專(zhuān)利名稱(chēng)：燃燒細(xì)粒到粉狀燃料的燃燒器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃燒細(xì)粒到粉狀固體燃料用的燃燒器，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及應(yīng)用于生產(chǎn)熔融鑄鐵或鋼預(yù)產(chǎn)品的熔煉用燃?xì)獍l(fā)生器的燃燒器，它含有一個(gè)供給固體燃料用的中央內(nèi)管和一個(gè)由水冷外管限定的、圍繞中央內(nèi)管的環(huán)形間隙，用來(lái)供應(yīng)氧氣或含氧氣體。在環(huán)形間隙的外端直接端接一個(gè)圍繞中央內(nèi)管的端部周邊且與燃燒器的縱軸相傾斜的排氣口或一組環(huán)繞燃燒器的縱軸環(huán)形設(shè)置的排氣口。
這種類(lèi)型的燃燒器在歐洲專(zhuān)利EP-A-0347002中就已公開(kāi)過(guò)。采用這種燃燒器，氧以20-60°的角度供應(yīng)到從燃燒器的軸向吹入的、位于中央的固體燃料中。因此形成了紊流并使氧氣與細(xì)粒固體燃料完全混合。這種燃燒器有一種缺點(diǎn)，即細(xì)粒到粉狀燃料的燃燒不完全，因?yàn)?，與這種燃料相比，環(huán)繞燃燒器或燃燒器噴嘴外圍的可燃?xì)怏w的燃燒速率要快得多。
現(xiàn)有的燃燒器還有另外的缺點(diǎn)，即一旦細(xì)粒燃料從中央內(nèi)管?chē)姵?，便立刻與氧形成渦流，結(jié)果便會(huì)在燃燒器的噴嘴處隨即出現(xiàn)一個(gè)燃點(diǎn)，由此產(chǎn)生的高熱量便會(huì)對(duì)燃燒器噴嘴形成劇烈的磨損，不管燃燒器噴嘴如何進(jìn)行水冷，燃燒器本身的使用壽命總是很短。
本發(fā)明的目的在于避免這些缺點(diǎn)和困難，并提供一種如本文開(kāi)頭所述的那類(lèi)燃燒器，它不僅可使吹入的細(xì)粒到粉狀的固體燃料完全燃燒，而且使用壽命長(zhǎng)。更具體地說(shuō)，采用這種燃燒器有可能使從熔煉用燃?xì)獍l(fā)生器出來(lái)的還原性氣體中含有的煤粒與其分開(kāi)而重新循環(huán)進(jìn)入熔煉用的燃?xì)獍l(fā)生器中，并在生產(chǎn)熔融鑄鐵或鋼的預(yù)產(chǎn)品的過(guò)程中使其燃燒。這些煤粒的循環(huán)過(guò)程例如在AT-B-381.116中已有描述。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種燃燒細(xì)粒到粉狀固體燃料的燃燒器，特別是用于生產(chǎn)熔融鑄鐵或鋼的預(yù)產(chǎn)品的熔煉用燃?xì)獍l(fā)生器中的燃燒器，這種燃燒器含有一個(gè)供給固體燃料用的中央內(nèi)管和一個(gè)由水冷外管限定的、圍繞中央內(nèi)管的環(huán)形間隙、用來(lái)供給氧氣或含氧氣體。在環(huán)形間隙的外端直接端接一個(gè)圍繞中央內(nèi)管的端部的周邊且與燃燒器的縱軸相傾斜的排氣口或一組環(huán)繞燃燒器縱軸設(shè)置的排氣口。按照本發(fā)明，排氣口相對(duì)于燃燒器縱軸的傾角小于20°，并且排氣口相對(duì)于燃燒器的縱軸是橫向設(shè)置的，所述排氣口在徑向方向上與中央內(nèi)管的內(nèi)壁的距離為5-30mm，排氣口相對(duì)于燃燒器的縱軸的傾角以及排氣口相對(duì)于中央內(nèi)管的內(nèi)壁的徑向距離之間的關(guān)系是排氣口的延長(zhǎng)線(xiàn)與內(nèi)管內(nèi)壁的延長(zhǎng)線(xiàn)在燃燒器外面的交點(diǎn)位于燃燒器噴嘴的前面，上述交點(diǎn)與燃燒器噴嘴的距離為20-80mm，最好為30-60mm。
由于在氧氣流中只有輕微的渦流形成，因此，采用這一類(lèi)型的燃燒器有可能在氧氣流的外圍造成一層惰性燃?xì)獾谋Ｗo(hù)套，這樣，氧就有可能用以使細(xì)粒到粉狀固體燃料進(jìn)行完全燃燒。此外，氧氣在離燃燒器噴嘴一段距離處與燃料相遇，故在燃燒器噴嘴處的熱量沒(méi)有那么高，并且，所承受的熱量可通過(guò)外管的冷卻裝置帶走，故不會(huì)損傷燃燒器噴嘴或者使噴嘴產(chǎn)生太劇烈的磨損。
如果燃燒的細(xì)粒到粉狀固體燃料產(chǎn)生了高溫，最好對(duì)內(nèi)管進(jìn)行內(nèi)水冷。
如果內(nèi)管的外壁由銅或銅或合金制造，而內(nèi)壁由耐磨鋼制造，最好水冷外管的外壁也是銅或銅合金的，而壁則是耐磨鋼的，那么，便可相應(yīng)地提高燃燒器的使用壽命。
實(shí)際上已經(jīng)證明，有一種燃燒器的實(shí)施例，其排氣口相對(duì)于燃燒器縱軸的傾角為12.5°左右，獲得了特別的成功。
另一種最佳實(shí)施例的特征在于，在內(nèi)管的噴口處設(shè)置有一個(gè)帶螺旋的圓柱體，這種帶螺旋的圓柱體最好是一段插入到內(nèi)管中的管子，在它的內(nèi)壁上帶有螺旋槽，它可使管狀氧氣流的內(nèi)側(cè)中的氧氣與從中央供應(yīng)的細(xì)粒到粉狀固體燃料更徹底的混合，因?yàn)榇嬖谟须x心力且不會(huì)破壞或消除氧氣流外圍的CO2保護(hù)套。
下面結(jié)合附圖中所提供的兩個(gè)實(shí)離例更詳細(xì)的說(shuō)明本發(fā)明附圖中


圖1和圖2分別表示本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例的燃燒器前端的軸向剖視圖。
圖3是沿圖2中Ⅲ-Ⅲ線(xiàn)的剖視圖。
圖1所示的燃燒器含有一個(gè)帶內(nèi)水冷的雙壁外管1。在管1中插入內(nèi)管3，內(nèi)管3也是以層壁的并有內(nèi)水冷。內(nèi)管和外管間形成了帶圓環(huán)形橫截面的環(huán)形間隙2。
由內(nèi)管3包圍的通道4具有圓形的橫截面，用來(lái)供應(yīng)細(xì)粒到粉狀固體燃料，而外管1和內(nèi)管3之間形成的環(huán)形間隙2用來(lái)供給氧氣或含氧氣體。外管1和內(nèi)管3的外壁分別是銅管5和6，內(nèi)壁則分別是由例如彈簧鋼等耐磨鋼制成的套管7和8。
由銅(或銅合金)管5形成的外管1的外套管與一個(gè)由銅或銅合金制造的U形彎曲的噴嘴5′相連。位于外管1內(nèi)側(cè)的這一噴嘴5′插入到外管1和內(nèi)管3形成的環(huán)形間隙2中并與耐磨鋼制的外管1的內(nèi)套管7相接。
在外管1的內(nèi)部9設(shè)有一由襯墊11固定的內(nèi)插管10，用來(lái)引導(dǎo)和偏流冷卻水。在內(nèi)管3的內(nèi)部12中裝有另一個(gè)偏離冷卻水用的管13，它也是通過(guò)襯墊14支撐在內(nèi)管3上的以保持在正確的位置上，安裝在內(nèi)管3和外管1之間形成的環(huán)形隔隙2中的襯墊15用來(lái)調(diào)整內(nèi)管3相對(duì)于外管1的中心位置。
燃燒器噴嘴16、特別是內(nèi)管3和外管1間的環(huán)形間隙2的出口17朝外的形狀特別重要。按照?qǐng)D1，出口17設(shè)計(jì)成一種環(huán)狀間隙式的錐形排氣口。排氣口17相對(duì)于燃燒器的縱軸19的傾角18(也就是由排氣口17形成的錐形孔的角度的一半)為大于5°，小于20°，最好為12.5°，如圖1所示。也可以由環(huán)形設(shè)置在燃燒順縱軸19周?chē)膸讉€(gè)排氣口來(lái)代替環(huán)狀間隙式的排氣口17。
此外，內(nèi)管3的前端被削平，使內(nèi)管3的內(nèi)壁21和排氣口17間形成了徑向距離20，段距離最好為5-30mm。
排氣口17相對(duì)于燃燒器的縱軸19間的傾角18與從排氣口17到內(nèi)管3的內(nèi)壁21間的距離20間的關(guān)系為排氣口17的延長(zhǎng)線(xiàn)和內(nèi)管3的內(nèi)壁21的延長(zhǎng)線(xiàn)之交點(diǎn)22位于燃燒器噴嘴16之外且與其前端的距離23為20-80mm，最好為30-60mm。
這種燃燒器是按下列方法工作的。
燃燒器的最佳應(yīng)用是用于生產(chǎn)熔融鑄鐵或鋼預(yù)產(chǎn)品的熔煉用燃?xì)獍l(fā)生器，例如AT-B-381.116所公開(kāi)的熔煉用燃?xì)獍l(fā)生器。采用這種燃燒器就有可能使從熔煉用燃?xì)獍l(fā)生器中放出的還原氣體中分離出來(lái)的煤粒返回到熔煉用燃?xì)獍l(fā)生器中并在發(fā)生器中完全燃燒。
上述排氣口17和內(nèi)管3的前端的形狀可使在燃燒器外面形成的管狀氧氣流與燃料流只在離燃燒器噴嘴16一段距離23處相遇和混合，因此燃燒器噴嘴16僅僅暴露在即使是較長(zhǎng)的時(shí)間間隔內(nèi)也能承受得了的熱流中。
排氣口17相對(duì)于燃燒器縱軸19只有很小的傾角18，故只使氧氣流中產(chǎn)生輕微的紊流，因此，在氧氣流的外圍包上了一層CO2保護(hù)氣套，CO2保護(hù)氣套是由于熔煉用燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)部存在的CO與氧氣流中的氧按下列反應(yīng)式反應(yīng)生成的。
這種CO2保護(hù)氣套對(duì)于防止CO2在輪熱條件下按Boudouard公式(即反應(yīng)式CO2+C→2CO)與C進(jìn)行吸熱反應(yīng)而形成CO是十分重要的。這種反應(yīng)是不希望的，因?yàn)樗娜蹮捰萌細(xì)獍l(fā)生器中的熱量，并且所形成的冷CO不能在熔煉用的燃?xì)獍l(fā)生器中進(jìn)行反需的反應(yīng)，例如熔掉煤灰和燃料流中所含的固體顆粒。
燃料流中所含的燃料與氧氣流中的氧按下式產(chǎn)生反應(yīng)
實(shí)際上這一反應(yīng)比熔煉用燃?xì)獍l(fā)生器中的CO與O2反應(yīng)生成CO2的反應(yīng)要慢，但是，這與形成CO2保護(hù)氣套無(wú)關(guān)。
CO2保護(hù)氣套可防止CO從爐氛中擴(kuò)散入燃燒器內(nèi)，因此，保證了燃料流中所含燃料的完全燃燒。
因此，灰塵顆粒被完全熔化，而且有可能把燃料流中存在的海綿鐵顆粒和鐵末顆粒的溫度提高到熔化溫度，使它們逐漸轉(zhuǎn)變成細(xì)液滴。因此完全避免了熔煉用燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)粉塵的積累，而粉塵的積累甚至可以導(dǎo)致熔煉用燃?xì)獍l(fā)生氣減速軸的故障。
此外，燃料流中存在的海綿鐵顆粒及鐵粉顆粒的熔融又為熔煉用燃?xì)獍l(fā)生器的特別有效的工況創(chuàng)造了條件，提供了較高的熔融鑄鐵或鋼的預(yù)產(chǎn)品的生產(chǎn)率。
圖2所示的實(shí)施例在內(nèi)管3、外管1和排氣口17方面大致都與圖1所示的實(shí)施例相似。
但是，在圖2所示的實(shí)施例中，燃燒器含有一個(gè)圓環(huán)形的帶螺旋的圓柱體24，它插入到內(nèi)管3的內(nèi)通道4中并與內(nèi)管3的前表面齊平，但其相對(duì)端以一銳角漸漸變小。在上述的帶螺旋的圓柱體的內(nèi)側(cè)加工出螺旋槽25，這些槽25使燃料流繞燃燒器的縱軸19旋轉(zhuǎn)，由于它內(nèi)部形成的離心力，這種螺旋體可使燃料和氧氣流內(nèi)部的氧一起旋轉(zhuǎn)，而氧氣流的外層則仍相對(duì)地保持不旋轉(zhuǎn)，因此，保證了CO2保護(hù)層的連續(xù)性。
因帶螺旋的圓柱體的壁厚造成內(nèi)管3的前面變寬可通過(guò)將內(nèi)管3從外管1的前表面向里移動(dòng)稍大的距離來(lái)補(bǔ)償。
權(quán)利要求
1.一種燃燒細(xì)粒到粉狀固體燃料的燃燒器、特別是用于生產(chǎn)熔融鑄鐵或鋼的預(yù)產(chǎn)品的熔煉用燃?xì)獍l(fā)生器中的燃燒器，含有一個(gè)供給固體燃料用的中央內(nèi)管(3)和一個(gè)由水冷外管(1)限定的、圍繞中央內(nèi)管(3)的環(huán)形間隙(2)、用來(lái)供給氧氣或含氧氣體，在環(huán)形間隙(2)的外端直接端接一個(gè)圍繞中央內(nèi)管(3)的端部的周邊且與燃燒器的縱軸(19)相傾斜的排氣口(17)或一組環(huán)繞燃燒器縱軸(19)設(shè)置的排氣口(17)，其特征在于，上述排氣口(17)相對(duì)于燃燒器的縱軸(19)的傾角(18)小于20°，并且排氣口(17)相對(duì)于燃燒器的縱軸是橫向設(shè)置的，所述排氣口順徑向方向上與中央內(nèi)管(3)的內(nèi)壁(21)的距離(20)為5-30mm，排氣口(17)相對(duì)于燃燒器的縱軸(19)的傾角(18)以及排氣口(17)相對(duì)于中央內(nèi)管的內(nèi)壁(21)的徑向距離(20)之間的關(guān)系是排氣口(17)的延長(zhǎng)線(xiàn)與內(nèi)管內(nèi)壁(21)的延長(zhǎng)線(xiàn)在燃燒器外面的交點(diǎn)位于燃燒器噴嘴(16)的前面，上述交點(diǎn)與燃燒器噴嘴(16)的距離(23)為20-80mm，最好為30-60mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃燒器，其特征在于，上述內(nèi)管(3)帶有內(nèi)水冷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的燃燒器，其特征在于，上述內(nèi)管(3)的外壁是銅或銅合金的，而其由壁則是由耐磨鋼制成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的一項(xiàng)的燃燒器，其特征在于，上述水冷外管(1)的外壁是銅或銅合金的，而其內(nèi)壁則是耐磨鋼制成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一項(xiàng)的燃燒器，其特征在于，上述排氣口(17)相對(duì)于燃燒器縱軸(19)的傾角(18)約為12.5°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的一項(xiàng)的燃燒器，其特征在于，在所述的內(nèi)管(3)的噴口(16)上設(shè)置了帶螺旋的圓柱體(24)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的燃燒器，其特征在于，上述帶螺旋的圓柱體(24)是插入到內(nèi)管(3)中的一段管子，在其內(nèi)壁上帶有螺旋槽(25)。
全文摘要
一種燃燒微粒固體燃料的燃燒器，含有一個(gè)水冷內(nèi)管和一個(gè)水冷外管和一個(gè)由內(nèi)管和外管形成的間隙。在中央內(nèi)管的端部端接有一個(gè)或一組排氣口，它(或它們)與燃燒器縱軸的傾角小于20°、與中央內(nèi)管內(nèi)壁的距離為5—30mm。排氣口的延長(zhǎng)線(xiàn)與內(nèi)管內(nèi)壁的延長(zhǎng)線(xiàn)在燃燒器外面的交點(diǎn)位于燃燒器噴嘴的前面，上述交點(diǎn)與燃燒器噴嘴的距離為20—80mm，最好為30—60mm。本發(fā)明燃燒器效率高、使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)C10J3/48GK1060864SQ9110967
公開(kāi)日1992年5月6日 申請(qǐng)日期1991年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月15日
發(fā)明者勒泊爾德·W·克普林格, 威爾姆·杰夫爾, 羅爾夫·霍克 申請(qǐng)人:奧地利鋼鐵聯(lián)合企業(yè)阿爾帕工業(yè)設(shè)備制造有限公司