[发明专利]用于低品质燃料的具有火焰稳定/中心喷气装置的燃烧器

说明书

本发明涉及一种用于燃烧低品质燃料的中心空气射流燃烧器，其包括具有燃料入口和燃料出口的环形管。核心管包括第一开口和限定了内侧区域的相对的第二开口，核心管在环形管内延伸，限定了第一环形区域。燃烧器弯头被配置成给燃料入口和第一开口供应包含粉状燃料和主空气的燃料空气流混合物。核心管的第一开口相对于环形管的燃料入口偏心地对齐，从而使得流过燃烧器弯头的燃料空气流混合物被分为在第一环形区域内具有数量增加的粉煤的外侧富燃料流和在内侧区域内具有数量增加的主空气的内侧贫燃料流。

技术领域

本发明总体上涉及采用比如低质粉煤的燃烧粉状燃料的燃烧器喷嘴进行燃烧的方法和设备。更具体地，本发明涉及在低质粉煤的点火和燃烧期间减少氮氧化物并产生更稳定的火焰，本发明将关于上述内容进行描述。但是应当明白所述的示范实施例也可用在其他类似应用场合。

在燃烧期间，燃料中的化学能在锅炉炉膛内被转换成热能。热能被锅炉内的吸热面吸收以产生蒸汽。用于炉膛内的燃料包括各种固体，液体和气体物质，包括煤，天然气和柴油。燃烧将燃料转变为大量的化合物。水和二氧化碳(CO₂)是完全燃烧的产物。不完全燃烧反应可能导致不期望的副产物，它们包括未燃烧的碳颗粒，一氧化碳(CO)和烃(HC)。

出于多种原因，大型粉煤(PC)燃烧锅炉被越来越多地用于承担频繁变动的负荷。由于运行水平的变化增加了这些锅炉在低负荷条件下的运行。这提高了对低负荷性能仍能使氮氧化物(NO_x)的形成保持在可接受的最低水平的可靠高效的燃烧器的要求。增加NO_x形成的关键因素是紧接着燃烧器喷嘴下游的燃烧区中的可利用氧。

比如在授予Vatsky等人的美国专利No.4,497,263和授予Itse等人的No.4,457,241中所描述的典型的燃烧器喷嘴是这样的类型，粉煤颗粒在于锅炉中燃烧之前被集中到空气-煤流的中心。这种方法虽然对粉煤的燃烧来说是足够的，但是由于在燃烧期间的可利用的氧气而增加了NO_x的形成，。

另一个受燃烧器喷嘴性能所影响的因素是火焰的稳定性。燃料从喷嘴喷出的速度对于火焰稳定性来说是最重要的。低燃料速度给颗粒的加热和在燃烧器喉部点燃提供了更多的时间，因此获得更稳定的火焰。如低挥发性煤之类的难以点燃的燃料尤其地从低燃料速度中受益。低速还可以在燃烧之前用于限制空气-燃料混合，这减少了燃烧期间的可利用氧，从而减少了NO_x的形成。

典型的圆形低NO_xPC燃烧燃烧器具有在燃烧器中轴向定位的煤喷嘴。通过限制向火焰近场的燃料中引入的空气，减少在挥发期间的可利用O₂，从而实现了NO_x减少。限制与辅助空气在近场中的混合的燃料比有利于上述效果的实现，并且通过轴向(或近轴向)喷射PC到火焰中来实现。直接结果是燃料射流向下前进到火焰中心，在挥发完成之后产生持续较长时间的浓的富燃料条件。火焰下游的这种长时间的富燃料中心部分延迟了烧焦反应(没有氧化剂)。被延迟的烧焦反应会导致未燃烧可燃物、即未燃烧碳(固相)和一氧化碳(气相)的增加。所述未燃烧可燃物的增加是很多低NO_x燃烧器的特征。