专利名称：粉煤燃烧器和使用该粉煤燃烧器的燃烧装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由气流输送并与气流一起燃烧的烧煤粉的粉煤燃烧器，特别是，涉及一种可有效地降低氮氧化物浓度的粉煤燃烧器以及使用这种粉煤燃烧器的燃烧装置。
在粉煤燃烧过程中所产生的大部分NOX(氮氧化物)就是所谓的燃料NOX，是由煤中所含的氮氧化而产生的，但是，在早期燃烧阶段，通过热分解反应，煤中所含的氮以如HCN(氰化氢)和NH3(氨)的形式释放成气相。
于是，在高氧浓度的情况下，这些氮的化合物会氧化成NOX，而在低氧浓度的情况下，则还原成无害的N2(氮气)。
目前，为了减少燃煤锅炉和烧煤的燃烧炉所产生的NOX，研究了各种不同的粉煤燃烧方法，典型的一种是在火焰中形成一个空气缺少区，在该空气缺少区内，NOX还原而从煤中释放出HCN和NH3。
在该方法中，首先，在燃烧器部分中，充足的燃料是在缺少空气情况下进行燃烧的，此后，将燃烧用的空气引入火焰下游处来燃烧剩下的可燃成分。JP62-276310A(1987)披露了一种使用该方法的燃烧器，其中，燃烧所需的空气被分为第一级、第二级和第三级空气，并这样进行供应，而且，第三级空气是以涡流形式提供来延缓与煤在火焰中央部分混合，因此，NOX还原区扩大了。
这里，为了在粉煤燃烧过程中抑制NOX的产生，必须使粉煤迅速引燃并加速氧气消耗，从而扩大NOX还原区。JP8-200618A(1996)、JP4-21402A(1992)和JP9-159109A(1997)披露了迅速引燃粉煤的方法。
在这些方法中，在粉煤喷嘴中，设置了涡流发生器以及带收缩部分和扩张部分的通道，由于粉煤和空气之间惯性不同，在离心力作用下，粉煤聚集在喷嘴的外围部分，因此，就促进了粉煤的引燃。
现在，首先结合附
图13和14对JP4-214102A(1992)所披露的现有技术进行描述。此处，图13是具有中心线(由虚线表示)的粉煤燃烧器的侧视横截面图，图14是从中心线方向所视和对应于从图13中箭头X方向所视的粉煤燃烧器的前视图。
在这些图中，标号11是安装在燃烧器中部的粉煤喷嘴，第二级喷嘴12和第三级喷嘴13同心地逐级设置在粉煤喷嘴11的外侧。
粉煤喷嘴11构成一个管状流动通道，同时采用第一级喉部14作为其外圆周壁，第二级喷嘴12形成一个环形的流动通道，同时采用第一级喉部14作为其内圆周壁，而采用第二级喉部15作为其外圆周壁，另外第三级喷嘴14形成一个环形的流动通道，同时采用第二级喉部15作为其内圆周壁，而采用第二级喉部16作为其外圆周壁。
这里，粉煤喷嘴11喷出由输送空气和煤粉(粉煤)混合气流构成的第一级空气17，第二级喷嘴12和第三级喷嘴13分别喷出第二级空气18和第三级空气19，通过同心设置的第一级喷嘴11、第二级喷嘴12和第三级喷嘴13这三种喷嘴，提高了气流的对称均匀性。
在该现有技术的例子中，通过设置穿过粉煤喷嘴11的油枪20供应燃油，如重油，这样，在燃烧器启动时就可很容易地开始燃烧，而且即使在低载燃烧过程中，燃烧也可维持。
在上游处，粉煤喷嘴11与未示出的粉煤输送管道相连接，并通过粉煤喷嘴11来供应由粉煤和输送空气混合气流构成的第一级空气17，同时，压缩空气从未示出的鼓风机送入到风箱21中，并当第二级空气18和第三级空气19从其各自的喷嘴中喷出时，就向第二级喷嘴12和第三级喷嘴13供应压缩空气。
在此结构中，由涡流叶片构成的涡流发生装置22设置在第三级喷嘴13的内侧。
另外，在粉煤喷嘴11内设有文丘里管23，其作用是通过部分地缩小喷嘴内径来校正输送空气，且其另一个作用是通过部分地提高气流的速度来防止火焰返回到粉煤输送管道中(回火)。
在文丘里管23的下游处，设有纺锤形的粉煤浓度调节器24，它是通过在靠近油枪20顶端处使油枪膨胀而形成的，通过该浓度调节器24使粉煤喷嘴11的气流通道在内圆周侧变窄，这样，由煤粉和空气混合气流构成的第一级空气17就向外圆周侧方向移动。
由于从粉煤浓度调节器24顶端到燃烧炉10的气流通道是扩张开来的，从粉煤喷嘴11喷出的第一级空气17中的气体沿径向膨胀，且喷出速度降低，但由于其惯性矩作用粉煤一直流动，因此，靠近粉煤喷嘴11出口处的粉煤浓度在外圆周侧增加了。
在粉煤喷嘴11的出口处设有火焰稳定器25。火焰稳定器25由一个环形件和一个锥形件构成，所述环形件的一部分凸出到第二级喷嘴12的出口中，所述锥形件从所述环形件的外圆周端面处向燃烧炉10张开，且在所述环形件的内圆周端面处，沿圆周方向设有多个矩形凸起26，该矩形凸起向粉煤喷嘴11的中心突出。
火焰稳定器25可用作第一级空气17和第二级空气18气流的障碍物，因此，就减小了火焰稳定器25下游处的压力，并形成一个区域(回流区)，在该区域中，产生与第一级空气17和第二级空气18喷出方向相反(回流)的气流。因此，在燃烧过程中，高温燃烧气体保持在该回流区，这有帮助引燃粉煤的功能。
第二级空气18和第三级空气19提供了使喷入到燃烧炉10中的粉煤完全燃烧所必需的气体，在这种情况下，由于第三级空气19是通过涡流发生器22产生涡流后喷出的，在其从第三级喷嘴13喷出后，由于离心力作用，气体离开中心线，因此，如图14所示，在燃烧器附近，这种气体离开中心线附近的粉煤流，形成一个低浓度部分36和一个高浓度部分37，因此，在粉煤燃烧区下游，完全燃烧所必需的气体变少，并形成还原性气氛28。
如上所述，在早期燃烧阶段的热分解反应过程中，煤中的氮以HCN和NH3的形式释放成气相，并在还原性气氛28中经NOX还原反应还原NOX，这些氮的化合物就可转变成无害的N2，另外，通过低氧浓度和高温作用，可增强NOX还原反应。
因此，经还原性气氛28的作用，可抑制粉煤燃烧过程中所产生的NOX量。
随着向下游运动并离开燃烧器，第三级空气19的涡流速度也减小，且第三级空气19与中心线附近的粉煤流混合而形成氧化性气氛29。
通过这种第三级空气19和粉煤的混合，将完全燃烧所必需的气体供给粉煤，在燃烧炉10出口处，剩下的不燃烧成分(下文称为煤灰中的不燃烧成分)减小了。
通常，将粉煤完全燃烧所必需气体量的1.1-1.2倍的气体送入燃烧器10中，以便完全消除煤灰中的不燃烧成分。在该现有技术的例子中，气体还进一步分为第一级、第二级和第三级气体，并以可调节火焰中氧气浓度的方式进行供给，因此，就易形成一种完全消除了NOX和煤灰中的不燃烧成分的优化的燃烧状态。
现在，结合附图15和16来对JP9-159109A(1997)披露的另一种现有技术的例子进行描述，其中，图15是具有中心线(由虚线表示)的粉煤燃烧器的侧视横截面图，图16是从中心线方向所视的粉煤燃烧器喷嘴的前视图，其中标号38是涡流发生器，标号39是气流校正板，其它构件与图13和14所示现有技术例子相同。
涡流发生器38设置在粉煤喷嘴11中，通过该涡流发生器38，使第一级空气以及含有粉煤的第一级空气17形成涡流，因此，在离心力作用下，粉煤聚集在喷嘴的外圆周侧，形成一个高浓度区，此后，在粉煤从粉煤喷嘴11喷出时，所设置的气流校正板39可防止粉煤分散，因此，在其涡动停止之后，喷出粉煤。
因此，在此情况下，如图16所示，在喷嘴的外圆周部分处形成局部的高浓度部分37。
另外，在此情况下，气流校正板39只需抑制第一级空气17的涡动，而不会干扰气流，通常气流校正板39由一个尽可能薄的板制成。
在上述现有技术的例子中，没有充分考虑使燃烧器喷出的粉煤迅速引燃和形成还原性气氛，因此，在消除NOX方面还不尽如人意。
如上述现有技术的例子所述，在火焰内形成还原性气氛对于消除NOX是至关重要的，而且，为了减少NOX，必须尽早地引燃粉煤来消耗第一级空气并形成高温还原区28。
另外，迅速引燃和提高火焰温度可促进燃烧反应并消除煤灰中的不燃烧成分，应认识到，提高燃烧性能的关键就是要加速引燃。
也就是说，为了抑制在粉煤燃烧过程中产生NOX，首先必须使粉煤迅速引燃，可是，在上述现有技术的例子中，由于粉煤浓度在外围增加，因此，在粉煤喷嘴喷出的外围部分粉煤流引燃迅速，但在中部燃料浓度较低，引燃被延缓，而且延缓形成了NOX还原区。
另外，在上述现有技术的例子中，当喷出的粉煤流形成涡流时，在离心力作用下，粉煤由粉煤喷嘴喷出后就沿径向分散开，在此情况下，由于在高氧浓度区内分散的粉煤在粉煤流的外围燃烧，因此NOX的浓度就增加了。
而且，当粉煤流外围的粉煤浓度急剧增加时，粉煤最好分散开。
本发明的目的就是要提供一种易于使NOX还原区扩大并可充分消除NOX产生量的粉煤燃烧器以及使用该粉煤燃烧器的燃烧装置。
本发明的上述目的是这样实现的粉煤燃烧器装有粉煤喷嘴和空气喷嘴，所述空气喷嘴同心设置在所述粉煤喷嘴的外圆周周围，其中，第一级空气喷流包含由粉煤喷嘴喷出的粉煤，且相对于燃烧器中心线在其圆周方向上呈现出一种稀薄和致密的粉煤浓度分布，所形成的粉煤高浓度部分从中心线径向延伸。
另外，本发明的上述目的最好这样实现粉煤燃烧器装有一个粉煤喷嘴和两个空气喷嘴，所述空气喷嘴并排设置在粉煤喷嘴相应的侧面，并将其夹在两者之间，其中，第一级空气喷流包含由粉煤喷嘴喷出的粉煤，且在垂直于通过燃烧器中心线并指向这两个空气喷嘴的直线的方向上呈现出一种稀薄和致密的粉煤浓度分布，所形成的粉煤高浓度部分包含了指向这两个空气喷嘴的直线并与其平行流动。
再者，本发明的上述目的可通过将上述粉煤燃烧器安装在燃烧炉中并在该燃烧炉中进行燃烧来实现。
图1是本发明第一实施例粉煤燃烧器的侧视横截面图；图2是本发明第一实施例的前视图；图3(a)-3(c)是本发明第一实施例中板形件的说明图；图4(a)-4(c)是用于说明本发明第一实施例作用的视图；图5是用于说明本发明第一实施例另一个作用的视图；图6(a)和6(b)是用于说明本发明第一实施例又一个作用的视图；图7是用于说明本发明第一实施例另一个作用的视图；图8(a)-8(c)是本发明第一实施例中改型的板形件的说明图；图9是本发明第二实施例的侧视横截面图；图10是本发明第二实施例的前视图；图11是本发明第一实施例燃烧装置的说明图；图12是本发明第二实施例燃烧装置的说明图；图13是一个现有技术例的粉煤燃烧器的侧视横截面图；图14是上述现有技术例的粉煤燃烧器的前视图；图15是现有技术另一个例子的粉煤燃烧器的侧视横截面图；图16是上述现有技术另一个例子的粉煤燃烧器的前视图。
下面将结合图示的实施例对本发明的粉煤燃烧器和使用该粉煤燃烧器的燃烧装置进行描述。然而，本发明并不局限于这些实施例。
图1和2显示了本发明第一实施例的粉煤燃烧器，其中图1是具有中心线的粉煤燃烧器的侧视横截面图，图2是从中心线方向和从图1中箭头X方向所视的粉煤燃烧器的前视图，在这些图中，标号30是板形件，其它构件与图13和14所示现有技术例子中所用的标号基本相同。
如上所述，火焰中还原性气氛28的形成对于消除NOX是重要的，另外，为了减少NOX，必须尽早地引燃粉煤来消耗第一级空气并形成高温还原区28。
另外，加速引燃和提高火焰温度可促进燃烧反应并消除煤灰中的不燃烧成分，因此，提高燃烧性能的关键就是加速引燃。
因此，在该实施例中，设有板形件30，通过该板形件，就可使粉煤加速引燃并使火焰温度升高。这些板形件30固定在粉煤喷嘴11内的粉煤浓度调节器24的外圆周端面上，并沿所述中心线径向伸展。
现在，结合附图3(a)-3(c)对这些板形件30进行详细描述，其中图3(a)是图1所示粉煤喷嘴的局部放大图，图3(c)是板形件30的详图，且图3(c)是图3(b)沿箭头方向Y所视的板形件30的视图。
如图所示，板形件30由前缘部分31、中心部分32和后缘部分33构成，所述前缘部分31的厚度沿第一级空气17的流动方向是逐渐增大的，所述中心部分32的厚度基本大于10mm多，所述后缘部分33的厚度沿第一级空气17的流动方向是逐渐减小的。
在此，设置前缘部分31和后缘部分33是为了使流过粉煤喷嘴11的第一级空气17可沿板形件30的表面平滑流动，而不会使气体脱离其表面，因此，所设置的板形件的横截面厚度沿流动方向是逐渐变化的。
结果，如图3(c)所示，粉煤喷嘴11内的第一级空气17沿板形件30流动，且在此部分中，由于流动通道很窄，因此气体流速增加了。
由于第一级空气17是粉煤和前面所述空气的混合物，如带箭头35的虚线所示，混合物中的空气在流过板形件30后，随着流动通道的扩张，在流动的同时是膨胀开的。
另外，在流过板形件30后，由于惯性作用，第一级空气17中的粉煤径直流动，如箭头34所示。因此，在板形件30覆盖的下游部分处，粉煤的浓度减小了，而在板形件30所夹的通道下游处，粉煤的浓度增加了，因此，就形成了一个低浓度部分36和一个高浓度部分37。
在此，由于这些板形件30是如图3(a)所示沿中心线径向设置的，因此，在垂直于第一级空气17喷出方向的横截面上，来看其在粉煤喷嘴11出口处的分布时，相对于喷嘴中心，第一级空气17中的粉煤浓度在圆周方向是稠密和稀薄分布的，且如图2所示，从中心线沿径向分别形成低浓度部分36和高浓度部分37。
另外，在图13所示的现有技术例中，如图14所示，由于在外圆周部分处粉煤浓度是增加的，而在中心部分是减少的，因此，粉煤呈现径向分布，其中，在外圆周部分处形成高浓度部分37，另外，在图15所示的现有技术例中，通过涡流发生器38，第一级空气17就形成涡流，由于离心力作用，第一级空气17中的粉煤聚集在外圆周部分，此后，气流校正板39可防止第一级空气17的涡动，因此，如图16所示，尽管粉煤的高浓度部分分布在外圆周部分，但也在此形成了高浓度部分37。
图4(a)示出在粉煤喷嘴出口处粉煤浓度分布的测量结果，其中，横坐标表示径向距离(r/r0)，纵坐标表示相对浓度。
这里，r0表示粉煤喷嘴的半径，而r表示到中心线的径向距离，纵坐标的相对浓度表示当假定在供给的混合气流中粉煤量和空气量的比值为1时，在各自不同的测量位置处粉煤量和空气量的比值。
关于此情况下的测量条件，首先对于图1所示的实施例，在板形件30之间的下游位置处粉煤浓度的测量结果由A表示，而板形件30下游位置处的粉煤浓度由B表示，作为比较，图13所示现有技术燃烧器的粉煤浓度的测量结果由C表示。
如图4(a)所示，从现有技术燃烧器的测量结果C中可看出，由径向距离(r/r0)＝1所表示的外圆周部分处的粉煤浓度大约是平均浓度的1.2倍，而由径向距离(r/r0)＝0.5所表示的内圆周部分处的粉煤浓度就降到平均浓度的0.5倍，这就证明了浓度是如图14所示沿径向分布的。
于是，关于图1所示本发明的燃烧器，在测量结果A的情况下，由径向距离(r/r0)＝0.75所表示的内圆周部分处的粉煤浓度增加到平均浓度的1.4倍，另外，在测量结果B的情况下，由同样的径向距离(r/r0)＝0.75所表示的内圆周部分处的粉煤浓度大约是平均浓度的0.8倍，板形件30下游处的粉煤浓度显然是较低的，这也证明了如图2所示径向形成的高浓度部分。
另外，如图4(a)所示，当测量结果A与测量结果C相比的相对浓度为1时，与现有技术例子相比，本发明实施例高粉煤浓度区在内圆周侧扩大了约20％。
现在，回到图1中，由粉煤喷嘴11喷到燃烧炉10的第一级空气17中的粉煤由火焰稳定器25附近回流区内的高温气体点燃。
通过燃烧，点燃的粉煤微粒的温度就升高了，并通过加热附近的粉煤微粒，粉煤微粒就接连被引燃了，因此，燃烧就传播开了。
燃烧蔓延的这种现象被称为火焰传播，且这种火焰传播从喷到燃烧炉10内第一级空气17的外围向内周蔓延。
在此情况下，当火焰蔓延传播向喷嘴中心蔓延时，就促进了整个粉煤的点燃，也导致了NOX的减少。
因此，本发明的一个目的就是要提高火焰传播速度，且火焰传播速度与第一级空气17中的粉煤浓度密切相关。
图5显示了由实验测得的粉煤浓度和火焰传播速度之间的关系，如图5所示，当粉煤浓度增加时，火焰传播速度就升高了。
在图5中，纵坐标表示粉煤流速为18(m/s)时的火焰传播速度，横坐标表示由煤和空气的重量比所表示的粉煤浓度，在此情况下，流速为18(m/s)的情况基本上与从第一级喷嘴喷出的粉煤流速的情况相同。
于是，关于煤的量与第一级空气量的比值C/A(煤/空气)，粉煤燃烧器通常是在C/A≈0.43(kg/kg)的条件下进行燃烧的，且在此情况下，火焰传播速度是0.05(m/s)。
对于如图14所示的现有技术的燃烧器，由于外圆周部分的粉煤浓度较高，这里的火焰传播速度也较高，然而，由于中心附近的粉煤浓度较低，火焰传播速度也较低，因此，就使整个粉煤的引燃延迟了，妨碍了NOX的充分还原。
相反，在图1所示实施例的燃烧器中，在粉煤喷嘴11内设置了具有一定厚度的板形件30，因此，关于燃烧器中心线，沿圆周方向粉煤分布是致密和稀薄的，高浓度粉煤部分形成在中心线的径向，因此，通过这些高浓度粉煤部分，就可实现火焰从外围到中部的高速传播。
因此，促进了中部粉煤流的引燃，火焰就可在引燃部分周围的各个方向蔓延开来。
因此，对于图1所示的实施例，NOX就大量地还原了。
另外，在该实施例中，由于在燃烧器附近还原区扩张，不仅与燃烧有关的NOX充分减少了，而且由于完全燃烧所需的空气和粉煤混合物迅速向下游的还原性气氛扩散，因此，充分提高了燃烧的效率。
另外，通过降低混合气流中第一级空气的量，就可简单地提高粉煤浓度，因此，通过这种方法就可提高火焰传播速度。然而，第一级空气还要用来输送粉煤，因此空气的量就不能简单地减少了。
然而，在图1所示的实施例中，如图2所示，高浓度粉煤部分是径向形成的，可充分地提高火焰传播速度，而不降低第一级空气17中的整个空气量。
于是，在图1所示的实施例中，当假定所设置的各个板形件30的厚度使各个板形件30的总横截面面积约为粉煤喷嘴11流动通道横截面面积的20％时，板形件30之间所形成的高浓度部分37的粉煤浓度就可增加到C/A≈0.54(kg/kg)，且在此情况下的火焰传播速度也提高到约0.1(m/s)，约是通常情况的2倍。
另外，当假定所设置的各个板形件30的厚度使各个板形件30的总横截面面积约为粉煤喷嘴11流动通道横截面面积的60％时，高浓度部分37的粉煤浓度就可增加到C/A≈1.00(kg/kg)，且火焰传播速度也可达到约0.3(m/s)，约为通常情况的5倍。
然而，如果覆盖率增加超过60％，火焰传播速度就不再变化了，而且，即使在覆盖率为60％的情况下，第一级空气17从粉煤喷嘴11的喷出速度达到50(m/s)，也是如此，从第一级空气17对粉煤喷嘴11内表面磨蚀的方面看，这是一个临界速度。
图6(a)和6(b)显示了在粉煤喷嘴11的直径为0.167(m)且粉煤的供应量为500(kg/h)的测量条件下燃烧器中心线处的气体浓度的测量结果。这里，标记“本发明”表示图1所示的实施例，而标记“现有技术的例子”表示图13所示的现有技术的例子。
首先，图6(a)所示的是测得的O2浓度的变化。由于引燃粉煤要很快地消耗氧气，因此当到燃烧器的轴向距离增加时氧气浓度就会降低。然而，从图6(a)中可看到，与现有技术的例子相比，本发明的氧气迅速减少，这就意味着在本发明中氧气被很快地消耗掉了。
上述情况表明图1所示的本发明实施例的燃烧器与图13所示的现有技术的燃烧器相比，本发明的燃烧器可很快地形成还原性气氛28。
另外，如图6(a)所示，在这两种情况下，到燃烧器的轴向距离为0.8(m)处的氧气浓度都减少到3％。
于是，当讨论图6(b)所示的NOX(氮氧化物)浓度时，在现有技术的例子中，从到燃烧器轴向距离为0.5(m)的位置处开始产生氮氧化物，另外，在本发明中，在到燃烧器轴向距离为0.3(m)的位置处就已开始产生氮氧化物，与现有技术的例子相比，在到燃烧器轴向距离近了0.2(m)的位置处就开始产生氮氧化物。
上述情况表明与现有技术相比，使用本发明燃烧器可尽早地将粉煤引燃。
在此情况下，对于这两种燃烧器来说，氮氧化物大量产生的位置是在0.8(m)的位置处，而此后所产生的量就减少了。
于是，图7显示了在图中所示的测量条件下，到燃烧器下游约7(m)的燃烧炉(燃烧炉10)出口处NOX浓度与燃烧效率之间的关系，如图7所示，NOX浓度随燃烧效率而变化。
因此，当比较燃烧效率为99.5％下的NOX浓度时，现有技术例子的NOX浓度约为260(ppm)，而本发明的NOX浓度约为205(ppm)，因此，本发明的NOX浓度降低了55(ppm)。
另外，如图8(a)所示，该实施例的板形件30可以是简单平板，通过这种板形件，也可实现本发明的目的。
然而，当板形件30使用图8(a)所示的平板时，粉煤微粒垂直地撞击其上游端面，并在下游端面处第一级空气流背离开来，这会干扰粉煤流，有时可能妨碍沿圆周方向形成稀与浓的粉煤浓度分布。
因此，作为本发明的一个实施例，如图3(a)-3(c)所示，板形件30最好是前缘部分31的厚度沿第一级空气17的流向是逐渐增大的，而后缘部分33的厚度是逐渐减小的。
对于图3(a)-3(c)所示的板形件30，由于粉煤是斜着碰撞在前缘部分31的侧面上，因此可减少板形件30可能的磨损。
另外，在后缘部分33处，由于第一级空气17是沿板形件30的表面流动的，粉煤可平滑地与其分离。
而对于图3(a)-3(c)所示的板形件30，最好在其前缘部分31的表面涂覆一层耐磨材料，而在其后缘部分33的表面涂覆一层耐热材料，因为后缘部分33的表面会受到燃烧炉10辐射热的影响。
进而，板形件30可制成如图8(b)所示的翼形，或者如图8(c)所示仅具有图3(a)-3(c)中的前缘部分31和后缘部分33而省去中间部分32。
另外，在沿第一级空气流动方向上，板形件30在粉煤喷嘴11中的位置及其长度也不局限于图1所示的那种情况，是可自由选择的。
例如，所设置的板形件30可到达流动通道的中部而不到达喷嘴的出口。在此情况下，当插入浓度分布调节器24时，在喷嘴出口和板形件30的下游部分处，高浓度粉煤区形成于喷流的外围部分。
另外，板形件30可设置在浓度分布调节器24的上游侧或下游侧。
在此情况下，由于与图3(a)-3(c)所示实施例相比流动通道扩大了，第一级空气17的流速进一步降低，因此，喷嘴可能的磨损和压力损失也可减小。
例如，当板形件30向上游侧移动时，粉煤经过板形件30后，再与粉煤喷嘴11中的第一级空气相混合，因此，与图3(a)-3(c)所示实施例相比，浓度的差减小了。
另外，当板形件30向靠近燃烧炉10侧移动时，由于燃烧炉10的辐射热作用，温度升高，因此，最好将板形件30设置得离喷嘴出口尽可能远一些，最好板形件30到粉煤喷嘴11出口的距离为喷嘴直径的0.5-1.0倍。
然而，如果板形件30如上所述那样离开喷嘴地设置，就会产生一个使粉煤流速减小的空间，因此，当如上所述设置板形件时，必须考虑上述问题。
尽管图1所示的实施例包括第二级喷嘴12和第三级喷嘴13两个喷嘴，但本发明也可由只包含一个空气喷嘴的燃烧器来实现，而且，浓度分布调节器24也可省去。
现在，结合附图9和10来对本发明的另一个实施例进行描述。
图9和10显示了本发明粉煤燃烧器的第二实施例，这里，图9是具有中心线的粉煤燃烧器的侧视横截面图，图10是从中心线方向和图9的箭头方向X所视的粉煤燃烧器的前视图，其中，标号40是平行的板形件，标号41是空气喷嘴，标号42是分隔壁，标号43是燃烧器喉部，而其它构件基本上与图1和2所示的第一实施例相同。
在该实施例中，特别是从图10中可看出，粉煤喷嘴11的横截面形状大致为矩形或方形的，并夹在一对空气喷嘴41中间，空气喷嘴41是矩形横截面形状的，同时在两个相对表面中之一由隔壁42分隔开来，图中两个表面是处于竖直方向。
因此，在该实施例中，当流动通道由隔壁42和燃烧器喉部43围成时，就形成了粉煤喷嘴11，而且，当流动通道由分隔壁42和燃烧器喉部43围成时，也就形成了空气喷嘴41。
第一级空气17象图1所示实施例那样供给粉煤喷嘴11，在燃烧所需的空气44从未示出的鼓风机供给风箱21后，燃烧所需的空气就从空气喷嘴41中喷出，在此情况下，沿离开中心线的方向，分隔壁42在端部处向燃烧炉10侧弯曲，因此，当燃烧所需的空气44从空气喷嘴41喷出时，就沿箭头45所示方向流动，这样，燃烧所需的空气44就离开箭头46所示的粉煤流方向流动。
在此情况下，分隔壁42的下游侧可用作第一级空气17的障碍物，因此，在分隔壁42的下游侧就形成压力降。
结果，此处就产生与粉煤流和燃烧所需空气喷出方向相反的气流(回流)，且在燃烧过程中将高温燃烧气体保持在这里，加速了粉煤的点燃。
至于燃烧所需空气44的供应量，应供应粉煤完全燃烧所必需的量，然而，在此情况下，在燃烧器附近，燃烧所需的空气44离开中心线附近的粉煤流流动，在粉煤引燃区27的下游部分处，完全燃烧所必需的空气就变得短缺，因此就形成了还原性气氛28。
这样，在该还原性气氛28中，就增进了NOX的还原反应。
如上所述，火焰中还原性气氛28的形成对于抑制NOX是很重要的，而且，为了减少NOX，必须尽早地引燃粉煤，消耗第一级空气并形成高温还原区28。
另外，加速引燃和提高火焰温度可促进燃烧反应并消除煤灰中的不燃烧成分，因此，提高燃烧性能的关键就是要加速引燃。
然而，在图9所示的实施例中，由于平行的板形件40是在连接两侧空气喷嘴41的方向(下文称为纵向)上固定在粉煤喷嘴11中，且这些平行的板形件40的形状是这样的其上游部分和下游部分的厚度相对于第一级空气17的流动是变化的，而其中部是平的，且厚度超过10(mm)。
因此，第一级空气17在平行的板形件40之间得到加速，因为其间的流动通道变窄，且在经过这些平行的板形件40之后，第一级空气17在流动的同时随着流动通道的扩展而扩展。
然而，在此情况下，由于惯性作用，在经过平行的板形件40后，第一级空气17中的粉煤直线流动，因此，在平行的板形件40下游部分处，粉煤浓度降低，而在平行的板形件之间所夹的流动通道下游部分处，粉煤浓度增加。
因此，如从粉煤喷嘴11出口处垂直于第一级空气17喷射流方向的截面处所看到的，也就是在图9的箭头X-X方向所看到的图10的情况，在对应于平行的板形件40位置的下游位置处，形成低浓度粉煤部分36，在对应于平行的板形件40之间的通道下游位置处，形成高浓度粉煤部分37，以这种方式，两者交替布置并沿纵向平行延伸。
从第一级空气17喷出的粉煤由保持在分隔壁42下游回流部分的高温气体引燃，且火焰开始蔓延，在此情况下，火焰从外围部分向内周蔓延。
因此，如果火焰迅速向喷嘴中部传播，就促进了整个粉煤的引燃，并使NOX还原。
根据图9所示的实施例，如图10所示，由于向着中心线形成高浓度粉煤部分37，火焰快速传播经过该高浓度部分37，并在短时间内到达中心线。
另外，由于火焰同时向各个方向传播，因此，整个粉煤的引燃比粉煤浓度均匀分布的情况传播要快。
因此，在从粉煤喷嘴喷出后，粉煤很快地引燃并消耗氧气，还原性气氛区28向上游侧扩展，因此，对于该实施例，充分地抑制了NOx的产生量。
另外，与图1所示的实施例不同，在该实施例中，在粉煤喷嘴11内不设粉煤浓度调节器24，但也可设有类似的粉煤浓度调节器，并可获得大致相同的益处。
而且，象图1所示的实施例那样，平行的板形件40可以径向设置，也具有大致相同的优点。
现在，结合实施例来对本发明的燃烧装置进行描述。
上述实施例的粉煤燃烧器可用在各种不同的燃烧装置中，例如焚烧炉，图11是这种燃烧装置的第一实施例，上述燃烧装置使用了本发明上述其中一个实施例的粉煤燃烧器，在图11中，燃烧器50是图1所示的本发明第一实施例的燃烧器。
由混合气流组成的第一级空气17通过粉煤管道51供给燃烧器50，所述混合气流包括粉煤和输送空气。
为此目的，从煤场53运来的煤由粉碎机54粉碎，由鼓风机55吹出的空气输送，并经粉煤管道51送给燃烧器50，再由喷嘴喷到燃烧炉10中。
而且，由另一个鼓风机56来供应燃烧所需的空气，在此情况下，一部分燃烧所需的空气供给燃烧器作为第二级和第三级空气使用，然而，剩下的燃烧所需的空气供给空气供应口57，并经该空气供应口剩下的燃烧所需的空气就供应到燃烧炉10中，所述空气供应口设置在燃烧器50下游的燃烧炉10上。
当空气按上述情况分别供应到燃烧炉10中时，造成燃烧器50附近氧气不足，因此，就趋向于形成还原性气氛28，另外，通过在下游侧增加空气，降低了煤灰中的不燃烧成分，这种燃烧方法被称为两步燃烧法。
于是，在此两步燃烧法中，首先，粉煤完全燃烧所需空气量的约0.7-0.95倍的空气量由燃烧器50引入，接着，剩下的空气从空气供应口57引入，且进入燃烧炉10内的空气总量约为粉煤完全燃烧所需空气量的1.1-1.25倍，因此，在完全燃烧气氛48中，实现了粉煤的完全燃烧。
图12是使用本发明粉煤燃烧器的燃烧装置的另一个实施例，在该燃烧装置中，所有燃烧所需的空气量经燃烧器50引入，而不象图11中的燃烧装置那样设有空气供应口57，这种燃烧方法被称为一步燃烧法。
在此一步燃烧法中，与两步燃烧法相比，燃烧炉10的NOx消耗量增大了，然而，由于在燃烧炉10的壁面处氧气浓度增大，由煤中的硫所造成的燃烧炉10壁面可能的腐蚀(硫腐蚀)得到抑制，因此就延长了燃烧炉10的使用寿命。
在两步燃烧法和一步燃烧法的这两种燃烧装置中，为了减少NOx，必须在火焰中形成高温还原性气氛28，以便将粉煤中的氮成分作为如NH3和HCN的还原物而除去，这样，使NOx还原反应加速变为氮气。
在图11和12的实施例中，通过使用图1所示的本发明实施例的粉煤燃烧器，促进了粉煤的引燃。
因此，对于图11和12的燃烧装置，促进了燃烧器50附近的氧气消耗，增大了还原性气氛区28，因此，降低了NOX的产生量。
另外，对于图11和12的燃烧装置，由于促进了粉煤的引燃，延长了燃烧炉10内的燃烧时间，且燃烧进行充分，煤灰中的不燃烧成分也减少了。
而且，在图11和12的实施例中，尽管仅描述了使用图1所示本发明实施例的粉煤燃烧器的情况，但也可使用图9所示本发明实施例的粉煤燃烧器。
根据本发明，对于这一简单的结构，由于使粉煤引燃得到充分加速，而且扩大了燃烧器附近的还原区，因此，就较容易地获得了一种使NOx充分还原的粉煤燃烧器。
而且，根据本发明，在还原性气氛下游处，完全燃烧所需的空气和粉煤很快地混合，因此燃烧效率也得到了充分的提高。
权利要求
1.一种粉煤燃烧器，该粉煤燃烧器装有一个粉煤喷嘴和一个空气喷嘴，所述空气喷嘴同心设置在所述粉煤喷嘴的外圆周周围，其特征在于第一级空气喷流包含由粉煤喷嘴喷出的粉煤，相对于燃烧器中心线在其圆周方向上呈现出一种稀薄和致密的粉煤浓度分布，而且，形成的粉煤高浓度部分从中心线径向延伸。
2.根据权利要求1所述的粉煤燃烧器，其特征在于相对于中心线沿径向在所述粉煤喷嘴上设有多个板形件，每个板形件的厚度至少为10mm。
3.根据权利要求2所述的粉煤燃烧器，其特征在于在粉煤喷嘴内，由所述板形件所引起的流动通道横截面面积的缩小率范围限定在20％-60％。
4.根据权利要求2所述的粉煤燃烧器，其特征在于所设置的板形件离开粉煤喷嘴出口的距离是喷嘴直径的0.5-1.0倍。
5.根据权利要求1所述的粉煤燃烧器，其特征在于所述空气喷嘴由第二级空气喷嘴、第三级空气喷嘴和涡流发生器构成，所述涡流发生器可使由第三级空气喷嘴喷出的空气产生涡流。
6.一种粉煤燃烧器，该粉煤燃烧器装有一个粉煤喷嘴和两个空气喷嘴，所述空气喷嘴并排设置在粉煤喷嘴相应的侧面，并将其夹在两者之间，其特征在于第一级空气喷流包含由粉煤喷嘴喷出的粉煤，且在垂直于通过燃烧器中心线并指向这两个空气喷嘴的直线的方向上呈现出一种稀薄和致密的粉煤浓度分布，而且所形成的粉煤高浓度部分包含了指向这两个空气喷嘴的直线并与其平行流动。
7.根据权利要求6所述的粉煤燃烧器，其特征在于在所述粉煤喷嘴内，以预定的相互间隔设置多个平行的板形件，每个所述板形件包含连接这两个空气喷嘴的直线，并沿粉煤喷嘴的流向具有预定的长度。
8.一种燃烧装置，其特征在于在燃烧炉中，该燃烧装置装有上述权利要求1-6所述的粉煤燃烧器之一，燃烧在该燃烧炉中进行。
全文摘要
在粉煤喷嘴中,沿径向设有多个板形件,以使包含由粉煤喷嘴喷出的粉煤形成稀薄和浓的粉煤浓度分布,并在径向形成高浓度部分,通过该高浓度部分火焰高速传播,促进粉煤的引燃。通过快速消耗氧气,扩大燃烧器附近形成的还原区,减少NO
文档编号F23D1/02GK1271826SQ0010813
公开日2000年11月1日 申请日期2000年4月28日 优先权日1999年4月28日
发明者青木好友, 冈崎洋文, 谷口正行, 小林啓信, 津村俊一, 仓增公治 申请人:株式会社日立制作所, 巴布考克日立株式会社