CN1315626A - 低NOx粉化燃料燃烧器的空气分配装置 - Google Patents

Abstract

用于一工业炉子或锅炉的一低NO_X粉化燃料燃烧器的一倾斜的空气偏转装置位于在一煤供应喷嘴与在诸管子的炉子端的一包围的圆筒形壁之间的一环形空间里,以将在该环形空间里的主和次转移区空气沿径向朝外改向。该空气偏转装置产生一圆锥形被改向的空气气流,该气流总共包括20°－80°圆锥体的诸相对侧面之间的诸夹角。被改向的空气是来自该燃烧器的总燃烧空气流的约10%,并使在燃烧期间形成的NO_X较低。

Description

低NOX粉化燃料燃烧器的空气分配装置

本发明根据能源部批准的合同DE-AC22-92PC92160得到政府的支持。政府对该发明享有一定的权利。

本发明总的涉及工业发电厂领域，特别涉及一种用于一低NO_X燃烧器的新的和有用的空气分配挡板结构(baffle configuration)。

美国专利5,829,369讲授了一炉子的一种已知型的低NO_X粉化燃料燃烧器，其整个说明书在此被引用了。该燃烧器具有被几个同心的管道包围的一主要的圆柱形煤喷嘴。最接近地包围于该煤喷嘴的一管道形成了一主一次空气转移区。该管道沿着煤喷嘴的炉子端延伸并形成了作为该转移区的一环形管道。有一转移区气流控制套筒位于燃烧器炉子开孔的管道上游，以控制通过环形管道的空气流。

在该环形管道里的空气流平行于被注入燃烧腔里的主空气和煤混合物。当转移区空气在邻接于燃烧区的端部离开该燃烧器时，它还是基本上平行于主空气和煤行进，就如同它被喷入燃烧器内时那样。

在该燃烧器的燃烧腔端的四周由包围着煤喷嘴的诸同心的壳体形成了一或多个次空气区。有若干旋流叶片设置在诸次空气区里，并为可调节的或固定的。在邻接于燃烧腔的边缘处设有一从一最靠近的壳体朝外定向的空气分配锥体。该锥体朝外偏转一些次空气。

在此也被引用的美国专利5,680,823图示出诸不同的锥体形状和能与结合一低NO_X燃烧器使用的定向。该锥形装置用于在煤嘴的出口处将被粉化的煤朝外转向并涡旋，以减少NO_X形成和为燃烧燃料损耗。

尽管已有技术揭示了用于偏转并改变次空气或粉化煤的流动路径的诸装置，未曾有一已有的燃烧腔设计包括了一种用于偏转或改变转移区空气的装置。

本发明的一目的是提供一种用于从燃烧器中心线沿径向朝外引导一部分燃烧空气流的装置。

本发明的另一目的是提供一种用于朝外偏转至少一部分转移区空气的装置。

本发明的还有一目的是进一步减少NO_X的形成和从矿物燃料燃烧器，特别是粉化煤燃烧器的排放。

因此，用于一低NO_X粉化煤燃烧器的一偏转装置位于该燃烧器的转移区环形空间的燃烧腔。该偏转装置具有安装在一煤喷嘴上、形成为该环形空间的内壁的一内部斜面和安装在该环形空间的外壁上的一外部斜面。这两斜面具有互补而相对的表面以形成一横截面减小了的通道，用于利用邻近于煤喷嘴的通道开口和邻近于转移区环形空间的外壁的通道出口转移空气。诸斜面的定向使横截面被减小的通道从燃烧腔嘴沿径向朝外斜入燃烧腔。外部斜面具有一位于环形空间内的部分，用于逐步将横截面面积减小到诸斜面之间的通道。

在另一可选用的实施例中，该煤喷嘴可在端部扩口以取代内部斜面。另外，可在煤喷嘴内部设一转向器。

表征本发明的新颖性的许多特点被尤其在所附的诸权利要求里指出，这些权利要求形成这一公开内容的一部分。为了更好地理解本发明，即对其操作的优点和靠其使用达到的特定目的的理解，可以参阅诸附图和表示了本发明的一最佳实施例的说明书部分。

在诸附图中：

图1是具有本发明的空气偏转装置的一燃烧器的侧向剖视图；

图2是具有图1所示的装置的一煤喷嘴的燃烧器端的立体图；以及

图3是使用空气偏转装置的另一实施例的一燃烧器的侧向剖视图。

现在参阅诸附图，其中相同的标号用来表示相同的或相似的零件，图1表示了用于一燃烧器或锅炉的一低NO_X粉化煤燃烧器10，该燃烧器具有一在邻接于一燃烧室的那一端带一燃料出口25的煤喷嘴20(未图示)。该煤喷嘴20具有一中心线或沿着煤和主空气通过煤喷嘴20的路径指向的纵轴线15。

主空气和供应的煤80在一端进入燃烧器10。偏转器52和圆锥形扩散器54也位于燃烧器10的一端。如图1和3所示，次空气56配备有转移区气流控制阀58、滑动盘60、诸固定叶片62、诸可调叶片64、燃烧器碹口(quarl)66和空气分配圆锥体68。也如图1和3所示的，该燃烧器10的形状也限定了次空气区70。

一圆筒形壁40包围着煤喷嘴20并与之同心，以形成一为转移空气区30的环形空间。煤喷嘴20形成该转移空气区30的内壁，而圆筒形壁40形成转移空气区的外壁。圆筒形壁40和煤喷嘴20的端部基本上是共平面且邻近于燃烧腔，使该转移空气区30与煤喷嘴20终止在同一点。

形成一空气偏转装置的一对斜面100、200恰位于该转移空气区31的燃烧腔端部的内部。在转移空气区30环状空间里两个斜面100和200为环。内斜面200形成在煤喷嘴20上。外斜面100形成在圆筒形壁40上。外斜面100有两个暴露的面(见图2)。内面110和外面120沿着相反的方向倾斜，并在外斜面100的中间的一点上相遇。内面110从圆筒形壁40朝里向煤喷嘴20倾斜，而外面120朝着圆筒形壁40向后倾斜。

内斜面200具有从煤嘴20朝着圆筒形壁40朝外倾斜的一单个的斜面220，并互补和相对于外斜面100的外面120。内斜面220和外面120形成一偏转喷射路径300，在它两之间流动通过转移空气区30的空气从该燃烧器10的纵轴线15沿径向朝外改向。

在图3所示的又一个实施例中，内斜面200由一煤喷嘴20的一扩口端205形成。另外，燃烧器可包括一转向器50、控制杆72和分配圆锥体74。

由斜面100、200形成的空气偏转装置将约10％的总燃烧空气改向为一沿径向发散的类似一中空圆锥体的气流。由斜面100、200形成的空气偏转装置能被定向到一特定的角度，这取决于燃烧器的使用条件。存在于转移区里的转移空气量能被控制，从而用来也能控制改向的空气的速度。

该改向的空气气流与主和次燃烧空气流相互作用，以在燃烧器里形成流动特征和卷吸效应(entrainment effect)，这样就有助于提高火焰稳定性，并比起无空气偏转装置的燃烧器来，具有较高的燃烧效率和较低的NO_X辐射。空气气流从煤喷嘴朝外沿径向的偏转增加了燃烧器附近的气流的再循环，并膨胀了氧气不足的主燃烧区的容积。通过制造携氮物质，如HCN、CN、N、NH和NH₂(这些物质与NO_X作用以将NO_X转化为N₂(元素氮))，这些条件使NO_X的形成和污染物排放最小化。另外，火焰点燃和稳定性提高了燃烧效率和燃料燃尽，这样减少了从该炉子排放CO和未燃易燃物。

对图1所示的一粉化煤燃烧器在由一种高挥发性粉化东方沥青煤提供的1亿Btu/小时热量输入条件下进行的测试，相对于Babcock & Wilcox的标准的DRB-4Z(Babcock & Wilcox的一商标)燃烧器，揭示出10％-20％的低NO_X排放、10％-60％的低CO排放和高达35％的点燃损耗(loss on ignation)。点燃损耗涉及燃烧无效的大小。

该测试使用了一相对于燃烧器10的纵轴线15为25°的倾斜路径角(ramppath angle)。如此，锥形气流的全角度为50°。在测试期间次空气的速度是标称5,500英尺/分钟(fpm)。

采用其他的角度和速度能获得本发明的低NO_X排放和其他的好处。用于由斜面100、200形成的空气偏转路径的最佳的偏转角为10°-40°，或20°-80°的从纵轴线15的全发散角。标称的次空气速度能从约4,500fpm变化到7,500fpm。

尽管表示了本发明的一个特定的实施例并作了详细描述以示出本发明原理的使用，本发明可以另外方式实施而不背离这些原理，对此是可以理解的。

Claims (9)

1．用于一低NO_X燃烧器的一空气偏转装置，该空气偏转装置具有一环形的主/次空气转移区，该区的内壁由一煤喷嘴形成，而外壁由一与该喷嘴共轴线的管子形成，该环形区具有一邻近于该低NO_X燃烧器的一燃烧腔端部的一开口端，该空气偏转装置包括：

一内部倾斜部分，该部分形成在邻近于该燃烧器的燃烧腔端部的内壁上；

一外部倾斜部分，该部分形成在邻近于该燃烧器的燃烧腔端部的外壁上，该外部倾斜部分具有至少一与内部倾斜部分间隔地相对的表面并具有与该内壁倾斜部分互补的形状。

2．按照权利要求1的空气偏转装置，其特征在于，该外部倾斜部分的至少一表面和该内部倾斜部分形成一从该燃烧器的一纵轴线沿径向朝外定向的空气偏转通道。

3．按照权利要求2的空气偏转装置，其特征在于，该通道被定向成在从该纵轴线朝外10°-40°。

4．按照权利要求3的空气偏转装置，其特征在于，该通道被定向成朝外25°。

5．按照权利要求2的空气偏转装置，其特征在于，该外部倾斜部分还包括两表面，第一表面间隔地相对于该内壁倾斜部分，第二表面从外壁朝该环形区内的该煤喷嘴延伸，该第一和第二表面具有一共同的边缘。

6．按照权利要求1的空气偏转装置，其特征在于，该内部倾斜部分由该煤喷嘴的一朝外的扩口端形成。

7．按照权利要求6的空气偏转装置，其特征在于，该外部倾斜部分和该内部倾斜部分的该至少一表面形成一从该燃烧器的一纵轴线沿径向朝外定向的空气偏转通道。

8．按照权利要求7的空气偏转装置，其特征在于，该通道被定向成在从该纵轴线朝外10°-40°。

9．按照权利要求8的空气偏转装置，其特征在于，该通道被定向成朝外25°。

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