[发明专利]氧‑固体燃料喷燃器

说明书

与相关申请的交叉引用

本申请要求2013年4月12日提交的美国临时申请No. 61/811,175的优先权，该申请通过引用而整体地结合在本文中。

技术领域

本申请涉及用于燃烧固体燃料与氧的喷燃器。

背景技术

部分地由于固体燃料的易挥发物质含量是可变的，所以固体燃料是难以在流动的流中点燃的燃料。因此，典型地，固体燃料会经历显著的点燃延迟，这会引起基本与燃料喷嘴分开的火焰前锋。这是内在地不稳定的情形，这种情形可导致高水平的未燃烧碳、不稳定的过程加热状况(热传递、熔化等)，而且可能导致火焰熄灭，这可导致燃烧非常迅速且不安全地退化。

具有一种能够形成附连到喷燃器末端上的固体燃料火焰的喷燃器是合乎需要的。这是最大程度地提高热传递、碳燃尽和火焰稳定性的内在地合乎需要的状况。

发明内容

本文描述一种喷燃器，其具有被外部燃料(粉状固体燃料/运送气体)管道包围的中心氧管道。外部燃料管道又可被外部氧管道包围。内部燃料管道包括上游区段，其中，内部环形流道在喷燃器的末端前面终止，并且突然排到外部燃料管道和中心氧管道之间的较大的中间环形区段中。中间区段后面是下游环形区段，下游环形区段包括在平顶圆锥形分流器的任一侧的内部环形扩散器和外部环形喷嘴 (扩散器/喷嘴组合)。通往扩散器/喷嘴组合的进入口与内部环形流道的排出口隔开距离X，这会影响进入所述扩散器/喷嘴组合的流分布。距离X必须大于0。扩散器具有围绕其周缘分布的多个径向导叶，以便控制扩散器内的流分离。

扩散器的发散会以受控制的方式降低固体燃料流的第一部分的速度，而不产生明显的流分离。固体燃料的第二部分在会聚的环形喷嘴中以较高的速度流动。在彼此附近流动的较高速度流和低速度流的组合会产生较大的流再循环型式，这基本协助在燃料喷嘴末端处维持稳定的燃烧。

扩散器还可包括定位在径向导叶的上游不远处的非流线型本体(静态混合装置)。

中心氧可流过中心氧管道，而外部氧则可流过外部氧管道。已经流过外部燃料管道的固体燃料/运送气体流从扩散器/喷嘴组合排出，扩散器/喷嘴组合具有特征为低的内部速度(在扩散器中产生)和高的外部速度(在环形会聚喷嘴中产生)的速度分布。氧、燃料和运送气体的组合会产生具有标称圆形横截面的稳定的固体燃料火焰。

本文公开的系统的各方面可单独使用，或者与彼此结合起来使用。

方面1：一种固体燃料/氧喷燃器，其包括：延伸向喷燃器的末端的中心氧管道；外部燃料管道，其包围氧管道，并且延伸向喷燃器的末端；内部燃料管道，其定位在氧管道和外部燃料管道之间，以在氧管道和内部燃料管道之间形成内部环带，以及在内部燃料管道和外部燃料管道之间形成外部环带，内部燃料管道具有在喷燃器的末端上游的出口端；平顶圆锥形分流器，其定位在外部燃料管道内，并且在内部燃料管道下游包围氧管道，分流器构造成使外部燃料管道中的燃料流分流到内部环形圆锥形扩散器和外部环形会聚喷嘴中；以及定位在扩散器内的至少三个径向导叶；其中，内部燃料管道的出口端与分流器的入口端间隔开距离X。

方面2：根据方面1的喷燃器，其中，内部环带的出口端具有高度h1；其中，环形圆锥形扩散器的入口端具有高度h2；以及其中，h1大于h2。

方面3：根据方面1或2的喷燃器，进一步包括：定位在扩散器内的非流线型本体，非流线型本体具有前缘和在径向导叶的上游端附近的后端。

方面4：根据方面3的喷燃器，其中，非流线型本体具有垂直于流向的高度h3，从氧管道测量高度h3；其中，在与非流线型本体的前缘重合的垂直平面处，内部环形圆锥形扩散器的高度具有高度h4；以及其中， h3/h4的比为大约0.2至大约0.5。

方面5：根据方面4的喷燃器，其中，径向导叶具有从非流线型本体到扩散器的后端的轴向长度Lout；以及其中，Lout/h3的比为大约3至大约25。

方面6：根据方面5的喷燃器，其中，Lout/h3的比为大约5至大约15。

方面7：根据方面3至6中的任一方面的喷燃器，其中，非流线型本体定位成使得非流线型本体的前端离扩散器的入口端达距离Lin；其中，扩散器具有入口流面积A2，以及在非流线型本体的上游不远处的流面积A3；以及其中，将A3/A2的比和非流线型本体的标准化位置Lin/h2之间的关系设定成基本阻止扩散器中有流分离。

方面8：根据方面1至7中的任一方面的喷燃器，其中，分流器包括定向成基本平行于外部燃料管道的前缘。