專利名稱:燃燒煤水混合燃料的方法和裝置的制作方法
本發(fā)明涉及到用于燃燒特殊燃料，如難燃的固體燃料、液體燃料或漿狀燃料的方法和裝置。進(jìn)一步說(shuō)，本發(fā)明涉及到一種以高燃燒率和減少氧化氮(NOx)生成物來(lái)燃燒煤水混合燃料的方法和裝置。
在煤的使用中遇到的問(wèn)題之一是，固體煤的輸送、貯存和搬運(yùn)往往往比氣體和液體燃料困難得多。鑒于這一事實(shí)，人們已經(jīng)作了許多研究和嘗試，使煤能像液體燃料那樣貯運(yùn)。在這些嘗試中，一種方法是采用煤水混合物。它是磨碎的煤和水的混合物。這個(gè)方法被認(rèn)為是最有前途的，并以其生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)牡统杀竞腿菀踪A運(yùn)，也就是優(yōu)良的綜合經(jīng)濟(jì)性而引起世界各國(guó)的重視。
為了成功地燃燒煤水混合物，必須把它以細(xì)滴形式噴入爐膛。通常，適于把被霧化介質(zhì)制成高速霧化介質(zhì)的所謂雙流體噴嘴，適于用來(lái)噴射較粘稠的流體如煤水混合物。噴成霧狀的流體的速度越高，則噴霧效能越高。霧滴越細(xì)，其可燃性也越高。因此，當(dāng)這種噴嘴用于煤水混合物時(shí)，從噴嘴噴出的煤水混合物霧滴的速度，是用風(fēng)力輸送煤粉的速度的5倍。此外，噴成霧狀的煤水混合物的燃燒必須要求水份在點(diǎn)燃以前蒸發(fā)。部分是由于噴成霧狀的燃料的高速度，部分是由于水份蒸發(fā)的必然性，著火點(diǎn)往往出現(xiàn)在噴霧狀燃料的下游區(qū)。著火點(diǎn)向出口處移動(dòng)，反過(guò)來(lái)影響火焰的穩(wěn)定性及燃燒效率。
當(dāng)然，與燃燒其它燃料的情況一樣，燃燒煤水混合物也要求抑制氧化氮生成物。事實(shí)上，希望在燃燒煤水混合物時(shí)，氧化氮生成物的程度在最大時(shí)，與燃燒煤粉時(shí)一樣小。這同樣也要求在火焰中形成一個(gè)穩(wěn)定的還原區(qū)。在燃燒空氣不足的情況下燃燒，也就是在所謂低空氣比燃燒狀態(tài)下，煤生成還原媒介如氫、一氧化碳等等。因此，為了實(shí)現(xiàn)與還原的氧化氮生成物一起燃燒，必須使低空氣比下的燃燒區(qū)保持穩(wěn)定。
為解決這個(gè)要求，人們已經(jīng)提出使用一種低氧化氮的煤粉燃燒器，在該燃燒器內(nèi)，先把燃燒空氣與煤完全隔開(kāi)，然后逐漸地與煤混合，以便穩(wěn)定地形成一個(gè)還原區(qū)。
然而，在煤水混合物情況下，點(diǎn)火延遲了一段水份蒸發(fā)所需的時(shí)間。并且，煤水混合物霧化時(shí)以高速度噴入。因此，如前面說(shuō)過(guò)的，火焰往往在距離燃燒器出口很遠(yuǎn)的地方形成。
換言之，燃燒發(fā)生在下游區(qū)，在這個(gè)區(qū)里，煤水混合物與燃燒空氣快速混合。因此，不像燒煤粉那樣容易形成穩(wěn)定的還原區(qū)。這意味著在煤水混合物情況下實(shí)現(xiàn)減少氧化氮生成物是相當(dāng)困難的。而且，煤水混合物的低可燃性直接引起燃燒效率降低。此外，在遠(yuǎn)離燃燒器處形成的火焰引起不穩(wěn)定的燃燒，有點(diǎn)不著火的危險(xiǎn)，從而導(dǎo)致燃燒系統(tǒng)可靠性低。
生成的火焰離燃燒器距離遠(yuǎn)而使燃燒特性變差。因而，設(shè)計(jì)使火焰盡可能靠近燃燒器就成為研制優(yōu)良燃燒器的關(guān)鍵。
已經(jīng)知道，采用旋流形式燃燒空氣在燃燒器出口附近區(qū)域形成火焰是可能的。例如，日本專利公開(kāi)NO.208305/1984描述了一種煤粉燃燒器。其中，三次空氣采用強(qiáng)旋流形式從三次空氣噴嘴噴出，該空氣噴嘴設(shè)在遠(yuǎn)離燃料噴嘴處。燃燒空氣的強(qiáng)旋流在燒煤粉的情況下是有效的，因?yàn)樵谶@種燃燒中，煤粉以與燃燒空氣同樣的速度噴射。然而，在燃燒煤水混合物情況下，燃料從噴嘴中以3至5倍于燃燒空氣的速度成霧狀噴射，只用旋流的動(dòng)量來(lái)保持火焰穩(wěn)定是非常困難的。換句話說(shuō)，為了用旋流來(lái)保持穩(wěn)定的火焰，旋流的強(qiáng)度必須控制在非常窄的范圍內(nèi)，這只能通過(guò)對(duì)燃燒器進(jìn)行高度復(fù)雜和困難的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。
日本專利公開(kāi)NO.145405/1984描述了一種為燃燒油類燃料，特別是為了縮短火焰而設(shè)計(jì)的燃燒器裝置。該燃燒器對(duì)具有像油類燃料那樣高可燃性的燃料能產(chǎn)生明顯的作用。但是對(duì)象煤水混合物那樣的低可燃性燃料，則不能產(chǎn)生任何顯著的作用。進(jìn)一步說(shuō)，該燃燒器有一個(gè)包圍著燃料噴嘴的主空氣噴嘴。并且，主燃燒器的金屬件包圍著主空氣噴嘴。當(dāng)燃料在主燃燒器金屬件中燃燒時(shí)，由燃料高速流動(dòng)而形成的真空區(qū)被主空氣消除。因此，二次空氣進(jìn)入由主燃燒器金屬件所限定的燃燒區(qū)，從而避免了可燃性的降低。換句話說(shuō)，火焰的點(diǎn)燃和維持要求在燃料噴流周圍形成一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)流。送入主空氣與這個(gè)要求完全背道而弛。因此，日本專利公開(kāi)NO.145405/1984所表示的燃燒裝置，不適用于燃燒煤水混合物。
如上所述，為了實(shí)現(xiàn)煤水混合物良好的燃燒，在它的可燃性方面實(shí)現(xiàn)明顯的改進(jìn)，是一個(gè)重要的技術(shù)問(wèn)題。
本發(fā)明的目的之一是改進(jìn)燃料-特別是煤水混合燃料的可燃性，以便在降低氧化氮生成物的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定火焰和提高燃燒效率。
為此目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種燃燒煤水混合燃料的方法，它包括;把混合燃料以霧狀噴入一個(gè)錐形主予燃室;以繞霧化燃料噴射軸線旋流的形式，把主空氣以小于混合燃料完全燃燒所需的流量，從主予燃室的外園部分，送入與主予燃室相連的二次予燃室，以便形成一個(gè)包圍著混合燃料噴流的低壓區(qū)。該低壓區(qū)用來(lái)使空氣氣體從此主予燃室溫度高的二次予燃室返回主予燃室。從而加速混合燃料中水份的蒸發(fā)并點(diǎn)燃該混合燃料;使混合燃料在二次予燃室中與主空氣剩余部分相混合。以便在低空氣比情況下燃燒混合燃料，形成還原氣氛區(qū)，從而抑制產(chǎn)生氧化氮生成物;以繞混合燃料噴射軸旋流的形式和以使混合燃料足以完全燃燒的流量，把二次空氣送入與二次予燃室相連的爐膛中去，從而充分燃燒混合燃料。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的一種形式，提供了一種燃燒煤水混合燃料的裝置，它包括一個(gè)把上述混合燃料噴成霧狀細(xì)粒，并把它噴入爐膛的燃料噴嘴;一個(gè)與上述燃料噴嘴同軸布置的，從燃料噴嘴一端呈錐形擴(kuò)張的主予燃室;一個(gè)位于上述主予燃室順流區(qū)的二次予燃室;一個(gè)圍繞上述主予燃室外園布置的，適合于把主空氣以繞噴嘴軸線旋流的形式送入二次予燃室的環(huán)形主空氣噴嘴;和一個(gè)圍繞二次予燃室外園布置的，適合于把二次空氣以繞該噴嘴軸線旋流的形式送入爐膛的二次空氣噴嘴。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的另一種形式，提供了一種燃燒煤水混合燃料的裝置，包括一個(gè)用來(lái)把混合燃料噴成霧狀細(xì)粒并把它噴入爐膛的燃料噴嘴;一個(gè)與上述噴嘴同軸布置的主予燃室，主予燃室由一個(gè)具有許多縫隙的火焰穩(wěn)定器來(lái)確定。通過(guò)這些縫隙，密閉空氣以繞燃料噴嘴軸線旋流的形式送入。因此，密閉空氣沿著主予燃室內(nèi)壁流動(dòng);一個(gè)安置在主予燃室順流區(qū)的二次予燃室;一個(gè)位于主予燃室出口外園處的，適合于把主空氣以繞燃料噴嘴軸線旋流的形式送入二次予燃室的主空氣噴嘴;和一個(gè)位于二次予燃室外園的，適合于把二次空氣以繞燃料噴嘴軸線旋流的形式送入爐膛的二次空氣噴嘴。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的燃燒裝置的實(shí)施例的縱剖面圖;
圖2是在圖1所示裝置中安裝的旋流發(fā)生器的透視圖;
圖3是圖1所示燃燒裝置的改進(jìn)型的縱剖面圖;
圖4是表示圖1所示燃燒裝置的燃燒特性曲線圖;
圖5是根據(jù)本發(fā)明的燃燒裝置的另一實(shí)施例的縱剖面圖;
圖6是沿圖5中箭頭A的方向看的燃燒裝置的視圖;
圖7是沿圖6中Ⅶ-Ⅶ線所取的剖視圖;
圖8是圖5中所示燃燒裝置的改進(jìn)型的縱剖視圖;
圖9是在圖8中沿箭頭B方向所取的視圖;
圖10和圖11是圖8所示的裝置的主予燃室的剖面圖和另一種實(shí)施例主要部分的剖視圖。
下面參考圖1和圖2描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的燃燒裝置實(shí)施例具有一個(gè)適合于霧化由煤水混合物組成的稀漿狀燃料的燃料噴嘴1;一個(gè)與燃料噴嘴同軸安裝并從燃料噴嘴端部起呈錐形擴(kuò)張的主預(yù)燃室4;一個(gè)圍繞主預(yù)燃室布置并適合于以繞噴嘴軸線的旋流形式把燃燒空氣送入的環(huán)形主空氣噴嘴2。主空氣噴嘴2具有一個(gè)內(nèi)園筒，它確定了主預(yù)燃室4的外園表面。參考數(shù)字5表示二次予燃室，它由主空氣噴嘴2的外園筒所形成，位于主予燃室的前面。一個(gè)環(huán)形的二次空氣噴嘴3布置在圍繞著二次預(yù)燃室5的外園周表面，適合于以旋流形式輸送燃燒空氣。主空氣噴嘴2的外園筒也作為二次空氣噴嘴3的內(nèi)園筒。參考數(shù)字6表示分別設(shè)置在一次和二次空氣噴嘴2和3的出口上的旋流發(fā)生器，以便使從每個(gè)空氣噴嘴噴出的燃燒空氣形成旋流。數(shù)字7和9分別表示主予燃室體部分和整個(gè)爐膛。
使用中，作為燃料的煤水混合物通過(guò)燃料噴嘴1噴成霧狀細(xì)粒，其平均尺寸范圍通常在40和100微米(μm)之間，并且霧狀煤水混合物在圍繞燃料噴嘴的錐形主預(yù)燃室4中被點(diǎn)燃。隨后煤水混合物在送入主空氣的情況下，在主預(yù)燃室4順流區(qū)的園柱形二次預(yù)燃室5中燃燒，并且在送入二次空氣的情況下，在爐膛中完全燃燒。增加煤水混合物的噴射速度會(huì)使得它被噴成為更細(xì)的顆粒。因此這個(gè)速度通常選擇為比燃燒空氣速度高3至5倍或更高。此外，主空氣是以繞燃料噴嘴1的軸線旋流的形式輸入的。因此，在煤水混合物噴流周圍形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)。這本身又產(chǎn)生了一個(gè)力，它使一部分主空氣，也就是在比主預(yù)燃室溫度高的二次預(yù)燃室中的一部分空氣氣體進(jìn)入主預(yù)燃室4。送入的熱氣用來(lái)加速蒸發(fā)煤水混合物的水分和點(diǎn)燃它。在點(diǎn)火中沒(méi)被用掉的主空氣的剩余部分，在煤水混合物與二次空氣混合之前在二次預(yù)燃室5中與煤水混合物混合。因此以小的空氣比維持燃燒。由于這樣燃燒的結(jié)果，形成一個(gè)還原氣氛區(qū)以便抑制生成氧化氮。然后，煤水混合物在與通過(guò)二次空氣噴嘴3輸送的二次空氣混合以后完全燃燒。
主空氣噴嘴2的空氣出口位于二次空氣噴嘴3的里面，以便在它們之間形成二次預(yù)燃室5。噴射進(jìn)主預(yù)燃室4的主空氣量與在二次預(yù)燃室中消耗的主空氣量之比的控制是通過(guò)控制主空氣旋流的強(qiáng)度或大小來(lái)實(shí)施的。因此，用適當(dāng)選擇旋流強(qiáng)度的方法，形成并維持穩(wěn)定的火焰。這樣，主空氣用作點(diǎn)燃煤水混合物和形成低空氣比燃燒的火焰。主空氣的供氣流量選擇小于煤水混合物完全燃燒所需的流量。
構(gòu)成主預(yù)燃室4的殼體7可以用鋼來(lái)制造。從蓄熱及抗燒蝕壽命的觀點(diǎn)來(lái)看，使用耐熱陶瓷材料或耐火磚是合適的。煤水混合物的燃燒裝置被燃燒的氣體燃料或液體燃料預(yù)熱，直到爐膛溫度升高到足以使煤水混合物生成火焰，這時(shí)通常采取的措施。當(dāng)使用具有大熱容量的磚材料時(shí)，熱量在預(yù)熱期間積蓄起來(lái)，因此，通過(guò)殼體發(fā)出的熱量使點(diǎn)火容易了。也可以用一個(gè)熱發(fā)生器，如作為殼體7的組成部分的陶瓷發(fā)熱器。在這種情況下，煤水混合物噴流能夠被發(fā)熱裝置發(fā)出的熱量加熱，并用調(diào)節(jié)發(fā)熱裝置發(fā)出的熱量來(lái)控制點(diǎn)火。
因此從蓄熱或熱產(chǎn)生特性的觀點(diǎn)來(lái)看，通過(guò)選擇殼體7的材料，當(dāng)上述煤水混合物噴流送入燃燒爐時(shí)改善它的可燃性是可能的。一旦形成穩(wěn)定的火焰，因?yàn)闅んw7被火焰的熱量加熱了，可燃性的意義就變得不那么重要了。
除了供給點(diǎn)火熱量以外，因?yàn)橐愿咚賴娚涞拿核旌衔锏乃俣仍谥黝A(yù)燃室4中被降低了，并且，煤水混合物在它與二次空氣在二次預(yù)燃室5中混合之前被允許長(zhǎng)時(shí)間停留在主預(yù)燃室4中，所以，圖1所示的主預(yù)燃室4在使火焰靠近燃燒爐方面是有效的，也就是，在二次預(yù)燃室中生成火焰變得容易了。
為了最大限度地降低煤水混合物的噴射速度，最好盡可能大地設(shè)計(jì)主預(yù)燃室。然而，過(guò)大尺寸的主預(yù)燃室?guī)?lái)了另外的問(wèn)題，如煤水混合物射流偏轉(zhuǎn)和它的顆粒沉積在內(nèi)壁表面。為此，必須在一個(gè)適當(dāng)尺寸范圍內(nèi)設(shè)計(jì)主預(yù)燃室。此外，主預(yù)燃室4的擴(kuò)張角α大于燃料噴嘴1煤水混合物的噴霧角。
二次預(yù)燃室5被環(huán)形的二次空氣噴嘴3的內(nèi)園柱面限定，并且位于主預(yù)燃室4的順流區(qū)。如前所述，二次預(yù)燃室5用于使煤水混合物能在送入主空氣條件下燃燒。
減少氧化氮生成物的燃燒也被解釋成實(shí)質(zhì)上是要求通過(guò)小空氣比的燃燒形成一個(gè)還原區(qū)。
二次預(yù)燃室的構(gòu)造便于這種小空氣比燃燒，并在主空氣與二次空氣的作用之間形成一個(gè)區(qū)別的界線。
因?yàn)?，二次空氣的出口被設(shè)置在二次預(yù)燃室5的順流區(qū)，所以，煤水混合物與二次空氣的混合適當(dāng)?shù)难舆t了。
此外，因?yàn)槎斡枞际?的內(nèi)壁，即二次空氣噴嘴3內(nèi)筒的存在阻止了主空氣流向外擴(kuò)散，促進(jìn)了與煤水混合物的混合，有利于在低空氣比下的燃燒火焰。
主空氣和二次空氣噴嘴通常是由鋼制成的，為了促進(jìn)低空氣比情況下的燃燒，如予燃室殼體7那樣，用大熱容量的耐熱陶瓷材料或陶瓷加熱器作為這些噴嘴的材料也是有效的。
正如所述，在圖1所示的本發(fā)明的燃燒器中，改善煤水混合物的可燃性以及促進(jìn)穩(wěn)定火焰的形成，從而改善燃燒效率是可能的。此外容易實(shí)現(xiàn)低空氣比下燃燒火焰的形成。還原區(qū)的大小可以增加一個(gè)與二次空氣混合延遲量成比例的量。這樣，圖1所示的燃燒器在消除氧化氮生成物方面是有效的。
煤水混合物與二次空氣混合的時(shí)間延遲引起火焰伸長(zhǎng)，它反過(guò)來(lái)要求裝置本身增加尺寸。通過(guò)二次空氣的渦流可以有效地克服這個(gè)問(wèn)題。也就是說(shuō)，二次空氣流的渦流作用在渦流內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓區(qū)，它反過(guò)來(lái)在火焰的下游側(cè)造成一個(gè)從下游側(cè)向上游側(cè)流動(dòng)的燃?xì)饬?。它反過(guò)來(lái)促進(jìn)煤水混合物與二次空氣混合，因而避免了火焰伸長(zhǎng)。
圖3表示了另一個(gè)實(shí)施例，它和第一實(shí)施例相比有以下不同。也就是說(shuō)，在該實(shí)施例中，包圍著燃料噴嘴1的主予燃室4的擴(kuò)張角與第一個(gè)實(shí)施例的擴(kuò)張角相比是增加了。此外，主予燃室4有一個(gè)緊接著錐形擴(kuò)張部分的延長(zhǎng)的柱狀部分。這種布局，可以獲得一個(gè)大的主予燃室4的容積，從而提高主予燃室的效率。但是，這種布局要求燃燒室的軸與燃料噴嘴1的軸之間有很高的同軸度。否則，送入的主空氣就偏斜了，導(dǎo)致煤水混合物噴流偏離燃料噴嘴軸線。這樣，在燃燒器的生產(chǎn)和裝配中，就要求高度精選和極為精心。
除了和主予燃室4的形狀有關(guān)的特性外，圖3所示的實(shí)施例的特點(diǎn)在于，在二次空氣噴嘴的空氣出口處裝有偏轉(zhuǎn)板，因此與第一實(shí)施例相比，煤水混合物與二次空氣的混合時(shí)間延遲得更多了。顯而易見(jiàn)這種偏轉(zhuǎn)板8也可以裝在圖1所示的第一實(shí)施例的燃燒器上。這種偏轉(zhuǎn)板裝置將有助于進(jìn)一步降低有氧化氮生成率。是否使用偏轉(zhuǎn)板，取決于燃燒器的容量，也就是燃燒器所實(shí)現(xiàn)的燃燒比。若燃燒器的容量大，其尺寸也大，以致于不使用像偏轉(zhuǎn)板8那樣的特殊裝置也可以延遲與二次空氣混合的時(shí)間。相反，當(dāng)燃燒器容量小時(shí)，其尺寸也相應(yīng)的小，以致需要促進(jìn)主空氣與二次空氣的混合。因此，在這種情況下，就需要采用一種適當(dāng)?shù)姆椒?，以便區(qū)分主空氣和二次空氣的作用。
組成主予燃室體7的結(jié)構(gòu)也可以根據(jù)燃燒器的容量進(jìn)行更改。例如，可以附加一塊和圖3所示二次空氣噴嘴上偏轉(zhuǎn)板相類似的偏轉(zhuǎn)板，同時(shí)提高了主空氣渦流的強(qiáng)度或速度，以便在偏轉(zhuǎn)板內(nèi)側(cè)形成負(fù)壓區(qū)，從而提高主空氣進(jìn)入主予燃室4的流量。也可以在主予燃室4的出口內(nèi)圈安裝各種形狀的火焰穩(wěn)定板，以便在主予燃室4出口內(nèi)圈形成一股急劇收縮的流。
當(dāng)煤水混合物中煤的成分具有低可燃性時(shí)，可以省去二次空氣噴嘴。在這種情況下，全部燃燒空氣作為主空氣送入。然而，二次予燃室的裝置在這種情況下也是有效的。因此，在這種布置下，二次予燃室是由整個(gè)燃燒裝置的外壁形成的。
圖4表示用圖1所示燃燒器對(duì)煤水混合燃料進(jìn)行的一次燃燒試驗(yàn)的結(jié)果。作為比較，該圖也表示了日本專利公開(kāi)NO.208305/1984所介紹的燒煤粉的低氧化氮燃燒器使用同樣的煤水混合燃料進(jìn)行的燃燒試驗(yàn)的結(jié)果。該燃燒器用煤水混合物噴嘴來(lái)代替煤粉噴嘴，該燃燒器所用的煤水混合物噴嘴與圖1所示燃燒器使用的噴嘴是相同的。在本圖中，橫座標(biāo)表示未燃燒燃料的重量與爐膛出口處收集的灰燼重量之比。因此，橫座標(biāo)軸上的值越小，燃燒效率則越高。
縱座標(biāo)表示在爐膛出口處所測(cè)得的氧化氮生成物的濃度，把它換算成相當(dāng)于6%標(biāo)準(zhǔn)O2濃度的值。總之，當(dāng)灰燼中未燃燒物質(zhì)較多時(shí)，氧化氮的生成就較少。但是，最理想的是燃燒器使未燃盡物和氧化氮生成物都能減少，這種燃燒特性是非常符合要求的。
試驗(yàn)中所用的煤水混合燃料含有63%重量的太平洋煤和37%重量的水。圖中標(biāo)記口表示用煤粉低氧化氮燃燒器所得到的值。一般說(shuō)來(lái)，煤粉的可燃性比煤水混合物高。因此，采用日本專利公開(kāi)NO.208305/1984所示的燃燒器，即使燃燒空氣與燃料的混合時(shí)間較長(zhǎng)，也能保證高可燃性和減少氧化氮生成物。相反，如在圖4中可以看出的那樣，在用煤粉燃燒器燒煤水混合燃料時(shí)，很難同時(shí)獲得高的減少氧化氮生成物的效果和高的燃燒效率。
用圖1所示燃燒器得到的值用標(biāo)記○畫出，從圖4可以看出，圖1所示燃燒器與燒煤粉的燃燒器相比，能夠在未燒盡物含量很小的范圍內(nèi)，有效地燃燒煤水混合燃料。也可以明顯看出，圖1所示燃燒器在不降低燃燒效率的情況下，使氧化氮的排出減少了。氧化氮的排出量可以通過(guò)控制諸如主空氣和二次空氣之間流量之比以及主空氣和二次空氣的渦流強(qiáng)度這樣的因素來(lái)加以控制。因此，如從前面參考圖4的介紹中可以明白的那樣，根據(jù)本發(fā)明的燃燒器，可以有效地燃燒煤水混合燃料。
下面參考圖5至圖11介紹本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。
圖5至圖8所示燃燒裝置的特點(diǎn)是提供了防止煤水混合物沉積在圖1所示燃燒裝置的主予燃室的內(nèi)壁面上的裝置，其余部分實(shí)際上與圖1所示實(shí)施例相同，因此這些部分就不詳述了。
參考圖5，錐形主予燃室4由火焰穩(wěn)定器10所確定。然而，火焰穩(wěn)定器10具有通常的錐形，其小端和與燃料噴嘴同軸的密封管11相連，其大端和與密封管11同軸布置的套管12相連。套管12配有風(fēng)門15，用于調(diào)節(jié)由風(fēng)箱13供應(yīng)的封閉空氣的流量。如從圖6和7所見(jiàn)到的那樣，火焰穩(wěn)定器具有許多葉片10a，這些葉片沿著燃料噴射的方向延伸每個(gè)葉片10a呈梯形。葉片10a的側(cè)表面傾斜一個(gè)相同的量，把葉片10a如圖7(顯示了葉片的剖面)所見(jiàn)的那樣進(jìn)行排列，使相鄰葉片10a之間形成一個(gè)予定的空隙。因?yàn)榭障妒莾A斜的，封閉空氣14以燃料噴嘴1為軸線形成渦流沿著火焰穩(wěn)定器10的內(nèi)表面流動(dòng)。該渦流的方向與從主空氣噴嘴2出來(lái)的主空氣渦流的方向一致。封閉空氣14的渦流有效地防止了煤水混合物附著在主予燃室4的內(nèi)表面上。封閉空氣14的流量的確定方式是，防止由主空氣造成的使氣體從二次予燃室5倒流回主予燃室4的趨勢(shì)。
如果有煤水混合物沉積在燃料噴嘴1的端部的危險(xiǎn)，可以把少量空氣通過(guò)封閉管11和燃料噴嘴1之間的間隙送入。顯而易見(jiàn)，這個(gè)空氣流量必須以不減少?gòu)亩斡枞际?吸入空氣氣體的方式確定。
圖8表示了在圖5所示的實(shí)施例的火焰穩(wěn)定器上所形成的間隙的一種改進(jìn)型。在這種情況下，錐形主予燃室4也由火焰穩(wěn)定器16所確定。然而，在這種情況下，火焰穩(wěn)定器16由多個(gè)具有不同直徑的錐形環(huán)16a所組成。這些環(huán)16a布置成使小環(huán)的大直徑一端位于大環(huán)的小直徑一端的里面，環(huán)之間留有間隙。套管12裝有渦流發(fā)生器6，用以使從風(fēng)箱13送入套管12的封閉空氣14形成渦流，該渦流通過(guò)間隙進(jìn)入主予燃室4，使空氣沿主予燃室4內(nèi)壁流動(dòng)。該封閉空氣有效地防止了煤水混合物沉積在主予燃室4的內(nèi)壁表面上。
圖10和圖11表示了圖8所示火焰穩(wěn)定器的改進(jìn)型。
圖10所示的火焰穩(wěn)定器具有一個(gè)火焰穩(wěn)定面，從沿著穩(wěn)定器軸線所取的剖面圖看，該穩(wěn)定面在燃料噴嘴的邊a與火焰穩(wěn)定器一端b的連線上呈拱形。在此情況下，封閉空氣有效地沖擊火焰穩(wěn)定器的內(nèi)表面，產(chǎn)生一個(gè)更高的密封效果，阻止煤水混合物沉積。此外，當(dāng)火焰穩(wěn)定器的剖面形狀近似于拋物面形狀時(shí)，就能夠把爐膛內(nèi)火焰的輻射熱聚集到煤水混合物噴流上，從而使煤水混合物中水份汽化并改善噴入的煤水混合物的可燃性。
另一方面，圖11所示的火焰穩(wěn)定器具有一個(gè)火焰穩(wěn)定面。從剖面看，該穩(wěn)定面凸出在燃料噴嘴邊a′與火焰穩(wěn)定器的一端b′的連線之外。在此情況下，煤水混合物的噴嘴和火焰穩(wěn)定面之間的距離到下游端是逐步增加的。因此，即使由于從二次予燃室5吸入空氣氣體而加強(qiáng)了空氣和煤水混合物的混合流動(dòng)時(shí)，煤水混合物與火焰穩(wěn)定面接觸的趨勢(shì)也降低了。因此，圖11所示的布局也有效地防止了煤水混合物沉積在火焰穩(wěn)定器表面上。
盡管本發(fā)明是用把煤水混合物作為燃料這樣的特殊情況來(lái)描述，然而它不是專用的，本發(fā)明可以用于燃燒各種其它燃料。因?yàn)楸景l(fā)明的方法和裝置使通常很難燃燒的煤-水混合物能夠有效地燃燒。顯而易見(jiàn)，本發(fā)明用于燃燒比煤水混合物可燃性高的燃料時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)也是明顯的。
權(quán)利要求
1.一種燃燒煤-水混合燃料的方法，包括把上述混合燃料成霧狀噴入錐形主予燃室；以圍繞噴射混合燃料的噴流軸線成渦流的形式，以小于混合燃料完全燃燒所需的比例，把空氣從主予燃室的外圍部分送入與主予燃室相連的二次予燃室。以便在混合燃料噴流附近產(chǎn)生一個(gè)低壓區(qū)，該低壓區(qū)用來(lái)使空氣氣體從溫度高于主予燃室的二次予燃室返回主予燃室，從而使混合燃料中水份汽化并點(diǎn)燃混合燃料；使混合燃料在二次予燃室中與主空氣的剩余部分混合，因而在低空氣比下燃燒混合燃料，這樣形成一個(gè)還原氣氛區(qū)，從而減少氧化氮的生成；以繞混合燃料噴射軸成渦流的形式，以足以使混合燃料完全燃燒的比例把二次空氣送入與二次予燃室相連的爐膛內(nèi)，從而使混合燃料充分燃燒。
2.一種用于燃燒煤-水混合燃料的裝置，包括一個(gè)用于把混合燃料噴成霧狀細(xì)粒并噴入爐內(nèi)的燃料噴嘴;一個(gè)與燃料噴嘴同軸并從燃料噴嘴一端呈錐形擴(kuò)張的主予燃室;一個(gè)設(shè)置在主予燃室下游的二次予燃室;一個(gè)圍繞主予燃室外圍布置的，用以把主空氣以繞噴嘴軸成渦流狀送入二次予燃室的環(huán)形主空氣噴嘴;一個(gè)沿二次予燃室周圍布置的，用以把二次空氣以繞噴嘴軸成渦流狀送入爐膛的二次空氣噴嘴;
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的一種裝置，其特征是主予燃室是用蓄熱材料制成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2的一種裝置，其特征是主予燃室具有大于混合燃料噴霧角的擴(kuò)張角。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2的一種裝置，其特征是以小于混合燃料完全燃燒所需的比例輸入主空氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2的一種裝置，其特征是以足以使混合燃料完全燃燒的比例輸入二次空氣。
7.一種燃燒煤-水混合燃料的裝置，包括一個(gè)用于把混合燃料霧化成細(xì)粒并把它噴入爐膛的燃料噴嘴;一個(gè)與燃料噴嘴同軸布置的并從燃料噴嘴一端呈錐形擴(kuò)張的主予燃寶。該主予燃室由具有許多間隙的火焰穩(wěn)定器所確定。通過(guò)這些間隙，封閉空氣以繞燃料噴嘴軸成渦流狀送入，從而使封閉空氣沿主予燃寶內(nèi)壁流動(dòng);一個(gè)位于主予燃室下游的二次予燃室;一個(gè)位于主予燃室外圍，用于把主空氣以繞燃料噴嘴軸成渦流狀送入二次予燃室的環(huán)形主空氣噴嘴;一個(gè)位于二次予燃室外圍，用于把二次空氣以繞燃料噴嘴成渦流狀送入爐膛的二次空氣噴嘴。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的一種裝置。其特征是，主予燃室具有一個(gè)比混合燃料噴霧角大的擴(kuò)張角。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7的一種裝置。其特征是主空氣以小于混合燃料完全燃燒所需的比例送入。
10.根據(jù)權(quán)利要求
2的一種裝置。其特征是，二次空氣以足以使混合燃料完全燃燒的比例送入。
11.根據(jù)權(quán)利要求
7的一種裝置。其特征是，火焰穩(wěn)定器包括許多沿混合燃料噴霧方向伸展的葉片，每個(gè)葉片呈具有傾斜側(cè)表面的梯形，這些葉片布置成相鄰葉片之間留有予定的間隙，以便為進(jìn)入主予燃室的密封空氣形成通道。
12.根據(jù)權(quán)利要求
7的一種裝置。其特征是，火焰穩(wěn)定器由多個(gè)不同直徑的錐臺(tái)形環(huán)組成，這些環(huán)布置成小環(huán)的大端位于大環(huán)小端的里面，相鄰的環(huán)之間留有予定的環(huán)形間隙;此外，該裝置還包括與火焰穩(wěn)定器相連的套管以及套管上安置的渦流發(fā)生器，用以使封閉空氣形成渦流。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12的裝置。其特征是火焰穩(wěn)定器具有一個(gè)火焰穩(wěn)定面。從沿火焰穩(wěn)定器軸線的剖面圖看，該火焰穩(wěn)定面對(duì)燃料噴嘴的邊與火焰穩(wěn)定器一端的連線呈凹面。
14.根據(jù)權(quán)利要求
12的裝置。其特征是，火焰穩(wěn)定器具有火焰穩(wěn)定面，從沿火焰穩(wěn)定器軸線的剖面圖看，該火焰穩(wěn)定面對(duì)燃料噴嘴的邊與火焰穩(wěn)定器一端的連線呈凸面。
15.一種燃燒裝置，包括一個(gè)用于把燃料霧化成細(xì)粒并把它噴入爐膛的燃料噴嘴;一個(gè)與燃料噴嘴同軸并從燃料噴嘴一端擴(kuò)張的錐狀主予燃室;一個(gè)位于主予燃室下游的二次予燃室;一個(gè)位于主予燃室外圍并用來(lái)把主空氣以繞燃料噴嘴軸線成渦流狀送入二次予燃室的環(huán)形主空氣噴嘴。一個(gè)位于二次燃燒室外圍并用來(lái)把二次空氣以繞燃料噴嘴軸線成渦流狀送入爐膛的二次空氣噴嘴。
專利摘要
一種燃燒煤水混合燃料的方法。混合燃料成霧狀噴入錐形主預(yù)燃室，以小于燃料完全燃燒所需的空氣流量和繞噴流軸線的旋流形式，把主空氣從主預(yù)燃室送入二次預(yù)燃室，形成繞噴流的低壓區(qū)，然后，燃料在二次預(yù)燃室中與剩余的主空氣在小空氣比下燃燒，形成還原氣氛區(qū)來(lái)抑制氧化氮的產(chǎn)生。然后，以繞噴流軸線的旋流形式和足夠的流量，把二次空氣送入爐膛中，從而使混合燃料完全燃燒。
文檔編號(hào)F23C7/00GK87100090SQ87100090
公開(kāi)日1987年7月29日 申請(qǐng)日期1987年1月8日
發(fā)明者小豆畑茂, 東山和壽, 戶清, 小林啟信, 嵐紀(jì)夫, 稻田徹, 相馬憲一, 大塚馨象, 高橋芳孝, 幸田文夫, 政井忠久, 谷川真清, 川野敬 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 巴布考克日立株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan