CN1714256A - 燃烧装置和风室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃烧装置，该燃烧装置甚至在促进高温燃烧气体和空气之间的混合以希望降低未燃烧的易燃物的情况下还可抑制NOx产生。在燃烧装置中提供在加热炉中采用理论空气比或更小比例燃烧燃料的燃烧器，和供应用于燃烧器中不足的燃烧空气的通气口，在两者之间的混合区中或靠近混合区提供用于供应氮氧化物产生抑制气体的供应设备。此外，本发明提供一种风室，该风室甚至在促进高温燃烧气体和空气之间的混合以希望降低未燃烧的易燃物的情况下可抑制NOx产生。在风室中含有在燃烧器回流侧布置和供应用于燃烧器中不足的燃烧空气的通气口，在两者之间的混合区中或靠近混合区提供用于供应氮氧化物产生抑制气体的供应设备。

Description

燃烧装置和风室
技术领域
本发明涉及燃烧装置如商业锅炉、工业锅炉等，和更特别地涉及燃烧装置，该燃烧装置具有降低数量的未燃烧易燃物，可进行高效率燃烧，和可抑制氮氧化物(NOx)在加热炉中的产生。
背景技术
目前，为除去在用于发电等的工业锅炉的加热炉中由燃烧如煤等的燃烧产生的，包含在燃烧气体中的氮氧化物(NOx)，在废气流路的回流侧提供NOx脱除设备，其中循环从加热炉排放的燃烧气体(以下称为废气)。然而，另一方面，为节省在NOx脱除设备中氨消耗要求的操作成本，制造结构物使得通过在加热炉中的燃烧阶段中实施低NOx燃烧尽可能少地降低加热炉中产生的NOx数量。
低NOx燃烧的方法包括一种两阶段燃烧方法，其在加热炉中分开供应整体燃料燃烧要求的空气(以下称为燃烧空气)，还包括使用具有低NOx功能的低NOx燃烧器作为燃烧器的方法，和一般实施一起使用它们的低NOx燃烧方法。
图20A是显示燃烧装置如锅炉等结构的例子的简要前视图，和图20B是燃烧装置的简要侧视图。燃烧器的三个阶段和通气口的一个阶段(由于通气口存在于从燃烧器看时气体流的回流侧，以下简称在通气口之后(AAP))在由水壁1确定和形成的加热炉中提供以在四排中彼此面对。为供应燃烧空气到每个燃烧器2和AAP3，相应放置用于燃烧器的风室4和用于AAP的风室5。燃烧器2实施燃烧，其中空气比(供应到燃烧器的空气数量/空气的理论数量)是约0.8。换言之，可以通过实施下述燃烧而降低NOx产生，其中与空气数量(燃料完全燃烧理论要求的理论空气数量)相比，空气略微短缺。然而，由于未燃烧燃料(以下称为未燃烧易燃物)的比率相反地增加，通过在回流侧由AAP3注入不足的空气实施完全燃烧。
如上所述，两阶段燃烧方法是降低NOx产生数量的有效方法。在此情况下，在低NOx燃烧器中，设计燃烧器结构使得可以在由燃烧器形成的火焰中实施脱硝，然而，在此省略详细的描述。
在图21中显示常规AAP结构。将高温燃烧空气(以下称为高温空气)8供应到AAP3的AAP风室5，AAP3连接到水壁1的燃烧器2的气体流下游侧(燃烧器2的上侧)，和将高温空气供应入加热炉中的高温燃烧气体以形成射流。在此情况下，在通常通过保持加热炉中高温燃烧气体的温度，将燃烧空气8的温度增加到300℃用于改进装置的发电效率之后，将燃烧空气8供应到燃烧器和AAP。
在采用两阶段燃烧方法时燃烧区移动到加热炉的下游侧。因此，如果加热炉中高温燃烧气体与来自AAP3的高温空气流的混合较差，在其中高温燃烧气体和高温空气8不足够混合的状态下，将高温燃烧气体从加热炉排放。因此，许多未燃烧的易燃物(煤中的未燃烧碳和燃烧气体中的一氧化碳)包含在来自加热炉的废气中。因此，在具有极大燃烧效率和对经济效率有影响的商业锅炉的加热炉中，为改进来自AAP3的空气的混合，采用图22所示结构的AAP(称为专利文献1(JP-A-59-109714))。在此结构中，由从旋转设备6供应和被旋转的高温空气流促进与高温燃烧气体的混合。同时，通过注射流量由风门7控制的直接流到旋转流的中心部分以保证射流的喷雾渗透，可以供应高温空气流到加热炉的中心部分。
图23是例如，在专利文献2(JP-A-3-286906)和专利文献3(JP-U-1-101011)中公开的燃烧装置的轮廓结构的简图。在水壁1中放置燃烧器2，下阶段端口11和上阶段端口12。换言之，提供AAP以分成两个上阶段和下阶段。将废气或低温空气10从下阶段端口11供应，和将高温空气8从上阶段端口12供应。
燃烧器2和上阶段端口12实现正常的两阶段燃烧方法。在此情况下，在加热炉中的燃烧器的上部分中形成高温部分，和通过供应高温空气8使气体温度变得太高和NOx倾向于产生。因此，为临时降低加热炉中气体的温度，将废气或低温空气10从下阶段端口11供应，和防止NOx产生。
然而，在此燃烧装置中，必须供应许多废气或低温空气10用于降低加热炉中燃烧器的上部分中高温燃烧气体的温度。因此，显著降低装置的发电效率。
图24是根据其它现有技术的燃烧装置的轮廓结构的简图。如图中所示，布置燃烧器2以在三个阶段中面对，和布置AAP3以在一个阶段中面对。在图中，参考号22表示环境装置如NOx脱除装置等，参考号23表示开启和关闭阀，参考号24表示空气预热器，参考号25表示强制风机(FDF)，参考号26表示煤粉碎机，参考号27表示烟囟，参考号28表示废气循环风机(GRF)，参考号41表示加热炉，参考号43表示燃烧空气流路，参考号70表示废气，参考号71，72和73表示换热器管，和参考号74表示供应废气到加热炉底部分的加热炉底部气体供应腔。
在图25中显示具有所述结构的燃烧装置中NOx浓度在加热炉中的分布。图中横轴显示NOx浓度，和纵轴显示加热炉高度方向中的距离。
在从根据两状态燃烧的燃烧器供应的空气流量小于图中所示理论空气流量的情况下，在混合用于两阶段燃烧的空气之前由还原气氛构成加热炉中的气体，和逐渐降低燃烧器区域中产生的NOx。由于由AAP供应用于两阶段燃烧的空气，气氛变化成氧化气氛，所以增加NOx的数量，如由现有技术中的实线所示。增加的NOx由两种NOx构成，包含在燃烧气体中的未燃烧氮化合物的氧化引起的NOx，和由在高温下空气中氮的氧化引起NOx(热NOx)。在粉煤点火中，根据低NOx燃烧技术的高进展广泛降低了NOx水平。
通常，其中降低了NOx的主体主要由源自燃料中氮的燃料NOx构成，然而，近年来当NOx水平可以设定到等于或小于200ppm时，不能忽视热NOx的存在。由于燃烧模拟，已经知道热NOx占整个NOx产生数量的一半。此外，已经知道在从AAP供应用于燃烧的空气(它可以称为用于两阶段燃烧的空气)之后产生大多数NOx。此外，已经知道在由用于两阶段燃烧的空气引起的燃烧的早期阶段中，燃烧器上部分中高温部分中存在的未燃烧易燃物局部变成高温，和突然产生热NOx。
下文将参考图26详细给出上述现象的说明。此图显示在水壁1中提供的根据现有技术的AAP结构，来自AAP的注入空气和高温燃烧气体在加热炉41中的混合状态，AAP结构在此实施例的情况下为含有两个流路的类型。
将用于两阶段燃烧的空气(AAP主要空气105和AAP辅助空气106)从两阶段燃烧空气风室101通过AAP主要空气流路102，和在外周围侧的AAP辅助空气流路103注入加热炉41。由AAP辅助空气寄存器104对AAP辅助空气106施加合适的旋转。在此情况下，参考号1000表示从两阶段燃烧气体风室101引入AAP主要空气流路102作为AAP主要电的开口部分。
考虑到为改进电站发电效率而做的燃烧促进，高温空气通常用于两阶段燃烧的空气。为降低未燃烧的易燃物，必须促进从AAP供应的空气和高温燃烧气体在加热炉中的混合。为促进混合，由于必须使空气射流达到加热炉的中心部分和加宽射流的宽度以防止在射流之间产生间隙，就增加空气射流的喷雾速度以增强射流的喷雾渗透，对空气射流施加旋转等。在每种情况下，在空气和高温燃烧气体之间的混合区中湍流的强度变大。当湍流的强度变大时，促进了混合区中的氧化反应，局部温度增加。此外，由于向混合区供应足够的空气，氧气浓度处于高的状态。因此，在混合区中，就建立起对应于产生热NOx所要求的高温和高氧气浓度的条件。
作为降低热NOx的技术，混合一部分废气与燃烧空气的废气混合通常用于燃油锅炉和燃气锅炉。图27显示应用废气混合的燃烧装置的轮廓结构。
将一部分废气由气体循环风机28返回，一部分从加热炉气体供应腔74供应到加热炉，和用于控制再热蒸汽的温度。此外，将一部分废气在气体循环风机28的出口分路用于降低NOx以通过气体混合流路29引入燃烧空气流路43。参考号30表示在气体混合流路29上提供的气体混合调节风门。
将废气与其混合的燃烧空气从燃烧器2和AAP3供应到加热炉。废气混合是根据燃烧场中燃烧温度的降低和氧气浓度的降低，可以有效降低热NOx的方法。此方法可以应用于采用具有高燃烧速度的油或气体作为燃料的锅炉，而没有问题。然而，当对具有比较低燃烧速度的燃煤锅炉应用废气混合时，根据整个燃烧场中燃烧温度的降低和氧气浓度的降低极大地降低了燃烧效率。
此外，在低NOx煤燃烧器火焰中，在火焰中存在NOx除去反应使得由中间产物降低临时产生的NOx，然而，已经知道根据火焰的温度变高，火焰中的NOx除去反应在NOx除去效率上获得改进。当由废气混合降低火焰温度时，存在的情况是产生的NOx根据NOx除去效率的降低反而增加产生的NOx。
如上所述，两阶段燃烧方法作为整个加热炉时具有NOx降低效果，然而，AAP自身具有产生NOx的效果。常规AAP的缺点是通过降低未燃烧的易燃物在加热炉中改进高温燃烧气体和空气之间混合用于达到完全燃烧的情况下，增加了AAP中产生的NOx。
此外，当如上所述应用废气混合用于降低燃煤燃烧装置的热NOx时，存在的缺点是产生不利的效果如燃烧效率的降低和火焰中NOx除去反应的降低。
发明内容
本发明的目的是提供燃烧装置和风室，该燃烧装置和风室可解决现有技术的缺点，和甚至在促进高温燃烧气体和燃烧空气之间混合以期降低未燃烧的易燃物的情况下亦可抑制AAP中的NOx产生。
为达到上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种燃烧装置，该燃烧装置包括：
在加热炉中采用理论空气比或更小比例燃烧燃料的燃烧器；和
在燃烧器回流侧布置并注射用于燃烧器中不足的燃烧空气进入加热炉的通气口，
其中在由通过所述燃烧器燃烧燃料产生的燃烧气体和从所述通气口注入的燃烧空气两者形成的混合区中或混合区附近，设置用于供应氮氧化物产生抑制气体的抑制气体供应机构，该氮氧化物抑制气体抑制氮氧化物的产生。
根据本发明的第二方面，提供上述第一方面中所述的燃烧装置，其中将通气口的内侧分成注入燃烧空气的流路，和注入氮氧化物产生抑制气体的流路。
根据本发明的第三方面，提供上述第一方面或第二方面中所述的燃烧装置，其中氮氧化物产生抑制气体由至少一种选自如下的气体构成：燃烧废气、燃烧废气和空气的混合气体、和空气。
根据本发明的第四方面，提供上述第一方面到第三方面任一方面中所述的燃烧装置，其中从通气口的空气注入端口的外周边部分侧将抑制气体注入加热炉。
根据本发明的第五方面，提供上述第一方面到第四方面任一方面中所述的燃烧装置，其中所述抑制气体注入端口为环形形状，其围绕通气口的空气注入端口。
根据本发明的第六方面，提供上述第一方面到第四方面任一方面中所述的燃烧装置，其中在圆周方向布置多个抑制气体注入端口以围绕通气口的空气注入端口。
根据本发明的第七方面，提供上述第一方面到第四方面任一方面中所述的燃烧装置，其中所述抑制气体注入端口为大体上的圆弧形状，其围绕通气口的空气注入端口的一部分。
根据本发明的第八方面，提供上述第一方面到第四方面任一方面中所述的燃烧装置，其中在通气口的空气注入端口的一部分外周边部中同心布置多个抑制气体注入端口。
根据本发明的第九方面，提供上述第七方面或第八方面中所述的燃烧装置，其中在通气口的空气注入端口的燃烧器侧布置抑制气体注入端口。
根据本发明的第十方面，提供上述第一方面到第十方面任一方面中所述的燃烧装置，其中还包括一将在所述加热炉中循环的废气的一部分以分支的状态作为氮氧化物抑制气体供应的系统。
根据本发明的第十一方面，提供上述第十方面中所述的燃烧装置，其中在抑制气体供应系统中设置专门用于抑制气体的风机。
根据本发明的第十二方面，提供上述第十方面中所述的燃烧装置，其中抑制气体由温度由换热器降低之后的废气构成。
根据本发明的第十三方面，提供上述第一方面到第十二方面任一方面中所述的燃烧装置，其中沿加热炉的宽度方向设置多个通气口，和每个通气口设置有抑制气体供应机构和调节抑制气体流率的流率调节机构。
根据本发明的第十四方面，提供上述第一方面到第十三方面任一方面中所述的燃烧装置，其中沿加热炉的宽度方向布置多个通气口，每个通气口设置有抑制气体供应机构，在多个通气口中与接近加热炉侧壁的通气口相比，将更多抑制气体供应到接近加热炉中心部分的通气口。
根据本发明的第十五方面，提供上述第十三方面或第十四方面中所述的燃烧装置，其中供应到多个通气口的抑制气体总供应流率可以与燃烧装置的负荷相对应而变化。
根据本发明的第十六方面，提供上述第十三方面或第十四方面中所述的燃烧装置，其中供应到多个通气口的抑制气体总供应流率可以与燃烧装置的氮氧化物排出浓度相对应而变化。
根据本发明的第十七方面，提供一种具有通气口的风室，通气口在燃烧器回流侧布置并供应对应于燃烧器中不足的燃烧空气，其中，在用于通气口的风室内，在由通过燃烧器燃烧燃料产生的燃烧气体和从通气口注入的燃烧空气两者形成的混合区中或混合区附近，设置用于供应抑制气体的抑制气体风室，抑制气体抑制氮氧化物的产生。
根据本发明的第十八方面，提供上述第十七方面中所述的风室，其中设置由多个通气口共享的通气口风室，以及在通气口风室中设置由多个通气口共享的抑制气体风室。
根据本发明的第十九方面，提供上述第十七方面中所述的风室，其中设置多个由通气口共享的通气口风室，以及在通气口风室中设置分别对应于多个通气口的抑制气体风室。
根据本发明的第二十方面，提供上述第十七方面中所述的风室，其中在通气口的空气注射出口的外周边部分侧设置抑制气体风室的抑制气体注射端口。
根据本发明的第二十一方面，提供上述第二十方面中所述的风室，其中抑制气体注入端口为环形并围绕通气口的空气注入端口。
根据本发明的第二十二方面，提供上述第二十方面中所述的风室，其中在周边方向布置多个抑制气体注入端口以围绕通气口的空气注入端口。
根据本发明的第二十三方面，提供上述第二十方面中所述的风室，其中抑制气体注入端口为大体上的圆弧形并以围绕通气口的空气注入端口一部分。
根据本发明的第二十四方面，提供上述第二十方面中所述的风室，其中在通气口的空气注入端口的一部分外周边部同心布置多个抑制气体注入端口。
根据本发明的第二十五方面，提供上述第二十方面中所述的风室，其中在通气口的空气注入端口的燃烧器侧布置抑制气体注入端口。
为改进加热炉中如下两种物质之间的混合：即为降低未燃烧易燃物而从AAP供应的空气和高温燃烧气体，实施的措施是通过增加空气射流的注入速度或对空气射流施加旋转而增强射流的渗透。在两种情况下，图21和22中所示的在高温空气和高温燃烧气体之间混合界面中的非稳态湍流(湍流的强度)变强。在此情况下，在常规AAP中，在具有大湍流强度的混合界面中温度变高和氧气浓度变高。这是由于具有高温度的燃烧气体和具有高氧气浓度的空气彼此直接接触。
如果建立高湍流强度，高温度和高氧气浓度的条件，则产生NOx。当通过常规AAP为降低未燃烧易燃物而提高混合时，则上述条件建立而产生NOx。在本发明中，由于将具有低温度和低氧气浓度的气体(废气，在废气和空气之间的混合气体，低温空气等)供应到混合区(混合界面)或混合区附近的部分，所以不产生NOx或抑制NOx的产生。
附图简述
图1是根据本发明第一实施方案的AAP的轮廓结构的简图；
图2是根据本发明第二实施方案的AAP的轮廓结构的简图；
图3A是根据本发明第三实施方案的AAP的轮廓结构的简图；
图3B是图3A中线A-A上的视野图；
图4A是根据本发明第四实施方案的AAP的轮廓结构的简图；
图4B是图4A中线B-B上的视野图；
图5是根据本发明第五实施方案解释供应废气到抑制气体风室的途径的燃烧装置轮廓结构的简图；
图6是根据本发明第六实施方案解释供应废气和空气的混合气体到抑制气体风室的途径的燃烧装置轮廓结构的简图；
图7是根据本发明第七实施方案解释供应低温空气到抑制气体风室的途径的燃烧装置轮廓结构的简图；
图8是解释通过应用本发明而获得的效果的特征视图；
图9是根据本发明第九实施方案的燃烧装置轮廓结构的简图；
图10是根据实施方案两阶段燃烧空气风室附近的放大结构的简图；
图11是显示风室附近的空气射流，AAP废气射流和从燃烧器部一侧上升的未燃烧气体的流动状态的解释性视图；
图12A是根据本发明第九实施方案两阶段燃烧空气风室附近的放大结构的简图；
图12B是显示抑制气体注入端口的布置状态的视图；
图13A是根据本发明第十实施方案两阶段燃烧空气风室附近的放大结构的简图；
图13B是显示抑制气体注入端口的布置状态的视图；
图14是显示风室附近的空气射流，AAP废气射流和从燃烧器部一侧上升的未燃烧气体的流动状态的解释性视图；
图15A是根据本发明第十一实施方案两阶段燃烧空气风室附近的放大结构的简图；
图15B是显示抑制气体注入端口的布置状态的视图；
图16是根据本发明第十二实施方案的燃烧装置的轮廓结构的简图；
图17A是显示在加热炉中宽度方向中加热炉中气体温度分布状态的视图；
图17B是显示在加热炉中宽度方向中NOx产生浓度布状态的视图；
图18是解释在罐前面和后面放置的AAP废气循环数量调节风门的回流侧中布置的多个调节风门开启程度调节的视图；
图19是解释在本发明实施方案中设定AAP循环气体流量的实施例的视图；
图20A是显示锅炉燃烧装置结构的简要前视图；
图20B是图20A中燃烧装置的简要侧视图；
图21是显示第一现有技术的AAP轮廓结构的简图；
图22是显示第二现有技术的AAP轮廓结构的简图；
图23是显示第三现有技术的燃烧装置轮廓结构的简图；
图24是显示第四现有技术的燃烧装置轮廓结构的简图；
图25是显示燃烧装置中NOx浓度在加热炉中分布状态的视图；
图26是显示常规AAP结构，和从AAP而来的注入空气和高温燃烧气体在加热炉中混合状态的视图；和
图27是显示第五现有技术的燃烧装置轮廓结构的简图。
实施本发明的最佳方式
然后，参考附图给出根据本发明的实施方案的描述。图1是根据第一实施方案的AAP的轮廓结构的简图。将AAP风室5放入水壁1，和将NOx产生抑制气体风室放入其内部以形成双结构。在AAP风室5的加热炉侧中形成的AAP空气注入端口5a的外周边部一侧中环形设置在抑制气体风室9的加热炉侧中形成的抑制气体注入端口9a。
将高温空气流8引入AAP风室5，和从AAP空气注入端口5a线性注入加热炉。将由废气构成的NOx产生抑制气体10引入抑制气体风室9，并向高温空气射流的周围，即在加热炉中或加热炉附近的一部分中由高温燃烧气体和高温空气(用于燃烧的空气)两者的混合区(图中的波浪线部分)注入加热炉。
如上所述，AAP由双结构构成，将高温空气8从中心部分供应入加热炉，和将抑制气体10从其外周边部分供应入加热炉。在此情况下，如果为促进高温空气8的混合而增加高温空气射流的注入速度，将由具有低温度和低氧气浓度的废气构成的抑制气体10供应到高温空气8和高温燃烧气体的混合区或靠近混合区的部分。因此，抑制NOx的产生。换言之，本发明可达到未燃烧易燃物和产生的NOx的同时降低，该同时降低不能由常规AAP达到。
在此情况下，当混合废气与从AAP供应的高温空气时，可能由于氧气浓度的降低和在稀释基础上气体温度的降低而抑制NOx的产生，然而，由于基于许多废气的循环而降低了发电装置的效率，所以这不是优选的。根据本发明，由于能够通过供应少量抑制气体10仅到对应于其中产生热NOx的部分的高温空气和高温燃烧气体的混合区而抑制NOx的产生，所以不降低发电的效率。
在本实施方案中，废气用作抑制气体10，然而，通过从位于AAP流路的外周边侧的抑制气体注入端口9a供应废气和空气或低温空气的混合气体，可以获得相同的效果。
图2是根据第二实施方案的AAP的轮廓结构的简图。在本实施方案中，其结构使得由高温空气直线流构成的抑制气体10、通过旋转设备6的高温空气旋转流和由废气构成的抑制气体供应入加热炉，所述高温空气直线流的流率由气流调节器控制。换言之，AAP被形成为多重结构(在本实施方案中的三重结构)，并通过从最外周边供应抑制气体10而抑制NOx的产生。
在其中布置有许多AAP 3的燃烧装置中，AAP风室5和抑制气体风室9的布置成为一个问题。在图3A，3B，4A和4B中显示第三和第四实施方案。
图3B是图3A中线A-A上的视野图。在此第三实施方案中，在水壁1中放置多个AAP3，然而，从公用的AAP风室5供应高温空气流8。公用的抑制气体风室9被放入AAP风室5的内部，并通过公用的抑制气体风室9供应抑制气体10。
图4B是图4A中线B-B上的视野图。在此第四实施方案中，将分立的抑制气体风室9放入公用AAP风室5的内部。
下面，将根据图5-7中显示的实施方案，对应于抑制气体和空气给出废气的供应通路的描述。在这些图中，参考号13表示第一风机，参考号14表示换热器，和参考号15表示第二风机。在图5中所示的第五实施方案中，由第二风机15将由废气构成的抑制气体供应到抑制气体风室9。抑制气体的气体温度是约250-350℃，及其氧气百分含量是约2-6％。
在图6所示的第六实施方案中，在合适的速率下混合通过换热器14的燃烧空气和来自第二风机15的废气，将由混合气体构成的抑制气体供应到抑制气体风室9。例如，在约10％下混合燃烧空气的情况下，抑制气体的气体温度是约250-350℃，和氧气百分含量是约5-9％。
在图7所示的第七实施方案中，将来自第一风机15的低温空气直接作为抑制气体从应到抑制气体风室9而不通过换热器14。抑制气体的气体温度大约等于大气温度，氧气百分含量是约20％。
在图8中解释通过将本发明应用到燃烧装置如燃煤发电锅炉等获得的效果。由于通过增加后空气注入速度而改进了在燃烧气体和空气之间的混合，所以如图8所示，降低了未燃烧的易燃物。在本发明和现有技术之间这种倾向是相同的。另一方面，根据后空气注入速度的增加而增加了NOx的排气数量。这是因为对应于燃料氧化反应的燃烧被促进时，氮含量的氧化被总体提高，从而产生了NOx。在现有技术中，不可能达到未燃烧易燃物和NOx的同时降低。然而，由于本发明的使用，可以在高温空气和高温燃烧气体的混合区中抑制NOx的产生，与图8所示的现有技术相比，在增加后空气注入速度的情况下NOx的产生较少。
图9是根据第九实施方案的燃烧装置轮廓结构的简图。在本实施方案中，将一部分废气从加热炉底部气体供应腔74由气体循环风机28供应到加热炉41，并基于对流传热，调节传热设备71，72和73中的传热量即控制蒸汽的温度。此外，由AAP废气循环风机37增加其它部分废气的压力以形成NOx产生抑制气体，并将该废气从AAP5通过AAP废气循环流路31注入加热炉。
在本实施方案中，由于布置AAP废气循环风机37用于专用目的，能够容易地设定AAP废气循环的适当条件，而不管来自加热炉底部部分用于控制蒸汽温度的废气循环的条件。
图10是根据实施方案，两阶段燃烧空气风室附近的放大结构的简图，和图11是显示风室附近的空气射流，AAP废气射流和从燃烧器一侧而来的未燃烧气体上升流的流动状态的解释性视图。
在这些图中，参考号1表示水壁，参考号32表示AAP废气循环数量调节风门，参考号33表示AAP废气供应管，参考号34表示AAP废气供应环，参考号35表示AAP废气供应流路，参考号36表示AAP废气射流，参考号38表示未燃烧气体上升流，和参考号41表示加热炉。此外，参考号101表示两阶段燃烧空气风室，参考号102表示AAP主要空气流路，参考号103表示AAP辅助空气流路，参考号104表示AAP辅助空气寄存器，参考号105表示AAP主要空气，参考号106表示AAP辅助空气，和参考号107表示空气射流。在此情况下，参考号1000表示从两阶段燃烧空气风室101将AAP主要空气105引入到AAP主要电流路的开口部分。
在本实施方案的情况下，AAP废气供应流路35的抑制气体注入端口9a被布置成围绕AAP空气流路102和103的整个空气注入端口5a。将由AAP废气循环数量调节风门32将其流量调节到预定流量的循环气体通过AAP废气供应管33引入AAP废气供应环34，如图11所示通过AAP废气供应流路35，并作为AAP废气射流36从抑制气体注入端口9a注入到空气射流107的外周边部分。
如上所述，将废气供应流路35放入在AAP辅助空气流路103直径方向的外侧，并且废气以围绕两阶段燃烧空气(空气射流107)的方式供给。根据本结构，如图11所示，能够供应废气到混合区或(和)与混合区相邻的部分，该混合区中来自燃烧器侧的未燃烧气体上升流38中的未燃烧易燃物由两阶段燃烧空气开始燃烧。
图12A和12B是根据第九实施方案靠近两阶段燃烧空气风室的放大结构的简图，其中图12A是靠近风室的整个结构的简图，和图12B是显示抑制气体注入端口的布置状态的视图。
在本实施方案的情况下，AAP废气供应流路35由多个废气供应喷嘴形成，将废气供应喷嘴放入AAP辅助空气流路103的外周边部分中，如图12B所示将AAP废气供应流路35的多个抑制气体注入端口9a放置在周边方向。
根据此结构，混合废气使其围绕两阶段燃烧空气。能够供应废气到下述区域，即，在该区域中采用与图11中实施方案相同的方式，基于两阶段燃烧空气从燃烧器上升的未燃烧组分开始燃烧。在本实施方案中，能够通过对现有两阶段燃烧气体端口作比较简单的改进而设置废气供应喷嘴。
图13A和13B是根据第十实施方案两阶段燃烧空气风室附近的放大结构的简图，其中图13A是风室附近的整个结构的简图，和图13B是显示抑制气体注入端口的布置状态的视图。图14是显示风室附近的空气射流，AAP废气射流和从燃烧器部一侧上升的未燃烧气体的流动状态的解释性视图。
在本实施方案的情况下，如图13B所示，仅在AAP辅助空气流路103中的外周边部分的下侧放置半环形状(圆弧形状)的废气供应喷嘴的抑制气体注入端口9a，从此注入AAP废气射流36(参考图14)。如图14所示，由于AAP废气射流36可以仅在AAP空气射流107的下侧中形成，其中从燃烧器部分一侧上升的未燃烧组分基于两阶段燃烧空气开始燃烧，从而能够由少量循环气体获得相同的NOx降低效果。
图15A和15B是根据第十一实施方案两阶段燃烧空气风室附近的放大结构的简图，其中图15A是风室附近的整个结构的简图，和图15B是显示抑制气体注入端口的布置状态的视图。
在本实施方案的情况下，仅在AAP辅助空气流路103的外周边部分下侧中同心放置废气供应喷嘴的抑制气体注入端口9a。在此情况下，采用与图14相同的方式，由于能够仅在AAP空气射流的下侧中形成AAP废气射流，在该下侧中从燃烧器上升的未燃烧组分基于两阶段燃烧空气开始燃烧，所以能够由少量循环气体获得相同的NOx降低效果。
在第十和第十一实施方案的情况下，AAP废气供应环34可以实际采用与抑制气体注入端口9a相对应的半环形状代替完全环形状形成。
图16是根据第十二实施方案的燃烧装置的轮廓结构的简图。在本实施方案的情况下，由于将其中通过换热器如空气预热器24等回收热量的低温废气供应到AAP风室5，所以根据温度降低获得降低热NOx的效果。
图17A和17B是显示在加热炉中宽度方向中加热炉中气体温度分布状态，和在加热炉中宽度方向中NOx产生浓度分布状态的视图。如图17A所示，加热炉中的气体温度在接近加热炉侧壁的部分(在图方向中接近右端和左端的部分)中更低，而在加热炉的中心部分更高。因此，如图17B所示，NOx产生浓度在加热炉的温度更高的中心部分中变得更高。在加热炉的宽度方向中提供多个AAP的情况下，能够通过与接近加热炉侧壁的部分相比，供应更多废气到加热炉的中心部分有效降低NOx。
图18是解释在罐前面和罐后面放置的AAP废气循环数量调节风门的回流侧中布置的多个调节风门32a-32h开启程度调节的视图。如图所示，与加热炉宽度方向中布置的各个AAP(未显示)对应，在罐前侧中，将调节风门32a-32d分别放入AAP废气循环数量调节风门32X的回流侧。在罐的后侧中采用相同的方式，将调节风门32e-32h放入AAP废气循环数量调节风门32Y的回流侧。
如从上述图17A和17B的结果显然的那样，加热炉中的气体温度在接近加热炉侧壁的部分中更低和在中心部分更高。因此，NOx产生浓度在加热炉的温度更高的中心部分更高。如上所述与加热炉中气体温度的条件相对应，通过设定在罐前侧和后侧两侧中接近侧壁的部分中放置的调节风门32a，32d，32e和32h的风门开启程度小和设定在加热炉中中心部分侧中放置的调节风门32b，32c，32f和32g的风门开启程度大，供应许多废气到含有许多NOx产生数量的加热炉的中心部分。
锅炉负荷越高，加热炉中的气体温度变得越高。结果是，锅炉负荷越高，热NOx越高。图19是解释设定AAP循环气体流率的示例的视图，其中横轴显示锅炉负荷而纵轴显示AAP废气循环比。在此情况下，AAP废气循环比是由如下表达式确定的数值：
AAP废气循环比＝(AAP废气循环流率)/(燃烧气体流率)×100(％)
在本示例中，在75和100％锅炉负荷之间供应AAP废气，锅炉负荷大大受到热NOx的影响，在100％锅炉负荷中的AAP废气循环比设定为约3％，和在低负荷区域(在本实施例中小于75％)中停止废气供应。通过在不具有NOx问题的低负荷区域中停止废气供应而抑制燃烧效率的降低。
在将抑制气体如废气等供应到多个通气口的情况下，优选如上所述可以与燃烧装置的负荷相对应而变化抑制气体的总供应流率，和可以与燃烧装置的氮氧化物排放浓度相对应而变化抑制气体的总供应流率。
在燃料的一些方面，存在的情况是没有AAP废气供应而NOx没有问题。在这样的情况下，优先获得高效率的操作是理想的，而不供应AAP废气。换言之，可以通过与NOx排放浓度相对应而变化总循环气体供应量，达到最优操作。
根据第一和第七方面中所述的措施，由于将氮氧化物抑制气体仅供应到空气端口空气和控制热NOx的高温燃烧气体的混合区中的局部高温部分，能够有效降低NOx产生浓度同时抑制加热炉中的整体温度降低以保持燃烧效率。在采用本发明的情况下降低NOx的示例由图25中的虚线显示。如从此结果显然的那样，能够在变化到氧化区的AAP下游侧抑制NOx，和最终能广泛地降低加热炉出口中的NOx。
根据第二，第十八和第十九方面中所述的措施，由于将燃烧空气流路和抑制气体流路在通气口中被分开提供，所以能够抑制结构变大。
根据第三方面中所述的措施，能够采用各种气体作为抑制气体。
根据第四，第五，第六，第十二，第二十一和第二十二方面中所述的措施，能够由抑制气体流覆盖通气口空气流的整个外周边部分，NOx降低效果大。
根据第七，第八，第九，第二十三，第二十四和和第二十五方面中所述的措施，能够由少量抑制气体获得改进的NOx降低效果。
根据第十方面中所述的措施，能够有效采用废气作为抑制气体，而不必须特别制备抑制气体。
根据第十一方面中所述的措施，能够容易地设定NOx产生抑制气体的最优选条件，而不管用于控制传热设备的蒸汽温度的废气循环条件。
根据第十二方面中所述的措施，能够基于抑制气体的温度降低而获得热NOx降低效果。
根据第十三和第十四方面中所述的措施，能够有效降低加热炉中的NOx。
根据第十五方面中所述的措施，能够通过在不具有NOx问题的低负荷区域中停止抑制气体供应而抑制燃烧效率下降。
根据第十六方面中所述的措施，能够通过与NOx的排气浓度相对应控制抑制气体供应而抑制燃烧效率下降。
工业实用性
即使提高高温燃烧气体和空气之间的混合从而降低了未燃烧易燃物，根据本发明的燃烧装置也可抑制NOx的产生。

Claims (25)

1.一种燃烧装置，包括：
在加热炉中采用理论空气比或更小比例燃烧燃料的燃烧器；和
在燃烧器回流侧布置并注射用于燃烧器中不足的燃烧空气进入加热炉的通气口，
其中在由通过所述燃烧器燃烧燃料产生的燃烧气体和从所述通气口注入的燃烧空气两者形成的混合区中或混合区附近，设置用于供应氮氧化物产生抑制气体的抑制气体供应机构，该氮氧化物抑制气体抑制氮氧化物的产生。
2.权利要求1的燃烧装置，其中将所述通气口的内侧分成注入所述燃烧空气的流路，和注入所述氮氧化物产生抑制气体的流路。
3.权利要求1或2的燃烧装置，其中所述氮氧化物产生抑制气体由至少一种选自如下的气体构成：燃烧废气、燃烧废气和空气的混合气体、和空气。
4.权利要求1-3任意一项的燃烧装置，其中从所述通气口的空气注入端口的外周边部分侧将该抑制气体注入加热炉。
5.权利要求1-4任意一项的燃烧装置，其中所述抑制气体注入端口为环形形状，其围绕所述通气口的空气注入端口。
6.权利要求1-4任意一项的燃烧装置，其中在圆周方向布置多个所述抑制气体注入端口以围绕该通气口的空气注入端口。
7.权利要求1-4任意一项的燃烧装置，其中所述抑制气体注入端口为大体上的圆弧形状，其围绕该通气口的空气注入端口的一部分。
8.权利要求1-4任意一项的燃烧装置，其中在所述通气口的空气注入端口的一部分外周边部中同心布置多个所述抑制气体注入端口。
9.权利要求7或8的燃烧装置，其中在所述通气口的空气注入端口的燃烧器侧布置所述抑制气体注入端口。
10.权利要求1-9任意一项的燃烧装置，其中还包括一将在所述加热炉中循环的废气的一部分以分支的状态作为氮氧化物抑制气体供应的系统。
11.权利要求10的燃烧装置，其中在所述抑制气体供应系统中设置专门用于抑制气体的风机。
12.权利要求10的燃烧装置，其中该抑制气体由温度由换热器降低之后的废气构成。
13.权利要求1-12任意一项的燃烧装置，其中沿该加热炉的宽度方向设置多个通气口，每个通气口设置有所述抑制气体供应机构和调节抑制气体流率的流率调节机构。
14.权利要求1-13任意一项的燃烧装置，其中沿该加热炉的宽度方向设置多个通气口，每个通气口设置有所述抑制气体供应机构，在多个通气口中与接近加热炉侧壁的通气口相比，将更多抑制气体供应到接近加热炉中心部分的通气口。
15.权利要求13或14的燃烧装置，其中供应到所述多个通气口的抑制气体总供应流率可以与所述燃烧装置的负荷相对应而变化。
16.权利要求13或14的燃烧装置，其中供应到所述多个通气口的抑制气体总供应流率可以与该燃烧装置的氮氧化物排出浓度相对应而变化。
17.一种具有通气口的风室，该通气口在燃烧器回流侧布置并供应对应于燃烧器中不足的燃烧空气，其中，在用于通气口的风室内，在由通过所述燃烧器燃烧燃料产生的燃烧气体和从所述通气口注入的燃烧空气两者形成的混合区中或混合区附近，设置用于供应抑制气体的抑制气体风室，该抑制气体抑制氮氧化物的产生。
18.权利要求17的风室，其中设置由多个所述通气口共享的通气口风室，以及在通气口风室中设置由所述多个通气口共享的抑制气体风室。
19.权利要求17的风室，其中设置多个由所述通气口共享的通气口风室，以及在通气口风室中设置分别对应于该多个通气口的抑制气体风室。
20.权利要求17的风室，其中在所述通气口的空气注射出口的外周边部分侧设置该抑制气体风室的抑制气体注射端口。
21.权利要求20的风室，其中所述抑制气体注入端口为环形，并围绕该通气口的空气注入端口。
22.权利要求20的风室，其中在周边方向布置多个所述抑制气体注入端口以围绕所述通气口的空气注入端口。
23.权利要求20的风室，其中所述抑制气体注入端口为大体上的圆弧形并围绕所述通气口的空气注入端口的一部分。
24.权利要求20的风室，其中在所述通气口的空气注入端口的一部分外周边部同心布置多个所述抑制气体注入端口。
25.权利要求20的风室，其中在所述通气口的空气注入端口的燃烧器侧布置所述抑制气体注入端口。
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