專利名稱：燃燒式燃燒器和使用燃燒式燃燒器的燃燒設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃燒式燃燒器，這一發明還涉及一種配置有燃燒式燃燒器的燃燒設備，例如鍋爐、加熱爐以及熱風爐(高爐)。
所描述形式的燃燒式燃燒器含有構成混合流體通道的混合噴嘴，含有固體燃料及用于傳送目的的第一級空氣穿過該通道流向爐子；及構成燃氣通道的燃氣供給噴嘴，第二級燃氣或第二及第三級燃氣流動穿過該燃氣通道。第二級及第三級燃氣流向混合燃氣的周圍。用于點燃目的的油燃燒器配置在混合噴嘴之內。
在傳統的燃燒式燃燒器中，火焰穩定器環繞配置在混合噴嘴出口端的附近，而第二級和第三級燃氣用渦流發生裝置使它們渦動，并從燃氣供給噴嘴噴射。
在燃燒式燃燒器工作期間，包含點燃區內部的未點燃區和點燃區的還原區域形成在混合噴嘴的出口附近，而另外的含有大量氧氣的富氧區形成在還原區域的周圍。通過提高還原區的燃燒率，就可實現低氧化氮(NOx)燃燒。
現在，燃燒式燃燒器必須實現低氧化氮燃燒，而同時必須有大的容量。結果，燃燒式燃燒器的混合噴嘴的直徑就加大了。
當混合噴嘴的直徑增大時，還原區域的點燃區相對地相應減小。結果，還原區域的低氧化氮燃燒被抑制。
因此本發明的目的是提供一種甚至在燃燒式燃燒器具有大容量時能實現低氧化氮燃燒的燃燒式燃燒器。
為此目的，本發明提供一種燃燒式燃燒器，它含有構成混合流體通道的混合噴嘴，含有粉狀固體燃料及用于傳送該固體燃料的輸送燃氣的混合流體穿過該混合流體通道流向爐子；圍繞著混合噴嘴的燃氣通道，含氧的燃氣流動穿過該燃氣通道；以及用于引導出現在混合噴嘴的末端部的外圓周附近的高溫燃氣進入混合流體的裝置。
圖1是本發明的燃燒式燃燒器的一個優選實施例的垂直剖視圖；圖2是沿圖1的II-II截取線所見的前視圖；圖3和4是分別沿圖2的III-III線和IV-IV線的局部剖視圖；圖5是沿圖1的V-V線的剖視圖；圖6是表示圖1中所示的火焰穩定器環的外圓周部分的局部剖視圖；圖7是表示圖1中所示的燃燒器的火焰的剖視圖；圖8是表示圖1中所示的噴射噴嘴附近的混合流體的流動情況的視圖；圖9是表示改進的噴射噴嘴附近的混合流體的流動情況的視圖；圖10至12分別是表示噴射噴嘴的改進結構的視圖；圖13是表示使用圖1中所示的燃燒器的線圖；圖14是表示本發明的燃燒式燃燒器的另外實施例的垂直剖視圖；圖15是沿圖14的XV-XV線截取所見的前視圖；圖16是表示本發明的燃燒式燃燒器的另外的實施例的垂直剖視圖；圖17是沿圖16的XVII-XVII線截取所見的前視圖；圖18是表示本發明的燃燒式燃燒器的另外的實施例的剖視圖；圖19是表示本發明的燃燒式燃燒器的另外的實施例的垂直剖視圖；圖20是沿圖19的XX-XX線截取所見的前視圖；圖21是表示本發明的燃燒式燃燒器的另外的實施例的垂直剖視圖；圖22是沿圖21的XXII-XXII線截取所見的前視圖；圖23是表示本發明的燃燒式燃燒器的另外的實施例的垂直剖視圖；圖24是表示圖21中所示的第二級空氣分隔盤的立體圖25是表示本發明的燃燒式燃料器的另外的實施例的垂直剖視圖；圖26是沿圖25的XXVI-XXVI線截取所見的前視圖；圖27和28是分別表示改進的第二級空氣分隔板的立體圖；圖29至34分別表示的是改進的噴射噴嘴的相應立體圖；圖35和36分別表示的是火焰的狀況的視圖；圖37至39是表示噴射開口的底部視圖；圖40是表示本發明的燃燒式燃燒器的另外的實施例的垂直剖視圖；圖41是表示本發明的燃燒式燃燒器的另外的實施例的垂直剖視圖；圖42是沿圖41的XXXXII-XXXXII線截取所見的前視圖；圖43是沿圖41的XXXXIII-XXXXIII線截取的剖視圖；圖44是表示橋部附近的燃氣流動情況的局部剖視圖；以及圖45是表示改進的橋部的前視圖。
在圖1中所示的燃燒式燃燒器中，含有磨細的燃煤及輸送空氣的混合流體1通過由混合噴嘴2構成的混合流體通道供應給爐子4。火焰穩定器環3配置在混合噴嘴2的末端部，在混合噴嘴2的外圓周部分，火焰穩定器環3具有L型剖面(形狀)。
燃燒空氣(第二級空氣6和第三級空氣9)從風箱5供給到圍繞混合噴嘴2的外圓周的區域。渦流發生裝置7和10將合適的渦流分別地傳給第二級空氣6和第三級空氣9，因此獲得了低氧化氮燃燒的最佳狀態。
第三級空氣9進一步地向外擴散或被導向板11所擴張，因此火焰的中心部分變成空氣缺乏狀態，即是燃料富足狀態。在外圓周空氣與混合流體1混合前，在區域的燃料燃燒率得到提高，所以能實現低氧化氮燃燒。
此處，空氣21是用作內部火焰穩定燃氣，并且是通過內部火焰穩定燃氣供應管22輸給配置在風箱5之內的集氣管23。內部火焰穩定空氣21進一步地通過4個噴嘴24供到混合噴嘴2的末端部。空氣21是從配置在鄰近火焰穩定器環3的4個噴射口25噴向混合噴嘴2的中心部分，因此形成了4個空氣噴氣流26。
如圖5所示，每一空氣噴氣流26起的作用就如同強有力的火焰穩定器，并在它的下游側形成環流14，因此使點燃及火焰穩定成為可能。
如圖6所示，重復循環的高溫燃氣15立即出現在火焰穩定器環3的下游，促進了火焰穩定器環3附近處的點燃和火焰穩定。從內部火焰穩定空氣噴嘴24的各噴射口25分別朝混合噴嘴2的中心部分噴射的空氣噴氣流26起到輸送作用，因此重復循環的高溫燃氣15的部分16沿著空氣噴氣流26流入混合流體1之中，所以該處的點燃和火焰穩定性能得到加強。由于混合流體的擾動被空氣噴氣流26所加強，點燃后該處的燃燒效率提高了。
如果空氣噴氣流26的流動速度是低的，空氣噴氣流26就被混合流體1的流動所沖偏，因此空氣噴氣流26到達混合噴嘴2的中心部分的時間被延遲。為了增大點燃區域，最好使空氣噴氣流26的流動速度不低于混合流體1的流動速度的3倍。
如果空氣噴氣流26在周圍(圓周)方向上的寬度總和對混合噴嘴2的出口的圓周長度的比例是大的，要點燃的大部分磨細煤就被驅向混合噴嘴2的中心部分，所以點燃和火焰穩定性能是低的。當混合噴嘴2的內直徑用d表示(圖1)，而每個火焰穩定空氣噴氣流26的寬度用b表示(圖2)，混合噴嘴2的出口的圓周長度用πd表示，以及空氣噴氣流在圓周方向上的寬度總和用4b表示，那么以下公式成立πd/40≤b≤πd/8利用空氣噴氣流26可在混合流體1的流體中形成負壓部分，而且在混合流體的負壓部分中產生擾動，并且由于空氣噴氣流26的熱燃氣輸送作用，在混合噴嘴2的末端處的混合流體的非點燃區C內(圖7)，點燃和火焰穩定性都增強了。通過從4個空氣噴嘴24徑向朝內地向混合噴嘴2的中心噴入空氣，就能在混合流體的流體中形成負壓部分，空氣噴嘴24配置在挨著混合噴嘴2的末端部分的外圓周處。
在空氣噴氣流沒有延遲到達混合流體的中心部分的情況下，未點燃區C(圖7)中的點燃區增大了，使得從空氣噴嘴24噴出的空氣噴氣流的流動速度不低于混合流體的流動速度的3倍。如果空氣噴嘴24的噴射口的寬度總和落在混合噴嘴的末端的圓周長度的10％與50％之間的范圍內，要被點燃的混合流體將不會被過多地驅向主要噴嘴的中心部分，因此由于燃氣噴氣流的作用就使得在未點燃區C(圖7)中可達到滿意的點燃和火焰穩定性能。
當從每個空氣噴嘴24噴出的空氣的噴射方向垂直于混合流體1的流動方向時，因為混合流體1的流動，來自噴射口25的空氣實際上形成如圖8所示的空氣噴氣流26，在這一燃氣噴氣流26和混合流體1的流體的邊界(它位于稍靠近混合噴嘴2的出口的下游)區域形成點燃和火焰穩定區。
當來自每個空氣噴嘴24的空氣的噴射方向指向(朝著)混合噴嘴2中的上游側時(如圖9所示)，從空氣噴嘴24噴射的空氣噴氣流26被混合流體1的流動驅回到混合噴嘴2的出口，因此在混合噴嘴2的出口形成點燃和火焰穩定區。
如果每個空氣噴嘴24的噴射口25可繞空氣噴嘴24的軸線和/或繞與空氣噴嘴24軸線垂直的軸線擺動，或可軸向地移動，根據燃燒器的形狀，燃料的性質，鍋爐的負荷等等，空氣就能從最佳位置以最佳方向噴射。空氣噴嘴24的數量及其安排不局限于以上描述的那些，但可以進行改良，如圖10至12所示。
在如圖13所示的使用本實施例的燃燒式燃燒器的鍋爐中，由主風扇31供給的部分空氣穿過空氣預熱器34，而剩余部分經旁路繞過空氣預熱器34。經旁路繞過空氣預熱器34的空氣經第一級冷空氣管道32供應到燃燒器，而穿過空氣預熱器34的空氣經第一級熱空氣管道35供應到燃燒器。穿過空氣預熱器34的空氣和旁通空氣預熱器34的空氣的流通率由各自的流量控制調節器33及36來控制，然后經過碾房入口的第一級空氣管道37供給到碾房38，以使煤碾房38的出口溫度達到預定值。
碾磨過和烘干過的煤(磨細的煤)與輸送的空氣一起經煤供給管39供給到相聯的燃燒器，并進一步經混合噴嘴2供應給爐子4。需要的其余空氣(燃燒用空氣)由燃燒風扇41供給。空氣被空氣預熱器34加熱后，它就經燃燒空氣管道42供應到風箱5并經各燃燒器供給到爐子4。
內部火焰穩定空氣21在空氣預熱器34的出口側從第一級空氣供應線上分岔出去，并經內部火焰穩定空氣供應管22供給到每個內部火焰穩定空氣管座23。其后的供給系統如圖1所示。輸送空氣是在較高于燃燒空氣的壓力下供輸的，并適于作內部火焰穩定空氣。因為從空氣預熱器34來熱空氣被用作內部火焰穩定空氣，就具有了混合流體是加熱過的優點，所以提高了燃燒效率。
通過僅在燃燒器工作期間將內部火焰穩定空氣供應給混合噴嘴2，就能達到本發明的目的。因此，在具有多個燃燒器的燃燒設備中，在燃燒器工作期間供應內部火焰穩定空氣而在燃燒器不工作期間停止供應的情況下，用于供應高壓空氣的功率就可減小。從效率的觀點來看這就是優點。
當燃燒器的負荷低時，混合流體1的流動速度是低的，并因此內部火焰穩定空氣的流動速度也可以低。根據燃燒器的負荷或鍋爐(相當于燃燒器負荷)的情況，通過調節內部火焰穩定空氣的量，就能實現高效率的工作，在該情況下，供應內部火焰穩定空氣所需的功率保持在最小量。
出于專用的目的，內部火焰穩定空氣也可由風扇供應。在這種情況下，因為可為內部火焰穩定空氣設定最佳的供應壓力，從功率的觀點看，就可達到有效率的工作。在這種情況下，還可以在空氣預熱器34(圖13)的上游供應低溫空氣和在空氣預熱器34的下游供應熱(高溫)空氣。在這種情況下，通過在各燃燒器工作期間在空氣預熱器34的下游供應熱空氣，在噴射內部火焰穩定燃氣之后，磨細的煤和混合流體1就可被加熱，因此提高了燃燒效率，并且通過當燃燒器停止工作時在空氣預熱器34的上游供應低溫空氣，使各燃燒器的出口部分能被冷卻下來，因此抑制了爐子4的輻射熱的影響。
具有氧氣濃度不低于21％的富氧空氣可用作內部火焰穩定空氣。在這種情況下，點燃和火焰穩定性能進一步提高，所以進一步加強了高效率的低氧化氮燃燒。
本發明可應用于其它燃燒結構。
如圖14中所示的燃燒器中，噴嘴24延長穿過第三級空氣導向板11以便提供4個火焰穩定空氣噴氣流26(圖15)。
圖16中所示的燃燒器中，單個的燃燒空氣供應通道46配置在混合噴嘴2的外圓周的周圍。在這種燃燒器結構中，特別是當渦流傳遞給燃燒空氣時，就在混合流體1的流體和燃燒空氣44的流體之間產生了熱空氣的重復循環流體15，而因此增強了本發明的效果。
圖18中所示的燃燒器中，與圖1中所示的燃燒器相比較，配置了把第二級空氣6從第三級空氣9中分隔開的分隔板27。在這個例子中，由于混合流體1的流體的擴散，混合流體1與外圓周空氣的混合被延遲，因此燃燒器附近的氧化氮繼續還原。
如圖19中所示的燃燒器，混合噴嘴2末端部分的流體通道面積從該處向出口逐漸地減小。空氣噴嘴24順著混合噴嘴2延伸。混合流體1的流體被導向混合噴嘴2的中心部分(即是軸線)，而第二級空氣6和第三級空氣9朝外地渦卷，并因此在混合流體1的流體和燃燒空氣6及9的流體之間產生重復循環流體15，所以增強了本發明的效果。
如圖21中所示的燃燒器含有混合噴嘴2，由磨細煤(燃料)和輸送空氣(第一級空氣)組合成的混合燃氣(磨細的煤流體)就通過它輸送；文杜里(喉縮)管112，它造在混合噴嘴2的內圓周表面上，用于縮聚磨細的煤流體1的流體，以防回火；磨細煤濃度調節裝置114，它設置在油燃燒器110的末端部，油燃燒器110在混合噴嘴2內朝向爐子4延伸以調節磨細煤流體1中的磨細煤顆粒的濃度分布狀態；火焰穩定器環3，它配置在混合噴嘴2的末端，用于點燃磨細煤流體1中的磨細煤和用于穩定火焰；第二級空氣隔離環狀盤116，它強化點燃和火焰穩定并具有把燃燒器的火焰與第二級空氣6相隔離的作用；燃氣噴射噴嘴24，和于把從燃氣供應管22來的燃氣21噴射入爐子4之內，以把火焰穩定器環3附近的熱燃氣帶入到燃燒器的中心部分；第二級套筒118，它構成圍繞混合噴嘴2的外圓周的通道，燃燒的第二級空氣6通過該通道；導向板11，它以擴展方式(喇叭式)造在第二級套筒118的末端；第三級套筒120，它與第二級套筒118結合，在它們之間形成燃燒的第三級空氣9的通道；第二級空氣調節板122，它用于控制所供應的第二級空氣量；以及第三級空氣阻尼器10，它用于控制所供應的第三級空氣9，和用于控制供應到燃燒器火焰的外圓周的第三級空氣的渦卷力。第二級空氣和第三級空氣由風箱5供給，而這些燃燒器的組成部件被安置成露出在該燃燒器的喉部124。
在這一燃燒器中，由磨細煤及第一空氣組成的混合燃氣1(磨細煤流體)被供應給混合噴嘴2。磨細煤流體被文杜里管112所壓縮并因此使在火焰穩定環3附近的磨細煤流體1中的磨細煤顆粒的濃度增大，這是因為采取了應用磨細煤濃度調節裝置114措施的緣故。在環3附近磨細煤的點燃及火焰穩定性都受到影響。在這時候，磨細煤流體1的負壓部分立刻發生在火焰穩定器環3的下游。第二級空氣6的一部分及混合噴嘴2中的磨細煤流體1被吸入這一負壓部分，因此形成磨細煤流體1的點燃區。在點燃區產生了熱燃氣，而利用把燃氣(此處是空氣)的噴氣流分別從各燃氣噴射噴嘴24噴射到混合噴嘴2的中心部分，使這一熱燃氣流入磨細煤流體1之中，此縮小燃燒氣的未點燃區來建立點燃區，這樣就增強了燃燒器的火焰穩定能力。
作為加強在火焰穩定器環3附近的燃料點燃及火焰穩定性能的一種裝置，在混合噴嘴2的中心部分設置了磨細煤濃度調節裝置114。磨細煤濃度調節裝置114安裝在油燃燒器110的末端部的外圓周表面上，油燃燒器10在啟動燃燒器時使用。油燃燒器110不只在啟動燃燒器時使用，而且也在低負荷工作期間使用。在上述形式的燃燒器中沒有裝設油燃燒器，而一種支承(未圖示)可能裝設在油燃燒器要裝設的位置上，而磨細煤濃度調節裝置114可能安裝在這支承上。
如圖23中所特別顯示的，磨細煤濃度調節裝置114安裝在油燃燒器110的外圓周表面上，其外形和梯形板繞油燃燒器110的軸線旋轉所獲的外形相同。磨細煤濃度調節器114的上游側的斜面或斜錐部分具有20°的傾斜角a，而該處的下游側的斜面或斜錐部分具有15°的傾斜角b，并且該處的平行部分(平行于混合噴嘴2的內圓周表面及燃燒器的軸線)的外直徑c與該處在燃氣流動方向上的長度d之尺寸比例r1等于1(r1＝c/d＝1)。
如果磨細煤濃度調節裝置114的平行部分的長度d過長，就需要增大風箱5的尺寸，而這從成本的觀點來看就是缺點。平行部分的外直徑c的尺寸受限于混合噴嘴2的直徑。外直徑c通常約是混合噴嘴2的直徑的0.7倍。為了調整被磨細煤濃度調節裝置114的上游側斜面所濃縮的磨細煤流體1，磨細煤濃度調節裝置114的平行部分的外直徑c與該部分長度d的比例r1(＝c/d)最好是1≤r1≤2。
同樣需要的是，下游側的斜面或造在混合噴嘴2的內圓周表面上的文杜里管112的斜錐部分與燃燒器軸線所成的傾斜角i，應該小于磨細煤濃度調節裝置114的上游側的斜面部分的傾斜角a(i＜a)。
在這個實施例中，傾斜角a大約是20°，而傾斜角i大約是10°。
借助于上游側的斜面部分的作用，使得磨細煤濃度調節裝置114具有一種功能使在混合噴嘴2的內圓周表面附近流動的混合流體中的磨細煤的濃度增加。磨細煤濃度調節裝置114的上游側的斜面的傾斜角a最好是15°至25°。如果傾斜角a小于15°，把磨細煤顆粒吸向混合噴嘴2的內圓周表面的作用就降低，而如果傾斜角a大于25°，大量的磨細煤顆粒碰撞在混合噴嘴2的內圓周表面上，所以這個內圓周表面就更容易被磨損。
為了在燃燒器的出口處形成高溫火焰，在火焰穩定器環3附近增加磨細煤的濃度并且也逐漸降低磨細煤流體1的流速是重要的，以便不使磨細煤流體1與磨細煤濃度調節裝置114的末端部分(下游側部分)脫離。為了實現這一功能，磨細煤濃度調節裝置114的下游側的傾斜面的傾斜角b最好設定在6°至18°，以便逐漸地降低磨細煤流體1的流速。甚至如果傾斜角b小于6°，也能起到相等的濃縮作用，但磨細煤濃度調節裝置114的深度，以及風箱5的深度會過度地增加，這就增大了爐子的尺寸。如果傾斜角b大于18°，就容易發生脫離。
傾斜角a及傾斜角b彼此可獨立地設定。
關于磨細煤濃度調節裝置114的平行部分的功能，在磨細煤流體1被上游側的傾斜面導偏之后，導致磨細煤流體1(它的磨細煤顆粒濃度在混合噴嘴2的內圓周表面附近增加了)在平行于混合噴嘴2的內圓周表面的方向上穩定地流動一小段時間。依靠這個平行部分的結構措施，可利用磨細煤濃度調節裝置114把磨細煤流體1調整到穩定狀態，甚至如果燃料的磨細煤濃度及煤的性質改變了，以及燃燒負載劇烈地改變，流體1都能調整到穩定狀態。
正如從圖23中所示的煤密度所明白表示的，在火焰穩定器環3附近的磨細煤的濃度相對地高，而在燃燒器的中心部分是相對地低。
通過合適地確定磨細煤濃度調節裝置114的傾斜表面的傾斜角及該處平行部分的尺寸，并同樣通過合適地確定文杜里管112的上游側的傾斜部分的傾斜角i，可以增大火焰穩定器環3附近的混合流體中的磨細煤的濃度，并且也可以低速度把混合流體供應給燃燒器的出口，所以在燃燒器的出口處，燃料的點燃和火焰的穩定性必然能達到穩定狀態。
在這個實施例中，第二級空氣隔離環狀盤116被配置用來把第二級空氣6的流體引向混合噴嘴2的末端部的外圓周(見圖22及24)。盤116具有把第二級空氣6與燃燒器火焰隔開的功能，并且還具有立即使第二級空氣6與火焰穩定器環3下游的熱燃氣相混合的功能，因此加強了火焰穩定器環3的點燃和火焰穩定的能力。如圖21和22所示，第二級空氣6的流體的徑向朝內的部分被盤116所隔斷，燃氣噴射噴嘴24的噴射口25開設在盤116的下游。依靠這種安排，來自燃氣噴射噴嘴24的噴氣流26不受第二級空氣6的直接影響，所以噴氣流26產生的磨細煤的輸送作用得到增強。
圖25所示為另外的實施例，其中應用了一組隔離板116來代替隔離盤116。在這個實施例中，裝設了第二級空氣隔離板116，用于在混合噴嘴的出口的末端部的外圓周上把第二級空氣6的流體沿圓周分成四個部分(見圖26和27)。通過利用第二級空氣隔離板116把第二級空氣6的流體分割，火焰穩定器環3的熱燃氣-產生之后就在第二級空氣隔離板116的區域下游與第二級空氣6的流體相混合，所以加強了燃料點燃和火焰穩定器環3的火焰穩定的能力。如圖26中所示，在第二級空氣6自由流動于各第二級空氣隔離板116之間的那些區域，第二級空氣6的沖力相對地大，并因此這些區域具有促使第二級空氣6的流體與燃燒器火焰分離的作用。如果第二級空氣6的流體在爐子4(它直接地配置在燃燒器出口之后)的那個區域與混合流體1混合得太早，就不會發生低氧化氮燃燒(還原燃燒)，而且能有效地把燃燒器火焰和第二級空氣6的流體相隔離。
如圖28中所示，可應用一種結構，在該結構中第二級空氣隔離板116相對于混合噴嘴2的軸線傾斜成一預定角度，在圓周方向上一個搭著另一個。根據這種安排，在任意兩個相鄰板116之間形成裂縫式的間隙。第二級空氣6就從這些間隙噴入爐子的內部。在這種情況下，雖然從各間隙噴入的第二級空氣6的沖力，與通過圖27的板116之間的間隙供給爐子內的第二級空氣6的沖力相比是小，但因為第二級空氣是以薄片方式供給到爐子之中，能起到冷卻第二級空氣隔離板116以防止灰塵沉積在其上的作用。
如圖29中所示，在這一實施例中，每個燃氣噴射噴頭24都具有兩個圓形的(環形的)開口或孔25，孔或開口25違在并穿過具有封閉端部的噴頭的端頭部分的圓周壁，兩個開口25的安排在縱向上是彼此相鄰的。來自開口25的燃氣噴射量是第一級空氣量的2％。
圖30至32表示改良的開口25。開口25可以造在彎曲的噴頭的末端部(圖30)。橢圓形的開口25具有較長的軸線，該軸線沿平行或垂直于噴嘴軸線的方向延伸，該橢圓形開口可造在并穿透具有封閉端部的噴嘴的末端部分的圓周壁(圖31至32)。通過在開口25的圓周邊緣造出導向臺28(如圖33所示)，可增大來自開口25的燃氣的噴射力。
燃氣噴射噴嘴24可在燃燒器的軸線的A方向上移動(圖34)，以便每個燃氣噴射噴嘴24的噴氣流開口25與燃燒器軸線方向上的燃燒器出口之間的距離(即是噴氣流開口25至火焰穩定器環3的距離)，能根據燃料的性質、燃燒器的負荷燃燒狀況、設置在燃燒爐中的燃燒器的級數等等來加以改變。每個燃氣噴射噴嘴24可繞它的軸線在圓周的B方向上(圖34)轉動，以改變燃氣噴射的方向。例如，當使用了對點燃及火焰穩定性不是很有利的高燃料比煤或粗磨煤時，這對于引導噴氣流從燃氣噴射噴嘴24朝向混合噴嘴2的上游側移動是起作用的。
燃氣噴氣流對火焰穩定性的作用將通過參考圖35和36來描述。
熱燃氣的循環流體A出現在火焰穩定器環3(配置在混合噴嘴2的出口部分)的下游區域，并促進了火焰穩定器環3附近的火焰穩定性和燃料的點燃。在圖35的傳統結構中，沒有配備任何燃氣噴射噴嘴24，一大片未點燃區C在點燃區B內部形成。另一方面，在圖36中所示的本發明的實施例中，從各燃氣噴射噴嘴24分別地朝向混合噴嘴2的中心部分噴射的空氣噴氣流26起到了熱燃氣輸送作用，并因此使部分循環流體A沿著空氣噴氣流26流入混合流體(磨細煤流體)1之中，因此加強了該處的點燃和火焰穩定的性能。
因此在本實施例中，當與傳統結構比較時，未點燃區C變小了，而火焰在還原區的溫度相對地升高了，所以氧化氮還原率增大了。而除此之外，利用空氣噴氣流26使混合流體1的擾動增強了，而這一點對增大點燃后的燃燒率是有作用的。
為了增強氧化氮的還原，在高溫的還原火焰中充分地還原氧化氮成氮氣(N2)然后以相應短缺的量來補充燃燒空氣是有利的，由此完成了燃燒。因此，需要把第三級空氣9與火焰隔離開。
在這一方面，導向板11的傾斜角e及尺寸比例r2＝f/g(見圖23)變得重要了，此處f代表與燃燒器的軸線相垂直的導向板11斜面寬度。而g代表燃燒器底座124(它配置在該處傾斜表面的起始端部，并平行于燃燒器的軸線)的開口與平行于燃燒器軸線的第二級套筒118部分的距離。導向板11的傾斜角e是它的擴展(喇叭)端部分與燃燒器軸線之間的傾斜角。
如果導向板11的傾斜角e過大，在混合噴嘴2之中的磨細煤流體1就不能充分地和第二級空氣流6相混合，因此傾斜角e最好是35°至55°。配置在燃燒器出口部分的燃燒器底座124的傾斜部分與燃燒器軸線的傾斜角h最好大約是35°至大約55°。
如果傾斜角e及h兩者都過大，第三級空氣就會在由燃燒磨細煤而產生的燃燒器火焰中占有過大的空間，并且混合作用不能充分進行，所以不能獲得穩定的燃燒火焰。如果傾斜角e及h兩者都太小，把燃燒器火焰與第三級空氣流9分隔的作用就不能充分地達到，并且有過量的第三級空氣流9輸入燃燒器火焰中，因此不能實現磨細煤燃料的低氧化氮燃燒。
最好是，尺寸比例r2(＝f/g)為0.5≤r2≤1。如果f/g小于0.5，把燃燒器火焰與第三級空氣流9分隔的作用就不能充分地實現，而如果f/g大于1，第三級空氣流9將撞擊在導向板11上，而且不能有效地流入爐子4之中。
因此，在這一實施例中，導向板11的傾斜角e設定為45°，而配置在燃燒器的出口部分的燃燒器底座124的傾斜部分與燃燒器軸線的傾斜角h設定為45°，而尺寸比例r2(＝f/g)設定為0.8。
燃氣噴射開口25可以在比例r3(＝a/b)(圖37)不小于1的范圍內具有任何合適的形狀，a是開口25在噴射噴嘴24軸線方向上的長度，b是開口25在噴射噴嘴24直徑方向上的長度。例如，開口25可以是如圖38中所示的矩形。通過設置滿足r3≥1條件的噴射開口25，就可具有一個優點，即噴氣流25不受混合流體1的流體的過多影響就能到達燃燒器的中心部分。
在兩個或更多的噴射開口25造在噴射噴嘴24中的情況下(圖39)，最好的是各噴射開口25的軸線之間的距離不大于開口25的直徑R的2.5倍。如果兩個燃氣噴射口彼此分布得太遠，就會形成兩個分隔的噴氣流。另一方面，如果X/R≤2.5，兩個噴氣流彼此緊密接近，在兩個噴氣流分別地從各自的開口25噴射后立刻就結合成為一個噴氣流，因此不需要增大噴射燃氣的流動率，此外，還可產生從顯著地大的噴射口噴射的噴氣流，以及具有大穿透力的噴氣流。
當應用了不少于兩個噴射開口時，而且增大了噴射開口的表觀孔的直徑而不改變從每個噴射開口噴射的燃氣的流速，燃氣噴氣流的穿透力就能增大。當增加了噴射開口的數量，而保持各噴射開口面積的總和為常數時，為了增大表觀直徑，噴射開口的數量就不受限制。在這種情況下，最好是，眾多的噴射開口沿著燃氣噴射噴嘴的長度方向(即是，在噴嘴軸線的方向上)安排，使得燃氣噴氣流不會遭受到來自混合流體的流體的大阻力。
當來自燃氣噴射開口的燃氣噴射的流速不低于混合流體的流速的3倍時，分別地從各燃氣噴射開口噴射的燃氣噴氣流，加入到朝向該處中心部分、具有足夠穿透力的混合流體的流體中，因此有效地縮減了火焰的未點燃區域。
在圖40中所示的本發明的燃燒器的另外的實施例中，第二級套筒118和第三級套筒120在它們的拐角部分的剖面輪廓是圓形或彎曲的。依靠這種結構，第二級空氣6及第三級空氣9就可輸入爐子中而不用遭受來自套筒118和套筒120的壓力損失，并能以最小的壓力損失而獲得燃燒空氣流體的必要流速。在這種燃燒器中，完全不需要在第二級套筒118上設置調節板122(圖25)，第二級空氣6對第三級空氣9的供應比例用第三級空氣阻尼器10來調節。
在圖40的燃燒器中，燃燒空氣以高速度供應到圍繞磨細煤流體的區域，并且磨細煤顆粒也聚積在入口噴嘴2的內圓周表面的附近，并因此更有效地實現了燃燒器的點燃和火焰穩定功能。
如圖41中所示的燃燒器包含有混合噴嘴2；和在混合噴嘴2內延伸的桿件。此處，桿件就是管202。含有磨細煤及輸送空氣流體的混合流體1流過由混合噴嘴2和管202構成的通道。燃燒空氣流入管202。油燃燒器110在管202之內朝爐子4延伸。外部火焰穩定器204配置在混合噴嘴2的末端部，而內部火焰穩定器206配置在管202的末端部。
濃縮器208配置在管202的外圓周表面上，把混合流體1分成在徑向地朝外的區域流動的高濃度磨細煤的混合流體部分和在徑向地朝內的區域流動的低濃度磨細煤的混合流體部分。
四個橋部300配置成圓周地等角度分布，并徑向地延伸，以使外部火焰穩定器204與內部火焰穩定器206相連接(圖24)。如圖43中所示，每個橋部300具有斜尖朝向上游側的V型截面。因此，橋部300部分地阻斷混合流體1的流動，但不會被混合流體所磨損。每個橋部300可具有朝上游側方向逐漸縮小寬度的U型截面或半圓形截面，并且橋部300的數目不限于4個。
作為部分地阻斷混合流體的流動的方法，空氣噴氣流26可以分別地從燃氣噴射噴嘴24的各個開口25朝混合噴嘴2的中心部分噴射，如同上述實施例中的情況。
如圖41中所示，各橋部和各空氣噴氣流可以此種方式相結合使用，即各空氣噴氣流與各橋部分別地排成一列來使用。
如圖44中所示，由于擾動渦流造成循環流動的A區域形成在外部火焰穩定器204及內部火焰穩定器206的下游(出口處)。相對小尺寸的顆粒的磨細煤被吸入區域A之中，并在燃燒后產生高溫的燃燒燃氣。這一高溫的燃燒燃氣沿著橋部300從外部火焰穩定器204流向內部火焰穩定器206，并促進了內部火焰穩定器206的表面處的混合流體的點燃。
如圖45中所示，通過在內部火焰穩定器206的切線方向上延長橋部300以及空氣噴氣流26，就可使點燃增強到遍及內部火焰穩定器206的表面的全部面積。
在上面的描述中，相同的參照數字代表相同的元件或可起到相似作用的元件，而且在該處省去了解釋。
本發明可應用于使用在燃燒設備中的燃燒式燃燒器上，這些設備諸如鍋爐、加熱爐和熱風爐(高爐)。
權利要求
1.一種燃燒式燃燒器含有構成混合流體通道的混合噴嘴，含有粉狀固體燃料及用于傳送所說的固體燃料的輸送空氣的混合流體穿過該通道流向爐子；圍繞著所說的混合噴嘴的燃氣通道，含氧燃氣流動穿過該燃氣通道；以及使出現在所說的混合噴嘴的末端部外圓周附近的高溫燃氣流入所說的混合流體之中的裝置。
2.根據權利要求1的燃燒器，其特征在于所說的裝置具有能在所說的混合噴嘴的末端部附近的所說的混合流體之中形成負壓部分的裝置。
3.根據權利要求1的燃燒器，其特征在于所說的裝置具有配置在所說的混合噴嘴的末端部附近用于部分地阻斷所說的混合流體的流動的阻斷裝置。
4.根據權利要求2或3的燃燒器，其特征在于火焰穩定器配置在所說的混合噴嘴的末端部。
5.根據權利要求4的燃燒器，其特征在于所說的火焰穩定器的外圓周部分具有L型截面。
6.根據權利要求4或5的燃燒器，其特征在于所說的火焰穩定器配置在所說的混合噴嘴的末端部的外圓周上。
7.根據權利要求4或5的燃燒器，其特征在于所說的火焰穩定器含有配置在所說的混合噴嘴的末端部的外圓周上的外部火焰穩定器，和配置在所說的混合噴嘴的末端部之內的內部火焰穩定器。
8.根據權利要求3至7的任一條的燃燒器，其特征在于所說的阻斷裝置包含配置在所說的混合噴嘴的末端部分的外圓周附近的燃氣噴射噴嘴，以及燃氣是從所說的燃氣噴射噴嘴噴向所說的混合噴嘴的內部，因此部分地阻斷所說的混合流體的流動。
9.根據權利要求7的燃燒器，其特征在于所說的阻斷裝置具有在所說的外部火焰穩定器和所說的內部火焰穩定器之間延伸的橋部。
10.根據權利要求7的燃燒器，其特征在于所說的阻斷裝置包含了在所說的外部火焰穩定器和所說的內部火焰穩定器之間延伸的橋部，和配置在所說的混合噴嘴的末端部分的外圓周附近的燃氣噴射噴嘴，燃氣沿著所說的橋部穿過所說的混合噴嘴進行噴射。
11.根據權利要求8至10的任一條的燃燒器，其特征在于所說的阻斷裝置指向實質上和所說的混合噴嘴的末端部的內圓周相切的方向。
12.根據權利要求9或10的燃燒器，其特征在于所說的橋部指向實質上和所說的內部火焰穩定器相切的方向。
13.根據權利要求1至12的任一條的燃燒器，其特征在于桿狀元件配置在所說的混合噴嘴的徑向的中心部分。
14.根據權利要求7及9至12的任一條的燃燒器，其特征在于桿狀元件配置在所說的混合噴嘴的徑向的中心部分，和所說的內部火焰穩定器配置在所說的桿狀元件的末端部分。
15.根據權利要求1至14的任一條的燃燒器，其特征在于提供了用于把所說的燃氣通道與所說的混合流體通道分隔開的分隔器。
16.根據權利要求4至14的任一條的燃燒器，其特征在于分割板配置在所說的火焰穩定器的末端部，分割板用于把所說的燃氣通道沿所說的混合噴嘴的外圓周周向地分割成數個通道部分。
17.根據權利要求4至14的任一條的燃燒器，其特征在于用于徑向地分隔所說的燃氣通道的環狀隔離板配置在所說的火焰穩定器的末端部。
18.根據權利要求1至7的任一條的燃燒器，其特征在于用于使所說的燃氣通道中的流體徑向地朝外偏轉的導向部分配置在所說的燃氣通道之中。
19.根據權利要求17的燃燒器，其特征在于用來使所說的燃氣通道中的流體徑向地向外偏轉的導向部分配置在所說的燃氣通道之中，和所說的導向部分的末端部設置在所說的燃燒器中的所說的隔離板的上游。
20.根據權利要求1至7的任一條的燃燒器，其特征在于用來使所說的含氧燃氣朝外地偏轉的導向部分以及用于向所說的含氧燃氣傳遞渦卷運動的渦流部分，配置在所說的燃氣通道的至少一部分上。
21.根據權利要求1至19的任何一條的燃燒器，其特征在于所說的混合噴嘴的末端部的流動通道面積朝著該處末端部方向逐步地縮小，并配置了用于向所說的含氧燃氣傳遞渦卷運動的渦流部分。
22.根據權利要求1至21的任一條的燃燒器，其特征在于用來調節所說的混合流體的濃度的調節裝置設在所說的混合噴嘴之內。
23.根據權利要求13或14的燃燒器，其特征在于用來調節所說的混合流體的濃度的調節裝置配置在所說的桿狀元件的一部分上，該桿狀元件位于所說的燃燒器的出口的上游。
24.根據權利要求13、14和23的任一條的燃燒器，其特征在于所說的桿狀元件是具有孔的中空元件，燃氣流動通過該孔。
25.根據權利要求24的燃燒器，其特征在于所說的含氧燃氣的一部分是流動通過所說的桿狀元件的孔并被計量的。
26.根據權利要求22的燃燒器，其特征在于所說的濃度調節裝置具有傾斜的相對端部分，以及配置在所說的兩個傾斜部分之間的平行部分，并且該調節裝置平行于所說的混合噴嘴的內圓周表面，以及所說的濃度調節裝置的上游側的傾斜部分與所說的燃燒器軸線所形成的傾斜角a為15°至25°，而所說的濃度調節裝置的下游側的傾斜部分與所說的燃燒器軸線所形成的傾斜角b為6°至18°，而所說的平行部分的外直徑c與所說的在燃氣流動方向上的平行部分的長度d的尺寸比例r1(r1＝c/d)滿足1≤r1≤2。
27.根據權利要求22或26的燃燒器，其特征在于用來收縮所說的混合流體的流體的文杜里(喉縮)部分配置在所說的混合噴嘴的內圓周表面的一部分上面，位于所說的濃度調節裝置的上游。
28.根據權利要求18或19的燃燒器，其特征在于燃燒器喉部造在所說的爐子的壁上，而且所說的導向部與所說的燃燒器的軸線所形成傾斜角，以及所說的燃燒器喉部的斜面與所說的燃燒器的軸線所形成的傾斜角為35°至55°，與所說的燃燒器的軸線垂直的所說的導向部分的斜面寬度f對所說的燃燒器喉部的開口和所說的燃氣通道的外圓周壁部分之間的距離g的尺寸比例r2(r2＝f/g)滿足0.5≤r2≤1，所說的燃燒器喉部安排在該處斜面的開始端而且平行于所說的燃燒器的軸線，所說的燃氣通道平行于所說的燃燒器的軸線。
29.根據權利要求1至28的任一條的燃燒器，其特征在于所說的燃氣通道是流線型的。
30.根據權利要求8的燃燒器，其特征在于來自所說的燃氣噴射噴嘴的燃氣的噴射速度比所說的混合噴嘴中的所說的混合流體的流速高3倍。
31.根據權利要求8或30的燃燒器，其特征在于從所說的燃氣噴射噴嘴噴射的燃氣噴氣流的寬度總和實質上等于所說的混合噴嘴的末端部的圓周長度的10％至50％。
32.根據權利要求8、30或31的燃燒器，其特征在于來自每個所說的燃氣噴射噴嘴的燃氣的噴射方向是朝著所說的混合噴嘴的上游側。
33.根據權利要求8和30至32的任一條的燃燒器，其特征在于來自所說的燃氣噴射噴嘴的燃氣噴射的流通率，燃氣的噴射位置以及燃氣的噴射方向是根據燃燒器的負荷、固體燃料的性質、和設置在爐子內的燃燒器的級數而變化的。
34.根據權利要求8和30至33的任一條的燃燒器，其特征在于來自所說的燃氣噴射噴嘴的要被噴射的燃氣是由供給固體燃料-輸送空氣的供給系統的低溫部分或高溫部分所供給的。
35.根據權利要求34的燃燒器，其特征在于來自所說的燃氣噴射噴嘴的要被噴射的燃氣在所說的燃燒器工作期是由所說的供給系統的所說的高溫部分所供給的，以及當所說的燃燒器停止工作時是由所說的低溫部分所供給的。
36.根據權利要求8和30至33的任一條的燃燒器，其特征在于風扇或壓縮器配置在用于供給來自所說的燃氣噴射噴嘴的要被噴射的燃氣的供給系統之中，而所說的燃氣是由用于預熱空氣的預熱器的出口所供給的冷空氣或熱空氣。
37.根據權利要求8和30至36的任一條的燃燒器，其特征在于來自所說的燃氣噴射噴嘴的要被噴射的燃氣是氧氣濃度超過21％的富氧空氣。
38.根據權利要求8和30至37的任一條的燃燒器，其特征在于流動控制裝置設置在用于供應來自所說的燃氣噴射噴嘴的要被噴射的燃氣的供給系統之中。
39.根據權利要求8和30至38的任一條的燃燒器，其特征在于來自所說的燃氣噴射噴嘴的要被噴射的燃氣的流通率是根據所說的燃燒器的工作條件而變化的。
40.根據權利要求8和30至39的任一條的燃燒器，其特征在于至少一個燃氣噴射開口是以這樣方式造在所說的燃氣噴射噴嘴之中，即在所說的燃氣噴射噴嘴的軸線方向上的所說的燃氣噴射開口的長度a和在所說的燃氣噴射噴嘴的直徑方向上的所說的燃氣噴射開口的長度b的比例r3(r3＝a/b)大于等于1(r3≥1)。
41.根據權利要求40的燃燒器，其特征在于所說的燃氣噴射噴嘴的所說的燃氣噴射開口是圓形的或橢圓形的。
42.根據權利要求40或41，其特征在于至少兩個所說的燃氣噴射開口造在所說的燃氣噴射噴嘴之中，而所說的燃氣噴射開口的節距(兩者之間的距離)比所說的燃氣噴射開口的直徑大2.5倍。
43.根據權利要求40至42的任一條的燃燒器，其特征在于從所說的燃氣噴射噴嘴噴射的燃氣是熱空氣，該熱空氣被加熱至其溫度高于所說的混合流體的溫度。
44.根據權利要求40至43的任一條的燃燒器，其特征在于具有齒形布置的火焰穩定器板的火焰穩定器安裝在所說的混合噴嘴的外圓周上，并且所說的各燃氣噴射開口分別地安排在從所說的燃燒器的軸線分別地延伸到所說的各火焰穩定器板的垂直線的延長線上。
45.根據權利要求40至44的任一條的燃燒器，其特征在于各燃氣噴射開口的位置在所說的混合噴嘴的軸線的方向上是可變動的，和/或所說的各燃氣噴射開口可平行于或繞所說的混合噴嘴的軸線移動或轉動。
46.一種燃燒設備包含有權利要求1至45的任一條所定義的所說的燃燒式燃燒器。
47.一種鍋爐含有如權利要求1至45的任一條所定義的所說的燃燒式燃燒器。
全文摘要
一種燃燒式燃燒器包含:構成混合流體通道的混合噴嘴(2),含有磨細煤及輸送空氣的混合流體(1)穿過該混合流體通道流向爐子;圍繞著混合噴嘴(2)的第二級和第三級空氣通道,第二級空氣(6)和第三級空氣(9)為燃燒目的而分別地流動穿過空氣通道;配置在混合噴嘴(2)的末端部的外圓周附近的空氣噴射噴嘴。空氣(21)從空氣噴射噴嘴(24)噴向混合噴嘴的軸線,在混合噴嘴(2)的末端部的外圓周附近的高溫燃氣被吸入這個末端部的外圓周附近的混合流體(1)。
文檔編號F23C1/00GK1198207SQ97190929
公開日1998年11月4日 申請日期1997年4月30日 優先權日1996年7月19日
發明者津村俊一, 木山研滋, 神保正, 森田茂樹, 倉增公治, 沖浦邦夫, 野村伸一郎, 森三紀 申請人:巴布考克日立株式會社