專利名稱：固體燃料燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微粒固體燃料如微?；蚍勖旱娜紵念I(lǐng)域，且更具體地涉及所述微粒固體燃料的輸送氣體的氧氣增濃的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了提高燃燒過程的效率和/或限制NOx排放物，已提出氧氣增濃。氣態(tài)燃料流的氧氣增濃已在多種工業(yè)過程尤其如玻璃熔融、石灰和水泥窯和煉鋼中被成功地實施。另一方面，煤是當前可用的最豐富的化石燃料，并且全世界產(chǎn)生的大部分電力使用煤作為燃料。在固體燃料顆粒的情況下，通常需要輸送氣體來將固體燃料顆粒從燃料儲存或碾磨設(shè)備(例如，碎煤機)輸送到燃燒器。與氣態(tài)燃料流的氧氣增濃相比，攜帶顆粒的流如粉煤/空氣流的氧氣增濃提出了另外的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)由于多種因素而產(chǎn)生，如下文所述。首先，這種攜帶顆粒的流的氧氣增濃在燃燒器內(nèi)形成可燃或可燃性更高的流，這必須非常謹慎地處理，以避免提前點火、爆炸或其它有害效應。其次，煤顆粒通常具有不均勻的粒徑分布。大部分燃煤電廠使用范圍為約 75-120μπι的粒級。在重力的影響下，攜帶顆粒的流中的煤顆粒偏離氣體流線。較大的顆粒偏離得較多，而較小的顆粒更接近地順循氣體流線。另外，在輸送導管中的彎頭中觀察到稱為“繩化現(xiàn)象(rope phenomenon)”的現(xiàn)象。結(jié)果，顆粒加載跨導管的截面不均勻，并且顆粒甚至可能沉淀并聚集在導管內(nèi)的某些部位。從W0-A-2006032961獲知借助于一種系統(tǒng)來改善非氣態(tài)燃料和輸送氣體的混合物的燃燒，該系統(tǒng)包括1)非氣態(tài)燃料、特別是固體燃料和輸送氣體的混合物的源；幻氧氣源；3)與燃燒室可操作地相關(guān)的燃燒器；4)與混合的非氣態(tài)燃料和輸送氣體的源流體連通的燃料管道力)與氧氣源流體連通的管狀氧氣噴槍；以及6)與氧氣源流體連通的至少第一和第二噴射元件。所述系統(tǒng)的燃料管道包括沿一軸線朝燃燒器延伸的部分。該至少第一和第二噴射元件構(gòu)造成將氧氣噴射到燃燒器上游或位于燃燒器處的混合物流中并與之混合。第一和第二噴射元件中的至少一者接收來自噴槍的氧氣。第一和第二噴射元件還間隔開。利用如上所述的系統(tǒng)，首先允許非氣態(tài)燃料和輸送氣體的混合物流入燃料管道中。然后允許氧氣從第一和第二噴射裝置流動，使得氧氣以及非氣態(tài)燃料和輸送氣體的混合物被混合。這樣混合的氧氣、非氣態(tài)燃料和輸送氣體然后在燃燒室內(nèi)燃燒。盡管如W0-A-2006032961中記載的系統(tǒng)的原理提供了噴射到混合的非氣態(tài)燃料和輸送氣體的流中的氧氣的改善混合，這轉(zhuǎn)而引起改善的燃燒，但此系統(tǒng)在工業(yè)環(huán)境中的實際實施面臨許多與固體燃料燃燒的固有問題有關(guān)的難題。
實際上，工業(yè)用微粒固體燃料的范圍相差較大。即使對于特定類型的微粒固體燃料如粉煤，諸如平均粒徑、粒徑分布、組分——包括水分、揮發(fā)性物質(zhì)含量、極限氮量(bound nitrogen content)——等參數(shù)也會從一個固體燃料的批次到另一個批次而截然不同，這些參數(shù)中的每一個均對固體燃料在燃燒過程中的表現(xiàn)有影響。從W0-A-2006032961獲知的系統(tǒng)的一個主要缺點是其缺乏靈活性。實際上，以不同方式優(yōu)化的系統(tǒng)需要針對每一種特定的微粒固體燃料設(shè)計和生產(chǎn)。這顯著增加了該系統(tǒng)的成本并使該系統(tǒng)不適合于使用不同粒徑和組分的微粒固體燃料的燃燒過程。從W0-A-2006032961獲知的系統(tǒng)的又一缺點是其相對高的維護成本。實際上，攜帶微粒的流如粉煤/空氣流磨蝕性高并導致突出到攜帶顆粒的流中的任何元件如氧氣噴槍和噴射器受到明顯磨損，最終引發(fā)故障并因此帶來提前點火和爆炸的重大風險。為了防止發(fā)生這種情況，在從W0-A-2006032961獲知的系統(tǒng)中，需要至少定期更換燃料管道內(nèi)部存在并因此受到磨蝕的整個氧氣增濃結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的燃燒器，該燃燒器適合于在原理為多股間隔開的氧氣在燃燒室上游噴射到輸送氣體和微粒固體燃料的混合物中的工業(yè)環(huán)境中實際實施。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種包括燃燒器爐體和噴射器組件的燃燒器。通常由陶瓷耐火材料制成的燃燒器爐體具有入口面和出口面。噴射器通道沿縱向 (下文稱為Dl)穿過噴射器爐體從入口面中的通道入口延伸到出口面中的通道出口。噴射器組件通常由具有合適的耐熱和耐腐蝕特性的金屬制成并至少部分地被噴射器通道環(huán)繞。噴射器組件包括內(nèi)氧氣供應管、燃料噴射器和氧氣噴射器，它們均具有位于通道出口側(cè)的下游端。燃料噴射器具有位于其下游端的燃料噴嘴，該燃料噴嘴用于朝通道出口噴射通過輸送氣體推進的微粒固體燃料。該燃料噴射器還在內(nèi)氧氣供應管的下游端附近環(huán)繞內(nèi)氧氣
供應管。氧氣噴射器在其(即，氧氣噴射器的)下游端附近環(huán)繞燃料噴射器，或者換言之， 氧氣噴射器的下游端環(huán)繞燃料噴射器。氧氣噴射器還具有位于其下游端的氧氣噴嘴，該氧氣噴嘴用于在燃料噴射器周圍并朝通道出口噴射二次氧氣。內(nèi)氧氣供應管具有側(cè)向表面，其上安裝有一組側(cè)向主氧氣噴嘴。這些側(cè)向主氧氣噴嘴用于將側(cè)向主氧氣射流噴射到燃料噴射器中，該燃料噴射器如上所述在其下游端附近環(huán)繞內(nèi)氧氣供應管。側(cè)向主氧氣噴嘴定位在與燃料噴射器的下游端相距的多個不同距離處，其中在上述縱向Dl上測量所述距離。側(cè)向主氧氣噴嘴具有定向成用于以一噴射定向噴射這些側(cè)向主氧氣射流的噴射開口，所述噴射定向遵循圍繞所述縱向Dl的相同旋轉(zhuǎn)方向 (即，順時針或逆時針方向)，所述定向還朝向燃料噴射器的下游端，即，朝向噴射器通道出側(cè)向主氧氣噴嘴有利地具有定向成用于以與內(nèi)氧氣供應管的側(cè)向表面大致相切的噴射定向噴射側(cè)向主氧氣射流的噴射開口。尤其是，側(cè)向主噴嘴的噴射開口可有益地定向成用于以與縱向Dl形成介于20度與70度之間的角度α的噴射定向噴射側(cè)向主氧氣射流。優(yōu)選地，側(cè)向主氧氣噴嘴是這樣的與縱向Dl的所述角度α對應于或者接近預定角度 θ (S卩，具有預定值的角度Θ)使得角度α落入[θ-10°，θ+10° ]的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的燃燒器有利地包括這種裝置該裝置用于將內(nèi)氧氣供應管安裝在燃料噴射器中并用于從燃料噴射器移除內(nèi)氧氣供應管，優(yōu)選地，用于在爐體的入口面?zhèn)?即， 爐體的所謂“冷側(cè)”)上安裝和移除內(nèi)氧氣供應管。該燃燒器的燃料供應管將通過輸送氣體推進的微粒固體燃料供應給燃料噴射器。所述燃料供應管一般在燃料噴射器上游形成或限定一彎頭或彎曲部。這種情況下，優(yōu)選地，該燃燒器包括與燃料噴射器成一直線并在所述彎頭中安裝在燃料供應管上的分支管。內(nèi)氧氣供應管然后可被安裝在燃料噴射器中并可經(jīng)所述分支管從燃料噴射器移除。該燃燒器有利地裝備有用于將側(cè)向主氧氣噴嘴安裝在內(nèi)氧氣供應管的側(cè)向表面上并用于從內(nèi)氧氣供應管的側(cè)向表面移除側(cè)向主氧氣噴嘴的裝置。此類裝置通常是通向內(nèi)氧氣供應管的側(cè)壁中的開口或穿孔，側(cè)向主氧氣噴嘴能以所需定向配合在所述開口或穿孔中。開口的數(shù)量可超過側(cè)向主氧氣噴嘴的數(shù)量，這種情況下不帶這種噴嘴的開口例如用可移除的插塞堵塞，其中所述可移除的插塞有利地與內(nèi)氧氣供應管的側(cè)向表面大致齊平。所述用于將側(cè)向主氧氣噴嘴安裝在內(nèi)氧氣供應管的側(cè)向表面上的裝置有利地包括鎖緊機構(gòu)， 該鎖緊機構(gòu)用于例如通過將所述噴嘴擰緊或卡合在所述開口中的適當位置而以噴射開口的預定定向?qū)?cè)向主氧氣噴嘴鎖緊在內(nèi)氧氣供應管道的側(cè)向表面上，由此所述開口的噴嘴接納部分與噴嘴進入所述開口的部分具有對應的形狀。側(cè)向主氧氣噴嘴能以許多不同的徑向角度定位在內(nèi)氧氣供應管的側(cè)向表面周圍。根據(jù)本發(fā)明的一個特別有利的實施例，內(nèi)氧氣供應管還包括位于其下游端的終端主氧氣噴嘴，也可經(jīng)該終端主氧氣噴嘴噴射主氧氣。終端主氧氣噴嘴尤其可適合于沿縱向 Dl朝通道出口噴射主氧氣。已發(fā)現(xiàn)，在縱向Dl上的附加主氧氣噴射器可改善火焰穩(wěn)定性和附著。根據(jù)一個特別有益的實施例，內(nèi)氧氣供應管包括中央噴槍和環(huán)繞的環(huán)形通道。中央噴槍終止于終端主氧氣噴嘴中，中央噴槍與該終端主氧氣噴嘴流體連接。環(huán)繞的環(huán)形通道位于內(nèi)氧氣供應管的側(cè)向表面與中央噴槍之間并與側(cè)向主氧氣噴嘴流體連接。為了一方面在中央噴槍/終端主氧氣噴嘴之間而另一方面在環(huán)繞的環(huán)形通道/側(cè)向主氧氣噴嘴之間分配主氧氣，優(yōu)選地，該燃燒器包括氧氣分配器，其中所述氧氣分配器與中央噴槍并與環(huán)繞的環(huán)形通道分開流體連接。該氧氣分配器包括用于將其連接到氧氣源的裝置。該氧氣分配器還適合于控制流入中央噴槍的主氧氣與流入環(huán)繞的環(huán)形通道的主氧氣之間的比率。旋流器可安裝在燃料噴射器中，通常安裝在燃料噴嘴處或緊鄰燃料噴嘴，并且優(yōu)選地安裝在內(nèi)氧氣供應管周圍。此類旋流器在本領(lǐng)域中是公知的并用于在流體中——這種情況下(in casu)在加載有微粒固體燃料的輸送氣體中——形成湍流。當旋流器對應于暴露于通過輸送氣體推進的微粒固體燃料的裝置時，該燃燒器優(yōu)選地配設(shè)成用于將旋流器安裝在燃料噴射器中并用于連同內(nèi)氧氣供應管一起或者在內(nèi)氧氣供應管已從燃料噴射器被移除之后從燃料噴射器移除旋流器。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，噴射器通道分別在內(nèi)氧氣供應管、燃料噴射器和二次氧氣噴射器的下游端下游變寬。由此緊鄰通道出口在噴射器通道中形成較寬的預燃燒區(qū)段。由此改善了火焰穩(wěn)定性和/或附著。預燃燒區(qū)段的長度(沿縱向Dl)和直徑之間的比率優(yōu)選地介于0. 6與1. 0之間，優(yōu)選介于0. 7與0. 9之間。當燃燒器包括較寬的預燃燒區(qū)段時，內(nèi)氧氣供應管和燃料噴射器的下游端優(yōu)選地定位在較寬的預燃燒區(qū)段起始處的通道出口上游或緊鄰所述較寬的預燃燒區(qū)段且在其上游處。氧氣噴射器的下游端也可定位在該部位，但有益地定位在噴射器通道中的更上游處。通過將燃燒器安裝在燃燒室或爐的壁中使得燃燒器爐體的出口面相對于面向所述燃燒室或爐的燃燒區(qū)的所述壁的表面凹進，從而在燃燒器爐體的出口面與壁的所述表面之間形成較寬的預燃燒區(qū)段，可獲得相同或相似的改善的火焰穩(wěn)定性和/或附著的效果。 如上所述，預燃燒區(qū)段的長度和直徑之間的比率優(yōu)選地介于0. 6與1. 0之間，優(yōu)選地介于 0.7與0.9之間?；蛘撸瑖娚淦魍ǖ揽纱笾鲁蕡A柱形，這種情況下內(nèi)氧氣供應管、燃料噴射器和氧氣噴射器的下游端有利地定位在通道出口上游。如上文已經(jīng)指出的，氧氣噴射器的下游端可定位在燃料噴射器的下游端的上游。本發(fā)明還涉及一種爐，該爐具有限定燃燒室的爐壁，并且其中至少一個根據(jù)上述實施例中的任何一個的燃燒器安裝在爐壁中使得燃燒器爐體的出口面面向所述燃燒室并且燃燒器爐體的入口面可從燃燒室外部到達。如上文已經(jīng)描述的，根據(jù)所述爐的一個實施例，所述至少一個燃燒器安裝在所述爐壁中使得燃燒器爐體的出口面相對于面向燃燒室的所述壁的表面凹進，從而在燃燒器爐體的出口面與壁的所述表面之間形成較寬的預燃燒區(qū)段。預燃燒區(qū)段的長度和直徑之間的比率優(yōu)選地介于0. 6與1. 0之間，優(yōu)選介于0. 7與0. 9之間。本發(fā)明尤其涉及隧道窯和爐、通道窯、鍋爐、回轉(zhuǎn)窯和爐以及隧道爐。本發(fā)明還涉及根據(jù)上述實施例中的任何一個的燃燒器用于在爐的燃燒區(qū)中燃燒微粒固體燃料以在其中產(chǎn)生熱量的用途。所述微粒固體燃料優(yōu)選為粉煤，但也可以是不同的微粒固體燃料如石油焦、生物質(zhì)微粒等。 本發(fā)明尤其可有利地在用于生產(chǎn)水凝粘合劑如水泥、石灰或石膏的爐中使用。主氧氣有利地具有按體積計至少75%、優(yōu)選地按體積計至少85%且更優(yōu)選地按體積計至少90%的氧氣含量。二次氧氣可為空氣，但優(yōu)選地具有如上文關(guān)于主氧氣所述的
較高氧氣含量。


根據(jù)下文參照附圖1至7借助于特定實施例的示例的說明，可更容易地理解本發(fā)明及其優(yōu)點。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的燃燒器的一個實施例的示意性透視圖。圖2是圖1的燃燒器的示意性側(cè)視圖。圖3是根據(jù)圖1和2的燃燒器的平面A-A的示意性截面圖。圖4是根據(jù)所述燃燒器的內(nèi)氧氣供應管的平面A-A的示意性截面圖。圖5是圖1和2的燃燒器的示意性前立面圖。圖6是側(cè)向主氧氣噴嘴的示意性透視圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的燃燒器的一個替換實施例的下游端的示意性截面圖。
具體實施例方式所示的本發(fā)明的燃燒器包括燃燒器爐體100和噴射器組件200。燃燒器爐體100具有入口面110和出口面120。該爐體還具有穿過燃燒器爐體從入口面110延伸到出口面120的噴射器通道130。噴射器通道130具有位于入口面110中的通道入口 131和位于出口面120中的通道出口 132。在使用中，燃燒器爐體100安裝或結(jié)合在燃燒室的壁中，使得出口面120面向燃燒室內(nèi)部的燃燒區(qū)，而入口面110面向爐外且一般可從燃燒器外部到達以進行燃燒器控制、 維護和修理。燃燒器爐體100 —般由耐火材料制成，尤其是陶瓷耐火材料。在圖1至5所示的實施例中，噴射器通道130包括在通道出口 132附近的較寬的預燃燒區(qū)段135。另一方面，在圖7所示的實施例中，噴射器通道130具有大致一致的直徑且不包括較寬的預燃燒區(qū)段。在實踐中，已通過具有介于0. 6與1. 0之間、更具體地介于0. 7與0. 9之間的長寬比的預燃燒區(qū)段實現(xiàn)特別良好的火焰穩(wěn)定性和火焰附著。預燃燒區(qū)段的長度有利地介于 8cm與14cm之間，更優(yōu)選地介于9cm與12cm之間。在圖1至4的實施例中，燃燒器爐體100是兩個耐火材料部分136和137的組件。 入口面110包括若干小面(facet) IlOaUlOb和110c。預燃燒區(qū)段的長度(沿縱向Dl)由兩個耐火材料部分136、137的相對位置決定。在圖7的實施例中，燃燒器爐體由單塊耐火材料整體形成。入口面110為平坦表面。噴射器組件200包括內(nèi)氧氣供應管210、燃料噴射器220和氧氣噴射器230。內(nèi)氧氣供應管210、燃料噴射器220和氧氣噴射器230各自的下游端211、221和 231全部定位在燃燒器爐體100的噴射器通道130內(nèi)。燃料噴射器220在其下游端221處具有燃料噴嘴222，并至少在所述內(nèi)氧氣供應管的下游端211附近環(huán)繞內(nèi)氧氣供應管210， 以便形成通過內(nèi)氧氣供應管210周圍的輸送氣體推進并被引向通道出口 132以從其噴射到燃燒區(qū)中的微粒固體燃料流。在圖示的實施例中，燃料噴嘴222是安裝在燃料噴射器220的下游端221上的單獨部件。旋流器2 在燃料噴射器220的下游端221附近安裝在燃料噴射器220中。所述旋流器2 環(huán)繞內(nèi)氧氣供應管210。氧氣噴射器230在其下游端231處具有用于噴射二次氧氣的二次氧氣噴嘴232。 氧氣噴射器230至少在氧氣噴射器230的下游端231附近環(huán)繞燃料噴射器220。在使用中，氧氣噴射器230因此在燃料噴射器220周圍并朝通道出口 132提供二次氧氣流以(當存在較寬的預燃燒區(qū)段時，經(jīng)由噴射器通道130的較寬的預燃燒區(qū)段135) 從其噴射到燃燒區(qū)中。在圖示的實施例中，二次氧氣噴嘴232與氧氣噴射器230的下游端231整體形成。 替換實施例可具有安裝在所述下游端231上的分開形成的二次氧氣噴嘴。在圖示的實施例中，氧氣噴射器230的下游端231比內(nèi)氧氣供應管210和燃料噴射器220各自的下游端211和221更加遠離通道出口 132定位。
氧氣噴射器的下游端231可定位成更靠近下游端211和221，但優(yōu)選地不會延伸超出所述下游端211和221。在其下游端211附近，內(nèi)氧氣供應管210居中地定位在燃料噴射器220內(nèi)。多個側(cè)向主氧氣噴嘴212借助于內(nèi)氧氣供應管210的側(cè)向表面中的穿孔215安裝在所述側(cè)向表面上。這些側(cè)向主氧氣噴嘴和對應的穿孔215定位在與內(nèi)氧氣供應管210的下游端211相距不同的距離處。在使用中，這些側(cè)向主氧氣噴嘴212將氧氣噴射到燃料噴射器體部中，從而隨著輸送氣體將微粒固體燃料投向燃料噴嘴222和通道出口 132而逐漸增濃輸送氣體。側(cè)向主氧氣噴嘴212具有定向成以朝向通道出口 132的氧氣噴射方向?qū)⒅餮鯕鈬娚涞饺剂蠂娚淦?20中的噴射開口，所述氧氣噴射方向與氧氣供應管的側(cè)向表面大致相切并與噴射器通道130的縱向Dl形成角度α。應理解，角度α對應于側(cè)向主氧氣射流在其離開噴射器開口時的初始方向并且此后(1)主氧氣射流的方向?qū)⒃谕ㄟ^輸送氣體推進的微粒固體燃料的燃料噴射器中的流動的影響下改變，(2)這樣噴射的主氧氣將迅速與所述輸送氣體混合并增濃所述輸送氣體。側(cè)向主噴嘴212的特定噴射定向不僅容許用氧氣逐漸增濃輸送氣體，而且在不導致燃料噴射器220上的壓降顯著增加或甚至燃料噴射器220上不存在任何另外的壓降的情況下進行增濃，并且這不受側(cè)向主氧氣噴嘴212延伸到通過輸送氣體推進的微粒固體燃料的路徑中的事實影響。側(cè)向主氧氣噴嘴212的噴射定向還防止、限制或消除可能發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生在燃料噴射器220內(nèi)部的微粒固體燃料的任何明顯沉積并因此提供微粒固體燃料跨燃料噴射器220的截面的更均勻的分布。推斷側(cè)向主氧氣噴嘴212向微粒固體燃料的路徑中的突出事實上可由于它們所形成的湍流而有助于限制或防止顯著的固體燃料沉積。在圖示的示例中，角度α對于所有側(cè)向主噴嘴而言均相同。在一些特定的情況下，對于不同的側(cè)向主噴嘴設(shè)有不同的角度α以便實現(xiàn)燃料噴射器220中更好(即，更均勻)的微粒固體燃料分布可能是有利的。輸送氣體隨著其流經(jīng)燃料噴射器而逐漸增濃的縱向輪廓/分布由以下決定(1)側(cè)向主氧氣噴嘴212的縱向位置(相對于內(nèi)氧氣供應管210的下游端211的距離或相對于燃料噴射器220的下游端221的距離)，和(2)相應的側(cè)向主氧氣噴嘴212的噴射開口，其截面決定經(jīng)單獨的噴嘴212噴射的供應給內(nèi)氧氣供應管210的主氧氣的比例(較小的噴射開口與較寬的噴射開口相比將限制通過其中的主氧氣的流量)。如圖3、4和5所示，側(cè)向主氧氣噴嘴212和對應的穿孔也定位在不同的徑向位置(在圖4中被示出為與向上的豎直方向形成順時針角度Θ1 = 0°，Θ2 = 90°，Θ3 = 180°，和Θ 4 = 270° )。可對側(cè)向主氧氣噴嘴212的徑向位置進行優(yōu)化，以防止發(fā)生燃料噴射器220中、尤其是在其下游端的固體燃料沉積以及富燃料或貧燃料區(qū)或地帶。例如，在微粒固體燃料沉淀的可能性高的情況下，較多的側(cè)向主氧氣噴嘴212可定位成在內(nèi)氧氣供應管210下方噴射主氧氣射流，并且還可跨內(nèi)氧氣供應管的頂部——其中最有可能發(fā)生燃料沉積——噴射主氧氣射流。
在圖示的實施例中，內(nèi)氧氣供應管210還包括終止在終端主氧氣噴嘴216中的中央氧氣噴槍213。在圖示的實施例中，中央氧氣噴槍213的終端噴嘴216沿噴射器通道的縱向Dl朝通道出口噴射主氧氣。也可設(shè)想用于中央氧氣噴槍的其它終端氧氣噴嘴，其可具有不同的噴射定向或構(gòu)型。環(huán)繞中央氧氣噴槍213的環(huán)形通道214形成在氧氣噴槍與內(nèi)氧氣供應管210的側(cè)向表面之間，側(cè)向主氧氣噴嘴212經(jīng)由穿孔215與所述環(huán)形通道214流體連通。燃料噴射器220與包括在燃料噴射器220上游的彎頭223的燃料供應管線流體連接。分支管2M在所述彎頭223處安裝在燃料供應管線上并與燃料噴射器220成一線延伸。內(nèi)氧氣供應管210從所述分支管2 延伸到燃料噴射器220中。氧氣分配器240定位在內(nèi)氧氣供應管210的上游端處。氧氣分配器240包括輸入腔室Ml和兩個輸出腔室對2、對3。在使用中，輸入腔室241經(jīng)由輸入開口 246連接到主氧氣源。第一輸出腔室242與內(nèi)氧氣供應管210的環(huán)繞的環(huán)形通道214流體連接。第二輸出腔室243與中央氧氣噴槍213流體連接。輸入腔室241經(jīng)由第一通道247與第一輸出腔室 242連通。輸入腔室241經(jīng)由第二通道248與第二輸出腔室243連通。氧氣分配器240還包括第一裝置和第二裝置248a，該第一裝置和第二裝置用于約束主氧氣分別經(jīng)第一通道247和第二通道248分別流入第一輸出腔室242和第二輸出腔室M3中，并因此用于約束主氧氣分別流向環(huán)繞的環(huán)形通道214和中央氧氣噴槍213。流動約束尤其可通過分別手動或自動約束第一、第二通道的自由截面積來實現(xiàn)。在特別靈活地示出的實施例中，分別地使用第一螺桿和第二螺桿作為用于約束主氧氣的流動的第一和第二裝置。替換實施例包括隔膜和其它可調(diào)節(jié)閥。在使用中，主氧氣從主氧氣源經(jīng)由輸入開口 246流入氧氣分配器MO的輸入腔室 241中。所述主氧氣流然后以由用于約束主氧氣的流動的第一和第二裝置的設(shè)置決定的比例在第一輸出腔室242和第二輸出腔室243分流。此后，主氧氣從第一輸出腔室242流向中央氧氣噴槍213，然后流向終端噴嘴216，并從第二輸出腔室243流向環(huán)繞的環(huán)形通道214， 然后流向側(cè)向主氧氣噴嘴212。根據(jù)一個替換實施例(未示出)，第一輸出腔室(其與環(huán)繞的環(huán)形通道流體連接并經(jīng)由該通道與側(cè)向噴嘴流體連接)還用作輸入腔室，即，主氧氣從主氧氣源經(jīng)由入口供應給第一輸出腔室。所述第一輸出腔室借助于連接通道與第二輸出腔室(該第二輸出腔室與內(nèi)氧氣噴槍流體連接并經(jīng)由內(nèi)氧氣噴槍與縱向噴嘴流體連接)流體連接。氧氣分配器還包括用于約束主氧氣從第一輸出腔室(輸入腔室)流向第二輸出腔室的裝置。以下兩者的比率(a)從所述第一輸出腔室流向第二輸出腔室然后流入中央氧氣噴槍中的主氧氣的
流量與(b)從所述第一輸出腔室流入環(huán)形通道并流入側(cè)向噴嘴中的主氧氣的流量，在此 (未示出的)實施例中，由所述約束裝置的設(shè)置決定。該特定實施例還允許使用約束裝置來僅通過側(cè)向主噴嘴(當兩個輸出腔室之間的連接通道完全封閉時)噴射主氧氣。噴射器組件借助于支架(未示出)安裝在燃燒器爐體100的入口面110上使得噴射器組件在所述入口面下游的部分定位在爐體的噴射器通道130內(nèi)。內(nèi)氧氣供應管210借助于連接器260可分離地連接到噴射器組件200的剩余部分。連接器260易于到達并定位在燃燒器的“冷”側(cè)。這樣，內(nèi)氧氣供應管210可從燃料噴射器220被移除以便從爐外(即， 從燃燒區(qū)外)進行檢驗和維護或更換。這還可在不關(guān)停爐的情況下實現(xiàn)。這在裝備有大量燃燒器的爐——對其而言，燃燒器維護是一個非常耗時的過程并且中斷生產(chǎn)或關(guān)停爐將造成嚴重的經(jīng)濟損失——中尤為重要。當內(nèi)氧氣供應管210因此從燃料噴射器220內(nèi)被移除時，側(cè)向主氧氣噴嘴212 (以及內(nèi)氧氣供應管上存在的任何其它噴嘴或部件，例如終端主氧氣噴嘴216)可進行清洗或者用相同的噴嘴替換(例如，當現(xiàn)有噴嘴由于微粒固體燃料的磨蝕效應而損壞時)。也可用不同的噴嘴(例如，用具有不同的噴射開口以便改變通過位于內(nèi)氧氣供應管的側(cè)向表面上的給定位置的側(cè)向噴嘴的主氧氣的相對流量的噴嘴，或者用具有不同噴射方向的噴嘴)替換現(xiàn)有噴嘴，或者用插塞替換現(xiàn)有噴嘴，所述插塞優(yōu)選地與內(nèi)氧氣供應管210的側(cè)向表面齊平，或者反之亦然。根據(jù)本發(fā)明的燃燒器因此靈活性高，并可適合于燃燒不同微粒固體燃料或不同數(shù)量的這種燃料(粒徑、揮發(fā)性物質(zhì)含量等)的要求，以及適合于通過改變沿燃料噴射器的輸送氣體的氧氣增濃的程度和輪廓、側(cè)向主氧氣噴嘴212的位置和定向等而導致的爐工況的改變(整體或局部能量需求)。本發(fā)明的一個主要優(yōu)點是其靈活性。實際上，本發(fā)明的燃燒器非常容易改裝。該燃燒器可通過使輸送氣體推進的燃料的流量以及主氧氣和二次氧氣的流量相適應而在寬功率范圍上使用。該燃燒器可在輸送氣體中不同的微粒固體燃料濃度下使用。更顯著地，本發(fā)明的燃燒器可用于不同類型的微粒固體燃料，諸如具有不同平均粒徑的燃料、具有不同粒徑分布的燃料以及化學上或物理上不同的微粒固體燃料，包括具有不同的可燃揮發(fā)性物質(zhì)含量或不同的含灰量的燃料、具有不同的水分水平的燃料、粉煤、石油焦、壓碎的廢料等。本發(fā)明的一個特別的優(yōu)點是可對這種寬范圍的燃燒參數(shù)和燃料類型使用單個燃燒器。實際上，在本發(fā)明的燃燒器下，可控制輸送氣體推進的微粒固體燃料、主氧氣和二次氧氣的流率，從而尤其調(diào)節(jié)輸送氣體推進的微粒固體燃料中的氧氣增濃的水平，同時還可僅通過改變內(nèi)氧氣供應管或通過改變?nèi)紵鞯膫?cè)向主氧氣噴嘴、內(nèi)氧氣供應管的數(shù)量和/ 或位置和/或設(shè)計來調(diào)節(jié)沿燃料噴射器的所述氧氣增濃的輪廓。此外，本發(fā)明還可以考慮輸送氣體中的固體微粒燃料的不同夾帶流動表現(xiàn)(例如，由于不同的粒徑或顆粒密度)。因此，可通過側(cè)向主氧氣噴嘴數(shù)量、位置、噴射定向等的適當選擇來對抗顆粒沉淀或繩化。本發(fā)明又一高度相關(guān)的優(yōu)點是其容易且低成本的維護。燃燒器維護是一個重要問題，尤其是對于微粒固體燃料燃燒器，其原因在于氣體推進的顆粒對噴射器的磨蝕效應。此類顆粒導致的磨損最終可引起噴射器壁的穿孔和帶來的爆炸風險等。在本發(fā)明的實施例下，可從噴射器移除內(nèi)氧氣供應管，而噴射器組件的其余部分在燃燒器爐體中保持原地不動，并且尤其是當因此可在爐體的入口面的“冷”側(cè)移除內(nèi)氧氣供應管時，可容易并迅速地進行處于特別高的腐蝕風險下的主噴嘴的安全檢查和維護，并且如果需要的話，可更換內(nèi)氧氣供應管以便維持操作安全性。此外，在本發(fā)明的實施例下，可從內(nèi)氧氣供應管的側(cè)向表面移除側(cè)向主氧氣噴嘴以便用其它側(cè)向主氧氣噴嘴或插塞更換它們，視情況而定，在腐蝕引起的風險上升的情況下甚至實際上不需要更換內(nèi)氧氣供應管。相反，僅更換已在已有的內(nèi)氧氣供應管上受到明顯腐蝕的那些側(cè)向主氧氣噴嘴且此后將內(nèi)氧氣供應管如上所述重新插入噴射器通道即可。當然，可接著類似的步驟以便更換或改造內(nèi)氧氣供應管，從而使與燃燒過程參數(shù)的變化相適應，且尤其是當改變輸送氣體推進的微粒固體燃料時。由于微粒固體燃料的性質(zhì)，燃燒室中的溫度必須足夠高以便所述燃料燃燒。因此， 不可能用微粒固體燃料對爐進行冷起動。為克服這種困難，該固體燃料燃燒器可裝備有包括輔助氧化劑噴射器240和輔助燃料噴射器Ml的輔助噴射器組件，其中所述輔助燃料噴射器連接到氣態(tài)或液態(tài)燃料的源，優(yōu)選地氣態(tài)燃料的源。燃燒器爐體100可包括輔助噴射器通道M2，該輔助噴射器通道242在入口面110 與出口面120之間延伸，且輔助噴射器組件安裝在其中以便將氧化劑和液態(tài)或氣態(tài)燃料噴射到燃燒室中以便燃燒。用于這種輔助噴射器通道的輸出開口的合適的位置在圖7中示出。
在爐的冷起動期間，燃燒器首先利用輔助噴射器組件操作，以產(chǎn)生所述氣態(tài)或液態(tài)燃料的燃燒，從而升高爐內(nèi)溫度。當燃燒室內(nèi)的溫度至少達到燃燒微粒固體燃料所需的最低溫度時，燃燒器利用微粒固體燃料噴射器組件操作，以產(chǎn)生所述固體燃料的燃燒，并停用輔助噴射器組件。盡管本文參照本發(fā)明的特定燃燒器描述了輔助噴射器組件的使用，但這種輔助噴射器組件還可有利地結(jié)合在其它微粒固體燃料燃燒器中。示例
在包括由爐壁限定的燃燒室的爐中，根據(jù)本發(fā)明的燃燒器的若干燃燒器爐體安裝成使得燃燒器爐體的出口面對向燃燒室并與爐體安裝在其中的爐壁齊平，并使得爐體的入口面背對燃燒室。氧氣噴射器和燃料噴射器如上所述安裝在燃燒器爐體的噴射器通道中。氧氣噴射器連接到氧氣源，并且燃料噴射器連接到輸送氣體推進的微粒固體燃料的源。側(cè)向主氧氣噴嘴以預定的數(shù)量、沿內(nèi)氧氣供應管的預定的軸向和徑向位置、預定的噴射定向安裝在各燃燒器的內(nèi)氧氣供應管上。這些參數(shù)可通過預先的試驗和/或通過建模來確定。側(cè)向主氧氣噴嘴借助于內(nèi)氧氣供應管的側(cè)壁中的匹配的穿孔或開口而安裝在內(nèi)氧氣供應管上。用與管的側(cè)向表面齊平的同樣匹配的插塞來堵塞未被側(cè)向主氧氣噴嘴占用的任何此類穿孔。然后將內(nèi)氧氣供應管安裝在噴射器通道中的燃料噴射器中并連接到主氧氣源。如上所述，當內(nèi)氧氣供應管包括中央氧氣噴槍和環(huán)繞其的環(huán)形通道時，中央氧氣噴槍和環(huán)形通道兩者均連接到這種主氧氣源。在操作中，一個或多個控制裝置調(diào)節(jié)輸送氣體推進的微粒燃料、主氧氣和二次氧氣流向燃燒器的相應流，其中控制裝置還可調(diào)節(jié)分別流向中央氧氣噴槍和環(huán)繞的環(huán)形通道的主氧氣的流。如果燃燒室內(nèi)部的溫度足夠高，則組裝好的燃燒器可立即用于微粒固體燃料如粉煤的燃燒。 然而，如果組裝燃燒器以便準備爐的冷起動，則在燃燒器用于燃燒微粒固體燃料的情形前，燃燒室通常首先借助于一個或多個氣態(tài)或液態(tài)燃料燃燒器被加熱至足夠高的溫度，所述氣態(tài)或液態(tài)燃料燃燒器可以是分開的或者整體形成在根據(jù)本發(fā)明的燃燒器中。
權(quán)利要求
1.一種包括燃燒器爐體(100)和噴射器組件O00)的燃燒器，-所述爐體(100)具有入口面(110)和出口面(120)以及噴射器通道(130)，所述噴射器通道(130)沿縱向Dl從所述入口面(110)中的通道入口(131)延伸到所述出口面(120) 中的通道出口(132)，-所述噴射器組件(200)至少部分被所述噴射器通道(130)環(huán)繞并包括均在所述通道出口(132)側(cè)具有下游端011，221，231)的內(nèi)氧氣供應管QlO)、燃料噴射器(220)和氧氣噴射器(230)，ο所述燃料噴射器O20)■在其下游端(221)具有燃料噴嘴022)，用于朝所述通道出口(13 噴射通過輸送氣體推進的微粒固體燃料，并且■在所述內(nèi)氧氣供應管(210)的所述下游端011)附近環(huán)繞所述內(nèi)氧氣供應管010)， ο所述氧氣噴射器O30)■在其下游端031)具有氧氣噴嘴，用于朝所述通道出口(132)噴射二次氧氣，并且 ■在所述氧氣噴射器O30)的所述下游端031)附近環(huán)繞所述燃料噴射器020)， 其中所述內(nèi)氧氣供應管(210)具有側(cè)向表面，所述側(cè)向表面上安裝有用于將側(cè)向主氧氣射流噴射到所述燃料噴射器O20)中的一組側(cè)向主氧氣噴嘴012)，其中所述側(cè)向主氧氣噴嘴012)■定位在與所述燃料噴射器O20)的所述下游端021)相距沿縱向Dl測量的多個不同距離處，并且■具有噴射開口，所述噴射開口定向成用于以一噴射定向噴射所述側(cè)向主氧氣射流， 所述噴射定向圍繞縱向Dl遵循相同的旋轉(zhuǎn)方向并朝向所述燃料噴射器Q20)的所述下游端 021)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其中，所述側(cè)向主氧氣噴嘴(212)具有定向成用于以與所述內(nèi)氧氣供應管OlO)的所述側(cè)向表面大致相切的噴射定向噴射側(cè)向主氧氣射流的噴射開口。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的燃燒器，包括用于將所述內(nèi)氧氣供應管(210) 安裝在所述燃料噴射器O20)中并用于從所述燃料噴射器(220)移除所述內(nèi)氧氣供應管 (210)的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器，包括用于將所述內(nèi)氧氣供應管(210)安裝在所述燃料噴射器O20)中并用于在所述爐體(100)的所述入口面(110)側(cè)從所述燃料噴射器 (220)移除所述內(nèi)氧氣供應管O10)的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒器，還包括用于將通過輸送氣體推進的微粒固體燃料供應給所述燃料噴射器O20)的燃料供應管，所述燃料供應管限定在所述燃料噴射器(220) 上游的彎頭023)，所述燃燒器包括分支管OM)，所述分支管(224)與所述燃料噴射器 (220)成一線并安裝在所述彎頭(223)中的燃料供應管上，并且所述內(nèi)氧氣供應管(210)能夠穿過所述分支管(224)安裝在所述燃料噴射器O20)中并能夠從所述燃料噴射器(220) 移除所述內(nèi)氧氣供應管010)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的燃燒器，包括用于將所述側(cè)向主氧氣噴嘴(212) 安裝在所述內(nèi)氧氣供應管O10)的所述側(cè)向表面上并用于從所述內(nèi)氧氣供應管OlO)的所述側(cè)向表面移除所述側(cè)向主氧氣噴嘴012)的裝置。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的燃燒器，其中，所述側(cè)向主氧氣噴嘴012)以多個不同的徑向角度(θ1; θ2，θ 3, θ4)定位在所述內(nèi)氧氣供應管010)的側(cè)向表面周圍。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的燃燒器，其中，所述內(nèi)氧氣供應管(210)還在其下游端011)包括用于噴射主氧氣的終端主氧氣噴嘴016)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器，其中，所述氧氣供應管包括ο中央噴槍013)，其終止在與所述中央噴槍(21 流體連接的所述終端主氧氣噴嘴 (216)中，和ο在所述內(nèi)氧氣供應管(210)的所述側(cè)向表面與所述中央噴槍(21 之間的環(huán)繞的環(huán)形通道014)，所述環(huán)繞的環(huán)形通道與所述側(cè)向主氧氣噴嘴(21 流體連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃燒器，還包括與所述中央噴槍(21 和所述環(huán)繞的環(huán)形通道(214)分開流體連接的氧氣分配器040)，所述氧氣分配器包括用于將所述氧氣分配器 (240)連接到氧氣源并適合于控制流入所述中央噴槍(21 和所述環(huán)繞的環(huán)形通道(214) 中的主氧氣流量之間的比率的裝置。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的燃燒器，在緊鄰所述通道出口(13 的所述噴射器通道(130)中具有較寬的預燃燒區(qū)段(135)。
12.一種爐，包括限定燃燒室的爐壁、至少一個根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的燃燒器，所述燃燒器安裝在爐壁中使得所述燃燒器爐體(100)的所述出口面(120)面向所述燃燒室并且使得所述燃燒器爐體(100)的所述入口面(110)能從所述燃燒室外部到達。
13.—種爐，包括限定燃燒室的爐壁、至少一個根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的燃燒器，所述燃燒器安裝在爐壁中使得所述燃燒器爐體(100)的所述出口面(120)面向所述燃燒室并且所述燃燒器爐體(100)的所述入口面(110)能從所述燃燒室外部到達，其中所述至少一個燃燒器安裝在所述爐壁中使得所述燃燒器爐體(100)的所述出口面(120) 相對于面向所述燃燒室的所述壁的表面凹進，由此在所述燃燒器爐體(100)的所述出口面 (120)與所述壁的所述表面之間形成較寬的預燃燒區(qū)段。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的燃燒器用于在爐的燃燒區(qū)中燃燒微粒固體燃料以在其中產(chǎn)生熱的用途。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的爐用于燃燒粉煤的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于輸送氣體推進的微粒固體燃料的燃燒器，所述燃燒器包括燃燒器爐體(100)和噴射器組件(200)，該噴射器組件至少部分被燃燒器爐體的噴射器通道(130)環(huán)繞，該噴射器組件包括環(huán)繞燃料噴射器的內(nèi)氧氣供應管(210)，該內(nèi)氧氣供應管(210)又環(huán)繞氧氣噴射器(230)，各者均在通道出口側(cè)具有下游端(211，221，231)，內(nèi)氧氣供應管具有側(cè)向表面，其上安裝有用于以一噴射定向?qū)?cè)向主氧氣射流噴射到燃料噴射器中的一組側(cè)向主氧氣噴嘴(212)，所述噴射定向圍繞縱向遵循相同的旋轉(zhuǎn)方向且其朝向燃料噴射器的下游端，所述側(cè)向主氧氣噴嘴定位在與所述燃料噴射器的下游端(221)相距多個不同距離處。
文檔編號F23D1/00GK102597628SQ201080049037
公開日2012年7月18日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者B·貝拉斯, F·帕尼耶, J·穆倫, R·齊阿瓦, X·波貝爾 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司