TWI402468B - 用於粉末固體燃料爐之低ＮＯｘ噴嘴 - Google Patents

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Description

用於粉末固體燃料爐之低NO X 噴嘴
一般而言，本發明係關於供與粉末固體燃料燃燒爐一同使用之燃燒系統，且更具體而言，係關於一種提供用於此等燃燒系統中之分離且離散之空氣/粉末燃料射流之低NOX 粉末固體燃料噴嘴。
長期以來，已藉由切線燃燒方法成功地使粉末固體燃料在爐中懸浮燃燒。該切線燃燒方法具有諸多優點，其中有粉末固體燃料與空氣之良好混合、穩定之火焰狀況及燃燒氣體在爐中之長駐存時間。
用於向一蒸汽產生器遞送粉末固體燃料(例如，煤)之系統通常包含複數個噴口總成，經由該等噴口總成使用空氣將粉末煤遞送至該蒸汽產生器之一燃燒室中。該等噴口總成通常係設置於若干風箱內，可將該等風箱定位為緊鄰該蒸汽產生器之角。每一噴口總成皆包含一噴嘴，該噴嘴突出至該燃燒室中。每一噴嘴將粉末煤與空氣之一單個串流或射流遞送至該燃燒室中。在離開該噴嘴之後，該單個粉末煤/空氣射流在該燃燒室中散佈。
通常而言，該等噴嘴經配置以上下傾斜以調整火焰在該燃燒室內之位置。藉由全局熱及質量傳送過程來穩定在每一粉末固體燃料噴口處產生之火焰。因此，一位於該爐之中心之單個旋轉火焰包圍面(例如，一「火球」)貫穿整個爐提供漸進但徹底且均勻之粉末固體燃料-空氣混合。
最近，愈來愈重視空氣污染之最小化。結合此，特定參照NOX 控制之事項，已知氮之氧化物在化石燃料燃燒期間主要由已被識別為熱NOX 及燃料NOX 之兩個單獨化學反應過程產生。熱NOX 因燃燒空氣中之分子態氮與分子態氧之熱固著而產生。熱NOX 之形成速率對局部火焰溫度極為敏感且對局部氧濃度之敏感度稍低。實質上，所有熱NOX 皆係在火焰之一處於最高溫度之區處形成。隨後藉由燃燒氣體之熱淬火將熱NOX 濃度「凍結」在一於高溫區中佔優勢之位準處。因此，煙道氣體熱NOX 濃度介於峰值火焰溫度之平衡位準特性與煙道氣體溫度下之平衡位準之間。
另一方面，燃料NOX 源自某些化石燃料(例如，煤及重油)中之有機結合氮之氧化。一般而言，燃料NOX 之形成速率受化石燃料與空氣串流之混合速率之高度影響，且特定而言，受局部氧濃度之影響。然而，因燃料氮產生之煙道氣體NOX 濃度通常僅係將因該化石燃料中所有氮之完全氧化而產生之位準之一分數，例如，大約20%至60%。鑒於前述內容，因此現在應易知總NOX 形成係局部氧位準與峰值火焰溫度兩者之一函式。
儘管先前技術之粉末固體燃料噴嘴對於其既定目的有效運作，但先前技術中已證明需要進一步改良此等粉末固體燃料噴嘴，具體而言係追求降低空氣污染(例如，NOX 排放物)。更具體而言，先前技術中已證明需要一種用於一切線燃燒系統中之新穎且經改良之低NOX 粉末固體燃料噴嘴，其將在控制不期望之排放物(例如，一氧化氮)方面實現更多靈活性。
根據本文所圖解闡釋之態樣，為一粉末固體燃料燃燒爐之一粉末固體燃料管噴口提供一噴嘴。該噴嘴包含：一主要空氣罩，其具有一入口及一出口，其中該入口接收一燃料流；及一分流器，其設置於該主要空氣罩內，其中該分流器使來自該出口之燃料流散布以提供一減少粉末固體燃料燃燒爐中之NOx 之燃料流射流。
上述及其他特徵由以下圖式及詳細闡述例示。
在所有圖式之情形下，具有相同參考編號之元件藉助相同或極為類似之結構執行相同或極為類似之功能。因此，結合一個圖式之一闡述將適用於在所有其他圖式中具有相同參考編號之元件。
本文揭示一種低NOX 粉末固體燃料噴嘴，且更具體而言，揭示一種提供用於一粉末固體燃料燃燒爐之一燃燒系統中之分離且離散之空氣/粉末燃料射流之粉末固體燃料噴嘴。與提供一單個空氣/粉末燃料射流之一噴口相比，分離且離散之空氣/粉末燃料射流之穿透降低，且其一表面面積增加。因此，粉末固體燃料燃燒爐之NOx 排放物顯著減少且/或有效地最小化，下文將參照附圖進一步詳細闡述。
參照圖1及2，一具有一入口端102及一出口端104之噴嘴100包含一次要空氣(SA)罩110及包封於其中之一主要空氣(PA)罩120。PA罩120包含若干PA罩側板122、一PA罩頂板124及一PA罩底板126。
SA罩110由位於SA罩110與PA罩120之間的支撐件130支撐。此外，一SA管道135大致環繞PA罩110。具體而言，SA管道135包含支撐件130與PA罩頂板124之間、支撐件130與PA罩底板126之間所產生之空間及支撐件130與PA罩側板122之間所產生之空間。
PA罩側板122、PA罩頂板124及PA罩底板126內所產生之一空間中形成一主要空氣-粉末固體燃料(PA-PSF)管道150。PA-PSF管道150中形成若干分離器板160。如圖1中所示，分離器板160係設置於PA-PSF管道150中，且大致平行於分別界定PA罩頂板124及PA罩底板126之對應表面延伸。
在一實例性實施例(例如，圖1中所圖解闡釋)中，將分離器板160形成為具有一曲面。具體而言，分離器板160最靠近噴嘴出口端104之部分(例如)遠離PA-PSF管道150之一中心內部區域向外捲曲。更具體而言，一上部分離器板160之一部分朝向PA罩頂板124捲曲，而一下部分離器板160之一部分朝向PA罩底板126捲曲，如圖1中所示。然而，替代實例性實施例並不受限於此。舉例而言，可將分離器板160中之每一者形成為大致筆直(例如，直線形)，或者，可將分離器板160形成為具有一系列離散角(例如，不平滑地捲曲、彎曲)。
仍參照圖1，分離器板160包含剪切刀片170。在一實例性實施例中，上部分離器板160包含一第一剪切刀片170，該第一剪切刀片係設置為緊鄰出口104且在上部分離器板160之朝向PA罩頂板124捲曲之部分上；而下部分離器板160包含一第二剪切刀片170，該第二剪切刀片係設置為緊鄰出口104且在下部分離器板160之朝向PA罩底板126捲曲之部分上。此外，第一剪切刀片170係設置於上部分離器板160之面向PA罩頂板124之一表面上，而第二剪切刀片170係設置於下部分離器板160之面向PA罩底板126之一表面上。應注意，替代實例性實施例並不受限於上述闡述，例如，剪切刀片170可位於與圖1中所示位置不同之分離器板160上之位置處。舉例而言，在一替代實例性實施例中，剪切刀片170可位於上部分離器板160及/或下部分離器板160之不同(例如，相對)表面上。
一分流器180係設置於分離器板160之間的PA-PSF管道150中。在一實例性實施例中，分流器180係設置於(以上更詳細闡述之)分離器板160之捲曲部分之端之間的大約中間部位。此外，分流器180在PA罩側板122之間延伸，如圖1中所示，但替代實例性實施例並不受限於此。舉例而言，分流器180可不完全在PA罩側板122之間延伸，例如，其可具有小於一在PA罩側板122之間所量測距離之長度。另外，分流器180可位於PA-PSF管道150之一不同區域中，例如，在替代實例性實施例中，分流器180不在分離器板160之捲曲部分之端之間的大約中間部位。舉例而言，在一個實施例中，分流器180可自一個PA罩側板122延伸至該PA罩之大約中間點。此外，可基於下文更詳細論述之PA-PSF射流之預定要求來調整分流器180在分離器板160之邊緣之間的一位置。舉例而言，在一替代實例性實施例中，可將分流器180設置為與一個分離器板相比更靠近另一分離器板160。
在一實例性實施例中，分流器180在剖面中具有一大致三角楔形形狀，如圖1中所示，但替代實例性實施例並不受限於此。而係，分流器180可係其他形狀，舉例而言，例如矩形、梯形、五角形及其他多角形形狀或適於其有效運作目的(例如，協助將一空氣/粉末燃料射流分離為直至行進一預定距離到達一爐中之後才重新組合之若干分離且離散之射流)之任一其他形狀，下文將參照圖3進一步詳細闡述。另外，根據一實例性實施例之分流器180可包含設置於其上之一或多個剪切刀片170。同樣，剪切刀片170可設置於(舉例而言)例如PA罩側板122、PA罩頂板124及/或PA罩底板126等額外表面上，但替代實例性實施例並不受限於此。
現在參照圖2，SA罩110及PA罩側板122之側每一者皆具有一透過其之孔190。孔190沿一充當一樞軸點191(圖3中最佳顯示)之共用軸對準以允許噴嘴100在運作期間上下傾斜。
現在參照圖3，噴嘴100係安裝於一粉末固體燃料管210之一粉末固體燃料管噴口200上，該粉末固體燃料管係安裝於一粉末固體燃料-空氣遞送導管220內。更具體而言，粉末固體燃料管噴口200在噴嘴100之噴嘴入口端102(圖1)處附裝至孔190。粉末固體燃料管210經由噴嘴入口端102將一燃料流230(例如，一PSF-PA入口射流230)遞送至PS-PSF管道150，而次要空氣240被遞送至噴嘴100之SA管道135，如圖3中所示。附裝至粉末固體燃料管噴口200之密封板250形成一環形密封罩(未顯示)，該環形密封罩防止PA-PSF入口射流230進入SA管道135及/或防止SA 240進入PA-PSF管道150。在一替代實例性實施例中，可省略密封板250。
將根據一實例性實施例之噴嘴100之PA-PSF管道150劃分為三(3)個室。具體而言，將PA-PSF管道150劃分為一上部PA-PSF室260、一中間PA-PSF室270及一下部PA-PSF室280。更具體而言，上部PA-PSF室260由PA罩頂板124及一上部(參照圖3)分離器板160界定，中間PA-PSF室270由上部分離器板160及一下部(參照圖3)分離器板160界定，且下部PA-PSF室280由下部分離器板160及PA罩底板126界定。如上文更詳細地闡述及圖3中所圖解闡釋，因此分流器180係設置於中間PA-PSF射流室270內，而剪切刀片170係設置於上部PA-PSF射流室260及下部PA-PSF射流室280內之相應分離器板160上，但替代實例性實施例並不受限於此。舉例而言，剪切刀片170或一額外剪切刀片170可設置於中間PA-PSF射流室270內，而分流器或額外分流器180可設置於上部PA-PSF射流室260、中間PA-PSF射流室270及/或下部PA-PSF射流室280中之任一者或所有三者中。
現在，將參照圖3進一步詳細闡述噴嘴100之運作。在一具有噴嘴100之粉末固體燃料燃燒爐(未顯示)之運作期間，通過粉末固體燃料管210經由粉末固體燃料管噴口200將PA-PSF入口射流230供應至噴嘴100之PA-PSF管道150。
一旦在噴嘴100內，且更具體而言，一旦在噴嘴100之PA-PSF管道150內，則PA-PSF入口射流230被劃分為三(3)個分離之射流，例如，一上部PA-PSF射流290、一中間PA-PSF射流300及一下部PA-PSF射流310，如圖3中所示。基於上文更詳細闡述之噴嘴100之幾何形狀來形成該三(3)個分離之射流。更具體而言，基於上部PA-PSF室260、中間PA-PSF室270及下部PA-PSF室280之實體尺寸將PA-PSF入口射流230劃分為三(3)個分離之射流。舉例而言，此等實體尺寸係基於PA-PSF管道150內之分離器板160及分流器180之一預定形狀及放置，但並不侷限於此。因此，基於粉末固體燃料燃燒爐(未顯示)之所需及/或實際運作狀況及特性來獲得將PA-PSF入口射流230劃分為三(3)個分離射流(例如，上部PA-PSF射流290、中間PA-PSF射流300及下部PA-PSF射流310)之一最佳劃分，下文將進一步詳細闡述。
在橫穿PA-PSF管道150之後，上部PA-PSF射流290、中間PA-PSF射流300及下部PA-PSF射流310在噴嘴出口端104處退出噴嘴100進入粉末固體燃料燃燒爐(未顯示)中。當退出噴嘴100時，上部PA-PSF射流290、中間PA-PSF射流300及下部PA-PSF射流310退出噴嘴100形成兩(2)個分離(例如，離散)之射流，即，一上部PA-PSF出口射流320及一下部PA-PSF出口射流330，如圖3中所示。PA-PSF管道150內之組件(例如，分離器板160、剪切刀片170及分流器180)以及上文更詳細闡述之上述組件之配置確定上部PA-PSF出口射流320及下部PA-PSF出口射流330之形成。特定而言，分流器180致使上部PA-PSF射流290、中間PA-PSF射流300及下部PA-PSF射流310組合，使得上部PA-PSF出口射流320及下部PA-PSF出口射流330作為(例如)分離、離散之射流退出噴嘴100，以使上部PA-PSF出口射流320與下部PA-PSF出口射流330在退出噴嘴100且進入粉末固體燃料燃燒爐(未顯示)之後彼此不混合。更具體而言，上部PA-PSF出口射流320及下部PA-PSF出口射流330在離開噴嘴100之後保持分離且離散達一預定距離，如圖4中所示。在一實例性實施例中，上部PA-PSF出口射流320與下部PA-PSF出口射流330自該噴嘴保持分離且離散達一等於上部PA-PSF出口射流320及/或下部PA-PSF出口射流330之大約2個至大約8個射流直徑之距離，在此之後，上部PA-PSF出口射流320及下部PA-PSF出口射流330開始支出且與該爐中之氣體混合，但替代實例性實施例並不受限於此。此外，在上部PA-PSF出口射流320及下部PA-PSF出口射流330之部分支出之後，其在(例如)上部PA-PSF出口射流320及下部PA-PSF出口射流330之一週邊上之部分可朝向中心分流器180再循環回去，由此增強上部PA-PSF出口射流320及下部PA-PSF出口射流330之點火及火焰穩定性。因此，來自利用根據一實例性實施例之噴嘴100之一粉末固體燃料燃燒爐之NOx 排放物與來自利用一先前技術噴嘴之一粉末固體燃料燃燒爐之NOx 排放物相比顯著減少。具體而言，測試結果已顯示，根據一個實例性實施例，由於實施了噴嘴100，獲得大約20%至大約30%之NOx 排放物方面之改良(例如，減少)(其中影響NOx 排放物之其他參數係在相同位準)。端視所燃燒煤之類型，進一步之測試顯示根據一實例性實施例之噴嘴與先前技術之其他已知噴嘴相比減少了大約36%至大約50%之NOx 排放物。
因此，如圖3中可見，分流器180將中間PA-PSF射流300劃分為一上部部分350及一下部部分360。因此，在退出噴嘴100時，PA-PSF射流300之上部部分350與上部PA-PSF射流290組合以形成上部PA-PSF出口射流320。PA-PSF射流300之下部部分360以一類似方式與下部PA-PSF射流310組合以形成下部PA-PSF出口射流330。
導致PA-PSF入口射流230最佳劃分為三(3)個分離射流(如上文所闡述)之PA-PSF管道150內之分離器板160及分流器180之實體尺寸、形狀及放置根據粉末固體燃料燃燒爐(未顯示)之所需及/或實際運作狀況及特性進一步導致上部PA-PSF出口射流320及下部PA-PSF出口射流330中每一者之最佳形成。舉例而言，基於PA-PSF管道150內分離器板160及分流器180之實體尺寸、形狀及放置來確定上部PA-PSF出口射流320與下部PA-PSF出口射流330之間的一初始分離距離、其尺寸(例如，直徑)及上部PA-PSF出口射流320及下部PA-PSF出口射流330在退出噴嘴100之後、支出之前所行進之一距離。
噴嘴出口端104附近之PA罩頂板124及PA罩底板126之彎曲部分340進一步防止上部PA-PSF出口射流320與下部PA-PSF出口射流330在離開噴嘴100之後混合。在一實例性實施例中，彎曲部分340向外彎曲，例如，遠離退出噴嘴100之上部PA-PSF出口射流320及下部PA-PSF出口射流330。
在一實例性實施例中，由PA-PSF管道150中之分離器板160均勻地劃分PA-PSF入口射流230以使上部PA-PSF出口射流320及下部PS-PSF出口射流330每一者包含經由噴嘴100之一總流量之大約50%，例如，每一者包含PA-PSF入口射流230之大約50%，但替代實例性實施例並不受限於此。此外，可大致相等地劃分射流在上部PA-PSF室260、中間PA-PSF室270及下部PA-PSF室280中之部分，例如，每一者具有經由噴嘴100之總流量之大約1/3。然而，替代實例性實施例並不受限於此；舉例而言，射流在上部PA-PSF室260、中間PA-PSF室270及下部PA-PSF室280中之部分可分別係大約30%、大約40%及大約30%。
如上文更詳細闡述，上部PA-PSF出口射流320及下部PA-PSF出口射流330係分離且離散，且作為分離且離散之射流經由噴嘴100之噴嘴出口端104進入粉末固體燃料燃燒爐(未顯示)之一燃燒室。此外，上部PA-PSF出口射流320及下部PA-PSF出口射流330在該燃燒室中保持分離且離散。具體而言，上部PA-PSF出口射流320與下部PA-PSF出口射流330不混合直至在離開根據一實例性實施例之噴嘴100之後行進一預定距離，如圖4中最佳顯示及上文參照圖3更詳細地闡述。
在一替代實例性實施例中，省略分流器180，如圖5中所示。應注意，圖5中之相同參考編號指示與圖3中所示組件相同或相似之組件，且已省略對其之任一重複性詳細闡述。參照圖5，散佈中間PA-PSF射流300，由此，其一上部部分350與上部PA-PSF射流290組合以形成上部PA-PSF出口射流320，且其下部部分360與下部PA-PSF射流310組合以形成下部PA-PSF出口射流330。
由於將PA-PSF入口射流230劃分為分離之射流(例如，劃分為上部PA-PSF出口射流320及下部PS-PSF出口射流330)，因此一大致介於上部PA-PSF出口射流320與下部PS-PSF出口射流330之間的區中相對於與上部PA-PSF出口射流320及下部PS-PSF出口射流330中之每一者大致毗鄰(甚或在其每一者內)之其他區域之壓力而形成一低壓區域。因此，該大致介於上部PA-PSF出口射流320與下部PS-PSF出口射流330之間的低壓區域提供一低阻力路徑以準許一燃燒火焰點燃設置於出口燃料射流之內部部分內之燃料(例如，煤粒子)，由此消耗其中之氧。因此，有效地損耗該低壓區中之氧，從而導致較少氧可用於NOx 形成，由此大致減少來自一具有根據一實例性實施例之噴嘴之粉末固體燃料燃燒鍋爐之NOx 排放物。具體而言，根據一實例性實施例之一噴嘴之計算流體動力學建模及燃燒測試表明朝向煤串流之外部集中該等煤粒子有利於減少NOx 排放物同時最小化未燃燒之碳位準。應瞭解，前文在圖1-3中所顯示並闡述、具有一分流器180之此實施例提供一設置於該分流器一外表面處之類似低壓區域。
將PA-PSF入口射流230劃分為分離且離散之射流(例如，劃分為上部PA-PSF出口射流320及下部PS-PSF出口射流330)相對於與上部PA-PSF出口射流320及下部PS-PSF出口射流330中之每一者大致毗鄰(甚或在其每一者內)之其他區域之壓力在一大致介於上部PA-PSF出口射流320與下部PS-PSF出口射流330之間的區中導致一低壓區域。因此，該大致介於上部PA-PSF出口射流320與下部PS-PSF出口射流330之間的低壓區域導致一燃燒火焰被吸引至該低壓區域，由此消耗其中之氧。因此，有效地損耗該低壓區中之氧，從而導致較少氧可用於NOx 形成，由此大致減少來自一具有根據一實例性實施例之噴嘴之粉末固體燃料燃燒鍋爐之NOx 排放物。
另外，將PA-PSF入口射流230劃分為分離且離散之射流(例如，劃分為上部PA-PSF出口射流320及下部PS-PSF出口射流330)進一步導致該等分離且離散之射流中之每一者相對於上部PA-PSF出口射流320之一直徑具有一減小之直徑。更具體而言，假定具有一直徑D之PA-PSF入口射流230之一剖面表面面積A，則上部PA-PSF出口射流320及下部PS-PSF出口射流330每一者具有一直徑(假設上部PA-PSF出口射流320之一面積與下部PS-PSF出口射流330之一面積之一總剖面表面面積等於A)。因此，該等分離且離散之射流之射流穿透(與相同區域之一單個射流相比)降低而其射流散佈增加，此乃因射流穿透係與射流直徑成正比且射流散佈係與射流直徑成反比。
此外，兩個具有直徑D1 之分離且離散射流之一總濕周長PT 與一單個射流(例如，具有剖面面積A之PA-PSF入口射流230)之一濕周長P相比顯著增加或有效改良。具體而言，每一者皆具有直徑之上部PA-PSF出口射流320與下部PS-PSF出口射流330組合以產出一合成總濕周長。因此，射流散佈(例如，射流分解)進一步增加。分離且不同之射流之增加之總濕周長允許燃燒室中燃燒之一近場處之受控制量之可用空氣與粉末固體燃料混合，由此改良早期火焰穩定性及脫揮發作用。所增加之總濕周長亦允許在燃料射流之一較大面積上改良燃燒之熱產物之混合及再循環，從而亦導致改良在噴嘴100下游一區之一近場之一氧有限、燃料富足之亞化學計量區中之燃料及/或燃料結合氮之早期火焰穩定性及早期脫揮發作用。
因此，根據本文所闡述之實例性實施例之噴嘴100至少提供降低之主要空氣/粉末燃料射流穿透及增加之主要空氣/粉末燃料射流表面面積、濕面積及散佈之優點，由此增強早期點火、早期火焰穩定性、燃料脫揮發作用及早期燃料結合氮釋放。因此，顯著減少或有效降低來自具有根據本發明之一實例性實施例之噴嘴之一粉末固體燃料燃燒鍋爐之NOX 排放物。當在一經設計而具有減少之主燃燒器帶(「MBZ」)化學計量之鍋爐(與具有一高MBZ化學計量之鍋爐相比)中，例如，在一其中要求更靠近噴嘴起始燃燒之分級燃燒環境中實施根據一實例性實施例之噴嘴時，前述優點顯而易見，但替代實例性實施例並不受限於此。
圖6係自本發明之採用空氣偏轉器之噴嘴之一替代實施例之出口側觀看之一平面圖。除分離器板160不分叉、不採用剪切刀片170且如圖所示添加空氣偏轉器175之外，此實施例與圖5之實施例類似。
圖7係圖6之噴嘴之一後視透視圖。此處顯示分離器板160以及空氣偏轉器175。
圖8係一顯示圖6及7之噴嘴之預測粒子集中之電腦生成模擬。在此模擬及所有以下模擬中，使用可適用條件產生一電腦模型以預測粒子如何在已穿過噴口之後被集中。此等模擬在設計一低NOx 噴口時係重要。
不針對白色區域產生模擬資料。在此情形中，是空氣穿過次要空氣噴口135。
圖9係自本發明的一採用一中心斷壁之噴嘴之替代實施例之出口側觀看的一平面圖。圖10係圖9之噴嘴之一後視透視圖。將參照圖9及10兩者闡述此實施例。
透過出口104之中心沿一垂直方向及一水平方向兩者定位一分離器板160。此處，分流器180具有一楔形形狀，該楔形形狀具有一基部483及一頂邊緣481。相對於垂直及水平方向將分流器180定位於中心處。亦將其放置在彼噴口100後面，與出口104齊平。此實施例亦包含空氣偏轉器175。
圖11係一顯示圖9及10之噴嘴之預測粒子流集中之電腦生成模擬。存在粒子自該噴口至下游之一分佈圖案。由於分流器180具有一中空基部181，故允許粒子再循環至分流器180中。
圖12係自本發明之採用一凹陷式中心斷壁之噴嘴之一替代實施例之出口側觀看之一平面圖。圖13係圖12之噴嘴之一後視透視圖。將結合圖12及13兩者闡述此實施例之元件。
此實施例包含多個沿垂直及水平方向兩者定向之分離器板160。藉助一平坦基部481包封分流器180。分流器180與圖9及10之分流器相比係遠離出口104邊緣向內偏移或凹陷。
圖14係一顯示圖12及13之噴嘴之預測粒子流集中之電腦生成模擬。該分流器之頂邊緣483切穿接近之粒子流且將該流分為在分流器180上方之一流及在分流器180下方之一流。緊接分流器180之基部481之下游存在一擾動帶。
圖15係自作為本發明之一替代實施例之一「X」形噴嘴及本發明之一「X」形噴嘴之出口側觀看之一平面圖。圖16係圖15之噴嘴之一後視透視圖。將結合圖15及16兩者闡述此實施例。
出口104具有一大致「X」形狀，其中出口104自一中心位置108向外延伸至出口104之4個出口凸部106中。儘管此處顯示4個凸部，但本發明預見自中心位置108輻射之任一數量之凸部。
將一分流器180定位於一水平定向之分離器板160上，該分離器板跨越噴口100從而大約均勻地將出口104一分為二成一上半部及一下半部。
分流器180具有一主導區段181及一拖尾區段182，兩者皆沿其長度及寬度朝向該分流器之一中心傾斜。主導區段181具有一4側角錐形狀，該4側角錐形狀具有一主導頂點183及一基部(未顯示)。
拖尾區段[182]形狀亦像一具有一頂點184及一基部(未顯示)之4側角錐。在此實施例中，該等角錐之基部在一起，其中該等頂點彼此相對地指向。
分流器180之主導區段181之每一側經定位、大小確定及角度確定來使入射流朝其最近之出口凸部105偏轉。此有效地將該流分為4個分量，每一者針對每一出口凸部106。
圖17係一顯示圖15及16之噴嘴之預測粒子流集中之電腦生成模擬。在此圖式中可見分流器180之剖面形狀。主導區段181在此處顯現為具有一三角剖面形狀。拖尾區段182亦具有一剖面形狀。主導區段181之頂點183如同拖尾區段182之頂點184一般可見。
在一替代實施例中，僅一主導區段181係用於分流器180。此可具有一平坦基部或係中空。
圖18係自採用一具有擴散器塊之分流器之一噴嘴之出口側觀看之一平面圖。圖19係圖18之噴嘴之一後視透視圖。此等實施例係2002年8月27日頒予Jeffrey S. Mann及Ronald H. Nowak之美國專利6,439,136 B1之標的，該專利以全文引用方式併入本文中，如同在本文中論述一般。本申請案中呈現對此實施例之一全面闡述。
此處，分流器180在分離器板160之交互側上採用彼此毗鄰之數個擴散塊。
圖20係一顯示圖18及19之噴嘴之預測粒子流集中之電腦生成模擬。此圖顯示該噴口之剖面形狀。剖面中可見附裝至分離器板160之擴散塊186。
圖21係自一圓煤噴嘴之出口側觀看之一平面圖。圖22係圖21之噴嘴之一後視透視圖。此實施例及相關實施例係由Oliver G. Biggs、Jr.、Kevin E. Connolly、Kevin A. Greco、Philip H Lafave及Galen H. Richards於2006年4月10日提出申請之標題為「Pulverized Solid Fuel Nozzle」之未決美國專利第11/279,123號(「圓噴嘴應用」)之標的，該專利以全文引用方式併入本文中，如同在本文中論述一般。本申請案中呈現對此實施例之一全面闡述。
一圓形出口408在一轉子轂480上容納一轉子470。一環形空氣管道435包圍圓形出口408。
圖23係一顯示圖21及22之噴嘴之預測粒子流集中之電腦生成模擬。此顯示其剖面結構。轉子轂480在粒子穿過該轉子且離開出口404時混合該等粒子。
圖24係自具有一凹陷式旋流器之一圓煤噴嘴之出口側觀看之一平面圖。圖25係圖24之噴嘴之一後視透視圖。此與上述圓噴嘴應用類似。
此等圖式顯示一除轉子470係凹陷於噴口內之外皆與圖21-22類似之結構。
圖26係一顯示圖24及25之噴嘴之預測粒子流集中之電腦生成模擬。此顯示其剖面結構。此視圖中可見轉子轂480及出口408。
儘管已參照各種實例性實施例闡述本發明，但熟習此項技術者應理解，可在不背離本發明之範疇之前提下對該等實施例作各種改變且可用等效物替代其元件。另外，為適應一特定情況或材料，亦可在不背離本發明之基本範疇之前提下對本發明之教示內容作諸多修改。因此，本文並非意欲將本發明限定於作為實施本發明之最佳設想模式而揭示之特定實施例，而係本發明將包含所有歸屬於隨附申請專利範圍之範疇內之實施例。
100．．．噴嘴
102．．．入口
104．．．出口
106．．．出口凸部
108．．．中心位置
110．．．次要空氣(SA)罩
120．．．主要空氣(PA)罩
122．．．側板
124．．．頂板
126．．．底板
130．．．支撐件
135．．．SA管道(次要空氣噴口)
150．．．主要空氣粉末固體燃料(PA-PSE)管道
160．．．分離器板
170．．．剪切刀片
175．．．空氣偏轉器
180．．．分流器
181．．．基部(主導區段)
182．．．拖尾區段
183．．．頂點
184．．．頂點
186．．．擴散塊
190．．．孔
191．．．樞軸點
200．．．粉末固體燃料管噴口
210．．．粉末固體燃料管
220．．．粉末固體燃料-空氣遞送導管
230．．．燃料流
240．．．次要空氣(SA)
250．．．密封板
260．．．上部PA-PSF射流室(管道)
270．．．中間PA-PSF射流室(管道)
280．．．下部PA-PSF射流室(管道)
290．．．上部PA-PSF射流
300．．．中間PA-PSF射流
310．．．下部PA-PSF射流
320．．．上部PA-PSF出口射流
330．．．下部PA-PSF出口射流(下部PS-PSF出口射流)
340．．．彎曲部分
350．．．上部部分
360．．．下部部分
404．．．出口
435．．．環形空氣管道
470．．．轉子
480．．．轉子轂
481．．．頂邊緣(基部)
483．．．基部(頂邊緣)
現在參照作為實例性實施例之圖式，且其中相同元件以相同數字編號：
圖1係一噴嘴之一剖切前視透視圖；
圖2係圖1之該噴嘴之一剖切後視透視圖；
圖3係一顯示圖1及2之連接至一粉末固體燃料燃燒爐之一粉末固體燃料管之噴嘴之一部分剖面側視圖；
圖4係一潛水位測試之一照片，其圖解闡釋退出圖1-3之噴嘴之分離空氣-燃料射流；
圖5係一顯示根據一替代實例性實施例之一噴嘴之部分剖面側視圖；
圖6係自本發明之採用空氣偏轉器之噴嘴之一替代實施例之出口側觀看之一平面圖；
圖7係圖6之噴嘴之一後視透視圖；
圖8係一顯示圖6及7之噴嘴之預測粒子流集中之電腦生成模擬；
圖9係自本發明之採用一中心斷壁之噴嘴之一替代實施例之出口側觀看之一平面圖；
圖10係圖9之噴嘴之一後視透視圖；
圖11係一顯示圖9及10之噴嘴之預測粒子流集中之電腦生成模擬；
圖12係自本發明之採用一凹陷式中心斷壁之噴嘴之一替代實施例之出口側觀看之一平面圖；
圖13係圖12之噴嘴之一後視透視圖；
圖14係一顯示圖12及13之噴嘴之預測粒子流集中之電腦生成模擬；
圖15係自作為本發明之一替代實施例之一「X」形噴嘴及本發明之一「X」形噴嘴之出口側觀看之一平面圖；
圖16係圖15之噴嘴之一後視透視圖；
圖17係一顯示圖15及16之噴嘴之預測粒子流集中之電腦生成模擬；
圖18係自採用一具有擴散器塊之分流器之一噴嘴之出口側觀看之一平面圖；
圖19係圖18之噴嘴之一後視透視圖；
圖20係一顯示圖18及19之噴嘴之預測粒子流集中之電腦生成模擬；
圖21係自一圓煤噴嘴之出口側觀看之一平面圖；
圖22係圖21之噴嘴之一後視透視圖；
圖23係一顯示圖21及22之噴嘴之預測粒子集中之電腦生成模擬；
圖24係自具有一凹陷式旋流器之一圓煤噴嘴之出口側觀看之一平面圖；
圖25係圖24之噴嘴之一後視透視圖；及
圖26係一顯示圖24及25之噴嘴之預測粒子集中之電腦生成模擬。
100．．．噴嘴
104．．．出口
110．．．次要空氣(SA)罩
124．．．頂板
126．．．底板
135．．．SA管道(次要空氣噴口)
160．．．分離器板
170．．．剪切刀片
180．．．分流器
191．．．樞軸點
200．．．粉末固體燃料管噴口
210．．．粉末固體燃料管
220．．．粉末固體燃料-空氣遞送導管
230．．．燃料流
240．．．次要空氣(SA)
250．．．密封板
260．．．上部PA-PSF射流室(管道)
270．．．中間PA-PSF射流室(管道)
280．．．下部PA-PSF射流室(管道)
290．．．上部PA-PSF射流
300．．．中間PA-PSF射流
310．．．下部PA-PSF射流
320．．．上部PA-PSF出口射流
330．．．下部PA-PSF出口射流(下部PS-PSF出口射流)
340．．．彎曲部分
350．．．上部部分
360．．．下部部分

Claims (21)

  1. 一種用於一粉末固體燃料燃燒爐之一粉末固體燃料管噴口之減少NOx 排放物之噴嘴，該噴嘴包括：一主要空氣罩，其具有一入口及一出口，其中該入口接收一燃料流；一第一分離器板，其設置於該主要空氣罩內，該第一分離器板及該主要空氣罩界定一用於接收該燃料流之一第一部分之管道；及一第二分離器板，其設置於該主要空氣罩內，該第二分離器板及主要空氣罩界定一用於接收該燃料流之一第二部分之管道，其中該第一分離器板、該第二分離器板及該主要空氣罩界定一用於接收該燃料流之設置於該燃料流之該第一部分與該第二部分中間之一第三部分之管道，該燃料流之該第三部分包括一第一分流及一分叉之第二分流；其中該第一分流與該燃料流之該第一部分在該主要空氣罩之該出口處組合以提供一第一出口燃料射流，該第一出口燃料射流退出該主要空氣罩之該出口；其中該第二分流與該燃料流之該第二部分在該主要空氣罩之該出口處組合以提供一第二出口燃料射流；及其中該第一出口燃料射流與該第二出口燃料射流係分岔的。
  2. 如請求項1之噴嘴，其中該第一出口燃料射流及該第二出口燃料射流彼此分離 且離散地退出該主要空氣罩之該出口，且該第一出口燃料射流與該第二出口燃料射流自該主要空氣罩之該出口彼此保持分離且離散達一預定距離。
  3. 如請求項1之噴嘴，其進一步包括設置於該第一分離器板及第二分離器板中之至少一者上之一剪切刀片及一斷壁點中之至少一者。
  4. 如請求項1之噴嘴，其進一步包括一圍繞該主要空氣罩設置之次要空氣罩。
  5. 如請求項1之噴嘴，其中該主要空氣罩包括：至少一側板；一頂板；及一底板，其中該至少一側板與該頂板及該底板連接在一起。
  6. 如請求項1之噴嘴，其中該分流器係設置於該第一分離器板與該第二分離器板之間。
  7. 如請求項2之噴嘴，其中該預定距離係在該第一出口燃料射流之大約兩(2)個直徑至該第一出口燃料射流之大約八(8)個直徑之一範圍中，且該第一出口燃料射流及該第二分流在自該主要空氣罩之該出口行進該預定距離到達該粉末固體燃料燃燒爐中之後至少部分地組合。
  8. 如請求項1之噴嘴，其中該燃料流之該第一部分包括該燃料流之大約30%， 該燃料流之該第二部分包括該燃料流之大約40%，且該燃料流之該第三部分包括該燃料流之大約30%。
  9. 如請求項1之噴嘴，其中該第一出口燃料射流及該第二出口燃料射流每一者包括該燃料流之大約50%。
  10. 一種用於一粉末固體燃料燃燒爐之一粉末固體燃料管噴口之減少NOx 排放物之噴嘴，該噴嘴包括：一主要空氣罩，其具有一入口及一出口，其中該入口接收一燃料流；一第一分離器板，其具有一分流器，該分流器大致設置在該主要空氣罩之中心且與該主要空氣罩分離地設置，該分流器具有一帶有一頂邊緣及一基部之楔形形狀，該頂邊緣係定位為更靠近該入口且該基部係定位為更靠近該出口，該分流器僅部分地跨越該出口延伸，該分流器在該燃料流經過該分流器且離開出口時在該燃料流中產生使該燃料流散佈之擾動。
  11. 如請求項10之噴嘴，其進一步包括設置於該第一分離器板上之一剪切刀片[170]及一斷壁點中之至少一者。
  12. 如請求項10之噴嘴，其進一步包括一設置於該第一分離器板上之空氣偏轉器。
  13. 如請求項10之噴嘴，其中沿一大致垂直方向定位該第一分離器板。
  14. 如請求項10之噴嘴，其中該第一分離器板係沿一大致水平方向定位。
  15. 如請求項10之噴嘴，其中該分流器係定位於該入口與該出口之間且其基部相對於該出口凹陷。
  16. 一種用於一粉末固體燃料燃燒爐之一粉末固體燃料管噴口之減少NOx 排放物之噴嘴，該噴嘴包括：一主要空氣罩，其具有一入口及一出口，其中：該入口接收懸浮於一作為一燃料流之空氣流串流中之固體燃料粒子；該出口一般具有其中複數個凸部各自一中心位置輻射之一剖面形狀；一分流器，其係大致在該中心位置處設置於該主要空氣罩內，該分流器運行以使該燃料流之固體粒子偏轉至該輸出之每一凸部中且使該等粒子在該等凸部內散佈，從而允許該燃料流之具有減少之NOx排放物之燃燒。
  17. 如請求項16之噴嘴，其進一步包括：一分離器板，其設置於該主要罩內以用於支撐該分流器。
  18. 如請求項1之噴嘴，其進一步包含一分流器，其設置於該主要空氣罩內，該分流器具有一對將該燃料流之該第三部分分離為該第一分流及該分叉之第二分流之分叉表面。
  19. 如請求項1之噴嘴，其中該第一分離器板與第二分離器板向外分岔。
  20. 如請求項1之噴嘴，其中該第一分離器板與第二分離器 板中至少一者向外彎曲。
  21. 如請求項1之噴嘴，其中該主要空氣罩包含與該第一分離器板相對之第一壁以及與該第二分離器板相對之第二壁，其中該第一壁與第二壁向外分岔。
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