專利名稱：粉煤燃燒器和使用該粉煤燃燒器的燃燒裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由氣流輸送并與氣流一起燃燒的燒煤粉的粉煤燃燒器，特別是，涉及一種可有效地降低氮氧化物濃度的粉煤燃燒器以及使用這種粉煤燃燒器的燃燒裝置。
在粉煤燃燒過程中所產生的大部分NOX(氮氧化物)就是所謂的燃料NOX，是由煤中所含的氮氧化而產生的，但是，在早期燃燒階段，通過熱分解反應，煤中所含的氮以如HCN(氰化氫)和NH3(氨)的形式釋放成氣相。
于是，在高氧濃度的情況下，這些氮的化合物會氧化成NOX，而在低氧濃度的情況下，則還原成無害的N2(氮氣)。
目前，為了減少燃煤鍋爐和燒煤的燃燒爐所產生的NOX，研究了各種不同的粉煤燃燒方法，典型的一種是在火焰中形成一個空氣缺少區(qū)，在該空氣缺少區(qū)內，NOX還原而從煤中釋放出HCN和NH3。
在該方法中，首先，在燃燒器部分中，充足的燃料是在缺少空氣情況下進行燃燒的，此后，將燃燒用的空氣引入火焰下游處來燃燒剩下的可燃成分。JP62-276310A(1987)披露了一種使用該方法的燃燒器，其中，燃燒所需的空氣被分為第一級、第二級和第三級空氣，并這樣進行供應，而且，第三級空氣是以渦流形式提供來延緩與煤在火焰中央部分混合，因此，NOX還原區(qū)擴大了。
這里，為了在粉煤燃燒過程中抑制NOX的產生，必須使粉煤迅速引燃并加速氧氣消耗，從而擴大NOX還原區(qū)。JP8-200618A(1996)、JP4-21402A(1992)和JP9-159109A(1997)披露了迅速引燃粉煤的方法。
在這些方法中，在粉煤噴嘴中，設置了渦流發(fā)生器以及帶收縮部分和擴張部分的通道，由于粉煤和空氣之間慣性不同，在離心力作用下，粉煤聚集在噴嘴的外圍部分，因此，就促進了粉煤的引燃。
現在，首先結合附

圖13和14對JP4-214102A(1992)所披露的現有技術進行描述。此處，圖13是具有中心線(由虛線表示)的粉煤燃燒器的側視橫截面圖，圖14是從中心線方向所視和對應于從圖13中箭頭X方向所視的粉煤燃燒器的前視圖。
在這些圖中，標號11是安裝在燃燒器中部的粉煤噴嘴，第二級噴嘴12和第三級噴嘴13同心地逐級設置在粉煤噴嘴11的外側。
粉煤噴嘴11構成一個管狀流動通道，同時采用第一級喉部14作為其外圓周壁，第二級噴嘴12形成一個環(huán)形的流動通道，同時采用第一級喉部14作為其內圓周壁，而采用第二級喉部15作為其外圓周壁，另外第三級噴嘴14形成一個環(huán)形的流動通道，同時采用第二級喉部15作為其內圓周壁，而采用第二級喉部16作為其外圓周壁。
這里，粉煤噴嘴11噴出由輸送空氣和煤粉(粉煤)混合氣流構成的第一級空氣17，第二級噴嘴12和第三級噴嘴13分別噴出第二級空氣18和第三級空氣19，通過同心設置的第一級噴嘴11、第二級噴嘴12和第三級噴嘴13這三種噴嘴，提高了氣流的對稱均勻性。
在該現有技術的例子中，通過設置穿過粉煤噴嘴11的油槍20供應燃油，如重油，這樣，在燃燒器啟動時就可很容易地開始燃燒，而且即使在低載燃燒過程中，燃燒也可維持。
在上游處，粉煤噴嘴11與未示出的粉煤輸送管道相連接，并通過粉煤噴嘴11來供應由粉煤和輸送空氣混合氣流構成的第一級空氣17，同時，壓縮空氣從未示出的鼓風機送入到風箱21中，并當第二級空氣18和第三級空氣19從其各自的噴嘴中噴出時，就向第二級噴嘴12和第三級噴嘴13供應壓縮空氣。
在此結構中，由渦流葉片構成的渦流發(fā)生裝置22設置在第三級噴嘴13的內側。
另外，在粉煤噴嘴11內設有文丘里管23，其作用是通過部分地縮小噴嘴內徑來校正輸送空氣，且其另一個作用是通過部分地提高氣流的速度來防止火焰返回到粉煤輸送管道中(回火)。
在文丘里管23的下游處，設有紡錘形的粉煤濃度調節(jié)器24，它是通過在靠近油槍20頂端處使油槍膨脹而形成的，通過該濃度調節(jié)器24使粉煤噴嘴11的氣流通道在內圓周側變窄，這樣，由煤粉和空氣混合氣流構成的第一級空氣17就向外圓周側方向移動。
由于從粉煤濃度調節(jié)器24頂端到燃燒爐10的氣流通道是擴張開來的，從粉煤噴嘴11噴出的第一級空氣17中的氣體沿徑向膨脹，且噴出速度降低，但由于其慣性矩作用粉煤一直流動，因此，靠近粉煤噴嘴11出口處的粉煤濃度在外圓周側增加了。
在粉煤噴嘴11的出口處設有火焰穩(wěn)定器25。火焰穩(wěn)定器25由一個環(huán)形件和一個錐形件構成，所述環(huán)形件的一部分凸出到第二級噴嘴12的出口中，所述錐形件從所述環(huán)形件的外圓周端面處向燃燒爐10張開，且在所述環(huán)形件的內圓周端面處，沿圓周方向設有多個矩形凸起26，該矩形凸起向粉煤噴嘴11的中心突出。
火焰穩(wěn)定器25可用作第一級空氣17和第二級空氣18氣流的障礙物，因此，就減小了火焰穩(wěn)定器25下游處的壓力，并形成一個區(qū)域(回流區(qū))，在該區(qū)域中，產生與第一級空氣17和第二級空氣18噴出方向相反(回流)的氣流。因此，在燃燒過程中，高溫燃燒氣體保持在該回流區(qū)，這有幫助引燃粉煤的功能。
第二級空氣18和第三級空氣19提供了使噴入到燃燒爐10中的粉煤完全燃燒所必需的氣體，在這種情況下，由于第三級空氣19是通過渦流發(fā)生器22產生渦流后噴出的，在其從第三級噴嘴13噴出后，由于離心力作用，氣體離開中心線，因此，如圖14所示，在燃燒器附近，這種氣體離開中心線附近的粉煤流，形成一個低濃度部分36和一個高濃度部分37，因此，在粉煤燃燒區(qū)下游，完全燃燒所必需的氣體變少，并形成還原性氣氛28。
如上所述，在早期燃燒階段的熱分解反應過程中，煤中的氮以HCN和NH3的形式釋放成氣相，并在還原性氣氛28中經NOX還原反應還原NOX，這些氮的化合物就可轉變成無害的N2，另外，通過低氧濃度和高溫作用，可增強NOX還原反應。
因此，經還原性氣氛28的作用，可抑制粉煤燃燒過程中所產生的NOX量。
隨著向下游運動并離開燃燒器，第三級空氣19的渦流速度也減小，且第三級空氣19與中心線附近的粉煤流混合而形成氧化性氣氛29。
通過這種第三級空氣19和粉煤的混合，將完全燃燒所必需的氣體供給粉煤，在燃燒爐10出口處，剩下的不燃燒成分(下文稱為煤灰中的不燃燒成分)減小了。
通常，將粉煤完全燃燒所必需氣體量的1.1-1.2倍的氣體送入燃燒器10中，以便完全消除煤灰中的不燃燒成分。在該現有技術的例子中，氣體還進一步分為第一級、第二級和第三級氣體，并以可調節(jié)火焰中氧氣濃度的方式進行供給，因此，就易形成一種完全消除了NOX和煤灰中的不燃燒成分的優(yōu)化的燃燒狀態(tài)。
現在，結合附圖15和16來對JP9-159109A(1997)披露的另一種現有技術的例子進行描述，其中，圖15是具有中心線(由虛線表示)的粉煤燃燒器的側視橫截面圖，圖16是從中心線方向所視的粉煤燃燒器噴嘴的前視圖，其中標號38是渦流發(fā)生器，標號39是氣流校正板，其它構件與圖13和14所示現有技術例子相同。
渦流發(fā)生器38設置在粉煤噴嘴11中，通過該渦流發(fā)生器38，使第一級空氣以及含有粉煤的第一級空氣17形成渦流，因此，在離心力作用下，粉煤聚集在噴嘴的外圓周側，形成一個高濃度區(qū)，此后，在粉煤從粉煤噴嘴11噴出時，所設置的氣流校正板39可防止粉煤分散，因此，在其渦動停止之后，噴出粉煤。
因此，在此情況下，如圖16所示，在噴嘴的外圓周部分處形成局部的高濃度部分37。
另外，在此情況下，氣流校正板39只需抑制第一級空氣17的渦動，而不會干擾氣流，通常氣流校正板39由一個盡可能薄的板制成。
在上述現有技術的例子中，沒有充分考慮使燃燒器噴出的粉煤迅速引燃和形成還原性氣氛，因此，在消除NOX方面還不盡如人意。
如上述現有技術的例子所述，在火焰內形成還原性氣氛對于消除NOX是至關重要的，而且，為了減少NOX，必須盡早地引燃粉煤來消耗第一級空氣并形成高溫還原區(qū)28。
另外，迅速引燃和提高火焰溫度可促進燃燒反應并消除煤灰中的不燃燒成分，應認識到，提高燃燒性能的關鍵就是要加速引燃。
也就是說，為了抑制在粉煤燃燒過程中產生NOX，首先必須使粉煤迅速引燃，可是，在上述現有技術的例子中，由于粉煤濃度在外圍增加，因此，在粉煤噴嘴噴出的外圍部分粉煤流引燃迅速，但在中部燃料濃度較低，引燃被延緩，而且延緩形成了NOX還原區(qū)。
另外，在上述現有技術的例子中，當噴出的粉煤流形成渦流時，在離心力作用下，粉煤由粉煤噴嘴噴出后就沿徑向分散開，在此情況下，由于在高氧濃度區(qū)內分散的粉煤在粉煤流的外圍燃燒，因此NOX的濃度就增加了。
而且，當粉煤流外圍的粉煤濃度急劇增加時，粉煤最好分散開。
本發(fā)明的目的就是要提供一種易于使NOX還原區(qū)擴大并可充分消除NOX產生量的粉煤燃燒器以及使用該粉煤燃燒器的燃燒裝置。
本發(fā)明的上述目的是這樣實現的粉煤燃燒器裝有粉煤噴嘴和空氣噴嘴，所述空氣噴嘴同心設置在所述粉煤噴嘴的外圓周周圍，其中，第一級空氣噴流包含由粉煤噴嘴噴出的粉煤，且相對于燃燒器中心線在其圓周方向上呈現出一種稀薄和致密的粉煤濃度分布，所形成的粉煤高濃度部分從中心線徑向延伸。
另外，本發(fā)明的上述目的最好這樣實現粉煤燃燒器裝有一個粉煤噴嘴和兩個空氣噴嘴，所述空氣噴嘴并排設置在粉煤噴嘴相應的側面，并將其夾在兩者之間，其中，第一級空氣噴流包含由粉煤噴嘴噴出的粉煤，且在垂直于通過燃燒器中心線并指向這兩個空氣噴嘴的直線的方向上呈現出一種稀薄和致密的粉煤濃度分布，所形成的粉煤高濃度部分包含了指向這兩個空氣噴嘴的直線并與其平行流動。
再者，本發(fā)明的上述目的可通過將上述粉煤燃燒器安裝在燃燒爐中并在該燃燒爐中進行燃燒來實現。
圖1是本發(fā)明第一實施例粉煤燃燒器的側視橫截面圖；圖2是本發(fā)明第一實施例的前視圖；圖3(a)-3(c)是本發(fā)明第一實施例中板形件的說明圖；圖4(a)-4(c)是用于說明本發(fā)明第一實施例作用的視圖；圖5是用于說明本發(fā)明第一實施例另一個作用的視圖；圖6(a)和6(b)是用于說明本發(fā)明第一實施例又一個作用的視圖；圖7是用于說明本發(fā)明第一實施例另一個作用的視圖；圖8(a)-8(c)是本發(fā)明第一實施例中改型的板形件的說明圖；圖9是本發(fā)明第二實施例的側視橫截面圖；圖10是本發(fā)明第二實施例的前視圖；圖11是本發(fā)明第一實施例燃燒裝置的說明圖；圖12是本發(fā)明第二實施例燃燒裝置的說明圖；圖13是一個現有技術例的粉煤燃燒器的側視橫截面圖；圖14是上述現有技術例的粉煤燃燒器的前視圖；圖15是現有技術另一個例子的粉煤燃燒器的側視橫截面圖；圖16是上述現有技術另一個例子的粉煤燃燒器的前視圖。
下面將結合圖示的實施例對本發(fā)明的粉煤燃燒器和使用該粉煤燃燒器的燃燒裝置進行描述。然而，本發(fā)明并不局限于這些實施例。
圖1和2顯示了本發(fā)明第一實施例的粉煤燃燒器，其中圖1是具有中心線的粉煤燃燒器的側視橫截面圖，圖2是從中心線方向和從圖1中箭頭X方向所視的粉煤燃燒器的前視圖，在這些圖中，標號30是板形件，其它構件與圖13和14所示現有技術例子中所用的標號基本相同。
如上所述，火焰中還原性氣氛28的形成對于消除NOX是重要的，另外，為了減少NOX，必須盡早地引燃粉煤來消耗第一級空氣并形成高溫還原區(qū)28。
另外，加速引燃和提高火焰溫度可促進燃燒反應并消除煤灰中的不燃燒成分，因此，提高燃燒性能的關鍵就是加速引燃。
因此，在該實施例中，設有板形件30，通過該板形件，就可使粉煤加速引燃并使火焰溫度升高。這些板形件30固定在粉煤噴嘴11內的粉煤濃度調節(jié)器24的外圓周端面上，并沿所述中心線徑向伸展。
現在，結合附圖3(a)-3(c)對這些板形件30進行詳細描述，其中圖3(a)是圖1所示粉煤噴嘴的局部放大圖，圖3(c)是板形件30的詳圖，且圖3(c)是圖3(b)沿箭頭方向Y所視的板形件30的視圖。
如圖所示，板形件30由前緣部分31、中心部分32和后緣部分33構成，所述前緣部分31的厚度沿第一級空氣17的流動方向是逐漸增大的，所述中心部分32的厚度基本大于10mm多，所述后緣部分33的厚度沿第一級空氣17的流動方向是逐漸減小的。
在此，設置前緣部分31和后緣部分33是為了使流過粉煤噴嘴11的第一級空氣17可沿板形件30的表面平滑流動，而不會使氣體脫離其表面，因此，所設置的板形件的橫截面厚度沿流動方向是逐漸變化的。
結果，如圖3(c)所示，粉煤噴嘴11內的第一級空氣17沿板形件30流動，且在此部分中，由于流動通道很窄，因此氣體流速增加了。
由于第一級空氣17是粉煤和前面所述空氣的混合物，如帶箭頭35的虛線所示，混合物中的空氣在流過板形件30后，隨著流動通道的擴張，在流動的同時是膨脹開的。
另外，在流過板形件30后，由于慣性作用，第一級空氣17中的粉煤徑直流動，如箭頭34所示。因此，在板形件30覆蓋的下游部分處，粉煤的濃度減小了，而在板形件30所夾的通道下游處，粉煤的濃度增加了，因此，就形成了一個低濃度部分36和一個高濃度部分37。
在此，由于這些板形件30是如圖3(a)所示沿中心線徑向設置的，因此，在垂直于第一級空氣17噴出方向的橫截面上，來看其在粉煤噴嘴11出口處的分布時，相對于噴嘴中心，第一級空氣17中的粉煤濃度在圓周方向是稠密和稀薄分布的，且如圖2所示，從中心線沿徑向分別形成低濃度部分36和高濃度部分37。
另外，在圖13所示的現有技術例中，如圖14所示，由于在外圓周部分處粉煤濃度是增加的，而在中心部分是減少的，因此，粉煤呈現徑向分布，其中，在外圓周部分處形成高濃度部分37，另外，在圖15所示的現有技術例中，通過渦流發(fā)生器38，第一級空氣17就形成渦流，由于離心力作用，第一級空氣17中的粉煤聚集在外圓周部分，此后，氣流校正板39可防止第一級空氣17的渦動，因此，如圖16所示，盡管粉煤的高濃度部分分布在外圓周部分，但也在此形成了高濃度部分37。
圖4(a)示出在粉煤噴嘴出口處粉煤濃度分布的測量結果，其中，橫坐標表示徑向距離(r/r0)，縱坐標表示相對濃度。
這里，r0表示粉煤噴嘴的半徑，而r表示到中心線的徑向距離，縱坐標的相對濃度表示當假定在供給的混合氣流中粉煤量和空氣量的比值為1時，在各自不同的測量位置處粉煤量和空氣量的比值。
關于此情況下的測量條件，首先對于圖1所示的實施例，在板形件30之間的下游位置處粉煤濃度的測量結果由A表示，而板形件30下游位置處的粉煤濃度由B表示，作為比較，圖13所示現有技術燃燒器的粉煤濃度的測量結果由C表示。
如圖4(a)所示，從現有技術燃燒器的測量結果C中可看出，由徑向距離(r/r0)＝1所表示的外圓周部分處的粉煤濃度大約是平均濃度的1.2倍，而由徑向距離(r/r0)＝0.5所表示的內圓周部分處的粉煤濃度就降到平均濃度的0.5倍，這就證明了濃度是如圖14所示沿徑向分布的。
于是，關于圖1所示本發(fā)明的燃燒器，在測量結果A的情況下，由徑向距離(r/r0)＝0.75所表示的內圓周部分處的粉煤濃度增加到平均濃度的1.4倍，另外，在測量結果B的情況下，由同樣的徑向距離(r/r0)＝0.75所表示的內圓周部分處的粉煤濃度大約是平均濃度的0.8倍，板形件30下游處的粉煤濃度顯然是較低的，這也證明了如圖2所示徑向形成的高濃度部分。
另外，如圖4(a)所示，當測量結果A與測量結果C相比的相對濃度為1時，與現有技術例子相比，本發(fā)明實施例高粉煤濃度區(qū)在內圓周側擴大了約20％。
現在，回到圖1中，由粉煤噴嘴11噴到燃燒爐10的第一級空氣17中的粉煤由火焰穩(wěn)定器25附近回流區(qū)內的高溫氣體點燃。
通過燃燒，點燃的粉煤微粒的溫度就升高了，并通過加熱附近的粉煤微粒，粉煤微粒就接連被引燃了，因此，燃燒就傳播開了。
燃燒蔓延的這種現象被稱為火焰?zhèn)鞑ィ疫@種火焰?zhèn)鞑膰姷饺紵隣t10內第一級空氣17的外圍向內周蔓延。
在此情況下，當火焰蔓延傳播向噴嘴中心蔓延時，就促進了整個粉煤的點燃，也導致了NOX的減少。
因此，本發(fā)明的一個目的就是要提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?，且火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c第一級空氣17中的粉煤濃度密切相關。
圖5顯示了由實驗測得的粉煤濃度和火焰?zhèn)鞑ニ俣戎g的關系，如圖5所示，當粉煤濃度增加時，火焰?zhèn)鞑ニ俣染蜕吡恕?br> 在圖5中，縱坐標表示粉煤流速為18(m/s)時的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，橫坐標表示由煤和空氣的重量比所表示的粉煤濃度，在此情況下，流速為18(m/s)的情況基本上與從第一級噴嘴噴出的粉煤流速的情況相同。
于是，關于煤的量與第一級空氣量的比值C/A(煤/空氣)，粉煤燃燒器通常是在C/A≈0.43(kg/kg)的條件下進行燃燒的，且在此情況下，火焰?zhèn)鞑ニ俣仁?.05(m/s)。
對于如圖14所示的現有技術的燃燒器，由于外圓周部分的粉煤濃度較高，這里的火焰?zhèn)鞑ニ俣纫草^高，然而，由于中心附近的粉煤濃度較低，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫草^低，因此，就使整個粉煤的引燃延遲了，妨礙了NOX的充分還原。
相反，在圖1所示實施例的燃燒器中，在粉煤噴嘴11內設置了具有一定厚度的板形件30，因此，關于燃燒器中心線，沿圓周方向粉煤分布是致密和稀薄的，高濃度粉煤部分形成在中心線的徑向，因此，通過這些高濃度粉煤部分，就可實現火焰從外圍到中部的高速傳播。
因此，促進了中部粉煤流的引燃，火焰就可在引燃部分周圍的各個方向蔓延開來。
因此，對于圖1所示的實施例，NOX就大量地還原了。
另外，在該實施例中，由于在燃燒器附近還原區(qū)擴張，不僅與燃燒有關的NOX充分減少了，而且由于完全燃燒所需的空氣和粉煤混合物迅速向下游的還原性氣氛擴散，因此，充分提高了燃燒的效率。
另外，通過降低混合氣流中第一級空氣的量，就可簡單地提高粉煤濃度，因此，通過這種方法就可提高火焰?zhèn)鞑ニ俣取Ｈ欢?，第一級空氣還要用來輸送粉煤，因此空氣的量就不能簡單地減少了。
然而，在圖1所示的實施例中，如圖2所示，高濃度粉煤部分是徑向形成的，可充分地提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?，而不降低第一級空?7中的整個空氣量。
于是，在圖1所示的實施例中，當假定所設置的各個板形件30的厚度使各個板形件30的總橫截面面積約為粉煤噴嘴11流動通道橫截面面積的20％時，板形件30之間所形成的高濃度部分37的粉煤濃度就可增加到C/A≈0.54(kg/kg)，且在此情況下的火焰?zhèn)鞑ニ俣纫蔡岣叩郊s0.1(m/s)，約是通常情況的2倍。
另外，當假定所設置的各個板形件30的厚度使各個板形件30的總橫截面面積約為粉煤噴嘴11流動通道橫截面面積的60％時，高濃度部分37的粉煤濃度就可增加到C/A≈1.00(kg/kg)，且火焰?zhèn)鞑ニ俣纫部蛇_到約0.3(m/s)，約為通常情況的5倍。
然而，如果覆蓋率增加超過60％，火焰?zhèn)鞑ニ俣染筒辉僮兓耍?，即使在覆蓋率為60％的情況下，第一級空氣17從粉煤噴嘴11的噴出速度達到50(m/s)，也是如此，從第一級空氣17對粉煤噴嘴11內表面磨蝕的方面看，這是一個臨界速度。
圖6(a)和6(b)顯示了在粉煤噴嘴11的直徑為0.167(m)且粉煤的供應量為500(kg/h)的測量條件下燃燒器中心線處的氣體濃度的測量結果。這里，標記“本發(fā)明”表示圖1所示的實施例，而標記“現有技術的例子”表示圖13所示的現有技術的例子。
首先，圖6(a)所示的是測得的O2濃度的變化。由于引燃粉煤要很快地消耗氧氣，因此當到燃燒器的軸向距離增加時氧氣濃度就會降低。然而，從圖6(a)中可看到，與現有技術的例子相比，本發(fā)明的氧氣迅速減少，這就意味著在本發(fā)明中氧氣被很快地消耗掉了。
上述情況表明圖1所示的本發(fā)明實施例的燃燒器與圖13所示的現有技術的燃燒器相比，本發(fā)明的燃燒器可很快地形成還原性氣氛28。
另外，如圖6(a)所示，在這兩種情況下，到燃燒器的軸向距離為0.8(m)處的氧氣濃度都減少到3％。
于是，當討論圖6(b)所示的NOX(氮氧化物)濃度時，在現有技術的例子中，從到燃燒器軸向距離為0.5(m)的位置處開始產生氮氧化物，另外，在本發(fā)明中，在到燃燒器軸向距離為0.3(m)的位置處就已開始產生氮氧化物，與現有技術的例子相比，在到燃燒器軸向距離近了0.2(m)的位置處就開始產生氮氧化物。
上述情況表明與現有技術相比，使用本發(fā)明燃燒器可盡早地將粉煤引燃。
在此情況下，對于這兩種燃燒器來說，氮氧化物大量產生的位置是在0.8(m)的位置處，而此后所產生的量就減少了。
于是，圖7顯示了在圖中所示的測量條件下，到燃燒器下游約7(m)的燃燒爐(燃燒爐10)出口處NOX濃度與燃燒效率之間的關系，如圖7所示，NOX濃度隨燃燒效率而變化。
因此，當比較燃燒效率為99.5％下的NOX濃度時，現有技術例子的NOX濃度約為260(ppm)，而本發(fā)明的NOX濃度約為205(ppm)，因此，本發(fā)明的NOX濃度降低了55(ppm)。
另外，如圖8(a)所示，該實施例的板形件30可以是簡單平板，通過這種板形件，也可實現本發(fā)明的目的。
然而，當板形件30使用圖8(a)所示的平板時，粉煤微粒垂直地撞擊其上游端面，并在下游端面處第一級空氣流背離開來，這會干擾粉煤流，有時可能妨礙沿圓周方向形成稀與濃的粉煤濃度分布。
因此，作為本發(fā)明的一個實施例，如圖3(a)-3(c)所示，板形件30最好是前緣部分31的厚度沿第一級空氣17的流向是逐漸增大的，而后緣部分33的厚度是逐漸減小的。
對于圖3(a)-3(c)所示的板形件30，由于粉煤是斜著碰撞在前緣部分31的側面上，因此可減少板形件30可能的磨損。
另外，在后緣部分33處，由于第一級空氣17是沿板形件30的表面流動的，粉煤可平滑地與其分離。
而對于圖3(a)-3(c)所示的板形件30，最好在其前緣部分31的表面涂覆一層耐磨材料，而在其后緣部分33的表面涂覆一層耐熱材料，因為后緣部分33的表面會受到燃燒爐10輻射熱的影響。
進而，板形件30可制成如圖8(b)所示的翼形，或者如圖8(c)所示僅具有圖3(a)-3(c)中的前緣部分31和后緣部分33而省去中間部分32。
另外，在沿第一級空氣流動方向上，板形件30在粉煤噴嘴11中的位置及其長度也不局限于圖1所示的那種情況，是可自由選擇的。
例如，所設置的板形件30可到達流動通道的中部而不到達噴嘴的出口。在此情況下，當插入濃度分布調節(jié)器24時，在噴嘴出口和板形件30的下游部分處，高濃度粉煤區(qū)形成于噴流的外圍部分。
另外，板形件30可設置在濃度分布調節(jié)器24的上游側或下游側。
在此情況下，由于與圖3(a)-3(c)所示實施例相比流動通道擴大了，第一級空氣17的流速進一步降低，因此，噴嘴可能的磨損和壓力損失也可減小。
例如，當板形件30向上游側移動時，粉煤經過板形件30后，再與粉煤噴嘴11中的第一級空氣相混合，因此，與圖3(a)-3(c)所示實施例相比，濃度的差減小了。
另外，當板形件30向靠近燃燒爐10側移動時，由于燃燒爐10的輻射熱作用，溫度升高，因此，最好將板形件30設置得離噴嘴出口盡可能遠一些，最好板形件30到粉煤噴嘴11出口的距離為噴嘴直徑的0.5-1.0倍。
然而，如果板形件30如上所述那樣離開噴嘴地設置，就會產生一個使粉煤流速減小的空間，因此，當如上所述設置板形件時，必須考慮上述問題。
盡管圖1所示的實施例包括第二級噴嘴12和第三級噴嘴13兩個噴嘴，但本發(fā)明也可由只包含一個空氣噴嘴的燃燒器來實現，而且，濃度分布調節(jié)器24也可省去。
現在，結合附圖9和10來對本發(fā)明的另一個實施例進行描述。
圖9和10顯示了本發(fā)明粉煤燃燒器的第二實施例，這里，圖9是具有中心線的粉煤燃燒器的側視橫截面圖，圖10是從中心線方向和圖9的箭頭方向X所視的粉煤燃燒器的前視圖，其中，標號40是平行的板形件，標號41是空氣噴嘴，標號42是分隔壁，標號43是燃燒器喉部，而其它構件基本上與圖1和2所示的第一實施例相同。
在該實施例中，特別是從圖10中可看出，粉煤噴嘴11的橫截面形狀大致為矩形或方形的，并夾在一對空氣噴嘴41中間，空氣噴嘴41是矩形橫截面形狀的，同時在兩個相對表面中之一由隔壁42分隔開來，圖中兩個表面是處于豎直方向。
因此，在該實施例中，當流動通道由隔壁42和燃燒器喉部43圍成時，就形成了粉煤噴嘴11，而且，當流動通道由分隔壁42和燃燒器喉部43圍成時，也就形成了空氣噴嘴41。
第一級空氣17象圖1所示實施例那樣供給粉煤噴嘴11，在燃燒所需的空氣44從未示出的鼓風機供給風箱21后，燃燒所需的空氣就從空氣噴嘴41中噴出，在此情況下，沿離開中心線的方向，分隔壁42在端部處向燃燒爐10側彎曲，因此，當燃燒所需的空氣44從空氣噴嘴41噴出時，就沿箭頭45所示方向流動，這樣，燃燒所需的空氣44就離開箭頭46所示的粉煤流方向流動。
在此情況下，分隔壁42的下游側可用作第一級空氣17的障礙物，因此，在分隔壁42的下游側就形成壓力降。
結果，此處就產生與粉煤流和燃燒所需空氣噴出方向相反的氣流(回流)，且在燃燒過程中將高溫燃燒氣體保持在這里，加速了粉煤的點燃。
至于燃燒所需空氣44的供應量，應供應粉煤完全燃燒所必需的量，然而，在此情況下，在燃燒器附近，燃燒所需的空氣44離開中心線附近的粉煤流流動，在粉煤引燃區(qū)27的下游部分處，完全燃燒所必需的空氣就變得短缺，因此就形成了還原性氣氛28。
這樣，在該還原性氣氛28中，就增進了NOX的還原反應。
如上所述，火焰中還原性氣氛28的形成對于抑制NOX是很重要的，而且，為了減少NOX，必須盡早地引燃粉煤，消耗第一級空氣并形成高溫還原區(qū)28。
另外，加速引燃和提高火焰溫度可促進燃燒反應并消除煤灰中的不燃燒成分，因此，提高燃燒性能的關鍵就是要加速引燃。
然而，在圖9所示的實施例中，由于平行的板形件40是在連接兩側空氣噴嘴41的方向(下文稱為縱向)上固定在粉煤噴嘴11中，且這些平行的板形件40的形狀是這樣的其上游部分和下游部分的厚度相對于第一級空氣17的流動是變化的，而其中部是平的，且厚度超過10(mm)。
因此，第一級空氣17在平行的板形件40之間得到加速，因為其間的流動通道變窄，且在經過這些平行的板形件40之后，第一級空氣17在流動的同時隨著流動通道的擴展而擴展。
然而，在此情況下，由于慣性作用，在經過平行的板形件40后，第一級空氣17中的粉煤直線流動，因此，在平行的板形件40下游部分處，粉煤濃度降低，而在平行的板形件之間所夾的流動通道下游部分處，粉煤濃度增加。
因此，如從粉煤噴嘴11出口處垂直于第一級空氣17噴射流方向的截面處所看到的，也就是在圖9的箭頭X-X方向所看到的圖10的情況，在對應于平行的板形件40位置的下游位置處，形成低濃度粉煤部分36，在對應于平行的板形件40之間的通道下游位置處，形成高濃度粉煤部分37，以這種方式，兩者交替布置并沿縱向平行延伸。
從第一級空氣17噴出的粉煤由保持在分隔壁42下游回流部分的高溫氣體引燃，且火焰開始蔓延，在此情況下，火焰從外圍部分向內周蔓延。
因此，如果火焰迅速向噴嘴中部傳播，就促進了整個粉煤的引燃，并使NOX還原。
根據圖9所示的實施例，如圖10所示，由于向著中心線形成高濃度粉煤部分37，火焰快速傳播經過該高濃度部分37，并在短時間內到達中心線。
另外，由于火焰同時向各個方向傳播，因此，整個粉煤的引燃比粉煤濃度均勻分布的情況傳播要快。
因此，在從粉煤噴嘴噴出后，粉煤很快地引燃并消耗氧氣，還原性氣氛區(qū)28向上游側擴展，因此，對于該實施例，充分地抑制了NOx的產生量。
另外，與圖1所示的實施例不同，在該實施例中，在粉煤噴嘴11內不設粉煤濃度調節(jié)器24，但也可設有類似的粉煤濃度調節(jié)器，并可獲得大致相同的益處。
而且，象圖1所示的實施例那樣，平行的板形件40可以徑向設置，也具有大致相同的優(yōu)點。
現在，結合實施例來對本發(fā)明的燃燒裝置進行描述。
上述實施例的粉煤燃燒器可用在各種不同的燃燒裝置中，例如焚燒爐，圖11是這種燃燒裝置的第一實施例，上述燃燒裝置使用了本發(fā)明上述其中一個實施例的粉煤燃燒器，在圖11中，燃燒器50是圖1所示的本發(fā)明第一實施例的燃燒器。
由混合氣流組成的第一級空氣17通過粉煤管道51供給燃燒器50，所述混合氣流包括粉煤和輸送空氣。
為此目的，從煤場53運來的煤由粉碎機54粉碎，由鼓風機55吹出的空氣輸送，并經粉煤管道51送給燃燒器50，再由噴嘴噴到燃燒爐10中。
而且，由另一個鼓風機56來供應燃燒所需的空氣，在此情況下，一部分燃燒所需的空氣供給燃燒器作為第二級和第三級空氣使用，然而，剩下的燃燒所需的空氣供給空氣供應口57，并經該空氣供應口剩下的燃燒所需的空氣就供應到燃燒爐10中，所述空氣供應口設置在燃燒器50下游的燃燒爐10上。
當空氣按上述情況分別供應到燃燒爐10中時，造成燃燒器50附近氧氣不足，因此，就趨向于形成還原性氣氛28，另外，通過在下游側增加空氣，降低了煤灰中的不燃燒成分，這種燃燒方法被稱為兩步燃燒法。
于是，在此兩步燃燒法中，首先，粉煤完全燃燒所需空氣量的約0.7-0.95倍的空氣量由燃燒器50引入，接著，剩下的空氣從空氣供應口57引入，且進入燃燒爐10內的空氣總量約為粉煤完全燃燒所需空氣量的1.1-1.25倍，因此，在完全燃燒氣氛48中，實現了粉煤的完全燃燒。
圖12是使用本發(fā)明粉煤燃燒器的燃燒裝置的另一個實施例，在該燃燒裝置中，所有燃燒所需的空氣量經燃燒器50引入，而不象圖11中的燃燒裝置那樣設有空氣供應口57，這種燃燒方法被稱為一步燃燒法。
在此一步燃燒法中，與兩步燃燒法相比，燃燒爐10的NOx消耗量增大了，然而，由于在燃燒爐10的壁面處氧氣濃度增大，由煤中的硫所造成的燃燒爐10壁面可能的腐蝕(硫腐蝕)得到抑制，因此就延長了燃燒爐10的使用壽命。
在兩步燃燒法和一步燃燒法的這兩種燃燒裝置中，為了減少NOx，必須在火焰中形成高溫還原性氣氛28，以便將粉煤中的氮成分作為如NH3和HCN的還原物而除去，這樣，使NOx還原反應加速變?yōu)榈獨狻?br> 在圖11和12的實施例中，通過使用圖1所示的本發(fā)明實施例的粉煤燃燒器，促進了粉煤的引燃。
因此，對于圖11和12的燃燒裝置，促進了燃燒器50附近的氧氣消耗，增大了還原性氣氛區(qū)28，因此，降低了NOX的產生量。
另外，對于圖11和12的燃燒裝置，由于促進了粉煤的引燃，延長了燃燒爐10內的燃燒時間，且燃燒進行充分，煤灰中的不燃燒成分也減少了。
而且，在圖11和12的實施例中，盡管僅描述了使用圖1所示本發(fā)明實施例的粉煤燃燒器的情況，但也可使用圖9所示本發(fā)明實施例的粉煤燃燒器。
根據本發(fā)明，對于這一簡單的結構，由于使粉煤引燃得到充分加速，而且擴大了燃燒器附近的還原區(qū)，因此，就較容易地獲得了一種使NOx充分還原的粉煤燃燒器。
而且，根據本發(fā)明，在還原性氣氛下游處，完全燃燒所需的空氣和粉煤很快地混合，因此燃燒效率也得到了充分的提高。
權利要求
1.一種粉煤燃燒器，該粉煤燃燒器裝有一個粉煤噴嘴和一個空氣噴嘴，所述空氣噴嘴同心設置在所述粉煤噴嘴的外圓周周圍，其特征在于第一級空氣噴流包含由粉煤噴嘴噴出的粉煤，相對于燃燒器中心線在其圓周方向上呈現出一種稀薄和致密的粉煤濃度分布，而且，形成的粉煤高濃度部分從中心線徑向延伸。
2.根據權利要求1所述的粉煤燃燒器，其特征在于相對于中心線沿徑向在所述粉煤噴嘴上設有多個板形件，每個板形件的厚度至少為10mm。
3.根據權利要求2所述的粉煤燃燒器，其特征在于在粉煤噴嘴內，由所述板形件所引起的流動通道橫截面面積的縮小率范圍限定在20％-60％。
4.根據權利要求2所述的粉煤燃燒器，其特征在于所設置的板形件離開粉煤噴嘴出口的距離是噴嘴直徑的0.5-1.0倍。
5.根據權利要求1所述的粉煤燃燒器，其特征在于所述空氣噴嘴由第二級空氣噴嘴、第三級空氣噴嘴和渦流發(fā)生器構成，所述渦流發(fā)生器可使由第三級空氣噴嘴噴出的空氣產生渦流。
6.一種粉煤燃燒器，該粉煤燃燒器裝有一個粉煤噴嘴和兩個空氣噴嘴，所述空氣噴嘴并排設置在粉煤噴嘴相應的側面，并將其夾在兩者之間，其特征在于第一級空氣噴流包含由粉煤噴嘴噴出的粉煤，且在垂直于通過燃燒器中心線并指向這兩個空氣噴嘴的直線的方向上呈現出一種稀薄和致密的粉煤濃度分布，而且所形成的粉煤高濃度部分包含了指向這兩個空氣噴嘴的直線并與其平行流動。
7.根據權利要求6所述的粉煤燃燒器，其特征在于在所述粉煤噴嘴內，以預定的相互間隔設置多個平行的板形件，每個所述板形件包含連接這兩個空氣噴嘴的直線，并沿粉煤噴嘴的流向具有預定的長度。
8.一種燃燒裝置，其特征在于在燃燒爐中，該燃燒裝置裝有上述權利要求1-6所述的粉煤燃燒器之一，燃燒在該燃燒爐中進行。
全文摘要
在粉煤噴嘴中,沿徑向設有多個板形件,以使包含由粉煤噴嘴噴出的粉煤形成稀薄和濃的粉煤濃度分布,并在徑向形成高濃度部分,通過該高濃度部分火焰高速傳播,促進粉煤的引燃。通過快速消耗氧氣,擴大燃燒器附近形成的還原區(qū),減少NO
文檔編號F23D1/02GK1271826SQ0010813
公開日2000年11月1日 申請日期2000年4月28日 優(yōu)先權日1999年4月28日
發(fā)明者青木好友, 岡崎洋文, 谷口正行, 小林啓信, 津村俊一, 倉增公治 申請人:株式會社日立制作所, 巴布考克日立株式會社