專利名稱：組合的低NOx燃爐和NOx排放通道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及燃料爐，具體地涉及一種新穎且有用的用于燃燒礦物燃料的組合爐和NOx排放通道。
低NOx燃碎煤爐，例如美國(guó)專利5，199，355所公開(kāi)的燃爐，依靠空氣和燃料的分級(jí)以減少NOx的釋放。在眾多原因中，這些措施的有效性決定于它們所施用于的燃爐和鍋爐的設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步減少NOx的釋放，使用NOx排放通道(在燃燒空氣排放通道和空氣分級(jí)通道上方)從而從燃爐中去除一部分空氣以在燃燒過(guò)程中引入至下一級(jí)氣流。
在典型的燃?jí)?shí)用鍋爐施用中，將燃爐安置在較低熔爐前和/或后墻的多處水平位上。將低NOx燃爐安放在這些位置以成為新的鍋爐，或?qū)ΜF(xiàn)有的鍋爐改型。對(duì)一給定的施用，從這些燃爐中實(shí)際的NOx釋放由于變化的熱環(huán)境而隨燃爐區(qū)高度而改變。燃爐底部水平位處于熔爐最冷部分，且產(chǎn)生最低的NOx釋放。燃爐的頂部水平產(chǎn)生最高NOx，這是由于在那里熔爐的溫度達(dá)到最高。這導(dǎo)致了熱NOx的形成。
另外，來(lái)自較低燃爐水平位的上行氣流沖撞了上部燃爐的火焰，從而加速了空氣和燃料的混合，這對(duì)NOx提供了燃料。這些效果被記錄在許多鍋爐試驗(yàn)中，它顯示了在使用中除去頂排燃爐減少NOx，而在使用中除去底排燃爐則增加NOx(與使用中的所有燃爐相比)。為了達(dá)到NOx釋放目的，NOx排放通道已變得必不可少。通常將NOx排放通道置于頂部燃爐水平位之上;NOx排放通道的有效性是從燃爐轉(zhuǎn)至通道的空氣量以及燃爐至通道距離的函數(shù)。然而，在現(xiàn)有的眾多鍋爐中難以在燃爐上方找到一個(gè)合適的位置以安放排氣通道。熔爐的高度、或加熱面積的安排、或輔助設(shè)備阻礙了在燃爐上方排放通道的增加。
本發(fā)明提供了用于碎煤燃料和空氣混合物燃燒的燃爐和排放通道組合，它包括一個(gè)爐喉和位于爐喉中央?yún)^(qū)的燃爐噴口。燃爐噴口具有一個(gè)接收碎煤燃料和空氣混合物的入口，以及一個(gè)釋放碎煤燃料和空氣混合物的出口。在爐喉的每一側(cè)面鄰近燃爐噴口的側(cè)面置有一個(gè)二級(jí)空氣管道，以向爐喉提供二級(jí)空氣的第一部分。許多葉片被置于爐喉上部，在燃爐噴口和管道的上方，以及在爐喉的下部，在燃爐噴口和管道的下方，以分散來(lái)自燃爐噴口的二級(jí)空氣的第二部分。
本發(fā)明也提供了燃爐和排放通道的組合，它具有一個(gè)燃爐噴口、和為提供二級(jí)空氣的第一部分的側(cè)旁設(shè)置的二級(jí)空氣管道、和在爐喉上部在燃爐噴口和管道上方為分散來(lái)自燃爐噴口二級(jí)空氣的第一部分而置的多葉片。
成為本發(fā)明特征的許多新穎性特征具體地在所附的權(quán)利要求書(shū)中指明，而形成公開(kāi)的一部分。為了更好地理解本發(fā)明、其操作優(yōu)點(diǎn)和通過(guò)其使用所達(dá)到的具體目標(biāo)，可以參考附圖和說(shuō)明內(nèi)容，其間說(shuō)明了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
附圖中

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)例的示意圖;
圖1a是圖1的正視圖;
圖2是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)例的示意圖;
圖2a是圖2的正視圖;
圖3是采用本發(fā)明的熔爐示意圖;
圖4是本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)例的正視圖;以及圖5是本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)例的正視圖。
本發(fā)明涉及在燃?jí)θ蹱t中燃爐與燃爐上部水平位NOx排放通道功能的結(jié)合。本發(fā)明允許燃燒系統(tǒng)的低NOx釋放，因?yàn)槿紶t中是低NOx，也用作較低燃爐的NOx排放通道。
按照本發(fā)明，圖1顯示了組合的低NOx燃爐/NOx排放通道(CBP)5，它具有供應(yīng)碎煤(PC)和一級(jí)空氣(PA)混合物8的燃爐噴口10。PA/PC混合物8通過(guò)入口11接收，并在噴口10的出口12處被注入熔爐2(圖3)。將一漩流器置于出口12(常規(guī))，未示出)附近的噴口內(nèi)，以利于在燃爐10中空氣/燃料的混合和穩(wěn)定性。將噴口10置于爐喉25的中心區(qū)域。將管道30(圖1a)側(cè)置于鄰近噴口10的每一邊，以供應(yīng)噴口10旁小量的二級(jí)空氣35以快速地混合PA/PC混合物8，其目的在于點(diǎn)火和穩(wěn)定。來(lái)自噴口10和管道30的化學(xué)計(jì)算量是0.50，即50%理論空氣。由管道30引入的二級(jí)空氣35被漩流，以增加PA/PC混合物8的混合，并帶走附近的在熔爐2較低處的燃爐火焰所產(chǎn)生的熱熔爐氣體(圖3)。可供選擇地，氣體流可不經(jīng)漩流便自管道30中釋放，以帶走附近與PA/PC混合物8混合的熱氣體。
空氣漩流量的變化由煤反應(yīng)性和熔爐設(shè)計(jì)而決定。在旋風(fēng)器重燃程序中深度分級(jí)的重燃燃爐經(jīng)驗(yàn)證實(shí)可在熱熔爐氣氛中(在較低熔爐中由旋風(fēng)器產(chǎn)生的情形，而非在其它燃爐中)按化學(xué)計(jì)算量0.50可穩(wěn)定PC火焰。在這些頂部燃爐上很低的化學(xué)計(jì)算量有效地降低了NOx的形成，不然它們將比其它燃爐生成更多的NOx。CBP5很低的化學(xué)計(jì)算量模仿了重燃系統(tǒng)，并且當(dāng)自CBP的燃料部分與較低燃爐7(圖3)產(chǎn)生的熔爐氣體混合時(shí)，有可能減少重燃(燃料分級(jí))時(shí)NOx圖1顯示了剩余二級(jí)空氣35的導(dǎo)入是通過(guò)許多葉片15，它們被置于噴口10和排放通道20的管道30的下方，轉(zhuǎn)移來(lái)自燃爐5的空氣35。通過(guò)葉片15的二級(jí)空氣35的量包括燃爐5的理論和過(guò)量空氣的差值，以及從較低水平位燃爐7(圖3)轉(zhuǎn)移來(lái)的一些空氣。
CBP5內(nèi)在的較低空氣阻力便于增加二極空氣流35超過(guò)用于較低燃爐7(圖3)中的量。另外，葉片5可以是弧形葉片以減少其通過(guò)CBP5的阻力。此外，可調(diào)節(jié)較低燃爐7(圖3)中氣流調(diào)節(jié)器或通風(fēng)裝置，以增加空氣阻力并強(qiáng)迫附加空氣通過(guò)CBP5。此空氣的動(dòng)量會(huì)延遲其與源于CBP5火焰的混合，限制NOx生成，卻提供了與進(jìn)一步進(jìn)入燃爐2的氣體相混合的能量以完成燃燒。雖然大量二級(jí)空氣35被通過(guò)CBP5引入，本發(fā)明在CBP爐喉25處將此空氣35的大部分從煤燃燒的早期分級(jí)中分離出來(lái)。因此，由于在CBP爐喉25產(chǎn)生的很少化學(xué)計(jì)算量的火焰以及通過(guò)將較低熔爐7的空氣轉(zhuǎn)移至CBP5，如圖3所示，完成了NOx的降低，并成為較低燃爐7的一個(gè)NOx排放通道20(圖1)。它的完成不需獨(dú)立的NOx排放通道，而那其實(shí)也可能是不實(shí)際的或會(huì)增加該系統(tǒng)的費(fèi)用和復(fù)雜性。
圖2a和2b顯示了CBP5的第二實(shí)例。如圖2a和2b所示，燃爐噴口10位于爐喉25底部在爐喉25的分配節(jié)段。在噴口10出口12(圖2)附近將PA/PC混合物漩流，以增加混合從而達(dá)到火焰穩(wěn)定性。管道30(圖2a)位于噴口10附近，注入小部分二級(jí)空氣35以產(chǎn)生PA/PC混合物8的組合化學(xué)計(jì)算量0.50。并且，可將空氣35漩流或任意地作為氣流注入，以引進(jìn)PA/PC混合物與附近空氣的迅速混合，從而穩(wěn)定火焰。通過(guò)用于將空氣35轉(zhuǎn)移出燃爐5的位于通道20的葉片15將殘留的二級(jí)空氣35接納入位于通道20的上部燃爐。將葉片15傾斜以使空氣35轉(zhuǎn)向入更高的燃爐2(圖3)從而延遲混合，并且更有效地用作NOx排放通道20。二級(jí)空氣35包括CBP5所需的殘余部分和從較低燃爐7轉(zhuǎn)移出的一些空氣。
按照本發(fā)明，CBP5導(dǎo)致了上部燃爐水平位低的NOx釋放而非很高的NOx，并且對(duì)進(jìn)而產(chǎn)生NOx的低部燃爐用作NOx排放通道20。CBP5通過(guò)利用墻燃單元中的條件為碎煤燃燒系統(tǒng)提供了從總體上降低NOx釋放的方法。在上部燃爐區(qū)的較熱的熱環(huán)境并未增加NOx產(chǎn)生，而被用作一種火焰穩(wěn)定源而成為非常規(guī)的燃爐設(shè)計(jì)，否則的話，在上部燃爐區(qū)會(huì)增加NOx生成。熱氣體以很低的燃爐化學(xué)計(jì)算量增進(jìn)了火焰的穩(wěn)定性。
CBP5與噴口10和管道30一起成為重燃器。這允許利用燃爐喉25其它部位作為NOx排放通道20。將另外的高速二級(jí)空氣35注入燃爐2，并通過(guò)葉片15被轉(zhuǎn)移出CBP火焰以保持其低的化學(xué)計(jì)算量。該被轉(zhuǎn)移的高速二級(jí)空氣35繼續(xù)有效地與燃爐氣體混合以完成類似于傳統(tǒng)NOx排放通道的燃燒。當(dāng)停止對(duì)CBP5供應(yīng)燃料(停止相應(yīng)的粉碎機(jī)的運(yùn)行)，CBP5的功能僅僅是低部燃爐水平位的NOx排放通道。
CBP5的其它變化形式也是可行的。在圖1中說(shuō)明的設(shè)計(jì)選擇是將CBP旋轉(zhuǎn)90°，如圖4所示，以使管道30與噴口10相鄰但僅在噴口10的上方或下方，葉片15水平地從火焰中轉(zhuǎn)移空氣35。這對(duì)鄰近熔爐側(cè)墻的燃爐是有益的，通過(guò)沿著側(cè)墻導(dǎo)入空氣保護(hù)了它免受腐蝕或渣蝕。
圖2和2a的另一可供選擇的實(shí)例是將CBP旋轉(zhuǎn)90°，如圖5所示，以使燃爐噴口10位于爐喉25邊的水平中線上，空氣管道30在其附近，空氣葉片15水平地從火焰中導(dǎo)出空氣。并且，這對(duì)鄰近側(cè)墻的燃爐是有益的，通過(guò)沿側(cè)墻導(dǎo)入空氣以防止渣蝕或腐蝕。
另一種選擇包括通過(guò)燃爐噴口導(dǎo)入煤。雖然重燃實(shí)驗(yàn)已表明以很低化學(xué)計(jì)算量對(duì)煤進(jìn)行漩流對(duì)火焰穩(wěn)定性的益處，但這對(duì)某些反應(yīng)性煤不是必需的。煤可被作為軸向氣流引入，這易于更一步減少NOx另一種選擇是將在出口的煤噴口的外形從圓形改成長(zhǎng)方形以更好地與它所在的燃爐喉節(jié)段或部分相匹配?？諝夤艿滥茴愃频乇桓淖兺庑我愿玫嘏c煤噴口的孔相匹配。在任一情況，空氣管道可裝備有葉片以將空氣轉(zhuǎn)向燃料噴口從而加速混合，而非如前所述那樣使用漩流空氣。
如圖1a和2a所示的空氣管道30的另一種替代可以是在燃爐噴口外體上非流線體，垂直地將空氣接納入噴口旁的孔內(nèi)，其中管道已標(biāo)出，而不用本身管道。此空氣與PA/PC混合物的混合物的混合是通過(guò)在非流線體上的湍流空氣所完成的。
另一種選擇是在燃爐的多個(gè)水平位使用CBP以增進(jìn)NOx的降低，而非僅在頂部燃爐水平位。在燃爐區(qū)升高的燃爐溫度和煤高的反應(yīng)性會(huì)支撐CBP二或更多個(gè)水平位達(dá)到令人滿意的火焰穩(wěn)定性。
另一種選擇是使用燃料而非碎煤。煤噴口可裝備有一個(gè)油霧化器的穩(wěn)定油CBP的燃燒。可通過(guò)使用產(chǎn)生“蝴蝶”或長(zhǎng)方形火焰且更適合于CBP設(shè)計(jì)的組孔噴射頭，利于油燃燒?？赏ㄟ^(guò)位于煤噴口內(nèi)的氣體單元替代油噴霧器或另一種方法，由鄰近于煤噴口并且在氣體管道內(nèi)或間的孔中多個(gè)接管，燃燒天然氣?？赏ㄟ^(guò)方向性接管使氣體火焰與CBP匹配，類似于油燃燒，利于氣體燃燒。
最后一種選擇是在CBP上使用真實(shí)的NOx排放通道，用于第二水平的空氣分級(jí)以進(jìn)一步減少NOx。即，CBP并未失去對(duì)需要最低水平NOx釋放情形時(shí)的額外空氣分級(jí)的可能性。
雖然已詳細(xì)顯示并描述了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例從而說(shuō)明了本發(fā)明原則的施用，但應(yīng)理解本發(fā)明可有其它的表現(xiàn)形式而不偏離這些原則。
權(quán)利要求
1.一種用于燃燒碎煤燃料和空氣混合物的燃爐和排放通道組合，其特征在于，該組合包括爐喉；位于爐喉中央?yún)^(qū)域的燃爐噴口，燃爐噴口具有接收碎煤燃料和空氣混合物的入口和釋放碎煤燃料和空氣混合物的出口；位于爐喉中在噴口每側(cè)鄰近于燃爐噴口的二級(jí)空氣管道，用于向爐喉提供二級(jí)空氣的第一部分；和位于在爐喉的上部燃爐噴口和管道上方以及在爐喉的低部燃爐噴口和管道下方的許多葉片，用于將燃爐噴口的二級(jí)空氣的第二部分轉(zhuǎn)移至爐喉中。
2.如權(quán)利要求1所述的燃爐與排放通道的組合，其特征在于燃爐噴口和管道保持燃爐的化學(xué)計(jì)算比為0.50。
3.如權(quán)利要求1所述的燃爐和排放通道的組合，其特征在于該組合位于燃燒器的上部水平位。
4.如權(quán)利要求1所述的燃爐和排放通道的組合，其特征在于爐喉是圓形的。
5.一種用于燃燒碎煤燃料和空氣混合物的燃爐和排放通道組合，其特征在于，該組合包括爐喉;位于爐喉低部區(qū)域的燃爐噴口，燃爐噴口具有接收碎煤燃料和空氣混合物的入口和釋放碎煤燃料和空氣混合物的出口;位于爐喉中在噴口每側(cè)鄰近于燃爐噴口的二級(jí)空氣管道，用于向爐喉提供二級(jí)空氣的第一部分;和位于在爐喉的上部燃爐噴口和管道上方以及在爐喉的低部燃爐噴口和管道下方的許多葉片，用于將燃爐噴口的二級(jí)空氣的第二部分轉(zhuǎn)移至爐喉中。
6.如權(quán)利要求5所述的燃爐與排放通道的組合，其特征在于燃爐噴口和管道保持燃爐的化學(xué)計(jì)算比為0.50。
7.如權(quán)利要求5所述的燃爐和排放通道的組合，其特征在于該組合位于燃燒器的上部水平位。
8.如權(quán)利要求5所述的燃爐和排放通道的組合，其特征在于爐喉是圓形的。
全文摘要
一種用于燃燒碎煤燃料和空氣混合物的燃爐和排放通道組合，包括爐喉和位于爐喉中央?yún)^(qū)域的燃爐噴口。燃爐噴口具有接收碎煤燃料和空氣混合物的入口和釋放碎煤燃料和空氣混合物的出口。二級(jí)空氣管道位于爐喉中噴口的每一側(cè)邊與燃爐噴口相鄰，用于向爐喉提供二級(jí)空氣的第一部分。許多葉片位于爐喉的上部，在燃爐噴口和管道之上，以及在爐喉的下部，在燃爐噴口和管道之下，用于自燃爐噴口轉(zhuǎn)移二級(jí)空氣的第二部分。
文檔編號(hào)F23C1/12GK1100188SQ9410486
公開(kāi)日1995年3月15日 申請(qǐng)日期1994年4月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月3日
發(fā)明者A·D·拉魯 申請(qǐng)人:巴布考克及威爾考克斯公司