专利名称:把固体烧成灰烬的方法和设备的制作方法
本发明是关于燃烧粒状固体的方法和设备。这类粒状固体，在燃烧温度或接近燃烧温度的条件下，可能形成粘结或熔融状灰烬。
这些固体-种子、硬壳、外果壳、谷壳、木屑和干的污泥等等，在燃烧时产生粘结或熔融状灰烬。这些物料，例如谷壳，数量可观，除了用来作为燃料外，没有其它效用。然而，由于这些物料，在燃烧时形成粘结或熔融状灰烬，所以，以前使用的燃烧设备复杂且价格昂贵，而仍未能克服灰烬沉结和/或粘附在设备的表面上之问题，特别是在内表面上。
根据本发明，提出了一个粒状固体烧成灰烬的方法该方法包括下列步骤把粒状固体输送到长园柱形的燃烧室;使空气与粒状固体相混合，并把空气-固体混合物沿轴线喷入燃烧室;在燃烧室内点燃并燃烧;在垂直于燃烧室轴线的横截面上，沿切向把冷空气喷入燃烧室，由此，在燃烧室内，沿轴线方向产生螺线涡流，使在燃烧室内由燃烧产生的火焰、灰烬和高温气态物，在冷气体层围绕下，朝燃烧室轴线方向运动，并受到该冷气体层的冷却;然后，把经过冷却的灰烬和气体流从燃烧室排出。
这一方法是冷却由燃烧产生的灰烬和高温气态物，从而使灰烬固化;然后，从燃烧室排出固化的灰烬和气体流。
同时，本发明为固体烧成灰烬提供了设备。该设备有一长园柱形的燃烧室，用作点燃和燃烧固体。燃烧室有一个进口和一个出口，在燃烧室进口附近，至少有一个气体切向进口接头，以把冷空气在垂直于轴线的横截面上沿切向喷入燃烧室;在气体切向进口接头和燃烧室出口端之间，至少有一个附加的气体进口接头，以把附加的冷气体喷入燃烧室。该设备有一装置，用来使待燃固体与空气混合及把固体一空气混合物沿轴线送入燃烧室，该装置连结在燃烧室的进口端。该设备有一产生冷气流的机构，该机构与气体切向进口接头和附加气体进口接头相连。
为了更容易理解本发明，参照附图，通过举例，叙述如下图1是根据本发明，一个本设备实例的示意图解。
图2是图1中固体燃烧器的侧视局部剖面图。
图3是图2固体燃烧器的俯视剖面图。
图4是图2、图3固体燃烧器的主视图。
图5是图3中沿5-5线切开的剖视图。
图6是图1至图5的固体燃烧器的图示实例，示意了各气流和火焰的全程流动状态。
参照图1，设备10有一环形进料斗12，用来传送待燃的粒状固体。通过导管16把空气鼓风机14的出口接头与环形进料斗12相连结，使粒状固体与空气在环形进料斗内相混合，接着，经过导管22，把混合物传送到固体燃烧器20。固体燃烧室20有一长园柱形的燃烧室26，在燃烧室的前端，有一喷燃段24。在燃烧室26的前段部分，设有第一、第二切向进口接头。在燃烧室的后段部分，设有三个切向进口接头。燃烧室26的尾部是一园柱形混合室28，园柱形混合室的轴线与燃烧室26的轴线相垂直。
空气-固体混合物，经过沿轴线装置的导管84，轴向地送入到喷燃段24的内部。通过喷嘴86，初级燃烧空气切向进入喷燃段24。在喷燃段24内，所产生的空气-固体混合物流经在燃烧室前端形成的喷嘴88，沿轴线进入燃烧室26。燃烧室26所有内表面衬有绝热、防腐材料90。喷嘴88是由材料90制成的厚壁部分伸入喷燃段24一小距离而形成。
大约在燃烧室26内表面的中间部位，设置了环形突台92，内突台沿径向向内一小段距离，以形成一园形限定流动截面。所举例的内突台由绝热材料90形成。以同样方式，另一内突台94可设置在临近混合室28的位置。
在燃烧室周面上，有一组间隔排列的冷却气体喷口96，该喷口位于内突台92附近，且在它的后端，气体从该喷口径向喷入燃烧室。环形风管46密封地罩住喷口96，经喷管98把空气和循环气体供入环风管46。
如图3至图5所示，切向气体进口接头34、36、21、23、25穿透燃烧室26的壁面，并与其轴线垂直。
第二个空气鼓风机18的排风口接头与管道19相接。用导管30把管道19与燃烧室20的喷嘴86相连接。导管32沟通管道19和第一个切向进口接头34。与第二个切向进口接头36连接的导管38，在其中间有一截流伐40。导管42连结在管道19和导管38之间，在导管42中有一截流伐44。导管48把冷却气体环风管46和管道19相连结。管道19中的截流伐50接在导管52前面。导管52在管道19和导管38之间，且有一截流伐54。附加切向进口21、23和25通过导管27、29和31连接到管道19。导管27、29和31各有一截流伐33、35和37。
在燃烧室26尾部的混合室28，有一灰烬排出装置，例如出灰口60。用导管62把混合室28和热回收器64相连。热回收器64一般由一个以上的热交换器组成。在热回收器里，从燃烧器20排出的含灰热气流与冷却流以间接方式进行热交换，使热量转移给冷却流。冷却流可以是水，吸热后转变成蒸汽，也可以是其它工业流程的流体。
含灰的冷气流，从热回收器64流出，经导管66输送到聚尘器68。在聚尘器中，灰烬从气流中分离出来。气体经过在顶端的排气管72排给大气。灰烬借助聚尘器68底部的导管或传送带70排出。通过导管74和循环气体鼓风机76从排气管72抽出部分气体，经过导管38，把循环气体送回燃烧器20。
应该理解到切向进口接头34、36、21、23、25，每个进口接头可以是一个或多个切向进口，并用管道把多个切向进口连接在一起。园柱混合室28的轴线，最好设计成与燃烧室26的轴线相垂直。如果需要的话，混合室也能设计成与燃烧室轴线共轴。
在运行中，经导管16，空气流达进料斗。同时被送入进料斗12的粒状固体，在该料斗里与空气相混合。用导管22，把空气-固体混合物输送到固体燃烧器20。空气-固体混合物经过导管84，轴向地喷入燃烧室26(图6)。要指出的是把粒状固体送入燃烧室26，并与燃烧空气相混合，可以用各种传统的技术和设备，而不同于这里描述的技术和设备。由导管30引导的初级燃烧空气，切向进入喷燃段24，产生了一螺旋运动。然后，混合物在燃烧室26点燃并燃烧。通过切向进口接头36、27、23和25能把附加的空气或冷循环气体切向喷入燃烧室26，这取决于被燃烧的粒状固体的数量和其它一些因素。如果空气从切向进口接头36喷入，在导管42中的截流伐44打开，在导管38中的截流伐40关闭。如果要喷入循环气体，截流伐44和截流伐40状态正好相反。即，截流伐44关闭，截流伐40打开。冷空气或空气和循环气体，在垂直于燃烧室26的轴线的横截面上沿切向喷入。在燃烧室26内和沿着燃烧室轴线方向产生了螺旋涡流，在燃烧室内，使由燃烧产生的火焰、灰烬和高温气态物沿燃烧室轴线方向运动，并被喷入的冷空气所围绕。本文使用的术语“冷”，指的是其温度在燃烧室26内所产生的灰烬的固化温度以下。
在粘结或熔融状态灰烬能接触到燃烧室26内表面之前，这冷空气层，在燃烧室内流动过程中，使粘结或熔融状灰烬冷却和固化。所以，灰烬不会沉结和粘附或堆积在内表面上。除了空气或循环的燃烧气体作为冷气流外，根据本发明，蒸气、氮气或其它惰性气体等也可用作冷气流。在燃烧室26内，径向内突台92、94构成了限流面，有助于使火焰、灰烬、高温气态物保持在燃烧室26的轴心周围。
为了使燃烧室26内的粒状固体、空气进一步混合和燃烧物的进一步冷却，通过环风管46和喷孔96，把空气和/或循环气体横向喷射到火焰、灰烬和燃烧气体的气流中。在喷入冷却气体时，灰烬和炽热燃烧气体流经燃烧室26的后段部分，并流达混合室28。此间，粒状固体获得充分燃烧，同时冷却气体与灰烬、燃烧气体也发生了彻底的混合。并且，灰烬被冷却和固化。如果，在燃烧室26内，还需要附加空气使固体充分地燃烧，可通过环风管46和切向进口接头21、23、25喷入附加空气。可起到即供给更多的燃烧空气，又能冷却燃烧物的双重作用。然而，最好通过环风管46和切向进口接头21、23、25喷入循环气体，以降低燃烧产物中会引起大气污染的二氧化氮生成量。如果通过环风管46和进口接头21、23、25喷入空气，那么管道19中的截流伐50打开，导管52中的截流伐54关闭。如果通过环风管46和切向进口接头21、23、25喷入循环气体，这时，截流伐50和截流伐54的状态正好与前反之。如果同时喷入空气和循环气体，则截流伐50和截流伐54两者均打开。在导管27、29、31中的截流伐33、35、37是用来选择开闭各自的切向进口接头21、23、25的。
燃烧室26产生的灰烬和热气体流进混合室28。在混合室内，喷入燃烧室26内的冷气体与灰烬、热气体均匀混合。即当灰烬和热气体流入并经过混合室28时，它们的流动方向发生了突变，这就导致了它们充分的混合，保证了所有粘结或熔融状态灰烬的固化。由固化凝成的较大的灰烬，在重力作用下，沉积在混合室28的底部。通过出灰口60或其它排灰装置排出。用导管62把余下的固化灰烬和气体流从混合室28输送到热回收器64。在热回收器中，灰烬-气体流的热量传给冷却流。
从热回收器排出的灰烬-气体的冷气流，经导管66送入聚尘器68。在聚尘器里，灰烬沉积，并从灰烬-气体流中分离出来。通过导管或传送带70把灰烬排出。经过分离的气体通过排气管72排给大气。当固体燃烧器20需要循环气体时，用导管74和鼓风机76，从排风管抽取部分循环气体，再经导管38，使循环气体流入燃烧器20。
权利要求
1.粒状固体烧成灰烬的方法。该方法包括把粒状固体输送到燃烧室，使粒状固体与空气相混合，并在燃烧室内点燃和燃烧。其特征在于燃烧室(20)是一长园柱形燃烧室(26)；空气一固体混合物沿轴线喷入燃烧室；冷气流在垂直于燃烧室纵轴的横截面上，沿切向喷入燃烧室，这样在燃烧室内，沿其轴线方向产生螺线涡流，迫使燃烧室内由燃烧产生的火焰、灰烬与高温气态物，在该冷气流层的围绕下从燃烧室中央流过，并受到该冷气流层的冷却而固化，从而可基本避免粘结或熔融状的灰烬粘附到该燃烧室内壁上；经过冷却的固化灰烬和气体的混合流从燃烧室排出。
2.根据权项1的方法，其特征在于把灰烬从经过冷却的灰烬-气体流中分离出来，而该灰烬-气体流是从燃烧室排出的。
3.根据权项1或权项2的方法，其特征在于切向喷入的冷气流包括附加的空气。
4.根据前述权项之一的方法，其特征在于切向喷入的冷气流包括从燃烧室排出，并经过冷却的循环气体。
5.根据前述权项之一的方法，其特征在于在燃烧室中，冷却由燃烧产生的灰烬和高温气态物的过程，包括与更多的冷气流相混合。
6.根据权项5的方法，其特征在于更多冷气流中包括附加的空气流。
7.根据权项5或权项6的方法，其特征在于更多冷气流中包括从燃烧室排出，并经过冷却的循环气体。
8.根据前述权项之一的方法，其特征在于从燃烧室排出的灰烬和气体流与工艺流程中的流体，以间接方式进行热交换，这样，把灰烬和气体的热量转移给该工艺流程中的流体。
9.根据前述权项之一的方法，其特征在于在空气-粒状固体混合物喷入燃烧室之前，先使空气与粒状固体混合。
10.根据前述权项之一的方法，其特征在于燃成灰烬的粒状固体是粒状谷壳。
11.把固体烧成灰烬的设备，该设备有一燃烧室(20)，用来点燃并焚烧产生灰烬的固体物料，其特征在于该燃烧室是-长园柱形燃烧室(26)，具有一入口端(24)，和一出口端(28)，在该入口端附近，至少设有一个气体切向进口接头(35、36)，以把较冷气体在垂直于燃烧室轴线的横截面上，沿切向喷入燃烧室;在该气体切向入口接头和燃烧室出口端之间，至少有一个附加气体进口接头(21、23、25)与该燃烧室相连，以把附加的较冷气流喷入燃烧室;在该燃烧室进口端(24)设有装置(12、22、84)，用来把待燃的固体与空气相混合，并把新得的固体-空气混合流沿轴向送入燃烧室;在上述气体切向进口接头与附加气体接头上，连接有产生冷气流的装置(18、76)，用来提供一层环绕燃烧室中央的冷气流，因此，使粘结或熔融状的灰烬与气态燃烧产物在燃烧室内便得到充分的冷却与固化，从而可基本上防止这些燃烧产物粘附到燃烧室内壁上。
12.根据权项11的设备，其特征在于产生冷气体流的机构有一空气鼓风机(18)，空气输送管道(19)把该鼓风机与气体切向进口接头相连。
13.根据权项11或权项12的设备，其特征在于为回收热量而设置的热回收装置(64)，该装置回收从燃烧室出口排出的灰烬和高温气态物的热量。
14.根据权项13的设备，其特征在于设备有一装置(68)，该装置可以从热回收装置排出的气体流中分离出灰烬，并把该气体排入大气。
15.根据权项14的设备，其特征在于燃烧室有两个或更多个气体切向进口接头;设备还包括为循环气体流而设的装置(74、76、38)，用来把该循环气体流从分离、排出气体的装置(68)引入到一个或多个气体切向进口接头。
专利摘要
粒状固体，例如谷壳，烧成灰烬的方法和设备。把粒状固体送入长圆柱形燃烧室，使空气与粒状固体相混合，而形成空气一固体混合物；然后，把该混合物沿轴线喷入燃烧室，在燃烧室内点燃并燃烧。一股或多股较冷气体流在垂直于燃烧室轴线的横截面上，沿切向喷入燃烧室，这样，在燃烧室内，沿轴线方向产生了螺线涡流，使在燃烧室内，由燃烧产生的火焰、灰烬和高温气态物，在冷气体层的围绕下，朝燃烧室轴线方向运动；并使灰烬和高温气态物受到冷却；然后，把经过冷却的灰烬和气体流从燃烧室排出。
文档编号F23G5/44GK85101264SQ85101264
公开日1987年1月24日 申请日期1985年4月1日
发明者约翰·塞吉尔斯基, 杰拉尔德·坎贝尔, 克莱德·肖布 申请人:约翰·津克公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan