CN88100956A - 低浓度氧化氮(NOx)燃烧装置 - Google Patents

Abstract

一种沿相同轴向燃烧气体，油和煤用的低浓度NOx燃烧装置，不用阻止空气的旋流，同样可防止喷嘴的堵塞和产生燃烧振动，该装置设置有用第一空气载带粉煤的装置，通过气嘴供给气体燃料的装置，把燃烧空气分开成第二空气和第三空气以及供送该气体的装置，供送和喷射油的装置，特征是在第二空气和第三空气的流动通路之间有一个环形间隔部分，并通过环形间隔部分以一种在轴向可运动的方式设置气体喷嘴。

Description

本发明涉及一种低浓度氧化氮（NOx）燃烧装置。尤其，涉及到适用于沿着同一轴向供给燃烧气体，油和煤的锅炉燃烧装置，由此降低在废气中NOx的含量。

已知一种能沿相同的轴向供燃油和煤的低浓度NOx燃烧器，如同在U.S.P4，545，307或他们相关日本专利申请NO，昭60-780207/1985所披露的那样。但是，能燃烧三种燃料（气、油和煤）的低浓度NOx燃烧器还未曾见过报导。

其原因是，在沿着相同的轴向燃烧气，油、和煤用燃烧器的情况下，由于在三次空气的旋流通路内设置有供气管，所以供气管的气流阻力是相当大的，以致于不可能对三次空气提供强的旋流，尤其在低浓度NOx燃烧系统情况下，其脱硝反应在火焰内进行，届时所需条件之一就是需要有一种强的旋流的三次空气，所以对这种燃烧器欲取得足够低浓度的NOx燃烧是不可能的。

其它理由是，燃烧煤存在着由于灰分的附着所引起的气体喷嘴的堵塞或被烧坏的危险。此外，在燃煤锅炉的情况下，由于炉的深度通常是大的，所以在炉的长度方向的主共振频率是如此之低以至于易于发生一种燃烧振动。

如上所述，已有技术的第一个问题在于由于供气管使燃烧空气的旋流受阻，因此不可能提供强的旋流，同时也不可能利用火焰中的脱硝反应来取得低浓度Nox的燃烧。已有技术的第二个问题是，在只燃烧煤时，不发生由于煤灰而引起的气体喷嘴孔的堵塞或气体喷嘴的烧坏。此外，第三个问题是，煤是一种难于燃烧的燃料，所以需要设计一种炉子，它具有大的容积，因此炉子的深度需要很大，以降低主要工作方式的共振频率，同时易于使在气体燃烧时的燃烧共振降低。

本发明的目的在于提供一种低浓度NOx的燃烧装置，用于至少沿着相同的轴向燃烧气体、油或煤中的一种燃料。克服了已有技术的不足，即不阻止燃烧空气的旋流，并且防止喷嘴的堵塞和燃烧振动。

本发明归结为一种低浓度NOx燃烧的装置，它包括：

一个插入位于燃烧炉侧壁上的燃烧器喉部，供粉煤及空气同时进入燃烧炉的粉煤供管（粉煤管）;

一个供粉煤和空气进入粉煤管的装置;

一个插入到粉煤管内的辅助供料管和一个位于该管顶部的喷嘴;

一个在粉煤管和第二供气管之间所形成的第二空气通路，所述的第二供气管与粉煤管是同心的，并位于粉煤管的外圆周侧上;

一个在第二供气管的外圆面侧上所形成的第三空气通路;

一个让空气或含氧气体通入所述第二空气通路以及第三空气通路的装置;

一个围绕着所述粉煤管出口设置的火焰保持装置;

一个把油送入供油管的装置;

一个位于第二供气管内圆周侧上的环形间隔部分;

插入所述的环形间端部分内，并在它的轴向可作运动的供气管，供气管的顶端设置一个喷气嘴;

一个把气体送入所述供气管的装置。

附图简述：

图1.表示本发明所述燃烧装置的一种实施例的横截面视图。

图2，表示图1的A方向视图。

图3，表示图1的B部分的另一实施例的剖视图。

图4，表示喷射到图1的A方向局部视图中环形端板上的副孔气体喷射方向的示意图。

图5，表示图1的B部分的另一实施例的剖面图。

图6，表示图5的C方向视图。

图7，表示图1的B部分的另一实施例的剖视图。

本发明的第1个重要特征包括形成一个插入供气管的环形间隔部分，通常它由一个第二内套管，一个第二外套管和设置在所述套管二端的环形端板所构成。第二外套管可以与第二供气管的一部分是共同的。一般，环形端板有许多按等间距设置的孔，通过这些孔穿进供气管。利用上述的环形间隔部分可以完全隔开和固定第二和第三空气通路，由此提供一种强的旋流。此外，利用在所述的间隔部分内放置供气管，这对第二空气和第三空气的旋流没有坏的影响，也不发生由于放置供气管而产生的流动阻力。

本发明的第二个重要特征是，在第二内套管和第二外套管的顶端设置环形端板，从而把这些套管相连接，因此使第二空气的喷射口与第三空气喷口隔开，有可能增加第三空气的旋流强度，同时增强由于第一空气所引起的燃烧区内的还原火焰。

此外，本发明的第三个重要特征是，在只燃烧煤的情况下，例如：为了防止喷嘴由于煤灰分所引起的烧坏或堵塞，而把供气管内外拉出一定距离，使供气管的气体喷嘴靠通过第二内套管和外套管的冷空气进行冷却。把供气管设置成使它可以穿过所述的环形间隔和所述的环形端板，并在它的轴向是可以运动的。可以确定拉出的距离，使气体喷嘴或供气管的前部分不伸出在所述环形端板的孔外。如果不用时，可以完全从所述的环形间隔内拉出供气管，利用拉出供气管一定的距离，就有可能免除火焰的热辐射作用。此外，利用部分第二空气冷却供气管，这样做有可能防止喷气嘴受热。

下面参照附图对本发明作更详细的描述。

图1是燃烧器的剖视图，燃烧器用三种燃料，即气体，油和煤。

该装置由下述部分组成，一个插入位于燃烧炉侧壁上的燃烧器喉部40内的粉煤管6;一个在其顶端设有喷嘴管3的供油管2，并且该管插入到所述的粉煤管6内;一个以双管形式设置的第二供气管20，构成在粉煤管6的外圆周上的一个第二空气通路，一个设置在第二供气管20和燃烧器喉部40之间的第三空气通路;一个在粉煤管6和第二供气管20之间形成的第二空气通路，所述的第二供气管与粉煤管是同心安置，并位于粉煤管的外圆周侧上;一个在第二供气管20的外圆周侧上形成的第三空气通路;一个设置在所述粉煤管6的顶端处的火焰挡板9，并围着所述的管子;一个位于第二供气管20的内圆周侧上的环形间隔部分44;所述的环形间隔44由一个第二内套管19，一个第二外套管34和设置在所述套管的两端的环形端板26围绕，以形成所述的环形间隔部分，所述的环形端板26有许多孔，所述的供气管11穿过孔;供气管11以一种在轴向可运动的方式插入到所述的环形间隔部分，在供气管11的顶端设置喷气嘴12。具有火焰挡板9和第二供气管20的粉煤管的主要结构和布置可与美国专利4，545，307相同。

在上述的燃烧器结构中，首先通过供油管2供给燃烧油，经喷嘴3喷射，并喷入炉的内部，有二种喷射方法：一种是加压喷射，另一种是双液体喷射，在本发明中可采用任一种方法。虽然供油管2和喷嘴3主要用于炉子的启动或点火，但当以气体燃烧作为启动炉子的辅助燃料时，它们可用供气管和喷气嘴来代替。另一方面，用粉碎机粉碎后的煤（一次空气和粉煤的混合物4）由一次空气通过粉煤供管6（缩写为煤管）传送，由一次空气传送的粉煤受到加速，然后用安装在煤管6内壁上的缩颈喉部5减速，同时由离心式喷嘴7给予一种弱的旋流，然后通过喷口8送入炉的内侧，并在炉内燃烧。在煤管6的喷射口8处，设置呈L字母型横截面的挡火焰板9（或宽直平面体），最好采用在美国专利4，545，307号中公开的宽直平面体。火焰挡板9有一种L形的横截面，它的一边近似地垂直于粉煤管6的轴向，另一边平行于朝向燃烧炉的粉煤管6的轴向，或该边在径向方向扩大形成一个角度。

从喷射口8喷出的细煤粒子由在火焰挡板9的顺流处产生的涡流携带，形成一种稳定的火焰。用一个强力鼓风机把空气供入由风箱壁14和锅炉壁15构成的风箱16内，一部分空气通过第二空气进口18在风箱内流动，进口18的开度由滑动缓冲器17控制，空气通过粉煤管6和第二内套管19之间的环形通路，由第二叶片21产生旋转，并通过第二喷射孔22送入炉的内部。其余部分空气由设置在锅炉壁15后侧处的第三空气阻挡器23形成一种旋转空气流，同时使它通过第三喷射孔24送进炉的内部。另一方面，把气体燃料10供到气体岐管13，从岐管通到各个供气管11，并通过气嘴12供入炉的内部。带气体喷嘴12的供气管11做成在燃烧炉的轴向，在一定的距离内是可以运动的，他们由环形端板26内的诸孔以松动的方式支承。第二内套管19设有一个或多个冷却空气孔29，以便冷却喷气嘴12，并防止灰分粘附在喷嘴上。在与第二供气管20的一部分是共同的第二外套管34的顶端，设置一个第三导向套管25（如图示），目的在于调节第二空气流，以及在气体燃烧时作为火焰挡板。

图2表示图1A方向的视图，喷油嘴3布置在燃烧器的中心轴上，第一喷气口8在喷油嘴外围，火焰挡板9在喷气口的外圆周上，火焰挡板9有一个凸起部分36，它具有凸和凹的形状，一部分伸进喷射口8。因此，由于在改善火焰保持性的火焰挡板9上引起湍流，从而提高了燃烧速率。在板9的外圆周上是第二空气喷口22，在喷口22的外圆周上是带有径向外伸形状的第三导向套管25，再向外，在套管25的外圆周上设置第三喷气口24。

图4表示图1中A方向的局部视图。在该图中，表示环形端板26，第三导向套管25和喷气嘴12的布置，至于喷气嘴12，在直接把气体供入炉内的主孔12A的旁边，它设置成稍偏离于中心孔，以形成旋流火焰，付孔12B设置成从所述的付孔12B喷射出的气体指向所述的环形端板26，产生如图4所示那样的喷射气体27，由于这种付孔气体的产生，有可能从环形端板26和第三导向套管25形成更为稳定的顺流火焰。

根据上述的实施例，尤其是在燃烧煤或油的情况下，因为把第三空气喷射口24安排成利用环形端板26的宽度从第二空气喷射口22中分隔开;所以有可能充分地维持第一空气的燃烧区在一种高温还原气氛中。此外，因为第三空气能提供一种强的旋流，不引起气体喷嘴12产生的任何流动阻力，就可能利用第一空气和第二空气或它们的顺流气使在燃烧火焰外流动的未燃烧物质燃烧。

此外，整个火焰的稳定性得到加强，所以就可能减少炉压的变化，同时增加燃烧器的调节比。还有，因为火焰的稳定性得到了提高，就可能精确地进行火焰的探测。

图3表示图1中B部分所示的本发明另一实施例的剖面视图，使第三导向套管25的斜面延伸代替环形端板26的垂直部分，形成一种倾斜的环形端板26A。即使在这样一种构成的情况下，有可能取得如图1情况所具有的同样效果。

图5表示图1的B部邻近部分的另一实施例，与图1实施例的不同点在于朝着第二空气喷口22的中心直径减小的凸起部分28被部分地或全部设置在环形端板26的内圆周侧边上，这种凸起部分28可以具有类似于火焰挡板9的内圆周部分的凸起部分相似的构成（如图6所示），图6是图5的C方向视图。利用设置这样的凸起部分28，就可能进一步加强在环形端板26上气体火焰的稳定性。

图7表示图1的B部分另一种实施例的剖视图。在这种实施例中，第二供气管20和第二外套管34被间隔开，致使在它的之间具有通过冷却空气的环形间隙30。因此，第三导向套管25得到有效地冷却。熔化的灰分粒子被阻止进入导向套管25或受到冷却空气的加速而固化以阻止结垢或熔渣形成在导向套管25上。

在图1所示的第三导向套管25设在垂直的环状端板26的情况下，第三导向套管25的外径和环状间隔部分44的平均液力直径之差A最好不小于燃烧器喉部40的内径和环形间隔44平均液力直径之差B的30%，A≥0.30×B。

在图3所示的第三导向套管25从环形端板26A处延伸的情况下，第三导向套管25的外径和环形间隔部分44的平均液力直径之差A最好不小于燃烧器喉部40的内径和环形间隔部分44的平均液力直径之差B的40%，A≥0.40×B。

通过对第三导向套管25和环形间隔部分44的上述布置，使第二空气通路和第三空气通路被更清楚地分隔开，改善了火焰稳定性。

当燃料送入煤管，可以使用细的固体燃料（例如石油焦炭）以代替煤。

根据本发明，有可能同时采用同一个装置燃烧两种或多种燃料，例如气体，油，煤等，因此，可以根据需要用同一台燃烧装置燃烧经济的燃料，而无须二台或更多台燃烧装置或者改进的炉子。此外，根据本发明，有可能用任何燃料实现低浓度NOx的燃烧，由此可以减少燃烧装置对利用脱硝催化剂的废气脱硝处理的依赖性，也可以减少消耗在处理过程中的氨量。

Claims (13)

1、一种低浓度NOx燃烧装置，它包括：

一个插入位于燃烧炉侧壁上的燃烧器喉部，供粉煤及空气同时进入燃烧炉的粉煤供管(粉煤管)；

一个供粉煤和空气进入粉煤管的装置；

一个插入到粉煤管内的辅助供料管的一个位于所述管顶部的喷嘴；

一个由粉煤管和第二供气管之间形成的第二空气通路，所述的第二供气管与粉煤管是同心的，并位于粉煤管的外圆周侧上；

一个在第二供气管的外圆周侧上形成的第三空气通路；

一个让空气或含氧气体通入所述第二空气通路，以及第三空气通路的装置；

一个围绕着所述粉煤管的出口设置的火焰保持装置；

一个把油或气体送入辅助供料管的装置；

一个位于第二供气管内圆周侧上的环形间隔部分；

插入所述的环形间隔部分内的供气管，并在它的轴向可作运动，供气管的顶端设置一个喷气嘴；

一个把气体送入所述供气管的装置。

2、按权利要求1所述的低浓度Nox燃烧装置，其特征是所述的环形间隔由一个第二内套管，一个第二外套管和设置在所述套管二端的环形端板所围绕而构成，所述的环形端板有许多孔，通过孔插入所述的供气管。

3、按权利要求2所述的低浓度Nox燃烧装置，其特征是所述的外部第二套管，与所述的第二供气管的一部分是共同的并由其所构成。

4、按权利要求1所述的低浓度Nox燃烧装置，其特征是导向套管设置在所述第二供气管的顶端。

5、按权利要求1所述的低浓度Nox燃烧装置，其特征是在所述喷气嘴的主喷射孔旁具有付喷气孔，付空气孔设置成从付孔喷出的气体能供送到所述的环形板。

6、按权利要求1所述的低浓度Nox燃烧装置，其特征是，所述火焰保持装置是具有L形截面的板，它设在所述粉煤管的顶端并围绕着该管。

7、按权利要求6所述的低浓度Nox燃烧装置，其特征是设置在所述粉煤管顶端处的火焰挡板有朝向所述粉煤管的中心的凸起部分，所述凸起部分的内径小于所述粉煤管的内径。

8、按权利要求7所述的低浓度Nox燃烧装置，其特征是所述凸起部分的内边缘是呈凸和凹形的。

9、按权利要求1所述的低浓度Nox燃烧装置，其特征是朝向所述第二供气管中心具有凸起部分的环形板设置在所述第二供气管的顶端，所述凸起部分的内径小于所述第二供气管的内径。

10、按权利要求9所述的低浓度Nox燃烧装置，其特征是所述凸起部分的内边缘是呈凸和凹形的。

11、按权利要求2所述的低浓度Nox燃烧装置，其特征是导向套管设置在所述第二外套管的顶端，它的另一端伸出形成所述的环形端板。

12、按权利要求2所述的低浓度Nox燃烧装置，其特征是用于引入一部分所述第二空气用的一个或多个孔设置在所述的第二外套管或所述第二内套管上。

13、按权利要求2所述的低浓度Nox燃烧装置，其特征是用于通过一部分所述第二空气的环形间隙设置在所述第二外套管和所述第二供气管之间。

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