CN1049963C - 分隔束流之燃烧器组件 - Google Patents

Abstract

一燃烧器组件，其中设有一个将燃料/空气混合物送入一锅炉的环形通道。一锥形分隔件位于所述环形通道内以将混合物分成两径向隔开且同轴的束流。一组以角度隔开的壁位于其中一通道内以将该通道分隔成一组通道部分，用以划分燃料/空气束流，这样一旦燃料点火，就形成一组火焰模式。在限定另一通道之其中一个表面上设有肋，以集中穿过该通道混合物的燃料部分，而形成一附加火焰模式，它由上述一组火焰模式环绕。

Description

分隔束流之燃烧器组件

一般说本发明涉及一种燃烧器组件，具体说涉及一种改进的燃烧器组件，它以减少氧化氮形成之方式工作，而氧化氮的形成是燃料燃烧的结果。

在用于烧煤之反应器，蒸汽发生器等的锅炉中，定位有几个燃烧器，它们与锅炉内部连通并燃烧空气和粉煤的混合物。以这种方式使用的燃烧器一般为这类类型，其中一燃料/空气混合物连续经一喷嘴喷出，形成一单独的较大的火焰。结果，与其体积相比火焰的表面积较小，所以平均火焰温度较高。然而，当空气燃料混合物中的燃料部分为粉煤的形式时，存在于助燃空气中的氮气的固化就形成氧化氮，而助燃空气是火焰温度的函数。当火焰温度超过2800°F时，从助燃空气中形成的固氮数量就随温度增加而按指数律地升高。这种状况就导致在最后的燃烧生成品中产生大量的氧化氮，从而造成严重的空气污染问题。煤本身存在氮也可形成氧化氮，这不是火焰温度的直接函数，但与燃烧过程中可用之氧的数量有关。

鉴于以上情况，人们作了许多努力以降低水焰温度并减少燃烧过程中可用之氧的数量，这样来减少氧化氮的形成。所试用的方案包括这些技术，即涉及二级燃烧，燃料气体再循环，向燃烧器引入一贫氧燃料/空气混合物，和将单独一个大火焰分解成一组较小的火焰。然而尽管这些努力会产生某些有益的效果，并在某些情况下可明显降低NOX，但仍需要进一步减少氧化氮。

所以本发明的一个目的是提供一种燃烧器组件，它在燃料燃烧时能大大减少氧化氮的形成。

本发明的另一目的是提供一种燃烧器组件，其中每单位体积的火焰表面积增加，这就导致较大的火焰辐射，较低的火焰温度，和燃烧成分以最大温度在火焰内较短的滞留时间。

本发明的还一目的是提供一种上述类型的燃烧器组件，其中在燃烧过程中调节燃料的化学计算燃烧，以减少可用氧之数量，并明显减少氧化氮的形成。

本发明的一更具体的目的是提供一种上述类型的燃烧器组件，其中二次空气以两平行轨迹导向燃烧器出口，每个轨迹上设有通风装置以单独控制经各路径空气的流量和旋流。

本发明的另一更具体的目的是提供一种上述类型的燃烧器组件，其中燃料/空气混合物通过两个径向隔开且平行的环形通道。

本发明还一目的是提供一种上述类型的燃烧器组件，其中在其中一个通道内的燃料部分被集中以形成单独一个火焰模式。

本发明的还一目的是提供一种上述类型的燃烧器组件，其中另一通道被分隔成一组以角度隔开的通道以形成一组环绕单独一个火焰模式的火焰模式。

为了完成这些和其它目的，本发明的燃烧器组件包括一环形通道，在其一端有一入口用以接受燃料/空气混合物，在通道的另一端有一出口用以排出混合物。一锥形分隔件位于环形通道内以将通道分隔成两径向隔开的通道。外通道被分隔成一组以角度隔开的部分以分隔燃料/空气混合物，这样一旦燃料点火就形成一组火焰模式。在限定另一内通道的内表面上设有助，用以集中自通道排出的燃料以形成另一火焰模式，该火焰模式由所述一组火焰模式环绕。二次空气沿两个绕燃烧器延伸的平行轨迹导向出口，并且一组通风扇位于各轨迹内以调节经轨迹流动之空气的数量和旋流。

参照附图，通过以下对发明最佳但非限定实施例的描述，可更充分地了解本发明的以上简单描述，及进一步之目的，特征和优点，附图中：

图1是一剖视图，描述了根据本发明之安装于锅炉开口附近的燃烧器组件；

图2是一局部透视图，示出了图1所示燃烧器组件一部分；

图3和4是分别沿图2中3-3线和4-4线所取的剖视图；

图5和6是图1所示燃烧器组件之相应端部的放大立视图。

具体参照附图中的图1，参考号10通常表示燃烧器组件，它与形成在传统锅炉之前或后壁14上的通孔12轴向对准地定位。应当知道锅炉包括一适当结构的后壁和侧壁以限定一紧靠开口12的燃烧室16。而且，在锅炉前或后壁14上设有类似的开口，用以容纳与燃烧器组件10相同的附加燃烧器组件。壁14及锅炉的其它壁之内表面衬有一适当的隔热材料，并且尽管未具体示出，应当知道燃烧室16也可衬有锅炉管，一热交换流体如水在其中以传统方式循环以产生蒸汽。

应当知道一垂直壁以与锅炉壁14平行的关系定位，与连接的顶、底，和侧壁一道形成一充气腔或风箱，以便以传统方式容纳助燃空气，通常称为“二次空气”。

燃烧器组件10包括一内管件22和一外管件24。外管件以同轴隔开的关系在内管件22外延伸，以限定一延伸到锅炉开口12的环形通道26。一切向定位的入口管28与外管件24相通，以将燃料和空气混合物引入形成通道26，对此下面将进一步详细解释。

一对隔开的环形板30和32绕喷嘴20延伸，以板30之内边缘终止于外管件24。一嵌入件34从板32的内边缘并相对于喷嘴20沿纵向延伸，且恰终止于壁14之内。一附加的环形板38相对于板30以隔开并平行的关系绕喷嘴20延伸。一分气套筒40从板38的内表面并在嵌入件34和喷嘴20之间相对于喷嘴及嵌入件34以平行的关系延伸，以限定两个空气流道42和44。

一组外通风扇46可转动地安装于板30和32之间以控制从上述风箱到空气流道42和44的二次空气之旋流。以类似方式，一组内通风扇48可转动地安装在板30和38之间，以进一步调节穿过环形道44之二次空气的旋流。应当知道，尽管图1中仅示出了两个通风扇46和48，相对于所示风扇以周向隔开之关系分布有几个更多的风扇。此外，通风扇46和48的转动安装可以传统方式实现，如通过将风扇安装于轴(示意性示出)上，并使轴支承于板30、32和38上之适当轴承内。此外，借助于手丙或类似装置，风扇46和48的位置是可调整的。由于这些元件是已知的，所以图中即未示出它们，也未详细描述它们。

从风箱进入风扇46的气流量由套筒50的运动控制，套筒50可滑动地定位于板32的外圆周上，并平行于喷嘴20之纵轴线是可动的。设置有一移动套筒50的细长蜗杆52，它延伸穿过一套管54，套管54安装于板30上以提供一转动支承。蜗杆52的一端部适当地连接于一合适的驱动装置(未示出)，以转动蜗杆及带螺齿52a的另一端部。蜗杆52的螺齿52a与套筒50上的适当缝隙(未示出)啮合，这样一旦蜗杆转动，套筒就相对于喷嘴20的纵轴线纵向移动并横越板30和32限定的空气入口。以这种方式，就可以通过套筒50的轴向位移控制来自风箱的穿过空气流道42和44的助燃空气之数量。一多孔空气罩56在板30和32之间在紧朝套筒50的下游延伸，以允许借助于静压差检测来独立检测到达燃烧器的二次气流。这是一种检测气流的传统装置，并且图中未示出检测设备。转让给本发明受托者的美国专利NO.4,348,170和美国专利NO.4,400,451示出并描述了该通风组件的详情，这些文件的说明书在此作为参考。

图2-4示出了燃烧器组件20的细节。如图所示，内和外管件22和24的端部，或尖部，朝锅炉开口20径向向内略微逐渐变细，分别如参考号22a和24a所示。一分流锥58在尖部22a和24a之间延伸，以限定两个径向隔开的，平行的，同轴的通道60和62。外通道60在外管件24之尖部和分流锥58之间延伸。内通道62在分流锥58和内管件22之尖部之间延伸。每个通道60和62的一端接收来自环形通道26的燃料/空气混合物，每个通道60和62的另一端以所要描述的方式将混合物排入锅炉开口12。

如图2、5和6所示，外环形通道60被分为六个部分60a，它们以60度角的间隔隔开。每个部分60a都是通过在通道60内模制一组椭圆形(断面)壁64形成的，它们与外管件24和分流锥58的相应表面一起，限定了通过燃料/空气混合物的封闭通道。每个壁64都延伸环形通道60的完整长度，并朝着通道的排出端逐渐变细。这样每个部分60a的椭圆形出口(如图5所示)都小于入口(如图6所示)。如图2、5和6所示，每个部分的出口都可以是椭圆的，但也可以是其它几何形状，如圆形、矩形或方形。

如图1所示，六个以角度隔开的楔形开口66形成于相邻的壁64之间，以使来自内空气流道44(图1)的二次空气进入外通道60内未被角度隔开之部分60a占据的部分。在喷嘴组件10的排出端部分，六个板68在每个开口66的端部上延伸。

如图5和6所示，在分流锥58的内表面上形成有一组肋58a，当空气和燃料颗粒混合物穿过环形腔62时，用以收集固体燃料颗粒，这样在燃料颗粒排入锅炉开口12之前使它们集中。

如图3和4所示，在内管件22的锥部22a的端部上形成有一个顶部70，借助于一组在件22内延伸并固定于顶部内壁上的杆72，该顶部70相对于件22是可动的。杆72的另一端可连接于任何类型的致动装置(未示出)。例如一液压缸或类似装置，以便以传统方式纵向移动杆及顶部70。这样，顶部70的纵向位移就改变了内环形通道62的有效开口，这样就可以调节流经该开口的燃料/空气数量，以及通道60和62之间的相对面积，从而改变了通道60和62的总面积。朝锅炉开口12延伸顶部70将减小通道62内的有效截面，从而减小了通道60和62的总有效截面。结果，当流量不变时，流出通道60和62的煤/空气混合物的速率将增加。

应当知道在喷嘴20的出口附近可设置适当的点火器，当煤从喷嘴喷出时使之点火。由于这些点火器为传统设计，为描述清楚起见，在附图中未示出它们。

在操作中，在初始的起动期间调节与各燃烧器组件10相关的可动套筒50(图1)，以精确地平衡到达各燃烧器组件的空气。在初始的平衡之后，在燃烧器起动和停止期间套筒50的进一步移动只用以控制到达燃烧器组件的二次空气流量。然而，如果需要，可通过风扇46实现流量控制。

来自风箱的二次空气经多孔罩进入，并进入板30和32之间的入口。当空气穿过空气流道42和44并进入锅炉开口12以便与自燃烧器组件10排出之煤以下述方式混合时，空气的轴向和径向流率由通风扇46和48控制。

燃料(最好为悬浮或夹带于一次空气源内的粉状煤之形成)被引入各燃烧器组件10的切向入口28，在组件10内燃料旋流通过环形腔26。由于引入入口28的粉煤较空气重。在形成之离心力的作用下粉煤趋向于朝外管件24的内壁径向向外运动。结果，大部分煤，与相对较少量的空气一起，进入限定于外管件24和分流锥58之间的外环形通道60(图3和4)。由壁64，外管件24和分流锥58限定之通道60的部分60a的入口端部将燃料/空气束流分成六个等距隔开的束流，它们穿过封闭的部分60a并从部分60a的出口端部排出，并且一旦点火，就形成六个独立火焰模式。

穿过环形通道26的燃料/空气混合物的剩余部分进入限定在分流锥58和内管形件22之间的内环形通道62。如上所述由于煤颗粒径向向外运动，进入通道62的混合物中大部分是空气。在分流锥58内表面上的肋58a收集并集中煤颗粒，这样一旦从通道62的出口端排出就有足够的煤浓度，以形成第七个火焰模式，它由来自通道60的六个以角度隔开之火焰模式包围。

可调节可动顶部70的位置以精确控制自环形通道60和62排出之燃料/空气混合物的相对数量和速率。来自内空气通道44(图1)的二次空气穿过形成于部分60a之间的楔形开口66并进入外环形通道60，以向从通道60和62排出的燃料/空气混合物提供二次空气。在获得稳定燃烧状态后，关闭点火器。

采用以上所述的实施例，可产生几个优点。例如，形成多个来自通道60的环绕一个来自通道62之独立火焰模式的火焰模式(在所示和所述例子中有六个)就导致较大的火焰辐射，较低的平均火焰温度，及火焰内气体成份以最大温度的较短滞留时间，所有这些都有助于减少氧化氮的形成。

此为，通道部分60a之间的开口66使一部分二次空气引入穿过外环形通道60的燃料/空气束流。结果，在空气一煤束流的整个横断面上可获得相当均匀的燃料/空气比例。而且，调节内环形通道62之面积的可动顶部70使得通过两个通道60和62的燃料/空气速率得以调整，从而使得一次空气速率相对于二次空气速率达到最佳。

而且，由于通过初始调节套筒50使得到达各燃烧器组件的二次空气流量平衡而使与燃烧器组件相关之多孔空气罩56上的压降相等，可在锅炉内获得十分均匀的燃料气体分布。这也允许采用一共用的风箱并使单元以较低的过量空气工作，从而大大减少氧化氮和一氧化碳。而且，用于外和内空气流道42和44的通风扇46和48使得二次空气分布和火焰形状能被独立地控制，从而导致大大减少氧化氮，并由于一次空气煤束流和二次空气沿平行路径进入锅炉，所以导致两束流更平稳地混合。

应当知道在发明的范围内对上述内容可作多种改变和增加。例如，由于本发明的方案允许以小于化学当量的空气进入，根据需要可设置过热空气口或类似装置，以供给完成燃烧的空气。而且，本发明不受六个通道部分60a(它们在其出口形成六个火焰模式)的限制，这是因为根据特定的设计要求数量可以改变。此外，部分60a的出口形状不必是椭圆形，根据制造要求的规定，可以是其它任何形状特殊设计。

对熟知此技术者来说可对本发明实施例作其它改变或改进，而不超出附加权利要求书所限定之本发明的范围。

Claims (6)

1.一种燃烧器组件，包括：

一个内管件；

一个外管件，该件与内管件同心地围绕着内管件延伸并由此形成一个具有中心轴的环形通道；

一个锥形分流件，该件在内管件和外管件之间延伸用于限定一个内环形通道和一个外环行通道，所述的每一个通道均具有一个进口和一个出口；

用于将空气和颗粒燃料相对环形通道沿切线方向引入环形通道的装置；

用于在外环行通道形成多个成角度相间的、分散的通道，每一个分散的通道都具有一个用于接收混合物的入口和一个用于排除混合物的出口，每一个分散的通道的横截面从其入口处逐渐减小从而使混合物在从分散通道的出口排出的时候在点火的时候形成分散的火焰模式，这种火焰围绕着环形通道的轴线成角度地相间设置；和

其特征在于，在锥形分流件的内表面上设置许多肋，这些肋用于收集内环形通道中的燃烧颗粒，从而使混合物在从内环形通道的出口排出的时候于点火时形成由分散的火焰模式所围绕的附加火焰模式。

2.如权利要求1所述的燃烧组件，其特征在于，限定环形通道的装置还形成分散通道的一部分。

3.如权利要求2所述的燃烧组件，其特征在于，分散通道和环形通道是一个模制件。

4.如权利要求1所述的燃烧组件，其特征在于，分散通道的出口与内环形通道的出口平齐地延伸。

5.如权利要求1所述的燃烧组件，其特征在于，分散通道的部分被相间设置，该燃烧组件还包括用于将空气引入分散通道之间的空间以便与混合物部分一起排出。

6.如权利要求1所述的燃烧组件，其特征在于，在内管件的端部设置一个可移动的尖端用于调整通过内环形通道排出的混合物的量并因此而调整附加火焰模式的密度。

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