[发明专利]在煤粉燃烧时降低氧化氮生成的方法及燃烧器

说明书

本发明涉及煤粉与燃烧用空气在燃烧器中燃烧时降低氧化氮(NO_x)生成的方法，该方法具有权利要求1前序部分所定义的特征；并涉及具有权利要求5前序部分所定义特征的燃烧器。

众所周知，为使含有碳的燃料在燃烧时降低NO_x的生成，将燃烧用空气分级以多股气流输入，由此使燃料在第一火焰区处于空气不足及低温火焰状态燃烧，其余的燃烧用空气在第二火焰区补充并与火焰混合。

在DE-OS4217879中已公开了以分级输入空气的煤粉燃烧器，在该燃烧器中，气流将通过螺旋状的入口壳体导入，并穿流过中心环形通道，在该环形通道中，迫使空气形成旋流。二次和三次空气流则通过扩张喷口向外喷离燃料流束，燃料流束通过一个安装于中心空气管与二次空气管之间的整体环形通道输入。采用这种方式，存在一个具有较低空气系数的内燃烧区，以及一个氧气充足的稳定火焰环绕区，用于延缓地给具有充足燃料的火焰提供氧气。

本发明的目的是对煤粉点火阶段中NO_x的生成产生影响。

该目的通过在权利要求1中所表明特征的方法加以解决，为实现该目的的燃烧器是权利要求5中所定义的装置。本发明的有益的方案在从属权利要求中给出。

本发明的基本思想主要在于，煤粉在蒸汽发生装置的燃烧中，通过在蒸汽发生装置燃烧室中的空气系数、通过燃烧温度、通过燃料的特性、首先是通过在一次反应时，也就是在高温分解时以及与此同时发生的煤的析出组成成分氧化时的供氧量指数ω来影响NO_x的生成。供氧量指数ω是在点火阶段可提供的氧气与析出气体的组成成分燃烧所需要的氧气的比值。在高温分解开始时，从煤中气化析出的组成成分γfB析出成分很小(见图1)，因此可氧化产物的绝对数量以及与此相应燃烧所需要的氧气量很少，与此相对存在一个固定的氧气量，它由一次空气和燃料自身含有的氧分所组成。这就是说，在析出成分点燃的起始点供氧量指数ω是无穷大的。如果在起始不供给其它氧气，例如燃烧用空气的条件下，由于燃烧器中火焰中心的继续氧化反应，供氧量指数ω而后随着时间降低(见图2)。随着为一次反应将二次和三次空气混合的开始，供氧量指数ω重新又上升。如果上述情况出现在某一个时间点，此时煤的高温分解反应尚未结束，则导致NO_x的生成加速。在图3中表示的是在燃烧后气体中NO_x的含量γNO_x与供氧量指数ω的关系。

根据对燃料特性的认识，也就是首先存在高温分解的趋势，以及火焰系统的边界条件的认识，可以对所有燃烧器结构形式下供氧量指数ω进行计算。通过本发明的措施可以对供氧量指数ω的最高值和平均值施加影响，使NO_x的生成最少，而不用屈从于为保持燃烧器出口处的一次反应所必须的过程。

以下借助于本发明的多个结构实例和燃烧器对本发明作进一步的说明。其中：

图1：在点燃过程中一次燃气中析出组成成分的含量与时间的关系曲线；

图2：在点燃过程中供氧量指数与时间的关系曲线；

图3：燃烧后气体中NO_x的含量与供氧量指数的关系曲线；

图4：燃烧器的纵剖面图；

图5：另一个燃烧器的纵剖面图；

图6：又一个燃烧器的纵剖面图。

所述的燃烧器具有一个设置在纵轴1上的燃油点火喷管2，它被安装在中心空气管3之中，中心空气管3是以环状圆筒通道形式构成的，它被一次煤粉管6包围着，在中心空气管3的前端上、一次煤粉管6内装有导流体4和旋转体5。

一次煤粉管6在其后端通过一个弯管与煤粉导管7相连，煤粉导管与一个图中未标明的碾磨机接通。一次空气与煤粉的混合物通过煤粉导管7输入一次煤粉管6，在一次煤粉管6的出口端装有一个稳定环8，它有一个径向向内凸出的边缘，该边缘凸出伸入到一次空气与煤粉组成的流束之中。

一次煤粉管6同心地安装在一个环状通道之中，该环状通道由一次燃气管9所构成，该环状通道由另一个二次空气管10的环状通道包围着，而该二次空气管10由又一个同心安装的三次空气管11的环状通道包围着。一次煤粉管6、一次燃气管9以及二次空气管10在其出口端具有向外扩张的锥形管段，即对在基外部经过的介质流起到导向作用的扩张喷口12、13、14。三次空气管11与向外扩张的燃烧器喷口15相连。