專利名稱:粉煤燃燒器及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種利用空氣流運(yùn)送煤粉末進(jìn)行燃燒的燃燒器;更準(zhǔn)確地說(shuō),是涉及一種適合用于粉煤燃燒鍋爐的粉煤燃燒器,此粉煤燃燒鍋爐燃燒粉煤來(lái)產(chǎn)生蒸汽。
粉煤燃燒器作為本發(fā)明應(yīng)用目標(biāo),它含有一個(gè)空氣噴嘴,該空氣噴嘴同心裝配在燃料噴嘴的外周,空氣噴嘴提供燃燒空氣,燃料噴嘴通過(guò)氣流運(yùn)送粉煤。更準(zhǔn)確地說(shuō),一個(gè)燃燒器含有一個(gè)或二個(gè)同心空氣噴嘴,在空氣噴嘴內(nèi)裝有旋流生成器(Swirling flow generat-ing means)用來(lái)渦動(dòng)燃燒空氣。
在粉煤的燃燒中,需要控制氧化氮(NOx)的生成量,在粉煤的燃燒過(guò)程中,所生成的大部分NOx是由于煤中氮的氧化而形成的。為了降低NOx的生成量,曾嘗試了不同的燃燒器結(jié)構(gòu)及各種燃燒方法。
作為一種減少NOx生成量的方法,可提到一種所謂的焰內(nèi)雙級(jí)燃燒法,此方法中在燃燒器火焰內(nèi)形成了一個(gè)氧化焰區(qū)和一個(gè)還原焰區(qū)。該焰內(nèi)雙級(jí)燃燒法利用了這樣的事實(shí),即在初期燃燒的熱分解過(guò)程中,煤中的氮被氰化氫(HCN)或氨(NH3)分解,進(jìn)入到氣相中;這些氮化合物被氧化成為NOx。而這些氮化合物作為NOx的先驅(qū)物,它在低氧濃度條件下能有效地降低NOx的生成量。也就是說(shuō),燃燒器的結(jié)構(gòu)應(yīng)使空氣噴嘴同心裝配在燃料噴嘴的外周,空氣噴嘴噴出具有旋流的燃燒空氣,燃料噴嘴通過(guò)氣流運(yùn)送煤粉;這樣才能使空氣噴嘴噴出的空氣在旋流的作用下與火焰尾部的火焰混合,還原焰區(qū)形成于火焰靠近燃燒器的部位,進(jìn)行著空氣不足的燃料富余燃燒,氧化焰區(qū)形成于火焰的尾部,進(jìn)行著高氧濃度的燃燒。例如,日本未審專利公開號(hào)60—226609,61—22105和61—280302公開了這種類型的燃燒器。
另一方面,目前在哪些核動(dòng)力發(fā)電作為電力供應(yīng)的基礎(chǔ)負(fù)荷的地方,需要對(duì)一直以恒定負(fù)荷運(yùn)行的粉煤火力發(fā)電進(jìn)行革新,以適合增大的負(fù)荷變化。根據(jù)粉煤在燃燒器的燃燒情況,當(dāng)粉煤量減小時(shí),火焰不穩(wěn)定。因而,在粉煤燃燒鍋爐內(nèi)只燃燒粉煤時(shí),對(duì)所有負(fù)荷來(lái)說(shuō)都對(duì)應(yīng)有一個(gè)極限。因此需在粉煤燃燒器內(nèi)裝一個(gè)主要組成為一油槍的輔助燃油噴嘴,在低負(fù)荷時(shí)通過(guò)油槍進(jìn)行輔助燃燒。日本未審專利公開號(hào)61—252412公開了一個(gè)上述結(jié)構(gòu)燃燒器的例子。
此外,在粉煤燃燒鍋爐中,有一個(gè)燃燒器分割法,即在鍋爐爐壁安裝的許多燃燒器中,由于只用粉煤燃燒,需暫停使用其中一些燃燒器,以便與工作范圍的負(fù)荷變化相一致。除此之外,也可考慮使用這種方法,即在低負(fù)荷時(shí)減少供給燃燒器的粉煤及空氣的流量。
為了提高粉煤燃燒鍋爐的運(yùn)行能力,必須能在短時(shí)間內(nèi)改變負(fù)荷。改變粉煤及空氣兩者的量,就可區(qū)分開粉煤燃燒器工作下限擴(kuò)展法和燃燒器分割法,在粉煤燃燒器工作下限法擴(kuò)展中,工作下限擴(kuò)展為低負(fù)荷。粉煤燃燒器工作下限擴(kuò)展法比燃燒器分割法能較快地進(jìn)行負(fù)荷變化,燃燒器分割法需要時(shí)間啟動(dòng)和停止磨煤機(jī)。
然而,在粉煤燃燒器內(nèi),流動(dòng)于粉煤輸送器內(nèi)的粉煤微粒的流速不能降得低于一定值。因此,對(duì)于供給粉煤輸送器的空氣,其流速減小有一極限。當(dāng)粉煤微粒的速度太低時(shí),粉煤微粒沉在輸送管內(nèi),造成輸送管堵塞以及爐火向粉煤輸送管逆流。
因而,對(duì)于粉煤燃燒器工作下限擴(kuò)展法,當(dāng)降低空氣及粉煤兩者的流量時(shí),需把輸送粉煤的空氣氣流量穩(wěn)定在負(fù)荷的某種程度上,同時(shí)降低供給空氣噴嘴的空氣流量。
當(dāng)供給空氣噴嘴的空氣流量下降時(shí),空氣的旋流強(qiáng)度受到減弱,空氣與火焰的混合處不是在火焰的尾部而是在接近燃燒器的部位。結(jié)果,難以在火焰中形成一個(gè)NOx的還原區(qū)。
本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供含有一個(gè)空氣噴嘴和一個(gè)燃料噴嘴的粉煤燃燒器,空氣噴嘴同心布置在燃料噴嘴的外周,空氣噴嘴供給具有旋流的燃燒空氣,燃料噴嘴通過(guò)氣流輸送粉煤,即使在低負(fù)荷狀態(tài)下,在燃燒器內(nèi)也能極好地形成NOx的還原焰區(qū),并提高低負(fù)荷時(shí)降低NOx效果。
本發(fā)明的另一個(gè)目的就是提供裝有一個(gè)輔助燃料噴嘴例如一個(gè)油槍的粉煤燃燒器,在此燃燒器內(nèi),當(dāng)進(jìn)行輔助燃燒時(shí),可以控制象煤煙之類的環(huán)境污染劑的產(chǎn)生。
本發(fā)明的第三個(gè)目標(biāo)是提供一種粉煤燃燒方法,根據(jù)該方法,在低負(fù)荷時(shí)能通過(guò)粉煤的燃燒控制NOx的生成量。
本發(fā)明的第四個(gè)目的就是提供一種粉煤燃燒方法,該方法使用裝有一個(gè)輔助燃料噴嘴例如一個(gè)油槍的粉煤燃燒器,在此燃燒器內(nèi),當(dāng)進(jìn)行輔助燃燒時(shí),可以控制象煤煙之類的環(huán)境污染劑的產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的粉煤燃燒器,至少含有一個(gè)空氣噴嘴,該空氣噴嘴同心位于一個(gè)燃料噴嘴的外周,空氣噴嘴提供燃燒空氣,燃料噴嘴通過(guò)氣流輸送粉煤,而且至少要有一個(gè)空氣噴嘴裝有多個(gè)旋流生成器,這些生成器能夠控制平行于燃燒空氣流動(dòng)方向的旋流強(qiáng)度。
最好是在燃料噴嘴的外周,同心裝配兩個(gè)空氣噴嘴。每個(gè)噴嘴最好在平行于燃燒空氣的流動(dòng)方向裝有多個(gè),優(yōu)選地是二個(gè),旋流生成器。
最好在空氣噴嘴的入口裝配一個(gè)空氣流量調(diào)節(jié)器,以便控制噴嘴的開啟角使之與負(fù)荷的變化相適應(yīng),此調(diào)節(jié)器通過(guò)控制噴嘴的開啟角來(lái)控制燃燒空氣的流量。
上述旋流生成器可以由整體安裝在一個(gè)支撐桿上的兩個(gè)調(diào)風(fēng)葉片組成,支撐桿可改變角度。如果能控制支撐桿的旋轉(zhuǎn)角,就能控制旋流強(qiáng)度。這種情況下,通過(guò)控制支撐桿的旋轉(zhuǎn)角就能控制空氣流量或阻止空氣的流入。它有一個(gè)優(yōu)點(diǎn),就是不需要另外安裝流量調(diào)節(jié)器。最好在兩個(gè)調(diào)風(fēng)葉片之間安裝一隔板來(lái)堵住形成在它們之間的間隙。
根據(jù)本發(fā)明,最好裝有一調(diào)節(jié)器來(lái)控制上述兩個(gè)旋流生成器的旋流強(qiáng)度及空氣噴嘴的開啟角,使之與負(fù)荷指示相一致。
根據(jù)本發(fā)明,最好在燃料噴嘴的內(nèi)部或外部裝配一個(gè)輔助燃料噴嘴,例如一個(gè)油槍或其同類。當(dāng)在燃料噴嘴外部安裝油槍時(shí),可以以大致相等的間距裝配6支或8支油槍。
根據(jù)本發(fā)明,提供了一種利用粉煤燃燒器來(lái)燃燒粉煤的方法,該燃燒器有兩個(gè)空氣噴嘴,它們同心處于一個(gè)燃料噴嘴的外周,空氣噴嘴供給具有旋流的空氣,燃料噴嘴通過(guò)氣流輸送粉煤,其中這兩個(gè)同心裝配的空氣噴嘴中,至少有一個(gè)在平行于空氣流動(dòng)方向上裝有兩個(gè)旋流生成器,以便在滿負(fù)荷時(shí)通過(guò)這兩個(gè)旋流生成器,從帶有這兩個(gè)旋流生成器的空氣噴嘴內(nèi)噴出空氣形成旋流;在低負(fù)載時(shí)通過(guò)降低帶有這兩個(gè)旋流生成器的空氣噴嘴的開啟角,使空氣只提供給一個(gè)旋流生成器。
根據(jù)本發(fā)明,還提供了一種利用粉煤燃燒器來(lái)燃燒粉煤的方法,該燃燒器含有一個(gè)輔助燃料噴嘴,它處在一個(gè)燃料噴嘴和兩個(gè)空氣噴嘴的內(nèi)部,燃料噴嘴通過(guò)氣流輸送粉煤,空氣噴嘴供給具有旋流的空氣,空氣噴嘴同心處于這個(gè)粉煤燃料噴嘴的外周。這樣在低負(fù)荷不能進(jìn)行粉煤燃燒時(shí),可通過(guò)輔助燃料進(jìn)行燃燒;其中在這兩個(gè)同心空氣噴嘴中,至少有一個(gè)噴嘴在平行于空氣流動(dòng)的方向上裝有兩個(gè)旋流生成器,以便在利用輔助燃料進(jìn)行燃燒時(shí),使這兩個(gè)旋流生成器產(chǎn)生的旋流方向相反;在進(jìn)行粉煤燃燒和進(jìn)行粉煤及輔助燃料的混合燃燒時(shí),使這兩個(gè)旋流生成器產(chǎn)生的旋流方向相同。
根據(jù)本發(fā)明,還提供了一種通過(guò)粉煤燃燒器來(lái)燃燒粉煤的方法,該燃燒器有兩個(gè)空氣噴嘴,它們同心處于一個(gè)燃料噴嘴的外周,空氣噴嘴供給具有旋流的空氣,燃料噴嘴通過(guò)氣流輸送粉煤,其中在這兩個(gè)同心空氣噴嘴中,至少有一個(gè)噴嘴在平行于空氣流動(dòng)的方向上裝有兩個(gè)旋流生成器,以便在低負(fù)荷時(shí)用不同的旋流強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)這兩個(gè)旋流生成器。
這種情況下,如果這兩個(gè)旋流生成器平行于空氣流動(dòng)方向,則最好是處于噴嘴外壁一邊的旋流生成器的強(qiáng)度大于處于噴嘴內(nèi)壁一邊的旋流生成器的強(qiáng)度。
在一個(gè)粉煤燃燒鍋爐中,為了能在低負(fù)荷時(shí)形成穩(wěn)定的火焰及降低NOx的濃度,重要的是提高燃燒空氣的渦旋數(shù)(渦旋數(shù)是一個(gè)燃燒器供出的噴射氣流的旋流速度分量與流動(dòng)方向上的速度分量之比值)從而使?jié)M負(fù)荷時(shí)整個(gè)燃燒器的渦旋數(shù)接近工作條件,或者把渦旋數(shù)提高到高于滿負(fù)荷時(shí)的渦旋數(shù)值。
對(duì)于這樣一個(gè)粉煤燃燒器;即它使從粉煤噴嘴外周噴出的燃燒空氣和輸送空氣成為旋流,重要的是即使在低負(fù)荷的工作條件下也要形成一個(gè)高溫循環(huán)流使粉煤收集在循環(huán)流內(nèi)。為了這個(gè)目的,重要的是讓旋流生成器產(chǎn)生一種機(jī)制,即使在燃燒空氣的流量低的情況下,這種機(jī)制也能提高旋流的速度。
在一個(gè)粉煤燃燒鍋爐內(nèi),在低負(fù)荷不能進(jìn)行粉煤燃燒而進(jìn)行輔助油燃燒時(shí),為了防止產(chǎn)生象煤煙和其同類的環(huán)境污染劑,重要的是降低燃燒空氣的渦旋數(shù)以便加快燃料噴射流與燃燒空氣在接近燃燒器處的混合。為了這個(gè)目的,當(dāng)燃燒粉煤時(shí)的最低負(fù)荷轉(zhuǎn)換為輔助油燃燒時(shí)的負(fù)荷時(shí),重要的是在獨(dú)立于空氣流量的情況下降低旋流強(qiáng)度來(lái)加快噴油與燃燒空氣在接近燃燒器處的混合。對(duì)于一種把煤燃燒轉(zhuǎn)換為粉煤和油的混合燃燒的情況,甚至對(duì)于在一種輔助油燃燒轉(zhuǎn)為油燃燒的燃燒方法中,把輔助油燃燒轉(zhuǎn)換為油燃燒這種情況,道理也是一樣的。
也就是說(shuō),在接近能通過(guò)粉煤燃燒器進(jìn)行單種燃燒的最低負(fù)荷情況下,因?yàn)閺娜紵諝鈬娮旃┏龅目諝夥峙浔认鄬?duì)降低,所以重要的是把燃燒空氣噴嘴的渦流數(shù)提高到多于滿負(fù)荷時(shí)的渦旋數(shù)的水平。另外,當(dāng)進(jìn)行輔助油燃燒時(shí),重要的是通過(guò)降低燃燒空氣的流量使其具有低渦旋數(shù)來(lái)供給燃燒空氣。
為了滿足上述相互矛盾的要求,例如當(dāng)降低粉煤—空氣的混合物的速度時(shí),從粉煤噴嘴供出的粉煤被燃燒空氣旋流徑向分散開。結(jié)果,火焰外部的粉煤燃燒系數(shù)增大(此外的氣氛是富余燃燒空氣),而在NOx還原區(qū)的粉煤燃燒相對(duì)降低。因而,鍋爐出口處的NOx濃度增大了。
在低空氣流量進(jìn)行煤燃燒的情況下,能得到為形成NOx還原焰區(qū)和穩(wěn)定的火焰所要求的旋流,方法是通過(guò)在燃燒空氣噴嘴內(nèi)裝配許多平行于空氣流動(dòng)方向的旋流生成器(就是說(shuō),每個(gè)旋流生成器對(duì)應(yīng)于獨(dú)自的空氣分流,把從這許多旋流生成器進(jìn)來(lái)的空氣提供為一個(gè)空氣噴嘴的燃燒空氣)并通過(guò)把一個(gè)旋流生成器的空氣流量降為零來(lái)達(dá)到。
在粉煤燃燒器滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下,旋流生成器的工作旋流強(qiáng)度要適于在火焰中形成NOx還原氣氛。通過(guò)此旋流把高溫燃燒空氣流向燃燒器,在接近燃燒器的部位形成所謂的再循環(huán)流,并使粉煤滯留在這一區(qū)域進(jìn)行迅速燃燒。通過(guò)這樣的燃燒條件,粉煤噴嘴內(nèi)的氧氣很快消耗掉,形成了NOx還原區(qū)。
另一方面,在粉煤燃燒器低負(fù)荷運(yùn)行的情況下,由于包含有把一旋流生成器內(nèi)流動(dòng)的空氣流量降低的措施,因此可以控制流過(guò)這個(gè)旋流生成器旋轉(zhuǎn)葉片的燃燒空氣速度以使其等于滿負(fù)荷時(shí)整個(gè)燃燒器噴嘴的渦旋數(shù)。
使各個(gè)旋流生成器對(duì)應(yīng)于一個(gè)空氣噴嘴就新形成了氣道屏障(Passage walls),通過(guò)把這許多旋流生成器形成的旋流只從一個(gè)空氣噴嘴供給,就可減少氣道屏障。由于氣道屏障阻礙了空氣流動(dòng),所以減少氣道屏障就可避免減弱旋流并提高此空氣噴嘴出口處的旋流強(qiáng)度。
由于旋流是用其離心力沿空氣噴嘴的外壁傳送空氣,因此通過(guò)把許多旋流只從一個(gè)空氣噴嘴供給,可以提高在粉煤噴嘴遠(yuǎn)處流動(dòng)的空氣流量。由于提高了在徑向距離處流動(dòng)的旋流系數(shù),因此整個(gè)燃燒器噴嘴的渦旋數(shù)得到提高。因而,通過(guò)進(jìn)一步加強(qiáng)高溫再循環(huán)流就可提高粉煤的燃燒性能,此高溫再循環(huán)流對(duì)燃燒是至關(guān)重要的;通過(guò)更快的形成NOx還原區(qū),就可促進(jìn)NOx的還原。
與日本未審專利公開號(hào)60—226609所公開的現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)明一樣,本發(fā)明不會(huì)造成像不穩(wěn)定燃燒和增大NOx濃度這樣的問(wèn)題,不穩(wěn)定燃燒是由于低負(fù)荷時(shí)整個(gè)燃燒器的渦旋數(shù)下降而造成的,NOx濃度的增大是由于形成不了NOx還原區(qū)而造成的。對(duì)于一個(gè)燃燒器來(lái)說(shuō),如果它在空氣噴嘴的進(jìn)氣處裝有氣流調(diào)節(jié)器(damper)來(lái)控制空氣流量,并在氣流調(diào)節(jié)器的出口處裝有調(diào)風(fēng)葉片來(lái)控制旋流強(qiáng)度,那么形成NOx還原區(qū)是很普遍的。此外,可把旋流生成器的調(diào)風(fēng)葉片的定位角調(diào)節(jié)在這樣的位置,即在低負(fù)荷時(shí)也能通過(guò)空氣流量形成具有最高效率的旋流。
這樣就可減少控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定性,該不穩(wěn)定性是由于旋流生成器的調(diào)風(fēng)葉片角度的控制范圍窄而造成的,這在上述的現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)常碰到。
本發(fā)明的目的是減小火焰的不穩(wěn)定性和降低在低負(fù)荷進(jìn)行粉煤燃燒時(shí)NOx的生成量,這可通過(guò)這樣的方法來(lái)達(dá)到,即通過(guò)在燃燒空氣噴嘴內(nèi)裝配大量的平行于空氣流動(dòng)方向的旋流生成器(就是就,每個(gè)旋流生成器對(duì)應(yīng)于各自的空氣分流,把從這些旋流生成器進(jìn)來(lái)的空氣提供為一個(gè)空氣噴嘴的燃燒空氣)并給出使從這些旋流生成器進(jìn)來(lái)的旋流具有不同強(qiáng)度的方法。
舉一最好的實(shí)例來(lái)說(shuō)明改變旋流生成器的旋流強(qiáng)度,就是增大在某處的旋流生成器旋流強(qiáng)度,該地點(diǎn)到爐膛具有很短的空氣流動(dòng)路徑,即接近空氣噴嘴外壁的旋流生成器。這樣可以使接近環(huán)狀空氣噴嘴外壁處的旋流比接近內(nèi)壁處的旋流速度快。利用這種方法,當(dāng)流動(dòng)于空氣噴嘴內(nèi)的空氣離開粉煤噴嘴時(shí),其旋流方向上的速度分量得到提高。
由于此旋流的速度分布具有流體性,有最小的壓力損耗,因此整個(gè)燃燒器的渦旋數(shù)高于從旋流生成器以恒定速度提供空氣的情況。這樣可以在接近燃燒器的部位形成更穩(wěn)定的高溫循環(huán)流,從而可以提高粉煤的燃燒性能,并且在從滿負(fù)荷到低負(fù)荷的時(shí)間內(nèi)形成穩(wěn)定的NOx還原區(qū)。
在進(jìn)行輔助油燃燒的情況下,本發(fā)明的目的是控制生成象煤煙及其同類的環(huán)境污染劑。其獲得方法是通過(guò)在燃燒空氣噴嘴內(nèi)裝配多個(gè)平行于空氣流動(dòng)方向的旋流生成器(就是說(shuō),每個(gè)旋流生成器對(duì)應(yīng)于各自的空氣分流,把從這些旋流生成器進(jìn)來(lái)的空氣提供為一個(gè)空氣噴嘴的燃燒空氣)并且給出一種方法調(diào)節(jié)這兩個(gè)旋流生成器的旋流方向使它們彼此相反。
在位于旋流生成器下游處的空氣噴嘴內(nèi),由于供給的旋流彼此方向相反,它們消除了此處的旋流分量,旋流生成器的壓力損耗同其旋流強(qiáng)度一起得到增大。從而,當(dāng)通過(guò)使旋流方向彼此相反來(lái)控制旋流強(qiáng)度時(shí),可以在只有有直流沒(méi)有旋流的狀態(tài)下控制燃燒空氣的流量。
例如,在燃燒器通過(guò)兩個(gè)空氣噴嘴從風(fēng)箱給爐子提供空氣的情況下,當(dāng)其中一個(gè)空氣噴嘴的旋流生成器控制在上述狀態(tài)時(shí),它可以提供出少量具有低旋流強(qiáng)度的空氣,而另一個(gè)空氣噴嘴可以提供出比現(xiàn)有技術(shù)水平的量大得多的空氣。在用油槍進(jìn)行輔助燃燒時(shí),通過(guò)實(shí)施上述操作,可以加快燃燒空氣與油霧的混合。從而可以控制生成環(huán)境污染劑。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)粉煤燃燒器的剖面圖。
圖2是圖1中所取的線II—II方向上的截面圖。
圖3表示用本發(fā)明實(shí)施方案的燃燒器進(jìn)行燃燒時(shí)的三次空氣流量,流量調(diào)節(jié)閥和調(diào)風(fēng)葉片開啟角的運(yùn)行方法。
圖4是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中燃燒時(shí),NOx的濃度及CO的濃度的特性曲線。
圖5是實(shí)施方案2中燃燒器的三次空氣噴嘴及旋流生成器的剖面圖。
圖6是實(shí)施方案2中所取的的線VI—VI方向上的截面圖。
圖7是本發(fā)明另一實(shí)施方案中調(diào)風(fēng)葉片結(jié)構(gòu)的鳥瞰圖。
圖8是本發(fā)明實(shí)施方案3中燃燒器的剖面圖。
圖9是使用實(shí)施方案3中的燃燒器時(shí),二次空氣噴嘴的二次空氣流量和旋流速度分量的關(guān)系圖。
圖10是本發(fā)明實(shí)施方案4中燃燒器的剖面圖。
圖11是本發(fā)明實(shí)施方案4中調(diào)風(fēng)葉片結(jié)構(gòu)的鳥瞰圖。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明的粉煤燃燒器,它包括有旋流生成器。實(shí)施方案1將描述圖1中所示的含有旋流生成器的粉煤燃燒器。圖1是粉煤燃燒器的剖面圖,含有一條中軸。此實(shí)施方案中,粉煤燃燒器的組成有一個(gè)燃料噴嘴102,一個(gè)二次空氣噴嘴103和一個(gè)三次空氣噴嘴104,其中燃料噴嘴102安裝在燃燒器的中心部位;二次空氣噴嘴103同心安裝于燃料噴嘴102周圍,用來(lái)提供二次空氣;三次空氣噴嘴104裝配在二次空氣噴嘴103的外周,用來(lái)提供三次空氣。燃料噴嘴102提供一次風(fēng)和粉煤的混合氣137。二次空氣噴嘴103和三次空氣噴嘴104是把已送進(jìn)風(fēng)箱101的燃燒空氣提供給爐子100的通道。
燃料噴嘴102是一種管狀通道,它含有一個(gè)初級(jí)喉管108作為其外壁。就該實(shí)施方案的粉煤燃燒器來(lái)說(shuō),在燃料噴嘴102的中心部位通過(guò)一支撐架106裝配了一個(gè)油槍105;用來(lái)進(jìn)行輔助燃燒以便預(yù)熱水管111,水管111是裝在爐子內(nèi)壁上的。在燃料噴嘴102的進(jìn)口處裝有一文氏喉管107,其作用是控制由粉煤送料器(未標(biāo)在圖1中)送來(lái)的粉煤濃度分布。
二次空氣噴嘴103是一種環(huán)狀通道,它含有初級(jí)喉管108作為其內(nèi)園壁和一個(gè)二次喉管109作為其外園壁。二次空氣噴嘴103在從爐子100到進(jìn)口處之間裝有一個(gè)旋流生成器112和一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥。
旋流生成器112供給具有旋流的二次空氣138。旋流生成器112是軸流型的,它含有許多扇狀葉片和一個(gè)支撐桿,扇狀葉片裝配在通道的園周方向,支撐桿與這些葉片整體地裝配在一起。通過(guò)驅(qū)動(dòng)器(未標(biāo)出)改變?nèi)~片的角度,從而控制旋流生成器112的旋流強(qiáng)度。流量調(diào)節(jié)閥127控制第二次空氣的流量。流量調(diào)節(jié)閥127具有園筒形狀,它安裝在能蓋住進(jìn)風(fēng)口126的開口的位置上,進(jìn)風(fēng)口126連接著風(fēng)箱101與二次喉管109。通過(guò)連桿128使流量調(diào)節(jié)閥127向燃燒器的中軸移動(dòng),從而改變進(jìn)風(fēng)口126的開口面積。利用這種操作可控制二次空氣138的流量。
三次空氣噴嘴104是環(huán)狀通道,它含有二次喉管109作為其內(nèi)園壁和三次喉管110作為其外園壁。通過(guò)旋流生成器(A)113和旋流生成器(B)114把三次空氣噴嘴104與風(fēng)箱101連接起來(lái)。
旋流生成器(A)113和旋流生成器(B)114安裝在平行于空氣流動(dòng)的方向上。這樣,三次空氣被分開,分別供給旋流生成器(A)113和旋流生成器(B)114。三次空氣139供給旋流生成器(A)113,三次空氣140供給旋流生成器(B)114。
另外,在旋流生成器(B)114的入口處裝有一個(gè)園筒狀的流量調(diào)節(jié)閥124。通過(guò)連桿131使三次空氣調(diào)節(jié)器135的指令傳送給流調(diào)節(jié)閥124,使它移向燃燒器的中軸。由于這個(gè)運(yùn)動(dòng)改變了旋流生成器(B)114入口處的入口壓力損耗,因此通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥124就可改變流進(jìn)旋流生成器(B)的三次空氣140的流量。
圖2所顯示的是該實(shí)施方案的旋流生成器(B)的一個(gè)實(shí)例。圖2是圖1中所取的線II—II方向上的截面圖,它顯示了從風(fēng)箱101一邊看到的旋流生成器(B)114的結(jié)構(gòu)。
旋流生成器(B)114的組成有矩形調(diào)風(fēng)葉片120(每個(gè)葉片都有很薄的壁厚),圓柱形支撐桿121(它與調(diào)風(fēng)葉片120整體地裝配在一起),環(huán)形托板123(安裝在支撐桿121的兩端),托板119,連桿125(用于連接調(diào)風(fēng)葉片120),及耦合裝置122(用于全面同等地傳遞一個(gè)調(diào)風(fēng)葉片120的運(yùn)動(dòng))。
通過(guò)連桿129把一個(gè)支撐桿121與旋流生成器(B)的旋流強(qiáng)度調(diào)節(jié)器133連接起來(lái)。旋流強(qiáng)度調(diào)節(jié)器133通過(guò)改變連桿129的旋轉(zhuǎn)角來(lái)控制調(diào)風(fēng)葉片的角度,也就是控制旋流生成器(B)的旋流強(qiáng)度。
旋流生成器(A)113同旋流生成器(B)114的結(jié)構(gòu)一樣,其組成有調(diào)風(fēng)葉片117,支撐桿118,耦合裝置115,托板116,旋流強(qiáng)度調(diào)節(jié)器134,以及連桿130(用于連接耦合裝置與旋流調(diào)節(jié)器134)。
控制器136發(fā)出有關(guān)二次空氣流量調(diào)節(jié)器132,旋流生成器(B)的旋流強(qiáng)度調(diào)節(jié)器133,旋流生成器(A)的旋流強(qiáng)度調(diào)節(jié)器134及三次空氣流量調(diào)節(jié)器135的指令來(lái)控制空氣流量和旋流強(qiáng)度。
二次空氣流量調(diào)節(jié)器132通過(guò)連桿128驅(qū)動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥127來(lái)控制二次空氣的流量。
旋流強(qiáng)度調(diào)節(jié)器133通過(guò)連桿129驅(qū)動(dòng)耦合裝置122來(lái)控制旋流生成器(B)114的調(diào)風(fēng)葉片的開啟角θ1。
旋流強(qiáng)度調(diào)節(jié)器134通過(guò)連桿130控制旋流生成器(A)113的調(diào)風(fēng)葉片的開啟角。
三次空氣流量調(diào)節(jié)器135驅(qū)動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥124來(lái)控制三次空氣140的流量。
由于在三次空氣噴嘴104內(nèi)部沒(méi)有分開通道的壁表面,因此通過(guò)把旋流生成器(A)和(B)產(chǎn)生的旋流從三次空氣噴嘴104供出的方法可以減小通道壁產(chǎn)生的流動(dòng)阻力。
另外,通過(guò)增大旋流生成器(A)113的旋流強(qiáng)度,使它高于旋流生成器(B)114的旋流強(qiáng)度,可以提高旋流接近三次喉管110處三次空氣噴嘴104內(nèi)的旋流速度。利用這種操作,可以很快提高產(chǎn)生三次空氣旋流的效率。
圖3是使用該實(shí)施方案的燃燒器時(shí),運(yùn)轉(zhuǎn)方法的一個(gè)例子。該實(shí)施方案的燃燒器使用油作為輔助燃料,在燃燒器負(fù)荷等于或小于30%時(shí)只燃燒油,而在負(fù)荷高于上述百分?jǐn)?shù)時(shí)只燃燒粉煤。燃燒器中軸和支撐桿121中軸的連線與調(diào)風(fēng)葉片120形成一個(gè)角θ1,稱為調(diào)風(fēng)開啟角。此角度越大,旋流生成器的渦旋數(shù)就越高。流量調(diào)節(jié)閥的“開路”狀態(tài)就是流量調(diào)節(jié)閥124向爐子移動(dòng),給旋流生成器(A)113提供更多的三次空氣。三次空氣流量就是供給旋流生成器(A)113和(B)114的空氣的流量。
使用輔助油燃燒時(shí),在油量供給不足的情況下,該實(shí)施方案的燃燒器調(diào)整旋流生成器(A)的開啟角150使其置于+70°,調(diào)整旋流生成器(B)的開啟角使其置于-70°,調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥的開啟角152使其置于開路狀態(tài)。利用這種操作,可以使流入旋流生成器(A)113的三次空氣與流入旋流生成器(B)114的三次空氣旋流方向彼此相反。這樣可以使三次空氣噴嘴104的渦旋數(shù)近似等于零,使供出的三次空氣為一直流。而且,由于旋流生成器(A)與(B)的調(diào)風(fēng)開啟角值很大,因此增大了流過(guò)這些旋流生成器時(shí)的壓力損耗。這樣可使二次空氣噴嘴103供給風(fēng)扇101更多的具有低壓力損耗的燃燒空氣。
隨著輔助燃燒油的油量增加,降低旋流生成器(B)的開啟角151使其接近于零,同時(shí)保持流量調(diào)節(jié)閥的開啟角度不變。這樣由于減弱了旋流生成器(B)產(chǎn)生的旋流,從而增大了三次空氣噴嘴104的渦旋數(shù),并使三次空氣逐漸變?yōu)橐粋€(gè)旋流。而且由于減小旋流生成器(B)的壓力損耗,因此增大了三次空氣流量153。
燃燒器負(fù)荷是煤燃燒的條件,當(dāng)它等于30%時(shí),關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥152,使旋流生成器(B)的開啟角等于旋流生成器(A)的開啟角。隨著燃燒器負(fù)荷的增加,向開通方向操作流量調(diào)節(jié)閥的開口角152,可以供給與油量增加相一致的空氣。
圖4是當(dāng)象圖3所示那樣操作燃燒器時(shí),NOx與CO的濃度。曲線160是使用只含一個(gè)旋流生成器的傳統(tǒng)燃燒器進(jìn)行燃燒時(shí)NOx的濃度曲線,曲線161是使用該實(shí)施方案的燃燒器進(jìn)行燃燒時(shí)NOx的濃度曲線。曲線162是使用傳統(tǒng)燃燒器時(shí)CO的濃度曲線,曲線163是使用該實(shí)施方案的燃燒器時(shí)CO的濃度曲線。
該實(shí)施方案中,在進(jìn)行輔助燃燒的情況下,可供給二次空氣噴嘴103更多的燃燒空氣,此外,三次空氣近乎為一直流。這樣可以比以前燃燒時(shí)更容易使油霧與燃燒空氣混合在接近燃燒器的部位。從而可以防止產(chǎn)生因空氣不足燃燒而造成的CO。
由于三次空氣與油霧的混合變得比以前更緩慢,因此通過(guò)突然混合燃燒空氣并不能增大NOx的濃度。
當(dāng)本實(shí)施方案進(jìn)行粉煤燃燒,燃燒器負(fù)荷在30~50%時(shí),流量調(diào)節(jié)閥124可以供給旋流生成器(A)113更多的三次空氣。這樣流進(jìn)旋流生成器(A)113的空氣速度比以前更快。從而增大了三次空氣的旋流速度分量。這樣整個(gè)燃燒器的渦旋數(shù)比以前更高。從而在接近燃燒器的部位形成了一個(gè)很大的高溫再循環(huán)流,并迅速提高了粉煤的燃燒性能。由于粉煤變得更易燃燒,因此更容易在接近燃燒器的部位形成NOx還原氣氛,NOx的濃度變得比以前更低。實(shí)施方案2下面將敘述實(shí)施方案2。圖5是根據(jù)該實(shí)施方案的三次空氣的旋流生成器的剖面圖。圖6是此旋流生成器的側(cè)視圖。旋流生成器(A)和(B)具有彼此很相似的結(jié)構(gòu)。除了三次空氣的旋流生成器的結(jié)構(gòu)有變化外,實(shí)施方案2的燃燒器同實(shí)施方案1的燃燒器結(jié)構(gòu)相同。
實(shí)施方案2的旋流生成器的組成有園柱形支撐桿121,調(diào)風(fēng)葉片120a和120b(與支撐桿121整體裝配在一起),耦合裝置122(其作用是通過(guò)連桿125使許多支撐桿121具有相同的旋轉(zhuǎn)角度),托板116,托板119及托板123。支撐桿121穿過(guò)形成于托板116,119及123內(nèi)的孔。調(diào)風(fēng)葉片120a位于托板116與托板119之間,調(diào)風(fēng)葉片120b位于托板119與托板123之間。這種托板的布置可以防止三次空氣從兩個(gè)調(diào)風(fēng)葉片120a和120b之間的間隙泄漏。
調(diào)風(fēng)葉片120a和120b是以不同的角度安裝在支撐桿121上,也就是說(shuō),使連接燃燒器軸和支撐桿121中軸的虛線與調(diào)風(fēng)葉片120a、調(diào)風(fēng)葉片120b的夾角分別置于θ1、θ2。就實(shí)施方案2而說(shuō),θ2角比θ3角大15°,因而調(diào)風(fēng)葉片120a可以提供具有更強(qiáng)旋流的空氣。
兩個(gè)調(diào)風(fēng)葉片的角度差能產(chǎn)生下述兩個(gè)效果。
第一個(gè)效果就是增大了在三次空氣噴嘴104處產(chǎn)生旋流的效率。由于空氣被旋流的離心力緊壓在外園周方向上,因此當(dāng)空氣接近三次喉管110時(shí),可以增大它在三次空氣噴嘴104處的旋流速度分量(三次喉管110是噴嘴的外園壁)。另一方面,由調(diào)風(fēng)葉片120a供給的空氣主要流動(dòng)于三次喉管110附近,由調(diào)風(fēng)葉片120b供給的空氣流動(dòng)于二次喉管109附近。
至于這兩個(gè)調(diào)風(fēng)葉片的裝配方面,由于其位置關(guān)系對(duì)應(yīng)于三次空氣噴嘴104的速度分布,因此根據(jù)這一點(diǎn),可以增大一個(gè)調(diào)風(fēng)葉片的θ2角(此調(diào)風(fēng)葉片提供三次空氣噴嘴104外園部位的空氣),并可減小另一個(gè)調(diào)風(fēng)葉片的θ3角(此調(diào)風(fēng)葉片提供三次空氣噴嘴104內(nèi)園部位的空氣)。這樣在三次空氣噴嘴104處可以消除由于對(duì)旋流的干擾而產(chǎn)生的壓力損耗,并且可以在不干擾旋流的狀態(tài)下把調(diào)風(fēng)葉片供來(lái)的旋流提供給爐子100。
第二個(gè)效果就是在燃燒器低負(fù)荷時(shí),通過(guò)加強(qiáng)三次空氣的旋流可以獲得粉煤的充分燃燒,以便在火焰內(nèi)形成穩(wěn)定的NOx還原區(qū),用來(lái)降低NOx的濃度。由于θ2角大于θ3角,如果連桿129通過(guò)耦合裝置122旋轉(zhuǎn)支撐桿121,就可使調(diào)風(fēng)葉片120a比調(diào)風(fēng)葉片120b早一點(diǎn)完全關(guān)閉,并使三次空氣從調(diào)風(fēng)葉片120b一邊供出。這樣就使流過(guò)調(diào)風(fēng)葉片的空氣速度大于把三次空氣的旋流生成器的調(diào)風(fēng)葉片成行排列的情況,并可提高旋流速度。
如果增大三次空氣的旋流速度,就可增大整個(gè)燃燒器的渦旋數(shù),從而在接近燃燒器的部位燃燒空氣能形成更穩(wěn)定的高溫再循環(huán)流。該燃燒空氣高溫再循環(huán)流與一個(gè)粉煤噴嘴接觸以便使粉煤快速燃燒。這樣就能穩(wěn)定接近燃燒器部位的粉煤火焰。另一方面,具有高渦旋數(shù)的三次空氣不會(huì)在接近燃燒器的部位與粉煤混合。
通過(guò)加快燃燒器附近的燃燒和控制空氣與燃料的混合,可使粉煤在空氣不足條件下進(jìn)行燃燒,從而在火焰內(nèi)可以形成NOx還原區(qū)。在NOx還原區(qū)內(nèi),燃燒的中間相中逐漸形成了像氨、氰和烴一類的氣體以還原NOx。
當(dāng)調(diào)風(fēng)葉片120a完全關(guān)閉時(shí),調(diào)風(fēng)葉片120b處的壓力損耗小于調(diào)風(fēng)葉片120a、托板116和托板119中的壓力損耗。大部分三次空氣從調(diào)風(fēng)葉片120b的方向流動(dòng)。因此在調(diào)風(fēng)葉片幾乎全關(guān)的狀態(tài)下降低渦旋數(shù)是不困難的,而在傳統(tǒng)燃燒器中由于調(diào)風(fēng)葉片成行排列,所以要達(dá)到此目的經(jīng)常遇到困難。
圖7是實(shí)施方案2的調(diào)風(fēng)葉片的改進(jìn)型。圖7說(shuō)明了兩組調(diào)風(fēng)葉片,除了這部分以外,調(diào)風(fēng)葉片的結(jié)構(gòu)與圖5所示的旋流生成器的調(diào)風(fēng)葉片結(jié)構(gòu)相同。調(diào)風(fēng)葉片的組成有支撐桿121,調(diào)風(fēng)葉片120a和120b(與支撐桿整體裝配在一起)及一個(gè)隔板172(用來(lái)把調(diào)風(fēng)葉片120a和120b接觸處的端面相互連接起來(lái))。用實(shí)施方案2所述的同樣方法把調(diào)風(fēng)葉片120a和120b以不同的角度裝配。調(diào)整調(diào)風(fēng)葉片120a的旋流強(qiáng)度使其大于調(diào)風(fēng)葉片120b的旋流強(qiáng)度。
當(dāng)調(diào)風(fēng)葉片120a完全關(guān)閉并只從調(diào)風(fēng)葉片120b噴出空氣時(shí),隔板172消除了形成在燃燒器軸線方向上的間隙。這樣隔板172所起的作用與圖5所示的托板119的作用相同。實(shí)施方案3下面將敘述實(shí)施方案3。圖8是一個(gè)粉煤燃燒器的剖面圖,它含有一個(gè)中軸。
本實(shí)施方案的粉煤燃燒器的組成有燃料噴嘴102(裝配在燃燒器中部),二次空氣噴嘴103(同心裝配在燃料噴嘴102周圍),三次空氣噴嘴104(裝配在二級(jí)空氣噴嘴的外周)。燃料噴嘴102提供一次空氣和粉煤的混合氣137。二次空氣噴嘴103和三次空氣噴嘴104是用來(lái)把從風(fēng)箱101供來(lái)的燃燒空氣供給爐子100的通道。
燃料噴嘴102是一種管狀通道,含有一個(gè)一次喉管108作為其外壁。越朝向爐子100,一次喉管108的管道直徑越小。
二次空氣噴嘴103是一種環(huán)狀通道,含有一次喉管108作為其內(nèi)園壁和一個(gè)二次喉管109作為其外園壁。二次喉管109的端面位于爐子的側(cè)面,此端面比一次喉管108的端面離爐子近。二次空氣噴嘴103在從爐子100到進(jìn)口之間裝有兩個(gè)平行于二次空氣流動(dòng)方向的旋流生成器205和206,在這兩個(gè)旋流生成器的進(jìn)口處還裝有一個(gè)旋流生成器204。兩個(gè)旋流生成器205和206都含有調(diào)風(fēng)葉片,供給具有旋流的二次空氣。旋流生成器205和206的任何一個(gè)都具有獨(dú)自控制其旋流強(qiáng)度的功能。調(diào)節(jié)旋流生成器205產(chǎn)生的旋流強(qiáng)度,使其大于旋流生成器206產(chǎn)生的旋流強(qiáng)度。另外,在二次空氣流量低的情況下,旋流生成器205處于完全關(guān)閉的狀態(tài),二次空氣只從旋流生成器206供給。
三次空氣噴嘴104是環(huán)狀通道,它含有二次喉管109作為其內(nèi)園壁和三次喉管110作為其外園壁。三次空氣噴嘴104在其進(jìn)口裝有旋流生成器204和一個(gè)可動(dòng)套管201,并與風(fēng)箱101相連接。此外,在旋流生成器204的進(jìn)風(fēng)口裝配有園筒狀流量調(diào)節(jié)閥124。旋流生成器204內(nèi)含有調(diào)風(fēng)葉片。流過(guò)旋流生成器204的一部分空氣被裝在二次喉管109進(jìn)口處的板片207分成兩路,一種從三次喉管104噴出作為三次空氣,另一路從二次喉管103噴出穿過(guò)旋流生成器204和205作為二次空氣。流量調(diào)節(jié)閥124的組成有園筒狀可動(dòng)套管201,調(diào)節(jié)器202(用于把可動(dòng)套管201移向燃燒器軸),及一個(gè)支撐桿203(用在確定調(diào)節(jié)器202的位置)。
操作可動(dòng)套管201使它能精確平衡燃燒器之間的空氣量。旋流生成器204控制三次空氣在軸線方向上和在旋流方向上的速度。三次空氣的旋流產(chǎn)生了一個(gè)外部再循環(huán)流,此外部再循環(huán)流是一一種反向流,用來(lái)在接近爐子100的燃燒器的部位把高溫燃燒空氣供給燃燒器。
通過(guò)操作可動(dòng)套管201,可使流入進(jìn)風(fēng)口的一部分空氣流向二次空氣噴嘴103,利用旋流生成器205和206便可控制噴嘴在軸線方向上及旋流方向上的速度。二次空氣的旋流形成了一個(gè)內(nèi)部再循環(huán)流,它是一種反向流,位于延伸到爐子的二次喉管109的內(nèi)部。該內(nèi)部再循環(huán)流能使燃料噴嘴供給的粉煤穩(wěn)定燃燒。增大二次空氣噴嘴103的旋流強(qiáng)度,該內(nèi)部再循環(huán)流越穩(wěn)定,粉煤的火焰穩(wěn)定性就越高。
圖9是當(dāng)二次空氣在旋流生成器的調(diào)風(fēng)葉片入口處的靜壓保持不變時(shí),二次空氣噴嘴103的二次空氣流量與其空氣速度旋流分量之間的關(guān)系。
曲線221說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方案的情況。根據(jù)該曲線,在空氣流量很大的情況下,可以使旋流生成器205的旋流強(qiáng)度大于旋流生成器206的旋流強(qiáng)度。從而,與只有一個(gè)旋流生成器的傳統(tǒng)二次空氣噴嘴相比,在二次空氣流量相同的條件下,能夠提高二次空氣噴嘴的空氣速度的旋流分量。曲線220說(shuō)明了原有方法時(shí)的情況。此外,在二次空氣流量低的情況下,通過(guò)把旋流生成器205和206中的一個(gè)完全關(guān)閉,就可使二次空氣只從另一個(gè)旋流生成器通過(guò)。從而可以增大二次空氣噴嘴的旋流速度分量。
這樣,在任何空氣流量時(shí)都能比以往提高二次空氣的旋流強(qiáng)度,穩(wěn)定上述內(nèi)部再循環(huán)流并增大粉煤的輸送量和滯留時(shí)間,從而迅速提高粉煤的燃燒性能并提高粉煤燃燒器的火焰穩(wěn)定性。
因此,由于是把空氣配給三次空氣噴嘴來(lái)保持粉煤火焰,因此不會(huì)產(chǎn)生二次空氣噴嘴導(dǎo)致燃燒的問(wèn)題。實(shí)施方案4下面將敘述第四個(gè)實(shí)施方案。圖10是一個(gè)粉煤燃燒器的剖面圖,它含有一個(gè)中軸。
本實(shí)施方案的粉煤燃燒器的組成有燃料噴嘴102(裝配在燃燒器中部),二次空氣噴嘴103(同心裝配在燃料噴嘴102附近),以及三次空氣噴嘴104(裝置在二次空氣噴嘴103的外周)。燃料噴嘴102提供一次空氣和粉煤的混合氣137。二次空氣噴嘴103和三次空氣噴嘴104是用來(lái)把從風(fēng)箱101供來(lái)的燃燒空氣供給爐子100的通道。
燃料噴嘴102是管狀通道,它含有一次喉管108作為其外壁。有一個(gè)火焰穩(wěn)定器裝配在一次喉管108側(cè)面的爐子的端面上?;鹧娣€(wěn)定器的橫截面是L形的,含有一個(gè)軸?;鹧娣€(wěn)定器251的一個(gè)端面從一次喉管108的內(nèi)園表面伸到通道內(nèi)部,火焰穩(wěn)定器251的另一個(gè)端面伸到二次空氣噴嘴103內(nèi)部。
二次空氣噴嘴103是一種環(huán)狀通道,含有一次喉管108作為其內(nèi)園壁和一個(gè)二次喉管109作為其外園壁。二次空氣噴嘴103的出口與爐子100相連。二次空氣噴嘴103裝配有旋流生成器112。旋流生成器112含有許多裝配在園周方向的半園形調(diào)風(fēng)葉片,通過(guò)連接園弧與對(duì)著該弧的直線來(lái)限定每個(gè)半園葉片的輪廓。在調(diào)風(fēng)葉片園弧的中心部位有一支撐桿,用來(lái)旋轉(zhuǎn)調(diào)風(fēng)葉片。根據(jù)調(diào)節(jié)器136的指令確定調(diào)風(fēng)葉片的角度,此調(diào)節(jié)器136的中心為上述支撐桿。流量調(diào)節(jié)閥127改變流過(guò)二次空氣噴嘴103和三次空氣噴嘴104的空氣流量,其方法是通過(guò)降低進(jìn)口的橫截面面積來(lái)控制壓力損耗,從而改變空氣流量。
三次空氣噴嘴104是一種環(huán)狀通道,它含有二次喉管109作為其內(nèi)園壁和三次喉管110作為其外園壁。三次空氣噴嘴104的出口與爐子100相連。在三次空氣噴嘴104內(nèi)部裝有導(dǎo)向套管252,旋流生成器(A)113,旋流生成器(B)114,以及固定葉片250。導(dǎo)向套管252的進(jìn)口端與二次喉管109在爐子一側(cè)的端面相連,另一端面對(duì)著爐子100。導(dǎo)向套管252的直徑從爐子那端到進(jìn)口那端越來(lái)越小,套管的作用是徑向噴出三次空氣以便控制粉煤燃燒器附近一次空氣與三次空氣的混合。
圖11顯示了調(diào)風(fēng)葉片的結(jié)構(gòu),它含有旋流生成器(A)和(B)。調(diào)風(fēng)葉片的組成有半月狀旋流生成器(A)113,矩形旋流生成器(B)114,隔板172(用于把旋流生成器(A)和(B)的一端相互連接起來(lái)),以及支撐桿121(其中之一與旋流生成器(A)113的園弧相連)。旋流生成器(B)114的裝配位置使它與連接支撐桿121的旋流生成器(A)113形成一角度。
通過(guò)調(diào)節(jié)器136控制旋流生成器112,旋流生成器(A)和(B),以及流量調(diào)節(jié)閥127。這樣就使它們的位置成為預(yù)定值。
調(diào)節(jié)旋流成器(A)113與燃燒器中軸形成的角度,使其大于由旋流生成器(B)114形成的角。這表明,與旋流生成器(B)114的旋流速度分量相比,能提高旋流生成器(A)113的相應(yīng)值。三次空氣噴嘴的旋流分量隨著它接近三次喉110而逐漸增加。因此在三次空氣噴嘴104內(nèi)部沒(méi)有衰減旋流的干擾。
因此當(dāng)對(duì)次級(jí)空氣外加同樣的壓力損耗時(shí),其渦旋數(shù)比以往迅速提高。這樣,由于能進(jìn)一步控制燃燒器附近燃燒空氣與粉煤射流的混合,因此就可穩(wěn)定火焰內(nèi)的NOx還原區(qū)以獲得低NOx的燃燒。
當(dāng)在低負(fù)荷的情況下操作粉煤燃燒器時(shí),通過(guò)完全關(guān)閉旋流生成器(B)114的旋轉(zhuǎn)葉片,就可使三次空氣主要從旋流生成器(A)113供給。這樣,可以提高三次空氣在低負(fù)荷時(shí)的渦旋數(shù),并使粉煤燃燒所需要的高溫燃燒空氣接近燃燒器。由于高溫燃燒空氣使粉煤起燃,因此迅速提高了低負(fù)荷情況下的火焰穩(wěn)定性。這樣,即使在傳統(tǒng)燃燒器需要輔助油燃燒的負(fù)荷區(qū)域,也能達(dá)到粉煤燃燒,因此可以降低燃油用量。
另外,由于能夠提高低負(fù)荷時(shí)三次空氣的旋流強(qiáng)度,因此同傳統(tǒng)方法相比,可以控制粉煤與燃燒空氣在燃燒器附近混合,并且通過(guò)在火焰內(nèi)形成NOx還原區(qū),能夠減小NOx的濃度。
根據(jù)本發(fā)明,提供了一種能夠在所有運(yùn)行負(fù)荷范圍內(nèi)減小NOx濃度的粉煤燃燒器。并且能夠控制輔助油燃燒時(shí)所生成的象煤煙及其同類的環(huán)境污染劑。
另外,通過(guò)在粉煤發(fā)電設(shè)施內(nèi)安裝本發(fā)明的粉煤燃燒器,可以減小發(fā)電設(shè)施內(nèi)安裝的NOx清除器中的氨用量。
權(quán)利要求
1.一種粉煤燃燒器,它包括至少一個(gè)空氣噴嘴,該空氣噴嘴同心位于一個(gè)燃料噴嘴的外周,空氣噴嘴提供燃燒空氣,燃料噴嘴通過(guò)氣流輸送粉煤,其中所說(shuō)的至少一個(gè)空氣噴嘴中,至少要有一個(gè)空氣噴嘴裝有許多旋流生成器,這些旋流生成器能夠控制平行于燃燒空氣流動(dòng)方向的旋流強(qiáng)度。
2.一種粉煤燃燒器,它包括至少一個(gè)空氣噴嘴,該空氣噴嘴同心位于一個(gè)燃料噴嘴的外周,空氣噴嘴提供燃燒空氣,燃料噴嘴輸送粉煤與空氣的混合氣流,其中所說(shuō)的至少一個(gè)空氣噴嘴中,至少要有一個(gè)空氣噴嘴裝有許多旋流生成器,這些旋流生成器能夠控制平行于燃燒空氣流動(dòng)方向的調(diào)風(fēng)葉片的角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的粉煤燃燒器,它還包括空氣流量調(diào)節(jié)器,此調(diào)節(jié)器通過(guò)控制所說(shuō)的空氣噴嘴的開啟角來(lái)控制燃燒空氣的流量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的粉煤燃燒器,其中在所說(shuō)的平行于燃燒空氣流動(dòng)的空氣噴嘴內(nèi)部,裝有兩個(gè)旋流生成器以使旋流反向。
5.一種粉煤燃燒器,其它包括至少一個(gè)空氣噴嘴,該空氣噴嘴同心位于一個(gè)燃料噴嘴的外周,空氣噴嘴提供燃燒空氣,燃料噴嘴輸送粉煤與空氣的混合氣流,其中在所說(shuō)的至少一個(gè)空氣噴嘴中,至少要有一個(gè)空氣噴嘴裝配帶有兩個(gè)調(diào)風(fēng)葉片的旋流生成器,這兩個(gè)調(diào)風(fēng)葉片與一個(gè)具有可變角度的支撐桿整體裝配在一起,以便能控制所說(shuō)的支撐桿的旋轉(zhuǎn)角度,這樣使所說(shuō)的兩個(gè)調(diào)風(fēng)葉片平行于燃燒空氣的流動(dòng)方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的粉煤燃燒器,它還包括一個(gè)隔板用于堵住裝配在所說(shuō)的支撐桿上的兩個(gè)調(diào)風(fēng)葉片之間的間隙。
7.一種粉煤燃燒器,它包括一個(gè)二次空氣噴嘴(用于提供二次燃燒空氣)和一個(gè)三次空氣噴嘴(用于提供三次燃燒空氣),它們同心裝配在一個(gè)燃料噴嘴的外周,該燃料噴嘴輸送粉煤與一次燃燒空氣的混合氣流,其中所說(shuō)的二次空氣噴嘴及所說(shuō)的三次空氣噴嘴中至少有一個(gè)裝配有兩個(gè)旋流生成器和一個(gè)空氣流量調(diào)節(jié)器,該旋流生成器能夠控制平行于燃燒空氣流動(dòng)方向的旋流強(qiáng)度,空氣流量調(diào)節(jié)器通過(guò)控制所說(shuō)的二次空氣噴嘴及所說(shuō)的三次空氣噴嘴的開啟角來(lái)控制燃燒空氣的流量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的粉煤燃燒器,它還包括控制器,該控制器根據(jù)負(fù)荷指示來(lái)控制所說(shuō)的兩個(gè)旋流生成器的旋流強(qiáng)度并控制所說(shuō)的二次空氣噴嘴及所說(shuō)的三次空氣噴嘴的開啟角。
9.一種粉煤燃燒器,它包括有一個(gè)二次空氣噴嘴和一個(gè)三次空氣噴嘴,二次空氣噴嘴提供具有旋流的二次燃燒空氣,三次空氣噴嘴提供具有旋流的三次燃燒空氣,它們同心裝配在一個(gè)燃料噴嘴的外周,該燃料噴嘴輸送粉煤與一次燃燒空氣的混合氣流,其中在所說(shuō)的三次空氣噴嘴內(nèi)裝配有兩個(gè)旋流生成器,這兩個(gè)旋流生成器能夠控制平行于三次燃燒空氣流動(dòng)方向的旋流強(qiáng)度,其中所說(shuō)的燃燒器裝配有二次空氣流量調(diào)節(jié)器(用來(lái)控制所說(shuō)的二次空氣噴嘴的開啟角),三次空氣流量調(diào)節(jié)器(用于控制所說(shuō)的三次空氣噴嘴的開啟角),以及控制器(它根據(jù)負(fù)荷指示控制所說(shuō)的二次空氣流量調(diào)節(jié)器及所說(shuō)的三次空氣流量調(diào)節(jié)器的開啟角,并控制所說(shuō)的裝配在三次空氣噴嘴內(nèi)的兩個(gè)旋流生成器的旋流強(qiáng)度)。
10.一種粉煤燃燒器,它包括一個(gè)環(huán)形墻和一個(gè)環(huán)形隔墻,環(huán)形墻裝有空氣,它同心裝配在一個(gè)燃料噴嘴的外周,該燃料噴嘴用來(lái)輸送粉煤與一次燃燒空氣的混合氣流,環(huán)形隔墻裝配在所說(shuō)的環(huán)形墻的內(nèi)部,它把環(huán)形墻裝有的空氣分成兩路,一路成為二次空氣,另一路為三次空氣,其中所說(shuō)的燃燒器裝配有旋流生成器,此旋流生成器用于把所說(shuō)的環(huán)形墻內(nèi)在所說(shuō)的環(huán)形隔墻以上部位裝有的空氣變成旋流,其中在二次空氣通道內(nèi)裝有兩個(gè)旋流生成器,這兩個(gè)旋流生成器能夠控制平行于所說(shuō)的二次空氣流動(dòng)方向的旋流強(qiáng)度,它們位于所說(shuō)的被所述環(huán)形隔墻分成兩部分的空氣通道內(nèi)的燃料噴嘴的旁邊,并與所說(shuō)的二次空氣的流動(dòng)方向平行,其中在所說(shuō)的環(huán)形墻的入口裝有空氣流量調(diào)節(jié)器,用于控制所述墻的開啟角。
11.一種粉煤燃燒器,它包括有一個(gè)一級(jí)環(huán)形墻,一個(gè)二級(jí)環(huán)形墻以及旋流生成器,一級(jí)環(huán)形墻裝有二次燃燒空氣,它位于一個(gè)燃料噴嘴的外部,該燃料噴嘴輸送粉煤與一次燃燒空氣的混合氣流,二級(jí)環(huán)形墻裝有三次燃燒空氣,它位于所說(shuō)的一級(jí)環(huán)形墻的外部,旋流生成器分別在所說(shuō)的一級(jí)環(huán)形墻及所說(shuō)的二級(jí)環(huán)形墻內(nèi),其中在平行于三次燃燒空氣的流動(dòng)方向上裝配有兩個(gè)旋流生成器,這兩個(gè)旋流生成器位于所說(shuō)的裝配在所述二級(jí)環(huán)形墻內(nèi)的旋流生成器的下方,并且其中,所說(shuō)的燃燒器裝配有控制器及空氣流量調(diào)節(jié)器;該控制器用于控制所說(shuō)的裝配在平行于所述三次燃燒空氣流動(dòng)方向的兩個(gè)旋流生成器的旋流強(qiáng)度,并控制所說(shuō)的裝配在所述一級(jí)環(huán)形墻內(nèi)的旋流生成器的旋流強(qiáng)度;空氣流量調(diào)節(jié)器控制所說(shuō)的一級(jí)環(huán)形墻及所說(shuō)的二級(jí)環(huán)形墻的開啟角。
12.一種粉煤燃燒器,它包括有一個(gè)環(huán)形墻、一個(gè)環(huán)形隔墻及旋流生成器,環(huán)形墻裝有空氣,它同心裝配在一個(gè)燃料噴嘴的外周,該燃料噴嘴輸送粉煤與一次燃燒空氣的混合氣流,環(huán)形隔墻裝配在所說(shuō)的環(huán)形墻內(nèi),它把環(huán)形墻裝有的空氣分成兩路,一路為二次空氣,另一路為三次空氣,旋流生成器用于把被所述環(huán)形隔墻分成兩部分的空氣通道內(nèi)的空氣變成旋流,其中在三次空氣通道內(nèi)所說(shuō)的旋流生成器的后部裝有兩個(gè)旋流生成器,它們位于被所說(shuō)的環(huán)形隔墻分成兩部分的空氣通道的外面,并與三次空氣流動(dòng)的方向平行,其中所說(shuō)的燃燒器裝配有控制器和空氣流量調(diào)節(jié)器,該控制器用來(lái)控制安裝在平行于所述三次空氣流動(dòng)方向上的兩個(gè)旋流生成器的旋流強(qiáng)度,并控制所說(shuō)的裝在二次空氣通道內(nèi)的旋流生成器的旋流強(qiáng)度(該旋流生成器位于所說(shuō)的被所述環(huán)形隔墻分成兩部分的空氣通道內(nèi)的燃料噴嘴的旁邊);空氣流量調(diào)節(jié)器控制所說(shuō)的環(huán)形墻的開啟角。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的粉煤燃燒器,其中所說(shuō)的裝配在平行所述三次空氣流動(dòng)方向上的兩個(gè)旋流生成器是由帶有兩個(gè)調(diào)風(fēng)葉片的旋流生成器構(gòu)成,這兩個(gè)調(diào)風(fēng)葉片與一個(gè)支撐桿整體裝配在一起,以便能控制所說(shuō)的支撐桿的旋轉(zhuǎn)角度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的粉煤燃燒器,它還包括一個(gè)隔板,用來(lái)堵住裝配在所說(shuō)的支撐桿上的兩個(gè)調(diào)風(fēng)葉片之間的間隙。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到14的任一項(xiàng)的粉煤燃燒器,其中在所說(shuō)的燃料噴嘴內(nèi)裝配有一個(gè)油槍。
16.一種通過(guò)帶有兩個(gè)空氣噴嘴的粉煤燃燒器進(jìn)行粉煤燃燒的方法,這兩個(gè)空氣噴嘴提供具有旋流的空氣,它們同心位于一個(gè)燃料噴嘴的外周,燃料噴嘴通過(guò)氣流輸送粉煤,其中在所說(shuō)的兩個(gè)同心裝配的空氣噴嘴中至少有一個(gè)噴嘴裝配有兩個(gè)平行于空氣流動(dòng)方向的旋流生成器,以便在低負(fù)荷時(shí)通過(guò)減小具有所說(shuō)的兩個(gè)旋流生成器的空氣噴嘴的開啟角,使空氣只供給一個(gè)旋流生成器。
17.一種通過(guò)帶有兩個(gè)空氣噴嘴的粉煤燃燒器進(jìn)行粉煤燃燒的方法,這兩個(gè)空氣噴嘴提供具有旋流的空氣,它們同心裝配在一個(gè)燃料噴嘴的外周,燃料噴嘴通過(guò)氣流輸送粉煤,其中在所說(shuō)的兩個(gè)同心裝配的空氣噴嘴中,至少有一個(gè)噴嘴裝配有兩個(gè)平行于空氣流動(dòng)方向的旋流生成器,以便在滿負(fù)荷時(shí)通過(guò)用所說(shuō)的兩個(gè)旋流生成器形成旋流,使空氣從具有所說(shuō)的兩個(gè)旋流生成器的空氣噴嘴噴出;在低負(fù)荷時(shí)通過(guò)減小具有所說(shuō)的兩個(gè)旋流生成器的空氣噴嘴的開啟角,使空氣只供給一個(gè)旋流生成器。
18.一種通過(guò)帶有兩個(gè)空氣噴嘴的粉煤燃燒器進(jìn)行粉煤燃燒的方法,這兩個(gè)空氣噴嘴提供具有旋流的空氣,它們同心裝配在一個(gè)燃料噴嘴的外周,燃料噴嘴通過(guò)氣流輸送粉煤,其中在所說(shuō)的兩個(gè)同心裝配的空氣噴嘴中,至少有一個(gè)噴嘴裝配有兩個(gè)平行于空氣流動(dòng)方向的旋流生成器,以使在低負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)旋流生成器達(dá)到不同的旋流強(qiáng)度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的燃燒方法,其中所說(shuō)的兩個(gè)裝配在平行于空氣流動(dòng)方向的旋流生成器中,位于外壁一邊的旋流生成器的強(qiáng)度大于位于內(nèi)壁一邊的旋流生成器的強(qiáng)度。
20.一種通過(guò)粉煤燃燒器進(jìn)行粉煤燃燒的方法,粉煤燃燒器含有一個(gè)輔助燃料噴嘴和兩個(gè)空氣噴嘴,輔助燃料噴嘴位于一個(gè)燃料噴嘴的內(nèi)部,該燃料噴嘴通過(guò)氣流輸送粉煤,兩個(gè)空氣噴嘴提供具有旋流的空氣,它們同心裝配在所說(shuō)的粉煤燃料噴嘴的外周,這樣可以在低負(fù)荷不能進(jìn)行粉煤燃燒時(shí),利用輔助燃料進(jìn)行燃燒,其中所說(shuō)的兩個(gè)同心裝配的空氣噴嘴中,至少有一個(gè)噴嘴裝配有兩個(gè)平行于空氣流動(dòng)方向的旋流生成器,以便在利用輔助燃料進(jìn)行燃燒時(shí),使所說(shuō)的兩個(gè)旋流生成器的旋流方向彼此相反。
21.一種通過(guò)粉煤燃燒器進(jìn)行粉煤燃燒的方法,該粉煤燃燒器含有一個(gè)輔助燃料噴嘴和兩個(gè)空氣噴嘴,輔助燃料噴嘴位于一個(gè)燃料噴嘴的內(nèi)部,該燃料噴嘴通過(guò)氣流輸送粉煤,兩個(gè)空氣噴嘴提供具有旋流的空氣,它們同心裝配在所說(shuō)的粉煤燃燒器的外周,這樣可以在低負(fù)荷不能進(jìn)行粉煤燃燒時(shí),利用輔助燃料進(jìn)行燃燒,其中所說(shuō)的兩個(gè)同心裝配的空氣噴嘴中,至少有一個(gè)噴嘴裝配有兩個(gè)平行于空氣流動(dòng)方向的旋流生成器,以便在利用粉煤進(jìn)行燃燒和利用粉煤及輔助燃料進(jìn)行混合燃料燃燒時(shí),使所說(shuō)的兩個(gè)旋流生成器的旋流方向相同。
22.一種通過(guò)粉煤燃燒器進(jìn)行粉煤燃燒的方法,該粉煤燃燒器含有一個(gè)輔助燃料噴嘴和兩個(gè)空氣噴嘴,輔助燃料噴嘴位于一個(gè)燃料噴嘴的內(nèi)部,此燃料噴嘴通過(guò)氣流輸送粉煤,兩個(gè)空氣噴嘴提供具有旋流的空氣,它們同心位于所說(shuō)的粉煤燃燒器的外周,這樣可以在低負(fù)荷不能進(jìn)行粉煤燃燒時(shí),利用輔助燃料進(jìn)行燃燒,其中所說(shuō)的兩個(gè)同心裝配的空氣噴嘴中,至少有一個(gè)噴嘴裝配有兩個(gè)平行于空氣流動(dòng)方向的旋流生成器,以便在利用輔助燃料進(jìn)行燃燒時(shí),使所說(shuō)的兩個(gè)旋流生成器的旋流方向彼此相反;在利用粉煤進(jìn)行燃燒和利用粉煤及輔助燃料進(jìn)行混合燃料燃燒時(shí),使所說(shuō)的兩個(gè)旋流生成器的旋流方向相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種粉煤燃燒器,它含有一個(gè)二次空氣噴嘴和一個(gè)三次空氣噴嘴,這兩個(gè)空氣噴嘴同心裝配在一個(gè)通過(guò)一次空氣輸送粉煤的燃料噴嘴的外周。并且這些噴嘴中至少有一個(gè)裝配有兩個(gè)平行于空氣流動(dòng)方向的旋流生成器??梢允惯@兩個(gè)旋流生成器中的一個(gè)旋流較強(qiáng)。并且,在低空氣流量時(shí),可只從一個(gè)旋流生成器供給空氣。由于能提高燃燒空氣的旋流強(qiáng)度,因此可以減小粉煤燃燒所產(chǎn)生的NOx的濃度。由于能提高低負(fù)荷時(shí)的旋流強(qiáng)度,因此可通過(guò)保持穩(wěn)定的粉煤火焰減小NOx的濃度。
文檔編號(hào)F23D1/02GK1127865SQ9510817
公開日1996年7月31日 申請(qǐng)日期1995年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月30日
發(fā)明者小林啟信, 楢戶清, 谷口正行, 河野豪, 岡崎洋文, 森田茂樹, 津村俊一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 巴布考克日立株式會(huì)社