过热空气口和锅炉系统技术方案

披露一种应用于锅炉系统的过热空气（ＯＦＡ）口设计和方法。该ＯＦＡ口设计有效地减少在从相关的锅炉的排放中发射进入大气的有害污染物的数量。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锅炉系统，更具体地说涉及一种锅炉系统，其中采用过热空气(OFA)处理以减少有害的副产品，诸如CO、NOX和未燃烧碳产物。
技术介绍
矿物燃料或其它类型的有机和化学燃料的完全燃烧在锅炉中需要固定和已知量的空气。空气和燃料之间的关系称作计量化学燃烧条件。因为供应计量化学空气的燃烧和随后燃料的消耗是理论的，将需要无穷大尺寸的锅炉以便获得完全的燃烧。在存在的锅炉中，一般需要供应比理论要求更多的空气。所增加的量称作过量空气。在缺乏这样的过量空气时，由于不完全燃烧产生显著数量的副产品。这样的副产品包括碳化氢(HC)和一氧化碳(CO)。虽然过量空气有助于消除不希望的HC和一氧化碳CO副产品，在燃烧器处燃烧时多余的氧气(O2)和从燃料颗粒中释放的氮气(N)化合，形成二氧化氮(NOX)，一种从锅炉中出来弥漫在空气中的有害污染物。过热空气(OFA)处理是在1950年代为减少NOX而开发的。OFA处理是一种空气分阶段处理，它调节完成燃烧处理所必需空气的供应。典型地OFA处理分为两个阶段。第一阶段需要从安装燃烧器的燃烧区域移去一部分燃烧空气。移去一部分燃烧空气使燃烧处理开始在燃料富裕状态下工作。这样的状态导致显著减少和防止NOX的形成，但同时造成高度一氧化碳(CO)和未燃烧碳产品(UBC)的形成。OFA处理的第二阶段补救这一短处。在该阶段，通过位于燃烧区域上方的OFA口或在CO完成燃烧区域注入移去的空气。对CO完全燃烧区域注入移去的空气可以为完全燃烧的发生提供必需的计算化学量的空气。最终，CO氧化形成CO2。采用OFA处理因此为减少有害的NOX和CO提供必要的余额。燃烧效率受包括燃料来源暴露在火焰的时间、温度和紊乱(即，空气和燃料颗粒之间的混合)等各种因素的影响。传统工艺中存在各种锅炉系统。它们包括OFA口和其它必须为有效燃烧影响时间、温度和混合的特征。这些变量包括OFA口、这些口相对于燃烧区域的位置、OFA口的设计(即，单阶段和双阶段口设计)和各种混合方法。针对不充分的混合问题，曾经实施“二阶段”或“双喉口”OFA口设计。这样的设计意图是创造“近区域”流场，它促使在CFA流和接近喷射壁的锅炉燃气之间的迅速混合。这一般通过促使在外喉口或阶段的空气涡漩而完成。此外，从内阶段或喉口来的高速度轴向气流使OFA在锅炉内穿透足够地远，从而在锅炉内部达到更大的混合。传统工艺中两阶段OFA口承受各种问题。涡漩外部气流的一个缺点是旋转气流导致沿气口一侧向上流动而在外侧向下流动。因为混合围绕气口的垂直中心线是不对称的，未混合锅炉燃气被容许穿过气口而产生不希望的CO和其它不完全燃烧的副产品而流出锅炉。专利技术概要本专利技术克服传统工艺锅炉系统的短处，包括通过提供关于OFA口布置和设计新颖和不明显的系统方法。按照本专利技术，披露一种利用OFA口独特配置的锅炉。锅炉包括具有侧壁的外壳。至少一个限定燃烧区域的燃烧器布置在外壳中的侧壁之间。在较佳的实施方案中，也可以使用多个燃烧器。在侧壁和燃烧区域的对面两侧之间存在的空间限定多个垂直狭窄通道。OFA口布置成为多排。离燃烧区域最远的排(“上排”)包括比最接近燃烧区域的排(“下排”)中的OFA口数量较多的OFA口的数量。下排包括在锅炉侧壁和最接近侧壁的燃烧器的燃烧区域最外端之一之间的狭窄通道中的至少一个OFA口，并限定多个狭窄通道。在一个实施方案中，下排可以只包括两个OFA口—一个OFA口位于第一狭窄通道而另一OFA口位于第二狭窄通道。在另一实施方案中，下排可以包括多于两个OFA口。在基本上减少NOX以外，本专利技术锅炉的设计已经开发成为减少从锅炉发出的CO量。通过从燃烧区域除去部分燃烧空气并把这样的空气通过布置在燃烧区域上面和在其最外端和炉壁之间的OFA口注入，在OFA口的氧气将注入锅炉以氧化沿狭窄通道向上的CO并如此转换这样的CO成为CO2。此外，在燃烧区域边缘上燃烧器和炉壁之间的狭窄通道中设置OFA口使OFA和CO更好混合，这些气体在狭窄通道中向上流动，在CO的主要部分离开锅炉前，使CO极大地转化成为CO2。相应地，OFA口的配置减少存在于锅炉内并且随后释放入大气的CO量。在本专利技术的另一方面，披露一种有效地操作锅炉方法以便减少有害二氧化氮发射进入大气。通过使用OFA系统从燃烧区域移去一部分燃烧空气，该系统需要重新把这部分空气注入位于燃烧区域上方的OFA口。按照本专利技术的方法，OFA通过至少二排位于燃烧区域上方的OFA口再注射。此外，至少通过一个位于最接近燃烧区域的一排中的OFA口注入OFA，这是在由燃烧区域和锅炉侧壁之间空间限定的狭窄通道中。在本专利技术的另一方面，OFA口的设计是提供给锅炉使用。OFA口包括内筒和外筒，二者均有入口端和出口端。应该理解这些管并不限于圆形直径，可以具有各种孔口形状，诸如圆形、椭圆形、正方形、三角形等。内筒限定一个延伸在内筒入口和出口之间的内部通路。内筒的用途是容纳空气流动。外筒同轴地对于内筒延伸并至少部分地包围在其入口和出口端之间的内筒。该通路也用作容纳空气流动。本专利技术另一新颖方面是在外部通路中放置挡板以便在空气动力方面获得比较传统工艺披露的方法更大的UBC和CO减少。在挡板上的空气流动在各挡板的下游一侧建立低压区域。当空气流动通过挡板时，低压区域促使空气流如此离开通路，以至从外通路的气流被吸引趋向侧面。这在离开内筒的轴向OFA气流周围建立起更大的再循环区域。结果获得更大的混合。确实，挡板消除用来协助空气混合的涡漩叶片或混合装置的需要。应该理解，为获得所希望的效果在外部通路内至少应该放置一个挡板。在较佳实施方案中，在外部通路的对面两侧放置两个挡板可以获得最佳效果。此外，因此较佳地挡板位于最接近外筒的出口端。本专利技术另一新颖方面是在两管或内筒和外筒之一的入口和出口端之间改变形状。各端可包括任何几何形状，包括无限制的、圆形、椭圆形、正方或三角形，但入口端和出口端的形状较佳地不同。在一个较佳实施方案中，各管的入口端为圆形而出口端为椭圆形。应该注意，外筒出口端的椭圆形包括主轴和副轴，其中主轴是椭圆的最长部分，并可以位于水平轴线。相应地，副轴包括椭圆的较短部分，并可位于垂直轴线上。在本专利技术还有的另一方面，内筒入口端的椭圆也包括主轴和副轴，其中椭圆的最短部分构成副轴，而椭圆的较长部分构成主轴。在本专利技术的新颖方面，内筒的主轴较佳地位于外筒的副轴上。如此，内筒椭圆的较长部分同轴地沿外筒较短部分的垂直轴线放置。在另一实施方案中，内筒由三段组成入口段、过渡段和几何段。入口段较佳地为圆形并接受OFA空气流动。在过渡段中，孔口的几何形状较佳地从圆形变化为椭圆形。过渡区域当其在入口和出口端之间延伸较佳地逐渐变小以减少内筒的直径，从而使OFA移动的速度在过渡区域内增加。最后，内筒的几何段保持过渡段的几何并为OFA空气的离开提供出口。较佳地，内筒的椭圆形状在整个OFA口长度延伸，以便容许OFA在锅炉内有较大的轴向穿透。在同一较佳实施方案中，外筒由两段组成，入口段和过渡段。入口段具有较佳地为圆形的几何形状并接受OFA的流动。过渡段还包括过渡入口端和过渡出口端。在较佳的实施方案中，过渡段的直径从过渡入口端到过渡出口端增加尺寸。过渡段也提供OFA将离开孔口的区域。在另一较佳实施方案中，过渡段孔口的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锅炉，包括：（ａ）壳体，包括侧壁；（ｂ）限定布置在所述壳体内的燃烧区域的至少一个燃烧器，多个由所述侧壁和所述燃烧区域的相对墙壁之间的空间所限定的垂直狭窄通道；和（ｃ）多个在所述燃烧区域上面的所述壳体中布置的过热空 气（ＯＦＡ）口，所述ＯＦＡ口布置在多个包括上排和下排的排中，所述上排具有比较下排更多的ＯＦＡ口，所述上排布置在比较下排从所述燃烧区域更大的垂直距离处，在下排中的至少所述ＯＦＡ口中之一布置在至少所述垂直狭窄通道之一中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔尔瓦茨基，
申请(专利权)人：乔尔瓦茨基，
类型：发明
国别省市：US[美国]