固体燃料喷燃器的制造方法
【专利说明】
[0001] 与相关申请的交叉引用 本申请要求2014年1月7日提交的美国临时申请No. 61/924, 272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
[0002] 本申请涉及燃烧固体燃料与氧的喷燃器。
【背景技术】
[0003] 部分地由于固体燃料的易挥发物质含量是可变的，所W固体燃料可能是难W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，该会引起基本与燃 料喷嘴分开的火焰前锋。该是内在地不稳定的情形，该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、烙化等），而且可能导致火焰媳灭，该可导致燃烧非常迅速 且不安全地退化。
[0004] 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。 该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】
[0005] 描述一种氧-固体燃料喷燃器的实施例，它具有上游区段、中间区段和下游区段。 固体燃料管道延伸通过中间区段和下游区段，W运送处于运送气体中的固体燃料的混合 物，固体燃料管道在下游区段中比在中间区段中具有更大的横截面积。管状燃料分离器在 下游区段中定位在固体燃料管道内，燃料分离器由入口平面和出口平面限制，燃料分离器 将燃料管道分成具有横截面积的内部喷嘴和具有横截面积的外部环形喷嘴中，其中，在出 口平面处测量的外部喷嘴的横截面积与内部喷嘴的横截面积的比大于1。
[0006] 另一方面，喷燃器可进一步包括定位在外部喷嘴内的至少一个燃料模形件，燃料 模形件具有上游顶点，W及与燃料分离器的出口平面对齐的下游基部。优选地，至少两个且 不超过六个燃料模形件定位在外部喷嘴内。
[0007] 另一方面，环形氧管道至少在中间区段中包围固体燃料管道。
[0008] 另一方面，喷燃器可进一步包括在下游区段中从环形固体燃料管道沿径向向外延 伸的至少一个氧模形件，氧模形件具有上游顶点，W及与燃料分离器的出口平面对齐的下 游基部。氧模形件可为包围环形固体燃料管道的一个连续模形件。
[0009] 另一方面，喷燃器可进一步包括在喷燃器的上游区段中的主燃料管道，主燃料管 道用于使固体燃料和一级运送气体在喷燃器的中间区段中流到固体燃料管道，其中，中间 区段和下游区段同轴，并且限定喷燃器轴线，并且上游区段限定固体燃料入口轴线，固体燃 料入口轴线相对于喷燃器轴线偏移大约30°至大约60°的角。在一个变型中，喷燃器可进 一步包括管状固体燃料和一级（primary)运送气体管道，管状固体燃料和一级运送气体管 道沿着固体燃料入口轴线延伸到主燃料管道中，并且被主燃料管道包围，管状固体燃料和 一级运送气体管道具有用于将固体燃料和一级运送气体提供给喷燃器的入口，w及用w将 补充运送气体提供给主燃料管道的补充运送气体入口。
[0010] 另一方面，在出口平面处测量的外部喷嘴的横截面积与内部喷嘴的横截面积的比 为大约1.5至大约6。
[0011] 另一方面，喷燃器进一步包括燃料阻泮（trip)盘，燃料阻泮盘定位成关于喷燃器 轴线对称，并且在燃料分离器的入口平面的上游达一纵向距离，燃料阻泮盘具有径向高度。 优选地，燃料阻泮盘和燃料分离器的入口平面之间的纵向距离是燃料阻泮盘的径向高度的 大约2倍至大约5倍。由燃料分离器形成的内部环形喷嘴在入口平面处具有径向高度，并 且优选地，阻泮盘的径向高度是内部环形喷嘴的径向高度的大约0. 25倍至大约0. 5倍。在 一个变型中，燃料分离器为大体圆柱形形状。在另一个变型中，燃料分离器为大体会聚的平 顶圆锥形形状。在又一个变型中，燃料分离器包括大体圆柱形的上游部分和大体会聚的平 顶圆锥形下游部分。
[0012] 描述一种使用喷燃器来燃烧固体燃料和氧的方法，该方法包括提供足够的补充运 送气体来将固体燃料和运送气体的混合物的氧浓度提高到大于大约21摩尔％且小于或等 于大约50摩尔％。在燃烧方法的一方面，补充运送气体使固体燃料和运送气体的混合物的 氧浓度升高到大于大约21摩尔％且小于或等于大约35摩尔％。
[0013] 提供一种使用喷燃器来运行再生性空气-燃料玻璃烙化炉的方法，炉具有热空气 端口，方法包括将至少一个喷燃器定位在热空气端口附近。方法可进一步包括W亚化学计 量氧运行喷燃器。在运行方法的一方面，化学计量比为大约0. 1至大约0. 5。
[0014] 描述一种再生性炉，它包括；喷燃器块，喷燃器块具有安装在炉的侧壁中的至少一 个燃烧端口；W及定位在至少一个燃烧端口的边缘附近的一个或多个固体燃料/氧喷燃 器。喷燃器包括：上游区段、中间区段和下游区段；固体燃料管道，其延伸通过中间区段和 下游区段，W运送处于运送气体中的固体燃料的混合物，固体燃料管道在下游区段中比在 中间区段中具有更大的横截面积；W及在下游区段中定位在固体燃料管道内的管状燃料分 离器，燃料分离器由入口平面和出口平面限制，燃料分离器将燃料管道分成具有横截面积 的内部喷嘴和具有横截面积的外部环形喷嘴中，其中，在出口平面处测量的外部喷嘴的横 截面积与内部喷嘴的横截面积的比大于1。
【附图说明】
[0015] 图1是氧-固体燃料喷燃器的示例性实施例的侧视图。
[0016] 图2是图1中显示的氧-固体燃料喷燃器的实施例的后视图。
[0017] 图3是通过截面A-A得到的图2中显示的喷燃器实施例的横截面图。
[0018] 图4是如从视图B-B看到的图1中显示的喷燃器实施例的前部端视图。
[0019] 图5是图1-4的喷燃器实施例的出口端的特写详细横截面图。
[0020] 图6是图1-4的喷燃器的出口端的另一个实施例。
[0021] 图7是插入到预燃烧器中的图5的喷燃器实施例的出口端的横截面图。
[0022] 图8是烟煤和石油焦的最小点燃能量与氧浓度的关系的标图。
[0023] 图9是本文描述的定位在再生性玻璃炉内的热空气端口下方的几个喷燃器的示 意图。
[0024] 图10是本文描述的定位在再生性玻璃炉内的热空气端口的侧部上的两个喷燃器 的不意图。
【具体实施方式】
[0025]为了描述本文，提供W下定义。运送气体是用来将固体燃料微粒传送或运送到喷 燃器且通过喷燃器的气态流体，并且可包括空气、富氧空气、氮、二氧化碳、回收烟道气和它 们的组合。补充运送气体是用来提高喷燃器内的运送气体的流率的气态流体，并且可包括 空气、富氧空气、氮、二氧化碳、回收烟道气和它们的组合。氧是包含浓度大于或等于28摩 尔％的〇2,优选大于或等于60摩尔％〇2,并且更优选大于或等于85摩尔％〇2的氧分子的气 体。固体燃料是碳或呈固体形式的姪燃料，并且可包括石油焦；各种各样的煤，其包括无烟 煤、烟煤、亚烟煤和褐煤；泥煤、木材、草，W及其它所谓的生物质量材料；城市固体废料；W 及它们的组合。最后，如本文所用，用语"非流线型化luff)"指的是该样的结构，即，该结构 在垂直于主流向的平面上的尺寸在幅度上与其沿着主流向的尺寸相当。
[0026] 在图1至6中示出氧/粉状固体燃料喷燃器10的一个实施例。喷燃器10包括上 游区段12、中间区段14和下游区段16。
[0027] 上游区段12包括用于运送粉状固体燃料和（一级）运送气体的管状固体燃料管 道20。固体燃料管道具有入口 22。上游区段12可选地进一步包括主燃料管道30,主燃料 管道30包围固体燃料管道20,W在固体燃料管道20周围形成环形补充运送气体通道34。 主燃料管道30具有补充运送气体入口 32。固体燃料管道20在主燃料管道30内下游端24 处终止于气室或混合区域26处，在气室或混合区域26中，固体燃料和一级运送气体在流到 中间区段14中之前与补充运送气体混合。
[002引如图1-3中显示的那样，喷燃器10具有由同轴的中间区段14和下游区段16的轴 向方向限定的主轴线18。喷燃器的轴向方向指示离开喷燃器10的流的方向。主燃料管道 30具有相对于主轴线18W角0偏移的固体燃料入口轴线21。在下面论述偏移角0的优 选范围。为了将流从成角度的主燃料管道30引导到中间区段14中，固体燃料和运送气体 混合物流过肘部区段28。
[0029] 上游区段12还包括优选与喷燃器轴线18同轴的中也燃料喷嘴支承杆40,如图 1-3中显示的那样。燃料喷嘴支承杆40用作毅，毅用W对喷燃器的其它特征提供结构支承， 如下面论述的那样。
[0030] 中间区段14包括包围中也燃料喷嘴支承杆40的外部燃料管道44。在中也燃料喷 嘴支承杆40的外表面和外部燃料管道44的内表面之间形成环形通道46。环形通道46在 流体方面连接到肘部区段28上，使得固体燃料和运送气体混合物被引导成流过环形通道 46。可提供渐缩区段13,W使流从肘部区段28过渡到环形通道46。
[0031] 氧管道50在中间区段14中包围外部燃料管道44,W形成环形氧通道54,环形氧 通道54由外部燃料管道44的外表面和氧管道50的内表面限制。氧管道50具有氧入口 52