专利名称：锅炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力或工业用锅炉、化学工业用加热炉之类的改进，这些炉子均使用制成粉状的固体燃料。
首先，介绍一种已有技术锅炉的炉膛实例，它使用制成粉状的煤作燃料，图6为其垂直断面图，图7为沿图6的Ⅶ-Ⅶ线剖切的水平断面图。在这两张附图中，参考标号01表示一个炉膛本体，标号02表示燃烧器本体，标号03表示燃料喷嘴，标号04表示主燃烧器空气喷嘴，标号05表示煤粉输送管道，标号06表示燃烧空气管道，标号07表示一台磨煤机，标号08表示一台送风机，标号09表示煤粉与空气的混合物，标号10表示燃烧空气，标号11表示煤，标号12表示输送空气，标号13表示一个燃烧室内部空间，标号14表示煤粉火焰，标号15表示主燃烧器空气管道，标号16表示辅助空气管道，标号17表示主燃烧器用空气，标号18表示辅助空气，而标号19表示辅助空气喷嘴。
上述炉膛本体01做成具有一条垂直轴线的正方筒形状，并且由图7可以看出，燃烧器主体02均安装在一个炉膛壁水平横截面的拐角位置。每个燃烧器主体02装备着多个(在所述实例中是三个)竖向对齐的部件，所述每个部件由一个燃料喷嘴03和装在其上下方的空气喷嘴04组成，这些燃料喷嘴03和空气喷嘴04全都水平地指向该炉膛的内部空间。
送往磨煤机07的煤被磨成细粉状，并与同时送入的输送空气(热空气)12混合，形成煤粉-空气混合物09，然后经过煤粉输送管道05送往燃烧器本体02。所述送往燃烧器本体02的煤粉-空气混合物由燃料喷嘴03喷入炉膛内部空间13。另外，燃烧空气10由送风机08通过燃烧空气管道06送入，再分成主燃烧器空气17和辅助空气18两路，分别经过装在燃烧器本体02内的空气喷嘴04和装在燃烧器本体02上方的辅助空气喷嘴19，喷入炉膛内部空间13。
喷入炉膛内部空间13的煤粉-空气混合物09由一个点火源(末示出)点燃并燃烧成为煤粉火焰14。在煤粉火焰14中，煤粉在接近着火点状态与氧气起反应而燃烧起来，所述氧气是由与煤粉在一起形成煤粉-空气混合物09的输送空气12以及一部分主燃烧器空气17(温度接近所述着火点)提供的，此后，由主燃烧器空气17剩余部分中的氧气使燃烧在一个主燃烧区中继续下去。
在至今所知的锅炉中，输送空气12和主燃烧器空气17的总量小于通过燃料喷嘴03喷入的煤粉量的理想配比空气量，以便抑制氮氧化物(下文简写作NOx)生成。从燃烧器本体02向上到辅助空气喷嘴19这段炉膛内部空间13保持还原气氛。因此，由煤粉-空气混合物09燃烧生成的气体起初总是以不完全燃烧状态上升通过炉膛内部空间13，然后在通过辅助空气喷嘴19喷入的辅助空气18作用下才完全燃烧。
还有，在至今已知的锅炉中，考虑到磨煤机07的实际使用情况，煤粉-空气混合物09中，输送空气与煤粉的比率通常在2∶1到4∶1的范围中加以选择，也就是说，在煤粉-空气混合物09燃烧时，混合比(输送空气/煤粉，下文简写作A/C)等于2-4。
至今所知的锅炉包含以下问题〔1〕通常，当满足下述条件时，煤粉火焰14的着火性能得到改善1)煤粉中挥发组分多，燃料比(固定碳/挥发组分)低;
2)到达燃烧器喷口的热流量大;
3)煤粉-空气混合物09的A/C值接近于1;
4)煤粉-空气混合物的喷射速度小。
因此，锅炉应尽可能满足上述条件。
图8是一张曲线图，所表示的是，在一个真实锅炉中，来自炉膛内部空间13并到达一个炉膛壁的热流量分布的实测结果。而图9也是一张曲线图，所表示的是，煤粉的火焰传播速度和煤粉-空气混合物中A/C值之间关系的试验结果。根据上述曲线图，在炉膛壁的中心位置来自炉膛内部空间13并到达炉膛壁的热流量最大，而在煤粉-空气混合物的A/C≈1时，煤粉的火焰传播速度最大。
由于具有低挥发组分、高燃料比的煤不能满足上述条件1)，就需要满足其余条件2)，3)以及4)。然而，就至今已有的锅炉而论，由于多个燃烧器本体02安装在炉膛本体01的各个拐角位置(如图7所示)，由图8可以看出，到达燃烧器所在位置的热流量较小。另一方面，在所用的煤由于挥发组分低造成着火性能不良的情况下，需要使送到燃烧器本体02的煤粉-空气混合物09的A/C值接近于1，以便改善着火性能(见图9)，但是就至今已知的锅炉而论，由于受到磨煤机07实际使用情况的限制，A/C值通常为2至4，不可能接近于1。此外，考虑到与火焰传播速度的关系，将煤粉-空气混合物的喷射速度降低时，尽管该混合物变得易于着火，但由于在已有技术锅炉中它沿水平方向喷出，如果喷射速度太低，煤粉-空气混合物09中的煤粉就会落下，积聚在燃烧喷嘴03处，因此，该喷射速度不能低于一个预定值。
根据上文所述可以看出，已有技术的锅炉具有一个缺点，这就是是具有低挥发组分或高燃料比的煤难于着火。
〔2〕至于锅炉的燃烧，众所周知，NOx的生成量与辅助空气18的进气量成反比关系。然而，就至今已有的锅炉系统而论，由于存在低挥发组分或高燃料比煤的着火性能问题，辅助空气18的进气量不能多，所以减少NOx量存在困难。
因此，本发明的一个目的是提供一种经过改进的，使用粉状固体燃料的锅炉，这种锅炉不存在已有技术锅炉的上述缺点。
更具体地说，本发明的目的是，提供一种经过改进的、采用粉状固体燃料的锅炉，其着火性能得到改善，甚至具有低挥发组分和高燃料比的燃料也能被燃烧，并且NOx的生成量减少。
本发明的一个特征是，所提供锅炉的类型为粉状燃料在具有一条垂直轴线的正方筒形炉膛中燃烧，该炉膛装有多个燃烧器，这些燃烧器安置在一个炉膛壁水平横截面的各个侧边的中心位置，并适于沿着相对于一个水平面向下倾斜的方向喷射粉状燃料-空气混合物;此外在这些燃烧器下方还装有送入空气用的下部空气喷嘴。
根据本发明，由于燃烧器安置在一个炉膛壁水平横截面的各个侧边的中心位置，燃烧器喷口得到的热量显著增加。此外，由于燃烧器朝着相对于一个水平面向下倾斜的方向，粉状燃料-空气混合物的喷射速度可以降低，而且燃烧气体在还原性气氛区域中的停留时间得到延长。还有，因为把空气送到燃烧器下方，燃烧室底部的燃烧好转。
下面结合附图，介绍本发明的最佳实施例，使本发明的上述和其它目的、特征以及优点更加明显。
在所述附图中图1是本发明第一最佳实施例的垂直断面图;
图2，3分别是沿图1的Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ线剖切、沿箭头方向观看的水平断面图;
图4是本发明第二最佳实施例的垂直断面图;
图5是沿图4的Ⅴ-Ⅴ线剖切、沿箭头方向观看的水平断面图;
图6是一个已有技术锅炉炉膛实例的垂直断面图，该炉膛用煤粉作燃料;
图7是沿图6的Ⅶ-Ⅶ线剖切、沿箭头方向观看的水平断面图;
图8是一张曲线图，表示出在一台真实锅炉中进行热流量分布量测结果，所述热流量从炉膛内部空间到达一个壁的表面;
图9也是一张曲线图，表示出一项试验结果;该试验涉及煤粉的火焰传播速度与煤粉-空气混合物中空气与煤粉混合比之间的关系。
图10是一张曲线图，表示出一项实际测量结果，该测量涉及燃烧气体在燃烧器本体中心到辅助空气喷嘴区域的停留时间与炉膛出口处NOx浓度之间的关系。
首先，结合图1，2和3所示的第一最佳实施例，对本发明作详细介绍。为了避免过多的解释，在这几张图中，与原先结合图6，7介绍过的至今已知锅炉的组成零件类似的零件，采用相同的参考标号，在此不再重复。图1至3中有几个新的参考标号，其中标号20表示煤粉分选器，标号21表示粗煤粉-空气混合物喷嘴，标号22表示细煤粉-空气混合物喷嘴，标号23表示粗煤粉输送管道，标号24表示细煤粉输送管道，标号25表示粗煤粉-空气混合物，标号26表示细煤粉-空气混合物，标号27表示下部空气喷嘴，标号28表示下部空气管道，标号29表示下部空气。
送入磨煤机07的煤被磨成细粉状，并与同时送入的输送空气12(热空气)混合，形成煤粉-空气混合物09(A/C＝2-4)，然后将混合物09通过煤粉输送管道05通往煤粉分选器20，该混合物被分选成粗煤粉-空气混合物25(A/C≈0.5-1.5)及细煤粉-空气混合物26(A/C≈5-20)并分别通过粗煤粉输送管道23和细煤粉输送管道24，送往装在燃烧器主体02内部的粗、细煤粉-空气混合的喷嘴21和22。
如图2所示，上面提及的燃烧器本体02被安置在四条侧边中每一条侧边的中心位置，此处所述的侧边处于正方筒形燃烧室本体壁的一个水平横截面之中。每个燃烧器主体02分成多个分隔间，每个分隔间中装有粗煤粉-空气混合物喷嘴21、细煤粉-空气混合物喷嘴22以及一个主燃烧器空气喷嘴04。粗、细煤粉-空气混合物喷嘴21、22一般从底部开始排列成细-粗→粗-细→细-粗→粗-细的顺序，或者从底部开始相反地排列成粗-细→细-粗→粗-细→细-粗的顺序，但是在一些情况下，它们也可以安装成粗-细→粗-细→粗-细的顺序，或者与此相反的顺序。所述多个粗、细煤粉-空气混合物喷嘴21、22均相对于一个水平面向下倾斜5至45度安装装，分别将送到此处的粗、细煤粉-空气混合物25、26喷入炉膛内部空间13。
另一方面，燃烧空气10由一台送风机08通过燃烧空气管道06送入，并分成主燃烧器空气17、辅助空气18和下部空气29。主燃烧器空气17，通过安装在相应燃烧器本体02中的主燃烧器空气喷嘴04，还通过粗、细煤粉-空气混合物喷嘴21，22的周围间隙，喷入炉膛内部空间13。下部空气29通过下部空气管道28送入，并通过在燃烧器本体02下方分开安装的多个下部空气喷嘴27，吹入炉膛内部空间13。从图3可以看出，下部空气喷嘴27也被安置在一个炉膛壁水平横截面四条侧边中每一条侧边的中心位置，而且使得每个下部喷嘴的倾斜轴线能与相应燃烧器本体02的轴线包含在同一个垂直平面之中，燃烧空气、主燃烧器空气17和下部空气29的总量小于通过粗、细煤粉-空气混合物喷嘴21、22喷入的煤粉量的理想配比空气量，所述喷嘴21，22安装在燃烧器本体02内部，完全燃烧所需的其余空气以辅助空气18的形式通过辅助空气喷嘴19送入炉膛内部空间13中。
喷入炉膛内部空间13的粗煤粉-空气混合物25由一个点火源(未示出)点着，形成煤粉火焰14。如上所述，粗煤粉-空气混合物25的混合比A/C≈0.5-1.5，因此着火良好，并能形成稳定的火焰。而同时喷入炉膛内部空间13的细煤粉-空气混合物26，则因其混合比A/C＞＞1，其粉浓度小，难以维持火焰，自身也不能形成火焰，但它能借辅于在附近形成的粗煤粉-空气混合物火焰继续燃烧。
此外，在这个实施例中，由于燃烧器本体02被安置在燃烧室壁四条侧边中每一条侧边的中部，在炉膛壁的同一个水平横截面上，该处来自炉膛内部空间13的热流量最大，所以，与已有技术的锅炉相比，在燃烧器燃烧口处所得到的热量显著增加，因而着火性能得到改善。
通常，考虑到与火焰传播速度的关系，当粗煤粉-空气混合物25的喷射速度降低时，着火性能较好，在这个最佳实施例中，由于粗煤粉-空气混合物喷嘴21向下倾斜地安装，能防止煤粉落下并积聚在煤粉-空气混合物喷嘴21上，因此，与已有技术锅炉相比喷射速度能够降低，着火性能进一步得到改善。
图10是一张曲线图，表示出在一个真实系统中进行实际测量的结果，所述测量涉及燃烧器本体02中心到辅助空气喷嘴19部位这一区域中燃烧气体的停留时间与炉膛出口处NOx浓度的关系，在这张曲线图中，以不供应辅助空气时的NOx浓度作为停留时间为零的NOx浓度。从这张图中可以看出，随着停留时间稍微延长，NOx浓度下降很多。由于通过燃烧器本体02以及下部空气喷嘴27进入的空气总量，小于通过燃烧器本体02喷入的煤粉量的理想配比空气量，低于辅助空气喷嘴19部位的炉膛内部空间13呈现还原性气氛，使此处由于煤粉燃烧产生的NOx减少，而生成如NH3、HCN之类的中间产物。这一还原反应的强度决定了炉膛出口的NOx数量，如果停留时间长，还原反应时间也就延长，导致NOx减少。在这个最佳实施例中，由于煤粉-空气混合物25、26向下倾斜地喷入，因此不仅如同上述那样改善了着火性能，而且延长了燃烧气体在炉膛内部空间13停留时间，取得了减少NOx的效果。
然而，如果煤粉-空气混合物25、26向下倾斜地喷入保持还原性气氛的燃烧室内部空间13，会产生下列问题。
①尽管煤粉-空气混合物25、26分别从粗、细煤粉-空气混合的喷嘴21、22喷出，在最低喷嘴所在的平面内也会形成煤粉火焰14，但由于炉膛底部呈现还原性气氛并且热负荷小，燃烧不能充分进行，燃烧产物会以炭(主要是固定碳组分)的状态落到炉膛底部，再经过排灰孔(未示出)落入更低处的盛灰渣的水(也未示出)中，将灰渣水污染成黑色。
②众所周知，灰的熔点在还原性气氛中比在氧化性气氛中要低，因此必须注意结渣问题，炉膛底部的排灰孔有可能出现阻塞。
③炉膛底部有可能产生腐蚀。
作为上述问题的对策，在这一个最佳实施例中，在燃烧器本体02的下方安置一些下方空气喷嘴27，所述喷嘴27与燃烧器本体02分开，并与后者的轴线处在同一个垂直平面之中。由于从最低高度的粗、细煤粉-空气混合物喷嘴21、22喷出的煤粉-空气混合物25、26的燃烧，受到通过这些下方空气喷嘴27送入的下方空气29的促进，使得在燃烧器本体02下方的炉膛内部空间13成为氧化性气氛，因此，灰渣水的污染、炉膛底部排灰孔的堵塞以及炉膛底部的腐蚀等均能被防止。另外，无论粗、细煤粉-空气混合物喷嘴21、22均能选用较大的下倾角度，因此燃烧气体在炉膛内部空间13中从燃烧器主体02到辅助空气喷嘴19区域的停留时间得到相应的延长，使得减少NOx的作用加强。值得指出，此时低于辅助空气喷嘴19部分的炉膛内部空间13大体上仍保持还原性气氛。
下面结合附图4、5介绍本发明的第二个最佳实施例，其中图4是垂直断面图，而图5是沿图4的Ⅴ-Ⅴ线剖切的水平断面图。在这两张图中，与上述第一最佳实施例相似的组成部件也使用同样的参考编号，不再另作解释。
在所述第二最佳实施例中，燃烧器本体02的入口段不再象上面介绍的第一最佳实施例中那样，设置煤粉分选器20，因此也不再存在粗煤粉输送管道23和细煤粉输送管道24、粗煤粉-空气混合物喷嘴21和细煤粉-空气混合物喷嘴22的区别，每根煤粉输送管道05直接连接到燃烧器本体02内部的一种煤粉-空气混合物喷嘴03上。第二最佳实施例的其余结构与上面介绍的第一最佳实施例十分相似。
在第二最佳实施例中，燃烧器本体02也象在第一最佳实施例中那样，被安置在一个炉膛壁水平横截面的四个侧边的中心位置，所述侧边中心处来自炉膛内部空间13的热流量最大，因此与已有技术的燃烧室相比，到达燃烧器燃烧口的热量有了显著的增加。
在这个最佳实施例中，由于不再设置煤粉分选器，喷入炉膛内部空间13的煤粉-空气混合物09的A/C值通常为2-4，这个值比第一最佳实施例中粗煤粉-空气混合物的A/C值高。于是，在使用低挥发组分高燃料比煤的情况下，就担心其着火性能不佳，但是由于煤粉-空气混合物喷嘴03向下倾斜5°至45°，煤粉-空气混合物09的喷射速度可降低，并且燃烧器喷口处接收的热量较多，因此与已有技术相比，锅炉炉膛的着火性能要好得多。就其它运行特性而言，该实施例与上面介绍的第一最佳实施例类似，两者的优点几乎完全相同。
通过上述最佳实施例的详细介绍可以看出，本发明具有以下优点。
1)由于燃烧器安置在一个炉膛壁横截面的每条侧边的中心位置，从炉膛内部空间来到该处的热流量最大，燃烧器喷口接收的热量显著增加，使着火性能得到改善。
2)燃烧喷嘴(燃料-空气混合物喷嘴)向下倾斜地安装，与已有技术相比，煤粉-空气混合物的喷出速度可以降低，因此，甚至是使用已有技术难以着火的低挥发组分、高燃料比燃料，也能正常燃烧。
3)燃料喷嘴向下倾斜的结果，还使燃料气体在炉膛还原性气氛区域中停留的时间延长，因此该炉膛能有效地减少NOx。
4)由于送入下部空气，炉膛底部的燃烧好转，并且在该处形成氧化性气氛，因此灰渣水不再受污染，溶渣也减少。于是，不必再担心炉膛底部的堵塞。该处的腐蚀也能减轻。
上面已结合最佳实施例介绍了本发明的原理。应该指出，本发明不受上述解释和
的限制。
权利要求
1.一种锅炉，其粉状燃料在具有一条垂直轴线的正方筒形炉膛中燃烧，它的特征在于装有多个燃烧器和下部空气喷嘴，所述燃烧器被安置在一个炉膛壁水平横截面的各条侧边的中心位置，并适于沿着相对于一个水平面向下倾斜的方向喷射粉状燃料一空气混合物，而用来送入空气的所述下部空气喷嘴位于所述燃烧器的下方。
2.根据权利要求1所述的锅炉，其特征为，每个所述燃烧室由多个分隔间组成，并且每个所述分隔间包括粗煤粉-空气混合物喷嘴、细煤粉-空气混合物喷嘴以及一个主燃烧器空气喷嘴。
3.根据权利要求1所述的锅炉，其特征为所述下部空气喷嘴被安置在一个炉膛壁水平横截面的四个侧边的中心位置，并使所述下部空气喷嘴的轴线能与相应燃烧器的轴线包含在同一个垂直平面之中。
4.根据权利要求1所述的锅炉，其特征为，主燃烧器空气和下部空气的总量，小于通过煤粉-空气混合物喷嘴喷入的煤粉量的理想配比空气量，完全燃烧所需的其余空气通过装在主燃烧器上方的辅助空气喷嘴送入炉膛内部空间。
5.根据权利要求1所述的锅炉，其特征为所有煤粉-空气混合物喷嘴相对于一个水平面向下倾斜5-45°安置。
全文摘要
一种锅炉，其粉状燃料在具有一条垂直轴线的正方筒形炉膛内燃料，它的结构得到改进，以便改善着火性能并减少NO
文档编号F23C5/32GK1051970SQ9010909
公开日1991年6月5日 申请日期1990年11月19日 优先权日1989年11月20日
发明者德田君代, 大栗正治, 中岛文也 申请人:三菱重工业株式会社