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CN1110880A - 低NOx的联合切向燃烧系统 - Google Patents

低NOx的联合切向燃烧系统 Download PDF

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CN1110880A
CN1110880A CN94190377A CN94190377A CN1110880A CN 1110880 A CN1110880 A CN 1110880A CN 94190377 A CN94190377 A CN 94190377A CN 94190377 A CN94190377 A CN 94190377A CN 1110880 A CN1110880 A CN 1110880A
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Abstract

一种特别适于粉末固体燃料火焰炉(10)的低NOx联合切向燃烧系统(12)和装备低NOx联合切向燃烧系统(12)的粉末固体燃料火焰炉(10)的操作方法。当采用带低NOx联合切向燃烧系统(12)的粉末固体燃料火焰炉(10)时能使其排出的NOx量少于0.151b·/106BTU，飞灰中碳含量少于5％，CO排放量少于50ppm，低NOx联合切向燃烧系统(12)包括粉末固体燃料供给装置(62)、火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴(60)、同心的火焰喷管、密耦接过热空气室(98、100)和多级隔开过热空气源(104、106)。

Description

低NOx的联合切向燃烧系统
本发明的背景技术
本发明涉及的是用于粉末固体燃料火焰炉的切向燃烧系统，更具体地说，涉及的是低NOx的联合切向燃烧系统，该系统适用的固体燃料种类很多，当它与粉末固体燃料火焰炉一起使用时，能将所排出的NOx限制到和其它以固体燃料为主的能量产生技术所规定的范围同样的水平。
用切向燃烧方法可使炉中的悬浮粉末固体燃料连续燃烧很长时间。这种切向燃烧工艺条件是：把粉末固体燃料和空气从炉的四角处送入炉膛，从而使粉末固体燃料和空气切向地进入炉膛中部的一个假想圆中。这种燃烧技术的优点是：粉末固体燃料与空气混合均匀、火焰条件稳定、燃烧气体在炉膛内的滞留时间长。
尽管目前越来越多地强调要尽可能减少空气污染，实际上在这种情况下控制NOx的方式是公知的，即在矿物燃料燃烧时主要由两个独立装置生成氮的氧化物，这些氨的氧化物可表示为热NOx和燃料NOx。热NOx是由燃烧空气中氮分子和氧分子的热稳定引起的。热NOx的生成速率对局部火焰温度极其敏感，同时也略受氧的局部浓度影响。实际上全部热NOx都是在温度最高的火焰区中生成的。然后通过燃烧气体热抑制(thermal quenching)使热NOx浓度在绝大部分高温区内“冻结”。所以，燃烧气体热NOx浓度在最高火焰温度的稳定水准和燃烧气体温度的稳定水准之间。
另一方面，燃料NOx从某些矿物燃料例如从煤和重油中的有机凝固氮的氧化物中衍生出来。燃料NOx的生成速度通常受矿物燃料和气流的混合速度的影响很大，尤其是受到局部氧浓度的影响。但是，由于有燃料氮，所以燃料气体NOx的浓度通常只是几分之一，例如20-60％，这种含量是由于矿物燃料中的所有氮气全部氧化所造成的。因此从以上的描述可以清楚地看到，所有NOx的生成是局部氧气量和最高火焰温度的函数。
近年来，对标准切向燃烧技术作了许多改进，而其中的不少改进是最近才提出的，提出这些改进的主要目的是希望通过采取这些改进措施更有效地减少NOx的排放。其中有一种改进为美国专利号5020454中发明主题所述的燃烧系统，其名称为分组式同轴切向燃烧系统(Clustered Concentric Tangential Firing System)，其颁布日为1991年6月4日，该发明的受让人与本申请的受让人为同一受让人。根据US-专利第5020454号公开的技术内容，提供了一种特别适用于矿物燃料火焰炉的分组式同轴切向燃烧系统。该分组式同轴切向燃烧系统包括风箱。风箱中装有第一组燃料喷管，用于将成束的燃料喷入炉膛内，以使炉膛内形成第一富燃料区。上述风箱中还装有第二组燃料喷管，用于将成束的燃料喷入炉膛内，以使炉膛内形成第二富燃料区。风箱中还装有偏置空气喷管，用以将偏置空气喷入炉膛内，使偏置空气偏离喷入炉膛内的成束的燃料而流向炉壁。风箱中装有密耦接过热空气喷管，用以将密耦接过热空气喷入炉膛内。在炉膛的燃烧器区内装有隔开的过热空气喷管，它与密耦接过热空气喷管分开，且大体上与风箱的纵轴成一直线。上述隔开的过热空气喷管用以有效地将隔开的过热空气喷入炉膛。
另一改进的燃烧系统构成了US-PS5146858的发明主题，该发明的名称为“锅炉炉膛燃烧系统”(Boiler Furnace CombustionSystem)，其颁布日为1992年9月15日。根据US-PS5146858所公开的技术内容，所提供的这种锅炉炉膛燃烧系统通常包括若干设置在侧壁或正方形筒状锅炉炉膛的各角处的主燃烧器，正方形筒状锅炉炉膛的轴与燃烧器的轴垂直，燃烧器的轴切向地朝向与炉膛同轴的假想圆柱面。而且这种锅炉炉膛燃烧系统中，空气喷管在锅炉炉膛中的位置高于主燃烧器，因此，由空气喷管喷入的附加空气就可以有效地使留在主燃烧器燃烧区中的还原气氛或低氧浓度气氛内的未燃燃料充分燃烧。正如US-PS5146858所述的那样，这种锅炉炉膛燃烧系统的主要特征在于有两组分别装在较高位置和较低位置的空气喷管。具体地说，较低位置的空气喷管装在锅炉炉膛的各个角处，它们的轴切向地朝向第二个假想同轴圆柱面，该圆柱面的直径大于第一假想同轴圆柱面的直径。另一方面，较高位置的空气喷管装在锅炉炉膛各侧壁表面的中部，它们的轴切向地朝着第三个假想同轴圆柱面，该圆柱面的直径小于第二假想同轴圆柱面的直径。
还有另一种改进的燃烧系统，它构成美国专利号5195450的发明主题，该发明名称为“控制NOx的改进型过热空气系统”(AdvancedOverfire Air System for NOx Control)，其颁布日为1993年3月23日，该发明的受让人与本专利申请的受让人相同。根据美国专利第5195450号所提供的控制NOx的改进型过热空气系统被设计用在这样的一种燃烧系统中：这种燃烧系统特别适于用在矿物燃料火焰炉中。这种控制NOx的改进型过热空气系统包括多个高度的过热空气室，这些空气室包括若干密耦接过热空气室和若干隔开的过热空气室。上述密耦接过热空气室被支撑在炉膛中的第一高度处，而隔开的过热空气室被支撑在炉膛中的第二高度处，使它们与密耦接过热空气室分开，但与之对齐。把过热空气既供给密耦接过热空气室中，也供应给隔开的过热空气室中，使上述过热空气室之间的过热空气具有预定的最理想的分布状况，使隔开的过热空气室中排出的过热空气在炉膛的计划区域上方产生水平“喷射”或“成扇形展开”的过热空气分布，并使过热空气从隔开的过热空气室中出来的速率稍高于在此以前所用的速率。
从20世纪90年代到21世纪，人们希望粉末固体燃料燃烧的大型中心电站在全球范围的发电中起重要作用。这些发电站将设计成具有最大的工作效率，可以灵活机动地使用多种燃料，循环效率最高，成本最低，保养费用最少，尽可能低的排放NOx，以符合联邦、州和地区所规定的各种条例。以前那些用于大型的粉末固体燃料火焰炉的切向燃烧表明总含有低NOx生成物。低NOx的排放是由于伴随粉末固体燃料和从各角落风箱喷出的气流产生物理分离形成的分级而引起的。通过总的传热和传质过程使每个粉末固体燃料喷管处所形成的火焰得以稳定。位于炉膛中心的单个旋转的火焰光晕(“火球”)使粉末固体燃料和空气逐渐混合均匀地遍及整个炉膛。切向燃烧过程的好处在于对开发控制NOx燃烧的改进型空气分级系统具有促进作用。可是，各类壁燃炉膛(wall-fired furnaces)采用了若干各自为自稳的燃烧器组，这样就不必利用整个炉膛的流谱来实现粉末固体燃料和空气的均匀混合。因此，即使采用隔开的过热空气，壁燃式装置通常会形成产生NOx的高温和高氧浓度的局部区域。
虽然根据上述三份美国专利制成的燃烧系统可以实现其设计目的，但在已有技术中已经证明需对这类燃烧系统进行改进。具体地说，需要对现有的切向燃烧系统进行改进，使所提供的新切向燃烧系统能将粉末固体燃料火焰炉排放出的NOx控制在和其它以粉末固体燃料为主的能量产生技术所规定的范围相同的水平上，例如限制在循环流化床(CFS)和集中气化组合循环(IGCC)所规定的水平上，而不必采用选择催化还原(SCR)或选择非催化还原(SNCR)。为此，对现有的切向燃烧系统的改进要求使所提供的新切向燃烧系统应能将粉末固体燃料火焰炉排放出的NOx限制到低于0.15lb/106 BTU的水平，同时将飞灰中的碳限制到低于5％、CO的排放量少于50ppm的水平。此外，当使中等挥发的烟煤至褐煤等各种各类固体燃料在装有这种新改进的切向燃烧系统的粉末固体燃料火焰炉中燃烧时，也应能达到上述限制的排放水平。最后，为了能提供这种新改进的切向燃烧系统，要求把注意力集中在整个粉末固体燃料燃烧系统上，这种燃料燃烧系统包括粉碎、一次空气流动、燃料输入设备和在几个高度上喷入空气(附加空气、密耦接过热空气、以及隔开过热空气)。为此，可以考虑使这种新改进的切向燃烧系统包括如下四大部分：粉碎和筛选固体燃料，在粉末固体燃料喷管喷嘴附近输入粉末固体燃料并使其燃烧，炉膛下部燃烧以及炉膛上部燃烧(在主风箱和炉膛炉拱之间)。此外，这种新改进的切向燃烧系统应是以上述各独立的四大部分为基础作出的最佳选择。
概括地说，在现有切向燃烧系统基础上进行改进而得到的新切向燃烧系统应满足下述要求：当其与粉末固体燃料火焰炉一起使用时，可以使美国东部的烟煤的NOx排放量为0.10-0.15lb./106BTU，而且可使在粉末固体燃料火焰炉中燃烧的粉末固体燃料的NOx排放量与其他新的固体燃料燃烧的最佳技术(例如流化床燃烧器和IGCC)不相上下。另外，采用这种新改进的切向燃烧系统，借助于各种燃烧工艺条件不仅可达到NOx排放指标，同时还能使飞灰中的碳保持在少于5％的水平，并使CO的排放低于50ppm。也就是说，这种新改进的切向燃烧系统能使系统的总排放置达到最小。在这一方面，为了减少NOx生成物所采用的工艺条件，例如使第一区在近乎化学计量的条件下燃烧、将粉末固体燃料和空气混合物分级(Staging)、减小过量的空气和较低的放热速率都是为了控制氧的有效利用率和燃烧速率以及降低最高火焰温度。但是，由于这些条件可能使CO、碳氢化合物和增加的未燃碳的排放增加，所以要求这种新改进的切向燃烧系统能在这些相制约因素之间求取平衡，即要求这种新改进的切向燃烧系统构成一个联合切向燃烧系统，该系统将精细固体燃料的粉碎、输入经进一步粉碎的粉末固体燃料以及采用几个空气喷入高度使炉膛内空气分级结合在一起。具有这些特征的组合结构使这种新改进的切向燃烧系统与现有的燃烧系统具有明显的区别。
对精细固体燃料粉碎的要求是要使控制NOx的分级燃烧过程所造成的燃烧损失(未燃的碳)达到最小。精细粉末固体燃料可以使密式点火在粉末固体燃料喷管喷嘴排放处进行，这样就可以使燃料中的碳释放出来，从而在分级条件下使它还原成N2。第二个好处在于撞在粉末固体燃料火焰炉水壁上的较大颗粒几乎没有(＞100目)，并提高了低载点火的稳定性。
输入被进一步粉碎的固体燃料的设备需要确保该粉末固体燃料的点火点比用传统粉末固体燃料喷管喷嘴时更紧靠喷管喷嘴。使上述粉末固体燃料快速点火可以产生稳定的挥发性物质的火焰，并可使富粉末固体燃料流中生成的NOx减到最小。此外，采用输入进一步粉碎过的固体燃料的设备还可使风箱中的一些二次气流发生水平偏移，从而在燃烧初始阶段将少量的空气送到喷入的粉末固体燃料流中。风箱中一些二次气流水平偏移还可在粉末固体燃料火焰炉的燃烧区内及燃烧区上方的水壁附近形成氧化环境。这就降低了灰尘的沉积量和灰尘的粘性，从而既可使壁吹灰器的使用次数减少，也降低了被加大的炉膛下部的吸热。在粉末固体燃料火焰炉水壁之间所增加的O2量也可以使腐蚀趋势下降，特别是燃烧含有高浓度硫、铁或碱金属(K，Na)的煤时更是如此。实际上，由硫化作用或其他机理造成的腐蚀可以通过使直接碰撞到粉末固体燃料火焰炉水壁上的燃料碰撞减到最小而受到极大的控制。这可由保持放热参数和粉末固体燃料火焰炉的几何尺寸并经改善的粉末固体燃料的细度控制未实现。
对于炉膛内使用多个空气喷射高度位置对空气分级的需求在于要求排出通过主风箱顶部的空气室的部分二次空气，以促使碳停止燃烧，而不增加NOx的生成。此外，由于在炉膛内用多个空气喷射高度位置对空气分级，还能通过多个分级的隔开的过热空气(SOFA)控制燃烧区的化学计量。两个或多个分开的过热空气源被设置在主风箱顶部和粉末固体燃料火焰炉出口平面之间的粉末固体燃料火焰炉的各个角落，以便在控制给定的粉末固体燃料的NOx时得出最佳化学计量曲线。可对SOFA室的左右偏角和上下倾角进行调整，这样可以调节燃烧空气和粉末固体燃料火焰炉气体的混合过程，从而最大限度地控制易燃物的排放，例如控制碳、CO、总的碳氢化合物(THC)和多环芳香化合物(PAC)的排放。
所以，本发明的一个目的是提供一种新改进的切向燃烧系统，具体地说涉及的是与粉末固体燃料火焰炉一起使用的切向燃烧系统。
本发明的另一个目的是提供一种新改进的用于粉末固体燃料火焰炉的切向燃烧系统，其特征在于通过使用该系统，可以把粉末固体燃料火焰炉中排出的NOx控制在和其它以固体燃料为主的能量产生技术所规定的范围相同的水平上，例如限制在循环流化床(CFB)和集中气化组合循环(IGCC)所规定的水平上，而不必采用选择催化还原(SCR)或选择菲催化还原(SNCR)。
本发明的另一个目的是提供一种新改进的用于粉末固体燃料火焰炉的切向燃烧系统，其特征在于通过使用该系统，可以使粉末固体燃料火焰炉中排出的NOx少于0.15lb/106BTU。
本发明的又一个目的是提供一种新改进的用于粉末固体燃料火焰炉的切向燃烧系统，其特征在于通过使用该系统，可以将粉末固体燃料火焰炉中排出的NOx限制到少于0.15lb/106BTU，同时将飞灰中的碳量限制到少于5％，CO的排放限制到少于50ppm的水平上。
本发明的再一个目的是提供一种新改进的用于粉末固体燃料火焰炉的切向燃烧系统，其特征在于通过使用该系统，可以将粉末固体燃料火焰炉中排出的NOx限制到少于0.15lb/106BTU，同时在粉末固体燃料火焰炉中可以燃烧从中等挥发份的烟煤至褐煤中的各种固体燃料。
本发明还有一个目的是提供一种新改进的用于粉末固体燃料火焰炉的切向燃烧系统，其特征在于作为该系统的一个部分它包括固体燃料的粉碎和筛选。
本发明的又一个目的是提供一种新改进的用于粉末固体燃料火焰炉的切向燃烧系统，其特征在于作为该系统的一个部分它包括粉末固体燃料在粉末固体燃料喷管喷嘴附近输入和燃烧。
本发明再一个目的是提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的切向燃烧系统，其特征在于作为其一个部分包括下部炉膛燃烧。
本发明又一个目的是提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的切向燃烧系统，其特征在于上部炉膛燃烧是其一个部分。
本发明还有一个目的是提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的切向燃烧系统，其特征在于将精细固体燃料的粉碎与输入进一步粉碎了的固体燃料及利用几个空气喷入高度使炉膛内空气分级结合在一起。借此使上述新改进的切向燃烧系统构成用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的联合切向燃烧系统。
本发明另一目的是提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的联合切向燃烧系统，其特征在于该系统同样或适用于新用途或适用于改造原设备。
本发明再一目的是提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的联合切向燃烧系统，其特征在于该系统安装比较方便，操作比较简单，而且成本比较低廉。对本发明的概述
根据本发明一部分内容，提供了一种尤其适用于粉末固体燃料火焰炉的低NOx联合切向燃烧系统。上述低NOx联合切向燃烧系统包括粉末固体燃料供给装置，火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴，同轴燃烧喷咀，密耦接过热空气及多个分级的隔开的过热空气。将上述粉末固体燃料供给装置设计成确实可供给细度最小的粉末固体燃料，其细度为用50目筛网过筛时筛上物几乎为0％，用100目筛网过筛时筛上物为1.5％，用200目筛网过筛时通过率高于85％。50目筛网、100目筛网和200目筛网的尺寸分别可使尺寸约为300微米、150微米和74微米的颗粒通过。采用达到上述精细程度的粉末固体燃料的主要好处是可使由分级燃烧过程引起的燃烧损失(未燃烧的碳)降至最小，上述分级过程是本发明的低NOx联合切向燃烧系统用于控制NOx的。将上述火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴设计成使得由粉末固体燃料供给装置将粉末固体燃料输入喷管喷嘴的，使粉末固体燃料的点火点出现在比现有技术中更紧靠粉末固体燃料喷管喷嘴处从而实现有效喷射。上述同轴燃烧喷嘴被设计成使其适于使一些二次气流发生偏移，从而在燃烧初始阶段可将少量空气到达喷入的粉末固体燃料流中，致使粉末固体燃料的燃烧发生在化学计量小于0.85且低到0.4之间，但是最好在0.5和0.7之间。上述通过位于主风箱顶部的空气室被喷入粉末固体燃料火焰炉中的密耦接过热空气被用来在不增加NOx生成物的情况下有效地促使碳的完全燃烧。上述多个分级的隔开的过热空气被设计成在两个或多个隔开的高度通过空气室将其喷入粉末固体燃料火焰炉，上述多个隔开的高度处于主风箱顶部和粉末固体燃料火焰炉的出口平面之间，使得将粉末固体燃料燃烧所生成的气体从主风箱顶部输送到隔开的过热空气最后高度所需的时间即滞留时间大于0.3秒。
按照本发明另一部分内容，提供了配有低NOx联合切向燃烧系统的粉末固体燃料火焰炉的操作方法。上述配有低NOx联合切向燃烧系统的粉末固体燃料火焰炉的操作方法包括如下步骤：供给具有最小细度的粉末固体燃料，其细度为用50目筛网过筛时筛上物几乎为0％，用100目筛网过筛时筛上物占1.5％，用200目筛网过筛时通过率高于85％；将供给火焰固定喷管喷嘴的具有上面所列举的细度的粉末固体燃料通过火焰固定喷管喷嘴喷入粉末固体燃料火焰炉中，以使粉末固体燃料的点火点发生在紧靠火焰固定喷管喷嘴处，致使能形成稳定挥发物火焰，并使富粉末固体燃料流中的NOx生成物减至最小；将部分二次气流经位于主风箱中的空气室喷入粉末固体燃料火焰炉，使此部分二次气流相对于该粉末固体燃料火焰炉的纵轴水平偏移；将另一部分二次气流以密耦接过热空气的形式经位于主风箱顶部的空气室喷入粉末固体燃料火焰炉，以便在不增加NOx生成物的情况下，促进碳完全燃烧；再将又一部分二次气流以隔开的过热空气的形式经两个或多个位于主风箱顶部与粉末固体燃料火焰炉出口平面之间的两个或几个空气室的相隔开的高度喷入该粉末固体燃料火焰炉，致使由粉末固体燃料燃烧所生成的气体从主风箱顶都输送到隔开的过热空气最后高度的顶部所化的时间超过0.3秒。对附图的简要说明
图1为用图形表示配有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统的粉末固体燃料火焰炉垂直剖面图的特性；
图2为用图形表示的具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统垂直剖面图的特性，特别适用于粉末固体燃料火焰炉；
图3为应用于具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统的具有火焰固定喷嘴的粉末固体燃料喷管的侧向正视图；
图4为备有图3所述的火焰固定喷嘴的粉末固体燃料喷管端视图，上述喷管用于具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统中；
图5为燃烧圆的平面图，它描绘出了在具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统中所采用的偏置燃烧的工作原理；
图6为配备了具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统的粉末固体燃料火焰炉的平面图，它描绘出了调节在低NOx联合切向燃烧系统中所使用的隔开的过热空气的左右偏角的工作原理；
图7为配备了具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统的粉末固体燃料火焰炉的侧向正视图，它描绘出了调节用于低NOx联合切向燃烧系统的隔开的过热空气上下倾角的工作原理；
图8示出了适于装在粉末固体燃料火焰炉中的现有的低NOx燃烧系统的两次现场试验和一次室内试验所得到的NOx排放量的比较曲线；
图9示出了适于从装在粉末固体燃料火焰炉中的现有的低NOx燃烧系统中的NOx排放量与从具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统中的NOx排放量进行比较的曲线；
图10中的曲线示出了当配备具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统的粉末固体燃料火焰炉主燃烧器区中化学计量降低时对NOx排放量及飞灰中的含碳量的影响；
图11中的曲线示出了化学计量对三种不同结构的低NOx燃烧系统的NOx排放量的影响，上述每一种结构的低NOx燃烧系统均适于粉末固体燃料火焰炉；
图12a中的曲线表示粉末固体燃料细度对使用三种不同结构的低NOx燃烧系统的飞灰中含碳量的影响，上述每一种结构的低NOx燃烧系统均适用于粉末固体燃料火焰炉：
图12b中的曲线表示粉末固体燃料细度对使用三种不同结构的低NOx燃烧系统的NOx排放量的影响，上述每一种结构的低NOx燃烧系统均适用于粉末固体燃料火焰炉；
图13a中的曲线表示在具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统中使用三种不同的粉末固体燃料进行燃烧试验所得到的CO量；
图13b中的曲线表示在具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统中使用三种不同的粉末固体燃料进行燃烧试验所得到的飞灰中的含碳量；
图13c中的曲线表示在具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统中使用三种不同的粉末固体燃料进行燃烧试验所得到的NOx排放量；
图14为用图形表示的配备了具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统的粉末固体燃料火焰炉的垂直截面图的特性，该图示出了所采用的涡流数(swirl number)大于0.6时，通过粉末固体燃料火焰炉的主风箱被喷入该炉中的粉末固体燃料和空气的流动方向；
图15为用图形表示的配备了具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统的粉末固体燃料火焰炉平面图的特性，该图示出了为了使涡流数大于0.6，通过粉末固体燃料的主风箱喷入该炉中的粉末固体燃料及空气的流入角度；
图16为用图形表示的配备了具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统的粉末固体燃料火焰炉的局部垂直截面图，该图示出了为了减少料斗飞灰和促进碳的转换使较低的粉末固体燃料喷管上下倾斜及较低的空气喷管上下倾斜的情况。对优选实施例的描述
请参见附图，更具体地说参见附图中的图1，该图示出了一种粉末固体燃料火焰炉，通常用标号10表示。由于粉末固体燃料火焰炉的结构及运行方式原本就是本领域普通技术人员公知的，所以此处不再赘述，而仅对图1中示出的粉末固体燃料火焰炉10作详细描述。反之，为了了解能与在附图2中用标号12表示的低NOx联合切向燃烧系统配合运行的粉末固体燃料火焰炉，需要对与上述低NOx联合切向燃烧系统12配合运行的粉末固体燃料火焰炉10的各部分的实际情况进行充分而详细的描述，按本发明所述，上述燃烧系统能装于上述火焰炉中，当将该系统装于上述火焰炉中时，低NOx联合切向燃烧系统12可用于将从粉末固体燃料火焰炉10中排出的NOx限制到低于0.15lb./106BTU，同时还能将从粉末固体燃料火焰炉10中排出的飞灰中的碳限制到低于5％，并将从粉末固体燃料火焰炉10中排出的CO限制到50ppm以下。为了更详细地描述粉末固体燃料火焰炉10的上述各部分的具体结构和运行方式，本说明书中没有提到的部分请参考现有技术，例如参见于1988年1月12日授权于F.J.Berte的US-专利第4719587号，此专利的受让人与本发明申请的受让人相同。
再参见附图1，图示中的粉末固体燃料火焰炉10包括一个燃烧器区，该区通常用标号14表示。下面更全面地描述低NOx联合切向燃烧系统12的具体结构和运行方式时，在粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14中粉末固体燃料和空气起燃都是以本领域技术人员熟知的方式进行的。粉末固体燃料和空气在燃烧时所生成的热气体在粉末固体燃料火焰炉中朝上升。当热气在粉末固体燃料火焰炉10中朝上移动时，热气以本领域普通专业人员公知的方式将热量传给流过管道的流体(为使附图清晰起见，图中未示出上述管道)，上述管道以传统的方式沿粉末固体燃料火焰炉10的四周各壁排成列。然后，热气经粉末固体燃料火焰炉10的水平通道(通常用标号16表示)离开该粉末固体燃料火焰炉10，上述水平通道又通向该粉末固体燃料火焰炉10的后部气体通道(通常用标号18表示)。水平通道16和后部气体通道18通常都包括另外的热交换器表面(未示出)，以便以本领域普通技术人员公知的方式产生蒸气并使蒸气过热。此后，上述蒸气流向构成汽轮机/发电机组(未示出)的汽轮机，这样，蒸汽产生动力驱动汽轮机(未示出)，从而也驱动发电机(未示出)，发电机以公知的方式与汽轮机共同运转，因此发电机发出电力(未示出)。
根据上面对背景技术的描述，现在请具体参见附图1和2，以便对低NOx联合切向燃烧系统进行描述。按照本发明，该系统被设计成与具有图1所示的粉末固体燃料火焰炉10结构的炉一起使用。更具体地说，将上述低NOx联合切向燃烧系统设计成用于如图1所示的粉末固体燃料火焰炉10之类的炉中，致使利用该低NOx联合切向燃烧系统12可将从粉末固体燃料火焰炉10中排出的NOx限制到低于0.15lb./106BTU，同时还能将从粉末固体燃料火焰炉10中排出的飞灰中的碳限制到低于5％，并将从粉末固体燃料火焰炉10中排出的CO限制到50ppm以下。
参见附图1和2，可以清楚地看出上述低NOx联合切向燃烧系统包括有壳体，最好是主风箱形状的壳体，该壳体在附图1和2中用标号20表示。主风箱20以本领域普通技术人员熟知的方式由传统的支承装置(未示出)支承在粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14内，并使主风箱20的纵轴大体与粉末固体燃料火焰炉10的纵轴平行延伸。
下面根据附图2所示的实施例，继续对上述低NOx联合切向燃烧系统12进行描述，上述主风箱20包括一对端部空气室，它们分别由标号22和24表示。从附图2中可清楚地看到，其中一个端部空气室(即用标号22表示的端部空气室)被装于主风箱20的下端。另一端部空气室(即用标号24表示的端部空气室)被装于主风箱20的上部。此外，根据附图2，在主风箱20内还装有若干平直的空气室(图2中它们分别由标号26，28和30代表)，以及一些偏置空气室(图2中分别用32，34，36，38，40，42，44和46表示)。为此，平直空气喷管由任一种传统的适合的固定装置固定地支承在每个端部空气室22和24及每个平直空气室26，28和30中。但是偏置空气喷管(下面将对其作更全面的描述)为此由任一种传统的适合的固定装置固定地支承在每个偏置空气室32，34，36，38，40，42，44和46中。空气供给装置(为使附图保持清晰起见，图中未示出)有效地与每一个端部空气室22和24相通，还与每个平直空气室26、28和30相通，也与每个偏置空气室32、34、36、38、40、42、44和46相通，所以空气供给装置可将空气输入上述各室中，并通过它们将空气送入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14。为此，该空气供给装置与公知的结构一样包括风机(未示出)和若干空气管道(未示出)，通过一些分开的阀门和调节机构(未示出)使上述空气管道一方面与风机相通，另一方面又分别与端部空气室22和24、平直空气室26，28和30以及偏置空气室32，34，36，38，40，42，44和46相通，以使流体流过。
再参见主风箱20，根据附图2所示的实施例，主风箱20也设有若干燃料室，它们通常分别由标号48，50，52，54和56代表。燃料喷管固定地支承在每个燃料室48，50，52，54和56中，附图3中示出了该喷管的结构，该燃料喷管通常用标号58表示。为此可以采用任一种合适的传统的固定装置将燃料喷管58安装在每个燃料室48，50，52，54和56中。接下来需要更充分描述的是，燃料喷管58包括有火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴，在附图4中该火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴用标号60表示。每个燃料室48，50，52，54和56在附图2中都表示为煤室，当然这只是举例而并非是限制。显然，应当想到燃料室48，50，52，54和56也适合于其它粉末固体燃料，也就是说，适合于任一种形状的能在粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14中燃烧的粉末固体燃料。
附图1中示意地图示出的粉末固体燃料供给装置用标号62表示，它有效地与固定地支承在燃料室48，50，52，54和56中的燃料喷管58相通，借此，粉末固体燃料供给装置62可将粉末固体燃料送入燃料室48，50，52，54和56，尤其是将燃料送入固定支承在上述各室中的燃料喷管58，以便将燃料从该喷管喷入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14中。上述粉末固体燃料供给装置62包括粉碎机(见图1中的标号64)及若干粉末固体燃料管道(由标号66代表)。上述粉碎机64用来生产具有最小细度的粉末固体燃料，其细度为在50目筛网上的筛上物几乎为0％，在100目筛网上的筛上物为1.5％，在200目筛网上的筛出物多于85％，其中与50目，100目，200目相当的颗粒尺寸分别约为300μm，150μm和74μm。进一步说，粉碎机64包括电动分选器(未示出)。另外，根据电动分选器(未示出)的工作方式，当粉末固体燃料颗粒随气流流过该电动分选器(未示出)时，旋转的分选器叶片使粉末固体燃料颗粒具有离心力。气流和旋转的分选器叶片所产生的力的平衡将大颗粒和小颗粒分开。小颗粒排出电动分选器(未示出)，而大颗粒仍留在粉碎机64中，以便进一步粉碎。对于精细的固体燃料的主要要求是希望由分级燃烧过程所引起的燃烧损失(未燃的碳)最小，上述分级燃烧过程被用于在具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统12中控制NOx的量。精细的固体燃料可以在燃料喷管58的排出喷嘴处形成密式点火，从而使燃料释放更多的不游离氮，继而可在分级条件下还原成N2。另一优点是几乎没有大颗粒(＞100目)撞击在粉末固体燃料火焰炉10的水壁上，而且提高了低载点火的稳定性。具有上述细度的粉末固体燃料从粉碎机64经粉末固体燃料管道66被输送到被固定支承在燃料室48，50，52，54和56中的燃料喷管58以及上述燃料室中，上述粉末固体燃料管道66一方面与燃料喷管58相通，另一方面通过一些分开的阀和调节机构(未示出)与上述燃料室相通，以使流体流过。虽然为使附图清晰起见图中没有示出，粉碎机64可有效地与空气供给装置的风机(未示出)相连(有关内容请参见前面所述)，因此，也可将空气从空气供给装置的风机(未示出)输送至粉碎机64，借此，由粉碎机64供给的粉末固体燃料经粉末固体燃料管道66随空气流一道以粉碎领域普通技术人员公知的方式被输送到固定支承在燃料室48，50，52，54和56中的燃料喷管58中。
进一步参见附图4中所示的火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60，其基本作用是有效地将从该喷嘴喷入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14的粉末固体燃料在紧靠喷嘴处点燃，即在离该喷嘴出口2英尺内点燃，与现有的各种粉末固体燃料喷管喷嘴相比，该喷嘴能更有效地点燃。粉末固体燃料迅速点燃可以形成稳定的易挥发物火焰，同时使富粉末固体燃料流中产生的NOx最少。火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60的这种独有特色归于喷嘴出口端所安排的非流线型体网格结构(图4中用标号68表示)。上述网格结构68改变了从火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60排出的粉末固体燃料/空气流的流动特性，使其从大体为层流的状态变成湍流。粉末固体燃料/空气流紊度的提高加大了动态火焰传送速度和燃烧的能力。其结果可确保所有喷出的粉末固体燃料/空气迅速点燃(在紧靠火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60处点燃，但并不与其接触)，可及早使火焰温度更高(能最多地释放包括燃料氮在内的易挥发物)，而且可迅速地消耗所得到的氧(及早使NO生成物降至最少)。上述火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60的实际优点和商业上的优势是在不与火焰接触的情况下能具有极好的性能。试验证明，现有的各种火焰固定喷管喷嘴在燃烧了一定量的粉末固体燃料时会过早地出现故障和/或堵塞的问题。由于上述火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60能保持稳定而分离的火焰，因此能避免堵塞/迅速燃尽，从而可克服采用现有的火焰固定喷管喷嘴所存在的缺点。
从附图3和4可以清楚地了解到，上述火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60通常为矩形盒，图3中标号70则代表此盒。该矩形盒70的相对两侧有两个开口端(见图3中标号72和74)，粉末固体燃料/一次空气流分别流过该相对的两端开口进入火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60和从该喷嘴中排出。矩形盒70的周围与其相隔一段小距离处有输入附加空气即助燃空气的通道(见图3中的标号76)。可以认为上述火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60的独有特色在于它的出口。对此，有四根矩形棒(图4中用标号78a，78b，78c和78d表示)，它们由传统的任一种合适的安装装置(未示出)固定支承在矩形盒70中，使得上述四根棒78a，78b，78c和78d处在以火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60的出口平面的轴和中心对称的位置。图4中用标号80和82表示的“剪切棒”(Shear bars)也处在火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60的出口平面上，此两条棒也由传统的任一种合适的固定装置(未示出)被固定支承在矩形盒70中，就迄今为止所使用的情况看来，上述两根棒位于顶部。
从附图3和4中还能清楚地看到，上述火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60通常为矩形盒，该盒在图3中用标号70表示。矩形盒70的相对两侧有两个开口端(见图3中标号72和74)，粉末固体燃料/一次空气流分别流过该相对的两端开口进入和排出火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60。矩形盒70的周围与其相隔一段小距离处有输入附加空气即助燃空气的通道(见图3中的标号76)。可以认为上述火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60的独有特色在于它的出口。对此，有四根矩形棒(图4中用标号78a，78b，78c，78d表示)它们由传统的任一种合适的固定装置(未示出)固定支承在矩形盒70中，使得上述四根棒78a，78b，78c，78d处在以火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60的出口平面的轴和中心对称的位置。图4中用标号80和82表示的“剪切棒”(Shear bars)也处在火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60的出口平面上，此两条棒也由传统的任一种合适的固定装置(未示出)固定支承在矩形盒70中，使它们分别位于火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60的出口平面的上部和底部。四根矩形棒78a，78b，78c，78d通过附图4中用标号84和86表示的短矩形棒件与“剪切棒”(Shear bars)80和82相连。矩形盒70的准确尺寸以及固定支承在矩形盒70中的矩形棒78a，78b，78c和78d以及“剪切棒”80和82的准确尺寸都是根据燃料喷管58的燃烧速率的需要设计的。
现在继续对火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60进行描述，当粉末固体燃料和一次空气从矩形盒70在74处流出时，矩形棒78a，78b，78c和78d产生湍流。这具有很多优点。换句话说，湍流使火焰传送速度快于粉末固体燃料/一次空气速度之处出现旋涡，从而可使点火点紧靠火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴的出口，即离上述出口的距离在2英尺之内。此外，粉末固体燃料的相对速度与一次空气相对速度不同，因此可促进混合，从而使粉末固体燃料在靠近燃料喷管58的区域加快脱去挥发物。这两个优点都有利于通过将缺氧区中的挥发物排出来减少NOx生成物，这能有效地减少因粉末固体燃料氮转换而形成的NOx量，这一点是不言而喻的。
此外，根据附图2所示，主风箱20中还设有辅助燃料室，图2中用标号88表示。该辅助燃料室88的作用是通过装在其内的合适的辅助燃料喷管将辅助燃料喷入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14中，上述辅助燃料是如油或气之类的非粉末固体燃料可以认为例如在粉末固体燃料火焰炉10起动时要求喷入这些辅助燃料。虽然图2所示的主风箱20只设有一个辅助燃料室88，但可以想到，在主风箱20中设置几个附加辅助空气室88亦没有超出本发明的构思。为此，若需要设置几个辅助燃料室88，可以用辅助燃料室88代替一个或几个平直空气室26，28和30。
下面将讨论偏置燃烧(Offset firing)的工作原理。为此，请具体参见附图5。从图5中清楚可见，通过粉末固体燃料室48，50，52，54和56喷入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14的粉末固体燃料和一次空气流(图5中用90示意地表示)射向图5中用标号92表示的假想的小圆，此假想圆处于粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14的中心。与粉末固体燃料和一次空气流不同，通过偏置空气室32，34，36，38，40，42，44和46喷入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14中的助燃空气即二次空气(图5中用94示意地表示)射向图5中用标号96表示的假想的大圆，由于此大圆与小圆92同心，当然它也同小圆92类似地处于粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14的中心。
使通过主风箱20的部分二次空气流水平偏移，可使燃烧早期阶段用于粉末固体燃料和一次空气流的空气较少，这就可以在粉末固体燃料和一次空气的燃烧区内以及该燃烧区上方靠近粉末固体燃料火焰炉10的水壁之处形成氧化环境，其效果是减少了飞灰沉积量，降低了飞灰的粘度，从而减少了水壁吹灰器的使用次数并增加了粉末固体燃料火焰炉10下部的吸热。增加沿粉末固体燃料火焰炉10的水壁的O2量还能使腐蚀能力减小，尤其在燃烧含高浓度的硫、铁、或碱金属(K、Na)的粉末固体燃料时更是如此。实际上，通过将粉末固体燃料和一次空气流直接撞击在粉末固体燃料火焰炉10的水壁上的可能性减小可以有效地控制由硫化作用或其它机理引起的腐蚀。有人建议通过维持粉末固体燃料火焰炉10的放热参数和几何尺寸并改进对粉末固体燃料火焰炉10中燃烧的粉末固体燃料细度的控制来减小上述可能性。
下面再对低NOx联合切向燃烧系统12进行描述。根据附图2中所示的实施例，在主风箱20中设有一对密耦接过热空气室，它们位于主风箱的上部，使它们大体并置在端部空气室24上，在附图2中分别用标号98和100表示。每个密耦接过热空气室98和100中都设有密耦接过热空气喷管，借助于任何传统的合适的固定装置(未示出)可将它们固定支承在各密耦接过热空气室中。每个密耦接过热空气室98和100有效地与同一空气供给装置(未示出)相连，如前所述，该空气供给装置亦与每个端部空气室22和24、每个平直空气室26，28和30以及每个偏置空气室32、34、36、38、40、42、44和46有效地相连，因此，该空气供给装置(未示出)可将部分助燃空气送入每个密耦接过热空气室98和100，使之将助燃空气喷入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14。通过密耦接过热空气室98和100喷入助燃空气有利于促使碳完全燃烧而不增加NOx生成物。
现在进一步讨论低NOx联合切向燃烧系统12的具体结构，在粉末固体燃料火焰炉10的每个角落都设置两路或多路在高度上相互隔开的过热空气源，使它们处于主风箱20的顶部和粉末固体燃料火焰炉10的炉膛出口平面(如图1中虚线102所示)之间。按照附图1和2所示的实施例，该低NOx联合切向燃烧系统12包括两路高度上相互隔开的过热空气源，即图1和2中用标号104表示的低位隔开过热空气源和图1和2中用标号106表示的高位隔开过热空气源。借助于任一种合适的传统的维持装置(未示出)将低位隔开过热空气源104适当地维持在粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14内，使其与主风箱20的顶部适当地相距一段距离，更具体地说，使其与风箱中的密耦接过热空气室100的顶部相隔一段距离，并使其大体与主风箱20的纵轴对准。同样，借助于任一种传统的合适的维持装置(未示出)将高位隔开过热空气源106适当地维持在粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14内，使其与低位隔开过热空气源104相隔开，并使其大体与主风箱20的纵轴对准。上述低位隔开过热空气源104和高位隔开过热空气源106均适当地处于主风箱20的顶部与炉膛出口平面102之间，使粉末固体燃料燃烧所产生的气体从主风箱20的顶部输送到高位隔开过热空气源106的上端的时间即滞留时间超过0.3秒。
下面再对低位隔开过热空气源104和高位隔开过热空气源106进行描述。按照附图1和2示出的实施例，低位隔开过热空气源104包括三个隔开的过热空气室，在附图2中分别用108，110和112表示。同样，高位隔开过热空气源106也包括三个隔开的过热空气室，在附图2中用114，116和118表示。在低位隔开过热空气源104的每个隔开过热空气室108，110和112以及高位隔开过热空气源106的每个隔开过热空气室114、116和118中都装有隔开的过热空气喷管，它们由任一种传统的合适的固定装置(未示出)固定支承在上述各室中，并使上述每根隔开过热空气喷管既能左右偏转移动又能上下俯仰移动。正如在附图6中清楚地图示出来的那样，左右偏转移动指的是沿水平面的运动，即按图6中标号120所示的箭头运动。另外，上下俯仰运动则如附图7所示，它的含意是指沿垂直平面的运动，即按图7中标号122所示的箭头运动。
作为对低位隔开过热空气源104和高位隔开过热空气源106描述的结束，还应提及的是：低位隔开过热空气源104的每个隔开过热空气室108、110和112可有效地与同一空气供给装置(未示出)相通，使流体可在其中流动，如前所述，上述空气供给装置与每个端部空气室22和24相通，也与每个平直空气室26、28和30、每个偏置空气室32、34、36、38、40、42、44和46以及每个密耦接过热空气室98和100有效相通，因此，该空气供给装置(未示出)向每个隔开的过热空气室108、110和112供给部分助燃空气，以便将助燃空气喷入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14中。同样，高位隔开过热空气源106的每个隔开过热空气室114、116和118有效地与上述同一空气供给装置(未示出)相通，使流体可在其中流动，如前所述，该空气供给装置与每于端部空气室22和24、每个平直空气室26、28和30，每个偏置空气室32、34、36、38、40、42、44和46以及每个密耦接过热空气室98和100有效相通，因此，该空气供给装置(未示出)向每个隔开过热空气室114、116和118供给部分助燃空气，以便将助燃空气喷入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14。
采取多路分级的隔开的过热空气源即两路或多路在高度上相互隔开的过热空气源的效果是使粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14中达到最佳化学计量，以便控制每一种给定的粉末固体燃料的NOx排放量。此外，由于采用了低位隔开过热空气源104的隔开过热空气室108、110和112及高位隔开过热空气源106的隔开过热空气室114、116和118，能左右偏转和上下俯仰的转位，因而可以利用它有效地调整燃烧空气和炉气的混合过程，以便最大限度地控制如碳、CO、全部碳氢化合物(THC)及多环芳香族化合物(PAC)的燃烧排放量。
下面将简明扼要地描述具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统12的工作方式，该系统被指定用于一种粉末固体燃料火焰炉例如附图1所示的粉末固体燃料火焰炉10中，当在上述炉中采用了这种低NOx联合切向燃烧系统12时，可使粉末固体燃料火焰炉10中的NOx排放量限制到低于0.151b/106BTU，同时将从粉末固体燃料火焰炉10排出的飞灰中的碳限制到低于5％，将从粉末固体燃料火焰炉10排放的CO限制到低于50ppm。为此，根据该低NOx联合切向燃烧系统12的工作方式，由粉碎机64所提供的粉末固体燃料的细度为在50目筛网上的筛上物几乎为0％，在100目筛网上的筛上物为1.5％，通过200目筛网的颗粒高于85％，其中分别与50目筛网、100目筛网和200目筛网相应的颗粒尺寸约为300微米、150微米和74微米。具有上面所列举的细度水平的粉末固体燃料被夹带在空气流中从粉碎机64经燃料管道66被输送到粉末固体燃料室48、50、52、54和56中。然后，仍夹带在空气流中的粉末固体燃料经火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60被喷入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14，为此上述喷管喷嘴适当地安装在每个粉末固体燃料室48、50、52、54和56中，借此使被喷入的粉末固体燃料的点火点出现在离各自的喷入粉末固体燃料的火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴60 2英尺之内，因此可形成稳定的挥发物火焰，并将富粉末固体燃料流中生成的NOx降至最少。
下面继续描述低NOx联合切向燃烧系统12的工作方式，预定量的助燃空气以二次空气的形式经每个端部空气室22和24，每个平直空气室26、28和30以及每个偏置空气室32、34、36、38、40、42、44和46被喷入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14，使存在于粉末固体燃烧火焰炉10的燃烧器区14内尤其是火焰炉的最初燃烧带内的化学计量为0.5和0.7之间。此处所采用的术语“化学计量”指的是粉末固体燃料充分燃烧所需要的理论空气量，术语“最初燃烧带”指的是处于端部空气室22和端部空气室24之间的区域。在最初燃烧带中化学计量在0.5和0.7之间的作用是能最大限度地从粉末固体燃料中释放氮及将氮转化为分子氮即N2，上述粉末固体燃料经粉末固体燃料室48、50、52、54和56被喷入最初燃烧区中。另一个影响是能尽可能减小所有氮原子物质即NO，HCN、NH3和炭-氮物由粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14的最初燃烧带向下个区带的转移。
除将上述那部分助燃空气喷入最初燃烧带外，一部分预定量的助燃空气以密耦接过热空气的形式通过每个密耦接过热空气室98和100被喷入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14，使粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14内，更具体地说是燃烧区中的假再燃/脱NOx(pseudo-reburn/de NOx)带内存在的化学计量为0.7和0.9之间。此处所采用的术语假再燃/脱NOx带指的是处于密耦接过热空气室100和低位隔开的过热空气源104的隔开过热空气室108之间的区域。假再燃/脱NOx带内化学计量在0.7和0.9之间的作用是通过与烃基和/或氨基反应使NO还原成N2的还原反应最完全。
下面进一步描述具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统12的工作方式，将一部分预定量的助燃空气以隔开的过热空气的形式喷入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14，更具体地说，将第一部分预定量的助燃空气以隔开的过热空气的形式经低位隔开过热空气源104的每个隔开过热空气室108、110和112喷入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14，使存在于粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14内的化学计量，更确切地说存在于燃烧器区的活性氮耗尽带内的化学计量在0.9和1.02之同。此处所用的术语“活性氮耗尽带”指的是处于低位隔开过热空气源104的隔开过热空气室112和高位隔开过热空气源106的隔开过热空气室114之间的区域。活性氮耗尽带内化学计量在0.9和1.02之间的作用是使输送到粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14中的最终带的活性氮种类(即NH3、HCN和炭-氮物)最少，同时又能使其最大限度地转化成分子氮(N2)。
将第二部分预定量的助燃空气以隔开的过热空气的形式通过高位隔开过热空气源106的每个隔开的过热空气室114、116和118喷入粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14，使存在于粉末固体燃料火焰炉10的燃烧器区14内的化学计量，更具体地说，是燃烧器区内的最终/熄火带里的化学计量至少为1.07。此处所用的术语最终/熄火带指的是处于高位隔开过热空气源106的隔开过热空气室118和炉膛出口平面102之间的区域。最终/熄火带的化学计量  至少为1.07的作用是将化学计量提高到最终排气的水平以便使排出的CO、THC/VOC和未燃物的量达到最少，同时也使任一种热NOx生成物最少。
总之，具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统12具有很多特色。例如，在该低NOx联合切向燃烧系统中存在化学计量为0.5和0.7之间的最佳最初燃烧带。其次，按该低NOx联合切向燃烧系统12的运行方式，为了得到最少的NOx生成物，即使NOx还原最多和/或获得最高燃烧效率，在每一个给定的过热空气高度喷入的质量流中含空气的百分率为最佳。上述最佳质量流百分率在10％至20％的范围。第三，在燃烧时整个NOx生成/除去过程中有四个重要的反应步骤，每一反应步骤都有它自身特殊的包括化学计量在内的最佳条件。如上所述，这四个反应步骤发生的区域如下：化学计量为0.5和0.7之间的最初燃烧带：化学计量在0.7和0.9之间的假再燃/脱NOx带；化学计量为0.9和1.02之间的活性氮耗尽带以及最终/熄火带，该带的化学计量至少为1.07。最后，根据本发明的低NOx联合切向燃烧系统12的具体结构，使多路分级隔开的过热空气通过隔开的过热空气室例如低位隔开过热空气源104的隔开过热空气室108、110和112及高位隔开过热空气源106的隔开过热空气室114、116和118在两个或几个隔开的高度处喷入粉末固体燃料火焰炉10中，上述几个隔开的高度位于主风箱20的顶部和粉末固体燃料火焰炉10的炉膛出口平面102之间，从而使滞留时间超过0.3秒，该时间也就是粉末固体燃料燃烧所生成的气体从主风箱20顶部被输送到隔开过热空气最后高度的顶部所化的时间，根据附图1和2所示的低NOx联合切向燃烧系统12的实施例，上述隔开过热空气最后高度的顶部是高位隔开过热空气源106的隔开过热空气室118的顶部。
人们挑选出三种粉末固体燃料(下面表示为A、B和C)代表美国东部的粉末固体燃料，并将它们用于具有本发明结构的改进型低NOx联合切向燃烧系统12中，下面列出了对这三种粉末固体燃料的分析：粉末固体燃料种类       A            B           CHHV(Btu/lb)            13,060       13,137      12,374FC/VM                  2.2          1.6         1.2水分(wt.％)            4.2          5.1         7.0N(wt.％)               1.1          1.3         0.9S(wt.％)               0.8          1.3         3.6烟灰(wt.％)            9.7          8.4         8.0因为美国东部的粉末固体燃料尤其在致力于使其既排放少量NOx又希望飞灰中的未燃碳含量少时通常是不太适于分级燃烧的，所以挑选它们进行分析。对于已试验过的粉末固体燃料的美国材料试验标准(ASTM)的分类是：中等挥发的烟煤粉末固体燃料为A，高挥发的烟煤粉末固体燃料为B和C。
用于改进型低NOx联合切向燃烧系统12的实验室设备基本上与一般切向燃烧粉末固体燃料炉的全部主要方面的一样，包括下部炉膛、灰斗、多个燃烧器、拱顶部分、过热器和/或再热器板以及对流传热面。迄今已证实上述试验设备排放NOx的能力与从现有的切向燃烧粉末固体燃料炉所得出的测量值一致。在这方面作为举例而不是限制请参见图8，该图示出了从现有的切向燃烧粉末固体燃料炉的两次现场试验所得出的NOx排放量与适于装在切向燃烧粉末固体燃料炉中采用了上述试验室设备的现有低NOx燃烧系统的一次室内试验所得到的NOx排放量进行比较的曲线。图8中上述两次现场试验数据分别用标号124和126表示，而室内试验数据在图8中用标号128表示。
下面参见附图9，该图示出了适于装在粉末固体燃料火焰炉的几种现有的低NOx燃烧系统的NOx排放量与具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统12的NOx排放量进行比较的曲线。现有的几种低NOx燃烧系统所获得的NOx排放量在图9中用标号130、132和134表示，而用低NOx联合切向燃烧系统12所获得的NOx排放量在图9中用标号136表示。从图9可以看出(仅作为举例而不是限制)，图9中用标号134表示产生NOx排放的现有的低NOx燃烧系统所得到的NOx排放量的减少约比图9中用标号130表示产生NOx排放的现有低NOx燃烧系统所得到的NOx排放量少50％。然而用具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统12所获得的性能比图9中用标号130表示产生NOx排放的现有低NOx燃烧系统所得到的性能更有提高。换句话说，如图9中以标号136表示的那样，采用低NOx联合切向燃烧系统12NOx排放量的减少几乎可比图9中用标号130表示的现有低NOx燃烧系统所产生的NOx排放量的减少超过80％。因此，当燃烧美国东部的粉末固体燃料A时，采用具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统12在室内试验中可得到低至0.141b/106BTU的NOx排放置。
用粉末固体燃料燃烧，在燃烧早期氧的利用率对NOx排放量的影响很大。早期氧的利用率，切向燃烧过程的所有级的特点在于参数“主燃烧器区化学计量”(可利用的氧与下部炉膛区由燃料引入区确定的在理论上燃料全部氧化所需要的氧之比)。图10示出了主燃烧器区化学计量减少而达到最佳时，NOx排放量(图10中用标号138表示的曲线)显著地降至0.14lb/106BTU的情况。图10还示出了随着化学计量的降低未燃碳排放量(图10中用标号140表示的曲线)增加的情况，但飞灰中含碳量仍在低于5％的范围内。正如图10所示出的那样，若主燃烧器区化学计量进一步降至低于最佳计量，那么未燃碳和NOx排放量均将增长。
图11示出了仅用在低化学计量水平上分级的大容积炉膛不能达到低NOx排放量的情况。在图11中，在燃烧美国东部粉末固体燃料A时所进行的试验期间由三种不同结构的低NOx燃烧系统所得到的NOx排放量分别用标号142、144和146曲线表示，这些NOx排放量作为主燃烧区化学计量的函数。在所有情况中，NOx排放量明显受上述参数的影响，它们的实际NOx排放量尤其是最低排放量明显不同。显然，用具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统12所得到的NOx排放量降低的性能是整个燃烧系统最佳组合的结果，而不只是简单地采用了低化学计量分级大容积炉膛所产生的效果。
图12a示出了在三种不同结构的低NOx燃烧系统中燃烧美国东部的粉末固体燃料A时粉末固体燃料细度对其飞灰中的含碳量的影响，其中与结构A有关的用标号148表示，相对于结构B的用标号150表示，相对于结构C的用标号152表示。另一方面，图12b示出了粉末固体燃料细度对分别在结构为A、B、C的低NOx燃烧系统中燃烧美国东部的粉末固体燃料A时排放NOx量的影响。在结构为A的低NOx燃烧系统中燃烧美国东部的具有标准细度的粉末固体燃料A时所得到的结果在图12b中用154表示，燃烧美国东部的最小细度的粉末固体燃料A时所得到的结果在图12b中用156表示，上述最小细度为50目筛网的筛余物为0％，100目筛网的筛余物为1.5％，200目筛网的筛余物高于85％；在结构为B的低NOx燃烧系统中燃烧美国东部的具有标准细度的粉末固体燃料A时所得到的结果在图12b中用158表示，燃烧美国东部的具有最小细度的粉末固体燃料A时所得到的结果在图12b中用160表示，上述最小细度为50目筛网的筛余物为0％，100目筛网的筛余物为1.5％，200目筛网的筛余物高于85％；在结构为C的低NOx燃烧系统中燃烧美国东部的具有标准细度的粉末固体燃料A时所得到的结果在图12b中用162表示，燃烧美国东部的具有最小细度的粉末固体燃料A时所得到的结果在图12b中用164表示，上述最小细度为50目筛网的筛余物为0％，100目筛网的筛余物为1.5％，200目筛网的筛余物高于85％。图12a中所示的对未燃碳的影响是预料之中的，但图12b中示出的NOx排放量的减少却是鲜为人知的。值得注意的是此处无论是结构A的低NOx燃烧系统还是结构B的低NOx燃烧系统或结构C的低NOx燃烧系统都不包括具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统12的结构。
图13a中示出了用具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统12的实验室设备中进行燃烧试验所得到的CO量，在图13a中燃烧美国东部的粉末固体燃料A得到的CO量以标号166表示；燃烧美国东部的粉末固体燃料B得到的CO量用标号168表示；燃烧美国东部的粉末固体燃料C得到的CO量用标号170表示。
图13b中示出了用具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统12的实验室设备中进行燃烧试验所得到的飞灰中的碳量，在图13b中燃烧美国东部的粉末固体燃料A得到的飞灰中的碳量用172表示；燃烧美国东部的粉末固体燃料B得到的飞灰中的碳量用174表示；燃烧美国东部的粉末固体燃料C得到的飞灰中的碳量用176表示。
图13c示出了用具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统12的实验室设备中进行燃烧试验所得到的NOx排放量，在图13c中，燃烧美国东部的粉末固体燃料A得到的NOx排放量用178表示；燃烧美国东部的粉末固体燃料B得到的NOx排放量用180表示；燃烧美国东部的粉末固体燃料C得到的NOx排放量用182表示。
下面参考附图14和15，图14为用图形表示的配备了具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统的粉末固体燃料火焰炉(用标号10′表示)的垂直截面图，它示出了所采用的涡流数大于0.6时，通过粉末固体燃料火焰炉10′的主风箱被喷入该炉中的粉末固体燃料和空气的流动方向(图14中用箭头184和186表示)。
图15用图形表示了配备了具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统的图14中所示的粉末固体燃料火焰炉10′的平面图，该图示出了为使涡流数大于0.6而通过粉末固体燃料炉的主风箱被喷入该炉中的粉末固体燃料及空气的流入角度，在图15中该角度用箭头188表示。
继续参见附图14和15，它给出如附图1所示的粉末固体燃料火焰炉10的粉末固体燃料火焰炉的下部炉膛气流动力学的改型，这种改型可降低NOx/飞灰中含碳量的排放。传统的实际情况是运行时粉末固体燃料火焰炉的下部炉膛中形成一个“涡旋的切向”火球。此火球由通过位于粉末固体燃料火焰炉的四角处的喷管引入的粉末固体燃料和助燃空气形成。粉末固体燃料和助燃空气喷管被定位成使它们能将绕粉末固体燃料火焰炉中心的假想燃烧圆的旋转运动(即涡旋运动)传给由喷入的粉末固体燃料和助燃空气燃烧而生成的气体。
根据所推荐的改型，如前所述，对用于形成涡旋作用的措施进行改变。作为描述这种改型的开始，首先需要提一下术语“涡流数”。涡流数是一个无量纲数，它描述出涡旋的气流动力流动场。更具体地说，涡流数定义为角动量的轴向分量与具有涡旋半径的线性动量的轴向分量之比。根据定义，流动场角动量增加提高了涡流数，也就是说产生更强的旋流场。按照常规实践，通常将粉末固体燃料火焰炉设计成使其涡流数为0.4到0.6的量级。通过将粉末固体燃料和助燃空气以与水平通过粉末固体燃料火焰炉中心的对角线成6°角的方向喷入粉末固体燃料火焰炉中可以实现这一点。量级为0.4至0.6的涡流数通常被称之为“弱涡旋”流动场，此时粉末固体燃料和助燃空气之间出现低速率的湍流混合并形成有利于燃烧气体大而可靠地朝上移动通过粉末固体燃料炉的大容量下部炉膛气流动力。
借助于使粉末固体燃料和助燃空气以与水平通过粉末固体燃料火焰炉中心的对角线大于6°角的方向喷入，可以使下部炉膛在涡流数大于0.6的情况下工作。例如用15°角(即图15中箭头188所示的范围内的某一角度)可以产生估算值为3.77的涡流数。正如从附图14中可清楚地看到的那样，当涡流数增加至此级别时，更具体地说，当涡流数增加到超过0.6时，涡旋火球的中心形成负压梯度，即涡流，图14中以箭头186示意地表示了涡流在涡流中心形成反向流动，也就是在涡核朝下流动的情况。在形成“火球”的中心朝下流动的结果是使粉末固体燃料在粉末固体燃料火焰炉下部炉膛中的滞留时间显著增加。增加燃料滞留时间、燃料在化学计量环境下所确定的最佳氧利用率以及所形成的最佳范围内的温度三者结合在一起可形成最优环境使NOx排放量最低，同时，增加燃料的滞留时间还能将飞灰中含碳量排放的增长降至最低，从而提高了炉效率。
图16为用图形表示的配备了具有本发明结构的低NOx联合切向燃烧系统的粉末固体燃料火焰炉(用标号10″表示)的局部垂直截面图，该图示出了用标号190中的箭头表示的较低位置的粉末固体燃料喷管上下倾斜及用标号192中的箭头表示的较低位置的空气喷管上下倾斜的情况，以便减少料斗飞灰，促进碳的转换。低NOx燃烧系统的公认的特点是粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区处于亚化学计量(sub-stoichiometric)运行状态。通过降低喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的助燃空气量可获得低化学计量。由此引起的局部轴向流速降低有利于粉末固体燃料尘埃落入与粉末固体燃料火焰炉联合运行的灰斗中。但是在只将图16中以190表示的较低的粉末固体燃料喷管朝上倾斜以及将图16中用192表示的较低的空气喷管朝下倾斜而所有其他粉末固体燃料喷管和助燃空气喷管保持不变的情况下，由于粉末固体燃料改道进入较高的轴向流速区，同时增加灰斗中的氧气量，其作用可减少进入灰斗的粉末固体燃料量，从而可确保可能落入灰斗中的粉末固体燃料颗粒燃烧。
因此，根据本发明可提供一种特别适用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的切向燃烧系统。此外，根据本发明可提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的切向燃烧系统，其特征在于通过采用这种系统可将粉末固体燃料火焰炉中NOx排放量控制在和其它以粉末固体燃料为主的能量产生技术所规定的范围相同的水平上，例如控制在循环流化床(CFB)和集中气化组合循环(IGCC)所规定的水平上，而不必采用选择催化还原(SCR)或选择非催化还原(SNCR)。其次，按照本发明，还可提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的切向燃烧系统，其特征在于通过采用上述系统可将从粉末固体燃料火焰炉排放出的NOx限制在低于0.15lb/106BTU的水平，同时将飞灰中的碳限制到低于5％，并将CO的排放量限制在低于50ppm的水平。此外，根据本发明可提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的切向燃烧系统，其特征在于通过采用上述系统可将从粉末固体燃料火焰炉中排放出的NOx量限制在低于0.151b/106BTU，同时可使从中等挥发物  烟煤至褐煤的各种固体燃料在粉末固体燃料火焰炉中燃烧。根据本发明，也可提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的切向燃烧系统，其特征在于它还包括固体燃料粉碎和筛选部分。根据本发明，可提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的切向燃烧系统，其特征在于它还包括在粉末固体燃料喷管喷嘴附近输入粉末固体燃料并使其燃烧。另外，根据本发明，可提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的切向燃烧系统，其特征在于它还包括下部炉膛燃烧。还有，根据本发明，可提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的切向燃烧系统，其特征在于它还包括上部炉膛燃烧。此外，根据本发明，可提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的切向燃烧系统，其特征在于将粉碎精细固体燃料与输入经进一步粉碎的固体燃料组件以及利用多个空气喷入高度使炉内空气分级结合在一起，从而将新改进的切向燃烧系统组成一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的联合切向燃烧系统。再者，按照本发明可提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的联合切向燃烧系统，其特征在于该系统同样或适用于新用途或适用于改造原设备。最后，按照本发明，可提供一种用于粉末固体燃料火焰炉的新改进的联合切向燃烧系统，其特征在于该系统安装比较方便，操作比较简单，成本比较低廉。
本发明描述了一些实施例，应该理解，它们的改型(其中一些前面已经提到)对本领域普通专业人员而言是很容易做到的。因此，我们打算借助于所附的权利要求书复盖此处已介绍过的改型以及其他没有超出本发明构思和范围的所有其他的改型。

Claims (25)

1.一种用于粉末固体燃料火焰炉的低NOx联合切向燃烧系统，上述炉包括若干装于燃烧器区的壁，上述燃烧器区包含若干不同化学计量(stoichiometries)的燃烧带，该系统包括：
a)用于供给预定细度的粉末固体燃料的粉末固体燃料供给装置；
b)装于粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区内的风箱；
c)装于上述风箱中的若干粉末固体燃料室；
d)固定安装在每个粉末固体燃料室中的火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴，每个火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴均与上述粉末固体燃料供给装置相连通，以便接收来自上述供给装置的预定细度的粉末固体燃料，使用上述火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴可有效地使从粉末固体燃料供给装置所接收到的预定细度的粉末固体燃料通过上述喷嘴喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区，用这样的方式使被喷入的预定细度的粉末固体燃料的点火点处于与上述火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴相距2英尺以内；
e)安装在上述风箱中的若干助燃空气室，上述这些助燃空气室用于使足够量的助燃空气通过它们被喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区，从而使粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的第一燃烧带中的化学计量在0.4和0.75之间；
f)在上述风箱中至少装有一个密耦接过热空气室，上述至少一个密耦接过热空气室用于使足够量的密耦接过热空气通过它被喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区，致使粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的第二燃烧带中的化学计量在0.7和0.9之间；
g)离开粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区内的风箱的低位隔开过热空气源，上述低位隔开过热空气源用于向粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区中喷入足够量隔开的过热空气，致使粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的第三燃烧带中的化学计量在0.9和1.02之间；以及
h)与低位隔开过热空气源和风箱都隔开的高位隔开过热空气源，使被喷入的粉末固体燃料燃烧所生成的气体从风箱顶部输送到高位隔开过热空气源的顶部所花的时间超过0.3秒，上述高位隔开过热空气源用于向粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区喷入足够量的隔开过热空气，致使粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的第四燃烧带中的化学计量超过1.07。
2.如权利要求1所述的低NOx联合切向燃烧系统，其中上述粉末固体燃料供给装置包括将固体燃料粉碎到预定细度的粉碎机以及若干粉末固体燃料管道，每根管道的一端与粉碎机相通，另一端与若干粉末固体燃料室中的一个相通，以便将具有预定细度的粉末固体燃料从粉碎机输送到上述若干粉末固体燃料室中的一个室内。
3.如权利要求2所述的低NOx联合切向燃烧系统，其中上述预定细度包括在50目筛网上的筛上物约为0％、在100目筛网上的筛上物为1.5％、通过200目筛网的通过率高于85％的最小细度。
4.如权利要求1所述的低NOx联合切向燃烧系统，其中上述每个火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴包括在相对两端都有开口的矩形盒，围绕矩形盒且与其稍分开的通道，支承固定在矩形盒中的若干棒形件，从而使上述棒形件以火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴的出口平面的轴及中心对称，若干剪切棒(shear bars)被固定支承在矩形盒内，使它们位于火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴出口平面的顶部和底部，以及若干连接件将上述棒形件与若干剪切件相连。
5.如权利要求1所述的低NOx联合切向燃烧系统，其中上述若干助燃空气室包括一对处于风箱相对两端并彼此隔开的端部空气室。
6.如权利要求5所述的低NOx联合切向燃烧系统，其中上述第一燃烧带包括处于上述一对端部空气室之间的燃烧器区部分。
7.如权利要求5所述的低NOx联合切向燃烧系统，其中上述若干助燃空气室包括若干位于上述一对端部空气室中间彼此隔开的平直空气室。
8.如权利要求7所述的低NOx联合切向燃烧系统，其中上述若干助燃空气室包括若干位于上述一对端部空气室中间彼此隔开的偏置空气室，这些偏置空气室可使通过它们被喷入的助燃空气水平偏移以便在早期燃烧阶段使较少的助燃空气到达喷入的粉末固体燃料中。
9.如权利要求5所述的低NOx联合切向燃烧系统，其中一对密耦接(close coupled)过热空气室与一对端部空气室中的一个室并置(juxtapose)。
10.如权利要求9所述的低NOx联合切向燃烧系统，其中上述低位隔开过热空气源包括一个位于另一个上面的三个隔开过热空气室。
11.如权利要求9所述的低NOx联合切向燃烧系统，其中上述第二燃烧带包括一对密耦接过热空气室最上面的一室与低位隔开过热空气源的三个隔开过热空气室之间的燃烧器区部分。
12.如权利要求10所述的低NOx联合切向燃烧系统，其中上述高位隔开过热空气源包括一个位于另一个上面的三个隔开过热空气室。
13.如权利要求10所述的低NOx联合切向燃烧系统，其中上述第三燃烧带包括低位隔开过热空气源的三个隔开过热空气室最上面的一个室与高位隔开过热空气源的三个隔开过热空气室之间的燃烧器区部分。
14.如权利要求13所述的低NOx联合切向燃烧系统，其中上述第四燃烧带包括高位隔开过热空气源的三个隔开过热空气室最上面一个室的上方的燃烧器区部分。
15.如权利要求1所述的低NOx联合切向燃烧系统，其中通过火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的粉末固体燃料及通过若干助燃空气室喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的助燃空气各以与通过粉末固体燃料火焰炉中心的对角线成一角度的方向被喷入，以便在粉末固体燃料火焰炉中形成的涡流数大于0.6。
16.一种粉末固体燃料火焰炉的操作方法，上述炉包括若干其内装有燃烧器区的壁，上述燃烧器区包含若干不同化学计量(stoichiometry)的燃烧带，其操作步骤为：
a)供给预定细度的粉末固体燃料：
b)通过火焰固定喷管喷嘴将预定细度的粉末固体燃料喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区，使被喷入的粉末固体燃料的点火点位于距离火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴2英尺之内；
c)将足够量的助燃空气喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区，使粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的第一燃烧带中的化学计量为0.5和0.7之间；
d)将足够量的密耦接过热空气喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区，使粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的第二燃烧带中的化学计量为0.7和0.9之间；
e)将足够量的低位隔开过热空气喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区，使粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的第三燃烧带中的化学计量为0.9和1.02之间；
f)将足够量的高位隔开过热空气喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区，使粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的第四燃烧带中的化学计量超过1.07。
17.如权利要求16所述的方法，其中使高位隔开过热空气喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的喷入点与密耦接过热空气喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的喷入点相距足够远，以使喷入的粉末固体燃料燃烧所生成的气体在上述两者之间运行的时间超过0.3秒。
18.如权利要求16所述的方法，其中喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的粉末固体燃料具有最小细度，其细度为50目筛网的筛上物约为0％，100目筛网的筛上物为1.5％，200目筛网的通过率高于85％。
19.如权利要求16所述的方法，其中部分助燃空气以端部气流的形式被喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区。
20.如权利要求19所述的方法，其中部分助燃空气以平直气流的形式被喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区。
21.如权利要求20所述的方法，其中部分助燃空气以水平偏置气流的形式被喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区，致使在火焰炉燃烧初期使较少的助燃空气到达喷入的粉末固体燃料中。
22.如权利要求16所述的方法，其中喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的粉末固体燃料及喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的助燃空气各以与通过粉末固体燃料火焰炉中心的对角线成一角度的方向被喷入，以使粉末固体燃料火焰炉中形成的涡流数大于0.6。
23.如权利要求16所述的方法，其中喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的至少部分粉末固体燃料以朝上的方向被喷入该区内。
24.如权利要求16所述的方法，其中喷入粉末固体燃料火焰炉的燃烧器区的至少部分助燃空气以朝下的方向被喷入该区内。
25.一种用于粉末固体燃料火焰炉的低NOx燃烧系统的火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴，包括：
a)在相对两端为开口端的矩形盒；
b)固定支承在矩形盒中的若干棒状件，上述棒状件处于相对于火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴的出口平面的轴和中心对称的位置；
c)固定支承在矩形盒中的若干剪切棒，它们位于火焰固定粉末固体燃料喷管喷嘴出口平面的顶部和底部；以及
d)若干将上述棒状件和剪切棒相连的连接件。
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