本发明涉及一种雾化器，这种雾化器利用诸如高压空气或蒸汽等雾化媒质的动能，使液体燃料雾化，更具体说，涉及用于雾化煤水浆（煤水混合物，以下称之为“CWM”）的雾化器。本发明还涉及一种烧煤水浆的锅炉，这种锅炉具有适用于利用诸如高压空气或蒸汽等雾化媒质雾化煤水浆的一个雾化器和燃烧器。 流化煤的一个技术涉及煤水浆，它是用煤代替煤粉的一种新方法，并且目前在发电或工业用锅炉中正日益广泛应用，由于使用煤水浆可以通过泵将煤供给燃烧器，就象一般石油燃料那样，所以，与空气输送煤粉相比，其燃料传送方式更为有利，特别是，它有助于简化流动控制系统，减小燃料供给管的直径，在最近的煤水浆应用例中，其中煤的成份增至约占60-70%的重量比，以便使热值增加到与其作为锅炉燃料相当的水平。
煤水浆不像石油那样容易燃烧，并且其中的氮含量很大。所以，煤水浆的雾化颗粒烧完的时间很长，以致难于形成稳定的火焰。而且，燃料燃烧时，由燃料中氮部分的氧化生成的氮的氧化物很高，为了造成煤水浆燃料的良好燃烧，通过促使燃料微细化，以减小雾化颗粒尺寸及因此增大相对其重量的表面积，来促进被雾化颗粒地加热，同时减少被雾化颗粒的燃烧时间，这些是非常必要的。
为了减少氧化氮，有必要通过改进点火动作形成稳定的火焰，在燃烧空气与之完全混合前除去煤水混合物中的氮组分，形成还原气氛，并逐渐混合在燃烧空气中。为了有良好燃烧而促进微细化，以及为了减少产生氧化氮而促进点火及稳定性能，二者交互作用。
使用一种应用高压空气或蒸汽造成微细化效果的双流型雾化器，将煤水混合物雾化成细微颗粒，为了使燃烧性能低劣的燃料雾化，有必要降低雾化媒质的流动速率，以及，在减少被雾化颗粒尺寸的同时提高其速度，为了得到良好的燃料及雾化媒质混合，一种雾化器已经公开在某些已知的方案中，例如日本待审批专利第36811/1985号，所述雾化器有一个内混合室，用于将煤水浆与雾化媒质相混合，并且，在该混合室的壁上形成有多个小孔作为喷口，在这些已知方案中公开的雾化器中，一个用于将燃料与雾化媒质进行初步混合的腔室（下文称为预混合室）形成在上述混合室的上游侧，在这种布局下，已经变为细微颗粒的燃料供给混合室，并且，燃料与雾化媒质在混合室中的混合被促进，随后它以被雾化的颗粒形式从喷口被喷出。
公开在这些已知方案中的雾化器能够提供微细的被雾化的颗粒，这是由于，雾化媒质的质量流量比燃料的质量流量足够高时可将燃料变成微细颗粒，在这种条件下，雾化媒质可在预混合室中被恰当地混合。
然而，当雾化媒质与液体质量之比较小时，燃料的动量比雾化媒质的动量大大增加，当雾化媒质在其要喷出的方向喷出后，它被燃料的动量偏转向预混合室的下游侧，即偏向混合室，对于预混合室的局部雾化媒质与液体质量之比而言，当雾化器中的流体流出现在预混合室壁旁时，上述比例比知道的要高;而一个比知道的比例低的雾化媒质与液体质量之比出现在预混合室中心区域。在这种情况下，燃料在预混合室的中心区变成大的颗粒，并在接近预混合室壁处变成细颗粒，结果，尽管有预混合室，大的颗粒还是供到了混合室，并且因此产生低劣的微细化性能。
为了限制产生大颗粒而减少预混合室断面面积时，煤水浆会阻塞混合室，并因此阻碍了微细化作用。
合适的煤水浆燃烧形式是，燃料在空气不足条件下喷出，燃烧空气与燃料的混合将以积极的促进，由此改善了可引燃性并可防止火焰退缩，从而完成低氧化氮物的燃烧。日本待审专利第202402/1982号及19929/1983号公开了一些燃烧器的例子，其中促进了被雾化的燃料与燃烧空气的混合，以便改进可引燃性。在这些例子中，一根燃料管位于燃烧器轴线上，一组空气喷孔绕着燃料喷口成形，以便与之共面，燃料从燃料管来，通过该燃料喷口射出;燃料管和空气发射孔设在燃烧器的一瓦壁中，该壁面向燃烧室侧壁开口，这种类型的燃料器在可引燃性上有改进，这是由于，它们促进了燃料及空气的混合过程，并且在下述条件下，即正如粉化燃烧那样，燃料喷射速度较低，约在10-30米/秒时，它们还提高了燃烧器瓦内的温度。然而，这种燃烧器的被雾化煤水浆速度有100～200或几十米/秒，一般为粉化情形速度的5倍，所以，邻近被雾化的煤水浆流体外围，将引起一个负压，因此，从燃烧器瓦管外侧到其内侧将产生反向流动的环流，由于沿被雾化的煤水浆流圆周的、呈多股射流形式的空气流，高速流动的煤水浆流圆周附近的压力分布是不均匀的，这样，就引起了不稳定和不均匀的反向流动环流，因此，存在被雾化的煤水浆流对燃烧器瓦壁的碰撞间歇。
煤水浆含有大量灰份，因此，当被雾化的煤水浆撞碰燃烧器瓦管壁时，灰份在壁面上固化，燃烧器瓦管中压力分布变得更不均匀，并且因此使煤水浆的碰撞可能性进一步增加，从而使灰份粘附到燃烧器瓦的内表面部分。
因此，防止被雾化的煤水浆粘附到例如燃烧器瓦等燃烧器壁上，以及促进燃烧空气的混合，对煤水浆的燃烧是十分重要的。
日本待审查专利第145405/1984号公开了另一种常用燃烧器例子，它装有一个燃烧器瓦管，并且燃烧空气在其中以涡流形式，从一面向燃烧器瓦开口的壁被输送。然而，在这种燃烧器中，被雾化的煤水浆流速度的衰减率被减小到引起如下问题：当燃烧空气被喷出时，引燃位置发生退缩。这是由于，在这种燃烧器中流动的燃烧空气在轴向上有一燃烧器结构形式引起的速度分量，并且，一般说来，喷头及沿其流动的流体间的相对速度越高，则喷射速度的衰减率越大。
这些已知技术的出发点在于独立地改进雾化器及燃烧器二者的性能。它们没有从包括燃烧器及雾化器二者在内的整个燃烧器系统结构的角度出发，考虑对液体燃料燃烧性能及减少氧化氮产生方面的可能的改进。在这些已知技术中，不仅燃烧空气没有以适于被雾化颗粒的方式进行混合，而且，为达到良好燃烧促进微细化以及促进引燃和火焰稳定性方面也没有协同完成。
如上所述，由于煤水浆及雾化剂没有以适宜的方式混合，常用的雾化器产生大尺寸的颗粒（一般有大于100微米的直径）这些大颗粒表现了小的速度衰减率，并且在一个很短的停留时间后，不发生任何燃烧，就从燃烧室排出，引起未燃烧部分的积累。
如果一个增加大颗粒产生率的膨胀流作为一种液体燃料被提供，则有必要使用一种雾化器，它可以独立地使这种流动特性的燃料微细化。
在用于促进被雾化煤水浆和燃烧空气混合的、具有燃烧器瓦壁的常用燃烧器中，喷射进燃烧器瓦中的空气在被雾化颗粒的喷射方向上有一个速度分量，所以，被雾化颗粒的速度衰减率受到阻碍，所以引起火焰从燃烧器后缩的问题。
从燃烧器瓦管外圆周供给的空气必须与被雾化的燃料混合，以防止火焰退缩，这是难于减少产生氮氧化物的一个原因。
本发明的目的是：
考虑到上述情况，本发明的一个目的是提供一种雾化器，该雾化器具有：一个燃料供应通道，供应燃料;一个雾化剂供给通道，供应要与燃料混合的雾化剂;一个混合室，与燃料供应通道和雾化剂供给通道相连通;以及雾化孔，使来自混合室的燃料及雾化剂产生雾化。该雾化器能够将诸如具有固体颗粒的煤水浆那样的燃料，以被雾化状态输送至混合室。
本发明的另一个目的是提供一种烧煤水浆的锅炉，该锅炉能够以低速喷出被雾化颗粒的细粒，以便促进引燃，并且进而衰减被雾化颗粒的速度，以及防止灰份类物质的粘附，同时，通过以最佳方式注入燃烧空气，减少氮氧化物的产生。
本发明叙述如下：
为达到上述目的，本发明的一种形式是，提供了一种雾化器，该雾化器包括：一个燃料供应通道，供给燃料，一个雾化剂供应通道，供应将与燃料混合的雾化剂;一个混合室，与燃料供应通道和雾化剂供应通道相连通;一组喷口，从混合室将由燃料和雾化剂组成的混合流体喷出;燃料供应通道和构成用于混合物流体输送通道的混合媒质供给通道之一，而另一个则构成供应混合流体通道，这种雾化器由如下部分组成：
一个预混合室，该室带有一环形断面，该断面由一大直径圆柱面和一小直径圆柱面所限定;用于混合目的的流体供应通道通过该预混合室与混合室相连;而混合流体供应通道与混合物流体供应口相连，所述供应口至少在大直径圆柱面和小直径圆柱面之一上形成;预混合室的构成可确保在燃料及雾化剂供给混合室前得以充分混合。
在一优选形式中，至少在大直径圆柱面和小直径圆柱面之一上形成的混合流体供应口的取向为，来自混合流体供应口的混合流体流（或是燃料，或是雾化剂）具有一个与混合流体供应口所在的圆柱面相切的分量。
在另一优选形式中，混合流体供应口形成在一环形槽的底部，所述环形槽加工在大直径圆柱面和小直径圆柱面中至少一个之上。
还有一个优选形式是，其雾化器装有一个喷雾盖板，该板构成混合室的外壁，并具有喷射口，喷射来自混合室的燃料及雾化剂的混合物，以及，另一个雾化剂供应通道与一个旋流器相连，该通道被设在喷雾盖板上，来自所述旋流器的雾化剂被引导，以便与来自混合室的燃料和雾化剂进行混合。
在具有这些特性的本发明的雾化器中，来自用于混合流体的供应通道的，用于混合的流体（燃料或雾化剂之一）具有呈环形断面的薄液体膜形式（下文称之为环形薄液膜）。而另一方面，通过混合流体供应口来的混合流体（另一燃料或雾化剂）与用于混合的流体的环形薄液膜相交：即，它具有一个与用于混合的流体流相垂直的分量。因此，通过由混合流体扰动产生的力及由混合流体动量产生的力两者的作用，两股流体有效地相互混合，因此使燃料雾化成细小的颗粒，在某些已知结构中，雾化剂在平行于燃料流的方向喷射，在这种情况中，燃料的雾化主要依靠雾化剂扰动产生的力，相反，在本发明的雾化器中，雾化由两种力所促进：即，由扰动产生的力和由动量产生的力，所以，雾化效果不易于受燃料的流体特性的影响。这样，即使燃料不具有牛顿流体特性，它也可以和雾化剂有良好的接触，所以，在混合室中可以避免任何气-液流率比例的局部变化，这样就消除了燃料颗粒的粗化，要不然，当气-液流率比局部降低时，就可能出现这种结果。
在本发明的雾化器内，燃料以雾化状形式输入到混合室，因为当颗粒尺寸变小时，雾化的燃料颗粒的表面张力却增加，雾化的燃料颗粒在混合室从喷雾口进行喷雾，通过相互融合而不至变粗，然而，部分燃料可能没有充分雾化即以较大颗粒形式输入，此类大颗粒往往相互融合成更大的颗粒，当这些颗粒通过喷雾口进行喷雾时，依靠喷雾口壁面产生的剪切力把颗粒粉碎成更细小的颗粒。
当由下述公式所算出的环形通道宽度选择得足够小时，在预混合室的燃料雾化会增强：
环形通道宽度＝ (大直径圆柱面直径-小直径圆柱面直径)/2
为了使环形通道不被煤水浆堵住，环形通道宽度至少应该为3/5圆柱通道的直径。
根据最佳形式，形成于圆柱面之一的混合物流体供应口的指向使从这里喷入预混室的混合流体相对于形成这些输出口的圆柱面具有一个切向分流量，这样流入预混室的混合流体便形成一个旋涡，从而，由于混合物流体的环形薄液膜与混合流体间的接触碰撞所形成的雾化燃料颗粒依靠旋涡就能分布到整个混合室区域。
另一个最佳形式，混合物流体供应口是由一环形槽构成，而此环形槽加工于限定予混室的圆柱面中的一个，由于上述布置，混合物流体便可均匀输送，因为混合物流体供应口在圆柱面的整个圆周上开口，因此就可在预混室中获得一个相同的雾化介质/液体量的比值。
在本发明的另一个最佳形式中，旋流器安置在限定的混合室的喷雾器盖板上，从旋流器喷出的雾化介质具有一垂直燃料混合物流动方向的流动分量并且雾化介质从喷雾孔喷出，因此从喷雾孔喷出的混合物与旋流器喷出的雾化介质相互融合而形成旋涡，而且喷雾的混合物中的燃料颗粒骤然减速，所以雾化的燃料颗粒离喷雾器盖板的外表面有一适当的到达距离，这样，火焰的长度就可以在合适的范围内进行调正。
按照本发明的另一个方面，配备有一台烧煤水浆的锅炉，为了烧煤水浆，该锅炉具有依靠雾化介质来雾化煤水浆的雾化器，若干个燃烧器配置在燃烧室内壁上，并使从来自雾化器的雾化的煤水浆与空气旋流进行混合以便燃烧煤水浆，而蒸汽加热管则安装在燃烧室内以便借助燃烧所产生的气体来加热蒸汽，其中的雾化器包含有一个把煤水浆与雾化介质进行混合并通过若干喷雾口对混合物进行喷雾的混合室;一个具有环形断面并在进入混合室前先把煤水浆和雾化介质进行预混合的预混室。
在本发明锅炉所用的雾化器中，预混室有一垂直雾化器轴线的细长断面，细长断面的较长轴线有足够长度能在煤水浆流动方向提供足以保证煤水浆和雾化介质充分混合的扬散距离。
在本发明锅炉所用的雾化器中，作为燃料的煤水浆与雾化介质充分地混合并从喷雾口以颗粒均匀又不大于65微米的细小颗粒状进行喷雾，这也使燃烧器的最后级与限止燃烧气体流量的鼻咀之间的距离保持在不大于2.5米/100兆瓦锅炉额定输出的水中。
本发明锅炉所用的雾化器有一输送燃料的燃料供给通道，一输送与燃料相混的雾化介质供应通道，而混合室与燃料供给通道和雾化介质通道相连，由燃料和喷雾介质所组成的混合物流体进行喷雾的喷口具有一环形断面，而燃料供应通道与雾化介质供应通道通过预混室又与混合室相连通，来自燃料供应通道与雾化介质供给通道的燃料和雾化介质在预混室内预先进行混合。
在最佳形式中，燃料供应通道或雾化介质供应通道还包括位于预混室上游端的供应口，而供应口的指向使从这里喷出的燃料或雾化介质相对于加工成供应口的柱面有一个切向流量分量，这样从供应口喷出的燃料或雾化介质会形成一个旋涡。环形预混室的环形空间厚度最好不大于4毫米，而其长度不小于2倍的环形空间厚度，环形空间的最佳厚度为1～4毫米，一旦这些条件满足，依照煤水浆所要求的颗粒不大于65微米这样均匀大小，就可取得微细雾化燃料。
本发明还规定使用烧煤水浆的锅炉，该锅炉装备有依靠雾化介质来雾化煤水浆的雾化器，另外若干燃烧器配置在燃烧室内壁上，并把来自雾化器的雾化煤水浆与空气旋流进行混合以使煤水浆充分燃烧，而蒸汽管安装在燃烧室内壁以便使用燃烧产生的气体来加热，雾化器包括了对煤水浆与雾化介质进行混合和通过若干喷口进行喷雾的混合室，预混室有一环形断面并且对煤水浆和雾化介质在进入混合室以前预先进行混合。每个燃烧器包含有与雾化器同轴且在雾化器末端成锥形扩张的初级予燃室以及安置在初级预燃室前面的次级预燃室，一环形一次空气喷咀安置在初级预燃室的外圆周边上，并把一次空气以绕雾化器轴线的旋涡形式引入到次级预燃室。二次空气喷咀安置在次级预燃室的外圆周边上并把二次空气以绕雾化器轴线的旋涡形式引入到燃烧室内。
本发明锅炉用的燃烧器内有一初级预燃室，为了引入绕雾化器轴线的旋涡流，该初级预燃室被具有若干间隙的火焰稳定器所限定。
本发明锅炉用的燃烧器内，最好初级预燃室的扩张角大于煤水浆的喷雾角，而且一次空气的输入流量小于煤完全燃烧所需的空气流量，同时二次空气的输入流量足以使煤完全燃烧。
装在燃烧器内的火焰稳定器有若干个向燃料喷雾方向延伸的叶片，每个叶片都是侧面带锥度的梯形形状，叶片按预定间隔安置，这样相邻叶片之间形成的空间组成了把密封空气供给到初级燃烧室的通路。
在另一种形式中，火焰稳定器是由若干个具有不同直径的截头圆锥形的圆环组成，而这些截头圆锥形的圆环组以下列方式安置，即较小的截头圆锥形圆环的大直径端按放在邻近较大的截头圆锥形圆环的小直径端里面，这中间留有予定的间隙，连接火焰稳定器的套管上有一使密封空气旋转的旋流器。火焰稳定器的断面形状是它的侧面相对于雾化器的喷雾口和火焰稳定器的下游端之间的联线呈凹形或凸形。
至于本发明锅炉所用燃烧器的操作给予以下说明：
到目前为止都采用常规措施，即把一次空气以20%～30%的理想配比流量输入到初级燃烧室，然而该措施对于用煤水浆作为燃料以达到稳定的火焰是不合适的。在本发明锅炉所用的燃烧器内，通过二次空气来取得点火和低的空-燃比来燃烧，迄今，以30°～60°的点火角把二次空气输入到燃烧室已是一个常规措施，这样空气就没有有效地与燃料混合，为了使二次空气不扩展到燃烧器的边缘圆周区，所形成的次级燃烧室希望有一水平方向的内面。二次空气也就是没有输入到初级燃烧室所余下的空气在次级燃烧室内与燃料混合以促使燃料燃烧。因而在本发明所用锅炉的燃烧器内为了促使二次空气与燃料混合的目的，配备了次级燃烧室。
在常规锅炉内，为了以旋涡形式供给二次空气的目的，采用了固定旋流器，一般说来，煤水浆内包含有这种级别的煤，包括窗有易挥发成分的煤和不富有挥发成分的煤，结果形成了一很宽范围的点火性，所以根据本发明，二次空气旋流的强度是可控制的，也即可调正的。以旋涡形式喷入的二次空气在旋涡中心区产生一个负压以便在中心区形成一个回流，一般说这就改善了火焰稳定的性能。可是因为煤的最佳输入量的变化取决于煤的级别，这就必须适当控制旋涡的动量，太强的旋涡往往引起火焰向外扩展结果形成不稳定燃烧，然而，根据本发明的次级燃烧室有效地阻止了火焰的扩展，从而对回流的形成作出贡献。
从若干个三级喷咀输送三次空气也是一项常规措施，为了冷却火焰以防止氧化氮的产生，当用油性燃料来冷却火焰，这是有效的，因为依靠这种冷却，热的氧化氮产生可大大抑制，然而以煤而论，火焰的冷却并没有大大抑制氧化氮的产生，因为在这种情况下，大部分的氧化氮是燃料的氧化氮而不是热的氧化氮。故而在本发明中三次空气的输入就是为了保证燃料完全燃烧的目的。正常情况下，二次空气输入量为完全燃烧所需理想配比空气量的40%～60%，余下的空气作为三次空气而加入。本发明锅炉所用的燃烧器内，三次空气通过一环形喷咀输入，为了控制三次空气旋流强度的目的，配备有旋流器以便控制三次空气与低空气-燃料比的火焰之间的混合。
图1是按照本发明雾化器第一个实施例的剖视图。
图2为图1沿Ⅱ-Ⅱ剖面线所取的剖视图。
图3是按照本发明雾化器第二个实施例的剖视图。
图4是按照本发明雾化器第三个实施例的剖视图。
图5是按照本发明雾化器第四个实施例的剖视图。
图6是按照本发明雾化器第五个实施例的剖视图。
图7A为图6沿Ⅶ-Ⅶ剖面线所取的剖视图。
图7B和图7C为图6沿着Ⅶ-Ⅶ剖面线所取的剖视图，表明对第五个实施例所作的改进。
图8A为图6沿Ⅷ-Ⅷ剖面线所取的剖视图。
图8B为图6沿Ⅷ-Ⅷ剖面线所取的剖视图表明对第五个实施例所作的改进。
图9是按照本发明第六个实施例的剖视图。
图10为图9沿Ⅹ-Ⅹ剖面线所取的剖视图。
图11为图9沿Ⅺ-Ⅺ剖面线所取的剖视图。
图12是根据本发明雾化器的第七个实施例的剖视图。
图13是沿图12的ⅩⅢ-ⅩⅢ线的剖视图。
图14是根据本发明的雾化器的第八个实施例的剖视图。
图15是沿图14的ⅩⅤ-ⅩⅤ线的剖视图。
图16是根据本发明的雾化器的第九个实施例的剖视图。
图17是一个CWM锅炉的原理示意图，作为根据本发明的雾化器的第十个实施例。
图18是另一个煤水混合物锅炉。
图19是本发明的适于锅炉使用的燃烧器剖视图。
图20是用于形成一个空气旋流的吹风机的透视图。
图21示出了未燃物质的含量和氮的氧化物含量之间的关系。
图22和23是本发明的适于锅炉使用的燃烧器的剖视图。
图24是一剖视图，详细示出了本发明的锅炉使用的燃烧器中的火焰保持后倾角。
参照图1到16，下面将描述雾化器的第一到第九个实施例。在这些图中，相同的数字加上100（n-1）表示相同的零件或部件，这些零件或部件的解释的重复部分将省略，n代表各实施例的顺序数字。
第一个实施例
图1是根据本发明的雾化器的第一个实施例的剖视图，而图2是沿图1的Ⅱ-Ⅱ线取的剖视图。雾化器有一个雾化器头1，它有一圆柱部分2和圆盘部分3，圆盘部分3设在圆柱部分2的下游端（从图1看在上端）。圆盘部分3的直径大于圆柱部分2的直径。圆柱部分2有一阶梯孔。孔的下游端（图1中的上端部分）有一较小直径，用2b表示，而孔的上游端部分有一较大直径，用2a表示。在圆盘部分3的中部有一内螺纹部分3a，它朝着下游侧敞开。一组由3b标明的圆柱通道，如通道12，环绕内螺纹部分3a加工。这些通道用于通过混合物流体，在第一个实施例中，混合物流体是CWM。这些CWM通道3b在其上游端与圆柱部分2的小直径孔2b沟通。这些通道3b的下游端在圆盘部分3的下游端是敞开的。圆盘部分3还有四个等距隔开的通道3c以内螺纹部分3a为圆心同圆心布置，并分布煤水混合物通道3b的径向外侧。这些通道3c用来通过一混合物流体，在这个实施例中，它是雾化媒质如蒸汽、氧气或类似物质。雾化媒质通道3c在圆盘部分3内从其上游端向下游端延伸。
圆柱部分的大直径孔2a容纳了内管4的下游端。这样，通过圆柱部分2的内孔，加工在内管4的混合物流体通道5与一组圆柱状煤水浆通道3b沟通。在这个实施例中，混合物流体通道5因此也起煤水浆通道的作用，用来提供煤水浆，煤水浆是燃料。
外管6围绕内管4而置“外管6的下游端靠在圆盘部分3上游端的外圆周区域上。外管6的下游端部分的外直径与圆盘部分3的外直径相等。上述下游端部的外管6的上游部分带有一外螺纹6a。通过混合物流体的环形通道7由外管6的内圆周面和内管4的外圆周面构成。在第一个实施例中，这个环形通道7是用来作为雾化流体供应通道7以提供雾化流体，因此，它与雾化（第二）流体通道3c是沟通的。由耐磨材料如陶瓷制成的柱状喷头8，通过喷头定位件与圆盘部分3的下游端中部相连接，喷头定位件的螺纹端拧进圆盘部分3的外螺纹3a。一个圆柱喷块1c位于圆盘部分3的下游端。喷块10的外直径与圆盘部分3的外直径相等。四个通过混合物流体的通道孔10b加工在喷块10的内圆周面10a和喷块10的上游端之间（图1所示的下端）。在这个实施例中，混合物流体通过道孔10b用来作为雾化媒介供应孔10b以提供雾化媒介。由耐磨材料如陶瓷制成的环形喷头11设置于喷块10的下游端（从图1中看是上端）。环形喷头11的外直径与圆盘部分3的外直径相等。环形喷头11的内圆周面11a和喷块10的内圆周面10a相互贴合成一个表面，因此形成一个连续圆柱状内表面，它与喷头8的外圆周面8a一起在他们之间形成一环形空间构成一预混室。这样，柱状喷头8的外圆周面给出的小直径圆柱面12a和相互贴合在一起形成一个面的内圆周面10a和11a给出的大直径圆柱面12b构成了预混室12。
通过煤水浆通道3b，预混室12与煤水浆供应通道5沟通。雾化媒介供应口10b这样设计，当雾化媒介喷进正从上游端（从图1中看是低端）朝预混腔的下游端流动的煤水浆时，被喷进的雾化媒介有一个分量与煤水浆的流动方向相同，一个分量与煤水浆的流动方向垂直，还有一个分量与大直径圆柱表面12b相切，如图1和图2所示。另外，雾化流体供应口10b要对准小直径圆柱面的12a的下游端12a1。
在环形喷头11的下游端表面带有一个喷雾器盖板13，喷雾器盖板13有一个上游端法兰部分13a，一个中间圆柱部分13b和一个大致锥形凸起部分13c。法兰部分13a的外直径与圆盘部分3的外直径相等。一组雾化口13d，如四个，沿径向方向排布以允许射流由此分散开。喷雾器盖板13的内壁表面往往被以高速进入的煤水浆雾化了的颗粒磨损。所以，喷雾器盖板是由如陶瓷类的材料制成，以防止内壁表面的磨损。这种陶瓷的样品是SiC、Al2O3、Si2N4，Si3N4-Al2O3等等的烧结制品。最好，喷雾器盖板13的外圆周面由一层金属如不锈钢覆盖并保护。
如上所述，喷雾器盖板13的法兰部分13a，环形喷头11，喷块10，圆盘部分3和外管6的下游端都有一相等的直径，该直径对应于螺母14的内直径。螺母14有一个圆柱壁14a和一个端壁14b，端壁14b有一通孔，喷雾器盖板13的圆柱壁13b从中穿过。螺母14在其圆柱壁14a的下端的内圆周面上加工有内螺纹，并适合于与外管6上的外螺纹6a咬合。由于螺母14的圆柱壁14a是螺纹连接在外管6上，所以该螺母的端壁14b压在喷雾盖板13的法兰部分13a上，因而喷雾器盖板13，环形喷头11，喷块10和雾化器头1被刚性地固定在外管6上。
喷雾器盖板13，环形喷头11和柱状喷头8一起构成混合室15。混合室15与预混室12沟通，并且其横截面积大于预混室12的横截面积。由混合室15的容积被直径除得出的混合室15的平均长度在上述直径的0.3-0.7之间。
在具有所述结构的本发明的雾化器的第一个实施例中，煤水浆是通过煤水浆通道3b从煤水浆供应通道5供应到具有一环形横断面的预混室12。通过具有环形断面的预混室12流动的煤水浆呈现有一环形断面的液体膜的形式，即厚度很小的液体膜。另外，引导从雾化媒介供应口10高速喷入雾化流体与煤水浆液体膜相交，即有一个分量与煤水浆流动方向垂直。所以，旋流能量和具有很高速度的雾化流体的旋流冲量有可能有效地雾化煤水浆液体膜。这样，两种力的作用使煤水浆液体膜通过与雾化流体相交而雾化：即由雾体流体的旋流产生的力和雾化流体的冲量产生的力。所以雾化效果不会因煤水浆的流体性质而有很大变化。即处于液体膜形式的煤水浆能够均匀地稳定地与雾化媒介接触，所以雾化媒介/液体质量的比率的任何局部变化都在预混室12内消除。所以，有可能防止雾化后的燃料颗粒粗大化的任何倾向发生，当雾化媒介/液体质量的比率降低时会引起这种倾向。
如上所述，雾化媒介喷口10b对准预混室12的小直径圆柱面12a的下游端12a1，所以从喷口10b喷出的雾化媒介冲击在壁表面12a1上。这股雾化媒介伴有煤水浆粒状流体，当雾化媒介与煤水浆液体膜相交时产生这个煤水浆粒状流体，所以煤水浆颗粒也与壁表面12a1撞击，因而又一次被雾化或微细化。这样，引向壁表面12a1的雾化媒介和煤水浆颗粒的混合物强烈地撞击壁表面12a1所以煤水浆的雾化被进一步提高使煤水浆微细化，这样微细化后的煤水浆颗粒然后进入混合室。
如上所述，雾化流体供应口10b这样定向，即来自这些供应口的雾化媒介射流有一个分量与预混室12的大直径圆柱面12b相切。所以从雾化媒介供应口10b进入预混室12的雾化媒介射流形成一个旋涡。结果，由于煤水浆液体膜与雾化媒介之间的接触所形成的煤水浆雾化后的颗粒能均匀地撞击在壁表面12a1的整个面积上，并且由于旋涡的作用，煤水混合物微细化的颗粒均匀地分散进入混合腔15。
这样，煤水浆微细化的颗粒以旋流的形式进入混合室15。在混合室15内，旋流的能量仍然保持着，所以混合室15内的煤水浆微细化的颗粒被很好地分散。由于随着颗粒尺寸变小，微细化颗粒的表面张力增加，煤水浆的微细化颗粒不会出现一个和另一个合并的倾向，这样就消除了在混合室15内的颗粒粗大化的倾向。
在预混室12内，煤水浆的雾化颗粒中的一小部分可能来被微粉化，并以相当粗大的雾化颗粒形式进入混合室。这些颗粒相互结合可能形成煤水浆的大颗粒。然而，当这些大颗粒从喷口13d喷出时，由于喷口13d的壁所施加的剪切力，这些大颗粒被破碎成较小的颗粒。
正如从以上描述中所知的，在根据本发明的雾化器的第一个实施例中，进入混合室15的混合物不仅仅是煤水浆和雾化媒介的混合物，而且还是煤水浆的微细化颗粒和在预混室12内形成的雾化媒介的混合物。结果，在混合室内煤水浆和雾化媒介以一种很有效率的方式进行混合，这样，燃料颗粒的平均尺寸就显著减小。即使当煤水浆的供应速率减小时，在预混室12内煤水浆和雾化媒介也能以一种很好的方式预混而不会改变雾化媒介/液体质量比。这样就可能增加燃烧设备最大输出与最小输出之比的值，即煤水浆最大供应速率与煤水浆最小供应速率之比，该比值能使平均颗粒尺寸在给定的雾化媒介/液体质量的比率下维持在低于预定值。这样从而使锅炉能够处理燃烧速度或负载要求变化很广的情况。
第二实施例
下面对本发明的雾化器的第二个实施例进行描述。
第二实施例与第一实施例的不同之处在于，后者中的柱状喷头8由一个锥形的向下游端扩张的柱状喷头108取代。因此柱状喷头108的外圆周面108a在其下游端部分是锥形扩张的。如同第一实施例一样，柱状喷头108的外圆周面108a给环形预混合室112提供小直径的圆柱面，因此下游端壁面112a1由外圆周面108a下游端的锥形表面构成。第二实施例的预混合室112除了柱状喷头108的外圆周面形状以外具有和第一实施例的预混合室12相同的形状。同时应该注意，柱状喷头108锥形端部分的扩张端稍稍伸入混合室115。第二实施例的雾化器的其它部分实质上与第一实施例中的对应部分是相同的。
在第二个实施例中，柱状喷头108的扩张的锥形下游端部分的几何尺寸的确定，应使得雾化介质在此喷头108的下游端的流速为最大。采用这样一种设计，通过有效地利用雾化介质的旋流力，和由柱状喷头108表面附近的雾化了的介质振动膨胀和收缩所产生的力，以及由雾化介质的碰撞所产生力，就可能有效地微细化雾化了的煤水浆颗粒。壁面112a1，即柱状喷头108下游端的锥形外圆周面，给予微粉化的煤水浆颗粒的流动以易于将微化了的煤水浆颗粒流径向向外地散布到混合室115中的速度分量。接着在混合室115中形成所需的微化了的颗粒和雾化介质的环流，由此显著地减小了从喷口113d喷出的燃料颗粒的颗粒尺寸。
第三个实施例
图4示出了本发明雾化器的第三个实施例，其中使用了一个锥形喷头208以取代第一个实施例中的柱状喷头8。锥形喷头208是截锥形的，其外径朝着下游端逐渐增大。这样，喷头208的外圆周面是扩张的锥面。此实施例的雾化器与第一实施例的不同之处还在于，使用了一个喷块210、一个环形喷头211和一个喷雾器盖板213以取代第一实施例中的喷块10、环形喷头11和喷雾器盖板13。喷块210也具有一个朝下游端扩张的锥状内表面210a。同样，喷头211具有一个朝下游端扩张的锥形内圆周面211a。锥形内表面210a和211a形成一个连续的锥面，该锥面与锥形喷头208外圆周面208a配合，而在其间形成一环形空间，即预混合室212。因此在此实施例中，预混合室212由锥形喷头208外圆周面208a提供的小直径外锥面212a以及彼此接合的内表面210a和221a构成的大直径内锥面212b构成。外圆周面208a的下游端部分构成混合室212的较小直径的壁面212a1，此壁面与加工在喷块210中的雾化介质供给口210b对准。喷雾盖板213与锥形喷头208的下游端表面一起构成混合室215。作为冲撞壁的环形冲击靶台213t设置在喷雾盖板213的内表面上。冲击靶台213t位于雾化后的煤水浆颗粒与从预混合室进入混合腔215的雾化介质的混合物和喷雾器盖板213内表面碰撞的地方。第三实施例的雾化器的其它部分与第一实施例的对应部分实质上是相同的。
在运行中，煤水浆通过与第一实施例相同的作用在预混室212中被雾化。雾化后的煤水浆颗粒与雾化介质的混合物流入混合室215并与冲击靶台213t冲撞，因此雾化后的煤水浆颗粒被进一步微细化。
第四实施例
图5示出了第四实施例，它与第一实施例的不同之处在于，使用了一个喷雾器盖板313以代替第一实施例中的喷雾器盖板13。喷雾器盖板313与喷雾器盖板13不同的是使用了一个盘形冲击靶台313t作为冲撞壁。冲击靶台313t整体地加工在从喷雾器盖板313凸顶部中心313c朝上游侧伸出的棒状件的上游端上。由于喷雾器盖板313与喷雾器盖板13的结构形状不同，因此相应地混合室315的形状不同于第一实施例中的混合室15。其它部分与第一实施例中的对应部分实质上是相同的。因此，此实施例中的预混合室312具有与第一实施例中的预混合室12相同的结构。喷雾器盖板313上的冲击靶台313t被设置在与预混合室312的下游端面稍稍隔开的位置，以便与后者相对。
在工作中，煤水浆通过与第一实施例相同的作用在预混合室312中被雾化。雾化后的煤水浆颗粒与雾化介质的混合物流入混合室315并冲击盘状冲击靶台113t，因此雾化后的煤水浆颗粒被进一步微细化。与冲击靶台313t冲撞的煤水浆燃料颗粒被沿混合室315的径向散布。因此没有煤水浆颗粒直接从预混合室312运动到喷雾器板313的喷口313d。这样，雾化后的煤水浆颗粒和雾化介质均匀地分布到一组喷口313d中，由此消除了由于分布到喷口313d中的雾化了的燃料颗粒不均匀而起的燃料喷雾的任何局部变化。这本身就保证了所喷的燃料颗粒环绕燃烧器的轴线均匀分布，由此消除了在环绕燃烧器的低比率空气区域中空气-燃料比的任何局部变化。因此就有可能在燃烧器附近形成低空气比区域，由此便可减少氮的氧化物的含量。
第五实施例
图6、7A和8A示出了本发明的雾化器的第五实施例以及其变化形式。图7B和7C示出了图7A所示的实施例的变更形式，而图8B显示了图8A所示的实施例的一个变更形式。
参照图6、7和8，本发明雾化器的第五实施例与第一实施例的不同之处在于：使用了厚度大的且由耐磨的陶瓷材料制成的环形喷头410，以取代第一实施例中的喷块10和环形喷头11;而采用一组成形在雾化器头401的圆盘部分403上的煤水浆通道403b取代第一实施例中的一组成形在雾化器头1的圆盘部分3上的煤水浆通道3b。煤水浆通道403b与煤水浆通道3b不同的是，它的下游端部分朝着下游端扩张以增大其直径，在第五实施例中，预混合室412由环形喷头410的内圆周面410a和柱状喷头408的外圆周面408a限定而成。因此在此实施例中，小直径圆柱面412a和大直径圆柱面412b分别由柱状喷头408的外圆周面408a和环形喷头410的内圆周面410a构成。环形喷头410的上游端表面设有一环形槽，该槽与雾化器头401的圆盘部分403的下游端表面构成一混合流体供给口410b。正如第一实施例一样，环形槽被用于供给雾化流体的雾化介质供给口410b。一组（例如8个）加工在盘状部分403中的雾化介质通道403c朝着环形雾化介质供给口410b的外圆周部开通。这种雾化器的其它部分与第一实施例中的对应部分实质上相同。
在此实施例运行中，由雾化流体供给通道407供给的雾化介质，通过一组雾化介质供给通道403c流动，然后流入普通的环形雾化介质供给口403b。在此口中，雾化流体流被折回而具有一个与预混合室412中的煤水浆流体垂直的流动分量，然后射入预混合室412。在第五实施例中，雾化介质在围绕预混合室的整个周边都能被均匀地供给，这是因为仅使用了一个环形的雾化介质供给通道410b，因此气/液流率比在预混合室的全部区域中是均匀的。
图7B示出了图7A所示的雾化器的第一种变更形式，其中雾化介质供给口410b的形式不同。在此变更形式中，雾化介质供给口包括四个沿着环形预混合室412的径向延伸的雾化介质供给口410b′。此外，形成在雾化器头401的圆盘部分403中的四个雾化介质通道403c在其下游端与雾化介质供给口410b′的径向外端连接。
图7C示出了图7A所示的雾化器的第二种变更形式，其中雾化介质供给口410b的形式不同。在此变更形式中，雾化流体供给口由四个雾化介质供给口410b″组成，它们如此取向以使得从中喷射出的介质具有与环形预混合室412的半径相切的速度分量。同时，加工在雾化头401的圆盘部分403中的四个雾化介质通道403c在其下游端与雾化介质供给口410b″的径向外端相连。在此变更形式中，从雾化介质供给口410b″喷射到预混合室412中的雾化介质形成一种涡流，它有助于煤水浆与雾化流体在预混合室中混合，从而加强了煤水浆的雾化。
图8B示出了图8A所示的实施例的一种变更形式。在此变更形式中，构成预混合室412′的小直径圆柱面412′a的外圆周面408a′设置有一组间隔凸块408b′，凸块的径向高度等于预混合室412′的径向宽度。因此在此变更形式中，就有可能防止柱状喷头408′与环形喷头410的轴线间的偏移，因此确保了预混合室的均匀宽度。凸块408b′可被成形为螺旋形的，以便使煤水浆与雾化介质的混合物在预混合腔412′中产生螺旋流动。
第六实施例
图9是本发明雾化器的第六实施例的断面图。图10和11分别是沿图9中线Ⅹ-Ⅹ和Ⅺ-Ⅺ所取的横断面图。雾化器头501具有一个圆柱部分502和一个整体地连接在圆柱部分502的下游端（图1所示的上例）的圆盘部分503。圆盘部分503的直径比圆柱部分502的直径大。圆柱部分502具有一个由上游端的大直径部分502a和下游端的小直径部分502b构成的孔。具有环形横截面的凹槽成形在圆盘部分503的下游端面的中心处。因此，圆盘部分503的下游端面有一个由凹槽底部和加工在凹槽外侧的下游环形端面503b构成的下游环形端面503a。圆盘部分503的上游端面由一个围绕圆柱部分502的上游小直径环式端面503c和一个加工在端面503c的外侧上的上游大直径环形端面503d构成。通向下游侧的内螺纹部分503e设置在下游环形端面503a的中心处。一组（例如8个）圆柱形混合物流体通道503f围绕着内螺纹部分503e加工在以后者的轴线为中心的一个圆周上。在此变更形式中，混合物流体通道503f被用于煤水浆的通道503f。煤水浆通道503f在其上游端与圆柱部分502中的孔的小直径部分502b相连，而其下游端通向圆盘部分503的下游环形端面503a。在圆盘部分503上的煤水浆通道503f的径向外侧，沿着以内螺纹503e的轴线为中心的圆周，以相等的间距排列着多个（例如16个）混合流体内通道503g。在本实施例中，该混合物流体内通道503g用来作为雾化流体如蒸汽的通道，即雾化流体内通道503g。这些雾化流体内通道503g从上游的小直径圆环端面503c穿过圆盘部分503一直通到下游的环形端面503a。在这些雾化介质内通道503g的径向的外侧，沿着以内螺纹503e的轴线为中心的圆周，以相等的间隔排列着多个（例如16个）混合物流体外通道503h。在此实施例中，该混合物流体外通道503h也用来作为雾化流体如蒸汽的通道，即雾化流体外通道503h。这些雾化流体外通道503h从上游的大直径环形端面503d穿过圆盘部分503一直通到下游侧的环形端面503b。在圆盘部分503下游端有一个圆环形凹座，在其侧壁上距下游侧圆环形端面503a不远处有台阶503i。同时，在下游端圆环形端面503b外缘部分上也有一道圆环形的凸肩503j。
在圆柱体502上的通孔大口径一端502a处装有一根内管504。该管504内部为混合物流体通道505。混合物流体通道505经过圆柱体502的通孔与多条圆柱形的煤水浆通道503f相连通。在此实施例中，该混合物流体通道505作为煤水浆通道505，即用于通过作为燃料的煤水浆混合物。在内管504外还套装一根外管506。该外管506的下游端端面顶靠着圆盘部分503上游端的大直径端面503d，而且该外管506与圆盘部分503的外径相等。在该外管506的下游端靠近与圆盘部分503相接之处，并与该圆盘部分503等直径的部分外壁面上，有外螺纹506a在内管504与外管506之间装有一中隔管516，其下游端固定在圆盘部分503上游侧小直径端面503c上。
在内管504的外圆周壁与中隔管516的内圆周壁之间形成供应混合物的圆环形内通道5071。同时，在中隔管516的外周壁与外管506的内圆周壁之间形成供应混合物流体的圆环形外通道5072。在本实施例中，供应混合物流体的内通道5071和外通道5072分别用来供应雾化介质，即分别作为雾化介质内通道5071和雾化介质外通道5072。其中雾化介质内通道5071和上述雾化介质内通道503g相连通，而雾化介质外通道5072则和上述雾化介质外通道503h相连通。
圆盘部分503下游侧圆环端面503a上连接着一个由耐磨材料如陶瓷制成的有台阶的圆柱状喷头508。此喷头508的上游端有一个直径较大的外圆周面508a，其下游端则为直径较小的外圆周面508b。一根喷头固定件509把该喷头508固定到圆盘部分503上。该固定件509一端有外螺纹，可拧到圆盘部分503上的内螺纹孔503e里。
在圆盘503下游侧的凹座里设置一个小直径的喷头510。此圆环形的小直径喷咀头510由上述凹座侧壁上的台阶503i支承。该圆环形喷头510有一个内圆柱面510a，与上述阶梯形圆柱状喷头508的大头端外周壁508a相对。在此两相对壁面508a与510a之间形成一圆环形的第一预混合室5121。这样，此圆环形的第一预混合室512、即由一直径较小的外圆柱面512a1和一直径较大的内圆柱面512b1共同限定，其中的圆柱面512a1即上述阶梯形圆柱状喷头508的大头端外周面508a，而圆柱面512b1即上述较小直径圆环状喷头510的内周面510a。第一预混合室5121通过煤水浆供应通道503f与煤水浆供应通道505相连通。在上述较小直径的圆环形喷头510上游端（从图9看为其下端）表面与圆盘部分503的下游端圆环形端面503a之间，有一环形间隙，此圆环形间隙形成一个混合物流体上游供应通道510b。在此实施例中，此混合物液体上游供应通道510b用来供应雾化介质，即将其作为雾化介质的上游供应口510b。此供应口510b的外缘部分与前述的雾化介质供应内通道503g相连通。上述直径较小的环形喷头510的下游端面与圆盘部分503下游侧的环形端面503d相齐平。
在圆盘部分503下游端的环形端面503b上有一道圆环形凸肩503j，其末端面上安装一个较大直径的圆环形喷头511。该大直径的圆环形喷头511有一内圆柱面511a，与上述阶梯形圆柱状喷头508的小头外圆周面508b相对。在这两个相对圆柱面508b和511a之间形成圆环形的第二预混合室5122。这样，此圆环形的第二预混合室5122即由一个直径较小的外圆柱面512a2和一个直径较大的内圆柱面512b2共同限定，其中的外圆柱面512a2即前述喷头508的小喷头外圆周面508b，而内圆柱面512b2即该直径较大的圆环形喷头511的内圆柱面511a。此圆环形的第二预混合室5122的通道宽度，即其界面512a2与512b2的间距，大于前述圆环形一第一预混合室5121的通道宽度。
在本实施例中，上述第一预混合室5121和第二预混合室5122共同组成雾化器中的预混合室512。在较大直径的圆环形喷头511的上游端端面（图9中下端）与圆盘503下游端的环形端面503b之间有一环形间隙，此圆环形间隙构成一个混合物流体的下游供应口511b。在本实施例中，此混合物流体的下游供应口511b用来输入雾化流体，即用作雾化介质的下游供应口511b。此供应口511b的外缘部分与前述雾化流体供应外通道503h相连通。该环形喷头511的外径与圆盘部分503的外径相等。
大直径的环形喷头511支撑着一个喷雾器盖板513，该板513的结构与第一个实施例中的相同。此喷雾器盖板513形成一个稍后将提到的混合室，并具有一个靠上游端的法兰段513a，一段圆柱壁513b和近似圆锥形的冠状部分513c。法兰段513a的外径与圆盘部分503的相等。冠状部分513c上有多个，例如4个，喷孔，这些喷孔沿径向设置，以使喷雾沿径向散出。为抑制由高速冲入混合室的煤水浆颗粒造成的磨损，喷雾器盖板513用陶瓷之类的耐磨材料制成。
喷雾器盖板513的法兰段513a、大直径的环形喷头511、圆盘部分503、以及外管506的下游端都有相等的外径，该外径并与一螺帽514上圆筒形壁514a的内径相等。此螺帽的结构与实施例1中的相同，它具有圆筒壁部分514a，和一个带有通孔的端壁514b，喷雾器盖板514a的圆柱壁部分513b即从该通孔中伸出。圆筒形壁514a上游前敞口端有内螺纹，可与外管506外壁上的外螺纹相啮合。当上述两处内外螺纹啮合时，端壁514b即压紧到喷雾器盖板5B的法兰513a上，因而把喷雾器盖板513、喷头511、雾化器头501，以及外管506紧紧固定到一起。
喷雾器盖板513大直径的环形喷头511以及阶梯形的圆柱状喷头508共同形成前面提到过的混合室515。此混合室515与预混合室512连通，混合室515的横截面大于预混合室512的截面。
运行时，作为燃料的煤水浆从煤水浆供应通道505经过多条煤水浆通道503f进入圆环形的第一预混合室5121。在第一预混合室5121中流动的煤水浆形成具有环形断面的液体薄膜。通过上游的雾化介质供应口510b喷入该第一预混合室5121的雾化介质则以高速冲击该液体薄膜状的煤水浆流体。换句话说，从雾化介质的上游供应口510b喷出的雾化介质有垂直于煤水浆流体的流动分量。结果，液体薄膜状的煤水浆流被被该雾化介质流体所引起的旋流及所具有的动量而有效地冲散。由此形成的煤水浆与雾化介质混合物以流体薄膜的形式流入第二预混合室5122。通过雾化介质的下游供应口511b高速喷入第二预混合室5122的雾化介质流体也横向冲入上述的煤水浆与雾化介质形成的薄膜状混合液流。因此，该混合液流薄膜也能够被雾化介质横向流所引起的旋流及动量有效地扩散。对通过雾化介质的上游及下游供应口510b和511b喷入第一及第二预混合室5121与5122的雾化介质进行诸如类型及流量等参数的优化控制，就可以减少为雾化煤水浆所必须的雾化介质的重量。
第七个实施例
图12是本发明雾化器的第七个实施例的剖视图，图13则是沿图12中ⅩⅢ-ⅩⅢ线剖切的断面图。此第七例雾化器与图6所示的雾化器结构基本相同，区别仅在于此例中是以内管604中的通孔605是作为雾化介质供应通道605，用于供应雾化介质，而内管604与外管606之间的混合物流体通道607则用来供应煤水浆。另一点区别在于，在雾化器头601的圆盘部分603上开出的混合物流体通道603b的数目是16，混合物流体通道603b的数目也是16，而不再是图6所示例中的8条。第七例与图6所示例的区别还在于，混合物流体通道603b在此用作雾化介质通道，而混合物流体通道603c在此则作为煤水浆通道。在环形喷头610的上游端端面上有一道环形凹槽，此凹槽与圆盘部分603的下游侧端面相对，并与之共同限定一个混合物流体供应口610b。在图6所示例中，这个供应口610b是用于供应雾化介质，而在此第七例中，流体供应口610b则用于供应煤水浆。此第七例中的其余部分则与图6所示例中的完全一样。
运行时，雾化介质从混合物流体通道605中通过。此雾化介质流经过混合物流体通道603b再流过预混合室612。同时，来自混合流供应通道607的煤水浆则经过多条混合流通道603c注入环形的混合物流体供应口610b。煤水浆流体在该混合物流体供应口610b处流向被偏转，因而获得了与雾化介质流的流向相垂直的流动分量，然后被喷入预混合室612。如同图6所示例中的情形，混合物流体（在此例中即为煤水浆）可以均匀地从混合物流体供应口610b喷入预混合室612，因为该混合物流体供应口610b为环状。因此，进入预混合室612的混合物流体中气体-液体流率比的任何局部变化都能得到消除。由煤水浆和雾化介质组成的混合物流体的圆环形的紊流液体薄膜的形式流过预混合室612，因而煤水浆与雾化介质得以充分混合，并同此得以充分雾化。
第八实施例
图14是本发明雾化器的第八实施例的剖视图，图15是图14中沿剖线ⅩⅤ-ⅩⅤ取的剖视图。雾化器头701有一圆柱部分702和在圆柱部分702的下游端（图1中的上侧）与其构成整体的圆盘部分703。圆盘部分703的外径大于圆柱部分702的外径。圆柱部分702有一内孔，该孔由上游的（图14中的下侧）大的直径部分702a和下游的小的直径部分702b构成。在圆盘部分703的下游端面的中心有一个圆形截面的下游圆形凸台703a。于是，圆盘部分703的下游端面具有下游圆形凸台703a和下游环形端面703b。圆盘部分703的上游端面有一个位于圆柱部分702内的上游小直径环形端面703C和一个位于圆柱部分702外的上游大直径环形端面703d。在上游小直径环形端面703C的中心有一通孔703C1。另一方面，在下游圆形凸台703a的中心有内螺纹703e，它向下游侧开通。在圆盘部分703的内螺纹703e的外侧，有一组（8个）圆柱将混合物流体内通道703f，它们分布在以内螺纹703e为圆心的圆上。在本实施例中，混合流体内通道703f即是输入CWM（煤水混合物）用的煤水浆内通道。每个煤水浆内通道703f的上游端与通孔703c1相通，下游端朝向下游环形端面703b敞开。在圆盘部分CWM流体通道703f的外侧，有一组（16个）混合物流体通道703g，它们分布在以内螺纹703e的轴线为圆心的圆上。在本实施例中，混合物流体通道703g即是输入雾化介质的雾化介质通道。每条雾化介质通道703g从上游小直径环形端面703c延伸穿过圆盘部分703，直至下游环形端面703b;在圆盘部分703的雾化介质通道703g的外侧，有一组（16个）混合物流体外通道703h，它们分布在以内螺纹703e为圆心的圆上。在本实施例中，混合流体外通道703h即是输入煤水浆的CWM外通道703h。CWM外通道703h从上游大直径环形端面703d延伸穿过圆盘部分703，直至下游环形端面703b。
一个内管704的下游端配接于圆柱部分702内孔的大直径部分702a上。一个外管706套在内管704外面。外管706的下游端与圆盘部分703的上游大直径环形端面703d的外圆周保持接触，并具有和圆盘部分703同样的外径。在外管706与圆盘部分703同直径的最上游的外表面上有外螺纹706a。一个分隔管716位于外管706和内管704之中，分隔管716的下游端面装在圆盘部分703的上游小直径环形端面703c的中心孔703c1上。
在分隔管716和内管704之间形成一条混合物流体通道705。混合物流体通道705与一组圆柱形雾化介质通道703g相通。于是，在第八实施例中，混合物流体通道705也是雾化介质供给通道705。在分隔管716中形成一条混合流体供给内通道707。混合流体供给内通道7071通过上述通孔703c1与一组圆柱形CWM内通道703f相通。于是，在实施例八中，混合物流体供给通道7071是供给CWM的CWM供给内通道燃料供给内通道7071。在内管704和外管706之间形成了一条环形外混合物流体供给外通道7072。在本实施例中，混合流体供给外通道7072是一条供给雾化介质的雾化介质供给外通道雾化介质供给外通道7072与雾化介质外通道703h相通。
用陶瓷等耐磨材料制的圆柱形喷头708与圆盘部分703的下游圆形凸台703a相接。通过一个喷头固定件709实现其固定，固定件709端部具有螺纹能穿过圆柱形喷头708拧紧在圆盘部分703的内螺纹703e上。圆柱形喷头708的外径大于圆盘部分703的下游圆形凸台703a的外径。所以，在从下游圆形凸台703a径向向外伸出的圆柱形喷头708的上游端面与圆盘部分703的下游环形端面703b之间，形成了一个作为混合物流体内供给口710b1的环状间隙。在第八实施例中，环状混合流体内供给口710b1作为供给煤水浆的CWM内供给口。环形喷头710位于柱形喷头708外侧。在环形喷头710的上游端面有个环形凹槽部分。环形凹槽部分与圆盘部分703的下游环状端面703b相配合，构成一个混合物流体外供给口710b2。在第八实施例中，环状混合流体外供给口710b2是作为供给煤水浆的外供给口。
在第八实施例中，环形喷头710的内园周面710a和圆柱形喷头710的外圆周面708a构成了环形预混室712。于是，在本实施例中，构成预混室的小直径圆柱面712a和大直径圆柱面712b分别由圆柱喷头709的外圆周面708a和环形喷头710的内圆周面710a表示。一组雾化介质通道703g的下游端与预混室712的上游端相连。所以，通过雾化介质通道703g使雾化介质供给通道705与预混室712相通。环形煤水浆内供给口710b1的内圆周部分与圆盘部分703上的煤水浆内通道703f相通。所以，煤水内通道7071通过一组煤水浆内通道703f与煤水浆内供给口710b1相连。同时，环形煤水外供给口710b2的外圆周部分与圆盘部分703上的煤水外通道703h相连，所以，通过CWM外通道703h，使CWM外供给通道7072与CWM外供给口710b2相连。
大直径环型喷头710的外径与圆盘部分703的外径相等。
一个与第一实施例相同的喷雾器盖板713位于环形喷头710的下游端面上。喷雾器盖板713的凸缘部分713a的外径与圆盘部分703的外径相同。喷雾器盖板713的凸缘713a，环状喷头710，圆盘部分703和外管706的下游端的外径与螺母714圆柱形壁714a的内径相等，螺母714与第一实施例中的螺母结构相同。与第一实施例的情况一样，螺母714的内螺纹714c拧紧在外管706的外螺纹706a上，将喷雾器盖板713环形喷头710，雾化器头701和外管706刚性地联在一起。
喷雾器盖板713，圆柱喷嘴顶端708和环状喷头710一起构成了一个混合室715。混合室715与预混室712相通，并且其截面大于预混室712的截面。
在第八实施例中，雾化介质经过雾化介质通道703g，从混合物流体供给通道（雾化介质供给通道）705输入环形截面的予混室712。流经予混室的雾化介质是一种环形截面的液体薄膜状态。同时，煤水浆内供给口710b1和外供给口710b2是相对设置。从CWM供给口710b1喷出的煤水浆流体和从供给口710b2喷出的煤水滚流体交叉射向液体薄膜状态的雾化介质流，即，自每个供给口喷出的煤水浆具有与雾化介质流方向相垂直的流动分量。所以，因为煤水浆液流与液态薄膜状的雾化介质流相交叉，使雾化介质和煤水浆相互混合。由雾化介质和煤水浆形成的混合物是一种旋流的液体薄膜的状态，从而使雾化介质和煤水浆相互充分混合，以致煤水浆被有效的粉碎和雾化。另外，从煤水浆外供给口710b2喷入预混室712的煤水浆流体相互撞击，这种撞击的结果，使煤水浆的颗粒被粉碎以促进雾化。
仅由预混室的小直径圆柱面712a或大直径圆柱面712b喷出的煤水液流可能引起下列不便：即，当从上述圆柱面中的一个喷出的煤水浆流速太大时，部分煤水浆与另一圆柱面撞击而没有与雾化介质混合，然后沿另一圆柱面流动时被雾化。然而，沿另一圆柱面流动的CWM的雾化是相当困难的，这一是因为在靠近壁表面附近的雾化介质的流速是很慢的，另一方面是因为在壁表面煤水浆受到摩擦阻力。所以，与另一个圆柱面相接触的煤水浆，一部分容易形成较粗的煤水颗粒。然而，在本发明的第八实施例中，因为使内雾化介质供给口710b1和外雾化介质供给口710b2相对设置，而避免了上述问题。
另一个遇到的问题是：当煤水浆的供给量减少时，用来点燃来自预混室715的CWM雾化颗粒的火焰的热辐射量也减少，这就破坏了火焰的可燃性和稳定性。在这种情况下，可以通过内或外煤水浆供给口710b1或710b2供给助燃剂，以恢复火焰的可燃性和稳定性。在这种情况下，将煤水浆和重油一类的助燃剂均匀的混合，致使与通常的方法相比，重油一类的助燃剂的消耗能减少而在通常的方法中，CWM和助燃剂分别使用各自的喷嘴。
另外，为了控制CWM的如温度、粘度等状态的特性，可从内或外CWM供给口710b1或710b2供给如水或某种介质等任何适当的流体。
第九实施例
图10是本发明雾化器的第九个实施例的剖视图。喷头801有一圆柱部分802和一个在圆柱部分下游端（图1中的上端）并与之结为一体的圆盘部分803。圆盘部分803的直径大于圆柱部分802的直径。圆柱部分802有一个由上游大直径部分（图1中的下部）802a和下游小直径部分802b构成的内孔。
在圆盘部分803的下游端面803a的中心，有一个通向下游侧的内螺纹部分802b，圆盘部分803的上游端面有一个位于圆柱部分802外侧的上游小直径环形端面803c，和一个位于小直径环形端面803c外侧的上游大直径环状端面803d。在圆盘部分803的内螺纹部分803b的外侧，有一组（8个）圆柱形混合物流体通道803e，它们分布在以内螺纹部分803b为圆心的一个圆上。本实施例中，混合物流体通道803e是输入煤水浆用的CWM通道803e。煤水浆通道803e的上游端与圆柱部分802内孔的小直径部分802b相通，其下游端通向圆盘部分803的下游端面803a。一组（16）个）混合流体内通道803f位于煤水浆通路803e的外侧，并且按相等的间隔分布于一个以内螺纹部分803b为圆心的一个圆上。在这个实施例中，混合流体内通道803f用来作为雾化介质内通道803f以导入雾化介质，例如蒸汽。雾化介质内通过803f从其上游的小直径的环形表面803c穿过圆盘部分，一直通到下游的端面803a。在圆盘部分803上雾化介质内通道803f的外面设有多个（譬如16个）外混合流体通道803g，它们在一个以内螺纹部分803b为圆心的圆上等距分布。在第九实施例中，混合流体外通道803g用来作为雾化介质外通道以导入由氧化剂，例如空气或氧气，构成的雾化介质。雾化介质外通道803g从其上游的大直径的环形表面803d穿过圆盘部分803，一直通到下游的端面803a。
一个内管804安装并固定在圆柱部分802的内孔的大直径部分802a上。内管804中形成了一个混合物流体供给通道805。混合物流体供给通道805同多个圆柱状的煤水浆通道803e相通。在这个实施例中，混合物流体通道805用作煤水浆供给通道，即燃料供给通道805。一个外管806同内管804的外侧相联。外管806的下游端同圆盘部分803的上游大直径环形端面803d的外侧圆周部分相接触，并且外管的外径同圆盘部分803的外径相同。在外管806上的直径同圆盘部分803相同的部分的紧接上游处的外圆周面上加2有外螺纹，它位于806a处。外管806和内管804之间设有一分隔管816。分隔管816的下游端同小直径环形上游端面803c的外圆周部分相接触。
在内管804的外圆周面和分隔管816的内圆周面之间形成了一个环形的混合流体内供给通道8071。在分隔管816的外圆周面和外管806的内圆周面之间形成了一个环形的混合流体外供给通道8072。混合流体内供给通道8071和混合流体外供给通道8072分别用来作为雾化介质内供给通道8071和雾化介质外供给通道8072，以分别供入雾化介质。雾化介质内供给通道8071同内雾化介质通道803f相连同，而雾化介质外供给通道8072同外雾化介质通道803g相连通。
在圆盘部分803的下游端面803a的中央固定了一个喷头808，它由耐磨材料，例如陶瓷制成。喷头808的固定是靠一个喷头固定件809来实现，固定件809有一螺纹头，它穿过喷头808拧入到圆盘部分803的内螺纹803b中。在圆盘部分803的下游端面803a的外圆周部分下游端设置有一个喷头夹持座810，它的外径跟圆盘部分803的外径相同。喷头夹持座810的内圆周有一环形凹槽810a。环状的喷头夹持座810上有若干个雾化介质流体通道810b，它们沿一个以内螺纹部分803b为圆心的圆布置。雾化介质通道810b从其上游端面穿过喷头夹持座通到其下游端面。这些雾化介质通道810b同雾化介质通道803g相连通。在喷头810的内圆周面上装有一个环状喷头811。环状喷头811有一个圆柱状的内圆周面811a，它同柱状的喷头808的外圆周表面808a相对。环状喷头811的内圆周表面811a同柱状喷头808的外圆周表面808a一起形成一个位于它们之间的环形的预混合室812。也就是说，一个小直径柱面812a（由柱状喷头808的外圆周面808a构成）和一个大直径柱面812b（由环状喷头811的内圆周面811a构成）一起形成该预混合室。预混合室812通过煤水浆通道803e同煤水浆供给通道805相连通。在环状喷头811的上游端面811b（见图9中的下端面）和圆盘部分803的下游端面803a之间形成有一环形的间隙。这个间隙和喷头夹持座810上的凹槽810a之间形成了一个环形的混合流体内供给口811c。在该实施例中，这个混合流体内供给口811c是用作雾化介质内供给口811c，以供入雾化介质。雾化介质内通道803f同环形的雾化介质内供给口811c的外圆周处相连通。
喷头夹持座810、环状喷头811和柱状喷头808的下游端面做成互相平齐。在这些下游端面的下游侧设置有一个喷雾器盖板813。该喷雾器板813具有一个上游端法兰部分813a，一个圆筒形壁部分813b和一个大致呈锥形的顶部813c。法兰部分813c的外径跟圆盘部分803的外径相同。若干个（譬如4个）喷口813d径向地设置在锥顶部分813c上，这样，流体就从喷口中径向地散射出去。在喷雾器盖板813的圆筒形壁部分813b加工有若干个雾化介质喷咀813e。这些雾化介质喷咀813e的上游端同喷头夹持座810相连通，其下游端则同一个旋流器813f相接，该旋流器是装在喷雾器盖板813的外表面上。旋流器813f被加工成能环绕喷雾器盖板813的顶部813c的外表面喷出雾化介质。因此，从旋流器813f中喷出的雾化介质起到了使从顶部813c的喷雾口813d中喷出的流体（即煤水浆混合物）和雾化介质形成一个涡流的作用。
为了防止高速流到喷雾器板813上的煤水浆雾化颗粒对喷雾器板813的壁面的磨损或冲蚀，喷雾器板813采用具有高耐磨性能的材料，例如陶瓷来制作。
如前面所述，法兰部分813a，喷头夹持座810，雾化器头801的圆盘部分803和外管806的下游端部分具有相同的外径。该外径跟外套螺帽814的圆筒部分814a的内径相一致。外套螺帽814有一圆筒形壁814a和一端壁814b，端壁814b有一通孔，喷雾器盖板813的筒壁813b穿入其中。筒壁814a的内圆周面上制成内螺纹814c。同第一实施例的情况一样，外管806上的外螺纹806a拧到外套螺帽814的内螺纹上，这样就使得喷雾器盖板813，喷头夹持座810，雾化器头801和外管806牢靠地固定在一起。
喷雾器盖板813、柱状喷头808和环状喷咀头811共同构成了一个混合室815。混合室815跟预混合室812相通。而且其截面积要大于后者的截面积。
本实施例运行时，同前述的第五实施例情况一样，CWM（煤水浆）和雾化介质在予混合室812内得以混合。在预混合室812内形成的由雾化的CWM和雾化介质组成的混合流体被导入混合室815，然后再通过喷雾口813d喷出。
在例如一个CWM气化锅炉内以高压燃烧煤水浆是已知的。在这种情况下，反应罐内的压力能高达几十个大气压，而且反应罐的内径约为普通电站用锅炉的1/3到1/10。因此，在这种情况下，必须要防止从喷雾口813d喷出的颗粒碰撞罐内对面的壁，并且要加强CWM和氧化剂的混合。为此，必须要使从喷雾器盖板813的喷雾口中喷出的混合流体的速度降到最低。这对于提高CWM的反应率率，即气化率来说也是必须的。
为了适应这些要求，本发明雾化器的第九实施例可以通过雾化介质内供给通道8071供给一定比例的氧化剂，这个比例同喷雾所需的气-液流率比相适应，而其余部分的氧化剂则通过雾化介质外供给通道8072供入。
由外雾化介质供给通道8072供给的氧化剂（雾化介质）通过雾化介质喷咀813e到达旋流器813f，并沿喷雾器盖板813从旋流器813f中喷出，因此促使了从喷雾口813d喷出的颗粒形成涡流。结果，喷出的颗粒流被急剧地减速，并且，煤水浆也快速地同气化所必须的氧化剂混合。
在所有前述的实施例中，雾化介质和煤水浆在预混合室内接触的位置是很重要的，因为这个位置到混合室的距离是使这些流体得以良好混合的一个非常重要的因素。也就是说，上述的位置到混合室的距离必须选择的能保证CWM和雾化介质的充分混合。在上述的各个实施例中，已得到证实，对于厚度为1.5mm的予混合室，当上述的距离为6mm时便能得到很好的混合。可取的，从接触位置起的这个距离为预混合室厚度的两倍或更大，最好大致为预混合室厚度的3至8倍。
第十实施例
图17所示的是本发明的一个CWM燃烧锅炉实施例的系统示意图。整个锅炉由标号1201所示，它具有许多个燃烧器1203，它们装在窗箱1204内并设置成多层和多排，窗箱位于炉子1202的相对的壁上。锅炉还具有：炉喉1205，位于各个燃烧器上的雾化器1206，一个蒸汽加热器1208装在位于炉子1202上部的烟道1207上，一个空气加热器1209，一个压力调节器1213连接蒸汽加热器1208和雾化器1206，一个风扇1212设置在空气加热器1208和窗箱1204之间，一个进口气流调节器1217用以调节空气的流量，一个煤水浆泵用以供给作为燃料的煤水浆，以及一个压力调节器1211用以调节煤水浆的压力。
煤水浆燃烧所需的空气由空气加热器1209加热，再由风扇1212送入窗箱。加热空气的供入量通过进口气流调节器1217来调节。窗箱1204在炉子的整面相对壁上形成，并用以导入空气供给排列成多层和多排的燃烧器。
设置成壁式的蒸汽发生管内产生蒸汽1214，蒸汽经蒸汽加热器1208加热后在压力调节器1213的压力控制下供给雾化器1206。煤水浆由泵1210加压后在压力调节器1211的控制下分送给雾化器1206。
图18示出了根据本发明的另一个CWM燃烧锅炉。锅炉1201有一个燃烧炉子1202，其内设有一个副加热器1218一个再加热器1219，一个主加热器1220以及一个燃料节省器1221。蒸汽在这些加热器中加热。特别的，蒸汽顺序流过燃料节省器1221，再加热器1219，主加热器1220和副加热器1218以逐步地被加热到很高的温度。由此得到的高压高温蒸汽用以驱动一个蒸汽涡轮机。燃料燃烧所产生的气体受到一个凸部1222的限制，并以均匀气流的形式供到各个蒸汽加热器。特别的，将气体再送入一个空气预热器1209以加热要供入炉内的空气，然后气体才排放到锅炉外。但是，一部分气体又通过一个气体循环风扇1212回到了炉子1202和燃烧器1203处。在这个实施例中，对于额定功率为100MW的锅炉来说，最下面一层燃烧器1203至凸部1222的距离小到2.6m。在这种锅炉中，燃烧器到凸部1222的高度可以如上述那样减小，这是因为采用了将在下面叙述的喷雾化器和燃烧器后火焰的长度可以缩短。
图19和20所示为适用于本发明锅炉的燃烧器。这个燃烧器有一个用以喷出作为燃料的煤水浆的雾化器1206。燃烧器还有一个主予燃烧室24，它跟雾化器1206同轴。并且从雾化器1206的顶端锥状地扩张。燃烧器还具有一个装在主预燃室24的外缘上的环形主空气喷咀22用来喷射以环绕雾化器轴线的涡流形式的燃烧用空气。主空气喷咀22由一个内套形成，这个内套也用作主预燃烧室24的周壁。在燃烧喷束的方向上，一次空气喷咀的内套的长度要短于构成该空气喷咀外侧的外套筒的长度。标号5表示一个由一次空气喷咀2的外套筒所构成的副预燃室，该副预燃室布置在主预燃室24的下游侧。标号23表示一个设置在副预燃室5外围的环形一次空气喷咀，用于供给施流运动的空气。副空气喷咀23的径向内侧由主空气喷咀的外周壁构成。标号307和308是指布置在喷咀22和23的入口处的旋流式喷咀或节气门式喷咀，以使由这些喷咀供入的空气形成旋流。标号27表示主预燃室的室体部分。
在使用中，作为燃料的煤水浆被雾化成细粒并以平均粒径范围为50～100微米的极细颗粒的形成从雾化器1206中喷出。雾化了的煤水浆在布置于雾化器1206周围的锥形主预燃室24中被引燃着火并通过位于主预燃室24下游的圆柱形副预燃室5中的一次空气流而燃烧。在副预燃室5中任何未燃烧的煤水浆部分在燃烧器中燃烧掉。为了促进煤水浆的雾化，通常以燃烧室空气速度的3～5倍的高速将煤水浆从雾化器中喷出。此外，一次空气流形成一个围绕雾化器1206轴线的旋流，从而在煤水浆周围形成一负压区，使得主空气流（即比主预燃室24中的空气要热的副预燃室5中的大气体）的一部分吸回到主预燃室24中去。这样吸入的热态气体用来除去煤水浆中的水份并促进燃料着火。着火后没有消耗掉的一次空气流在煤水浆与二次空气流混合之前与副预燃室5中的煤水浆混合，从而能使煤水浆在低空气比率条件下燃烧，由此形成一个还原区域（reducing region）以降低各种氧化氮（NOX）的生成量。然后，煤水浆与来自二次空气喷咀23的二次空气流进行混合，以使煤水浆完全燃烧。为了形成副预燃室5，一次空气喷咀22的空气出口设置在二次空气喷咀23的空气出口的内部。通过改变一次空气流的旋流强度来控制截留在主预燃室中的一次空气流的数量与在副预燃室中消耗掉的一次空气数量之间的比率。为了形成稳定火焰，需要选择合适的旋流强度。因此，一次空气流被用于使煤水浆着火并且使之形成低空气比率的火焰。因此，一次空气流的供给速率选择得比煤水浆进行完全燃烧所要求的速率要小。
组成主预燃室24的室体27可以是钢做的。但为了达到大的蓄热量以及较长的耐热寿命，室体27的材料最好采用耐热陶瓷或耐热砖。一般来说，煤水浆燃烧系统要由气态或液态燃料进行预热，直到炉子温度上升到足以使煤水浆燃料形成稳定火焰的高度。当采用具有大蓄热容量的材料作为室体27的材料时，由于能够蓄积大量的热而促使炉温上升，从而更容易使煤水浆燃料着火。也可以采用生热材料（如陶瓷加热元件）作为室体27的材料。采用这种方案，有可能利用生热元件所产生的热量对煤水浆流进行加热，从而可由产生热量的速率来控制着火。通过考虑蓄热或生热特性而选择室体27的材料，改善了开始供给煤水浆时的煤水浆的着火性。一旦形成煤水浆燃料的稳定火焰，有关煤水浆着火性的问题就变得不太重要了，因为室体27可由火焰产生的热量来加热。
设置如图19所示的主预燃室24，除了能提供上面所述的用于着火的热量外，还有以下的一个优点：即，高速喷出的煤水浆在与副预燃室5中的一次空气流混合之前被减速，从而能使燃料微粒与空气的混合时间较长。结果，则有可能在接近燃烧器的某一位置处使燃料着火。亦即在副预燃室5中的火焰仍形成变得更加容易。
为了使煤水浆燃料喷束减速，主预燃室24的尺寸要尽可能的大。但是该室尺寸太大会引起一些问题，如以后要提到的雾化燃料的偏向或偏转，以及煤水浆微粒沉积在炉壁上等等问题。这意味着主预燃室24的尺寸需要优化选择以避免这些问题。为了防止煤水浆微粒的沉积、主预燃室24的开口扩张角α最好大于煤水浆雾化器206的雾化角。
副预燃室5由环形二次空气喷咀23的内套筒构成。如前所述，副预燃室5用于使煤水浆燃料与主空气流燃烧，并且也已说明，由低空气比率燃烧形成的还原区域对于降低NOX（氧化氮）量是重要的。设置副预燃室有利于低空气比率燃烧的形成，并且能够区别一次空气流的效果和二次空气流的效果。由于二次空气流的出口布置在副预燃室的下游，二次空气流的混合被推迟。在另一方面，副预燃室5的内壁，亦即二次空气喷咀的内套筒，防止了一次空气流沿径向向外的扩散，促进了煤水浆与一次空气流的混合，从而有利于低空气比率火焰的形成。一次、二次空气喷咀通常是由钢制作的。但是，为了促进低空气比率的条件下的燃烧，如室体7（27）的情况一样，这些喷咀的内壁可以由诸如耐热陶瓷的蓄热材料构成或由诸如陶瓷元件的生热热材料构成。
如已经叙述的，图19所示的燃烧器改善了煤水浆燃料的着火性，并有利于稳定火焰的形成，从而改善了燃料的燃烧性。此外，该燃烧器能使还原区域具有大的容积，这种情况一部分是因为形成低空气比率的火焰变得容易，一部分是因为二次空气流的混合被排迟。因此，图19中所示的燃烧器有效地降低了NOX的生成量。
推迟二次空气流的供给使火焰拉长，从而需要更大尺寸的燃烧系统。为了避免这一问题，重要的是以旋流的形式喷射二次空气流，即，以旋流方式供入的二次空气流产生这样一种效果，即使得下游侧的气体产生朝着燃烧系统的向后流动，其结果是在旋流中形成一负压区。从而促进了二次空气流与下游部分的煤水浆燃料的混合，以防止火焰的拉长。
在本发明的锅炉的另一个实施例中，主预燃室的形状与图19所示的实施例的形状不同。即，围绕着煤水浆雾化器1206的主预燃室24被增大，并且在扩张端的下游制作有一相当长度的圆柱形部分。以使燃烧室具有大的尺寸。主预燃室24的这种形状提高了该燃烧室的效果。但是，燃烧室的轴线与雾化器1206的轴线之间的同轴度必须达到很高的水平，否则会使一次空气流的吸入变得不均匀，其结果将使煤水浆喷束偏离轴线。因此，在这个实施例中，燃烧器各部件的制造和组装要求有最高的精度。
图21示出了采用图19所示的燃烧器对煤水浆进行燃烧试验的结果。为了进行比较，对公开号为208305/1984的日本待审批专利中公开的燃烧煤粉的低NOX燃烧器，在将该燃烧器中的煤粉喷咀用一个煤水浆喷咀替换后，也进行了试验。两个燃烧器中使用了相同的雾化器。在图21中，横坐标表示在燃烧器出口处收集的灰尽中未燃成分的含量。因此，横坐标上较小的值代表效率较高的值。
纵坐标表示在炉子出口处测量的，以60%的氮气（O2）浓度为折算单位的NOX含量。虽然，良好的燃烧器的性能可以用灰尽中较小未燃成分的含量和较小的NOX含量来表示。在试验中使用的煤水浆是重量百分比为63的太平洋煤和重量百分比为37的水所组成的混合物。在图21中，符号□表示采用燃烧煤粉的低NOX燃烧器所获得的数据。与采用煤水浆相比，采用煤粉显示了较高的着火性，并且由公开号为208305/1984的日本待审批专利中公开的燃烧器也保证了高的燃烧性以及低的NOX含量，甚至当燃烧空气与煤水浆之间的混合进行很长的时间，结果仍是这样。可是，在烧煤粉的燃烧器上使用煤水浆燃料很难同时达到低NOX含量和燃烧效率，这从图21中可以看出。
在图21中，符号○表示使用图19所示的燃烧器所获得的数据。将会看到，图19所示的燃烧器能够在灰烬中的未燃物含量少的区域燃烧煤水浆，从而显著地改善了燃烧效率。当然，在不降低燃烧效率的同时也可以降低NOX的排放量。通过合适地选择一次空气流与二次空气流之间的流率比以及空气的旋流强度，以对NOX排放量进行控制。由此从图21中可以看到，本发明的燃烧器在燃烧煤水浆燃料时是有效的。
在这个实施例中，采用了前面第七实施例中所述的雾化器，分别用通道605和607作为供给煤水浆和雾化介质的通道。
为了防止高速喷出的雾化状煤水浆微粒对壁表面的冲蚀，喷头610，608和雾化器盖板613都最好用诸如陶瓷等耐磨性高的材料制造。可以用于这些部件的材料例如有碳化硅（SiC）、三氧化二铝（Al2O3）、四氮化三硅（Si3N4）、四氮化三硅与三氧化二铝的结合物（Si3N4-Al2O3）等等。
在对煤水浆和雾化介质的混合物进行雾化的这种形式的雾化器中，通过增加位于混合室的上游端的预混合室中的雾化介质的密度和速度以及减小流道的几何宽度来减小雾化的微粒的平均粒径。当预混合室有一环形横截面时，术语“几何宽度”是指环形横截面的厚度，当预混合室有一圆形横截面时，则表示该圆的直径。由于煤水浆是含有固态微粒的液体，无限制地减小流道的几何宽度将造成诸如这些微粒堵塞流道等问题。因此，本发明人对确定能够消除流道的堵塞问题的几何宽度的临界值（既用于环形通道也用于圆形通道）进行了研究，并发现环形通道几何宽度的临界值大约是圆形通道几何宽度临界值的一半。在发明的雾化器中，通过在予混合室中使用具有环形横截面的通道，保证了煤水浆与雾化介质之间进行高效率的混合。而这反过来又消除了由于气体-液体流率比的局部降低所造成的颗粒粗化的问题。在予燃室中的通道的宽度以不大于4毫米为好，更好的是在1.5～2.5毫米之间。此外，至少在环形予燃室的某一部分中设置环形结构。在这个实施例中，当流道的宽度为1.5毫米和2毫米时，预混合室的长度分别为6毫米和10毫米。
根据本发明，雾化介质可以以一预定的角度在预混合室612中与煤水浆相接触，使得能能在不影响煤水浆的流体特性（如假塑性或膨胀性）的情况下对煤水浆进行雾化。尤其是当雾化介质以直角与煤水浆相碰撞时，雾化介质产生强烈的剪切力，使得在基本上不影响煤水浆的流体特性的情况下能够有效地雾化煤水浆。
在所述的本发明的实施例中，雾化介质和煤水浆不是以纯碎混合物的形式供入混合室615中，而是在煤水浆被引入混合室615之前用预混合室612中的雾化介质对其进行充分的雾化。结果，煤水浆和雾化介质在混合室中以非常有效的方式进行了混合，并且能大大减小雾化了的煤水浆颗粒的平均粒径。
即使煤水浆的供应速度减慢，煤水浆和雾化剂也可在预混合室中有效地混合。这样就可能获得一很大的调节比，该调节比是指煤水浆的最大供应速度和最小供应速度之比，从而在一恒定的气-液流速比情况下，可将雾化的煤水予颗粒的平均尺寸保持在一预定值以下。
煤水浆供应口603b由垂直于雾化器轴线的喷头610的侧壁和雾化器头603的侧壁构成，这样煤水浆就可以与雾化剂的喷头方向成直角喷入。但是，这种形式的煤水浆供应口603b并不是唯一的，如果使用多个在予混合室的大直径圆柱面上形成有圆形截面的供应口也可获得同样效果。不过若煤水浆供应口603b在预混合室的小直径圆柱面上形成，本发明的优点也可达到。煤水浆供应口603b的取向最好是这样的：即喷出的煤水浆应与预混合室612的大直径圆柱面相切，从而使喷入初始予混合室612的煤水浆形成涡流。
在本实施例中，雾化剂供应口610b朝向预混合室612的下游侧开口。然而，这种形式并不是唯一的，也可以这样安排雾化剂供应口610b的出口，即，使喷入的雾化剂可在预混合室中形成涡流。在这种情况下，就有可能获得一种高度均匀的煤水浆和雾化剂混合物。此外，涡流可对雾化产生有利的作用，从而促进了煤水浆在预混合室中雾化。
混合室615为一杯筒状，在这一实施例里，混合室615的平均长度是由容积与直径的比值以决定的，将其选取为混合室直径的0.5倍。在混合室的壁上成形的喷雾口的指向应使喷出的可合物呈发散状。混合室的壁最好由这样一种材料制成，这种材料是通过烧结前述一种陶瓷材料而获得的。烧结件的外周表面最好覆盖一金属构件，比如一钢片，以起到保护作用。
图22示出另一（图18中）燃烧器1203的结构，其中装有一雾化器1302。燃烧器1203有下列构件：一用于供应煤水浆和蒸汽的燃烧枪1301;一雾化器1302;一雾化器套筒1304，一主套筒1305;和一与雾化器1206同心并围绕在其周围的炉喉1306;该炉喉的直径沿上述顺序的方向增大;一设置在雾化器套筒1304的端部和主套筒1305的端部之间的呈漏斗状的旋流器1303;一设置在主套筒1305的与炉子相对一侧的主配风器;一设置在炉喉的与炉子相对一侧的副配风器1308;在炉喉邻近炉子的开口处连接有一火焰稳定器1310，其直径向着炉子逐渐增大;以及多个组成水管壁的水管1309。
燃烧枪1301和雾化器1302放入雾化器套筒1304的一个孔中。在雾化器套筒1304和主套筒1305之间形成一环形通道，一次空气流1311经过主配风器的流速控制后通过该通道。旋流器1303设在环形通道的出口处。旋流器1303由多个扇形薄板沿周向排列构成，这些扇形薄板在轴向部分交叠，并在相邻的薄板之间留下一预定的空隙。旋流器1303的周向外端与雾化器的端部更靠近炉子。一次空气流1311贴着薄板的表面流动，并从薄板之间形成的空隙喷出，这样从旋流器1303流出的一次空气流就形成涡流。二次空气流1312由副配风器1308产生涡流，并从炉喉1306和主套筒1305之间形成的环形通道中喷出。火焰稳定器1310被火焰散发出的热量加热，火焰是由燃烧雾化的煤水浆形成的，其中一部分热量传到水管壁的水管上。
这种雾化器能够均匀稳定地雾化煤水浆燃料。雾化器在燃烧器1203上的安装位置如图22所示。如前面所述的，一次空气流贴着旋流器1303的薄板的表面流动并从板间形成的空隙中流出，从而形成涡流。一次空气流以很大的流量供应，但它以没有对雾化的煤水浆颗粒产生速度分量，从而当它们与后者混合时，可有效地减低雾化了的煤水浆颗粒的速度。一次空气流产生的旋流也用于使气体环流，从而有助于将火焰的热气导向旋流器1303，使雾化的颗粒中的水分迅速蒸发。雾化的微粒有可能会粘附在旋流器1303的板的表面上，从而使围绕燃烧器的空气的状况产生变化，影响火焰的稳定性。但是，在这一实施例中，粘附在旋流器薄板表面上的雾化的颗粒的作用是将这些颗粒从旋流器的板表面上去除掉，从而就消除了上述的问题，使火焰保持高度稳定。
还应当理解的是，煤水浆颗粒的引燃以及火焰的稳定性可由副空气流进一步改善，第二级空气由副配风器1308产生强烈的涡流。此外，一部分二次空气流与燃料在火焰的下游部分混合，从而在燃烧器周围通过减少空气减少了氧化剂，这样就有效地减少了从炉子中排出的气体中的氧化氮成分。
火焰稳定器1310被火焰散发出的热量以及传导过去的热量加热。而火焰稳定器1310通过将热量传递给二次空气流而将二次空气流加热，并且通过辐射加热雾化的煤水浆颗粒。这样又促进了煤水浆颗粒中水分的蒸发，以保证雾化的煤水浆颗粒迅速引燃。
上述燃烧系统可改善燃料的可燃性和火焰稳定性，而且具有上述结构的雾化器和燃烧即所产生的多种效应还可减少氧化氮的含量。
图23示出带有本发明的雾化器的另一燃烧器。特别是，这种燃烧器使用了如图12所示的那种雾化器，并将这种燃烧器用于如图18所示的以煤水浆为燃料的锅炉中。
燃烧器1203具有下列构件：一用于供应煤水浆和蒸汽的燃烧枪1310，一雾化器1206;一雾化器套筒1304，一主套筒1305，一与雾化器同轴并围绕其周围的炉喉1306，该炉喉的直径沿上述构件顺序的方向增大;一安装在由雾化器套筒1304和主套筒1305限定的环形空间内的旋流器1303;装在主套筒1305上与炉子相反的一侧的一主配风器;一火焰稳定器1602它安装在邻近炉子的主套筒1305和副套筒1601之间的环形通道的开口邻近;一个副配风器1308;它安装在炉喉的与炉子相对的一侧;一火焰稳定器1310;它在靠近炉子处与炉喉的开口连接在一起，该火焰稳定器的直径向着炉子的方向逐步增大;由多个水管组成的水管壁。
燃烧枪1310和雾化器1302装在雾化器套筒1304的一个孔中。在雾化器套筒1304和主套筒1305之间形成一环形通道，一次空气流经主配风器流速控制后，通过该通道。旋流器1303装在这个环形通道的出口处。旋流器1303由多个扇形薄板构成，这些薄板沿周向排列并在轴向部分地交叠，从而在相邻的板之间留下一预定的间隙。旋流器1303的圆周外端与雾化器的端部更靠近炉子。一次空气流贴着薄板的表面从板的同隙喷入，这样从旋流器1303流出的一次空气流1311就形成涡流。二次空气流1312由副配风1308产生涡流，并从由炉喉1306和第一级套筒1305之间形成的环形通道中喷出。火焰稳定器1310被火焰散发的热量加热，火焰是由燃烧雾化的煤水浆产生的，火焰稳定器上的部分热量传给水管壁的水管。火焰稳定器1602被燃烧煤水浆颗粒形成的火焰辐射加热，从而加热了尚未燃烧的雾化煤水浆微粒;同时延迟了二次空气与火焰混合。
被雾化器1302雾化的煤水浆颗粒被通过旋流器1303供应的一次空气流减速，由一次空气形成的热气环流促进了雾化的煤水浆颗粒中水分的蒸发，从而可使雾化的颗粒迅速被点燃。
由雾化器1302的雾化和通过旋流器1303供应的一次空气流产生的各种效应促进了火焰的引燃性。这样就不必用二次空气流进一步促进引燃，从而可将供应的副空气完全用于减少氧化氮的生成。因此，在这一实施例中，设置在旋流器1303外周上的火焰稳定器1602延迟了二次空气流与雾化的煤水浆颗粒的混合，从而在旋流器1303的火焰一侧形成了一厌氧燃烧区域。在这一区域形成了用于有效地还原氧化氮的还原性气体如氨气、一氧化碳和氢气，从而在这一厌氧燃烧区中，由燃料的早期燃烧产生的氧化氮被有效地还原成氮气。同时，在火焰稳定器1602的火焰一侧产生了气体环流，从而改进了在燃烧器上喷散的火焰的稳定性。
副配风器1308使二次空气产生强烈的涡流，这样，以火焰的下游部分向旋流器的1303返回的气体在上进厌氧燃烧区中产生环流，从而促进丁氧化氮的还原。此外，由于二次空气流与燃料颗粒在厌氧燃烧区域的下游侧混合，从而促进了雾化的微粒的燃烧，也减少了烟灰中未燃烧物的含量。
火焰稳定器1310被火焰辐射的热量加热，并通过热传递有效地加热了二次空气流。火焰稳定器1310也通过辐射加热了雾化的煤水浆微粒。这样就加速了煤水浆微粒中水分的蒸发，使得煤水浆微粒迅速被点燃。
在图23示出的实施例中，火焰稳定器1602有一个面向炉子的平坦的环形表面。然而，这仅是图示的一种式样的火焰稳定器1602，它也可有其它不同的式样，只要能满足延迟二次空气流的混合和稳定火焰的需要即可。
图24示出一种变更的火焰稳定器1602。在这一实施例中，火焰稳定器1602有一个火焰稳定环1701，环1701设置在火焰稳定器与副套筒1601接触的位置，其形状是环1701的直径向着炉子的方向逐渐增大。火焰稳定环1701有效地延迟了二次空气流与雾化的煤水浆微粒的混合，并可加强在火焰稳定器1602的火焰一侧形成的气体环流，从而火焰稳定器1602可进一步改善燃烧煤水浆颗粒形成的火焰的稳定性。
虽然上面特别参照雾化器、锅炉和燃烧器对本发明作了描述，这些装置是为以煤水浆作为燃料而设计的，但是应当理解的是，本发明还可有效地用于以含有固体微粒为燃料的燃烧系统，比如由悬浮在石油中的煤粒组成的煤-油浆，含有悬浮在水中的石油沥青微粒的石油沥青浆料，以及通常很难燃烧的燃料，如淤渣油。