专利名称：粉煤燃烧装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及粉煤燃烧装置，特别涉及燃烧炉底部有特殊火焰护圈的粉煤燃烧装置。
近来燃料情况的变化增加了许多以煤为原料的燃煤锅炉作工业锅炉，例如热电厂的大容量锅炉。
在这样的燃煤锅炉中，煤被粉碎机粉碎成200目的细粉煤，其含量例如70%，因此，提高了煤燃料的燃烧效率。煤中含有大量氮(N)以及碳(C)和氢(H)。粉煤燃烧期间产生的NOX量大于气体燃料和液体燃料燃烧产生的NOX量。因此，希望尽可能地减少产生的NOX量。
燃料燃烧期间产生的NOX主要分为两类，即气流NOX(thermal Nox)和燃料NOX。气流NOX由空气中的氮(N)氧化燃烧产生。气流NOX的产生主要取决于火焰温度。火焰温度越高，产生的气流NOX量越大。另一方面，燃料NOX由燃料中含有的氮(N)氧化产生。燃料NOX的产生主要取决于火焰中的氧浓度。过量氧的比率越大，产生的燃料NOX量越大。
已经有各种方法，例如向燃烧室多级送风的多级燃烧方法和将氧含量低的燃气引入燃烧区的废气循环方法作为限制产生NOX的燃烧方法。任何一种方法都试图通过低氧燃烧降低燃烧火焰温度来限制气流NOX的产生。
通过降低燃烧温度能限制气流NOX的产生。然而，燃料NOX不取决于燃烧温度，通过降低燃烧温度不能完全限制燃料NOX的产生。
因此，降低火焰温度的通常方法对含有少量氮(N)的气体燃料或液体燃料的燃烧是有效的，但对一般含1-2%(重量)氮的粉煤燃料的燃烧并不如此有效。
另一方面，粉煤燃烧包括放出挥发组分的粉煤热分解过程，放出的挥发组分的燃烧过程和热分解后可燃固体组分(在下文指的是炭)的燃烧过程。
挥发组分的燃烧速率大于固体组分的燃烧速率。挥发组分在燃烧初始阶段燃烧。此外，在热分解过程中粉煤中含有的氮分成两部分，一部分氮像其他可燃组分一样通过挥发放出，另一部分氮则留在炭中。
因此，粉煤燃烧期间产生的燃料NOX是由挥发氮(N)生成的NOX和炭中氮(N)生成的NOX组成。由于炭燃烧期间由炭不断产生燃料NOX，直到燃料燃烧的最后阶段。因而，对此采取防范措施是十分重要的。
已知在燃烧开始和氧气不足的燃烧区，挥发氮(N)可变成化合物，例如NH3和HCN。这些氮化合物不但与氧反应变成NOX，而且可作为还原剂与NOX反应，将NOX分解成氮(N)。
在与NOX同时存在的系统中，增进了由氮化合物引起的还原反应。在无NOX存在的系统中，大部分氮化合物氧化成NOX。当存在低氧气氛时，也可能先生成还原物质。
根据粉煤燃烧NOX还原的方法，由于NOX和具有还原性的氮化合物共同存在，由氮化合物引起的NOX还原为氮(N)是有效的。
换言之，采用具有还原性的氮化合物，例如NH3或其他类似化合物作为NOX母体，能减少产生的NOX的量和NOX母体的量。这对减少NOX是有效的。
在常用的粉煤燃烧装置中，燃烧炉底部装有金属火焰护圈。根据这种情况在该装置的燃烧室中沿着燃料流动方向按顺序有还原区、脱硝酸盐区和完全燃烧区。在还原区周围还有氧化区。
关于这样的设备，粉煤通过火焰护圈喷进燃烧室。在护圈内产生涡流，结果将粉煤夹带进涡流中，也将空气从外面夹带进去，促进燃烧火焰的形成。
如上所述，当在燃烧炉附近通过火焰护圈形成还原区时，粉煤燃烧产生的氧化氮在还原区分解成挥发氧化氮(VolatileN)和含氧化氮的炭(CharN)如下所述。
挥发N含有还原的中间产物，例如CO或基团，例如·NH2、·CN。
虽然少量的NOX是在还原区就地产生的，但正如式(2)所示，在粉煤中含有的烃基(例如·CH)能将NOX能转化成还原的基团。
在氧化区，来自还原区的挥发N和空气中含有的氮(N2)被氧化，因此，正如式(3)和(4)所示，产生燃料NO和气流NO。
在脱硝酸盐区，氧化区产生的NO与还原区的还原中间产物(·NX)反应，产生N2，进行如下的自身脱氮。
其中X表示H2、C，等等。
在完全燃烧区，未燃烧的组分和含有上述CharN的炭完全燃烧。以约百分之几的转化速率将CharN转化成NO。人们希望尽可能地使炭中含有的氮(N)释放到气相中。
如下所述，火焰护圈装置能改善火焰维持性能。因此，实现低NOX燃烧，并能减少未燃组分的量。
如上所述，常用的火焰护圈是由金属制成的。火焰温度一般高达1200-1400℃，在护圈内的粉煤以15米/秒流动。由于这样高的火焰温度，火焰护圈的护板被烧坏，由于与粉煤的碰撞，火焰护板惊人地磨损。因此，常常需要用新的火焰护圈代替烧坏和磨损的火焰护圈。
因此，本发明的目的提供一种装有强抗磨性和强抗烧坏的火焰护圈的粉煤燃烧装置。
根据本发明，提供的粉煤燃烧装置包括燃烧炉，粉煤和载体介质通过该燃烧炉，在燃烧室内燃烧，和安装在所说的燃烧炉底部的火焰护圈，火焰护圈包括喇叭管和环形板，环形板有许多彼此等角间距径向向内的凸出部件，其中所说的环形板由许多陶瓷片和许多固定元件组成，其中二个交替排列，装配成所说的环形板，所说的陶瓷片加工成凸出径向向内的形状，在装配时用作所说的凸出部件，所说的陶瓷片的相对边上有光滑的弧形边缘表面，所说的固定元件的相对边上有光滑的弧形边缘表面，该表面与所说的陶瓷片的相邻两个陶瓷片的弧形边缘表面啮合。
从下面关于本发明最佳实施方案的描述可明显地看到本发明其他目的和相当好的优点。
图1是根据本发明的一个实施方案火焰护圈的局部放大图。
图2是装有图1所示护圈的粉煤燃烧炉的纵剖视图。
图3A和3B是图1所示护圈的陶瓷片和金属系固物的正视图。
图4是图1所示护圈的原部件分解透视图。
图5是图4所示原部件组装的透视图。
图6是根据本发明另一个实施方案火焰护圈的局部放大正视图。
图7是图6所示金属系固物的平面图。
图8是图6所示有护图的粉煤燃烧炉的纵剖视图。
图9是图6所示护圈的原部件分解的透视图。
图10是图9所示原部件组装的透视图。
图11是粉煤燃烧炉一般装配的纵剖视图。
图12是燃烧炉的正视图。
图13是火焰护圈附近燃烧情况的示意图。
参考图11，粉煤燃烧炉1主要由粉煤供料管3和弯管4组成。弯管4有一个改变混合流体流动方向的喷射挡板5。在粉煤供料管3和弯管4内形成粉煤供料通道6。粉煤和一次空气的混合流体，或粉煤和废气的混合流体，或粉煤、一次空气和废气的混合流体通过供料通道6喷入燃烧室2中。
为了将燃烧空气从风箱7供给燃烧室壁8上的燃烧炉入口9，粉煤供料管3的外围装有分布板10和套管11。风箱7分成第二空气通道12和第三空气通道13。第二空气节气阀14和第三空气节气阀15分别安装在第二空气通道12和第三空气通道13中。燃烧空气经过第二空气通道12和第三空气通道13的流速分别由这样的节气阀控制。
粉煤燃烧炉1的前端装有由环形板16和喇叭管17构成的火焰护圈18，环形板16和喇叭管17装在一起。该环形板16有许多彼此等角间距的凸出部件，每一个都径向向内凸出。如图11-13所示，环形板16在中心部分还有开口19，混合流体通过开口19流向燃烧室2。
火焰护圈18用来阻止粉煤径向向粉煤燃烧炉外扩散。同时，如图13所示，护圈18产生涡流20，因此，提高可燃性和火燃维持作用。
护圈18与第二空气通道12内引导二次空气和第三空气通道13内引导三次空气尽可能地径向向外的套管11的端部相配合。
用这样的装置，粉煤通过火焰护圈18的开口19喷入燃烧室2中。如图13所示，由护圈18产生的涡流20夹带粉煤，并将空气导入燃烧室2的中心部分，形成燃烧火焰。
如上文所述，火焰护圈18经受较高温度如1200℃-1400℃的火焰，和高速粉煤的碰撞。燃烧损耗和磨损可影响火焰护圈。因此，按照这个实施方案，环形板16是由许多陶瓷片23和许多金属系固物25交替装配组成的。它们彼此啮合，装配在环形板16上。装配时，陶瓷片23向环形板16的开口19的中心凸出，结果形成涡流20。
如图3A和3B所示，陶瓷片23是用Si3N4(氮化硅)或Sic(碳化硅)制成的。陶瓷片23的相对边有凹进部分24a和凸出部分24b。金属系固物25例如由不锈钢(SUS31OS)制成。系固物25的相对边上有凸出部分26a和凹入部分26b。
如图1所示，金属系固物25凸出部分26a与陶瓷片23凹入部分24a相配合。而且金属系固物25凹入部分26b与陶瓷片23的凸出部分24b相配合。
这样，陶瓷片23和金属系固物25彼此以交替的方式联结。借此，每个陶瓷片23的两边由金属系固物25夹紧，防止陶瓷片23脱开。用螺栓22将金属系固物25固定在喇叭管17上。
如图2所示，陶瓷环27装在喇叭管17内。该陶瓷环27径向安装在火焰护圈18内，用作金属系固物25的衬里。
为了防止陶瓷环27和环形板16轴向移动，将制动环28焊在管17上(见图4和5)。这样，陶瓷环27和环形板16被夹在粉煤供料管3的前端和制动环28之间。
陶瓷片23和陶瓷环27用在火焰护圈最可能磨损的端部。由于涡流20而转向的粉煤碰撞陶瓷片23和陶瓷环27。然而，上述陶瓷片的抗磨性和抗烧坏性能完全抵抗粉煤的碰撞。
如果将冲击吸收材料，例如陶瓷薄片，放在金属系固物25和陶瓷片23之间，和放在陶瓷环27和喇叭管17和金属系固物25之间，可避免金属系固物25和陶瓷片23和陶瓷环27之间直接接触。
用螺栓22联结金属系固物25和喇叭管17，以便使得螺栓22的紧固力不直接作用于陶瓷片23上。
如上所述，将陶瓷片23和金属系固物25交替联结成环形，装配成环形板16。由于火焰热量，金属系固物25比陶瓷片23膨胀更多，即它们之间出现热应力。然而，由于每个陶瓷片23和金属系固物25有凸出部分(弧形凸出部分24b，26a)，和凹进部分(弧形凹进部分24a、26b)，在啮合部分有少量应力集中，因此，陶瓷片25几乎不可能会破坏。
图6-10表示本发明另一个实施方案。第一实施方案和这个方案之间有两个差别。第一，凸缘部分29与金属系固物25两边形成整体，代替制动环28。
如图6和10所示，装配时，凸缘部分29与陶瓷片23的端面啮合，防止陶瓷片23向燃烧室内移动。由于凸缘部分29与金属系固物25构成整体，因此，陶瓷片23和凸缘部分29之间不可能由于变形而形成缝隙。
在第一实施方案的情况下，当由于火焰辐射热加热喇叭管17时，由于其内部和外部温差，喇叭管17产生热变形，结果在陶瓷片23和金属制动环28之间，或陶瓷环27和陶瓷片23之间形成缝隙。这样，燃烧过的灰烬会进入该缝隙中。在这样的情况下，燃烧炉被冷却，管17回复到原来状态，但燃烧过的灰烬掺入缝隙成为支点，结果，制动环28对陶瓷片23产生弯曲应力，引起损坏。相反，按照第二个实施方案，由于凸缘部分29与金属系固物25构成整体，因此，第一个实施方案常有的缺陷可以克服。
下文将说明陶瓷片23和陶瓷环27等采用的材料。
例如可用氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化锆、尖晶石(MgO·Al2O3)、铝红柱石(3Al2O3·2SiO3)、碳化硅(Carbon silicate)、碳化硼、氮化铝、氮化硅、氮化钛等作陶瓷材料。最好用氮化硅和碳化硅。
采用陶瓷材料作陶瓷片23和陶瓷环27时，必须考虑下列条件(1)硬度采用的陶瓷材料与常用的燃烧炉耐磨材料(例如耐磨铸钢)相比，必须有足够的硬度。
(2)弯曲强度采用的陶瓷材料必须对外力如各部分的紧固力有足够的抵抗力。
(3)高温强度由于燃烧室的辐射热使得靠近燃烧炉底的部分保持相当高的温度，在这样高的温度条件下，所用的陶瓷材料必须有预定的机械强度。
(4)耐热冲击性采用的陶瓷材料必须有足够的机械强度以抵抗瞬间产生的热冲击，例如燃烧炉从高温状态(由于燃烧炉的辐射热引起的)到点火时的低温状态(由于含有一次空气的粉煤流动引起的)的无效状态。
(5)耐热性采用的陶瓷材料必须能经受燃烧室的强辐射热。
下面说明关于每种材料的各种性质1.维克斯硬度(负载500g);
2.弯曲强度;
3.高温强度(1000℃或小于1000℃)4.耐热冲击性(将试样加热至400℃，然后浸入水中经受热冲击，此后，测定其弯曲强度);
5.最高使用温度。
氮化硅1.维克斯硬度1780(Kg/mm2)2.弯曲强度6000(Kg/cm2)3.高温强度5，500(Kg/cm2)4.耐热冲击性6000(Kg/cm2)5.最高使用温度1200(℃)碳化硅1.维克斯硬度2，000(Kg/mm2)2.弯曲强度5，500(Kg/cm2)
3.高温强度5，500(Kg/cm2)4.抗热冲击性5，500(Kg/cm2)5.最高使用温度1200(℃)氧化铝1.维克斯硬度1670(Kg/mm2)2.弯曲强度3180(Kg/cm2)3.高温强度2，200(Kg/cm2)4.最高使用温度1，590(℃)耐热铸钢1.维克斯硬度600(Kg/mm2)5.最高使用温度790(℃)从上述结果明显看出氮化硅和碳化硅是满足上述条件1-5的最佳材料。
根据本发明由于最易磨损和最易燃烧损耗的环形板可用陶瓷制成，因此，防止环形板磨损和烧坏是可能的。
权利要求
1.一种粉煤燃烧装置，包括燃烧炉，粉煤和载体介质通过该燃烧炉，在燃烧室内燃烧，和安装在所说的燃烧炉底部的火焰护圈，所说的火焰护圈包括喇叭管和环形板，环形板有许多彼此等角间距径向向内的凸出部件，其中所说的环形板由许多陶瓷片和许多固定元件组成，其中二个交替排列，装配成所说的环形板，所说的陶瓷片加工成凸出径向向内的形状，在装配时用作所说的凸出部件，所说的陶瓷片在相对边上有光滑的弧形边缘表面，所说的固定元件的相对边上有光滑的弧形边缘表面，该表面与所说的陶瓷片的相邻二个陶瓷片的弧形边缘表面啮合。
2.根据权利要求1的装置，其中所说的固定元件包括其相对边上的凸缘部分(在所说的固定元件上形成整体)，每个凸缘部分与相邻陶瓷片的轴向端面啮合，与面向所说的燃烧室的端面啮合。
3.根据权利要求1的装置，所说的护圈还包括安装在所说的环形板内的陶瓷环，环形板用其衬里。
全文摘要
一种粉煤燃烧装置，包括燃烧炉，粉煤和载体空气通过燃烧炉，在燃烧室内燃烧，和安装在燃烧炉底部的火焰护圈。火焰护圈包括喇叭管和环形板，环形板有许多彼此等角间距径向向内的凸出部件。环形板由许多陶瓷片和许多固定元件组成，其中二个交替排列，装配成环形板。陶瓷片加工成径向向内的形状在装配时用作凸出部件。陶瓷片的相对边上有光滑的弧形边缘表面，固定元件的相对边上的有光滑的弧形边缘表面，该表面与相邻二个陶瓷片的弧形边缘表面啮合。
文档编号F23D1/00GK1034420SQ88105640
公开日1989年8月2日 申请日期1988年10月6日 优先权日1987年10月7日
发明者岡田修, 森田茂树, 中下成人, 富永成, 稻田宏, 政井忠久 申请人:巴布考克日立株式会社