专利名称:低过量空气切向点火系统的制作方法
悬浮状的煤粉采用切向点火方法成功地在炉内进行燃烧已用了很久了。该项技术包括把煤和空气从四个角上导入炉内，使其方向与一个位于炉中央的假想圆相切。这种点火方法具有很多优点，煤和气的混合良好，火焰状态稳定并且炉内燃烧气体的耐燃时间长。近来，尽量减少空气污染已成为重要的事情。因此，人们提出了改变一般切向点火方法的一些建议。其中一种这类的装置已经在我们的一件未决专利申请中有所描述，其申请号为786，432号，申请日为1985年10月11日，名称是“用于操纵切向点火煤粉炉的控制系统和方法”。在该专利申请中建议，将煤粉和空气从多个下部燃烧器层以相同的切线方向导入炉内，并将煤和空气从多个上部燃烧器层处以相反的切线方向导入炉内。借助这种装置能够实现煤和空气较好的混合，这样就能允许使用的过量空气比一般的切向点火炉少，而一般的切向点火燃烧炉要求20～30%的过量空气。过量空气的减少有助于降低NOX的形成量，这种化合物则是煤燃烧炉的空气污染的主要成分。新的装置还可以提高系统的效率。虽然上述点火技术可以降低NOX，但它存在一些缺点。由于炉内的气体的反向旋转造成抵消，气体流在某种程度上呈直线通过炉的上部，由于减少了炉内上部的旋流和混合，就会增加未经燃烧的煤粒离开炉子的可能性。此外，熔渣和未燃烧的碳就会沉积在炉壁上。这些炉壁沉积物就会降低衬装在炉壁上的水冷管道的热传导效率，增加吹灰的要求，并降低管道的使用寿命。
按照本发明，提供了一种炉子，采用上述专利申请中推荐的方法，炉中燃烧的煤粉是经过煤-空气良好混合的悬浮状态。此外通过在炉内具有一个旋流的，转动的火球，所有上述与切向点火方法相关的优点都可以得到。靠空气的覆盖层降低壁上的熔渣，使炉壁得到保护。本发明的实现是通过将煤和一次空气在第一层沿切向导入炉内，并将一定数量的辅助空气，至少要等于一次空气的两倍，沿切向在一个第一层正上面的第二层导入炉内，但与一次空气方向相反，并且有多个这种第一和第二层，一个一个。由于辅助空气具有较大的量和速度，因此在炉内的最终旋转将按照那些辅助空气所引导的方向。由于这个原因，导入方向与炉内旋流方向相反的燃料在进入炉内之后，被强迫改变方向至炉内的整个混合气体的流动方向上。燃料与空气之间的巨大的旋流混合就在这一过程中产生。这种加强了的混合降低了对炉内高过量空气的需求。这种加强了的混合也增强了碳的转换从而改善了系统的热释放率，同时降低了炉内上部的积渣和结圬。辅助空气是在一个比燃料的导入圆的直径更大的圆上导入，这样在炉壁附近形成一个空气层。此外，过度燃烧空气(overfire air)，基本上包括所有进入炉内的过量空气，在比所有的一次和辅助空气导入高度要高出很多的高度上导入炉内，并且这种过度燃烧空气沿着一个假想圆的切向并与辅助空气相反的方向上导入炉内。
图1是按照本发明的切向点火煤粉炉的剖面透视图;
图2是燃烧器一个角的局部放大图;
图3是一个沿图1的3-3线截取的剖视图;
图4是一个沿图1的4-4线截取的剖视图。
参看图1，一个煤燃烧炉10如图所示，炉内带有多个层次的燃烧器12，每层四个角上都设有一个燃烧器。空气由鼓风机16通过管道18和20供给燃烧器。空气还通过管道24供给粉化器22。煤粉在一个空气流中通过管道26和28送给燃烧器。空气和燃料是由单独的管道送入每个燃烧器的，而且带有单独的阀和控制装置(图中未表示出)，所以，每个燃烧器可以独立进行控制。燃烧气体在炉内旋流向上，在通过一个水平的通道32排出炉外并导入后气道34之前，加热流过衬装在炉内四个壁上的管道30的流体。炉子和后通道都装有其它热交换器表面(图中未表示出)用于产生和过热蒸汽，这在现有技术中早已为人们所熟知。
现对燃料和空气导入炉内的具体方法进行详细说明。磨成粉状的煤粉从一个粉化器(pulverizer melt)22在一个气流中被带入炉内。这种携带煤粉的空气一般称为一次空气。从图2中可更清楚地看出，更多的空气，一般称为二次空气通过喷咀36在燃料的正上下方导入。这些喷嘴可以和导入燃料及空气的喷嘴38一道上下翘动。这些空气是保持初始点火和稳定燃烧状态所需的。一次和二次空气构成煤完全或理想燃烧所需要的空气总量的20～30%。
再参看图2，设置在每个二次空气喷嘴36上下方的都是辅助的或称三次空气喷嘴40。完全或理想燃烧状态所必需的其余空气通过这些喷嘴40被导入。一般来说理想燃烧所需空气的大约70～80%是通过辅助喷嘴40导入的。
现参看图3和图4，图中示出煤、一次空气、二次空气和辅助空气切向导入炉内的方式。由图3可以看出，煤和一次空气与二次空气都是沿炉中央的一个假想圆42的切向导入炉内的。现参看图4，由图中可以看出辅助空气是沿一个正位于火球42的正上下方的假想圆44的切向导入炉内的。导入炉内的辅助空气在炉内的旋转方向与一次空气和燃料的旋转方向相反。这样造成的结果是其混合和燃烧效率比一般的切向点火炉要好得多。这样燃烧炉所需要的过量空气就可以比以前的要少。在炉内上升的最终火球其转动方向与辅助空气相同，这是由于在这一方向上导入的量要比反向大几倍。辅助空气的速度与一次和二次空气的速度差不多。上述特点，结合辅助空气导入切向的圆44比圆42要大一些的实际情况，在炉壁的邻近就形成一个空气覆盖层，这样减少了在这些炉壁上的积渣。另外，所有过量空气都是在炉子的上部导入炉内的。这些过量的或者过度燃烧的空气都是通过喷嘴并沿着一个假想圆的切向导入的(图中未示出)，其旋转方向与上升的火球的方向相反，也就是与辅助空气44导入的方向相反。由于过量空气的量相对是较小的(5～20%)，这些气流在离开炉子时多少仍按辅助空气导入时的旋转方向旋转。这就会使气体离开炉子时引起某种程度的温度不平衡。下面提供建议改进的炉子的某些统计数据。一次空气和燃料是以一个与通向炉子的垂直中心轴线上的径向线呈6°夹角的方向上导入炉内。辅助空气以一个与通向炉子的同一个垂直中心轴线上的径向线在相反方向上呈5～15°夹角的方向上导入炉内。在这种情况下，燃料和空气在炉内的相反方向上产生旋流。但是，如前所述，由于辅助空气较大的量和速度，最终在炉内的总旋流将是根据辅助空气导入炉内所产生的旋流方向。炉内燃烧器可以有六个层;也就是说总共有24个，每个角上设置六个。这些燃烧器可以分布在炉内从炉底开口之上50英尺处开始向上的30英尺范围内。炉子的顶壁大约高出顶燃烧器100英尺，而过量空气大约在高于顶燃烧器60英尺处导入炉内。
权利要求
1.一种操作切向点燃煤粉炉的方法，其特征是把煤粉和一次空气沿着炉中心的一个假想圆的切向，在第一层导入炉内，把多于一次空气二倍量的辅助空气在一个刚好在第一层之上的第二层导入炉内，该辅助空气的导入方向是沿着一个假想圆的切向并与燃料及一次空气的导入方向相反，有多个导入一次空气和燃料的第一层，各第一层都被导入辅助空气的第二层分隔开，这样就会产生按相反方向旋转的火球在炉内向上运动，最终整个火团按辅助空气导入的方向旋转，这是因为较大量和较大的速度的空气是在这种方向导入的，因而使燃料和辅助空气有良好的混合，所以煤的完全燃烧所需要的过量空气保持在最低值，在这种燃烧状态下，燃烧过的和末燃烧的煤向炉子的顶壁撞击的量就减少了，从而减少了炉中的积渣和结污，由于提高了混合和系统热释效率，那些碰击炉壁的灰烬现在将更完全地燃烧了，也就更加松散并便于通过吹灰予以清除。
2.如权利要求
1所述的方法，其特征是液体通过在炉子四个壁上衬装的管道以吸收炉内燃烧的煤的热量。
3.如权利要求
1所述的方法，其特征是辅助空气沿一个假想圆切向地导入炉内，该假想圆的直径大于一次空气和燃料导入时假想圆的直径。
4.如权利要求
1所述的方法，其特征是过度燃烧空气导入炉内的高度要比所有的一次和辅助空气导入的高度高得多，这些过度燃烧空气是沿一个假想圆的切向导入并与辅助空气的方向相反。
5.如权利要求
4所述的方法，其特征是过度燃烧空气基本上是所有的过量空气，且其量为5～20%。
专利摘要
一种炉子10其中燃烧用燃料为悬浮的煤粉。煤和一次空气沿着一个假想圆42的切向一起导入炉内。辅助空气是沿着一个在一次空气正上面的假想圆44并与一次空气旋转方向相反的方向导入炉内。辅助空气沿其切向导入的圆的直径大于一次空气导入圆的直径。炉内有多个用于导入一次空气和辅助空气的喷嘴38和40的交替排列层。
文档编号F23C5/32GK87102205SQ87102205
公开日1987年11月18日 申请日期1987年3月18日
发明者约瑟夫·戴维·比安卡, 戴维·肯尼思·安德森 申请人:燃烧工程有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan