专利名称:燃烧液体燃料和/或粉化固体燃料的方法和装置的制作方法
本发明涉及一种燃烧液体燃料和/或燃烧固体燃料的方法和装置。
关于燃烧像油这样的液体燃料和燃烧固体燃料，特别是燃烧像煤、泥煤或粉化的固体燃料这两种燃料，过去几年来已提出了很多不同的方案，固体燃料通常同水和/或油这样的载带液体掺和形成乳浊体而被引入到燃烧室。通常将燃料引入到燃烧室，而同时产生再循环的流动分布，该再循环的流动分布由一旋转的外层空气流约束。实践已经证明，燃烧浮悬在液体中的粉化煤是相当困难的。主要问题在于防止通向燃烧室的燃料入口或燃烧炉喷口的堵塞。另外，燃烧效率还受到限制。为了克服这些问题，在民主德国DD-PS 145，316专利中提出了一种将所谓的转动式燃烧炉和涡流式燃烧炉结合起来的燃烧炉。然而试验表明，采用这种燃烧炉，燃烧效率相当低，尤其是在关键的开始阶段。原因可能是燃料的雾化不充分，使得特别在开始阶段，点火困难。另外，燃料同空气的掺和或混合是不充分的，这也降低了效率。
从上述的先有技术出发，本发明的目的是提供一种燃烧液体燃料和/或燃烧粉化固体燃料的方法和装置，用简单的结构部件可以实际上达到完全的燃烧，当以干燥的状态燃烧固体燃料时，也可以保持高效率的燃烧。
实现上述目的本发明方法的特征是把同压缩空气掺和的燃料通过一刃形边缘喷入燃烧室中，使得燃料自发地成扇形散开。而实现上述方法的装置的特征是燃料入口由一个由不间断刃形边缘限定的中心入口构成，并至少有一个几乎径向指向的空气入口在背离燃烧室的一侧与上述中心入口相结合。
在本发明中，燃料引入到燃烧室，自发成扇形展开并分成为很细的状态。特别重要的是不仅是利用刃形边缘将燃料引入到燃烧室，而且还在燃料未进入燃烧室之前另外掺和了压缩空气，使含有丰富空气的燃料进入到燃烧室。压缩空气最好在燃料即将进入燃烧室之前进行掺和，即使压缩空气近似径向地指向燃料，并最好稍为倾斜于燃料入口。因而燃料被粉碎并饱含空气，使得燃料在进入燃烧室之前便引起燃烧。另外，当燃料-进入燃烧室以后，因此而形成的基本上是空心的燃料雾化锥体便由一几乎具有同样流向的外层主要空气流约束。最后，径向稍远的外部辅助空气流作用在由此形成的被“包封”的雾化锥体上，从而将流动表面或雾化锥打破了，即辅助空气流是冲向雾化锥体的。
由此进入到燃烧室的燃料在紧靠燃料入口的下游便自然地粉碎了，因而形成了很细的燃料粒子或燃料小滴。用这种方式，在紧靠燃料入口的下游便可达到最大有效燃料表面，因而在极短的距离内便可达到实际上完全的燃烧。即使燃烧固体粉化燃料时，燃烧室也可以相应缩短和减小。
意外的是，按本明所述的方法不仅适合于燃烧油，而且还适合于在干燥的状态下燃烧固体燃料和燃烧上述燃料的混合燃料。但是在燃烧固体燃料时，为了开始燃烧，在开始操作时，最好并且在大多数情况下还必须掺入容易燃烧的油。在燃烧开始后，可以再停止供油并可以用水来代替油，以便使固体燃料粒子可以更容易地压入或引入到燃烧室。
此外，关于本发明方法还采取了下述的技术措施主要气体流和辅助空气流，在所有操作条件下或所有负载条件下，具有近乎恒定的流速;而且主要气体是以径向向外的方向同燃烧室纵轴成10°至30°的角度，最好是以成大约20°的角度被引入到或注入到燃烧室中;而辅助空气是指向被引入的燃料、即径向向内地且同燃烧室纵轴大约成30°至60°角，最好成大约45°角地引入燃烧室中。至于本发明装置还采取了如下的措施。许多空气入口几乎均匀分布在圆周上，且在背离燃烧室的一侧同燃料入口相结合，上述空气入口通过环形通道而彼此相通，并且通过一普通的压缩空气通道同一个最好是可调的压缩空气源流体相通。限定燃料入口的刃形边缘具有近似三角形的横截面，而且与燃料入口相结合的空气入口几乎是在三角形刃形边缘界面的延伸面上延伸，该界面是在内侧或在背离燃烧室的一侧。包含有上述燃料入口的喷注体安装成可沿其纵轴，或沿燃烧室纵轴移动，特别适合于移到这样的位置，在此位置燃料入口相对于燃烧室的端壁是在后边，或者说缩了进去。靠近燃料入口的两个气体或空气入口的环形间隙宽度，通过改变限定上述入口的侧壁的相对位置，可得到调整，也可通过在喷注体或燃烧室纵轴方向上相应移动两个空气入口的具有两相邻侧壁的环形管接口，调整上述的环形间隙宽度，该环形管接口最好作为将靠近燃料入口的两个气流分开的管道或套管的一部分。其中次靠近燃料入口的空气入口是以这样一种方式延伸的，使得相应的“辅助空气”流形成一指向燃料雾化圆锥的几乎是空心的圆锥形气流分布。根据本发明，上述的结构部件使装置(炉)的操作和控制很方便。在任何情况下，关于装置特别重要的是确定燃料入口的无间断的刃形边缘，以及同上述刃形边缘有关的空气入口，上述空气入口最好设置在刃形边缘背离燃烧室的那一侧，并且几乎径向地延伸。
使用的固体燃料主要包括煤，例如无烟煤、烟煤、高级烟煤或其混合煤等。按照本发明的装置也适合于燃烧重油。因此，本装置可用于燃烧通常不太容易燃烧的物质。
下面参考实现按本发明所述方法的装置的实施例，详细叙述本发明。附图中所示的实施例由断面示意图示出。此图仅示出了按本发所述装置的一部分，即只示出了具有燃料和空气入口部分的炉体部分，为便于理解本发明的要点，省去了与上述入口关联的外围部分以及燃烧室。
在附图中作为纵向截面示意图示出的油和/或煤燃烧炉包括一喷注体36，喷注体具有通向燃烧室16的、并成形为具有燃料入口10的中心燃料入口，喷注体缩进燃烧室16的端壁12的里面并由两个气体通道14和18同心地包围。直接包围着喷注体36的气体通道14通过最靠近燃料入口10的气体或空气入口24通向燃烧室16。可以掺入较高温度的燃烧气体的所谓“主要气体”流过气体通道14，而且从空气入口24射出的气体流速在100米/秒之间，最好约为130米/秒。确定空气入口24的每一侧壁20和22都是圆锥形的，因此构成了一环形喷口。在“主要气体”将要射出以前，采用成形为导向叶片的旋流或阻流部件使气流偏转约70°，造成气流绕喷注体36或燃烧室16的纵轴26旋转。“主要气体”在大约1000毫米至1200毫米水头的压力下被注入到气体通道14。
气体通道14被另一气体通道18同轴地包围，通道18的通向燃烧室16的环形入口28同样由圆锥形的侧壁30和32限定。但是侧壁30和32具有这样的指向，使得这样指向的侧壁能够使从环形入口28射出的气流构成一圆锥形的气流分布。上述气流分布穿透由燃料构成的反向流动分布和由环形入口24射出的“主要气体”的反向气流分布。由于这种事实以及由于燃料入口10和“主要气体”的环形入口24相对于所谓“辅助气体”的环形入口28缩进去安装，所以从上述环形入口28射出的气体或空气流便粉碎了已经旋转的燃料或燃料混合物的流动分布，即燃料从喷注体射出以后不久，或在它进入燃烧室16以后不久，燃料的有效表面很快地得到了额外的增加。
流过通道18的“辅助气体”在射出以前，同样也可用成形为导向叶片状或其它形状的、配置在环形入口28附近的旋流部件使“辅助气体”同纵轴26偏转40°至45°，即形成“辅助气体”绕纵轴26旋转。“辅助气体”的射出速度大约从120米/秒到180米/秒，最好是140米/秒。入口28的环形间隙宽度，如同入口24的环形间隙宽度一样，调整限制侧壁30和32的相对位置，可以进行改变。此时“辅助气体”的射出速度当然也相应改变。“辅助气体”也是在大约1000毫米至1200毫米的水头压力下被注入到环形通道18。如果需要偏转“辅助气体”，则“辅助气体”偏转的方向最好和“主要气体”偏转的方向相同。
“辅助气体”最好掺入灼热的燃烧气体，因为与其说它是作为载带介质将燃料引入到燃烧室16中，还不如说它具有增加燃料自由表面或有效表面的作用和具有掺入氧气或给燃料粒子提供氧气的作用。因此，“辅助气体”最好是纯的“辅助空气”。
包含喷注体36、直接围绕喷注体的环形通道14和流过“辅助空气”的环形通道18的组件适合于作为一整体装入到燃烧室16的端壁12中，这样，组件可以容易用另一个稍为改进的相当的组件进行替换。
“主要气体”的射出速度和“辅助气体”的射出速度在从点火到全负载的所有操作条件下都大致保持相同。相应增加或减少环形入口或环形间隙24和28的间隙宽度只改变放出的体积或流通量。按同样的方法改变间隙宽度，为此，环形管接口34被配置在两个环形入口或两个间隙24和28之间，它包含两个环形入口24和28的两个相邻的相互面对的侧壁22和30，环形管接口这样安装，使得它可在轴的方向，或沿纵轴26的方向来回移动。环形管接口34被连接到将两个气体通道14和18彼此分开的管套38上，因此相应操作管套38便可使环形管接口34沿轴向移动。在开始操作时将环形管接口34往图的右边移，使环形入口24和28的间隙宽度达到最小，从而使射出的气体或空气的体积最小。在全负载时，情况相反，即将环形管接口34往左移，使环形入口24和28张开到最大的程度。此时，“主要气体”和“辅助气体”的体积也将达到最大。
根据本发明的装置的核心在于喷注体36的构形，特别是燃料入口10的构形。燃料入口由一个由不间断的刃形边缘40限制的中心入口10限定。均匀排列在圆周上的许多空气入口42与上述的入口10或刃形边缘相联结。空气入口42通过环形通道44彼此相通，并通过一普通的压缩空气通道46同一个最好是可调的压缩空气源(图中未示出)流体相通。确定燃料入口10的刃形边缘40大致具有三角形的横截面。空气入口42几乎是作为三角形刃形边缘40的内侧界面48的扩展而延伸。实际上，空气入口42分别同喷注体36或燃烧室16的纵轴26成70°的角度。在所示的实施例中，管接口50安装在喷注体36中并包含空气入口42，刃形边缘40是管接口50的一部分。管接口50旋入到喷注体中(螺纹连接52)。刃形边缘40或相应向内指向的在刃形边缘上的锥边限定了圆形的入口10。由于刃形边缘40，进入到燃烧室16的燃烧自然展开成扇形状，形成一基本上是空心的雾化锥体。成扇形状展开的雾化锥可以说受到从直接包围燃料入口10的环形入口24射出的“主要气体”的包围。从环形入口28射出的“辅助气体”然后在端壁12的附近将以“主要气体”为边界的雾化锥体粉碎，因此在端壁12的附近形成了细小的燃料粒子，使得在燃烧室中在最短的距离内可以产生实际上完全的燃烧。
利用通过空气入口42注入压缩空气的方法，可以容易改变雾化锥体的构成，或使雾化锥体同相应要求的条件或同要燃烧的燃料的种类和质量相匹配。
空气入口42相对于径向方向也可以倾斜指向，使得射出的燃料-空气混合物绕纵轴26旋转，这种旋转的方向最好与外层气体流或空气流的旋转方向相同。
上述的将燃烧气体掺入到“主要气体”具有两个优点。一是固体燃料和液体燃料都可以在沿中心燃料通道54的传输路径上被预先加热;二是可以达到一定程度的二次燃烧，因此提高了效率。这两个优点补偿了氧气量不足的缺点。通过空气入口42掺和压缩空气的方法更加补偿了上述的缺点。但是在燃烧纯煤时，不将燃烧气体掺和到“主要气体”或“主要空气”是合适的。
在本文中所公开的所有特征，作为本发明实质被提出权利要求
，这些特征不论是单独还是结合在一起，都比先有技术新颖。
权利要求
1.一种燃烧液体燃料和/或固体燃料，特别是燃烧煤、泥煤等粉化的固体燃料的方法，粉化的固体燃料或者以干燥的状态或者同像水和/或油这样的载带液体混合形成一种乳浊体而同液体燃烧一起引入到燃烧室，从而形成一近似圆锥状展开的雾化圆锥体，上述雾化圆锥体由一外层的，旋转可随意选择的空气流约束，方法的特征在于同压缩空气掺和的燃料通过一刃形边缘被引入到燃烧室，使得燃料自发地成扇形展开。
2.一种根据权利要求
1所述的方法，其特征在于压缩空气是在燃料即将进入燃烧室之前同燃料进行掺和，并且压缩空气几乎径向地指向燃料。
3.一种根据权利要求
1或2所述的方法，其特征在于在燃料进入到燃烧室以后，燃料雾化圆锥立即被一外层的几乎具有相同指向的“主要气体”流约束，然后使外层“辅助空气”流作用在“主要气体”流上，使雾化圆锥被粉碎。
4.一种根据权利要求
3所述的方法，其特征在于主要气体流和辅助空气流，在所有操作条件下或所有负载条件下具有近乎恒定的流速。
5.一种根据权利要求
3或4所述的方法，其特征在于主要气体是从径向向外的方向，同上述的燃烧室的纵轴成10°至30°的角度，最好是成大约20°的角度被引入到或喷入到燃烧室中。
6.一种根据权利要求
3至5中任何一项权利要求
所述的方法，其特征在于辅助空气被引入到燃烧室，而同时指向被引入的燃料，即，使辅助空气径向向内，同上述燃烧室的纵轴成大约30°至60°的角度，最好成大约45°的角度。
7.一种燃烧像油等这样的液体燃料和/或燃烧固体燃料，特别是燃烧煤、泥煤等这样的粉化的固体燃料的装置，固体燃料或者以干燥的状态，或者同水和/或油这样的载带液体掺和构成一种乳浊体，与液体燃料一起通过燃料入口被引入到燃烧室，上述燃料入口由一气体和/或空气入口同心地包围，此装置是特别用来实现在权利要求
1至6中任何一项权利要求
所述的方法，其特征在于燃料入口由一个由不间断刃形边缘(40)限定的中心入口(10)构成，并至少有一个几乎径向指向的空气入口(42)在背离燃烧室(16)的一侧与上述中心入口(10)相结合。
8.一种根据权利要求
7所述的装置，其特征在于几乎均匀分布在圆周上的许多空气入口(42)在背离燃烧室(16)的一侧同燃料入口(10)相结合，上述空气入口(42)通过环形通道(44)是彼此相通的，并且通过一普通的压缩空气通道(46)同一个最好是可调的压缩空气源处于流体相通。
9.一种根据权利要求
7或权利要求
8所述的装置，其特征在于限定燃料入口(10)的刃形边缘(40)具有近似三角形的横截面，而且和上述燃料入口(10)相结合的空气入口(42)几乎是在三角形刃形边缘(40)的界面(48)的延伸面上进行延伸，上述界面(48)是在内侧，相应地在背离燃烧室(16)的一侧。
10.一种根据权利要求
7至9中任何一项权利要求
所述的装置，其特征在于包含上述燃料入口的喷注体(36)被安装成可沿其纵轴，或沿燃烧室(16)的纵轴(26)移动，并特别适合于移动到这样一位置，在此位置燃料入口相对于燃烧室(16)的端壁(12)是在后边，或者说缩了进去。
11.一种根据权利要求
7至10中任何一项权利要求
所述的装置，其特征在于靠近燃料入口的两个气体或两个空气入口(24、28)的环形间隙宽度，利用改变限定上述入口的侧壁(分别是20、22和30、32)的相对位置的方法，可以相应地进行调整。
12.一种根据权利要求
11所述的装置，其特征在于可以用同样的方法，即利用在喷注体(36)或燃烧室(16)纵轴(26)的方向上相应移动两个空气入口(24、28)的具有两个相邻侧壁(22、30)的环形管接口(34)的方法，可以调整靠近燃料入口的两个气体或两个空气入口(24、28)的环形间隙宽度，环形管接口(34)最好作成为是将靠近燃料入口的两个气流或空气流分开的管道或套管(38)的一部分。
13.一种根据权利要求
11或12所述的装置，其特征在于次靠近燃料入口的空气入口(28)是以这样一种方式延伸的，使得相应的“辅助空气”流形成一指向燃料雾化圆锥的几乎是空心的圆锥形气流分布。
专利摘要
一种燃烧液体燃料和/或固体燃料，特别是燃烧粉化的煤等固体燃料的方法和装置。固体燃料或者以干燥的状态，或者同像水和/或油这样的载带液体混合形成一种乳浊体同液体燃料一道被引入到燃烧室(16)，从而形成一近似圆锥状展开的雾化圆锥体。上述雾化圆锥体由一外层的、旋转可随意选择的空气流约束。燃料入口由一个由一不间断的刃形边缘限定的中心入口(10)构成。另外，大致径向指向的空气入口(42)是在背离燃烧室(16)的一侧同上述中心入口相结合。
文档编号F23D11/10GK86103682SQ86103682
公开日1987年2月18日 申请日期1986年6月4日
发明者库特·斯科格 申请人:慢燃火柴开发公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan