[发明专利]通过含氧固体燃料燃烧器产生平焰的方法

说明书

背景

发明领域

本发明涉及固体燃料燃烧器，特别是能够产生平焰型(火焰面)的含氧固体燃料燃烧器，其尤其适于熔融炉和相关方法，尤其是玻璃炉的要求。相关技术

对于工业熔融炉的熔融方法，理想的是具有在熔融浴(例如玻璃或金属的)上具有更宽覆盖率的火焰。一个可能的路线是使用平焰。

通常，天然气或燃油平焰燃烧器产生比常规含氧燃料燃烧器宽三倍的火焰。另一方面，最常用的固体燃料燃烧器具有或不具有产生圆柱形火焰，而不是平焰的漩涡的管包管结构。具有漩涡的管包管燃烧器对固体燃料的燃烧而言是非常有利的，因为通过强漩涡产生的再循环区帮助保持火焰稳定性。然而，圆柱形火焰固有地提供比熔融方法要求的更小的熔融浴覆盖率。

固体燃料，例如石油焦或煤是世界上燃料的主要料源。而石油焦(石油焦)是石油化学工业的副产物，其中它由于炼油方法产生，煤是天然产物。石油焦显示出类似于煤的处理性能。

目前，不同的装置和方法可用于使煤在炉和锅炉中燃烧。煤通常随着空气或氧气与燃料气体的混合物(“合成空气”)传送。燃料作为初级料流引入燃烧区中。分开地注入其它氧化剂以完全燃烧。取决于涡流氧化剂和燃烧器几何如Quarl尺寸、注射器阻塞比、气体速度和动量比，可实现各种混合方式，有时不同的混合方式产生显著不同的火焰图形和长度。

两种常规粉状煤燃烧器包括漩涡稳定化管包管燃烧器和S型燃烧器。

漩涡稳定化管包管燃烧器六十多年来用于使多种煤在许多锅炉尺寸中燃烧。燃烧器由中心喷嘴组成，将初级氧化剂和粉状煤供入其中。煤通过喷头(tip)的叶轮快速分散于二级料流中。温和的漩涡产生圆柱形的火焰烟流。

20世纪八十年代开发了S型燃烧器。分别控制二级空气流和漩涡，这能够使这类燃烧器以更高的燃烧效率和机械可靠性操作。如果给出与圆形燃烧器相同的设计原理，则S型燃烧器的火焰形状类似于由漩涡稳定化管包管燃烧器所预期的。

在引入NO_x排放规则以后，开发了大量低NO_x燃烧器，包括US4,836,772和US4,479,442中公开的那些。由于NO_x排放水平明显涉及基本流混合特征，the International Flame Research Foundation(IFRF)确定了四种不同类型的火焰：类型0、类型1、类型2和类型3。类型2可被认为是固体燃料燃烧的最常见火焰类型，但由于某些目的，偶尔使用其它类型。尽管在其它类型的燃烧器中，混合方式非常不同，通常的燃烧器结构为管包管，使得预期的火焰形状是圆柱形的。还应注意，对于所有情况，通常为氧化剂的主要料源的二级氧化剂完全包围初级氧化剂和燃料流。

已作出了燃烧器设计的大量改进以符合更严格的NO_x规章。例如，US2005/0092220A1公开了固体燃料燃烧器，其可促进燃料点火并防止发生由燃烧灰导致的节涌。然而，该改进不太多地改变圆柱形火焰的基本形状。

开发了平焰燃烧器用于天然气燃烧和燃料油燃烧的工业熔融炉，因为它们在熔融浴上产生大表面积的高辐射火焰。例如，US5,611,682描述了分级含氧燃料燃烧器以产生覆盖高辐射贫燃料火焰的通常平富燃料火焰。US2010/0167219A1还公开了由燃烧器产生平焰，所述燃烧器包含从椭圆形截面过渡到圆形截面的炉体空穴。在常规天然气燃烧或燃料油燃烧平焰燃烧方法中，氧化剂和/或燃料作为高速射流通过燃烧器注入炉中以在大面积上形成平形状。当氧化剂和燃料流中的仅一种作为高速射流注入时，预期其它料流以高速射流输送。

天然气/油平焰概念在固体燃料燃烧中的应用涉及显著的不确定性，主要是由于与气体或液体燃料相比更长的固体燃料着火延迟。更具体而言，认为与固体燃料燃烧相关的技术挑战由固体燃料颗粒着火的难度产生。为解决该问题，多数固体燃料燃烧器具有具有强漩涡以完全包围燃料流的管包管结构。

一般而言，提高涡流以保持附着在燃烧器上的火焰导致更短的火焰和在熔融浴上更小的表面积覆盖率。另一方面，降低涡流以实现更长的火焰和更大的表面积可导致不稳定的火焰。

因此，需要当使用固体燃料时可实现稳定的宽火焰的燃烧器。

概述