專利名稱:煤粉燃燒爐中的一次空氣交換的制作方法
本發(fā)明一般是涉及煤粉燃燒器，特別是燃燒器的新式和有效的一次空氣交換，這種燃燒器可產(chǎn)生富燃料混合物，以及具有改善煤粉點(diǎn)火狀況的較高的初始溫度。
煤粉燃燒器中原有空氣可用來予熱煤粉并改善煤粉的點(diǎn)火性能。這對難燃煤來說尤其重要。Dougan等人申請并轉(zhuǎn)讓給Babcock和Wilcox公司的美國4，448，135號(hào)專利，是有關(guān)一種在線煤-空氣分離裝置，該裝置將含煤粉的空氣分離成富煤流和貧煤濕流，用以改善低負(fù)載下的運(yùn)行狀況。
Cooper的美國4，173，189號(hào)專利和Carver等人的美國4，381，718號(hào)專利都是涉及一種預(yù)熱燃燒空氣的鍋爐系統(tǒng)。Trozzi的美國4，412，496號(hào)專利則是涉及一種將煤-空氣流分離成兩股獨(dú)立氣流的鍋爐系統(tǒng)。Brashears等人的美國4，492，171號(hào)專利涉及一種固態(tài)燃料燃燒，在該燃燒器中燃燒之前先將燃料與燃燒空氣混合在一起。Azuhata等人的美國4，515，094號(hào)專利涉及一種燃燒器，這種燃燒器具有一級(jí)和二級(jí)噴嘴，可將具有特殊比例的燃燒流噴進(jìn)燃燒室。這些參考資料都為改進(jìn)固態(tài)燃料燃燒器的工況和效率做出了努力。
然而，眾所周知，將較熱的一次空氣輸送至燃燒器可有效地改善不同燃料的點(diǎn)火性能，特別有利于用極難點(diǎn)燃、含有低揮發(fā)性物質(zhì)的煤，這種煤一般至少在200°F以上才可能點(diǎn)燃。從磨粉器出來的一次空氣，因煤的易揮發(fā)物質(zhì)減少，通常具有約150～175°F的溫度;對于低揮發(fā)性煤來說，這一溫度可高達(dá)200°F。進(jìn)一步提高溫度應(yīng)該是有利的，然而這將受到限制;首先受磨粉機(jī)所能承受的一次空氣溫度的限制，其次受磨粉機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)的限制，一般磨粉機(jī)允許的最大出口溫度為200°F。
一種替代的辦法是采用料倉系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用“新鮮”的一次空氣流把從料倉輸送到燃燒器。例如，輸送這種煤的一次空氣流的溫度可在500～600°F范圍內(nèi)。這樣會(huì)大大增進(jìn)揮發(fā)性極低的煤的點(diǎn)燃性。然而，當(dāng)采用料倉系統(tǒng)時(shí)存在一些問題。這類系統(tǒng)一般是用壓縮空氣將煤磨粉機(jī)輸送到料倉，而后將空氣排出。將煤從料倉輸送至燃燒器所用的空氣需加熱的，而且常常比將煤粉直接從磨粉機(jī)輸送到燃燒器的同樣空氣所能達(dá)到的溫度要高。這是因?yàn)楸苊饬四シ蹤C(jī)的限制。然而，在現(xiàn)代工廠中，基本上從未使用過料倉系統(tǒng)，這是因?yàn)橐黾娱_支，而且儲(chǔ)存煤粉中有潛在的爆炸危險(xiǎn)。設(shè)置空氣/煤分離設(shè)備、存儲(chǔ)料倉、控制器，中和設(shè)備及類似設(shè)備開支是很大的。料倉系統(tǒng)還存在難以計(jì)量煤的流量的缺點(diǎn)。由于這一原因，一次空氣交換系統(tǒng)比料倉系統(tǒng)更為可取。
改進(jìn)點(diǎn)火性能也有利于傳流的系統(tǒng)。用點(diǎn)燃性能差的難燃燃料的燃燒器，須燃燒大量的油或天然氣以維持燃料的穩(wěn)定性。當(dāng)這些輔助燃料的價(jià)格按熱量計(jì)比煤貴二至三倍時(shí)，就是一種既貴又不能很好利用寶貴資源的做法。因而，為改進(jìn)燃燒器性能而增加費(fèi)用很容易被證明是有道理的。
在傳統(tǒng)燃燒中燃燒不同燃料的另一種方法是采用專門的燃爐設(shè)計(jì)。低揮發(fā)性煤和無煙煤通常是在下進(jìn)料的“W”型爐中燃燒，這些爐有低耐火材料爐襯。這一安排是根據(jù)熱爐和點(diǎn)燃及燒完這些煤附加的滯留時(shí)間來確定的。這種爐的設(shè)計(jì)是有效的，但比傳統(tǒng)的墻燒式設(shè)計(jì)要貴得多。一次空氣交換式燃燒器可用于燃用相當(dāng)廣范圍的難燃燃料的傳統(tǒng)燃爐設(shè)計(jì)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是改進(jìn)煤粉的點(diǎn)燃性，同時(shí)避免燃燒器效能的下降。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種設(shè)計(jì)簡單、結(jié)構(gòu)牢固、造價(jià)低廉的煤粉燃燒器用一次空氣交換器。本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是從燃燒前的煤/空氣混合物中排除部分初始空氣，并用已加熱的空氣代替，這部分空氣量可根據(jù)燃煤的點(diǎn)火要求來確定。
本發(fā)明提出一種一次空氣交換裝置和一種改進(jìn)煤粉點(diǎn)火的方法。按照本發(fā)明，一種在線分離器可有效地把燃燒器中所用來輸送粉煤于燃燒器的一次空氣的50%排出。(典型情況)同時(shí)，只有一小部分大約10%的煤粉被排出。因此，一種富燃料混合物保留在在線分離器下方的燃燒器的噴嘴處。這種富燃料混合物改善了煤粉的點(diǎn)火狀況，特別是在關(guān)閉狀況下，常用更貧的燃料混合物，這樣有礙點(diǎn)燃。
由于把大約一半的一次空氣和一小部分煤排出，因此能將剩下的煤和另外加熱至600°F的空氣一起提供給噴嘴。按照本發(fā)明，熱空氣由二級(jí)空氣加熱器提供，在將其輸送至單獨(dú)的燃燒器之前，使之通過增壓器風(fēng)扇，將該熱空氣增壓至約5英寸水柱的靜壓。該熱空氣量是由常規(guī)的空氣流量計(jì)量裝置(如文氏管)和控制調(diào)節(jié)風(fēng)門分別調(diào)節(jié)各個(gè)研粉磨粉機(jī)組。這些熱空氣進(jìn)入正好處于管路中分離器下風(fēng)口處的燃燒器噴嘴中，并與剩余的一半富煤粉和一次空氣的混合物混合。因此，該混合物的溫度可超過300°F，這一溫度可極大地提高煤粉的點(diǎn)燃性。
本發(fā)明的根本優(yōu)點(diǎn)在于，它能向燃燒器提供熱的一次空氣/煤粉混合物以促使點(diǎn)燃。在多數(shù)情況下，這些混合物的溫度要比傳統(tǒng)的直接燃燒式磨粉和系統(tǒng)所能獲得的混合物溫度要高。此外，在考慮選擇料倉系統(tǒng)或?qū)ｉT的燃爐設(shè)計(jì)方案時(shí)，這些優(yōu)點(diǎn)就變得更為明顯了。
本發(fā)明對點(diǎn)燃那種難以點(diǎn)燃的煤(如含有低揮發(fā)物質(zhì)的煤)特別有用。盡管它能獨(dú)立使用，但是，當(dāng)把它與一種增強(qiáng)型點(diǎn)火調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)結(jié)合使用時(shí)，本發(fā)明還具有特殊的優(yōu)越性。
本發(fā)明示意圖簡介如下圖1為本發(fā)明的一次空氣交換式煤粉燃燒器的局剖側(cè)視圖。
圖2為面向圖1所示燃燒器喉部方向的局部剖正視圖，為表達(dá)清楚刪除了一些零件。
圖3為產(chǎn)生和控制二次熱空氣方法的示意圖。
圖4為在線分離器的局部剖透視圖，該分離器可將約一半的一次空氣和僅約10%的煤粉排出。
優(yōu)選實(shí)施例描述如下參看各圖，圖1表示的本發(fā)明包括一次空氣交換裝置10，該裝置與煤粉燃燒器12連接，以向燃燒器喉部14供應(yīng)煤粉。喉部14襯砌有耐火材料，且固定在爐壁16上。壁16與風(fēng)箱壁20相隔一段間距，風(fēng)箱22裝在壁16和壁20之間。
通過供應(yīng)管路24將一次空氣和煤粉供給一次空氣交換裝置10，后者包括與供應(yīng)管路24和富燃料管路28連接的彎頭26。在線分離器30位于富燃料管路28的中心，并裝有可調(diào)開度的風(fēng)門以使約50%的一次空氣進(jìn)入分離器30，同時(shí)使另外50%的一次空氣旁通過它并通過富燃料管路28。
由于來自供應(yīng)管路24的煤粉和一次空氣以近90°的轉(zhuǎn)彎角通過彎頭26，因此，離心力造成大多數(shù)煤粉偏移至彎頭26的外園弧區(qū)。由于這一偏移，使大約10%的粉煤和50%的一次空氣流入分離器30。這些混合物由輸送路34和過渡段36輸送至貧混合物噴嘴38。貧混合物噴嘴38將混合物噴射出來，經(jīng)燃燒器喉部14進(jìn)入燃爐，爐中少量的煤被爐喉內(nèi)和爐內(nèi)的主火焰點(diǎn)燃。為了點(diǎn)燃來自燃燒器噴嘴12的富燃料混合物，采用了點(diǎn)火噴槍(圖中未畫出)。
另外90%的煤加上剩下一半的一次空氣則通過富燃料管路28供給燃燒器12。錐形過渡段29把富燃料管28的小直徑部分與大直徑噴嘴48連接。直徑的變化可保證當(dāng)富燃料混合物通過一次空氣變換器10時(shí)，其速度均勻。此外，當(dāng)這些富燃料混合物離開噴嘴48時(shí)，其排出速度等于或低于其在燃料管28較小直徑部分和噴射器32中的速度。
噴射器32將來自熱空氣管路40的熱空氣經(jīng)過葉輪32噴入富燃料混合物中。另一臺(tái)葉輪42供大直徑噴嘴48用，以改善熱空氣與煤的混合狀況，同樣，噴射器32中的葉輪44用來使熱空氣擴(kuò)散到燃料混合物中。
噴嘴48也可裝配渦輪52，用來使噴嘴出口處的煤擴(kuò)散。要求NOx低的應(yīng)用場合最好不用這種渦輪，然而其他一些應(yīng)用場合可采用它。燃燒器12還包括傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器組件50。
圖2為面向噴嘴方向上燃燒器喉部14的情況，該喉部裝有葉輪42、調(diào)節(jié)器組件50和渦輪52，為清楚起見，將上述部件都去掉了。如上所述，為了提高點(diǎn)火區(qū)的溫度和改善貧混合物噴嘴38，燃燒器的喉部14一般都用耐火材料襯砌。
圖3為用于向熱空氣管路40提供熱空氣的設(shè)備示意圖。加熱空氣的溫度最好能達(dá)到大約500～600°F，從而使空氣/燃料的混合溫度高于噴嘴48處的300°F。二次熱空氣從二次空氣管路60輸送出來并通過管路62和控制調(diào)節(jié)器63;喉部風(fēng)扇64使其靜壓升高，并向管路16供應(yīng)空氣。來自預(yù)熱空氣管路61的未加熱空氣通過管路65和控制調(diào)節(jié)器67，到管路66。當(dāng)使用易燃煤時(shí)，控制調(diào)節(jié)器63和67將管路66中的空氣溫度調(diào)整到低于500～600°F。然后，管路66分成若干支管，每個(gè)支管都裝有控制調(diào)節(jié)器68和文氏管70或一些其他空氣檢測裝置。每個(gè)文氏管70都是與一個(gè)控制調(diào)節(jié)器68組合使用的，以便控制輸往多個(gè)燃燒器的空氣流。例如，如圖所示，低位控制調(diào)節(jié)器68與四個(gè)支管40連接，每個(gè)支管為一個(gè)單獨(dú)的燃燒器噴嘴供料。
圖4表示用于一次空氣交換裝置10的內(nèi)分離器組件。分離器30和噴射器32構(gòu)成一個(gè)單元，該單元包括管座72，用來支撐管82;管82構(gòu)成分離器30的進(jìn)氣端和噴射器32的輸出端。隔板76擴(kuò)展到管82內(nèi)和管座72內(nèi)，且隔板76把分離器30與噴射器32分隔開。如圖所示，熱空氣管路40與管座72的一側(cè)連接，同時(shí)導(dǎo)管34自管座72向下伸出，并處于隔板76相對的一側(cè)。
按照本發(fā)明，當(dāng)必須保持火焰穩(wěn)定性時(shí)，噴入燃爐的熱空氣量是隨磨粉機(jī)的負(fù)荷而變化的。供給每個(gè)燃燒器的熱空氣是從控制調(diào)節(jié)器68經(jīng)過管路40分別輸往每個(gè)燃燒器。圖3所示的例子表明，每個(gè)磨粉機(jī)可為4個(gè)燃燒器供料。
一次空氣交換裝置10，一般與穿過噴管底部的連接管相連。這樣做是為了避免大量煤沿著彎頭26，燃料管路28和噴嘴48的內(nèi)上壁移動(dòng)而產(chǎn)生的磨蝕作用。在燃燒器的彎頭以一定角度插入的不同情況下，一次空氣交換裝置10可重新取向。
例如在煤的揮發(fā)性物質(zhì)極大波動(dòng)或其他因素造成點(diǎn)火性能改變的情況下，將慎重地調(diào)節(jié)空氣噴射器32提供的空氣溫度。這就是，四周冷卻空氣與二次空氣混合，將降低所供空氣的溫度。這種辦法比簡單地關(guān)閉熱風(fēng)要好;后一種方法會(huì)由于缺少這種附加空氣而造成煤的輸送速度急驟下降，從而導(dǎo)致煤返回燃燒器12內(nèi)燃燒。另一方面，在煤燃燒極為困難的情況下，可采用比二次空氣溫度高得多的單獨(dú)的熱空氣源。
用循環(huán)流動(dòng)的燃?xì)獯鏌峥諝鈬娚溥M(jìn)燃燒器12也能降低NOx的含量。采用流動(dòng)燃?xì)鈺?huì)大大降低燃燒器12出口處的化學(xué)成份比。對煤來說，NOx的減少是與脫去揮發(fā)成分階段(在此階段含氮物質(zhì)是從煤的顆粒中釋放出來的)減弱氧化作用能力直接聯(lián)系的，因此這種情況是不良的。
在用新鍋爐時(shí)，為了方便起見應(yīng)選擇貧混合物噴嘴38的位置。此處，為喉部而開啟的彎管只伸出幾英寸以設(shè)置噴嘴，即，使園稍微打開成為長方形。為了適應(yīng)改型的應(yīng)用，另一個(gè)空氣口的安置就更簡單了，與喉部鄰接即可。
為介紹本發(fā)明原理的應(yīng)用，這兒已詳細(xì)描述了本發(fā)明的特征，這將使人們明白不違背這些原理本發(fā)明是可以具體化的。
權(quán)利要求
1.粉體燃料燃燒器用的一次空氣交換裝置，包括用來向燃爐供應(yīng)一次空氣和粉狀燃料混合物的供應(yīng)管路；與上述供應(yīng)管路固定連接的分離器裝置，用來從上述供應(yīng)管路中排出通常包含一半一次空氣和百分比相對很少的上述粉體燃料的一次混合物；與上述供應(yīng)管路連接的富燃料管路，用來輸送二次混合物(包含剩余的上述一次空氣和經(jīng)過上述分離器的所剩相當(dāng)百分比的上述粉狀燃料)，上述富燃料管形成噴管以便將上述二次混合物噴進(jìn)上述燃爐；上述燃爐中的熱空氣噴射器和上述分離裝置，用來將熱空氣噴進(jìn)上述富燃料管路以便使其與上述二次混合物混合；以及，與上述熱空氣噴射器連接的熱空氣裝置用來向上述熱空氣噴射器提供上述熱空氣。
2.如權(quán)利要求
1中所述的裝置還包括一定形狀構(gòu)成的燃燒器喉部，具有處于一定位置的富燃料管路，用來將上述二次混合物供給上述喉部;與上述分離器連接的管路，用來輸送上述一次混合物;以及，與上述管路連接并伸延至上述喉部的二級(jí)噴嘴，用來將上述一次混合物輸送進(jìn)上述喉部。
3.如權(quán)利要求
2中所述的裝置，其中上述熱空氣噴射器包括一個(gè)出口端，上述分離器包括一個(gè)經(jīng)軸向校準(zhǔn)的入口端(面向與上述噴射器的上述出口端相對的方向)。
4.如權(quán)利要求
3中所述的裝置，其中上述富燃料管路包括第一小直徑部分和第二大直徑部分。
5.如權(quán)利要求
4中所述的裝置，其中上述分離器裝置包括將上述粉狀燃料集聚在上述供應(yīng)管路中某區(qū)域的裝置。
6.如權(quán)利要求
5中所述的裝置，其中上述分離器裝置包括一個(gè)與上述供應(yīng)管路固接的彎頭，上述粉狀燃料流經(jīng)上述彎頭并聚集于上述彎頭的外半徑區(qū)。
7.如權(quán)利要求
2中所述的裝置，其中上述導(dǎo)管和上述噴射器的出口自上述富燃料管路向下伸延。
8.如權(quán)利要求
1中所述的裝置，其中上述熱空氣裝置包括熱空氣供應(yīng)管路，以及與上述熱空氣噴射裝置連接的冷卻空氣管路，上述熱空氣裝置還包括裝在上述每條供應(yīng)管路上的流量控制裝置，用來調(diào)節(jié)輸送到上述噴射器中熱空氣的溫度和流量。
9.如權(quán)利要求
8中所述的裝置還包括同心安裝在上述富燃料管路中的管2;與上述管子連接并與上述管子內(nèi)部連通的箱，以及，位于上述箱和上述管子中的隔板將上述箱和上述管子分隔成第1和第2部分，其中上述箱的上述第1部分和上述管子構(gòu)成上述分離器，上述箱的上述第2部分和上述管子構(gòu)成上述熱空氣噴射器。
10.用來將粉狀燃料輸送到粉狀燃料燃燒器的一次空氣交換方法包括通過供應(yīng)管路輸送粉狀燃料和一次空氣的混合物;從上述供應(yīng)管路排出通常由一半上述一次空氣加相對小百分比的上述粉狀燃料組成的一次混合物;將由所剩上述一次空氣和上述分離器出口段處所剩相對大百分比的上述粉狀燃料構(gòu)成的二次混合物輸送至富燃料管路;將熱燃?xì)鈬娺M(jìn)上述富燃料中以形成燃料和熱燃?xì)獾幕旌衔?以及，將上述燃料和熱燃?xì)獾幕旌衔飮娙肴紵鲊娮煲员泓c(diǎn)燃。
11.如權(quán)利要求
10中所述的方法，包括將上述燃料和熱燃?xì)獾幕旌衔飮娙豚徑鲜鋈紵骱聿恐行膮^(qū)的燃爐的喉部，以及將上述第1混合氣輸送進(jìn)上述燃燒器喉部。
專利摘要
用于粉狀燃料(如煤)燃燒器的一次空氣交換裝置及燃燒器包括供應(yīng)一次空氣和粉狀燃料混合物的供應(yīng)管路，具有在供應(yīng)管路內(nèi)進(jìn)氣口的分離器。粉狀燃料的大約90％通過該分離器，只有約10％隨大約一半的一次空氣進(jìn)入該分離器。這些空氣與少量燃料的混合物從分離器送至噴嘴，并在此處被輸送進(jìn)燃爐的燃燒器喉部。熱空氣被噴射進(jìn)由一半一次空氣與大百分比粉狀燃料組成的剩余混合物內(nèi)，以便在將其噴射進(jìn)燃爐燃燒之前加熱。
文檔編號(hào)F23D1/00GK86104994SQ86104994
公開日1987年3月18日 申請日期1986年8月16日
發(fā)明者阿爾伯特·D·拉·魯, 羅格·A·克洛克, 諾曼·F·史密斯 申請人:巴布科克和威爾科斯公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan