一种燃烧器，包括传输氧化剂第一物流的第一氧化剂导管；具有输出口并围绕第一氧化剂导管的固体燃料导管，从而形成用来传输输运气体和固体燃料粒子混合物的第一套管；围绕固体燃料导管的第二氧化剂导管，从而形成传输所述氧化剂或其它氧化剂流第二物流的第二套管；以及将输出口附近的混合物析离成稀薄部分流和稠密部分流的装置。排出第一氧化剂导管的氧化剂第一物流在燃烧期间与稀薄部分流相结合，从而邻近输出口形成内燃烧区域，排出第二氧化剂导管的所述氧化剂或另一氧化剂第二物流在燃烧期间与稠密部分流相结合，从而形成外燃烧区域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用包括但是并不局限于氧气和富氧空气的氧化剂来燃烧固体燃料的燃料燃烧器(burner)和方法，特别涉及用于燃烧粉碎 的固体燃料以在用于玻璃、陶瓷材料、金属制造等的工业熔炉中来产 生热量的燃烧器和方法。然而，本专利技术并不限于用于这些工业熔炉。本领域技术人员将认 识到，本专利技术的燃烧器和方法可以用于许多其他燃烧工艺的加热应用 中，包括但是不限制于水泥窑(cement kilns)和蒸汽发生器(steam generators)。
技术介绍
用例如氧气和富氧空气的氧化剂燃烧固体燃料的固体燃料燃烧器 和方法是已知的。已经为不同行业(例如，玻璃熔融)开发了各种类 型的这类燃烧器，包括具有供应燃料和氧气的同心或共轴通道的氧-燃料燃烧器。这种燃烧器公开在美国专利5,104,310(Saltin)、 5,743,723 (latrides等人)和6，685,461 ( Rio等人)中。其它这种燃烧器公开在 美国专利3,894,834 (Estes)、 4,797,087 ( Gitman )、 4,902,223 ( Young )、 4,928,605 (S醒等人)、6,843,185 (Taylor)以及美国专利申请公开 2003/0075843 ( Wunsche )中。例如，在美国专利3,894,834 ( Estes )公开了一种在煤/空气燃烧 器中轴向设置的氧-燃料燃烧器以调节火焰长度和维持稳定性。美国专利5,743,723 Uatrides等人)公开了 一种三管氧-燃料燃 烧器，包括至少80%氧气的氧化剂源；外和内氧化剂通道，各自都 连接到氧化剂源上；设置在两个氧化剂通道之间的燃料运送通道；和 调节氧化剂通道之间流动的阀门。美国专利6，685，461 (Rio等人)公开了一种类似于latrides等人 的专利 723中的燃烧器的燃烧器，但是有一些结构和操作上的不同。 例如，燃烧器固定于燃烧器喷火口 (burner quarl);并且控制阀封装 在燃烧器内调节两条氧化剂管之间的氧化剂流动。氧化刑的氧气浓度 没有明确限制。美国专利5,104,310 (Saltin)公开了具有几种构造的氧-燃料燃 烧器，各自需要连接到氧气接受腔(燃烧器的一部分)的中央氧气喷 嘴，至少 一个径向上与中央氧气喷嘴间隔开的燃料喷嘴以及至少 一个 与中心氧气喷嘴以更大径向距离隔开的(相对于燃料喷嘴)的外围氧 气喷嘴。几种变型包括一个或多个以下特征向燃烧器供给氧气和燃 料的装置部件是燃烧器的冷却夹套(cooling jacket);外围氧气喷嘴具 有收敛-发散设计(converging-diverging design);以及燃料喷嘴仅传 输燃料(即，没有栽气)。除了上面提到的氧-燃料燃烧器之外，还为燃烧粉碎的煤和其他燃料开发了许多其他的固体燃料燃烧器。这些燃烧器公开在美国专利 4，497，263 ( Vatsky等人)、5，090，339 ( Okiura等人)、6,715,432 ( Tsumura 等人)、6,752,620 (Heier等人)、6,889,619 ( Okazaki等人)以及日本 专利60-194208 ( Takayuki Abe )中。此外，已经发展了多种装置以用于燃烧粉碎煤的燃烧器和燃烧 炉，特别是在低负荷运行中。例如，美国专利4,274,343 (Kokkinos) 公开了 一种在低负荷运行下稳定烧煤火焰点火的装置。美国专利 4,448,135 (Dougan等人)和6，475，267 ( Lehn )公开了用于燃烧器的不同类型的此类装置。上述燃烧器和装置已经解决了许多与燃烧固体燃料的燃料燃烧器 和方法相关的问题。然而，还有许多问题存在，或者没有得到满意地解决。例如，现有技术中没有教导燃烧固体燃料的燃烧器和方法其可 以满意地且同时地获得稳固的火焰稳定性、增强的燃烧回落 (turndown )、火焰性质的可调性，以及燃烧性能极其不同的固体燃料， 特别是高挥发性和低挥发性固体燃料(包括石油焦炭)的能力。尤其是在燃烧回落(即降低的燃烧速度)条件下，常规固体燃料燃 烧器所产生的其它问题包括燃烧器火焰轴动量的弱化、内聚 (coherent)火焰结构的丧失以及火焰的缩短。通常，现有技术中的 燃烧器在整个运行期间中不能保持恒定(或者基本恒定)的火焰长度。存在这样一些燃料和/或燃烧应用，其中氧气/燃料(所谓的氧/燃 料)燃烧或者富氣空气/燃料燃烧提供优于空气/燃料燃烧的结果。虽 然有一些关于基于氧气的固体燃料燃烧的现有技术专利[例如，美国专利4,928,605 (Suwa等人)和美国专利4,902,223 (Young)]，但这些 专利也在致力于解决氧气基燃烧的特有挑战，但并没有满意地、全面 地解决上述问题。这些挑战主要相关于，但不局限于氧增强的火焰所离燃烧器组件和高温氧;强i焰J常是利用水冷夹套完:的l :管: 些夹套名义上保护燃烧器组件远离许多场合下的高温损害，但所述夹 套增加了复杂性和运行成本，同时没有减緩高温损害的任何一个主要 原因，所述主要原因是控制流动分布(即燃烧器喷嘴中的流动剖面) 和反应物的混合模式。在固体燃料燃烧的情况下，对反应物流动分布 和混合的控制不充分，不但会导致高温损害，还会带来固体粒子沖击 (impingment)以及随后对燃烧器和燃烧炉组件的腐蚀。些以及许多其他的问题，希望有一种燃烧器和燃烧方法，其克服现有 技术中的困难、问题、局限、不利因素以及缺陷，获得更好、更有利 的结果。进一步地，希望有一种更高效的用氧化剂燃烧固体燃料的燃烧器 和燃烧方法。更进一步地，希望有一种燃烧固体燃料的燃烧器和方法，其可以 获得获得稳固的火焰稳定性、增强的燃烧回落(turndown)、火焰性质 的可调性以及燃烧性能极其不同的固体燃料，特别是高挥发性和低挥 发性固体燃料两者的能力。更进一步地，希望有一种燃烧固体燃料的燃烧器和方法，与现有 枝术中燃烧器和方法相比，其可以获得比具有较低峰值溫度的更长、 更慢的混合火焰。更进一步地，希望有一种燃烧固体燃料的燃烧器和方法， 其可以在比现有技术中的燃烧器和方法通常能达到燃烧速度更宽的燃烧速度范围有效地运行。更进一步地，希望有一种燃烧固体燃料的燃烧器和燃烧方法，其 可以增强燃烧器火焰轴向动量、防止在常规固体燃料燃烧器和燃烧方 法中发生的内聚火焰结构的丧失。更进一步地，希望有一种燃烧固体燃料的燃烧器和燃烧方法，其 可以在降低负栽的时候有助于燃烧器火焰长度的增加，从而提供一种在整个运行期间保持基本恒定火焰长度的方式。更进一步地，希望有一种燃烧固体燃料的燃烧器和燃烧方法，可 以稳定地燃烧低挥发性固体燃料如石油焦碳。更进一步地，希望有一种燃烧固体燃料的燃烧器和燃烧方法，其 中可以通过控制反应物混合性能来调节火焰性能。同样也希望有一种燃烧固体燃料的燃烧器和燃烧方法，其能够承 受氧气增强的或者氧气燃料燃烧。
技术实现思路
本专利技术包括燃烧固体燃料的燃烧器和燃烧方法。存在多个所述燃 烧器和燃烧方法的实施方案，以及这些实施方案的多种变型。在燃烧固体燃料的燃烧器第一实施方案中存在多个元件。第一元 件是含有第一纵轴、第一氧化剂入口和与所述第一氣化剂入口隔开的第一氧化剂出口的第一氣化本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于燃烧固体燃料的燃烧器，包括：第一氧化剂导管，其具有第一纵轴、第一氧化剂入口和与第一氧化剂入口隔开的第一氧化剂出口，所述第一氧化剂导管适于以第一流速传输氧化剂第一物流进入第一氧化剂入口和排出第一氧化剂出口，该氧化剂具有大于约２１ｖｏｌ％的氧气浓度；固体燃料导管，其具有基本上平行于第一纵轴的第二纵轴、输入口和与输入口隔开的输出口，该固体燃料导管围绕所述第一氧化剂导管，从而在第一氧化剂导管和该固体燃料导管之间形成第一套管，所述第一套管适于传输输运气体和多个固体燃料粒子的混合物进入输入口和排出输出口；第二氧化剂导管，其具有基本上平行于第二纵轴的第三纵轴、第二氧化剂入口和与第二氧化剂入口隔开的第二氧化剂出口，该第二氧化剂导管围绕所述固体燃料导管，从而在固体燃料导管和第二氧化剂导管之间形成第二套管，所述第二套管适于以第二流速传输氧气浓度大于约２１ｖｏｌ％的所述氧化剂或其它氧化剂的第二物流，所述第二物流进入第二氧化剂入口和排出第二氧化剂出口；和将输出口附近的混合物析离成邻近第一氧化剂导管的该混合物的稀薄部分流和邻近固体燃料导管的该混合物的稠密部分流的装置，所述稠密部分流包含输运气体与固体燃料的第一质量比，所述稀薄部分流包含输运气体与固体燃料的第二质量比，该第二质量比大于该第一质量比，其中，排出第一氧化剂出口的至少一部分氧化剂第一物流在燃烧期间与至少一部分稀薄部分流结合，从而形成邻近输出口的内燃烧区域，和其中，排出第二氧化剂出口的至少一部分所述氧化剂或者另一氧化剂第二物流在燃烧期间和至少一部分稠密部分流结合，从而形成接近内燃烧区域的外燃烧区域。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：MD达戈斯蒂尼，FA米尔切蒂奇，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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