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CN1152686A - 在煤粉燃烧时降低氧化氮生成的方法及燃烧器 - Google Patents

在煤粉燃烧时降低氧化氮生成的方法及燃烧器 Download PDF

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Abstract

将煤粉借助于一次空气以煤粉与一次空气的混合物输入到燃烧器中，煤粉与燃烧用空气在燃烧器中燃烧时，在燃烧器的点燃区，由于煤粉与一次空气的混合物中的煤粉高温分解，形成带有气态的可燃成分的一次燃气，为了降低在此时NOx的生成，在点燃区中，通过降低在一次燃气中的氧气成分含量，和/或通过将可燃外部气体导入一次燃气，使由一次燃气中的氧气含量与一次燃气中可燃的析出组成成分燃烧所需要氧气量的比值平均指数得以降低。

Description

在煤粉燃烧时降低氧化氮生成的方法及燃烧器
本发明涉及煤粉与燃烧用空气在燃烧器中燃烧时降低氧化氮(NOx)生成的方法，该方法具有权利要求1前序部分所定义的特征；并涉及具有权利要求5前序部分所定义特征的燃烧器。
众所周知，为使含有碳的燃料在燃烧时降低NOx的生成，将燃烧用空气分级以多股气流输入，由此使燃料在第一火焰区处于空气不足及低温火焰状态燃烧，其余的燃烧用空气在第二火焰区补充并与火焰混合。
在DE-OS4217879中已公开了以分级输入空气的煤粉燃烧器，在该燃烧器中，气流将通过螺旋状的入口壳体导入，并穿流过中心环形通道，在该环形通道中，迫使空气形成旋流。二次和三次空气流则通过扩张喷口向外喷离燃料流束，燃料流束通过一个安装于中心空气管与二次空气管之间的整体环形通道输入。采用这种方式，存在一个具有较低空气系数的内燃烧区，以及一个氧气充足的稳定火焰环绕区，用于延缓地给具有充足燃料的火焰提供氧气。
本发明的目的是对煤粉点火阶段中NOx的生成产生影响。
该目的通过在权利要求1中所表明特征的方法加以解决，为实现该目的的燃烧器是权利要求5中所定义的装置。本发明的有益的方案在从属权利要求中给出。
本发明的基本思想主要在于，煤粉在蒸汽发生装置的燃烧中，通过在蒸汽发生装置燃烧室中的空气系数、通过燃烧温度、通过燃料的特性、首先是通过在一次反应时，也就是在高温分解时以及与此同时发生的煤的析出组成成分氧化时的供氧量指数ω来影响NOx的生成。供氧量指数ω是在点火阶段可提供的氧气与析出气体的组成成分燃烧所需要的氧气的比值。在高温分解开始时，从煤中气化析出的组成成分γfB析出成分很小(见图1)，因此可氧化产物的绝对数量以及与此相应燃烧所需要的氧气量很少，与此相对存在一个固定的氧气量，它由一次空气和燃料自身含有的氧分所组成。这就是说，在析出成分点燃的起始点供氧量指数ω是无穷大的。如果在起始不供给其它氧气，例如燃烧用空气的条件下，由于燃烧器中火焰中心的继续氧化反应，供氧量指数ω而后随着时间降低(见图2)。随着为一次反应将二次和三次空气混合的开始，供氧量指数ω重新又上升。如果上述情况出现在某一个时间点，此时煤的高温分解反应尚未结束，则导致NOx的生成加速。在图3中表示的是在燃烧后气体中NOx的含量γNOx与供氧量指数ω的关系。
根据对燃料特性的认识，也就是首先存在高温分解的趋势，以及火焰系统的边界条件的认识，可以对所有燃烧器结构形式下供氧量指数ω进行计算。通过本发明的措施可以对供氧量指数ω的最高值和平均值施加影响，使NOx的生成最少，而不用屈从于为保持燃烧器出口处的一次反应所必须的过程。
以下借助于本发明的多个结构实例和燃烧器对本发明作进一步的说明。其中：
图1：在点燃过程中一次燃气中析出组成成分的含量与时间的关系曲线；
图2：在点燃过程中供氧量指数与时间的关系曲线；
图3：燃烧后气体中NOx的含量与供氧量指数的关系曲线；
图4：燃烧器的纵剖面图；
图5：另一个燃烧器的纵剖面图；
图6：又一个燃烧器的纵剖面图。
所述的燃烧器具有一个设置在纵轴1上的燃油点火喷管2，它被安装在中心空气管3之中，中心空气管3是以环状圆筒通道形式构成的，它被一次煤粉管6包围着，在中心空气管3的前端上、一次煤粉管6内装有导流体4和旋转体5。
一次煤粉管6在其后端通过一个弯管与煤粉导管7相连，煤粉导管与一个图中未标明的碾磨机接通。一次空气与煤粉的混合物通过煤粉导管7输入一次煤粉管6，在一次煤粉管6的出口端装有一个稳定环8，它有一个径向向内凸出的边缘，该边缘凸出伸入到一次空气与煤粉组成的流束之中。
一次煤粉管6同心地安装在一个环状通道之中，该环状通道由一次燃气管9所构成，该环状通道由另一个二次空气管10的环状通道包围着，而该二次空气管10由又一个同心安装的三次空气管11的环状通道包围着。一次煤粉管6、一次燃气管9以及二次空气管10在其出口端具有向外扩张的锥形管段，即对在基外部经过的介质流起到导向作用的扩张喷口12、13、14。三次空气管11与向外扩张的燃烧器喷口15相连。
燃烧器的二次空气管10和三次空气管11在其后端各与一个螺旋状的导流壳体16、17相接，它们(导流壳体16、17)又与装有调节板阀18、19的输入管20、21连接，它们为二次空气管10提供二次空气，为三次空气管11提供三次空气，作为燃烧用空气的组成气流。导流壳体16、17通过二次空气管10和三次空气管11的环形横截面产生均匀分布的空气。
紧靠出口端之前，在二次空气管10及三次空气管11内各安装有一个产生旋流的装置，其扭转结构是由可旋转安装的轴向螺旋挡板22、23组成，挡板可通过在图中未标明带驱动装置的拉杆从外部进行调节。通过这些轴向螺旋挡板22、23迫使二次空气和三次空气以可调节的程序旋转。通过对于空气流的各种调节，螺旋挡板22、23使通过导流壳体16、17所产生的气流旋转增强或减弱，在特殊的情况下，也可以使旋转完全抵消。
在煤粉导管7内靠近燃烧器的入口处装有一个旋转体24，它将一次空气与煤粉的混合流分离成在外侧是煤粉充足的，在内侧是煤粉含量较少的局部流。在旋转体24的混合流下游的煤粉导管7引出，并通过一个径向的入口外壳31与一次燃气管9连接，通过这样的设计，煤粉含量少的局部流被从分离的混合流中引出，并被导入一次燃气管9，而只有煤粉充足、由此空气比较少的局部流送到一次煤粉管6中去。通过这样的方式使燃烧器的点燃区域内煤粉相对丰富，由此同样使析出的组成成分较多，同时也降低了氧气的供应，这就导致了供氧量指数ω的降低。
在图5中表示的燃烧器比图4的有所改进，但在煤粉导管7中未装有将混合流分离成两个局部流的旋转体，代替它的是围绕着中心气管3安装的燃气管27，它与中心气管3构成的一个环形通道，通道出口端由一个喷嘴板28封闭住，在该喷嘴板28的周围分布有气体出口喷嘴，燃气管27与一个环形导管29相连，环形导管上连接有导入管30，通过该导入管30导入管外部的可燃气体，例如天然气、甲烷气或焦炉煤气，这些气体通过喷嘴板28进入一次点燃区，该区在一次煤粉管6的下游形成。
如图6所示，也可将在图4和图5中表示的燃烧器相互组合。
在由一次煤粉管6喷出的一次空气与煤粉的混合物，在紧接着点燃后具有为燃料传递的足够热量的情况下开始煤粉的高温分解，此时在第一点燃区出现混合物，它含有煤的气化析出组成成分。本发明方法的目标在于降低在一次燃气中含有的氧气成分与在一次燃气中存在的析出的组成成分燃烧所需氧气的比例指数ω，为达到此目的，将混合物流分离成一个煤粉含量充足的局部流和一个煤粉含量少的局部流，这些含有不同煤粉含量的局部流通过相互分离的通道输入到燃烧器的点火区中。通过这样的分离在一次燃气中的煤粉含量被提高，同时降低在该区域的供氧量。分离成两股具有不同煤粉含量的局部流最好直接在燃烧器的煤粉导管7中，这样的分离同样也可以在燃烧系统的其它部位进行。
在一次燃气中降低氧气含量同样也可以通过下面的方法达到，就是在一次空气与煤粉的混合物中加入烟气以替代部分的空气，这样的烟气可以是热的，或是经过冷却的，它在进入碾磨机之前与空气混合。
降低在一次燃气中的供氧量指数ω的另一种方法是，通过上述的气管27向一次燃气中输入可燃烧的外部气体，通过这种方法使一次燃气中的具有反应能力的析出燃料产物成分增加，并由此使在一次燃气中的氧气需求量增大，这种外部燃气量可达燃烧器功率的20％。

Claims (7)

1.降低煤粉与燃烧空气在燃烧器中燃烧时氧气氮(NOx)生成的方法，煤粉借助于一次空气以煤粉与一次空气的混合物输入燃烧器中，在此过程中，在燃烧器的点燃区内煤粉与一次空气的混合物中的煤粉通守高温分解形成带有可燃的气体状组成成分，其特征是：在点燃区中，通过降低在一次燃气中的氧气成分含量，和/或通过将可燃外部气体引入一次燃气，使由一次燃气中的氧气含量与一次燃气中可燃的析出组成成分燃烧所需要氧气量的比值平均指数得以降低。
2.按照权利要求1的方法，其特征是：提高一次燃气中的煤粉含量。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征是：用烟气替代在煤粉与一次空气化合物中的部分一次空气。
4.按照权利要求1的方法，其特征是：外部燃气的含量达到燃烧器功率的20％。
5.用于将煤粉和以同心局部流分布的燃烧空气进行燃烧的燃烧器，其中燃烧器具有引导一次空气与煤粉的混合物的并且与煤粉导管(7)相连的一次煤粉管(6)；该管由输送二次空气的二次空气导管(10)及输送三次空气的三次空气导管(11)所围绕；在此，二次空气导管(10)及三次空气导管(11)各自与一个锥形的扩张管段即扩张喷口(14、15)相连接；在二次空气导管(10)及三次空气导管(11)各装有一个旋转装置(22、23)；二次空气导管(10)及三次空气导管(11)中各与一个螺旋形的导流外壳(16、17)相连，并且在一次煤粉管(6)出口端装有一个稳定环(8)； 燃烧器用以实现按照权利要求1到4中之一或多项的方法，其特征是：一次煤粉管(6)由一个构成环形通道的一次燃气管(9)所围绕，混合流中的煤粉充足的局部流穿流过一次煤粉管(6)，煤粉含量较少的局部流穿流过一次燃气管(9)。
6.按照权利要求5的燃烧器，其特征是：在煤粉导管(7)中装有一个旋转体(24)，在旋转体(24)的流束下流装有一个插管(25)；插管(25)通过一个向外引出的导管(26)经螺旋状入口外壳(31)与一次燃气管(9)相连。
7.用于将煤粉和以同心局部流分布的燃烧空气进行燃烧的燃烧器，其中燃烧器具有引导一次空气与煤粉的混合物的并且与煤粉导管(7)相连的一次煤粉管(6)；该管由输送二次空气的二次空气导管(10)及输送三次空气的三次空气导管(11)所围绕；在此，二次空气导管(10)及三次空气导管(11)各自与一个锥形的扩张管段即扩张喷口(14、15)相连接；在二次空气导管(10)及三次空气导管(11)中各装有一个旋转装置(22，23)；二次空气导管(10)及三次空气导管(11)各与一个螺旋形的导流外壳(16、17)相连，并且在一次煤粉管(6)出口端装有一个稳定环(8)；燃烧器用以实现按权利要求1到4中一条或多条的方法，其特征是：围绕中心气管(3)安装有一个形成环状间隙的燃气管(27)，在其出口端设有一个喷嘴板(28)，该板上带有燃气出口喷嘴。
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