[发明专利]粉碎的固体燃料燃烧器

说明书

技术领域

本发明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，本发明并不限于用于这些工业熔炉。本领域技术人员将认识到，本发明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(steamgenerators)。

背景技术

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(lattides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(Suwa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(latrides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。氧化剂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，没有载气)。

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。