專利名稱：低氧化氮的短焰燃燒爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料燃燒爐，特別涉及一種用于燃燒煤、油或氣的新型且用途廣泛的燃燒爐，該燃燒爐同時(shí)可達(dá)到具有較短火焰的低氧化氮釋放。
低氧化氮的燃煤燃燒爐要依賴于空氣分級(jí)和/或燃料配置的原理以減少燃燒時(shí)產(chǎn)生的NOx(氧化氮)。這在任何情況下，都必須使部分燃燒過(guò)程發(fā)生在富油或缺氧的情況下以致產(chǎn)生反應(yīng)而形成N2(氮)而不是NO(一氧化氮)或NO2(二氧化氮)。最好的例子是美國(guó)專利US4836772公開(kāi)的燃燒爐，它通過(guò)空氣量的分級(jí)和燃料量的配置，來(lái)達(dá)到非常低的NOx(氧化氮)的釋放。
通過(guò)使用能調(diào)節(jié)引入燃料的空氣量的雙空氣區(qū)燃燒爐的筒形裝置來(lái)達(dá)到空氣分級(jí)。因此并不是所有通到燃燒爐的空氣都允許立即與燃料混合，而寧可控制其引入量，使之逐漸進(jìn)行。
通過(guò)引入燃料到可控制的富燃料區(qū)內(nèi)來(lái)達(dá)到燃料的配置，結(jié)果形成局部燃燒，并產(chǎn)生碳?xì)湓訄F(tuán)，這些碳?xì)湓訄F(tuán)繼續(xù)與燃燒產(chǎn)物混合，從而減小了在火焰中較早產(chǎn)生NOx(氧化氮)的可能。通過(guò)把燃料噴流沿軸向引到燃燒室以取得結(jié)合效果，這了延遲燃料和空氣的混合，燃料噴流要有充分的動(dòng)量。這種燃燒室或燃燒方法不受歡迎的原因是它會(huì)產(chǎn)生較長(zhǎng)的火焰。而延遲空氣與燃料的混合往往會(huì)造成其火焰比迅速混合的高NOx(氧化氮)火焰長(zhǎng)得多。此長(zhǎng)火焰可能會(huì)撞擊爐壁，導(dǎo)致煙渣積存，腐蝕和產(chǎn)生大量未燃燒的可燃物(使火焰變冷)。這些效果都會(huì)分別對(duì)爐的運(yùn)行、壽命以及它的燃燒效率產(chǎn)生重大損害，美國(guó)專利US42061712就公開(kāi)了這種燃料的配置。
為了減小在低NOx燃燒爐內(nèi)的火焰長(zhǎng)度，可將葉輪裝在煤粉噴管的出口。這些葉輪用來(lái)偏轉(zhuǎn)燃料噴流，以減小燃料噴流軸向動(dòng)量和減小火焰的長(zhǎng)度，可是NOx(氧化氮)量卻大為增加。在美國(guó)專利US4440151公開(kāi)的另一公知的燃燒爐，它把燃料噴流分成受加速，和在噴管出口處偏轉(zhuǎn)的幾股，像美國(guó)專利US4836772所使用帶葉輪的燃燒爐一樣，NOx(氧化氮)的性能再次減弱。此外，在美國(guó)專利US4400151中的燃燒爐提供了某些成問(wèn)題且功效差的燃料噴流的速度控制，而且該設(shè)計(jì)的機(jī)械可靠性差。
測(cè)試表明美國(guó)專利4836772可產(chǎn)生很低NOx(氧化氮)的短火焰，然而卻要有很大的二次空氣渦流來(lái)抵消燃料噴流的動(dòng)量，同時(shí)大的二次空氣渦流卻過(guò)高地要求大的燃燒爐壓降。
美國(guó)專利4768948公開(kāi)了一種能產(chǎn)生平行于燃燒爐軸線的密集火焰的環(huán)形噴管燃燒爐。美國(guó)專利US4428727公開(kāi)了一種軸向移動(dòng)件能改變噴管環(huán)形出口間隙大小的固體燃料燃燒爐，在美國(guó)專利US3049085中還公開(kāi)了一軸向可調(diào)節(jié)的葉輪。
本發(fā)明是有關(guān)能同時(shí)達(dá)到低NOx(氧化氮)釋放且有較短火焰的燃燒爐，本發(fā)明燃燒爐與美國(guó)專利US4836772(此處采納作為本發(fā)明的對(duì)比文件)所公開(kāi)的具有一軸向煤粉噴管和圍繞噴管的雙空氣區(qū)的燃燒爐十分相似，然而，煤粉噴管改變成可容納一空心塞。從燃燒爐的彎管處延伸出一噴管，通過(guò)采用一錐形擴(kuò)壓器的噴管混合裝置，煤粉和一次空氣混合流通過(guò)錐形擴(kuò)壓器分散到使在靠近噴管壁處更富燃料而向噴管中心處則更貧燃料的分布形式，如同美國(guó)專利US4380202。于是與噴管入口相比，噴管卻擴(kuò)大了約二倍的流動(dòng)面積。當(dāng)噴管變擴(kuò)大時(shí)，中心噴管擴(kuò)大到占據(jù)約相當(dāng)于噴管入口面積的面積，因此沿著空心塞外表面流動(dòng)的燃料和一次空氣混合流約等于噴管入口處的速度。帶有空心塞的中心噴管相對(duì)于燃燒爐噴管的末端可前后移動(dòng)，從而改變了燃料和一次空氣混合流離開(kāi)噴管的出口速度。
因此，本發(fā)明的目的是提供一燒煤、油或氣的燃燒爐，該燃燒爐具有一成發(fā)散剖面的軸向移動(dòng)塞，該塞位于用于輸送煤粉的噴管內(nèi)，而該噴管也有一發(fā)散剖面。
本發(fā)明另一目的是提供一設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊且制造成本低的燃燒爐。
特別是在后面的權(quán)利要求中所指出的表示本發(fā)明有新穎性的特征，這些權(quán)利要求形成為本發(fā)明所公開(kāi)的部分。為了更好理解本發(fā)明，其操作優(yōu)點(diǎn)以及通過(guò)使用所達(dá)到的具體目的，下面對(duì)照附圖
來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的一最佳實(shí)施例。
唯一的附圖是依據(jù)本發(fā)明所制造的一燃燒爐的示意剖視圖。
請(qǐng)參照附圖，本發(fā)明實(shí)施例有一標(biāo)號(hào)為10的燃燒爐，該燃燒爐專門設(shè)計(jì)用來(lái)燃燒從一彎管輸?shù)揭粐姽苋肟?4的煤粉和一次空氣混合流。該噴管入口把煤粉與一次空氣混合流送到中心噴管16的入口，該中心噴管穿過(guò)用作燃燒室22界面的水冷壁20與帶有被噴管16的凸緣17堵住的入口孔的燃燒爐外壁24之間所限定的二次空氣風(fēng)箱18。從水冷壁20延伸的水管26彎曲成一伸向燃燒室22具有發(fā)散狀壁的錐形燃燒爐膛30。一錐形擴(kuò)壓器28位于中心噴管16內(nèi)，用來(lái)把煤粉和一次空氣混合流分散成使靠近噴管16的內(nèi)面或內(nèi)壁32更富燃料而使位于中心噴管16的空心塞38的外壁34更貧燃料的分布。雖然塞38在附圖中打上剖面線，實(shí)際上是空心的且內(nèi)含各種結(jié)構(gòu)，包括諸如點(diǎn)火裝置的導(dǎo)線管和油霧化器的導(dǎo)管，附圖中所示只是用于把霧化油和霧化介質(zhì)的混合物42排入燃燒室22的霧化器出口40，例如該霧化介質(zhì)可以是蒸汽或空氣。
圖中標(biāo)號(hào)為44的驅(qū)動(dòng)裝置連到塞38上，為了使塞38按雙箭頭方向沿軸向前后移動(dòng)。這就使塞的外面34上向外發(fā)散的壁面移近或移離噴管內(nèi)面32的向外發(fā)散的壁面，以改變沿箭頭36方向所示通過(guò)中心噴管和塞之間限定的一環(huán)形出口46，流到燃燒室22內(nèi)的煤粉和一次空氣流的噴出速度。
從風(fēng)箱18來(lái)的二次空氣沿箭頭48方向流入噴管16外面和燃燒爐園筒52內(nèi)面之間限定的環(huán)形二次空氣通道50，通過(guò)軸向移動(dòng)一可滑動(dòng)地裝在噴管16外面上的滑動(dòng)阻尼器54，引入二次空氣的通道50的環(huán)形入口就會(huì)打開(kāi)或關(guān)閉。
在靠近燃燒室22處，二次空氣通道50分成一包含有一或幾個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片57的外環(huán)形通道56和一包含有一或幾個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片59的內(nèi)環(huán)形通道58。這樣二次空氣圍繞著出口的煤粉/一次空氣混合物成環(huán)形氣流，通過(guò)燃燒爐膛30，排入燃燒室22。
管塞位置如圖所示，燃料空氣混合物以相似于美國(guó)專利4836772速度的速度在出口處36離開(kāi)噴管，并可通過(guò)一火焰穩(wěn)定圈60來(lái)穩(wěn)定和加速燃燒。然而，當(dāng)燃料/一次空氣混合流離開(kāi)噴管時(shí)，空心管塞30的非流線體效應(yīng)使鄰近氣流吸入/再循環(huán)而占據(jù)該區(qū)，這起到有效地減小燃料/一次空氣噴射流的軸向動(dòng)量，使該區(qū)域仍然保持富燃料燃燒從而獲得低的NOx(氧化氮)釋放。此減小的燃料噴射流動(dòng)量有二個(gè)原因有助于減小火焰長(zhǎng)度，其中一原因，煤粒在燃燒爐每單位距離內(nèi)有更多時(shí)間來(lái)充分燃燒，第二原因，這減小的燃料噴射流動(dòng)量使圍繞的成旋轉(zhuǎn)的二次空氣(與燃燒副產(chǎn)物)在離燃燒爐適當(dāng)?shù)木嚯x內(nèi)變得更易穿透并與燃料噴射流完全混合。
該裝置的幾何形狀通過(guò)相對(duì)于噴管末端，空心塞38前后的簡(jiǎn)單重新定位就可使燃燒爐噴管的出口速度變化，因此就會(huì)影響NOx的生成和火焰的長(zhǎng)度。通過(guò)部分地收縮空心塞38和縮短火焰，就能取得較低的出口速度。
這就解決了在低的NOx的燃燒爐內(nèi)減小火焰長(zhǎng)度的問(wèn)題，有時(shí)用來(lái)減小火焰長(zhǎng)度的另一辦法是在燃燒爐噴管的出口處裝上一葉輪，這樣使煤粉/一次空氣混合流偏離燃燒爐軸線一角度，從而減小了軸向動(dòng)量?；鹧骈L(zhǎng)度相應(yīng)于葉輪的張開(kāi)角成比例地縮短。該葉輪的缺點(diǎn)是燃料不可避免地偏轉(zhuǎn)到圍繞燃料噴射流的二次空氣氣流內(nèi)。在煤揮發(fā)性損失時(shí)，這樣就相對(duì)于無(wú)葉輪的同樣燃燒爐縮小了富燃料區(qū)并使NOx(氧化氮)大大增加。本發(fā)明當(dāng)火焰發(fā)展時(shí)通過(guò)減弱燃料噴射流，減小了噴射流的動(dòng)量，因此在火焰縮短的同時(shí)使NOx(氧化氮)保持在低水平。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是以上所述，也就是隨著減小的火焰長(zhǎng)度而降低NOx量。然而也還有幾個(gè)其它優(yōu)點(diǎn)，其中一個(gè)關(guān)心是使用難燒煤的燃燒爐，已經(jīng)顯示，燃燒爐低的噴管速度易于燃燒難霧化的燃料，諸如低揮發(fā)性的煤，大濕度的褐煤以及石油焦渣。
通過(guò)稍些收縮空心塞，本發(fā)明的燃燒爐能做成具有像一所謂的增強(qiáng)的雙配套點(diǎn)火的燃燒爐的性能，結(jié)果形成了離開(kāi)噴管低得多的燃料/一次空氣混合流速度而立刻增加了在噴管下游的燃料在點(diǎn)火區(qū)停留的時(shí)間。但是在美國(guó)和許多其它國(guó)家所燒的大部分煤都易于燃燒而毋須求助于非常低的噴管速度。事實(shí)上，非常低噴管速度的運(yùn)行結(jié)果會(huì)引起火焰逆返到噴管內(nèi)，這會(huì)損壞燃燒爐并產(chǎn)生潛伏的危害條件。所以本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是有能力容易地改變噴管速度以適應(yīng)煤的質(zhì)量變化。因此，在同一燃燒爐通過(guò)調(diào)節(jié)噴管速度能容易點(diǎn)著難燒的煤或易燒的煤。
此燃燒爐的另一優(yōu)點(diǎn)涉及到在煤粉噴管內(nèi)軸向定位的“管及空心塞”的使用。該空心塞裝置還能充當(dāng)燃燒爐點(diǎn)火器的外殼和/或一輔助的燃料元件諸如一主燃油霧化器40或一主燃?xì)庠Ｉ鲜鰢姽芎涂招娜€對(duì)此設(shè)備起方便定位作用，且通過(guò)軸向定位對(duì)燒天然氣或燃油所使用的燃料分級(jí)原理有很大促進(jìn)。
附圖中所示的裝置在管16內(nèi)有園柱形壁64，65而在空心塞上有園柱形壁62，63。上述這些壁面也能用帶錐度壁面代替以對(duì)噴管的出口速度作更好的調(diào)節(jié)。
圖中所示裝置有一空心塞，具有燃燒爐噴管入口的尺寸大小，而燃燒爐噴管出口面積是噴管入口面積的2倍，在某些情況下，噴管和空心塞的另外的面積比值可能會(huì)證明更有效，也就是空心塞面積2倍于噴管入口面積以及噴管出口面積是入口面積的3倍。
噴管和空心塞也能在其上開(kāi)有導(dǎo)管66和67來(lái)供輸少量空氣或再循環(huán)的煙氣，為的是進(jìn)一步減小NOx(氧化氮)或控制火焰形狀。
雖然用示出本發(fā)明的一具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)地?cái)⑹稣f(shuō)明本發(fā)明原理的應(yīng)用，但應(yīng)理解為在不偏離此原理下，本發(fā)明還可有其它實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一用于燃燒燃料和空氣混合流的燃燒爐，包括有一噴管(16)，它有一接收燃料和一次空氣混合流的入口(14)，一排出燃料和一次空氣混合流的出口和一沿著在上述入口和出口之間至少部分噴管長(zhǎng)度上成發(fā)散狀的內(nèi)面；一沿上述噴管軸向延伸的空心塞，并且它在上述管內(nèi)限定一環(huán)形噴管空間用來(lái)通過(guò)燃料和一次空氣的混合流，上述塞有一沿著在上述環(huán)形噴管空間內(nèi)至少上述塞的部分長(zhǎng)度上成發(fā)散狀的外表面，并且它與沿著上述噴管空間把燃料和一次空氣混合流向外轉(zhuǎn)移的上述管的發(fā)散部分相對(duì)；驅(qū)動(dòng)裝置連在上述管和上述塞之間，用來(lái)軸向移動(dòng)上述管和上述塞之間的相互位置以改變上述管和塞在發(fā)散部分的噴管空間的橫截面面積，所以燃料和一次空氣的混合流在靠近管和塞的發(fā)散部分以不同的速度移動(dòng)；二次空氣裝置沿著上述管周圍延伸用來(lái)在從上述噴管出口排出的燃料和一次空氣混合流周圍供輸一成環(huán)狀氣流的二次空氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所術(shù)的燃燒爐，其特征在于上述噴管的內(nèi)面包括園柱形部分的上游和上述管成發(fā)散狀部分的下游。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒爐，其特征在于上述塞的外面包括園柱形部分的上游和上述塞成發(fā)散狀部分的下游。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒爐，其特征在于還包括一彎管連到上述噴管入口用于供輸燃料和一次空氣混合流到上述入口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒爐，其特征在于還包括一錐形擴(kuò)壓管位于噴管入口處下游以及塞和管成發(fā)散面的部分的上游的噴管空間區(qū)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒爐，其特征在于上述二次空氣裝置有一位于圍繞上述噴管并限定了一圍繞著上述噴管的成環(huán)形的二次空氣腔的筒。
7.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃燒爐，其特征在于還包括在上述二次空氣腔內(nèi)，把上述腔分成內(nèi)環(huán)形腔和外環(huán)形腔的裝置以及在至少上述內(nèi)腔和外腔之一有至少一旋轉(zhuǎn)葉片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒爐，其特征在于包括從至少上述管的內(nèi)面和上述塞的外面之一，供輸導(dǎo)管引來(lái)的空氣進(jìn)入上述環(huán)形噴管空間的裝置。
全文摘要
一燃燒燃料和一次空氣混合物的燃燒爐包括一具有其內(nèi)面的部分向外成發(fā)散狀的中心噴管。一軸向可移動(dòng)的塞位于噴管內(nèi)并包括延伸在噴管發(fā)散段內(nèi)具有一發(fā)散段的外壁，通過(guò)塞的軸向移動(dòng)，隨著發(fā)散面之間空間的截面面積增加和減小，相應(yīng)也就減小和增加了通過(guò)噴管空間的燃料和一次空氣混合物的速度。這就減小了NO
文檔編號(hào)F23C99/00GK1072255SQ9210965
公開(kāi)日1993年5月19日 申請(qǐng)日期1992年8月21日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月23日
發(fā)明者阿爾伯特·丹尼爾·勞魯 申請(qǐng)人:巴布考克和威爾科斯公司