TW202403234A - 用於氫增強之粉煤點燃之焚燒器、系統及方法 - Google Patents

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Abstract

一種焚燒器包含一第一挾帶粉煤之流體流導管；一內部氫導管；及一氫氧化劑導管，其定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管與該內部氫導管之間；該內部氫導管之一出口，該出口定位於離該氫氧化劑導管之一出口一第一距離，使得從該內部氫導管之該出口輸出之氫通過該氫氧化劑導管之一部分行進至該氫氧化劑導管之該出口；且該氫氧化劑導管之該出口離該第一挾帶粉煤之流體流導管之一出口一第二距離，使得從該氫氧化劑導管之該出口輸出之氫及氫氧化劑行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之一部分，以從該焚燒器輸出。

Description

用於氫增強之粉煤點燃之焚燒器、系統及方法
本發明係關於鍋爐、燃燒器、用於在此類裝置中使用之焚燒器、此類裝置之運行、及與此類裝置結合使用之焚燒器之運行。
鍋爐及其他類型之燃燒器可包含在其中燃燒粉煤之燃燒室。可從美國專利申請公開案第2010/0007794號及美國專利第4,495,874號、第6,968,791號、第7,717,701號、第8,578,892號、第8,636,500號、第8,689,710號、第9,243,799號、及第9,709,269號中瞭解此種裝置及可利用此種裝置之系統之實例。
傳統上，在粉煤鍋爐中，柴油、丙烷、或天然氣用於燃燒起動之點燃。此種燃料源有助於起始燃燒，因為此等燃料可比粉煤更容易點燃。
在某些情況下，電漿點燃系統可用於粉煤鍋爐。電漿點燃系統通常設計為在焚燒器處從電漿炬生成高能電漿，以起始燃料點燃及火焰生成。電漿炬通常使用高壓電作為其能源。
本發明者判定粉煤鍋爐在歷史上使用輕質燃料油來點火及加熱冷鍋爐。然而，此種方法導致非期望之顆粒及一氧化碳(CO)排放物，並且具有相對較高之運行成本。電漿炬亦已用於此種鍋爐中，但是具有高資本成本、需要頻繁維護、需要水冷、並且具有有限之運行靈活性。本發明者之鍋爐、燃燒器、焚燒器、用於運行焚燒器之製程及用於運行鍋爐及/或燃燒器之製程之實施例可藉由減少維護及資本成本以及運行成本來提供對此等方法之顯著改良，同時亦促進可至少減少排放物中包含之顆粒之更環境友好之燃料燃燒。在一些實施方案中，除了在排放物中提供減少之顆粒之外，亦可減少NOx排放物，同時亦減少CO形成。實施例可經組態以利用增強之燃燒動力學來提供改良之效能並且提供鍋爐之更環境友好之運行。
例如，實施例可提供顆粒物質之顯著減少，因為與使用柴油或燃料油相比，使用氫作為次要燃料可避免顆粒之形成。此外，避免使用柴油或燃料油之能力可避免使用現場儲存此種燃料之儲罐，此可進一步避免與儲存燃料相關之環境問題，並避免發生此種燃料之意外洩漏。
此外，本發明者判定實施例可允許改良之運行，並提供改良之易用性及維護，同時保持較低之資本及運行成本。例如，多數可以使用一或多個粉煤焚燒器之大型發電廠已在現場儲存氫，用作渦輪發電機冷卻介質。實施例可適於利用此種現場氫，以亦將氫用作鍋爐之燃料。此外，實施例可利用具有可等於或大於10:1之調節比之低成本焚燒器，可需要最少之維護，並且提供改良之耐久性。此類優點可提供優於習知焚燒器技術之顯著改良，習知焚燒器技術亦提供此類實施例之鍋爐、燃燒器及/或焚燒器之環境友好運行之顯著改良。
在第一態樣中，提供一種用於燃燒室之焚燒器。该焚燒器之實施例可包含一第一挾帶粉煤之流體流導管、一內部氫導管；及一氫氧化劑導管，其定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管與該內部氫導管之間。該內部氫導管之一出口可定位於離該氫氧化劑導管之一出口一第一距離，使得從該內部氫導管之該出口輸出之氫通過該氫氧化劑導管之一部分行進至該氫氧化劑導管之該出口。該氫氧化劑導管之該出口可離該第一挾帶粉煤之流體流導管之一出口一第二距離，使得從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之一部分，以從該焚燒器輸出。
在一第二態樣中，該第一挾帶粉煤之流體流導管可包含用於挾帶在一流體（例如，空氣、富氧空氣、空氣與氫之混合物、富氧空氣與氫之混合物等）中之一粉煤流之一環形導管，並且該氫氧化劑導管可包含用於一氫氧化劑流（例如，空氣、富氧空氣、包含預先選擇之氧濃度範圍內之氧濃度之其他類型氧化劑流等）之一環形導管。在此種實施例中，該內部氫導管可具有圓形或橢圓形之橫截面形狀，該橫截面形狀具有用於一氫流之單個中心通道，或者對於此種實施例具有另一種類型之橫截面形狀。
在一第三態樣中，一次要氧化劑導管可定位於鄰近該第一挾帶粉煤之流體流導管之一外周，以使一次要氧化劑流行進通過該焚燒器並進入該燃燒室中。至少一個旋流器可定位在該次要氧化劑導管中，因此該次要氧化劑流在該燃燒室內產生旋渦。該次要氧化劑可為次要空氣、富氧空氣或其他類型氧化劑流，其包含在預先選擇之氧濃度範圍內之氧濃度。
在一第四態樣中，一第二挾帶粉煤之流體流導管可定位於鄰近該第一挾帶粉煤之流體流導管之一外周，使得該第一挾帶粉煤之流體流導管位於該第二挾帶粉煤之流體流導管與該氫氧化劑導管之間。一次要氧化劑導管可定位於鄰近該第二挾帶粉煤之流體流導管之一外周，以使一次要氧化劑流行進通過該焚燒器並進入該燃燒室中。
在一第五態樣中，一混合導管可定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管之該部分中，從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑行進通過該混合導管以從該焚燒器輸出（例如，該氫及該氫氧化劑可在從該焚燒器輸出之前行進通過該混合導管）。在此種實施例中，可可選地提供一分流器。該分流器可定位於包圍該第一挾帶粉煤之流體流導管中之該氫氧化劑流導管之一出口區之一外周部分，以將第一挾帶粉煤之流體流分流成在其中包含粉煤之一第一內部流部分，使得該第一部分被導引至該混合導管之該入口以行進通過該混合導管，及沿着該混合導管之一外側行進之一第二外部流部分。該分流器可附接至該混合導管以整合至該混合導管，或者可以其他方式緊固、焊接或聯接至該混合導管。在一些實施例中，該分流器可定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管內之一個位置處，使得其位於該第一挾帶粉煤之流體流導管與該氫氧化劑導管之間，鄰近該氫氧化劑導管之該出口，以沿着界定在該分流器與該氫氧化劑導管之間之一通道轉移該第一內部流部分，以在該混合導管內混合該第一內部部分之粉煤與從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑。
在一第六態樣中，該氫氧化劑導管之一出口可為具有一錐形部分之一錐形出口，並且在該氫氧化劑導管之該出口與該混合導管之間可界定有一間隙，使得行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之粉煤之一第一部分行進通過該間隙，以在該混合導管內與從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑混合，而行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之該粉煤之一第二部分沿着該混合導管之一外側行進。
在一第七態樣中，該氫氧化劑導管之一出口可為具有一擴大部分之一擴大出口，並且在該氫氧化劑導管之該出口與該混合導管之間可界定有一間隙，使得行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之粉煤之一第一部分行進通過該間隙，以在該混合導管內與從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑混合，而行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之該粉煤之一第二部分沿着該混合導管之一外側行進。此配置可導致該氫氧化劑導管之該出口之該擴大出口部分之一最外側部分延伸超過該混合導管之該入口。此可導致該擴大出口部分突出至該第一挾帶粉煤之流體流導管中，並且可能影響挾帶在流體中之該粉煤之一部分之流如何行進進入該混合導管之一入口並行進朝向該第一挾帶粉煤之流體流導管之出口。在一些實施例中，該間隙可經定大小且組態以使得一第一大小之煤顆粒位於行進通過間該隙之該粉煤之該第一部分內，而大於該第一大小之煤顆粒之第二大小之煤顆粒不行進通過該間隙，並且在其等通過該第一挾帶粉煤之流體流導管行進至該導管之該出口時沿着該混合導管之該外側通行進，以從該焚燒器輸出。
在一第八態樣中，該第一挾帶粉煤之流體流導管可經定位以接收挾帶在包括氫之一流體中之一粉煤流。在挾帶在一流體（例如，空氣、富氧空氣、其他流體）中之一粉煤流被餽送至該第一挾帶粉煤之流體流導管之前，該氫可被噴射至該流中。可提供控制閥以幫助控制噴射之氫之量。該控制閥可從可停止氫噴射之關閉位置及用於以一或多個氫噴射速率提供氫噴射之至少一個打開位置進行調整。
在一第九態樣中，一分流器可定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管與該氫氧化劑導管之間，鄰近該氫氧化劑導管之該出口，以沿着界定在該分流器與該氫氧化劑導管之間之一通道轉移該粉煤之一部分，以在一混合導管內混合該粉煤之該部分與從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑。在一些實施例中，該混合導管可設置在用於該內部氫導管之該出口及/或用於該氫氧化劑導管之出口之下游。
在一第十態樣中，提供一種鍋爐。該鍋爐可利用至少一個焚燒器，該焚燒器包含上文討論之第一態樣以及第二至第九態樣中之一或多者。例如，該鍋爐可包含至少一個焚燒器，該至少一個焚燒器經定位以在一燃燒室內生成至少一個火焰。該至少一個焚燒器可包含一第一焚燒器，該第一焚燒器包含一第一挾帶粉煤之流體流導管、一內部氫導管及一氫氧化劑導管，該氫氧化劑導管位於該第一挾帶粉煤之流體流導管與該內部氫導管之間。該內部氫導管之一出口可定位於離該氫氧化劑導管之一出口一第一距離，使得從該內部氫導管之該出口輸出之氫通過該氫氧化劑導管之一部分行進至該氫氧化劑導管之該出口。該氫氧化劑導管之該出口可離該第一挾帶粉煤之流體流導管之一出口一第二距離，使得從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之一部分，以從該焚燒器輸出。
在一第十一態樣中，該鍋爐亦包含：一粉煤源，其連接至該第一挾帶粉煤之流體流導管之一入口；一氫源，其連接至該內部氫導管之一入口；及一氧化劑流源，其連接至該氫氧化劑導管之一入口。該氫源可包含包含氫之一容器或輸出一氫流之製程單元。一粉煤源可包含例如保持粉煤之一容器或輸出粉煤之以粉碎單元。一氧化劑流源可包含空氣、輸出富氧空氣或包含在預先選擇之氧濃度範圍內之氧濃度之一流體之一製程單元（例如，壓縮機或其他類型之製程單元）、或其他氧源。
在一第十二態樣中，該鍋爐包含一次要氧化劑導管，該次要氧化劑導管經定位以鄰近該第一挾帶粉煤之流體流導管之一外周，以使一次要氧化劑流行進通過該焚燒器並進入該燃燒室中。該次要氧化劑可由一氧化劑源（例如，空氣、一次要空氣源、一空氣壓縮機、輸出一氧化劑流之一製程單元等）提供。
在一第十三態樣中，一第二挾帶粉煤之流體流導管可定位於鄰近該第一挾帶粉煤之流體流導管之一外周，使得該第一挾帶粉煤之流體流導管位於該第二挾帶粉煤之流體流導管與該氫氧化劑導管之間。一次要氧化劑導管可定位於鄰近該第二挾帶粉煤之流體流導管之一外周，以使一次要氧化劑流行進通過該焚燒器並進入該燃燒室中。該次要氧化劑可由一氧化劑源（例如，空氣、一次要空氣源等）提供。一粉煤源連接至該第二挾帶粉煤之流體流導管之一入口。此源可為與用於將粉煤餽送至該第一挾帶粉煤之流體流導管或一第二單獨之粉煤源相同之源。
在一第十四態樣中，該鍋爐可包含一混合導管，該混合導管定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管之該部分中，從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑行進通過該混合導管以從該焚燒器輸出（例如，該氫及該氫氧化劑可在從該焚燒器輸出之前行進通過該混合導管）。在此種實施例中，可可選地提供一分流器。該分流器可定位於包圍該第一挾帶粉煤之流體流導管中之該氫氧化劑流導管之一出口區之一外周部分，以將第一挾帶粉煤之流體流分流成被導引至該混合導管之該入口以行進通過該混合導管之一第一內部流部分，及沿着該混合導管之一外側行進之一第二外部流部分。該分流器可附接至該混合導管以整合至該混合導管，或者可以其他方式緊固、焊接或聯接至該混合導管。在一些實施例中，該分流器可定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管與該氫氧化劑導管之間，鄰近該氫氧化劑導管之該出口，以沿着界定在該分流器與該氫氧化劑導管之間之一通道轉移該第一內部流部分，以在該混合導管內混合該第一內部部分之粉煤與從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑。
在一第十五態樣中，該鍋爐可經組體使得該氫氧化劑導管之一出口為具有一錐形部分之一錐形出口，並且在該氫氧化劑導管之該出口與該混合導管之間可界定有一間隙，使得行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之粉煤之一第一部分行進通過該間隙，以在該混合導管內與從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑混合，而行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之該粉煤之一第二部分沿着該混合導管之一外側行進。
在一第十六態樣中，該鍋爐可經配置使得該氫氧化劑導管之該出口係具有一擴大部分之一擴大出口。在此種實施例中，該氫氧化劑導管之該出口可為具有一擴大部分之一擴大出口（例如，該氫氧化劑導管之該出口可從加寬位置加寬至該氫氧化劑出口之遠端，因此該出口在該遠端處比在該出口之該遠端上游之加寬位置處更寬）。在該氫氧化劑導管之該出口與該混合導管之間可界定有一間隙，使得行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之粉煤之一第一部分行進通過該間隙，以在該混合導管內與從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑混合，而行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之該粉煤之一第二部分沿着該混合導管之一外側行進。此配置可導致該氫氧化劑導管之該出口之該擴大出口部分之一最外側部分延伸超過該混合導管之該入口。此可導致該擴大出口部分突出至該第一挾帶粉煤之流體流導管中，並且可能影響挾帶在流體中之該粉煤流之一部分如何行進進入該混合導管之一入口並行進朝向該第一挾帶粉煤之流體流導管之出口。
在一第十七態樣中，一分流器可定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管與該氫氧化劑導管之間，鄰近該氫氧化劑導管之該出口，以沿着界定在該分流器與該氫氧化劑導管之間之一通道轉移該粉煤之一部分，以在該混合導管內混合該粉煤之該部分與從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑。
在一第十八態樣中，該鍋爐可經配置使得該第一挾帶粉煤之流體流導管經定位以接收挾帶在包括氫之一流體中之一粉煤流。在挾帶在該流體中之粉煤流被餽送至該第一挾帶粉煤之流體流導管之前，該氫可被噴射至該流中。如上文討論，一控制閥亦可用於調整餽送至該流中之氫之噴射速率。
在一第十九態樣中，提供一種用於在一燃燒裝置之一燃燒室中生成一火焰之製程。該製程之實施例可利用上文討論之焚燒器之一態樣及本文討論之一焚燒器之其他態樣，或者上文討論之鍋爐之一態樣及本文討論之其他態樣。該製程之實施例可包含向一焚燒器餽送氫、一氫氧化劑流及挾帶在一氧化劑流中之一第一粉煤，使得該氫行進通過該焚燒器之一內部氫導管，該氫氧化劑流行進通過定位於一第一挾帶粉煤之流體流導管與該內部氫導管之間之該焚燒器之一氫氧化劑導管，並且挾帶在該氧化劑流中之該第一粉煤行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管。該方法亦可包含從該內部氫導管之一出口輸出該氫，因此當該氫從該內部氫導管之該出口行進至該氫氧化劑導管之一出口時，該氫行進一第一距離，使得從該內部氫導管之該出口輸出之氫通過該氫氧化劑導管之一部分行進至該氫氧化劑導管之該出口。該製程之實施例可額外包含從該氫氧化劑導管之該出口輸出該氫及該氫氧化劑流，因此當該氫從該氫氧化劑導管之該出口行進至該第一挾帶粉煤之流體流導管之一出口時，該氫及該氫氧化劑流行進一第二距離，使得從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之一部分，以形成從該焚燒器之一出口散發之一引燃火焰。
在一第十二態樣中，該製程亦可包含將挾帶在該氧化劑流中之該第一粉煤之一第一部分與挾帶在該氧化劑流中之該第一粉煤之一第二部分分流，因此當該氫及該氫氧化劑流在該焚燒器內沿着該第二距離行進時，挾帶在該氧化劑流中之該第一粉煤之該第一部分與該氫及該氫氧化劑流混合，以形成該引燃火焰，而挾帶在該氧化劑流中之該第一粉煤之該第二部分行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管以輸出至該燃燒室中。例如，該第二十態樣之實施例可利用包含如本文所討論之一混合導管及/或一分流器之實施例。
在一第二十一態樣中，該製程亦可包含在將挾帶在該氧化劑流中之該第一粉煤餽送至該焚燒器之前將氫噴射至挾帶在該氧化劑流中之該第一粉煤中，使得挾帶在行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之該氧化劑流中之該第一粉煤包括氫、粉煤及一氧化劑。
在一第二十二態樣中，提供一種用於一燃燒室之一焚燒器，該焚燒器包含一第一挾帶粉煤之流體流導管、一內部氫導管及一氫氧化劑導管，該氫氧化劑導管位於該第一挾帶粉煤之流體流導管與該內部氫導管之間。一混合導管可定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管中，使得從該內部氫導管之一出口輸出之氫及從該氫氧化劑導管之一出口輸出之氫氧化劑可行進通過該混合導管，以與挾帶在可行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之一流體中之一粉煤流之一第一部分混合，以作為在由該氫、該氫氧化劑、及夾帶在該流體中之該粉煤流之該第一部分內之一部分之燃燒形成之一火焰周圍之一混合物從該焚燒器輸出。該混合導管可定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管中，使得挾帶在可行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之該流體中之該粉煤流之一第二部分，經由該混合導管與挾帶在該流體中之該粉煤流之該第一部分分離，使得該第二部分隨該火焰及該氫、該氫氧化劑及挾帶在該流體中之該粉煤流之該第一部分之該混合物之一未燃燒部分一起從該焚燒器中排出。
在一第二十三態樣中，該焚燒器之實施例可包含一次要氧化劑導管，該次要氧化劑導管經定位以鄰近該第一挾帶粉煤之流體流導管之一外周，以使一次要氧化劑流行進通過該焚燒器並進入該燃燒室中。該內部氫導管之該出口可相對於該氫氧化劑導管之該出口定位一軸向距離X H2，並且該內部氫導管可具有一直徑D H2，並且在該混合導管之一入口與該氫氧化劑導管之該出口之間可存在具有一間隙距離之一間隙，該間隙將該混合導管之該入口與該氫氧化劑導管之該出口分離，其中： (i)        -1 ≤ X H2/D H2≤ 5及/或 (ii)  0.05 ≤ ((2*dg * r 1)/(r 4 2-r 1 2)) ≤ 0.15； 其中dg係該間隙距離、r 1係該內部氫導管之一半徑、r 2係該氫氧化劑導管之一半徑、r 3係該第一挾帶粉煤之流體流導管之一半徑、及r 4係該次要氧化劑導管之一半徑。
在此種實施例中，該氫氧化劑導管之該出口可為具有一擴大部分之一擴大出口（例如，該氫氧化劑導管之該出口可從加寬位置加寬至該氫氧化劑出口之遠端，因此該出口在該遠端處比在該出口之該遠端上游之加寬位置處更寬）。此配置可導致該氫氧化劑導管之該出口之該擴大出口部分之一最外側部分延伸超過該混合導管之該入口。此可導致該擴大出口部分突出至該第一挾帶粉煤之流體流導管中，並且可能影響挾帶在流體中之該粉煤流之一部分如何行進進入該混合導管之一入口並行進朝向該第一挾帶粉煤之流體流導管之出口。在該氫氧化劑導管之該出口與該混合導管之間界定之該可經組態使得行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之粉煤之一第一部分行進通過該間隙，以在該混合導管內與從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑混合，而行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之該粉煤之一第二部分沿着該混合導管之一外側行進。與行進通過該間隙以行進進入該混合導管中之該挾帶粉煤之流體流之該第一部分相比，該挾帶粉煤之流體流之該第二部分可包含更大顆粒大小之煤。
在一第二十四態樣中，該軸向距離XH2可為該氫氧化劑導管之該出口與該混合導管之該入口之間之一軸向距離。
在一第二十五態樣中，該軸向距離XH2可小於0，使得該內部氫導管之該出口定位於離該氫氧化劑導管之一出口一第一距離，因此從該內部氫導管之該出口輸出之氫通過該氫氧化劑導管之一部分行進至該氫氧化劑導管之該出口。
在一第二十六態樣中，該軸向距離XH2可為0，使得該內部氫導管之該出口與該氫氧化劑導管之該出口重合。
在一第二十七態樣中，該軸向距離XH2可大於0，使得該內部氫導管之該出口定位於該混合導管內。
在一第二十八態樣中，該焚燒器之實施例可包含一次要氧化劑導管，該次要氧化劑導管經定位以鄰近該第一挾帶粉煤之流體流導管之一外周，以使一次要氧化劑流行進通過該焚燒器並進入該燃燒室中。該鍋爐亦可包含一混合導管，該混合導管定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管之該部分中，從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑行進通過該混合導管以從該焚燒器輸出（例如，該氫及該氫氧化劑可在從該焚燒器輸出之前行進通過該混合導管）。該內部氫導管之該出口可距該氫氧化劑導管之該出口一軸向長度LH2。該內部氫導管亦可具有一直徑DH2。該混合導管之一入口可離該氫氧化劑導管之該出口之一錐形位置一入口距離Gc，在該錐形位置處，該氫氧化劑導管開始至該氫氧化劑導管之該出口呈錐形。另外，該焚燒器可經配置且組態使得： (i)        1 ≤ L H2/D H2≤ 5及/或 (ii)  0.05 ≤ ((2*Gc * r 1)/(r 4 2-r 1 2)) ≤ 0.15； 其中，r 1係該內部氫導管之一半徑、r 2係該氫氧化劑導管之一半徑、r 3係該第一挾帶粉煤之流體流導管之一半徑、及r 4係該次要氧化劑導管之一半徑。
該二十八個態樣可與上文討論之態樣（例如，該第一態樣至該第四態樣，該第十態樣至該第十四態樣等）結合使用。
在一第二十九態樣中，該入口距離Gc可為該混合導管之該入口與該氫氧化劑導管之該錐形位置之間之一間隙之一軸向長度。
在一第三十態樣中，該焚燒器可包含一次要氧化劑導管，該次要氧化劑導管定位於鄰近該第一挾帶粉煤之流體流導管之一外周，以使一次要氧化劑流行進通過該焚燒器並進入該燃燒室中；且亦包含一混合導管，該混合導管定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管之該部分中，從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑行進通過該混合導管以從該焚燒器輸出（例如，該氫及該氫氧化劑可在從該焚燒器輸出之前行進通過該混合導管）。該混合導管之一入口可與該氫氧化劑導管之該出口間隔開具有一間隙距離之一間隙。該內部氫導管之該出口可相對於該氫氧化劑導管之該出口一軸向長度XH2。該內部氫導管亦可具有一直徑DH2。該混合導管之該入口可離該氫氧化劑導管之該出口該間隙距離，且其中： (i)        -1 ≤ X H2/D H2≤ 5及/或 (ii)  0.05 ≤ ((2*dg * r 1)/(r 4 2-r 1 2)) ≤ 0.15； 其中dg係該間隙距離、r 1係該內部氫導管之一半徑、r 2係該氫氧化劑導管之一半徑、r 3係該第一挾帶粉煤之流體流導管之一半徑、及r 4係該次要氧化劑導管之一半徑。
在一三十一態樣中，該間隙距離dg可為該氫氧化劑導管之該出口與該混合導管之該入口之間之一軸向距離。
在一第三十二態樣中，32，一混合導管可定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管之該部分中，從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑行進通過該混合導管以從該焚燒器輸出（例如，該氫及該氫氧化劑可在從該焚燒器輸出之前行進通過該混合導管）。該混合導管之一入口可與該氫氧化劑導管之該出口間隔開具有一間隙距離之一間隙。一分流器可定位於包圍該第一挾帶粉煤之流體流導管中之該氫氧化劑流導管之一出口區之一外周部分，以將第一挾帶粉煤之流體流分流成被導引至該混合導管之該入口以行進通過該混合導管之一第一內部流部分，及沿着該混合導管之一外側行進之一第二外部流部分。該內部氫導管之該出口可距該氫氧化劑導管之該出口一軸向長度LH2；該內部氫導管亦具有一直徑DH2。該混合導管之該入口可離該氫氧化劑導管之該出口該間隙距離。另外，該焚燒器可經配置使得： (i)        1 ≤ L H2/D H2≤ 5及 (ii)  0.05 ≤ ((r 6 2-r 5 2)/(r 8 2-r 7 2))  ≤ 0.25； 其中r 5係該氫導管之一外半徑、r 6係該分流器之一內半徑、r 7係該分流器之一外半徑、及r 8係該第一挾帶粉煤之流體流導管之一內半徑。
在一第三十三態樣中，該分流器可定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管與該氫氧化劑導管之間，鄰近該氫氧化劑導管之該出口，以沿着界定在該分流器與該氫氧化劑導管之間之一通道轉移該第一內部流部分，以在該混合導管內混合該第一內部部分之粉煤與從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑。
在一第三十四態樣中，一鍋爐可包含至少一個焚燒器，該至少一個焚燒器經定位以在一燃燒室內生成至少一個火焰。該至少一個焚燒器可包含一第一焚燒器，該第一焚燒器被組態成上述態樣之任一者之焚燒器。例如，該第一焚燒器可為該第二十二態樣之焚燒器。該鍋爐之其他實施例可具有包含該第二十二態樣至該第三十三態樣之其他特徵之一第一焚燒器，可為該第一態樣之一焚燒器，或者可為包含該第一態樣之特徵以及來自該第二態樣至該第十七態樣中之一或多者之特徵之一焚燒器。
在一些實施例中，該鍋爐包含：一粉煤源，其連接至該第一挾帶粉煤之流體流導管之一入口；一氫源，其連接至該內部氫導管之一入口；及一氧化劑流源，其連接至該氫氧化劑導管之一入口。在該鍋爐之一些實施例中，亦可提供一氫源，該氫源經定位用於將氫噴射至挾帶在一流體內之一粉煤流中，使得該第一挾帶粉煤之流體流導管經定位以接收挾帶在該流體內之該粉煤流，使得該流體包含一氧化劑及來自該氫源之氫。
應瞭解，不同實施例可利用該第一態樣至該第三十四態樣中之一或多者來創建具有此等態樣之不同組合之又額外實施例，用於一焚燒器、鍋爐、燃燒設備、用於運行至少一個焚燒器之方法、用於運行一鍋爐之製程或用於運行一燃燒器之製程之一實施例中。
以上討論之態樣可經組態且配置使得存在一間隙距離dg、作為該內部氫導管之一半徑之一半徑r1、作為該氫氧化劑導管之一半徑之一半徑r2、作為該第一挾帶粉煤之流體流導管之一半徑之一半徑r3、及作為該次要氧化劑導管之一半徑之一半徑r4。在此種組態中，各導管之半徑可為該導管之一外壁之內側離氫導管之中心軸線或焚燒器之中心軸線之一距離。各導管之外壁之內側可為該導管之該外壁中流過該導管之一部分流體及/或顆粒在其流過該導管時可沿其直接接觸之側。例如，中心軸線可為在垂直於焚燒器平面或實質上垂直於（例如，在垂直之5°範圍內或在垂直之7°範圍內等）該焚燒器平面之一軸向方向上線性延伸之一中心軸線。該第一半徑r1可為該中心軸線與該氫導管之一外壁之一內側之間之一線性量測距離。該第二半徑r2可為該中心軸線與該氫氧化劑導管之一外壁之一內側之間之一線性量測距離。該第三半徑r3可為該中心軸線與該第一挾帶粉煤之流體流導管之一外壁之一內側之間之一線性量測距離。該第四半徑r4可為該中心軸線與該次要導管之一外壁之一內側之間之一線性量測距離。間隙距離dg可為該氫氧化劑導管之該出口與該混合導管之該入口f之間之一線性量測距離（例如，該混合導管之該入口與該氫氧化劑導管之該出口之間之一軸向距離，該軸向距離將該氫氧化劑導管之出口與該混合導管之入口間隔開）。
上文討論之一些態樣可經組態且配置使得存在作為該氫導管之一外半徑之一半徑r5、作為該分流器之一內半徑之一半徑r6、作為該分流器之一外半徑之一半徑r7、及作為該第一挾帶粉煤之流體流導管之一內半徑之一半徑r8。各半徑r5至r8可為一導管或該分流器之一部分離該氫導管之中心軸線或該焚燒器之中心軸線之一距離。如上文討論，該中心軸線可為在垂直於該焚燒器平面或實質上垂直於（例如，在垂直之5°範圍內或在垂直之7°範圍內等）該焚燒器平面之一軸向方向上線性延伸之一中心軸線。在此種組態中，半徑r5可為該氫氧化劑導管之一外壁之一內側離該中心軸線之一線性量測距離（半徑r5亦可視為該氫氧化劑導管之一半徑（類似於上文討論之半徑r2）。半徑r6可為該中心軸線與該分流器之一內側之間之一線性量測距離。半徑r7可為該分流器之一外側與該中心軸線之間之一線性量測距離。半徑r8可為該第一挾帶粉煤之流體流導管之一外壁之一內側與該中心軸線之間之一線性量測距離。
(r62-r521)/(r82-r72))比率可視為橫截面積Ar之一比率。該比率Ar可為由該分流器分離之內煤流通道與外煤流通路之間之橫截面積之一比率，該比率可假定為等於對於經由該分流器形成之第一挾帶粉煤之流體流之流之第一內流部分與第二外流部分之比率。
上文討論一軸向距離XH2及一軸向長度LH2。該軸向距離XH2可為在兩個位置（例如，氫導管之出口及該氫氧化劑導管之出口）之間沿着該焚燒器或氫導管之中心軸線量測之一線性延伸距離。該軸向長度LH2可為在兩個位置（例如，該氫導管之出口及該氫氧化劑導管之出口）之間沿着焚燒器或氫導管之中心軸線量測之線性延伸距離。
隨着對鍋爐、燃燒器、焚燒器、用於運行焚燒器之製程、用於運行鍋爐及/或燃燒器之製程及其製造與使用方法之某些例示性實施例之以下描述之進行，其其他細節、目之及優點而變得顯而易見。
參考圖1至圖19，鍋爐1可包含具有燃燒室3之燃燒器。燃料可經由至少一個焚燒器5（例如，單個焚燒器5、多個焚燒器5等）餽送至燃燒室中並在其中焚燒。各焚燒器5可連接至風箱2，該風箱可連接至鍋爐1或者包含在鍋爐1中。一或多個焚燒器5可連接至風箱2以接受次要空氣或另一類型之次要氧化劑流（例如，空氣、富氧空氣、其他含氧流體流），以隨燃料輸出該次要氧化劑流及隨該燃料包含之至少一個主要氧化劑流。在一些組態中，風箱2亦可經配置用於向焚燒器5提供一或多種其他氧化劑流。亦可存在可連接至焚燒器5之其他氧化劑流源。
各焚燒器5可經組態以從焚燒器之出口5a輸出一或多個焚燒器流，以燃燒至少一種燃料，從而在燃燒室3內生成至少一個火焰4。在燃燒室3中形成之生成火焰4可導致包含燃燒產物之熱氣體行進離開燃燒室並進入鍋爐3之煙道8或其他導管中，用於加熱水以形成蒸汽且/或加熱另一流體。形成之蒸汽或其他加熱之流體可餽送至其他製程單元。例如，形成之蒸汽可餽送至至少一個渦輪機用於發電，並且其他加熱之流體可在其他工廠單元中利用（例如，在熱交換器中使用熱流體等）。
燃燒氣體可作為至少一個煙道氣流從鍋爐輸出8a輸出。從鍋爐1輸出之煙道氣體可餽送至其他下游製程單元（例如，熱交換器、洗滌塔、過濾單元、碳捕獲單元等），以在其他工廠製程中使用輸出流體及/或處置流體以將輸出流作為排放流發射至大氣中。
鍋爐1可利用複數個不同焚燒器或單個焚燒器5。當利用多個焚燒器5時，焚燒器陣列可定位在不同位置處，或者可定位在對準之位置處，以滿足一組特定預先選擇之設計標準，從而幫助促進燃燒室內之期望燃燒製程或溫度概況。各焚燒器5可為本文討論之焚燒器之實施例。在一些實施方案中，所有一或多個焚燒器可利用相同組態（例如，圖2至圖6、圖7至圖9、圖17至圖18之實施例或本文討論之其他實施例）。在其他實施方案中，焚燒器5可具有不同組態（例如，一或多個焚燒器可為圖2至圖6之實施例，一或多個其他焚燒器可為圖7至圖9之實施例，一或多個其他焚燒器可為圖10至圖14之實施例，及/或一或多個焚燒器可為圖17至圖18之實施例等）。
各焚燒器5可具有焚燒器出口5a。火焰4可經由焚燒器5之焚燒器平面5p從出口5a生成與發射。例如，焚燒器平面5p可鄰近安裝有焚燒器之燃燒室3之壁。
如從圖2至圖18中可最佳瞭解，各焚燒器5可具有特定之結構，以便於將氫及粉煤餽送至燃燒室3中，用於燃燒燃料以形成至少一個火焰4及生成包含由燃料燃燒及火焰4形成之燃燒產物之熱氣體。焚燒器5可經組態以利用至少一个氫流來幫助在鍋爐起動時點燃粉煤，以幫助火焰生成以形成具有改良之穩定性、減少之一氧化二氮（NOx)形成、幫助最小化燃料燃燒之顆粒生以及總體改良之效能之火焰4。當鍋爐正在穩態條件或其他非起動條件下運行時，氫亦可在鍋爐起動後利用，以幫助提供改良之火焰穩定性、幫助保持低NOx形成、減少顆粒及CO2排放物，並且亦提供改良之運行效能。
例如，火焰4之改良起動可利用減少燃料燃燒過程期間形成之顆粒及CO2排放物來執行，以起動燃燒室3內之燃料燃燒，從而在其中形成一或多個火焰4並生成包含燃燒產物之煙道氣體。與可使用柴油燃料或油燃料作為次要燃料之習知鍋爐相比，形成之燃燒氣體可包含顯著更少之顆粒。焚燒器之實施例可適於使得氫亦可在鍋爐之穩態運行期間經由焚燒器5餽送，以幫助提供改良之火焰穩定性及在燃燒過程中形成之顆粒之減少。
氫作為焚燒器之次要燃料之利用可經組態以提供鍋爐1之調節運行之擴展並且改良鍋爐1之負載追隨能力。實施例可提供例如10:1或更大之調節比。亦可藉由減少NOx形成及NOx排放物並且減少顆粒及CO2排放物來幫助促進排放物之改良。進一步言之，實施例可提供高度耐用之焚燒器，其可以相對低之資本成本製造，同時亦需要很少之（若有）日常維護，此亦可幫助改良鍋爐1及/或焚燒器5之運行效能。
焚燒器5之實施例可包含焚燒器出口5a，該焚燒器出口可發射具有至少30體積百分比（體積%）之氫（或H2）濃度之氫流、具有大於或等於通常存在於空氣中之氧（或O2）濃度（約20.8體積%）且較佳在約20.8體積%與50體積%之間之主要氫氧化劑流、挾帶在煤輸送流體（例如，空氣、氮、與氮混合之空氣、二氧化碳、氧增強空氣、與氫氣混合之空氣、與氫氣混合之富氧空氣等）內之粉煤混合物（例如，煤之固體顆粒）之至少一個流，其中輸送流體內煤與煤氧化劑之比率在約每磅煤氧化劑流體0.1磅(lb)至10磅煤之範圍內。至少一個次要氧化劑（例如空氣、氧增強空氣等）亦可從焚燒器出口5a輸出。
在可可從焚燒器5輸出之每磅煤氧化劑流體0.1磅煤濃度下，煤氧化劑可視為可能更難點燃之貧混合物。相比之下，每磅煤氧化劑流體10磅煤濃度可視為稠密之混合物，在任何較少稀釋情況下，氣動輸送可能更加困難。
次要氧化劑流21f可為次要空氣流（最佳）、富氧空氣流或其他含氧氧化劑之氣態流體流，可被餽送至次要氧化劑導管21中，以從次要氧化劑導管21之出口21o發射。在一些實施例中，此次要氧化劑流可為由鼓風機或壓縮機（未展示）提供之空氣流，該鼓風機或壓縮機可壓縮空氣流以供向一或多個焚燒器5及/或風箱2餽送。
可存在定位於次要氧化劑導管21中之一或多個旋流器21s。旋流器21s之各者可為定位於導管中或鄰近該導管之主體，使得次要氧化劑流21f由於沿着旋流器21s之主體行進而圍繞或繞焚燒器中心軸線或縱向軸線產生旋渦，使得次要氧化劑流之輸出在從定位於焚燒器5之出口5a處或鄰近該出口之次要氧化劑導管21之出口21o發射之後，在燃燒室3內產生旋渦。
次要氧化劑導管21可為環形導管，其經定位以圍封至少一個挾帶粉煤之流體流導管（例如，第一挾帶粉煤之流體流導管19）。例如，如圖17及圖18之例示性實施例所示，次要氧化劑導管21可圍繞第二挾帶粉煤之流體流導管29之外周定位。例如，如圖2至圖16之實施例所示，次要氧化劑導管21可圍繞第一挾帶粉煤之流體流導管19之外周定位。
第一挾帶粉煤之流體流導管19可包含入口19i，在該入口處，與空氣或其他輸送流體（例如富氧空氣等）混合之粉煤可被餽送至第一挾帶粉煤之流體流導管19中，因此粉煤與輸送流體（例如，挾帶在空氣中之煤顆粒、富氧空氣、其他氧化劑流體流等）之混合物之第一流19f可行進通過第一挾帶粉煤之流體流導管19，以在焚燒器5之出口5a處被發射。第一挾帶粉煤之流體流導管19亦可具有鄰近焚燒器之出口5a之出口19o，粉煤與輸送流體之混合物之第一流19f之至少一部分可通過該出口從第一挾帶粉煤之流體流導管19輸出。例如，出口19o可位於焚燒器5之終端出口5a處。在一些實施例中，挾帶在行進通過第一挾帶粉煤之流體流導管19之氣態輸送流體中之粉煤之此第一流亦可包含混合在其中之氫氣（例如，參見圖6及圖12中所示之H2混合選項）。
第一挾帶粉煤之流體流導管19可為環形導管，其經定位以圍封內部氫導管10及內部氫氧化劑導管11。例如，如圖2至圖18之例示性實施例中所示，第一挾帶粉煤之流體流導管19可圍繞內部氫氧化劑導管11之外周定位。
如圖2至圖18之例示性實施例所示，氫導管10可定位在內部氫氧化劑導管11內，使得內部氫氧化劑導管11圍繞內部氫導管10之外周定位。在此種實施例中，內部氫氧化劑導管11可位於氫導管10與第一挾帶粉煤之流體流導管19之間。氫導管10可為焚燒器5之最內側導管或焚燒器5之內部中央導管。
在利用第二挾帶粉煤之流體流導管29之實施例中（例如，圖17至圖18之實施例等），第二挾帶粉煤之流體流導管29可定位在第一挾帶粉煤之流體流導管19與次要氧化劑導管21之間。在不利用第二挾帶粉煤之流體流導管29之實施例中（例如，圖1至圖11之實施例），第一挾帶粉煤之流體流導管19可定位於內部氫氧化劑導管11與次要氧化劑導管21之間。
次要氧化劑導管21可為最外側導管，含氧流體（例如氣態氣流、富氧態氣流等）通過該導管作為次要氧化劑流21f行進通過焚燒器5，以經由焚燒器5之出口5a餽送至燃燒室3中。氫導管10可為中心導管或最內側導管，氫流體流通過該導管作為從該氫導管10之入口10i行進至出口10o之氫流10f行進通過焚燒器，以經由焚燒器5之出口5a餽送至燃燒室3中。焚燒器5之其他導管可視為定位於氫導管10與次要氧化劑導管21之間之中間導管。
各種導管可具有不同尺寸及相對於彼此之間距。例如，氫導管10可具有半徑r1及直徑DH2。內部氫氧化劑導管11可具有半徑r2，第一挾帶粉煤之流體流導管19可具有半徑r3，並且次要氧化劑導管21可具有半徑r4。第二挾帶粉煤之流體流導管29亦可具有一半徑。各導管之半徑可為該導管之外壁之內側離氫導管10之中心軸線10ca之距離（例如，在圖9中以虛線展示）。各導管之外壁之內側可為該導管之該外壁中流過該導管之一部分流體及/或顆粒在其流過該導管時可沿其直接接觸之側。例如，中心軸線10ca可為在垂直於焚燒器平面5p或實質上垂直於（例如，在垂直之5°範圍內或在垂直之7°範圍內等）該焚燒器平面5p之一軸向方向上線性延伸之該焚燒器之一中心軸線。
內部氫氧化劑導管11可在其入口11i處接收氫氧化劑流11f，並在其出口11o處輸出氫氧化劑流11f，使得氫氧化劑流11f經由內部氫氧化劑導管11行進通過焚燒器5。可在入口11f處經由風箱2或經由可將氫氧化劑流11f餽送至內部氫氧化劑導管11之單獨氫氧化劑供應器接收氫氧化劑流11f。單獨氫氧化劑供應器可為單獨鼓風機或壓縮機、液氧供應容器或流體連接至氫氧化劑導管11之入口11i之此種氧化劑源之組合。餽送至內部氫氧化劑導管11之氫氧化劑流11f例如可為從壓縮機接收之壓縮空氣之一部分，或者可為富氧空氣流。在一些實施例中，至少一個旋流器11f可定位於鄰近內部氫氧化劑導管11之出口11o，使得導致行進通過內部氫氧化劑導管之氧化劑流藉由沿着旋流器11s行進而圍繞焚燒器縱向軸線產生旋渦，使得從出口輸出之氫氧化劑流11f在燃燒室3內產生旋渦。較佳言之，氫氧化劑之旋渦流在與從次要氧化劑導管21輸出之次要氧化劑相同之方向上產生旋渦。
氫導管10可在其入口10i處接收氫流體（例如氫氣）流，以經由氫導管10之出口10o及焚燒器之出口5a輸出至燃燒室3中，使得氫流10f經由氫導管10行進通過焚燒器5。氫流10f可從包含氫氣之容器接收，或者可從可輸出氫流之另一工廠製程元件接收。
氫導管10及氫氧化劑導管11可經定位使得當從出口11o及10o輸出之氫及氧化劑流行進進入燃燒室3中時可形成引燃火焰4h。此引燃火焰4h可作為鄰近焚燒器出口5a之內部火焰生成，以促進從第一挾帶粉煤之流體流導管19及繼而（當存在時）第二挾帶粉煤之流體流導管29輸出之煤之點燃及燃燒，從而在燃燒室中形成火焰4。形成之火焰4可從燃燒室3內之引燃火焰4h向外散發。在一些情況下，形成之火焰可包圍或圍封例如燃燒室中之引燃火焰4h。次要氧化劑導管21可輸出額外氧化劑流，以幫助進一步促進煤及氫在燃燒室中之燃燒及穩定火焰4之生成，並幫助界定燃燒室3內之中心重新循環區3a。
在一些實施例中，至少一個旋流器10s可經定位以鄰近內部氫導管10之出口10o，使得導致行進通過氫導管10之氫流10f（例如，氫氣流或H2氣體、包括氫、H2等之氣體流）藉由沿着旋流器10s行進而產生旋渦，使得從出口10o輸出之氫流10f在燃燒室3內產生旋渦。應瞭解，焚燒器5之實施例可在氫導管10及內部氫氧化劑導管11中不利用旋流器10s及11s，在氫導管10及內部氫氧化劑導管11中利用旋流器10s及11s，或者僅在氫導管10中利用旋流器10s，或者僅在內部氫氧化劑導管11中利用旋流器11s。此等旋流器10s、11s之使用可與其他導管（例如，次要氧化劑導管21）中之旋流器結合利用。此等旋流器11s、10s之不使用亦可用於其中一或多個旋流器21s包含在次要氧化劑導管21中之實施例中。
當在一些實施例（例如，圖17至圖18之實施例）中利用時，第二挾帶粉煤之流體流導管29可在其入口29i處接收挾帶在輸送流體29f內之第二粉煤流，使得挾帶在氣態氧化劑中之此第二粉煤流29f經由第二挾帶粉煤之流體流導管29行進通過焚燒器5，以經由第二挾帶粉煤之流體流導管29之出口29o輸出。在一些實施例中，挾帶在輸送流體29f內之此第二粉煤流亦可包含氫。挾帶在輸送流體29f內之第二流粉煤之輸送流體之實例可包含氣態氧化劑（例如，空氣、富氧空氣、富氧煙道氣等）或含非氧化劑之氣流（例如，氮、二氧化碳、氮及二氧化碳氣體之混合物等）。
如從圖2至圖6中可最佳瞭解，焚燒器5之實施例可具有出口5a，該出口經結構化使得從氫導管10輸出之氫流10f沿着第一距離d1行進，從氫導管之出口10o行進以到達內部氫氧化劑導管11之出口11o，此可允許氫開始與從氫氧化劑導管11輸出之氧化劑流混合。在行進第一距離d1之後，此等流10f、11f可從行進離開氫氧化劑導管11之出口11o，並且前行第二距離d2至第一挾帶粉煤之流體流導管19之出口19o。此第二距離d2可經預先選擇，以允許在氫流及氫氧化劑流，與隨粉煤及輸送流體之混合物之第一流19f之主要氧化劑流挾帶之煤流之間進行預先選擇量之混合，該第一流行進通過第一挾帶粉煤之流體流導管19朝向此導管之出口19o。
沿着此第二距離d2，煤、氫及氧化劑之流可彼此相接並混合。旋流器11s及10s之存在有助於當此等流沿第一距離d1及第二距離d2行進時可能發生之此種混合。如從圖4中最佳可見，引燃火焰4h可由於氫流及氫氧化劑流之混合而形成，此可在此等流沿着第一距離d1前行期間起始。
引燃火焰4h之點燃之起始可發生在內部氫導管10之出口平面處（例如，在出口10o處）。第一距離d1可經定大小且組態以實現引燃火焰4h部分發展，因此在接觸粉煤流之前，其可變得更熱且更具化學反應性，此可最初發生在內部氫氧化劑導管11之出口平面處（例如，在出口11o處）。第一距離d1及第二距離d2可經界定且組態以避免太長，使得可避免導管壁之過熱，同時仍然促進改良之火焰發展。
引燃火焰4h可有助於加熱粉煤及輸送流體之混合物之第一流19f內之固體煤顆粒cp，使得此等顆粒中之一些被點燃為已點燃煤顆粒icp，以開始形成可從引燃火焰4h散發之較大火焰4。當此等流行進通過燃燒室3時，此等流可與從次要氧化劑導管21之出口21o輸出之次要氧化劑流21f混合。生成之火焰4及此等流之輸出可界定燃燒室3內之重新循環區3a。此重新循環區3a可促進煤顆粒cp在燃燒室3中之進一步燃燒，以穩定地生成由引燃火焰4h及繞引燃火焰4h燃燒之已點燃煤顆粒icp界定之火焰4。由煤及氫燃料（例如，二氧化碳、蒸汽等）之燃燒形成之燃燒產物可離開燃燒室朝向鍋爐1之出口行進。尚未點燃之其他煤顆粒可在重新循環區3a內循環，用於隨後在此等顆粒暴露於生成之火焰4時燃燒。
利用旋流器21s可幫助在重新循環區提供煤之級聯點燃，此係歸因於重新循環流路徑受從次要氧化劑出口21o輸出之次要氧化劑旋流影響。藉由使上文討論之旋流器11s及/或10s促進從焚燒器輸出之氫流10f及/或氫氧化劑流11f之旋渦，使得次要氧化劑流在燃燒室3中與此等其他旋渦流在相同方向上產生旋渦，可藉由使用此種旋流器進一步增大此級聯點燃效果。
第一距離d1及第二距離d2可為第三距離d3之部分，該第三距離可為從氫導管10之出口10o至焚燒器出口5a之遠端之距離。第一距離d1可為比第二距離d2小之距離。在一些實施例中，第一距離d1及第二距離d2可為相同距離。在一些實施例中，第一距離與第二距離之比率（例如，d1/d2）可小於1且大於0.1，或者小於1且大於0.5。
第一距離d1及第二距離d2亦可與與內部氫氧化劑導管11及第一粉煤導管19之環形間隙相關聯之半徑相關。例如，內部氫氧化劑導管之半徑r2及第一粉煤導管之半徑r3可與第一距離及第二距離相關，並用於為該等距離指定特定大小或長度。例如，可選擇比率d1/r2及d2/r3，使得此等比率中無一者高於5（例如，d1/r2小於或等於5且大於0，並且d2/r3小於或等於5且大於0）。
如上文所述，可選擇第一距離d1及第二距離d2以幫助促進改良之引燃火焰發展。該等距離亦可幫助將較小部分之煤轉移至引燃火焰4h中，同時將較大部分之煤作為未點燃之煤顆粒輸出。在一些實施例中，用於形成引燃火焰4h之氫流之化學能可比混合至引燃火焰4h中之轉移煤碎片之化學能大至少十倍。煤碎片之此種轉移亦可藉由使用如下文討論之分流器41及/或混合導管31來提供。其他實施例可利用煤顆粒之不同轉移來為用於形成引燃火焰4h之氫及轉移煤碎片提供不同之化學能比率。將煤轉移至引燃火焰中可增大引燃火焰4h以增加其能量，從而改良引燃火焰有效點燃離開焚燒器出口5a之煤之餘量之能力，以形成從燃燒室3內之焚燒器散發之更大火焰。
如從圖6中可最佳瞭解，粉煤及輸送流體之混合物之第一流19f亦可包含混合在其中之氫。例如，粉煤及輸送流體之混合物之第一流19f可包含含在空氣中之氫或富氧空氣以及粉煤顆粒。可餽送氫餽料H2以與粉煤及氧化劑流體（例如氣態空氣、氣態富氧空氣、從壓縮機輸出之氣流）混合。例如，氫氣源（例如，來自容器之氫或從包含鍋爐1等之工廠之製程單元輸出之氫）可餽送至粉煤及輸送流體之混合物之第一流19f。此種餽送可在第一流19f被餽送至第一挾帶粉煤之流體流導管19之入口19i之前發生。在一些實施例中，氫H2之混合可經由定位於入口19i上游之混合裝置或經由將氫餽料至餽送導管中來發生，挾帶在空氣或其他主要氧化劑流體中之固體煤顆粒之混合物通過該餽送導管以將氫包含在形成粉煤及輸送流體之混合物之第一流之餽料中，使得該混合物亦包含氫。控制閥CV可定位在用於挾帶在主要氧化劑流體內之煤之餽料流之餽送導管與氫源H2之間。控制閥可在關閉位置與打開位置之間調整，在關閉位置處無氫被添加至此挾帶煤之氧化劑餽料流中，並且在打開位置處氫被添加。控制閥可具有多個打開位置，使得不同餽送速率之氫可行進至正被餽送朝向第一挾帶粉煤之流體流導管19之入口19i之粉煤及輸送流體之混合物之第一流19f中。
如從圖6中最佳可見，餽送至氫導管10之入口10i中之氫可從單獨氫餽送導管餽送。控制閥CV可定位在用於氫導管入口10i之氫源與入口10i之間。控制閥可在關閉位置及至少一個打開位置之間調整，在關閉位置處無氫被餽送至氫導管10中，且在打開位置處氫可行進至氫導管10之入口10i中。控制閥CV可具有多個打開位置，使得不同餽送速率之氫可行進至焚燒器5之氫導管10中。例如，氫流之調整可考慮鍋爐1之特定運行條件。
焚燒器5之實施例可包含在焚燒器5之出口5a中之額外結構，以促進引燃火焰4h之形成及燃燒室3內可從引燃火焰4散發之較大火焰4之生成。圖7至圖16所示之實施例繪示此種焚燒器5之實例。
例如，焚燒器5可包含用於內部氫氧化劑導管11之錐形出口11o。此出口之遠端可具有錐形部分32，該錐形部分呈錐形，因此其比氫氧化劑流11f所通過之導管之上游中間部分更窄。錐形部分32之出口11o呈錐形可從出口11o上游之錐形位置11t開始。錐形部分32呈錐形可終止於出口11o之遠端或鄰近該遠端以界定錐形部分32。
焚燒器5亦可包含混合導管，該混合導管與內部氫氧化劑導管11之錐形出口11o之錐形部分32之遠端間隔開在出口11o與混合導管31之入口之間界定之間隙33。混合導管31可定位於第一挾帶粉煤之流體流導管19之出口19o與內部氫氧化劑導管11之錐形出口11o之間。例如，混合導管31可沿着第二距離d2內之流路徑定位，當氫流10f及氫氧化劑流11f行進離開氫氧化劑導管11之出口11o並前行第二距離d2至第一挾帶粉煤之流體流導管19之出口19o時，此等流可沿着該流路徑前行。
間隙33可經界定以促進行進通過第一挾帶粉煤之流體流導管19之粉煤及輸送流體之混合物之第一流19f之一部分之混合。經界定之間隙33可與第一挾帶粉煤之流體流導管19流體連通，使得第一流19f之一部分行進通過中間混合導管31之入口31i。挾帶在主要氧化劑內之固體煤顆粒cp（且若在其中亦包含添加之氫）可與經由其入口31i餽送至混合導管31中之氫流10f及氫氧化劑流11f混合，以促進可包含已點燃之煤顆粒icp之引燃火焰4h之擴大或加強。第一流19f中行進至間隙33中以餽送至混合導管31中之部分亦可在被導引至混合導管31中之氫流10f及氫氧化劑流11f沿間隙距離dg移動時，與此等流混合及/或沿此等流行進。
間隙距離dg可為內部氫氧化劑導管11之出口11o與混合導管31之入口31i之間之距離（例如，入口31i與出口11o之間將出口11o與混合導管入口31i間隔開之軸向距離）。在可具有此一間隙距離dg之此種實施例中，間隙距離dg可為第二距離d2之一部分及第三距離d3之一部分。
形成之引燃火焰可加熱從燃燒室3中之第一挾帶粉煤之流體流導管19輸出之其他煤顆粒，以繞引燃火焰4h形成火焰4。若在第一流19f中包含氫，則歸因於用於在燃燒室3中形成火焰4之引燃火焰4h，氫亦可在燃燒室中點燃。在第一流19f中包含氫可能有利，因為歸因於氫之低點燃能量及高反應性，氫通常會在煤之前點燃，使得第一流中點燃之氫隨後可幫助第一流19f中煤之快速點燃。
火焰4可散發至燃燒室3中，並遠離焚燒器出口5a。燃燒室3內之重新循環區3a亦可界定在燃燒室中，以促進煤顆粒cp之循環，用於進一步點燃未點燃之煤，從而改良燃燒室3中之火焰穩定性及燃燒。
如從圖9中最佳可見，混合導管31、內部氫氧化劑導管11、及氫導管10可經配置以幫助提供期望之煤顆粒湧入混合導管31中，以幫助生成更強健、更穩定之火焰4，而不熄滅火焰，同時亦幫助避免某些組件（例如，將氫氧化劑與第一流19f分離之導管壁等）過熱。例如，氫導管10之出口10o可為遠離內部氫氧化劑導管11之錐形出口11o之軸向長度LH2。軸向長度LH2可為沿着氫導管10之出口10o與氫氧化劑導管11之出口11o之間之中心軸線10ca量測之線性延伸距離。
氫導管10亦可具有直徑DH2（其亦可視為寬度），當氫行進通過氫導管10時，氫行進通過該直徑D H2。混合導管31之入口31i可定位為距內部氫氧化劑導管11之錐形位置11t混合導管入口距離Gc，在該錐形位置處，導管開始至其遠端出口11o呈錐形。
混合導管入口距離Gc可為混合導管31之入口31i與內部氫導管11之錐形位置11t之間之軸向長度，在該錐形位置處，導管開始至其出口11o呈錐形。
此例示性配置及組件組態可經設計且組態以滿足以下條件： (i)        1 ≤ L H2/D H2≤ 5及/或 (ii)  0.05 ≤ ((2*Gc * r 1)/(r 4 2-r 1 2)) ≤ 0.15； 其中，r 1係氫導管10之半徑、r 2係內部氫氧化劑導管11之半徑、r 3係第一挾帶粉煤之流體流導管19之半徑、及r 4係次要氧化劑導管21之半徑。
在其中LH2/DH2小於1之條件下，已發現，煤顆粒通過間隙33之湧入可不利影響對引燃火焰之初始發展，並可能導致引燃火焰之熄滅。對於其中LH2/DH2大於5之條件，已發現，對於來自第一流19f之煤顆粒之湧入可生成之抽吸可能太弱，並且可嚴重限制煤顆粒之湧入。據信，氣體膨脹可能係已發現在此一情況下存在之此弱抽吸效應之主要原因。此外，可由大於5之LH2/DH2導致之額外火焰膨脹可導致可將行進通過內部氫氧化劑導管11之氫氧化劑流與行進通過第一挾帶粉煤之流體流導管19之粉煤及輸送流體之混合物之第一流19f分離之導管壁或其他結構之過熱。
一些實施例可經組態使得混合導管之直徑或寬度小於內部氫氧化劑導管11之直徑或寬度。此可導致內部氫氧化劑導管之出口11o之一部分突出至第一挾帶粉煤之流體流導管19中，並且可影響第一流19f如何行進至中間混合導管31之入口31i中並朝向第一挾帶粉煤之流體流導管19之出口19o。在此一配置中可提供之對第一流19f之影響可類似於下文關於圖10至圖14之實施例討論之影響。
如從圖10至圖14之實施例中可瞭解，內部氫氧化劑導管11之出口11o可包含擴大出口部分35而非錐形部分。此出口11o之遠端可具有加寬、擴大之出口部分35，該出口部分經加寬以使其比氫氧化劑流11f所通過之導管之上游中間部分更寬（例如，出口面積可大於出口11o上游之氫氧化劑導管11之橫截面積）。例如，氫氧化劑導管之出口11o可從加寬位置加寬至氫氧化劑出口11o之遠端，因此該出口在遠端處比在出口11o之遠端上游之加寬位置處更寬。如從圖11中最佳可見，此配置可導致出口11o之擴大出口部分35之最外側部分延伸超過混合導管31之入口31i。此可導致擴大出口部分35突出至第一挾帶粉煤之流體流導管19中，並且可影響第一流19f如何行進至中間混合導管31之入口31i中並朝向第一挾帶粉煤之流體流導管19之出口19o。
例如，與第一挾帶粉煤之流體流導管19流體連通之間隙33與凸出至第一挾帶粉煤之流體流導管19中之出口11o之突出部分之組合可幫助生成粉煤及輸送流體之混合物之第一流19f之分流。此種分流可導致第一流19f之第一部分包含可行進通過間隙33並進入中間混合導管31之入口31i之較小大小煤顆粒SP，用於與餽送至混合導管31中之氫流10f及氫氧化劑流11f混合。包含較大大小煤顆粒LP之第一流19f之一第二部分可行進通過第一挾帶粉煤之流體流導管19並沿着中間混合導管31之外側。
擴大出口11o與間隙33之此定位亦可有助於所有輸出氫流10f及氫氧化劑流11f行進通過混合導管31。例如，包含被驅動通過間隙33之較小顆粒SP之第一流19f之第一部分可幫助迫使氫流10f及氫氧化劑流11f之所有氫及氫氧化劑行進通過混合導管31。
間隙33及內部氫氧化劑導管11之出口11o可被經定位使得細煤顆粒（例如，較小顆粒SP）及攜帶此等顆粒通過間隙33之第一煤輸送流體之相關聯碎片之流動，由抽吸驅動，該抽吸可由離開內部氫氧化劑導管11之出口11o朝向混合導管31行進之氫及氫氧化劑之排放速度產生。此排放速度可促進高速度引燃火焰4h之形成。為了幫助提供此抽吸效果，從內部氫氧化劑導管之出口11o輸出之流之排放速度可大於45 m/sec（例如，大於或等於50 m/sec、大於或等於100 m/sec等，同時亦低於400 m/sec或對於給定設計可能不實用之其他上限等）。為了提供額外幫助以在鄰近間隙33之粉煤及輸送流體19f之混合物之第一流上產生此抽吸效果，出口11o之出口平面可經定位使得其不會從間隙33之上游端明顯地後移。對於特定實施例，可藉由調整從內部氫氧化劑導管之出口11o輸出之氫之速度及間隙33與(i)氫氧化劑導管10之出口10o及/或(ii)內部氫氧化劑導管之出口11o之間之相對位置來調整抽吸效果。
發生之抽吸可導致第一流19f中包含行進至間隙33中以餽送至混合導管31中之較小顆粒SP之第一部分之部分之混合，在被導引至混合導管31中之氫流10f及氫氧化劑流11f沿間隙距離dg移動時，亦與此等流混合及/或沿此等流行進。如上所述，間隙距離dg可為內部氫氧化劑導管11之出口11o與分離此等結構之混合導管31之入口31i之間之距離。
當氫流及氫氧化劑流在第一挾帶粉煤之流體流導管19及定位於其中之混合導管31內沿着第二距離d2行進時，可形成引燃火焰4h。較小顆粒大小之煤亦可被點燃以增加包含在此引燃火焰內之化學能。較小之顆粒大小對於引燃火焰4h有利，因為較小顆粒比相同化學組成之較大顆粒點燃得更快。較大大小之煤顆粒可從第一挾帶粉煤之流體流導管19之出口19o輸出，並行進進入燃燒室中，用於在燃燒室3中點燃，以形成可繞引燃火焰4h遠離焚燒器出口5a散發之火焰。可設想，歸因於顆粒之較小體積及大小，使較小大小之顆粒SP行進進入混合導管31中可更容易地快速加強引燃火焰4h。然後，利用增強之引燃火焰之添加之化學能及熱能更有效地燃燒輸出至燃燒室3中之較大顆粒LP。
如從圖11至圖14最佳可見，利用擴大出口部分35之實施例可經組態使得氫導管10之出口10o位於不同位置中，以提供氫、氫氧化劑及第一流19f中具有挾帶在可包含混合導管31內之氧化劑及/或氫之流體中之煤顆粒之部分之不同類型之混合。出口10o可相對於內部氫氧化劑導管11之出口11o定位軸向距離X H2。軸向距離X H2可為沿着氫導管10之出口10o與氫氧化劑導管11之出口11o之間之中心軸線10ca量測之線性延伸距離。
在圖14之實施例中，軸向距離XH2小於0（例如，出口11o係定位於出口10o下游，使得軸向距離XH2為-1 mm或更小、-2 mm或更小、-1 cm或更小等）。在圖12之實施例中，軸向距離XH2為0，因為出口10o與出口11o重合（例如，兩個出口端接於相同位置處，使得軸向距離XH2為0 mm、0 cm等）。在圖13之實施例中，軸向距離XH2大於0（例如，軸向距離XH2大於0.1 mm或大於0.1 cm、大於1 mm等）。
圖10至圖14之此等例示性配置及組件組態可經設計且組態以滿足以下條件： (i)        -1 ≤ X H2/D H2≤ 5及/或 (ii)  0.05 ≤ ((2*dg * r 1)/(r 4 2-r 1 2)) ≤ 0.15； 其中，dg係間隙距離dg，該間隙距離可為內部氫氧化劑導管11之出口11o與混合導管31之入口31i之間之軸向距離、r 1係氫導管10之半徑、r 2係內部氫氧化劑導管11之半徑、r 3係第一挾帶粉煤之流體流導管19之半徑、r 4係次要氧化劑導管21之半徑。
應瞭解，半徑r1至r4之上文所述之線性量測距離可為從中心軸線10ca垂直延伸至導管外壁之特定內側之距離。
利用上述條件可幫助針對一組特定設計標準最優化實施例。已發現，利用擴大出口部分35之實施例可比利用另一種類型之出口11o組態（例如，錐形出口或均勻直徑出口）之實施例歸因於顆粒流路徑之更劇烈彎曲而需要更大之抽吸，煤顆粒之湧入可能需要該更劇烈彎曲以朝向混合導管31之入口31i行進至間隙33中。對於相同抽吸，例如，與利用錐形出口11o或均勻直徑出口11o之實施例相比，利用擴大出口部分35之實施例之煤顆粒之質量流可更低。此外，行進通過間隙33供煤顆粒湧入以餽送至混合導管31之顆粒之大小分佈可更細（例如，大小分佈更小），此可導致顆粒表面積與質量比亦更高。此可促進煤顆粒經由引燃火焰更快速地點燃，以幫助加強引燃火焰並改良其穩定性。此亦意指引燃火焰之熄滅不似如上文討論之圖7至圖9之例示性實施例般重要。取而代之，對於圖10至圖14之實施例之設計而言，幫助滿足預先選擇之顆粒抽吸位凖之配置及組態可為更重要因素。
對於一些實施例，可能較佳的，氫導管10之出口10o定位為位於內部氫氧化劑導管11之出口11o之下游（例如，軸向距離XH2大於0），因為此定位幫助歸因於來自氫導管10之出口10o之氫輸出之射流尾流而生成期望位凖之抽吸。
對於圖10至圖14之實施例，已發現，對於大於5之XH2/DH2，射流尾流抽吸可減弱，並且氫導管10可更易於受煤顆粒撞擊及侵蝕。亦發現，對於小於-1之XH2/DH2，可從氫導管出口10o輸出氫射流所生成之壓力可造成抽吸減弱且防止煤顆粒挾帶（例如，煤顆粒行進至間隙及混合導管之入口33i中並被挾帶在混合導管內之流體流內等）。
圖15至圖16繪示另一個焚燒器出口5a配置，其可利用分流器41，該分流器界定用於將粉煤及輸送流體（例如，與氧化劑流混合之煤，諸如空氣或富氧空氣及可選地亦包含如上文討論之氫）之混合物之第一流19f分成第一內部流部分19fi及第二外部流部分19fo之徑向間隙。分流器41可為混合導管中經定位以包圍氫氧化劑流導管11之出口區之外周部分之一部分，或者可為附接至混合導管或定位於鄰近混合導管11之一部分。例如，分流器41可定位於繞第一挾帶粉煤之流體流導管19內之氫氧化劑導管11之出口11o，以分流第一流19f，使得第一流之內部流部分19fi餽送通過界定在分流器41之主體之內側與內部氫氧化劑導管11之外側之間之通道41a，並進入混合導管31中。混合導管31具有出口31o，該出口定位於氫氧化劑導管11之出口11o下游。氫、氫氧化劑及內部流部分19fi（其可視為第一流動19f之一第一部分）之流可行進通過混合導管31，以促進此等流在其中之混合並且形成引燃火焰4h。
混合導管31之出口31o可提供會聚端接，以亦促進內部流部分19fi與引燃火焰4h之更快速混合。例如，混合導管之出口31o可比其入口31i或其入口31i與出口31o之間之中間部分更窄，以提供此一會聚端接。在其他組態中，混合導管31可包含錐形組態，其中流體及煤顆粒流所行進通過之橫截面積在其入口31i處較大，且在其出口31o及/或中間部分處較小，以促進來自內部流部分19fi之煤顆粒與引燃火焰4h及行進通過混合導管31之氫及氫氧化劑更快速地混合。
第一流19f之外部流部分19fo（其亦可視為第一流19f之第二部分）可沿着混合導管31之外側行進通過第一挾帶粉煤之流體流導管19，使得此流部分與行進通過混合導管31之氫流及氫氧化劑流保持分離。
分流器41、混合導管31、內部氫氧化劑導管11及氫導管10可經配置以幫助提供期望之煤顆粒湧入，以幫助生成更強健、更穩定之火焰4，而不熄滅火焰，同時亦幫助避免某些組件（例如，將氫氧化劑與第一流19f分離之導管壁等）過熱。例如，氫導管10之出口10o可為遠離內部氫氧化劑導管11之出口11o之軸向長度L H2。氫導管10亦可具有直徑D H2（其亦可視為寬度），當氫行進通過氫導管10時，氫行進通過該直徑D H2。導管亦可經配置且定位使得其等之不同半徑（例如，r1、r2、r3及r4）幫助促進煤顆粒之期望位凖之徑向混合。
例如，圖15至圖16之實施例之例示性配置及組件組態可經設計且組態以滿足以下條件： (i)        1 ≤ L H2/D H2≤ 5及 (ii)  0.05 ≤ ((r 6 2-r 5 2)/(r 8 2-r 7 2)) ≤ 0.25； 其中，r 5係氫導管10之外半徑、r 6係分流器41之內半徑、r 7係分流器41之外半徑、及r 8係第一挾帶粉煤之流體流導管19之內半徑。
在此種組態中，半徑r5可為氫氧化劑導管11之外壁之內側離中心軸線10ca之線性量測距離（半徑r5亦可視為氫氧化劑導管11之半徑（類似於上文討論之半徑r2）。半徑r6可為中心軸線10ca與分流器41之內側之間之線性量測距離。半徑r7可為分流器41之外側與中心軸線10ca之間之線性量測距離。半徑r8可為第一挾帶粉煤之流體流導管19之外壁之內側與中心軸線10ca之間之線性量測距離。半徑r5至r8之上述線性量測距離中之各者可為從中心軸線10ca垂直延伸之線性距離。
(r62-r521)/(r82-r72))比率可視為橫截面積Ar之一比率。此比率Ar可為由分流器41分離之內部煤流通路及外煤流通路之間之橫截面積之比率。
在其中LH2/DH2小於1之條件下，已發現，煤顆粒通過通道41a之湧入可過高且可不利影響對引燃火焰之初始發展，並可能導致引燃火焰之熄滅。對於其中LH2/DH2大於5之條件，已發現，對於來自第一流19f之煤顆粒之湧入可生成之抽吸可能太弱，並且可嚴重限制煤顆粒之湧入。據信，氣體膨脹可能係已發現在此一情況下存在之此弱抽吸效應之主要原因。此外，可由大於5之LH2/DH2導致之額外火焰膨脹可導致可將行進通過內部氫氧化劑導管11之氫氧化劑流與行進通過第一挾帶粉煤之流體流導管19之粉煤及輸送流體之混合物之第一流19f分離之導管壁或其他結構之過熱。
圖17及18繪示可利用第一挾帶粉煤之流體流導管19及第二挾帶粉煤之流體流導管29之焚燒器之另一實施例。如從圖17中最佳可見，挾帶在主要輸送氣體中之煤餽料可從至少一個主要燃料源45朝向第一挾帶粉煤之流體流導管19之入口19i及第二挾帶粉煤之流體流導管29之入口29i餽送。主要燃料源45可視為粉煤源或挾帶在主要氧化劑（例如空氣、富氧空氣等）中之粉煤源。可調整之分流器閥AVS可定位在主要燃料源45與入口19i、29i之間，以調整挾帶在朝向入口餽送之主主要氧化劑中之煤流。可調整分流器閥AVS可經定位使得挾帶在主要氧化劑中之煤餽料流被分流，因此餽料之第一部分被餽送至第一挾帶粉煤之流體流導管19之入口19i，並且餽料之第二部分被餽送至第二挾帶粉煤之流體流導管29之入口29i。在一些組態中，此等部分可分流使得大部分煤及主要氧化劑被餽送至外部第二挾帶粉煤之流體流導管29。例如，挾帶在主要氧化劑中之煤之5%至40%、10%至40%、15%至30%或10%至20%可餽送至第一挾帶粉煤之流體流導管19，並且燃料之剩餘部分（例如，60%至95%、60%至90%、85%至70%、80%至90%等）可餽送至第二挾帶粉煤之流體流導管29。
在其他實施例中，可存在第二煤源45a（以虛線展示），其可用於經由連接至餽送導管之第二煤源餽送導管45f將煤餽送至第二挾帶粉煤之流體流導管29，以將粉煤流餽送至第二挾帶粉煤之流體流導管29之入口29i。來自第二煤源45a之煤之此餽送可在利用第一煤源45向第一挾帶粉煤之流體流導管19提供煤時發生。在一些實施例中，第一煤源45可用於向第一挾帶粉煤之流體流導管19及第二挾帶粉煤之流體流導管29提供煤，且第二煤源45a可用於將來自另一煤源之額外煤混合至第二挾帶粉煤之流體流導管29之餽料中。
第二煤源45a可提供具有與第一煤源不同之煤之煤源。例如，第二煤源45a可具有較大粒度分佈或較小粒度分佈之煤且/或亦包含具有不同組成及/或不同燃燒特性之不同類型煤。利用不同類型煤之多種來源之選擇可幫助提供運行靈活性，並允許調整煤如何被餽送至燃燒室，以允許燃燒室內之改良之火焰生成及穩定性。
氫亦可包含在餽送至第一挾帶粉煤之流體流導管19及/或第二挾帶粉煤之流體流導管29之燃料餽料中。從圖17中可最佳瞭解此一配置。類似於上文討論之圖6中所示之控制閥CV配置，氫可經餽送以混合至待餽送至第一挾帶粉煤之流體流導管19之入口19i之餽料中。此相同類型之配置可用於將氫餽送至第二挾帶粉煤之流體流導管29，或用於將氫餽送至待餽送至第一挾帶粉煤之流體流導管19及第二挾帶粉煤之流體流導管29之餽料兩者。
在圖17至圖18之一些配置中，氫可不被餽送或噴射至第二挾帶粉煤之流體流導管29中，並且氫可被噴射或僅包含在第一挾帶煤之流體流導管19中。在此種組態中，僅在第一挾帶煤之流體流導管19中利用氫（以及經由內部氫導管10利用之氫）可更有利地用於點燃「內部(inner)」煤流，此然後可進一步加強引燃火焰。
在可包含將氫噴射至第二流29f中之其他配置中，粉煤及輸送流體之混合物之第二流29f可包含隨空氣包含之氫氣或富氧空氣以及粉煤顆粒。可餽送氫餽料H2以與粉煤及氧化劑流體（例如氣態空氣、氣態富氧空氣、從壓縮機輸出之氣流）混合。例如，氫氣源（例如，來自容器之氫或從包含鍋爐1等之工廠之製程單元輸出之氫）可餽送至粉煤及輸送流體之混合物之第二流29f。此種餽送可在第二流29f被餽送至第二挾帶粉煤之流體流導管29之入口29i之前發生。在一些實施例中，氫H2之混合可經由定位於入口29i上游之混合裝置或經由將氫餽料至餽送導管中來發生，挾帶在空氣或其他主要氧化劑流體中之固體煤顆粒之混合物通過該餽送導管以將氫包含在形成粉煤及輸送流體之混合物之第一流之餽料中，使得該混合物亦包含氫。控制閥CV可定位在用於挾帶在主要氧化劑流體內之煤之餽料流之餽送導管與氫源H2之間。控制閥可在關閉位置與打開位置之間調整，在關閉位置處無氫被添加至此挾帶煤之氧化劑餽料流中，並且在打開位置處氫被添加。控制閥可具有多個打開位置，使得不同餽送速率之氫可行進至正被餽送朝向第二挾帶粉煤之流體流導管29之入口29i之粉煤及輸送流體之混合物之第二流29f中。
參考圖17，利用第二挾帶粉煤之流體流導管29可允許在相對於形成之引燃火焰4h之不同位置處利用挾帶在主要氧化劑內之不同流率之煤。此可幫助提供煤、氧化劑及氫經由焚燒器5進入燃燒室用於火焰生成之輸出之進一步可調整性，使得穩定火焰可具有改良之運行效能、減少之CO2排放及減少之顆粒生成。
例如，可利用第二挾帶粉煤之流體流導管29，使得與第一挾帶粉煤之流體流導管19之出口相比，更大或更小流率之隨氧挾帶之煤從出口29o輸出至燃燒室中。來自不同輸出之不同煤流率之此一輸出可允許在火焰生成中進行調整，以考慮不同燃料類型、鍋爐中之運行條件、燃燒室內期望重新循環區3a之形成以及其他運行參數。
焚燒器5之實施例可允許替換利用柴油、丙烷或天然氣之現有習知裝置。此可允許移除此種燃料之現場儲存，並且避免利用生成在靜電除塵器或其他過濾裝置中未良好捕獲之高顆粒排放物之更高煙灰火焰。此可改良從鍋爐輸出之排放物並且減少可歸因於在此種過濾裝置中使用之袋濾室或其他顆粒保留裝置而存在之火災危險。
進一步言之，焚燒器5之實施例可允許利用氫作為引燃火焰燃料。此可提供更大之負載調節靈活性及更快之斜坡速率。例如，經由內部氫導管10餽送之氫燃料可提供增強之可燃性，用於生成可更快地適應更高之流速之引燃火焰，以增加在其下燃燒室3內之火焰溫度可增加之速率。
進一步言之，焚燒器之實施例可提供優於電漿炬或需要使用冷卻水迴路之其他習知裝置之顯著優點。與此等類型之裝置相比，焚燒器5之實施例可更耐用（例如，對於鍋爐具有顯著更長之可用壽命週期），同時亦提供更大之運行靈活性及減少之維護。
利用可由焚燒器5之實施例提供之氫亦可允許使用可能已存在於習知工廠中之氫儲存基礎設施。例如，氫通常用於發電機冷卻。可利用現有氫存儲基礎設施將氫餽送至氫導管，以允許焚燒器5之實施例更容易地改裝成現有鍋爐。
與柴油、丙烷或天然氣相比，作為引燃火焰生成之燃料源之氫亦可提供具有更高火焰溫度之更高反應性之燃料。此可允許煤或其他化石燃料燃燒得更快且有效。
焚燒器5之實施例亦可允許氫利用率相對低，以提供生成之火焰。此可允許鍋爐1藉由使用氫來生成引燃火焰4h而具有改良之冷起動運行，同時亦在對鍋爐1之較低需求時段期間提供增強之調節。例如，可藉由調整從焚燒器輸出之氫之流率來滿足較低之需求，從而提供增強之調節特徵。此外，焚燒器之實施例可相對便宜，並且與諸如電漿炬之習知裝置相比包含更低之資本成本。
在保密測試中利用焚燒器之實施例，執行該保密測試以評估焚燒器5之實施例可提供之運行改良。在第一個測試中，評估具有圖2至圖6所示實施例結構之實施例。進行第二個測試以評估圖7至圖9所示焚燒器5之實施例。執行第三個測試以進一步評估圖2至圖6所示焚燒器之實施例。對於此等測試，焚燒器被安裝在粉煤測試熔爐中進行測試。
下表1繪示使用類似於圖2至圖6所示實施例之實施例執行之第一個測試之測試結果。 表1：焚燒器之第一例示性實施例之測試結果
測試點# 熔爐壁溫度(°F) 燃煤速率(MMBtu/hr) 氫熱能輸入（佔煤焚燒速率之百分比） CO 濃度(ppm) 火焰狀態
1 少於100 2.3 6.9 1550 穩定
2 少於570 3 8.0 723 穩定
3 少於570 3 8.0 246 穩定
4 少於570 3 8.0 261 穩定
5 610 3 8.0 199 穩定
6 633 3 6.9 177 穩定
7 654 3 5.6 174 穩定
8 682 3 4.5 158 穩定
9 701 3 3.5 157 穩定
下表2繪示使用類似於圖7至圖9所示實施例之實施例執行之第二個測試之測試結果。 表2：焚燒器之第二例示性實施例之測試結果
測試# 熔爐平均壁溫( oF) 燃煤速率(MMBtu/hr) H2 熱能輸入（佔煤焚燒速率之百分比） H2 噴嘴速度(m/sec) 轉移之煤( 佔總數之百分比) CO 濃度(ppmv) 火焰狀態
1 少於100 3 8.0 300 8.0 293 穩定
2 少於570 3 6.9 260 6.3 191 穩定
3 606 3 5.6 210 4.5 100 穩定
4 650 3 4.5 170 3.2 103 穩定
5 746 3 3.5 130 2.0 108 穩定
6 818 3 2.4 90 1.1 98 穩定
7 872 3 1.1 40 0.3 79 穩定
8 917 3 1.1 40 0.3 85 穩定
如從上文中可瞭解，來自兩個實施例之測試結果非常令人滿意。相對於表1所示之結果，表2所示之結果表明更高之效率（例如，更低之CO排放物、更低之氫流速率）。例如，CO排放物係一部分煤未完全燃燒之指標，並且通常與離開鍋爐之未燃燒碳之位凖密切相關。因此，可提供之CO排放物之降低表明更多之煤正在燃燒，且更少之未燃燒之煤正在離開鍋爐（例如，鍋爐正更有效地運行並且燃燒更多之煤）。
據信，由於可經由間隙33及/或混合導管31提供僅在焚燒器之出口5a上游發生之煤及主要氧化劑流之受控分流，得以發生焚燒器之第二例示性實施例之第二個測試獲得之改良測試結果。轉移至從氫氧化劑導管出口11o輸出之氫流10f及氫氧化劑流11f之煤之碎片係離開中心導管之氫速度、氫氧化劑導管之直徑、間隙大小、煤粒度分佈及煤/主要氧化劑流之速度之複雜函數。對於表2中呈現之測試結果，計算之轉移煤之範圍在進入焚燒器之總煤流率之約0.3%與8%之間，而氫噴嘴速度分別在約40 m/sec與300 m/sec之間變化。由於對於此等相同之測試，焚燒器尺寸及煤供應固定，因此發現在此等測試期間中控制轉移煤部分之控制因素係氫噴嘴速度。所進行之測試表明，為了根據第一組設計標準最優化效能，最大氫噴嘴速度可根據轉移煤流所需之最大百分比來定大小。測試結果表明，經由混合導管31與氫混合之額外之轉移煤可幫助增大經由氫流及氫氧化劑流生成之引燃火焰4h，增加火焰之能量，且從而改良其有效點燃及燃燒離開焚燒器出口5a之煤之餘量之能力。
吾人已發現，在燃煤鍋爐之初始起動期間為滿足一些組之預先選擇之設計標準而需要之轉移煤流之合適最大值可不高於總焚燒器煤流率之約25%，並且較佳最大範圍可在總焚燒器煤流率之約5%與15%之間。煤流之餘量或未轉移部分（例如，總焚燒器煤流率之75%或更多或總焚燒器煤流率之85%至95%）沿着混合導管31之外部行進，因此在從焚燒器之出口5a輸出之前，其不與氫混合。
圖20及21繪示使用類似於圖2至圖6所示實施例之實施例執行之額外第三個測試之測試結果。圖20至圖21之測試結果係從使用圖2至圖6之焚燒器實施例進行之測試中獲得。進行此等測試以判定尤其在燃煤鍋爐之部分負荷運行期間起動之後，在氫氧化劑（例如，氫氧化劑導管11）中使用升高之氧濃度以增強火焰穩定性之有效性。
圖21彙總進行之第三個測試之結果。對於進行之此第三個測試，未使用氫。在該測試中未使用氫，因為所進行之測試係在起動後進行，使得燃燒室壁溫與鍋爐在減少運行負荷時之壁溫類似。藉由增加氫氧化劑流中之氮氣(N2)之流率，同時保持氧(O2)之流率固定在用於燃燒之總氧化劑氧(O2)之大約7.5%，從氫氧化劑導管11輸出之氫氧化劑流中之氧濃度從40體積%系統地降低至20.9體積%（餘量係行進通過次要空氣導管21及第一挾帶煤之流體流導管19之主要及次要空氣中之氧）。在測試期間，隨着氧(O2)濃度降低，煤火焰之穩定性變弱，直至氧濃度為20.9體積%時發生火焰吹滅。
據信，在此進行之測試中所觀察到在較高氧濃度下火焰穩定性之改良之原因係煤點燃能量之實質上減少。對於具有35%揮發性物質之煙煤，點燃能量資料係獨立獲得，並在圖20中彙總。當氧化劑氧(O2)濃度從20.9體積%增加至45體積%時，在測試期間發現所需之點燃能量減少大約100倍。當氧濃度恰好高於空氣中之氧濃度時，減少幅度最大，並且隨着氧濃度增加，逐漸接近限制低值。已進行之測試表明，行進通過內部氫氧化劑導管11之氫氧化劑流中之氧濃度大於約35體積%，可足以在其中以空氣作為氫氧化劑將存在吹滅之情況下維持部分負荷煤焚燒器之火焰穩定性。結果亦表明，提高之氧濃度亦可實現起動運行期間減少之氫消耗。
此等測試結果進一步例證可提供焚燒器之顯著改良之運行實施例，同時亦提供具有較少顆粒之改良之排放物，同時另外允許產生較低之運行及資本成本之實施方案。
本文討論之焚燒器5之實施例亦可用於運行鍋爐1及可包含燃燒室3之其他類型之燃燒裝置之製程中。例如，該製程之實施例可與利用顆粒煤材料作為主要燃料之燃燒室結合使用，以在燃燒室3中形成至少一個火焰4。圖19繪示此一製程之實例。例如，在第一步驟S1中，藉由將氫流、氫氧化劑流、挾帶在氧化劑中之粉煤流及次要氧化劑流餽送至至少一個焚燒器中，可起動具有燃燒室3之鍋爐1或其他裝置，以在燃燒室3中生成至少一個火焰4。在該製程之第二步驟S2中，餽送至焚燒器中之粉煤之一第一部分可與行進通過焚燒器之氫流及氫氧化劑流混合，同時此等流在焚燒器內靠近焚燒器5之出口5a，以生成引燃火焰4h，同時該粉煤之一第二部分行進通過焚燒器並經由焚燒器出口5a輸出至燃燒室中。所生成之引燃火焰4h可從焚燒器之出口5a散發並進入燃燒室中，以促進第二部分煤在燃燒室中之燃燒，從而在燃燒室3內生成火焰。在燃燒室已達到預先選擇之閾值運行溫度或在預先選擇之運行溫度範圍內之後，餽送至一或多個焚燒器5之氫流、粉煤流及/或氧化劑流之流率可在第三步驟S3中調整以考慮需求、火焰穩定性、火焰溫度及/或其他運行參數。
第三步驟S3可包含若干不同動作。例如，第三步驟S3可包含在燃燒室處於期望溫度之後及/或在燃燒室中形成之火焰具有足夠之火焰穩定性之後停止向燃燒室中噴射氫。然後亦可在鍋爐運行期間恢復氫之噴射，以促進具有增強之火焰穩定性之較低鍋爐負荷，此在例如鍋爐調節之前可以滿足。同樣（或替代地），在從一個鍋爐負荷上升至另一個更高之鍋爐負荷之前，可發生氫噴射之恢復，或者可增加餽送至焚燒器5以從焚燒器5輸出之氫之速率。此種增加或恢復之氫噴射可幫助加速燃燒室內溫度之上升速率。
作為又一實例，在部分負荷運行期間，第三步驟S3可包含在不再噴射氫之同時將氫氣氧化劑流餽送至焚燒器。氫氧化劑流可包含升高之氧濃度，以幫助改良部分負荷運行，而無需進一步使用氫噴射。如上文討論，在氫不再被噴射至噴燒器或從噴燒器輸出（例如，經由內部氫導管10）之同時，在部分負荷運行期間，利用氫氧化劑流中之此種增強之氧濃度可用來增強火焰穩定性。
該製程之實施例亦可利用其他元件或步驟。例如，粉煤與氫流及氫氧化劑流之混合可經由使此等流在其等朝向出口5a移動時沿着第二距離d2行進或者經由使用混合導管31及/或分流器41來促進。作為另一實例，粉煤流可分流成第一部分及第二部分，同時亦藉由使煤顆粒流內之較小大小之顆粒轉移至氫流及氫氧化劑流中來選擇顆粒大小。例如，如上文討論，可藉由利用間隙33及用於氫氧化劑導管之擴大出口來提供此。作為另一實例，氫可與挾帶在主要氧化劑中之粉煤混合，然後將該流餽送至焚燒器，以與行進通過如上文討論之內部氫導管10之主要氫流結合使用。然後，可轉移此種流內之粉煤，因此在從氫導管10輸出之主要氫流及從氫氧化劑導管11輸出之氫氧化劑流沿着第二距離d2朝向焚燒器5之出口5a行進時，第一部分與此等流混合。
該製程之實施例亦可包含其他步驟。例如，在第一步驟S1之前，焚燒器之實施例可改裝成粉煤鍋爐。例如，較舊之習知焚燒器可用焚燒器5之實施例來代替。另外，可調整或提供導管以將至少一種氫流、氧化劑流及/或挾帶在氧化劑流中之至少一種粉煤或其他類型之輸送流體餽送至所安裝之焚燒器。此種類型之製程之實施例亦可視為用於將焚燒器安裝至鍋爐中以改良鍋爐之運行或用於改裝鍋爐以包含至少一個新焚燒器之製程。
作為另一實例，該製程亦可包含為工廠建造新鍋爐，並且在新鍋爐中包含焚燒器之實施例。此種類型之製程之實施例亦可視為安裝新鍋爐之製程。
製程、鍋爐1及焚燒器5之實施例可經組態以包含經定位且組態以監測且控制運行之製程控制元件（例如溫度及壓力感測器；流感測器；具有至少一個工作台之自動化製程控制系統，該系統包括處理器、非瞬時記憶體及用於與感測器元件通信之至少一個收發器；閥；及控制器，該控制器用於為可在工作台及/或系統之另一電腦裝置處運行之自動化製程控制系統提供使用者界面；等等）。自動化製程控制系統可用於幫助監測及控制鍋爐1及/或焚燒器5之運行。此種製程控制系統亦可促進使用鍋爐1及/或焚燒器5之實施例之實施。
作為又一實例，其中挾帶煤顆粒之煤輸送流體可為可挾帶煤顆粒以將煤餽送至燃燒室之合適氣體或氣體混合物。輸送流體可包含氧化劑組分或可不包含任何氧化劑組分。用於挾帶煤顆粒以用於粉煤及輸送流體之混合物之第一流19f中之輸送流體之實例可包含空氣、氮、與氮混合之空氣、二氧化碳、氧增強空氣、與氫氣混合之空氣、與氫氣混合之富氧空氣、包含燃燒產物之煙道氣、或可包含氣體混合物或單一氣體之其他合適氣流。用於挾帶煤顆粒以用於粉煤及輸送流體之混合物之第二流中之輸送流體之實例可包含空氣、氮、與氮混合之空氣、二氧化碳、氧增強空氣、與氫氣混合之空氣、與氫氣混合之富氧空氣、包含燃燒產物之煙道氣、或可包含氣體混合物或單一氣體之其他合適氣流。
應瞭解，可對本文明確展示且討論之實施例進行修改，以滿足一組特定設計目標或一組特定設計標準。例如，焚燒器5之實施例可利用其他合適之預先選擇流率或用於氧化劑、氫及粉煤流之預先選擇之餽料流率範圍內之流率，以滿足一組特定設計標準。作為另一實例，第一距離d1、第二距離d2及第三距離d3之距離及/或一或多個半徑（例如，半徑r1、半徑r2、半徑r3、半徑r4等）之值，或者本文討論之其他大小參數可為不同值，以考慮燃燒室大小、期望之流率、煤餽料之類型以及用於滿足一組特定設計標準之其他設計考慮。
作為另一實例，可設想，單獨描述或作為實施例之一部分描述之特定特徵可與其他單獨描述之特徵或其他實施例之部分相組合。因此，本文描述之各種實施例之元件及動作可被組合以提供進一步實施例。因此，雖然上文已展示且描述鍋爐、燃燒器、焚燒器、用於運行焚燒器之製程、用於運行過濾及/或燃燒器之製程、及其製造與使用方法之某些例示性實施例，但是應清楚地理解，本發明不限於此，而是可在以下申請專利範圍之範疇內以其他方式體現且實踐。
1:鍋爐 2:風箱 3:燃燒室 3a:中心重新循環區 4:火焰 4h:引燃火焰 5:焚燒器 5a:焚燒器出口 5p:焚燒器平面 8:煙道 8a:鍋爐輸出 10:氫導管 10f:氫流 10i:氫導管入口 10o:氫導管出口 10ca:中心軸線 10s, 11s:旋流器 11:內部氫氧化劑導管 11f:氫氧化劑流 11i:內部氫氧化劑導管入口 11o:內部氫氧化劑導管出口 11t:錐形位置 19:第一挾帶粉煤之流體流導管 19i:第一挾帶粉煤之流體流導管入口 19f:第一流 19fi:第一內部流部分 19fo:第二外部流部分 19o:第一挾帶粉煤之流體流導管出口 21:次要氧化劑導管 21o:次要氧化劑導管出口 21f:次要氧化劑流 21s:旋流器 29:第二挾帶粉煤之流體流導管 29i:第二挾帶粉煤之流體流導管入口 29f:輸送流體 29o:第二挾帶粉煤之流體流導管出口 31:混合導管 31i:混合導管入口 31o:混合導管出口 32:錐形部分 33:間隙 35:擴大出口部分 41:分流器 41a:通道 45:主要燃料源 45a:第二煤源 45f:第二煤源餽送導管 r 1:內部氫導管之半徑 r 2:氫氧化劑導管之半徑 r 3:第一挾帶粉煤之流體流導管之半徑 r 4:次要氧化劑導管之半徑 r 5:氫導管之外半徑 r 6:分流器41之內半徑 r 7:係分流器41之外半徑 r 8:第一挾帶粉煤之流體流導管19之內半徑 D H2:直徑 L H2:軸向長度 X H2:軸向距離 G c:混合導管入口距離 d 1:第一距離 d 2:第二距離 d 3:第三距離 icp:已點燃煤顆粒 CV:控制閥 Dg:間隙距離 SP:較小大小煤顆粒 LP:較大大小煤顆粒 Ar:橫截面積 AVS:可調整之分流器閥 S1:第一步驟 S1:第二步驟 S1:第三步驟 S1:第四步驟
本在本文包含之圖式中展示鍋爐、燃燒器、焚燒器、用於運行焚燒器之製程、用於運行鍋爐及/或燃燒器之製程及其製造與使用方法之例示性實施例。應理解，圖式中使用之相同參考標記可標識相同組件。
圖1係其中具有燃燒器之鍋爐1之第一例示性實施例之示意圖，該燃燒器包含經組態以將一或多個火焰4輸出至鍋爐1之燃燒室3中之一或多個焚燒器5。
圖2係可在鍋爐之第一例示性實施例中利用之焚燒器5之第一例示性實施例之示意性橫截面圖。
圖3係焚燒器之第一例示性實施例之焚燒器出口區之示意性局部視圖。
圖4係在鍋爐1之燃燒器之燃燒室3內生成至少一個火焰之焚燒器之第一例示性實施例之焚燒器出口區之示意性局部視圖。
圖5係類似於圖3之焚燒器之第一例示性實施例之焚燒器出口區之示意性局部視圖，並且繪示以虛線展示且可包含在焚燒器中之例示性旋流器。
圖6係類似於圖2可在鍋爐之第一例示性實施例中利用之焚燒器之第一例示性實施例之示意圖，該圖包含餽送至焚燒器之餽料流之示意圖。以虛線展示用於將氫包含至與主要空氣流（例如，空氣、用於與粉煤之固體顆粒混合之主要氧化劑流等）混合之粉煤流中之氫餽送。
圖7係可在鍋爐之第一例示性實施例中利用之焚燒器5之第二例示性實施例之示意性橫截面圖。
圖8係在鍋爐1之燃燒器之燃燒室3內生成至少一個火焰之焚燒器5之第二例示性實施例之焚燒器出口區之示意性局部視圖。
圖9係類似於圖8之焚燒器5之第二例示性實施例之焚燒器出口區之示意性局部視圖。
圖10係可在鍋爐之第一例示性實施例中使用之焚燒器5之第三例示性實施例之示意性橫截面圖。
圖11係在鍋爐1之燃燒器之燃燒室3內生成至少一個火焰之焚燒器5之第三例示性實施例之焚燒器出口區之示意性局部視圖，其中氫導管10延伸使得其出口10o處於與內部氫氧化劑導管11之出口11o相同之位置處。
圖12係類似於圖11之焚燒器5之第三例示性實施例之焚燒器出口區之示意性局部視圖。
圖13係類似於圖11及圖12之焚燒器5之第三例示性實施例之焚燒器出口區之示意性局部視圖，其繪示其中氫導管10超過內部氫氧化劑導管11之出口11o延伸至混合導管31內之位置之例示性配置。
圖14係類似於圖11、圖12及圖13之焚燒器5之第三例示性實施例之焚燒器出口區之示意性局部視圖，其繪示其中氫導管10定位於內部氫氧化劑導管11內使得內部氫氧化劑導管11之出口11o定位於混合導管31之入口31i與氫導管10之出口10o之間之例示性配置。
圖15係焚燒器之第四例示性實施例之焚燒器出口區之示意性局部視圖。
圖16係類似於圖15之焚燒器之第四例示性實施例之焚燒器出口區之示意性局部視圖。
圖17係可在鍋爐之第一例示性實施例中利用之焚燒器之第五例示性實施例之示意圖，該圖包含餽送至焚燒器之餽料流之示意圖。以虛線展示用於將氫包含至與主要空氣流（例如，空氣、用於與粉煤之固體顆粒混合之主要氧化劑流等）混合之粉煤流中之氫餽送。
圖18係焚燒器之第五例示性實施例之焚燒器出口區之示意性局部視圖。
圖19係繪示用於在燃燒室3中生成至少一個火焰之例示性製程之流程圖。
圖20係繪示利用用於在燃燒室3中生成至少一個火焰之製程之例示性實施例對焚燒器之例示性實施例進行之測試之測試結果之曲線圖。
圖21係繪示利用用於在燃燒室3中生成至少一個火焰之製程之例示性實施例對焚燒器之例示性實施例進行之測試之測試結果之表。
1:鍋爐
2:風箱
3:燃燒室
4:火焰
5:焚燒器
5a:焚燒器出口
8:煙道
8a:鍋爐輸出

Claims (27)

  1. 一種用於一燃燒室之焚燒器，該焚燒器包括： 一第一挾帶粉煤之流體流導管； 一內部氫導管；及 一氫氧化劑導管，其定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管與該內部氫導管之間； 該內部氫導管之一出口被定位於離該氫氧化劑導管之一出口一第一距離，使得從該內部氫導管之該出口輸出之氫通過該氫氧化劑導管之一部分行進至該氫氧化劑導管之該出口；並且 該氫氧化劑導管之該出口離該第一挾帶粉煤之流體流導管之一出口一第二距離，使得從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之一部分，以從該焚燒器輸出。
  2. 如請求項1所述之焚燒器，其中該第一挾帶粉煤之流體流導管包括一環形導管，並且該氫氧化劑導管包括一環形導管。
  3. 如請求項2所述之焚燒器，其進一步包括： 一次要氧化劑導管，其定位於鄰近該第一挾帶粉煤之流體流導管之一外周，以使一次要氧化劑流行進通過該焚燒器並進入該燃燒室中，至少一個旋流器定位在該次要氧化劑導管中，使得該次要氧化劑流在該燃燒室內產生旋渦。
  4. 如請求項2所述之焚燒器，其進一步包括： 一第二挾帶粉煤之流體流導管，其定位於鄰近該第一挾帶粉煤之流體流導管之一外周，使得該第一挾帶粉煤之流體流導管位於該第二挾帶粉煤之流體流導管與該氫氧化劑導管之間；及 一次要氧化劑導管，其定位於鄰近該第二挾帶粉煤之流體流導管之一外周，以使一次要氧化劑流行進通過該焚燒器並進入該燃燒室中。
  5. 如請求項1所述之焚燒器，其包括： 一混合導管，其定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管之該部分中，從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑行進通過該混合導管以從該焚燒器輸出。
  6. 如請求項5所述之焚燒器，其中，該氫氧化劑導管之該出口係具有一錐形部分之一錐形出口，並且在該氫氧化劑導管之該出口與該混合導管之間界定有間隙，使得行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之粉煤之一第一部分行進通過該間隙，以在該混合導管內與從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑混合，而行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之該粉煤之一第二部分沿着該混合導管之一外側行進。
  7. 如請求項5所述之焚燒器，其中該氫氧化劑導管之該出口係具有一擴大部分之一擴大出口，並且在該氫氧化劑導管之該出口與該混合導管之間界定有一間隙，使得行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之粉煤之一第一部分行進通過該間隙，以在該混合導管內與從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑混合，而行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之該粉煤之一第二部分沿着該混合導管之一外側行進。
  8. 如請求項1所述之焚燒器，其中該第一挾帶粉煤之流體流導管經定位以接收挾帶在包括氫之一流體中之一粉煤流。
  9. 如請求項5所述之焚燒器，其包括： 一分流器，其定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管與該氫氧化劑導管之間，鄰近該氫氧化劑導管之該出口，以沿着界定在該分流器與該氫氧化劑導管之間之一通道轉移該粉煤之一部分，以在該混合導管內混合該粉煤之該部分與從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑。
  10. 如請求項1所述之焚燒器，其包括： 一次要氧化劑導管，其定位於鄰近該第一挾帶粉煤之流體流導管之一外周，以使一次要氧化劑流行進通過該焚燒器並進入該燃燒室中；及 一混合導管，其定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管之該部分中，從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑在從該焚燒器輸出之前行進通過該混合導管； 該內部氫導管之該出口距該氫氧化劑導管之該出口一軸向長度L H2；該內部氫導管亦具有一直徑D H2； 該混合導管之一入口離該氫氧化劑導管之該出口之一錐形位置一入口距離Gc，在該錐形位置處，該氫氧化劑導管開始至該氫氧化劑導管之該出口呈錐形；並且 其中： (i)        1 ≤ L H2/D H2≤ 5及/或 (ii)  0.05 ≤ ((2*Gc * r 1)/(r 4 2-r 1 2)) ≤ 0.15； 其中，r 1係該內部氫導管之一半徑、r 2係該氫氧化劑導管之一半徑、r 3係該第一挾帶粉煤之流體流導管之一半徑、及r 4係該次要氧化劑導管之一半徑。
  11. 如請求項10所述之焚燒器，其中該入口距離G c係該混合導管之該入口與該氫氧化劑導管之該錐形位置之間之一間隙之一軸向長度。
  12. 如請求項1所述之焚燒器，其包括： 一次要氧化劑導管，其定位於鄰近該第一挾帶粉煤之流體流導管之一外周，以使一次要氧化劑流行進通過該焚燒器並進入該燃燒室中；及 一混合導管，其定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管之該部分中，從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑在從該焚燒器輸出之前行進通過該混合導管；該混合導管之一入口與該氫氧化劑導管之該出口間隔開具有一間隙距離之一間隙； 該內部氫導管之該出口相對於該氫氧化劑導管之該出口一軸向長度X H2；該內部氫導管亦具有一直徑D H2； 該混合導管之該入口離該氫氧化劑導管之該出口該間隙距離；並且 其中： (i)        -1 ≤ X H2/D H2≤ 5及/或 (ii)  0.05 ≤ ((2*dg * r 1)/(r 4 2-r 1 2)) ≤ 0.15； 其中dg係該間隙距離、r 1係該內部氫導管之一半徑、r 2係該氫氧化劑導管之一半徑、r 3係該第一挾帶粉煤之流體流導管之一半徑、及r 4係該次要氧化劑導管之一半徑。
  13. 如請求項12所述之焚燒器，其中該間隙距離係該氫氧化劑導管之該出口與該混合導管之該入口之間之一軸向距離。
  14. 如請求項1所述之焚燒器，其包括： 一混合導管，其定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管之該部分中，從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑行進通過該混合導管以從該焚燒器輸出；該混合導管之一入口與該氫氧化劑導管之該出口間隔開具有一間隙距離之一間隙； 一分流器，其定位於包圍該第一挾帶粉煤之流體流導管中之該氫氧化劑流導管之一出口區之一外周部分，以將第一挾帶粉煤之流體流分流成被導引至該混合導管之該入口以行進通過該混合導管之一第一內部流部分，及沿着該混合導管之一外側行進之一第二外部流部分； 該內部氫導管之該出口距該氫氧化劑導管之該出口一軸向長度L H2；該內部氫導管亦具有一直徑D H2； 該混合導管之該入口離該氫氧化劑導管之該出口該間隙距離；且 其中： (i)        1 ≤ L H2/D H2≤ 5及 (ii)  0.05 ≤ ((r 6 2-r 5 2)/(r 8 2-r 7 2)) ≤ 0.25； 其中r 5係該氫導管之一外半徑、r 6係該分流器之一內半徑、r 7係該分流器之一外半徑、及r 8係該第一挾帶粉煤之流體流導管之一內半徑。
  15. 如請求項14所述之焚燒器，其中該分流器係定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管與該氫氧化劑導管之間，鄰近該氫氧化劑導管之該出口，以沿着界定在該分流器與該氫氧化劑導管之間之一通道轉移該第一內部流部分，以在該混合導管內混合該第一內部部分之粉煤與從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑。
  16. 一種鍋爐，其包括： 至少一個焚燒器，其定位於在一燃燒室內生成至少一個火焰，該至少一個焚燒器包括一第一焚燒器，該第一焚燒器係如請求項1所述之焚燒器。
  17. 如請求項16所述之鍋爐，其亦包括： 一粉煤源，其連接至該第一挾帶粉煤之流體流導管之一入口； 一氫源，其連接至該內部氫導管之一入口；及 一氧化劑流源，其連接至該氫氧化劑導管之一入口。
  18. 如請求項16所述之鍋爐，其包括： 一氫源，其經定位用於將氫噴射至挾帶在一流體內之一粉煤流中，並且其中該第一挾帶粉煤之流體流導管經定位以接收挾帶在該流體內之該粉煤流，該流體包括一氧化劑及來自該氫源之氫。
  19. 一種用於在一燃燒裝置之一燃燒室中生成一火焰之方法，該方法包括： 向一焚燒器餽送氫、一氫氧化劑流及挾帶在一氧化劑流中之一第一粉煤，使得該氫行進通過該焚燒器之一內部氫導管，該氫氧化劑流行進通過定位於一第一挾帶粉煤之流體流導管與該內部氫導管之間之該焚燒器之一氫氧化劑導管，並且挾帶在該氧化劑流中之該第一粉煤行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管； 從該內部氫導管之一出口輸出該氫，因此當該氫從該內部氫導管之該出口行進至該氫氧化劑導管之一出口時，該氫行進一第一距離，使得從該內部氫導管之該出口輸出之氫通過該氫氧化劑導管之一部分行進至該氫氧化劑導管之該出口；及 從該氫氧化劑導管之該出口輸出該氫及該氫氧化劑流，因此當該氫從該氫氧化劑導管之該出口行進至該第一挾帶粉煤之流體流導管之一出口時，該氫及該氫氧化劑流行進一第二距離，使得從該氫氧化劑導管之該出口輸出之該氫及該氫氧化劑行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之一部分，以形成從該焚燒器之一出口散發之一引燃火焰。
  20. 如請求項19所述之方法，其包括： 將挾帶在該氧化劑流中之該第一粉煤之一第一部分與挾帶在該氧化劑流中之該第一粉煤之一第二部分分流，因此當該氫及該氫氧化劑流在該焚燒器內沿着該第二距離行進時，挾帶在該氧化劑流中之該第一粉煤之該第一部分與該氫及該氫氧化劑流混合，以形成該引燃火焰，而挾帶在該氧化劑流中之該第一粉煤之該第二部分行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管以輸出至該燃燒室中。
  21. 如請求項19所述之方法，其包括： 包括在將挾帶在該氧化劑流中之該第一粉煤餽送至該焚燒器之前將氫噴射至挾帶在該氧化劑流中之該第一粉煤中，使得挾帶在行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之該氧化劑流中之該第一粉煤包括氫、粉煤及一氧化劑。
  22. 一種用於一燃燒室之焚燒器，該焚燒器包括： 一第一挾帶粉煤之流體流導管； 一內部氫導管；及 一氫氧化劑導管，其定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管與該內部氫導管之間； 一混合導管，其定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管中，使得從該內部氫導管之一出口輸出之氫及從該氫氧化劑導管之一出口輸出之氫氧化劑可行進通過該混合導管，以與挾帶在可行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之一流體中之一粉煤流之一第一部分混合，以作為在由該氫、該氫氧化劑、及夾帶在該流體中之該粉煤流之該第一部分內之一部分之燃燒形成之一火焰周圍之一混合物從該焚燒器輸出； 該混合導管定位於該第一挾帶粉煤之流體流導管中，使得挾帶在可行進通過該第一挾帶粉煤之流體流導管之該流體中之該粉煤流之一第二部分，經由該混合導管與挾帶在該流體中之該粉煤流之該第一部分分離，使得該第二部分隨該火焰及該氫、該氫氧化劑及挾帶在該流體中之該粉煤流之該第一部分之該混合物之一未燃燒部分一起從該焚燒器中排出。
  23. 如請求項22所述之焚燒器，其包括： 一次要氧化劑導管，其定位於鄰近該第一挾帶粉煤之流體流導管之一外周，以使一次要氧化劑流行進通過該焚燒器並進入該燃燒室中；及 其中該內部氫導管之該出口相對於該氫氧化劑導管之該出口定位一軸向距離X H2，並且該內部氫導管具有一直徑D H2，並且在該混合導管之一入口與該氫氧化劑導管之該出口之間存在具有一間隙距離之一間隙，該間隙將該混合導管之該入口與該氫氧化劑導管之該出口分離，其中： (i)        -1 ≤ X H2/D H2≤ 5及/或 (ii)  0.05 ≤ ((2*dg * r 1)/(r 4 2-r 1 2)) ≤ 0.15； 其中dg係該間隙距離、r 1係該內部氫導管之一半徑、r 2係該氫氧化劑導管之一半徑、r 3係該第一挾帶粉煤之流體流導管之一半徑、及r 4係該次要氧化劑導管之一半徑。
  24. 如請求項23所述之焚燒器，其中該軸向距離X H2係該氫氧化劑導管之該出口與該混合導管之該入口之間之一軸向距離。
  25. 如請求項24所述之焚燒器，其中該軸向距離X H2小於0，使得該內部氫導管之該出口定位於離該氫氧化劑導管之一出口一第一距離，因此從該內部氫導管之該出口輸出之氫通過該氫氧化劑導管之一部分行進至該氫氧化劑導管之該出口。
  26. 如請求項24所述之焚燒器，其中該軸向距離X H2為0，使得該內部氫導管之該出口與該氫氧化劑導管之該出口重合。
  27. 如請求項24所述之焚燒器，其中該軸向距離X H2大於0，使得該內部氫導管之該出口定位於該混合導管內。
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