[发明专利]宽焰氧‑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. 61/811.194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平焰喷燃器。

背景技术

由于固体燃料(诸如石油焦炭(石油焦)和无烟煤等)的易挥发物质含量非常低，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，这可使燃烧非常迅速且不安全地退化。

美国专利No. 7,390,189描述了一种构造成用于燃烧气态燃料的平焰或宽焰喷燃器，该专利通过引用而整体地结合在本文中。但是，那个喷燃器未构造成以粉状固体燃料运行，而且特别在燃料和氧喷嘴两者中都缺乏使得喷燃器能够在稳定的附连火焰中燃烧固体燃料而可能需要的任何内部几何结构特征。

发明内容

本文描述一种平焰喷燃器，其构造成燃烧固体燃料(包括(但不限于)石油焦)与氧，以熔化玻璃。本喷燃器允许形成稳定固体燃料火焰前锋，火焰前锋附连到喷燃器面上(即，燃料喷嘴末端)，这种状况会产生合乎需要的热传递、碳燃尽和火焰稳定性。

粉状固体燃料和运送气体引入到燃料进口中，并且流过燃料喷嘴。燃料混合物馈送通过成阵列的一个或多个静态流元件，静态流元件包括用以产生组合式扩散器/会聚喷嘴的导叶，并且还可包括分流器。分流器用来提高输送到由导叶限定的中心扩散器的混合物中的燃料的浓度，同时降低在导叶的相对的侧的会聚喷嘴中传送到中心扩散器外部的流动流的其余部分中的燃料的浓度。扩散器中的导叶发散会以受控制的方式降低固体燃料流的被集中部分的速度，而没有明显的流分离。在导叶外部流动的固体燃料流的被稀释部分在扩散器的两侧的会聚喷嘴中加速到较高的速度。在彼此附近流动的较高速流和低速流的组合会产生较大的流再循环型式，较大的流再循环型式基本协助在燃料喷嘴末端处维持稳定的燃烧。

在环带中引入一级(primary)氧，环带在喷燃器末端处包围燃料喷嘴。一级氧可在楔形件上面加速，楔形件使一级氧转移远离燃料流，从而在燃料流附近产生再循环区，这进一步帮助实现稳定燃烧。

方面1：一种宽焰固体燃料/氧喷燃器，包括：燃料喷嘴，其具有：上游-下游流向；至少大约2的纵横比，纵横比由沿着长轴中心线测量的燃料喷嘴宽度W与沿着短轴中心线测量的燃料喷嘴高度H的比限定；以及基本对称地与长轴中心线隔开的长壁，燃料喷嘴具有入口宽度WN；以及定位在燃料喷嘴的长轴中心线的两侧的成对的第一导叶，各个第一导叶定位在长轴中心线和长壁中的相邻一个长壁之间，第一导叶沿流向相对于长轴中心线以第一角度发散，使得第一导叶在上游端处较紧密地在一起，而在下游端处分得较开，从而在第一导叶之间形成中心扩散器，以及在各个第一导叶和一个长壁之间形成外部会聚喷嘴。

方面2：根据方面1的喷燃器，其中，第一导叶定位成关于长轴中心线不对称。

方面3：根据方面1的喷燃器，其中，第一导叶定位成关于长轴中心线基本对称。

方面4：根据方面3的喷燃器，进一步包括：定位在成对的第一导叶之间的至少一个第二导叶，第二导叶相对于各个第一导叶发散，从而为各个至少一个第二导叶形成额外的扩散通道。

方面5：根据方面4的喷燃器，其中，两个第二导叶基本对称地定位在燃料喷嘴的长轴中心线的两侧，第二导叶相对于长轴中心线以小于第一角度的第二角度发散，从而在第二导叶之间形成一级中心扩散器，以及在各个第二导叶和一个第一导叶之间形成二级(secondary)中心扩散器。

方面6：根据方面1至5中的任一方面的喷燃器，其中，各个第一导叶进一步包括定向成基本平行于燃料喷嘴的中心线长轴的前缘。

方面7：根据方面1至6中的任一方面的喷燃器，其中，各个中心扩散器具有构造成产生非分离流的几何结构。

方面8：根据方面1至7中的任一方面的喷燃器，其中，第一导叶的上游端隔开距离W1，距离W1是燃料喷嘴入口宽度WN的大约0.15倍至大约0.60倍。

方面9：根据方面8的喷燃器，其中，第一导叶的上游端之间的距离W1是燃料喷嘴入口宽度WN的大约0.20倍至大约0.40倍。