CN1199453A - 燃烧器及装设有所述燃烧器的燃烧设备 - Google Patents

Abstract

一个燃烧器,包括混合物喷口、供风喷口和导向器。一个混合物喷口向炉膛内延伸,此混合物喷口确定一混合物通道,包含固体燃料粉和传输固体燃料流的气流通过此混合物通道。混合物喷口的前端呈发散状,使混合物流通道的剖面面积沿混合物流的方向逐渐增大。设置供风喷口的目的是在径向方向上围绕混合物喷口以求在它和混合物喷口之间确定一气流通道,供包含燃烧用氧的气流进入上述炉膛内使用。在混合物喷口的混合物流中的发散部的上游处设置有导向器。

Description

燃烧器及装设有所述燃烧器的燃烧设备

本发明涉及燃烧器。

此种燃烧器的构成包括混合物喷口和围绕此混合物喷口的供风喷口。

在日本专利申请JP-A-63-87508中所公开的煤粉燃烧器中，在混合物喷口内设置有一个叶轮用来使空气燃料混合物旋转。由混合物喷口出口出来的旋转混合物迅速在炉膛内扩散，并在混合物喷口的出口附近与供风喷口提供的二次风和三次风混合。因此，还原区不能充分形成，而火焰不能在炉膛内扩展。结果一部分细煤粉得不到燃烧，从而不能抑制NOx的产生。

在日本专利申请JP-A-60-200008中所公开的煤粉燃烧器中，在混合物喷口内设置一个喉部，而混合物喷口的出口呈漏斗形。在这一燃烧器中，与在上述燃烧器中一样，由混合物喷口出口出来的旋转混合物迅速在炉膛内扩散，并在混合物喷口出口附近与供风喷口提供的二次风和三次风混合。结果一部分细煤粉得不到燃烧，从而此不能抑制NOx的产生。

本发明的目的是提供一种可以解决这些问题并且可以获得低NOx燃烧的燃烧器。

为此目的，根据本发明的一个实施例所提供的燃烧器的构成包括：一个向炉膛内延伸的混合物喷口，此混合物喷口确定一混合物通道，包含固体燃料粉和传输此固体燃料粉流的气流通过此混合物通道，以及一混合物喷口为漏斗形的远端部分，该漏斗形使混合物通道的流体通道面积在混合物的流动方向上越来越扩大；一个在径向方向上环绕混合物喷口并在供风喷口和混合物喷口之间确定一气流通道供包含燃烧用氧的气流进入炉膛内；以及一个导向装置，此导向装置设置在混合物喷口内相对混合物流漏斗形部的的上流处，其作用是使混合物流沿混合物喷口的漏斗形部的内周边表面直线向前流动。

根据本发明的另一实施例所提供的燃烧器的构成包括：一个向炉膛内延伸的混合物喷口，此混合物喷口确定一混合物通道，包含固体燃料粉和传输此固体燃料粉流的气流通过此混合物通道；一混合物喷口的漏斗形远端部，该漏斗形部使混合物通道的流体通道面积在混合物的流动方向上越来越扩大；一个在径向方向上环绕混合物喷口并在供风喷口和混合物喷口之间确定一气流通道供包含燃烧用氧的气流进入炉膛内使用；以及一个气流射流喷口，气流通过此射流喷口在径向方向向里注入到从混合物喷口的远端流入炉膛内的混合物之中。

图1是本发明的燃烧器的剖面图；

图2是显示采用如图1所示燃烧器的锅炉炉膛内的火焰情况的剖面图；

图3是沿图2中的线III-III的剖面图；

图4是显示炉膛内火焰情况的剖面图；

图5是显示燃烧器中混合物流和燃烧气流的剖面图；

图6是显示采用通常的燃烧器时的火焰情况的剖面图；

图7是显示采用通常燃烧器的锅炉炉膛内的火焰情况的剖面图；

图8是沿图7中的线VIII-VIII的剖面图；

图9是显示本发明另一实施例的剖面图；

图10是沿图9中的线X-X的剖面图；

图11至13分别是显示燃烧器另外的实施例的剖面图；

图14是显示燃烧器另外一个实施例的剖面图；

图15是沿图14中的线XV-XV的剖面图；

图15A至15D分别是显示图14中的燃烧器的经过改造的注风喷口结构的正视图；

图16是显示在图14所示的燃烧器出口周围混合物流情况和燃烧气流情况的局部剖面图；

图17是沿图16中的线XVII-XVII的剖面图；

图18是显示燃烧器另一实施例的剖面图；

图19是沿图17中的线XIX-XIX所取的剖面图；

图20是燃烧器另一实施例的剖面图。

根据图1中所示的本发明的一个实施例的用于锅炉中的燃烧器1的结构包括一个混合物喷口10，包含固体燃料形式的细煤粉和传输用一次风的混合物12流过此喷口10。在此实施例中，如图2和3所示，12个燃烧器1在炉膛3中在一公共水平面上对向设置，并且这些燃烧器在垂直方向上分3层排列。但是，燃烧器的数目以及层数都不限于这一种设置。

混合物12经喷口10通过在炉膛3中形成的开口30送入炉膛3。供风喷口20设置在喷口10的周围。在喷口10和喷口20之间形成二次风通道21，并且在喷口20和炉膛3的开口30之间形成三次风通道31。在二次风通道21之中设置有一个旋流器23使来自风箱4的二次风22旋转。在三次风通道31之中设置有一个旋流器33使来自风箱4的三次风32旋转。

在此喷口10的远端设置有一个环形稳焰器13，其周边缘部剖面为L形。喷口10的远端部14呈漏斗形，以使其流体通道面积沿混合物12的流动方向越来越扩大。

一导向器51安装在喷口10之内，以使混合物12沿漏斗形远端部14在径向方向上朝外流动。导向器51设置在燃油器52的远端。燃油器52用于锅炉点火和低负荷工况。在不需要燃油器时，导向器51利用适当的支架支承。

导向器51具有的第一导向部511、第二导向部512和第三导向部513，沿混合物12的流动方向设置。第一导向部511的外部尺寸在混合物12的流动方向上逐渐增大，而第三导向部513的外部尺寸在混合物12的流动方向上逐渐减小。连接两者的第二导向部512外部尺寸固定不变。导向器51相对混合物12流动而言位于漏斗形远端部14的上游一侧。

在此种结构的燃烧器1中，火焰5向外扩展，如图4所示。结果，如图2及3所示，炉膛3中的无效区NA减小。供风口6设置在燃烧器1下游处，并且附加风62通过这些供风口送入炉膛3。在由最下游的燃烧器1产生的火焰5和风口6产生的附加风流62所限定的还原区RA中燃气可停留较长时间。因此，燃气中的NOx浓度减小，所以可以提高燃烧效率。未燃烧的煤粉可以由风口6所送出的附加风62全部燃烧。

煤粉的动量较一次风的动量大，因此煤粉会在靠近喷口10的漏斗形远端部14的周边炉壁处聚集，如图5所示。因而可以提高燃烧器出口附近的燃烧效率，结果火焰5由于热膨胀而更为扩展。

在此实施例中，在喷口20的远端设置了一个漏斗形的环形偏转导管24。于是二次风22和三次风32分别经过旋流器加旋而向前并同时在径向方向朝外流动。如这些附图所示，如环形偏转导管24设计成为使环形偏转导管24和混合物喷口10的轴线之间的角度θ₁等于或大于漏斗形远端部14和混合物喷口10的轴线之间的角度θ₂，则二次风和三次风在轴向方向朝外更为扩展。结果，在火焰的中心部分会形成一个缺风区，即燃料过剩区，从而能够得到低NOx燃烧。

另一方面，在图6中所示的通常的燃烧器中，喷口10不具有漏斗形远端部14，而且在喷口之内未设置导向器51。因此，火焰不扩展，而像是自由射流。结果，如图7和8所示，与图2和3的炉膛相比，炉膛3中的无焰区，即炉膛中的无效区，较大。另外，煤粉停留在反应区RA的时间变短，因而燃气中的NOx的浓度不可能减小。

与图1的燃烧器相比，图9示出的另一实施例的燃烧器1还包括使混合物12旋转的旋流器53和整流板54。下文中与上述实施例结构完全相同或效果相当的部件将分别采用同一标号，而其说明则省略。

旋流器53置于导向器51的上游处。因此，混合物中的大量煤粉沿漏斗形远端部14的内周边表面流动，从而使火焰5可进一步扩展。但是，如果混合物是以旋流形式送入炉膛3，此种混合物会立即在燃烧器1的附近与二次风或三次风混合，以致于不会实现低NOx燃烧。因此，在位于旋流器53下游的漏斗形远端部14的内周边表面上设置多个整流板54(图10)。采用这种结构时，混合物12的圆周速度分量受到抑制，而向前速度分量因而增加，并且之后在远离燃烧器1的地点混合物与二次风及三次风混合。结果，还原区增大，从而使低NOx燃烧成为可能。

与图9的实施例相比，图11示出的另一实施例的燃烧器1还包括设置在旋流器53上游处的一个文氏管54。文氏管54的喉部一度使空气和燃料混合物中的煤粉于混合物喷口10在径向方向上的中心部会聚并将之导向旋流器53。采用这种结构时，混合物中的煤粉可以更有效地沿着漏斗形远端部14的内周边表面流动。因此，NOx的生成可受到更大地抑制。

与图11的实施例相比，图12示出的另一实施例的燃烧器1还包括一个环形间隔器25代替环形偏转导管24和一个设置在供风喷口20远端的间隔器25。间隔器25的一个内周边表面呈漏斗形，其直径沿混合物的流动方向逐渐加大，而间隔器25的外周边表面与混合物喷口的10的轴线平行。间隔器25的内周边表面的端部和其外周边表面利用垂直于混合物喷口10的轴线的端壁相连接。采用这种结构，二次风22沿间隔器25的漏斗形内周边表面流动，并且像上述实施例那样扩展而进入炉膛3。三次风23沿间隔器25的外周边表面流动并从径向方向朝外的位置送入炉膛3，因而经过延迟在远离燃烧器1的位置与火焰5混合。结果，在燃烧器的附近形成还原区而可以抑制NOx的生成。

与图1的实施例相比，图13示出的另一实施例的燃烧器1包括一个其远端部不是漏斗形的混合物喷口10。具有喉部的文氏管54设置在混合物喷口10的远端部，与导向器51相对。在此实施例中，由喉部流出的混合物12借助导向器51沿文氏管54的漏斗形的内周边表面流动并扩展进入炉膛3。如果导向器51如各附图所示位于文氏管喉部的下游处，会有更多的煤粉沿文氏管54的内周边表面流动并能以朝外扩展的方式送入炉膛3之内。

与图1的实施例相比，图14示出的另一实施例的燃烧器1还包括注风喷口61。4个注风喷口61(虽然喷口的数目并不重要)沿圆周方向互相间隔相等角度设置(图15)。如图15A至15C所示，喷口61的数目可为1至3，也可为5或5以上。另外，如图15D所示，设置方式也可以是注风射流62稍微偏离混合物喷口的轴线。另外，如图15A所示，喷口61也可不按等角度设置。

注风喷口61设置在紧挨着稳焰器13的下游处，并且是位于混合物喷口10和供风喷口20之间。各注风喷口61之间用管子相连接，并与一个外部空气压缩机连通。由空气压缩机供给的预热空气62通过喷口61在大致垂直于混合物喷口的方向上注入到混合物流中。结果，如图16和17所示，由于注入风62在混合物流中形成一个滞流点，并且在注入风62的下游处形成一个相对于混合物流12的相对负压区。高温燃气通过此注入风62带入负压区NP，从而促进混合物中的煤粉的着火。结果促进了还原区的燃烧，并且也使燃烧器1周围的火焰温度升高，从而促进火焰的膨胀。

注风喷口61可以是能够在混合物喷口的轴线方向上移动的，以便根据作为固体燃料的煤粉的燃烧特性、燃烧器负荷、燃烧条件等等实现最佳注风。另外，有一个注风喷口可以设置成为能够在垂直于混合物喷口的轴线的平面内摆动。如果注风喷口61方向稍微偏向混合物的上游一侧，则可以加大着火区。从而可以利用着火特性不佳的高燃料比率的煤和粗煤粉作为固体燃料。

图18和19所示的燃烧器1在安排注风喷口的位置上与图14中的燃烧器不同。如图19所示，注风喷口61位于紧挨着稳焰器13的下游处，并且设置在供风喷口20的环形偏转导管13上。空气62从注风喷口61注入进混合物流之中。为了使空气62的注入能够穿过二次风和混合物，与图14的燃烧器相比，需要更大的能量。但是，较多的高温燃气通过注风62携带并流进负压区NP。因此，这适于燃烧高燃料比率煤粉(具有较少挥发成分)。

图20中所示的燃烧器是图11和14的结构的组合。上述的操作和效果可以通过组合方式而得到令人满意的利用。

本发明可用作燃烧装置，比如燃煤锅炉。

权利要求书

按照条约第19条的修改

1.一种燃烧器，其构成包括：

一个向炉膛内延伸的混合物喷口，此混合物喷口确定一混合物通道，包含固体燃料粉和传输上述固体燃料流的气流通过此混合物通道，以及上述混合物喷口为漏斗形的远端部分，该漏斗形使上述混合物通道的流体通道面积在上述混合物的流动方向上越来越扩大；

一个设置在上述混合物喷口远端部的稳焰器；

一个供风喷口，其在径向方向上围绕上述混合物喷口并在上述供风喷口和混合物喷口之间确定一气流通道供包含燃烧用氧的气流进入上述炉膛内；以及

一个导向装置，此导向装置设置在上述混合物喷口内相对上述混合物流的上述漏斗形部的上流处，其作用是使上述混合物流沿上述混合物喷口的上述漏斗形部的内周边表面直线向前流动。

2.一种燃烧器，其构成包括：

一个向炉膛内延伸的混合物喷口，此混合物喷口确定一混合物通道，包含固体燃料粉和传输上述固体燃料流的气流通过此混合物通道，以及上述混合物喷口为漏斗形的远端部分，该漏斗形使上述混合物通道的流体通道面积在上述混合物的流动方向上越来越扩大；

一个设置在上述混合物喷口远端部的稳焰器；

一个供风喷口，其在径向方向上环绕上述混合物喷口并在上述供风喷口和混合物喷口之间确定一气流通道供包含燃烧用氧的气流进入上述炉膛内；

一个导向装置，此导向装置设置在上述混合物喷口内相对上述混合物流的上述漏斗形部的上流处，其作用是使上述混合物流沿上述混合物喷口的上述漏斗形部的内周边表面在径向方向上朝外流动；以及

在上述混合物中在稳焰器的下游生成一个负压部的装置。

3.根据权利要求2的燃烧器，其特征在于，上述负压部生成装置是一个气流射流喷口，气流通过此射流喷口在径向方向向里注入到从上述混合物喷口的远端流入上述炉膛内的上述混合物之中。

4.根据权利要求3的燃烧器，其特征在于，多个气流射流喷口沿圆周方向间隔等角度设置。

5.根据权利要求3的燃烧器，其特征在于，上述气流射流喷口设置在上述混合物喷口的远端。

6.根据权利要求3的燃烧器，其特征在于，上述气流射流喷口设置在上述供风喷口上。

7.根据权利要求1至6的任意一项的燃烧器，其特征在于，上述导向器相对上述混合物流的方向设置在与上述混合物喷口漏斗形部和它的其余部分之间的连接部相应的位置上。

8.根据权利要求1至7的任意一项的燃烧器，其特征在于，其构成还包括一个为使上述混合物旋转而设置在上述导向器上的旋流部，以及一个为使旋转混合物整流而设置在上述混合物喷口的上述漏斗形部的内周边表面上的整流器。

9.根据权利要求1至8的任意一项的燃烧器，其特征在于，在上述混合物喷口的内周边表面上形成一个用来减小上述混合物通道的流体通道面积的喉部，并且该喉部位于上述混合物的流动方向上的上述导向器的上游处。

10.根据权利要求1至9的任意一项的燃烧器，其特征在于，上述供风喷口在上述供风喷口和上述混合物喷口之间确定一个二次风通道，并在上述供风喷口和在上述炉膛中形成的开口之间确定一个三次风通道，并且其中上述燃烧器的构成还包括分隔装置，用来在径向方向上将从上述混合物喷口远端流出进入炉膛的上述混合物流与从上述三次风通道流出进入上述炉膛的含氧燃气流分隔。

11.根据权利要求1至10的任意一项的燃烧器，其特征在于，上述供风喷口的远端部是漏斗形，并且使上述漏斗形供风喷口的远端部和上述供风喷口的的轴线之间的角度基本上等于或大于上述混合物喷口的漏斗形远端部和上述混合物喷口的轴线之间的角度。

12.一种燃烧设备，包括上述权利要求1至11的任意一项所定义的燃烧器。

13.根据权利要求12的燃烧设备，其特征在于，上述燃烧设备是锅炉。

14.一种锅炉，其构成包括在炉膛内以适当方式设置以使上述这些燃烧器互相相对并且设置成多层的燃烧器，上述燃烧器具有一个向上述炉膛内延伸的混合物喷口，此混合物喷口确定一混合物通道，包含固体燃料粉和传输上述固体燃料流的气流通过此混合物通道，以及上述混合物喷口的远端部分为漏斗形，该漏斗形使上述混合物通道的流体通道面积在上述混合物的流动方向上越来越扩大。

Claims (13)

1.一种燃烧器，其构成包括：

一个向炉膛内延伸的混合物喷口，此混合物喷口确定一混合物通道，包含固体燃料粉和传输上述固体燃料流的气流通过此混合物通道，以及上述混合物喷口为漏斗形的远端部分，该漏斗形使上述混合物通道的流体通道面积在上述混合物的流动方向上越来越扩大；

一个供风喷口，其在径向方向上围绕上述混合物喷口并在上述供风喷口和混合物喷口之间确定一气流通道供包含燃烧用氧的气流进入上述炉膛内；以及

一个导向装置，此导向装置设置在上述混合物喷口内相对上述混合物流的上述漏斗形部的上流处，其作用是使上述混合物流沿上述混合物喷口的上述漏斗形部的内周边表面直线向前流动。

2.一种燃烧器，其构成包括：

一个向炉膛内延伸的混合物喷口，此混合物喷口确定一混合物通道，包含固体燃料粉和传输上述固体燃料流的气流通过此混合物通道，以及上述混合物喷口为漏斗形的远端部分，该漏斗形使上述混合物通道的流体通道面积在上述混合物的流动方向上越来越扩大；

一个供风喷口，其在径向方向上环绕上述混合物喷口并在上述供风喷口和混合物喷口之间确定一气流通道供包含燃烧用氧的气流进入上述炉膛内；以及

一个气流射流喷口，气流通过此射流喷口在径向方向向里注入到从上述混合物喷口的远端流入上述炉膛内的上述混合物之中。

3.根据权利要求2的燃烧器，其特征在于，多个气流射流喷口沿圆周方向间隔等角度设置。

4.根据权利要求3的燃烧器，其特征在于，上述气流射流喷口设置在上述混合物喷口的远端。

5.根据权利要求3的燃烧器，其特征在于，上述气流射流喷口设置在上述供风喷口上。

6.根据权利要求1至5的任意一项的燃烧器，其特征在于，上述导向器相对上述混合物流的方向设置在与上述混合物喷口漏斗形部和它的其余部分之间的连接部相应的位置上。

7.根据权利要求1至6的任意一项的燃烧器，其特征在于，其构成还包括一个为使上述混合物旋转而设置在上述导向器上的旋流部，以及一个为使旋转混合物整流而设置在上述混合物喷口的上述漏斗形部的内周边表面上的整流器。

8.根据权利要求1至7的任意一项的燃烧器，其特征在于，在上述混合物喷口的内周边表面上形成一个用来减小上述混合物通道的流体通道面积的喉部，并且该喉部位于上述混合物的流动方向上的上述导向器的上游处。

9.根据权利要求1至8的任意一项的燃烧器，其特征在于，在上述混合物喷口的远端设置一个稳焰器。

10.根据权利要求1至9的任意一项的燃烧器，其特征在于，其构成还包括分隔装置，用来在径向方向上将从上述混合物喷口远端流出而进入炉膛的上述混合物流与从上述供风喷口流出而进入上述炉膛的含氧燃气流分隔。

11.根据权利要求1至10的任意一项的燃烧器，其特征在于，上述供风喷口的远端部是漏斗形，并且使上述供风喷口的远端部和上述供风喷口的的轴线之间的角度基本上等于或大于上述混合物喷口的漏斗形远端部和上述混合物喷口的轴线之间的角度。

12.一种燃烧设备，其包括上述权利要求1至11的任意一项所确定的燃烧器。

13.根据权利要求12的燃烧设备，其特征在于，上述燃烧设备是锅炉。

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