[其他]燃烧煤水混合燃料的方法和装置

说明书

本发明涉及到用于燃烧特殊燃料，如难燃的固体燃料、液体燃料或浆状燃料的方法和装置。进一步说，本发明涉及到一种以高燃烧率和减少氧化氮（NO_x）生成物来燃烧煤水混合燃料的方法和装置。

在煤的使用中遇到的问题之一是，固体煤的输送、贮存和搬运往往往比气体和液体燃料困难得多。鉴于这一事实，人们已经作了许多研究和尝试，使煤能像液体燃料那样贮运。在这些尝试中，一种方法是采用煤水混合物。它是磨碎的煤和水的混合物。这个方法被认为是最有前途的，并以其生产和运输的低成本和容易贮运，也就是优良的综合经济性而引起世界各国的重视。

为了成功地燃烧煤水混合物，必须把它以细滴形式喷入炉膛。通常，适于把被雾化介质制成高速雾化介质的所谓双流体喷嘴，适于用来喷射较粘稠的流体如煤水混合物。喷成雾状的流体的速度越高，则喷雾效能越高。雾滴越细，其可燃性也越高。因此，当这种喷嘴用于煤水混合物时，从喷嘴喷出的煤水混合物雾滴的速度，是用风力输送煤粉的速度的5倍。此外，喷成雾状的煤水混合物的燃烧必须要求水份在点燃以前蒸发。部分是由于喷成雾状的燃料的高速度，部分是由于水份蒸发的必然性，着火点往往出现在喷雾状燃料的下游区。着火点向出口处移动，反过来影响火焰的稳定性及燃烧效率。

当然，与燃烧其它燃料的情况一样，燃烧煤水混合物也要求抑制氧化氮生成物。事实上，希望在燃烧煤水混合物时，氧化氮生成物的程度在最大时，与燃烧煤粉时一样小。这同样也要求在火焰中形成一个稳定的还原区。在燃烧空气不足的情况下燃烧，也就是在所谓低空气比燃烧状态下，煤生成还原媒介如氢、一氧化碳等等。因此，为了实现与还原的氧化氮生成物一起燃烧，必须使低空气比下的燃烧区保持稳定。

为解决这个要求，人们已经提出使用一种低氧化氮的煤粉燃烧器，在该燃烧器内，先把燃烧空气与煤完全隔开，然后逐渐地与煤混合，以便稳定地形成一个还原区。

然而，在煤水混合物情况下，点火延迟了一段水份蒸发所需的时间。并且，煤水混合物雾化时以高速度喷入。因此，如前面说过的，火焰往往在距离燃烧器出口很远的地方形成。

换言之，燃烧发生在下游区，在这个区里，煤水混合物与燃烧空气快速混合。因此，不像烧煤粉那样容易形成稳定的还原区。这意味着在煤水混合物情况下实现减少氧化氮生成物是相当困难的。而且，煤水混合物的低可燃性直接引起燃烧效率降低。此外，在远离燃烧器处形成的火焰引起不稳定的燃烧，有点不着火的危险，从而导致燃烧系统可靠性低。

生成的火焰离燃烧器距离远而使燃烧特性变差。因而，设计使火焰尽可能靠近燃烧器就成为研制优良燃烧器的关键。

已经知道，采用旋流形式燃烧空气在燃烧器出口附近区域形成火焰是可能的。例如，日本专利公开NO.208305/1984描述了一种煤粉燃烧器。其中，三次空气采用强旋流形式从三次空气喷嘴喷出，该空气喷嘴设在远离燃料喷嘴处。燃烧空气的强旋流在烧煤粉的情况下是有效的，因为在这种燃烧中，煤粉以与燃烧空气同样的速度喷射。然而，在燃烧煤水混合物情况下，燃料从喷嘴中以3至5倍于燃烧空气的速度成雾状喷射，只用旋流的动量来保持火焰稳定是非常困难的。换句话说，为了用旋流来保持稳定的火焰，旋流的强度必须控制在非常窄的范围内，这只能通过对燃烧器进行高度复杂和困难的控制来实现。

日本专利公开NO.145405/1984描述了一种为燃烧油类燃料，特别是为了缩短火焰而设计的燃烧器装置。该燃烧器对具有像油类燃料那样高可燃性的燃料能产生明显的作用。但是对象煤水混合物那样的低可燃性燃料，则不能产生任何显著的作用。进一步说，该燃烧器有一个包围着燃料喷嘴的主空气喷嘴。并且，主燃烧器的金属件包围着主空气喷嘴。当燃料在主燃烧器金属件中燃烧时，由燃料高速流动而形成的真空区被主空气消除。因此，二次空气进入由主燃烧器金属件所限定的燃烧区，从而避免了可燃性的降低。换句话说，火焰的点燃和维持要求在燃料喷流周围形成一个稳定的环流。送入主空气与这个要求完全背道而弛。因此，日本专利公开NO.145405/1984所表示的燃烧装置，不适用于燃烧煤水混合物。

如上所述，为了实现煤水混合物良好的燃烧，在它的可燃性方面实现明显的改进，是一个重要的技术问题。

本发明的目的之一是改进燃料-特别是煤水混合燃料的可燃性，以便在降低氧化氮生成物的同时，实现稳定火焰和提高燃烧效率。