專利名稱：改進(jìn)的燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃燒器，尤其是涉及在其燃燒產(chǎn)物中產(chǎn)生含量相對(duì)較低氧化氮(NOX)的燃燒器。
例如從鍋爐和高爐設(shè)備中放出的氧化氮(NOX)由于對(duì)環(huán)境有不利的影響，已引起很大的關(guān)注。用于發(fā)電廠的粉狀燃料燃燒器，例如煤或其他類似的含碳燃料燃燒器是NOX的主要來(lái)源。在這些燃燒器中，NOX排放物是由大氣氮(取決于火焰溫度)和由固定在燃產(chǎn)中的氮(取決于燃燒期間獲得的氧氣量)所產(chǎn)生的。
用來(lái)降低NOX排放物的粉狀燃料燃燒器的例子可在英國(guó)專利GB2094969中查到，其中為了在亞化學(xué)計(jì)量條件下分級(jí)地燃燒燃料，提出將空氣和燃產(chǎn)的旋流噴入補(bǔ)充的氣流中。同樣，在歐洲專利EP160146中，用二次和三次空氣流燃燒燃料前，在銳邊的噴嘴作用下，在初級(jí)空氣和燃料的混合物中產(chǎn)生紊流混合物是通過(guò)帶有L形橫截面凸緣的供料管的輸出而提供的，更一般地說(shuō)，用于降低粉狀燃料燃燒器產(chǎn)生的NOX的已知技術(shù)可以舉例說(shuō)明如下-在火焰的上游端控制對(duì)于燃料/空氣流空氣輸入，以避錫高的火焰溫度，由此將從大氣氮中產(chǎn)生的NOX降至最低程度;
-通過(guò)在火焰上游端形成富燃料區(qū)，以便在有亞化學(xué)計(jì)量的氧氣情況下放出燃燒中的氮和其他揮發(fā)性物質(zhì)，由此通過(guò)揮發(fā)性物質(zhì)的燃燒將NOX和高溫區(qū)的產(chǎn)生降至最低程度;
-通過(guò)保持富燃料區(qū)使在燃燒過(guò)程早期形成的任何NOX可以在還原環(huán)境中和燃料起作用，而復(fù)原成氮和一氧化碳。
建立這些條件的一個(gè)途徑是在從燃燒器射口的燃料/空氣射流的邊緣周圍立刻形成火焰簾，此初級(jí)燃燒階段的目的是在亞化學(xué)計(jì)量條件下產(chǎn)生將熱量供給燃料的火焰，以放出燃料中的氮和其他揮發(fā)性物質(zhì)。然后，如果二次和三次空氣可以平穩(wěn)地加入燃料/初級(jí)空氣流以及無(wú)過(guò)度紊流(將引起高溫)的揮發(fā)性物質(zhì)中，只要其體積是類似于常用高紊流火焰所擁有的體積范圍內(nèi)，就可能達(dá)到完全混合和燃燒。
達(dá)到這些目的主要困難是確保在燃燒器的燃料/初級(jí)空氣的出口可以保持穩(wěn)定的火焰，然后確保燃料和空氣的均勻混合;一方面，避免過(guò)度的紊流和由此而產(chǎn)生的高溫和NOX，另一方面，長(zhǎng)的遲緩混合時(shí)間會(huì)導(dǎo)致燃料的不完全燃燒。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種以氣流形式燃燒粉狀燃料的燃燒器，包括沿一管道產(chǎn)生空氣-燃料混合物流的裝置;多個(gè)圍繞管道中心軸按角度間距定位的且設(shè)置在管道上的導(dǎo)向元件，所述元件以一斜角沿管道延伸，使流體入射到元件上，且在管道的出口端或附近在所述元件的下游隔一定間距配置的;多個(gè)圍繞所述中心軸按角度間距定位且設(shè)置在管道上的流體擾動(dòng)部件，所述部件用于改變管道出口空氣-燃料混合物的流型。
已發(fā)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)置有至少一個(gè)流體擾動(dòng)部件，它基本上與來(lái)自導(dǎo)向元件的流體通道重合，能夠使各個(gè)部件設(shè)置在相關(guān)的每個(gè)導(dǎo)向元件上。另一些流體擾動(dòng)部件可以設(shè)置在來(lái)自毗鄰成對(duì)導(dǎo)向元件的流體通道之間的中間位置。
在一個(gè)特別的布置中，具有圍繞管道軸成90°角度間距的四個(gè)導(dǎo)向元件和與這些元件下游具有一定間距的十個(gè)流體擾動(dòng)部件，這些部件圍繞所述軸布置成36°的間隔，徑向相反的一對(duì)部件基本上與來(lái)自徑向相反的一對(duì)導(dǎo)向元件的流體通道相重合。在我們以前的申請(qǐng)中，空氣-燃料混合物的管道，最好是環(huán)形的，在其入口處具有將紊流方式傳給其中通過(guò)的流體的裝置，在此種情況下，導(dǎo)向元件可以與管道的中心軸平行延伸。在元件的上游處，配置在管道外壁上的裝置可以減少燃料顆狀向其外壁集聚且形成集聚的燃料流或索的傾向，所述裝置由此改進(jìn)了導(dǎo)向元件附近的燃產(chǎn)和空氣的混合。
更可取地是在其出口處，所述管道由一對(duì)間軸的輔助管道所圍住，以對(duì)燃燒過(guò)程提供補(bǔ)充空氣，所述輔助管道的每一個(gè)可以包含導(dǎo)流部件，布置在其毗鄰的隹詿?，来讗偪庚r艿賴牧魈逑嘍雜誒醋粵誚擁囊桓齬艿闌蚨喔齬艿賴牧魈逡暈閃鞣絞腳懦觥＠紓綣醋鑰掌 燃料管道的流體平行于中心軸而排出，在鄰接輔助管道中的流體布置成以紊流方式排出，最好與軸成至少為45°的螺旋角，從而來(lái)自外輔助管道的空氣也可以平行于軸的方向流出。
在其最佳形式中，流體擾動(dòng)部件具有一從相當(dāng)薄的前沿加厚的且可以終止于陡削的后沿的輪廓。
僅通過(guò)舉例的方法，本發(fā)明現(xiàn)結(jié)合附圖進(jìn)行描述，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的縱向橫截剖視圖;
圖2是圖1中線“Ⅱ-Ⅱ”的剖視圖;
圖3是燃燒器的出口端的端視圖，說(shuō)明導(dǎo)向元件和流體擾動(dòng)部件的相對(duì)布置;
圖4至圖7是與圖3相同的端視圖，說(shuō)明導(dǎo)向元件和流體擾動(dòng)部件的替換形狀。
參見圖1至圖3，粉狀燃料燃燒器10安裝在設(shè)有另外顯示的高爐的壁14內(nèi)的壁孔12中，可以知道燃燒器燃燒進(jìn)入燃燒室的燃料，燃燒室依據(jù)應(yīng)用可按已知的方法襯以熱交換管，也可以知道燃燒器10可以是安裝在爐壁上的幾個(gè)燃燒器之一，以獲得所期望的燃燒狀態(tài)。
燃燒器10沿中心軸A延伸且包括確定粉狀燃料和空氣混合物的主環(huán)形管道30和用于增加燃燒空氣的內(nèi)、外輔助管道32、34的同軸管22、24、26、28，管22自身內(nèi)部形成燃油器36的管道作為粉狀燃料或高爐熱輸入負(fù)載的點(diǎn)火系統(tǒng)，圖中所示的最外層的管28在燃燒器出口端38與其他管子是平行的，但它也可以如幻象輪廓線38A所示端部向外擴(kuò)張形狀。
管24具有一直徑較大的入口段24A和一圓錐形中間段24B，24B用于連接入口段24A與一在出口端38終止的較小直徑的出口部24C，導(dǎo)管40(見圖2)按管內(nèi)的入口42對(duì)準(zhǔn)且與入口段24A成切線的連接。導(dǎo)管引入初級(jí)燃燒空氣的旋流，其中粉狀燃料是懸浮的，以由圖1中箭頭表示的旋流方向通過(guò)管道30。耐磨襯管44配裝在入口42的下游的入口段和中間段24A、24B，襯套具有沿管道30軸向延伸的整體肋36，有助于迫使粉狀燃料顆粒在旋流中徑向向外，以促進(jìn)粉狀燃產(chǎn)顆粒的再混合。
用作燃料流再分配器的一組四個(gè)導(dǎo)向元件48圍繞環(huán)形管道的中心軸A按相等的角度間隔安裝在管道的出口段24C上，導(dǎo)向元件是與管道中心軸平行延伸的葉片形部件，因此對(duì)使螺旋狀的空氣-燃料流保持一傾斜角度。在這第一個(gè)例子中，導(dǎo)向元件具有便顆粒旋入其中的碰撞面的凹形面的彎曲橫截面，通過(guò)阻礙固體燃料顆粒的旋流，元件在其凹形面上使顆粒集聚起來(lái)，這些顆粒繼續(xù)在氣流中輸送，從而在元件48的流體下游處形成具有高燃料-空氣比的系列區(qū)域。
由耐磨材料制成的流體擾動(dòng)部件50位于管道的出口端，與元件48成一定間隔部件50采用楔塊形式，按流動(dòng)方向從其前沿50a增加經(jīng)向深度且具有陡削的下游面50b。部件的前沿靠在管道30的外壁上，并且其下游面在管道徑向深度部分上延伸。部件50具有將火焰穩(wěn)定在燃燒器出口端的作用。如圖3表示的，有十個(gè)等間距的流體擾動(dòng)部件，這樣的排列使在流過(guò)導(dǎo)向元件的方向上二個(gè)徑向相反的部件是直接緊接在導(dǎo)向元件中的二個(gè)后面。
外環(huán)形管道32、34提供來(lái)自風(fēng)箱52的二次和三次燃燒空氣，從風(fēng)箱52進(jìn)入管道32、34的流體由滑動(dòng)環(huán)形氣流調(diào)節(jié)器54、56控制，相應(yīng)的導(dǎo)流部件組58、60是位于管道32、34中，管道32中的部件58賦與空氣流以螺旋流方式流動(dòng);在本實(shí)施例中，相對(duì)于中心軸12的螺旋角至少是45°。在管道34中導(dǎo)流部件60賦與氣流以軸流方式流動(dòng)。
燃燒空氣通過(guò)與風(fēng)箱52相連的導(dǎo)管62供給于燃油器36，另外，可以使用鼓風(fēng)機(jī)64。顯然也可以使用其他點(diǎn)火焰系統(tǒng)。
導(dǎo)向元件和流體擾動(dòng)部件50的形狀以用許多方法來(lái)改進(jìn)，圖4至圖7列舉了一些例子，如圖3中，箭頭S表示管道30中流體的旋流方向。在所有這例例子中，采用的導(dǎo)向元件是與中心軸12平行延伸，雖然那是依靠在其上的空氣和燃料的流動(dòng)中的旋流的存在和程度。
圖4顯示具有如第一例子中的導(dǎo)向元件48的同樣形狀的排列，但現(xiàn)在具有成對(duì)排列的八個(gè)流體擾動(dòng)部件50，在每一對(duì)部件50中，一個(gè)部件直接布置在相應(yīng)的導(dǎo)向元件后面，緊跟在離開導(dǎo)向元件的流體后面，而另一個(gè)部件如旋流S方向所示不對(duì)稱地與其鄰近的隔開設(shè)置。所述的另一對(duì)部件是圓周地安裝的且稍靠近碰撞面轉(zhuǎn)向其的導(dǎo)向元件而不是碰撞面離開其的元件。
在圖5中，保持圖4所示的流體擾動(dòng)部件的布置，但導(dǎo)向元件48A在徑向軸平面對(duì)中心軸12是平板狀的，平板導(dǎo)向元件48B、48C也分別顯示在圖6和圖7中，其中流體擾動(dòng)部件的布置沒有變化。在圖6中，導(dǎo)向元件48B從其徑向內(nèi)沿至其外沿偏向旋流方向是。在圖7中，元件48C從其徑向內(nèi)沿至其外沿是偏高旋流方向，可以知道許多其他的修改落入本發(fā)明的范圍內(nèi)，不但涉及導(dǎo)向元件和流體擾動(dòng)部件的形狀，而且涉及其數(shù)量和相應(yīng)的布置。
雖然由本發(fā)明的機(jī)理能夠達(dá)到降低NOX放出量的進(jìn)程保持精確地用圖紙表示，可以相信低比率的NOX形成是依靠導(dǎo)向元件的配置而保證，從而在第一個(gè)例子中產(chǎn)生防止NOX形成的富燃料區(qū)，然而這種富燃料區(qū)可能導(dǎo)致火焰前緣的不穩(wěn)定。安置在下游的流體擾動(dòng)部件好象是補(bǔ)充這些導(dǎo)向元件的作用且現(xiàn)現(xiàn)出與流體相互作用，以促進(jìn)緊接在來(lái)自部件的流體的燃料-空氣混合物濃度的范圍?？赡芤虼嗽谧罱咏谌紵鞴艹隹诘南掠斡胸氂蛥^(qū)，其中由于較過(guò)量的氧氣，燃料更容易點(diǎn)火，這樣穩(wěn)定了在燃燒器出口的火焰前緣。
偏流部件另外的好處是促進(jìn)再循環(huán)和混合，以幫助燃產(chǎn)的完全燃燒，而不影響增強(qiáng)火焰前緣的穩(wěn)定性。在這些例子中，偏流部件的間隔楔塊形的特征是而且使用中燃燒沉積物的積累，并且它們的效果是相當(dāng)大的。
權(quán)利要求
1.一種以空氣流方式用于粉狀燃料燃燒的燃燒器，它包括沿一管道(30)產(chǎn)生空氣-燃料混合物流體的、用于在所述管道的一出口(38)初級(jí)燃燒的裝置和用于提供與所述初級(jí)燃料的產(chǎn)物燃燒的補(bǔ)充空氣的裝置，許多位于管道中、圍繞管道一中心軸(12)按角度間隔定位設(shè)置的導(dǎo)向元件(48)，所述元件沿管道以一斜角延伸使流體入射至其上，其特征在于，許多流體擾動(dòng)部件(50)在所述元件的下游，在管道(30)出口端上或附近間隔設(shè)置，而且位于管道中相對(duì)于所述中心軸按角度間隔定位設(shè)置，所述部件排列在管道出口處以改進(jìn)空氣-燃料混合物的流型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃燒器，其特征在于，至少一個(gè)流體擾動(dòng)部件(50)基本上與來(lái)自導(dǎo)向元件(48)的流體通路相重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃燒器，其特征在于，有一基本上與來(lái)自每個(gè)導(dǎo)向元件(48)的流體通路相重合圓周地設(shè)置的相應(yīng)流體擾動(dòng)部件(50)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的一種燃燒器，其特征在于，具有圓周地位于來(lái)自導(dǎo)向元件(48)鄰近對(duì)的流體通路之間的中間位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃燒器，具有四個(gè)相對(duì)于中心軸成等角度間隔設(shè)置的導(dǎo)向元件(48)和十個(gè)在導(dǎo)向元件的下游相對(duì)于所述軸成等角度間隔設(shè)置的流體擾動(dòng)部件(50)，一對(duì)徑向相反的流體擾動(dòng)部件基本上與來(lái)自一對(duì)徑向相反的導(dǎo)向元件的流體通路相重合設(shè)置。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的一種燃燒器，其特征在于，流體擾動(dòng)部件(50)有一從所述流體碰撞在其上的相對(duì)薄的前沿(50a)增厚的橫截輪廓。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的一種燃燒器，其特征在于，流體擾動(dòng)部件(50)止于陡削的后沿(50b)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種燃燒器，其特征在于，流體擾動(dòng)部件(50)從所述管道(30)的外周壁向內(nèi)突出。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的一種燃燒器，其特征在于，裝置(40)設(shè)置在導(dǎo)向元件(48)的上游以賦與所述管道中的流體相對(duì)于所述管道的中心軸的一種回轉(zhuǎn)旋流。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的一種燃燒器，其特征在于，裝置(46)安置在導(dǎo)向元件的上游和所述管道的外周壁上，促進(jìn)混合鄰近所述壁的流體中的燃料顆粒。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的一種燃燒器，其特征在于，管道(30)在其出口區(qū)由一對(duì)用于將補(bǔ)充空氣供給燃燒過(guò)程的同軸輔助管道所圍繞。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種燃燒器，其特征在于，在其鄰近出口處，來(lái)自每個(gè)所述管道(30、32、34)的流體以相對(duì)于來(lái)自鄰接一個(gè)管道或多個(gè)管道的流體成相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的方向排出。
全文摘要
通過(guò)使用具有分別用于初級(jí)空氣—燃燒混合物和二次及三次空氣流的同心管道的燃燒器，以得到較低的NO
文檔編號(hào)F23D1/00GK1036070SQ8910122
公開日1989年10月4日 申請(qǐng)日期1989年3月4日 優(yōu)先權(quán)日1988年3月4日
發(fā)明者杰弗里·威廉·艾倫, 彼得·理查森·比爾, 丹尼斯·羅伊·惠恩弗雷 申請(qǐng)人:北方工程工業(yè)Plc