度要大。

7．一种粉煤燃烧器，它设有用来注入粉煤和空气的混合物的一个粉煤喷嘴和一个空气喷嘴，该空气喷嘴设在所述粉煤喷嘴的外周边上，使得围绕着所述粉煤喷嘴，用来注入空气，其特征在于，

在所述空气喷嘴的空气喷射出口部分上设置一块对空气的引导板，它关于所述粉煤喷嘴的中心轴线有30度到50度的一个角度，引导喷射的空气在径向上向外流动，以及

把所述引导板的下游侧端部做成位于所述空气喷嘴的一个外周边壁的喉道部分的延长线上，或在比该延长线在径向上的外侧。

8．按照权利要求7所述的粉煤燃烧器，其特征在于，把所述引导板的空气流动通道侧壁做成对于空气流为平滑的弯曲的壁表面。

9．一种粉煤燃烧器，它包括用来注入粉煤和主要空气的混合物流体的一个粉煤喷嘴，用来喷出第二空气的一个第二空气喷嘴，用来喷出第三空气的一个第三空气喷嘴，每个空气喷嘴与所述粉煤喷嘴同圆心地并列，并设在所述粉煤喷嘴的外周边上，其特征在于，

把所述粉煤喷嘴做成以直的射流方式喷出和供应粉煤与主要空气的混合物流体，

把所述第三空气喷嘴做成以直的气流没有涡漩或漩涡数为0.8或更低的弱涡漩气流的方式喷出第三空气，以及

把空气喷射出口做成以关于所述粉煤喷嘴的中心轴线成30度到50度的一个角度喷出第三空气，并使得空气的喷射速度比由所述粉煤喷嘴供应的粉煤混合物流体的喷射速度要大。

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