專利名稱：燃料燃燒設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使至少一種選自粉末燃料和液體燃料的燃料進(jìn)行燃燒的設(shè)備和方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種在例如可用于生產(chǎn)水泥熟料、氧化鎂熟料或石灰的回轉(zhuǎn)窯中使一種粉末燃料或一種液體燃料或一種粉末燃料和一種液體燃料進(jìn)行燃燒的設(shè)備和方法，所述的粉末燃料例如是一種固體粉末燃料如細(xì)煤粉或焦炭粉和一種含可燃性廢料如塑料粉、垃圾粉、木屑和谷殼的粉末燃料，所述的液體燃料例如是一種液態(tài)燃料如重油或廢油和一種含可燃性粉末如煤粉或焦炭粉的稀漿燃料。
背景技術(shù)：
當(dāng)一種粉末燃料如細(xì)煤粉進(jìn)行燃燒時(shí)，可以使用如日本已審查專利公布No.57-35368中公開的細(xì)煤粉用的圓筒型燃燒設(shè)備。在該燃燒設(shè)備中，多個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔排列在設(shè)備的中心部分中，多個(gè)(4至8個(gè))用于噴射細(xì)煤粉和輸送煤粉的空氣的混合物的細(xì)煤粉噴射孔排列在內(nèi)一次空氣噴射孔的周圍并用隔板互相隔開，還有一個(gè)具有環(huán)形截面輪廓的外圓周形一次空氣噴射狹縫設(shè)置在細(xì)煤粉噴射孔的周圍。在該設(shè)備中，細(xì)煤粉以4至8股噴射流的形式通過互相隔開的噴射孔噴射，而多股內(nèi)一次空氣直射流和一個(gè)環(huán)形一次空氣直射流以這樣一種方式噴射，使得細(xì)煤粉噴射流介于內(nèi)一次空氣噴射流和環(huán)形一次空氣噴射流之間。因?yàn)榧?xì)煤粉噴射流的流速低于內(nèi)外一次空氣直射流，所以細(xì)煤粉噴射流受內(nèi)外一次空氣直射流的加速而細(xì)煤粉被吹散很遠(yuǎn)。在上述噴射期間，高溫二次空氣從設(shè)置在燃燒室下游的產(chǎn)品冷卻設(shè)備引入該燃燒室，通過外一次空氣直射流的間隙，進(jìn)入外一次空氣直射流的內(nèi)部，并被吸入和擴(kuò)散入細(xì)煤粉噴射流，從而使細(xì)煤粉燃燒。
同時(shí)，如日本已審查的專利公布No.2-22,289中公開的用于使細(xì)顆粒固體燃料燃燒的燃燒器，設(shè)有多個(gè)成環(huán)形排列在燃燒器中心部分內(nèi)并通過隔板互相隔開的內(nèi)一次空氣噴射孔，多個(gè)成環(huán)形排列在內(nèi)一次空氣噴射孔周圍的細(xì)顆粒固體燃料/輸送空氣噴射孔，以及圍繞上述細(xì)顆粒固體燃料/輸送空氣噴射孔成環(huán)形形式形成的外一次空氣噴射孔。在該燃燒器中，使細(xì)顆粒固體燃料在噴射端部表面處的流阻彼此不同，而細(xì)顆粒固體燃料的分布密度形成不均勻，由此提高燃燒速度和形成一短火焰。
在噴射粉末燃料和一次空氣并使高溫二次空氣混入噴射的粉末燃料和一次空氣流以使粉末燃料燃燒的場合，通常，粉末燃料的燃燒是通過一次空氣總量和一定量的二次空氣來實(shí)現(xiàn)的，二次空氣的該一定量對應(yīng)于理論燃燒空氣量和一次空氣總量之差。在這種情況下，一次空氣的溫度為60℃至80℃，而二次空氣的溫度為800至1000℃。因此，燃燒的優(yōu)劣取決于一次空氣比(表示一次空氣總量對理論燃燒空氣量之比)，一次空氣比越低，燃燒越好。
但是，當(dāng)降低一次空氣比以促進(jìn)燃燒時(shí)，一次空氣噴射流的流動速度因此降低，二次空氣的混合進(jìn)入燃燒混合物成為不充分，于是上述降低產(chǎn)生一個(gè)缺點(diǎn)，就是粉末燃料的燃燒速度降低，燃點(diǎn)溫度降低，產(chǎn)生細(xì)煤粉的不完全燃燒。為此，在使粉末燃料燃燒用的常規(guī)設(shè)備的方法中，一次空氣比通常為約20％至25％，實(shí)際上很難使用低于上述水平的一次空氣比。
同時(shí)，在使粉末燃料燃燒的常規(guī)設(shè)備和方法中，可以通過控制內(nèi)一次空氣噴射直射流對內(nèi)一次空氣噴射轉(zhuǎn)向流的流速之比來在一定程度上調(diào)整燃點(diǎn)的位置。但是，在實(shí)際中，一個(gè)燃燒器的上述控制是困難的。必須根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的性能來改變內(nèi)一次空氣直射流噴射孔和內(nèi)一次空氣轉(zhuǎn)向流噴射孔的設(shè)計(jì)。同時(shí)，在這種情況下，當(dāng)內(nèi)一次直射空氣流太強(qiáng)時(shí)，生成的燃燒火焰為狹窄角度的長火焰形式，燃點(diǎn)溫度不充分。同時(shí)，當(dāng)內(nèi)一次空氣轉(zhuǎn)向氣流太強(qiáng)時(shí)，生成的燃燒火焰為寬角度的短火焰形式。在這種情況下，雖然燃點(diǎn)溫度高，但火焰的角度太寬，因此爐壁受到大的損傷，在最壞情況下，爐壁損壞。
同時(shí)，當(dāng)使用液體燃料時(shí)，在將液體燃料噴入燃燒爐中的用于燃燒液體燃料的設(shè)備和方法中，噴射的液體燃料與一次空氣混合并再與高溫二次空氣混合而燃燒。在這種情況下，液體燃料中可燃物質(zhì)的燃燒是根據(jù)與液體燃料混合的一次空氣總量和二次空氣量來進(jìn)行的，該二次空氣量對應(yīng)于理論燃燒空氣量和一次空氣總量之差。通常，一次空氣的溫度為60至80℃而二次空氣的溫度為800至1000℃。因此，燃燒的優(yōu)劣隨一次空氣比而變化，一次空氣比表示一次空氣總量對理論燃燒空氣量之比。一次空氣比越小，用于燃燒的空氣溫度就越高，結(jié)果，燃燒溫度提高而燃點(diǎn)溫度上升，于是產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)燃燒。
但是，當(dāng)一次空氣量降低而使燃燒條件更好時(shí)，產(chǎn)生一些不利因素，如一次空氣噴射流速度降低，二次空氣的混合變得不充分，燃點(diǎn)溫度降低和液體燃料燃燒不完全。為此，當(dāng)在常規(guī)的燃燒液體燃料的設(shè)備和方法中使用C重油作為燃料時(shí)，將一次空氣比控制到約12至15％。當(dāng)一次空氣比進(jìn)一步降低到上述水平以下時(shí)，液體燃料的優(yōu)質(zhì)燃燒就很難實(shí)現(xiàn)。
在常規(guī)的燃燒液體燃料的設(shè)備和方法中，很難通過控制噴入燃燒爐中的液體燃料流對與其同時(shí)形成的一次空氣噴射流的流動速度比來調(diào)整燃點(diǎn)的位置。因此，在燃燒爐中形成的燃燒火焰成燃點(diǎn)溫度不夠高的狹窄角度長火焰形式，或者成寬角度短火焰形式，其中燃點(diǎn)溫度足夠高，而火焰擴(kuò)展太寬，以致爐壁受到大的損傷。在最壞情況下，爐壁損壞。
其次，在粉末燃料和液體燃料一起使用的場合下，已知有用于使粉末燃料和液體燃料燃燒的設(shè)備和方法。在該設(shè)備和方法中，粉末燃料和液體燃料與一次空氣一起噴射，并進(jìn)一步與高溫二次空氣混合。在這種情況下，通常，這些燃料的燃燒根據(jù)一次空氣總量和二次空氣的量來進(jìn)地，該二次空氣的量對應(yīng)于理論燃燒空氣量和一次空氣總量之間的差。在這種燃燒中，一次空氣的溫度為60至80℃，而二次空氣的溫度為800至1000℃，因此燃燒的優(yōu)劣取決于一次空氣比而變化(一次空氣比表示一次空氣總量對理論燃燒空氣量之比)，一次空氣比越低，用于燃燒的空氣溫度越高，結(jié)果，燃燒速度增大，燃點(diǎn)溫度變高，產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的燃燒。
但是，當(dāng)一次空氣比降低而使燃燒條件更好時(shí)，產(chǎn)生一些不利因素，如噴射流速度降低，因而二次空氣的混合變得不充分，粉末燃料和液體燃料的燃燒速度變慢，燃點(diǎn)溫度降低而燃料燃燒不充分。為此，在常規(guī)的混合燃燒燃料的設(shè)備和方法中，一次空氣比通常為約20％至25％，實(shí)際上很難以減小的一次空氣比在增大的燃燒速度和增大的燃點(diǎn)溫度下實(shí)現(xiàn)混合燃燒。同時(shí)，在常規(guī)的混合燃燒設(shè)備和方法中，在一定程度上可以通過控制內(nèi)一次空氣直射流和與直射流一起形成的內(nèi)一次空氣轉(zhuǎn)向流的流動速度比來調(diào)整燃點(diǎn)位置。在實(shí)際上，上述對一個(gè)燃燒器的控制是困難的，因此必須根據(jù)回轉(zhuǎn)窯的性質(zhì)來改變內(nèi)一次空氣直射流噴射孔和內(nèi)一次空氣轉(zhuǎn)向流噴射孔的設(shè)計(jì)。在這種情況下，當(dāng)內(nèi)一次空氣直射流變得太強(qiáng)時(shí)，生成的燃燒火焰成狹窄角度長火焰形式，其中燃點(diǎn)溫度不充足地低。當(dāng)內(nèi)一次空氣轉(zhuǎn)向流變得太強(qiáng)時(shí)，生成的燃燒火焰為寬角度短火焰，其中燃點(diǎn)溫度充分高而火焰變得太寬，因此爐壁受到大的損傷。在最壞情況下，爐壁損壞。
鑒于上述各種常規(guī)的燃燒設(shè)備和方法，強(qiáng)烈地需要這樣一種設(shè)備和方法，它們能夠形成一種狹窄角度的短火焰形式，能夠利用一種粉末燃料或一種液體燃料或利用一種粉末燃料與一種液體燃料一起充分地升高燃點(diǎn)溫度，并能夠獲得優(yōu)質(zhì)的燃燒而不損傷爐壁。
發(fā)明的公開內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種燃料燃燒設(shè)備和方法，它們能夠利用例如一種粉末燃料或一種液體燃料或利用一種粉末燃料與一種液體燃料一起形成一種具有充分高的燃點(diǎn)溫度的狹窄角度短火焰形式的燃燒火焰，同時(shí)防止或減小燃燒爐壁的損傷。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種燃料燃燒的設(shè)備和方法，它們能夠迅速而高效地燃燒一種燃料，如一種粉末燃料或一種液體燃料或一種粉末燃料和一種液體燃料，而它們不會使燃燒爐壁過分受熱。
本發(fā)明的燃料燃燒設(shè)備和方法可以利用一種廉價(jià)的燃料如煤粉或焦炭粉，它們含有的揮發(fā)性成分的量非常小，因此被認(rèn)為是不能使用的。同時(shí)，本發(fā)明的燃料燃燒設(shè)備和方法不僅能夠利用一種液體燃料如重油，而且能夠利用一種廉價(jià)燃料如煤粉或焦炭粉的稀漿，從而可以減少燃料費(fèi)用。
本發(fā)明的燃料燃燒設(shè)備包括一個(gè)用于噴射至少一種從粉末燃料和液體燃料中選定的燃料的機(jī)構(gòu)；一個(gè)設(shè)置在該燃料噴射機(jī)構(gòu)外側(cè)上的外一次空氣噴射管，具有多個(gè)外一次空氣噴射孔，通過這些孔與燃料噴射機(jī)構(gòu)的燃料噴射方向平行地噴射一次空氣；以及一個(gè)設(shè)置在該燃料噴射機(jī)構(gòu)內(nèi)側(cè)上的內(nèi)一次空氣噴射管，具有至少一個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔，通過這些孔與燃料噴射機(jī)構(gòu)的燃料噴射方向平行地噴射一次空氣。
本發(fā)明的燃料燃燒方法是利用本發(fā)明的上述燃料燃燒設(shè)備來實(shí)施的，并包括通過該燃料噴射機(jī)構(gòu)噴射至少一個(gè)從粉末燃料和液體燃料中選定的組分；并通過外內(nèi)一次空氣噴射孔沿與燃料噴射方向相同的方向噴射一次空氣，從而形成外內(nèi)一次空氣噴射流，其間介有燃料噴射流。
本發(fā)明的設(shè)備和方法可以使用的上述燃料噴射機(jī)構(gòu)，可以包括一個(gè)具有環(huán)形噴射孔的粉末燃料噴射管，通過該孔與用于輸送粉末燃料的空氣一起噴射粉末燃料；可以包括多個(gè)具有液體燃料噴射孔的液體燃料噴射管，這些孔設(shè)置在一個(gè)和同一個(gè)圓周上，通過這些孔沿徑向噴射液體燃料，或者可以包括一個(gè)有一環(huán)形噴射孔的粉末燃料噴射管，通過該孔與輸送粉末燃料的空氣一起噴射粉末燃料，以及一個(gè)附加的燃料噴射機(jī)構(gòu)，包括一個(gè)安置在內(nèi)一次空氣噴射管的內(nèi)側(cè)上并有液體燃料噴射孔的液體燃料噴射管，通過這些孔沿徑向噴射液體燃料。
附圖簡述

圖1是一個(gè)說明性視圖，表示在回轉(zhuǎn)窯中使用的本發(fā)明燃燒設(shè)備的配置；圖2是一種加熱爐的說明性側(cè)視圖，該加熱爐包含本發(fā)明燃燒設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例，即一種粉末燃料燃燒設(shè)備；
圖3(A)是一個(gè)說明性截面?zhèn)纫晥D，表示本發(fā)明的粉末燃料燃燒設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)成；圖3(B)是圖3(A)中所示設(shè)備的說明性前視圖；圖4是一種加熱爐的說明性側(cè)視圖，該加熱爐包含本發(fā)明燃燒設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例，即一種液體燃料燃燒設(shè)備；圖5(A)是一個(gè)說明性截面?zhèn)纫晥D，表示本發(fā)明的液體燃料燃燒設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)成；圖5(B)是圖5(A)中所示設(shè)備的說明性前視圖；圖6是一種加熱爐的說明性側(cè)視圖，該加熱爐包含本發(fā)明燃燒設(shè)備的又一個(gè)實(shí)施例，即一種粉末燃料和液體燃料燃燒設(shè)備；圖7(A)是一個(gè)說明性截面?zhèn)纫晥D，表示本發(fā)明的混合燃燒粉末燃料和液體燃料的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)成。
圖7(B)是圖7(A)中設(shè)備的說明性前視圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方案本發(fā)明的燃燒設(shè)備和燃燒方法有利地用于回轉(zhuǎn)窯，用于生產(chǎn)水泥熟料、氧化鎂熟料或石灰。在本發(fā)明中，燃料至少是粉末燃料和液體燃料中的一種。
如圖1中所示，回轉(zhuǎn)窯1的出口部分連接在產(chǎn)品冷卻設(shè)備2的入口部分上，燃料燃燒設(shè)備3插入回轉(zhuǎn)窯1的出口部分并引向回轉(zhuǎn)窯的入口部分。在回轉(zhuǎn)窯1中生產(chǎn)的產(chǎn)品被引入產(chǎn)品冷卻系統(tǒng)2，由引入冷卻設(shè)備2的冷卻空氣4冷卻，而由冷卻系統(tǒng)2中的熱交換產(chǎn)生的高溫空氣5被返回，作為第二空氣通過冷卻設(shè)備2的入口部分進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯1并用于燃燒燃料。
在本發(fā)明中，當(dāng)使用粉末燃料作為燃料時(shí)，一種包括本發(fā)明的粉末燃料燃燒設(shè)備的加熱爐的實(shí)施例的說明性側(cè)視圖示于圖2。在圖2中，一種圓筒形粉末燃料燃燒設(shè)備11通過爐壁12插入加熱爐如回轉(zhuǎn)窯。燃燒設(shè)備11包括一個(gè)具有環(huán)形噴射孔的粉末燃料噴射管，通過該噴射孔與輸送粉末燃料的空氣一起噴射粉末燃料；一個(gè)具有多個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔的內(nèi)一次空氣噴射管和一個(gè)具有多個(gè)外一次空氣噴射孔的外一次空氣噴射管，該內(nèi)外噴射管分別沿粉末燃料噴射管的內(nèi)外周面設(shè)置。
在圖2中，在安置于加熱爐外面的粉末燃料燃燒設(shè)備11的端部部分13中，設(shè)置一個(gè)粉末燃料輸送管14，用于輸送粉末燃料和燃料輸送空氣的混合流。輸送管14連接在上述粉末燃料噴射管上。同時(shí)，在端部部分13中，設(shè)置一個(gè)一次空氣輸送管15。輸送管15分枝為外一次空氣輸送管16和內(nèi)一次空氣輸送管17，外一次空氣輸送管16連接在外一次空氣噴射管上而內(nèi)一次空氣輸送管17連接在內(nèi)一次空氣噴射管上。在圖2的燃燒設(shè)備中，在設(shè)備的中心部分設(shè)置兩個(gè)用于點(diǎn)火的重油或燃?xì)馊紵?8。
在圖2的燃燒設(shè)備中，一股粉末燃料流19通過一個(gè)環(huán)形噴射孔噴出，多股內(nèi)一次空氣直射流20噴入環(huán)形粉末燃料流的內(nèi)部，而多股外一次空氣直射流噴到環(huán)形粉末燃料流的外部，上述粉末燃料流和內(nèi)外氣流組成一種復(fù)合流，而高溫二次空氣流5被混入該復(fù)合氣流，以使粉流燃料燃燒。
本發(fā)明的用于粉末燃料的燃燒設(shè)備的特征在于，具有一個(gè)粉末燃料噴射管、一個(gè)沿粉末燃料噴射管外周面設(shè)置的外一次空氣噴射管和一個(gè)沿粉末燃料噴射管內(nèi)周面設(shè)置的內(nèi)一次空氣噴射管；所述粉末燃料噴射管有一個(gè)環(huán)形噴射孔，通過該孔與輸送粉末燃料的空氣一起噴射粉末燃料；所述外一次空氣噴射管有多個(gè)噴射孔，通過這些孔噴射一次空氣，其噴射方向與通過環(huán)形噴射孔噴射粉末燃料的方向相同；所述內(nèi)一次空氣噴射管有多個(gè)噴射孔，通過這些孔噴射一次空氣，其噴射方向與通過環(huán)形噴射孔噴射粉末燃料的方向相同。
同時(shí)，本發(fā)明的利用上述粉末燃料燃燒設(shè)備的燃燒方法的特征在于，粉末燃料是與輸送粉末燃料的空氣一起通過上述環(huán)形噴射孔噴射的，而一次空氣是通過多個(gè)內(nèi)外一次空氣噴射孔噴射的，其噴射方向與粉末燃料噴射流的方向相同，形成內(nèi)外一次空氣直射流，兩者之間是粉末燃料噴射流。
本發(fā)明的粉末燃料燃燒設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的說明性截面?zhèn)纫晥D和說明性前視圖示于圖3(A)和3(B)中。圖3(A)是圖3(B)中示出的設(shè)備沿彎曲線X-X′的說明性截面圖。
在圖3(A)和3(B)中，在圓筒形燃燒設(shè)備11的最外周壁22內(nèi)部設(shè)置一個(gè)外一次空氣噴射管23，而在管23的一個(gè)噴射端部中形成多個(gè)、例如6至16個(gè)，最好8至14個(gè)、外一次空氣噴射孔24。在外一次空氣噴射管23的內(nèi)側(cè)上，以與外一次空氣噴射管23成同心圓的關(guān)系設(shè)置一個(gè)粉末燃料噴射管25，用于噴射粉末燃料和輸送粉末燃料的空氣的混合物，而在管25的端部中，形成一個(gè)環(huán)形粉末燃料噴射孔26。其次，在粉末燃料噴射管25的內(nèi)側(cè)上，設(shè)置一個(gè)內(nèi)一次空氣噴射管27，而在管27的一個(gè)噴射端部中形成多個(gè)、例如6至16個(gè)，最好8至14個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔28。
上述環(huán)形粉末燃料噴射孔26、外一次空氣噴射孔24和內(nèi)一次空氣噴射孔28是這樣形成的，使得其噴射方向彼此相同(或彼此平行)。因此，粉末燃料通過環(huán)形粉末燃料噴射孔26噴射而形成一股具有環(huán)形截面輪廓的粉末燃料流19，一次空氣通過多個(gè)外一次空氣噴射孔24而形成多股外一次空氣直射流。這些燃料流和氣流沿粉末燃料流19的外周面前進(jìn)。同時(shí)，一次空氣通過多個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔28噴射而形成多股內(nèi)一次空氣直射流，它們沿具有環(huán)形截面的粉末燃料流的內(nèi)周面前進(jìn)。因此，粉末燃料流介于內(nèi)外一次空氣直射流之間，由此被加速和擴(kuò)散。擴(kuò)散的粉末燃料與通過外一次空氣直射流之間形成的間隙而行進(jìn)的高溫二次空氣混合，并且燃燒。在該程序中，因?yàn)橥庖淮慰諝饬魇且愿咚賴娙攵鄠€(gè)分開的直射氣流中的，所以高溫的二次空氣可以容易地通過該多個(gè)外一次空氣直射流，并可高效地與粉末燃料流混合而形成狹窄角度短火焰形式的燃燒火焰且產(chǎn)生高燃點(diǎn)溫度。而且，在該燃燒程序中，該多個(gè)內(nèi)一次空氣直射流有效地用于促進(jìn)粉末燃料的擴(kuò)散，同時(shí)生成一個(gè)在燃燒火焰中形成的高溫的內(nèi)循環(huán)流動，從而穩(wěn)定火焰。
在本發(fā)明的粉末燃料用的燃燒設(shè)備中，對內(nèi)一次空氣噴射孔28和外一次空氣噴射孔24的形式、尺寸和配置沒有限制。最好是，外一次空氣噴射孔24和內(nèi)一次空氣噴射孔28的節(jié)圓直徑(P、C、D)為300至800mm。
如圖3(A)和3(B)中所示，最好，外噴射管23的多個(gè)外一次空氣噴射孔24和內(nèi)噴射管27的多個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔28安置在兩個(gè)同心圓周上，兩同心圓周之間安置噴射管25的環(huán)形粉末燃料噴射孔26，而內(nèi)一次空氣噴射孔28的位置偏離通過各個(gè)外一次空氣噴射孔24中心和同心圓中心而延伸的直線。同時(shí)，最好，每個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔安置在一對直線32和33之間，這一對直線32和33延伸通過每對相鄰的外一次空氣噴射孔的中心和同心圓中心31。上述一次空氣噴射孔的配置使空氣渦流能夠在環(huán)形粉末燃料噴射流的內(nèi)外兩個(gè)圓周面上可靠地產(chǎn)生。同時(shí)，因?yàn)閮?nèi)外一次空氣流是由許多直射氣流組成的，所以空氣渦流表面積非常大，從而可以獲得這樣一種有利的效果，即粉末燃料可以高效地劇烈燃燒。在上述本發(fā)明的燃燒設(shè)備中，不需要那種在常規(guī)燃燒設(shè)備中認(rèn)為必需的用于形成常規(guī)內(nèi)一次空氣轉(zhuǎn)向氣流的機(jī)構(gòu)。當(dāng)然，上述用于形成內(nèi)一次空氣轉(zhuǎn)向氣流的機(jī)構(gòu)可以任選地附加于本發(fā)明的燃燒設(shè)備上。
本發(fā)明的用于粉末燃料的燃燒方法使用本發(fā)明的粉末燃料燃燒設(shè)備。該方法的特征在于，粉末燃料是與用于輸送粉末燃料的空氣一起通過環(huán)形噴射孔噴射的，而一次空氣是通過內(nèi)外一次空氣噴射孔噴射的，其噴射方向與粉末燃料噴射流的方向相同，形成內(nèi)外一次空氣直射流，兩者之間是粉末燃料噴射流。
在本發(fā)明的方法中，粉末燃料是與粉末燃料輸送空氣一起通過環(huán)形噴射孔噴射的，而一次空氣是通過多個(gè)外內(nèi)一次空氣噴射孔噴射的，其噴射方向與粉末燃料噴射流的方向相同，形成外內(nèi)一次空氣直射流，兩者之間是粉末燃料噴射流。
在本發(fā)明的方法中，對粉末燃料的種類沒有限制。通常，使用固體粉末燃料如煤粉和焦炭粉。另外，也可以使用各種廢料，如可燃的塑性樹脂粉末、垃圾粉末、木材廢料(木屑)和谷殼等。
本發(fā)明的方法非常有效地用于生產(chǎn)水泥熟料、氧化鎂熟料和石灰的回轉(zhuǎn)窯中。在這種情況下，高溫二次空氣通過一個(gè)安置在回轉(zhuǎn)窯下游的產(chǎn)品冷卻設(shè)備送入回轉(zhuǎn)窯。該高溫二次空氣被混入由外一次空氣直射流、具有環(huán)形截面的粉末燃料流和內(nèi)一次空氣直射流組成的復(fù)合流中，而粉末燃料可以高效地燃燒。
在本發(fā)明的使用粉末燃料的方法中，粉末燃料通過環(huán)形噴射孔的噴射速度為30至50m/sec，最好為35至45m/sec，同時(shí)外內(nèi)一次空氣流通過外內(nèi)噴射孔的噴射速度為200至300m/sec，最好為250至300m/sec，而在常規(guī)方法中一次空氣噴射速度為約100m/sec。
當(dāng)噴射速度如上所述受到調(diào)整時(shí)，表示通過環(huán)形的粉末燃料噴射孔和外內(nèi)一次空氣噴射孔的空氣總量對理論的燃燒空氣量之比的一次空氣比從20～25％的常規(guī)值降低到8～15％，最好是8～12％。也就是，在本發(fā)明的使用本發(fā)明燃燒設(shè)備的燃燒方法中，噴射流的動量可以增大25～35％，而二次空氣的伴隨動量和伴隨時(shí)間可以保持在一個(gè)與常規(guī)方法類似的水平。噴射流動量和二次空氣伴隨動量可以按照下述方程式(1)和(2)計(jì)算Go=moUo(1)Ge=K·(mo(X/2R)0.5-1)·Ve(2)在方程式(1)和(2)中Go為噴射流的動量Ge為二次空氣伴隨動量mo為噴射流質(zhì)量流動速率(Kg/sec)Uo為噴射流速度(m/sec)X為噴射流軸線距離(m)R為噴射流直徑(m)Ve為噴射流抽吸速度(m/sec)K為常數(shù)。
在本發(fā)明的方法中，當(dāng)一次空氣的噴射速度(Uo)從常規(guī)方法的約100m/sec增大到200至300m/sec以增大噴射流的動量(Go)時(shí)，噴射速度的這種增大導(dǎo)致二次空氣伴隨動量(Ge)正比于噴射流的動量(Go)而增大。但是，當(dāng)二次空氣伴隨動量(Ge)和伴隨時(shí)間保持在類似于常規(guī)方法的水平時(shí)，因?yàn)榛鹧鎳娚淞髋c空氣的混合以及初始階段中的燃燒被進(jìn)行到類似常規(guī)方法的程度，所以一次空氣量可以減小。在這種情況下，一次空氣量的減小可以由高溫二次空氣補(bǔ)償，因此燃燒速度可以增大，而燃燒效率可以提高。
通過使用本發(fā)明的用于粉末燃料的燃燒設(shè)備和方法，利用粉末燃料可以形成一個(gè)狹窄角度短火焰形式的燃燒火焰，因此旋渦數(shù)(旋渦數(shù)是一個(gè)代表旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的無量綱的量，如下面示出的方程式(3)所表示的)可以成為零，并能形成一個(gè)自然噴射流。而且，在常規(guī)的設(shè)備和方法中，對于常規(guī)設(shè)備和方法可以利用的煤中的揮發(fā)性物質(zhì)的含量必須是18％或更多。但是，利用本發(fā)明的設(shè)備和方法，可以利用的煤的易揮發(fā)物質(zhì)的含量的低限可以減小到約10％。
SW=Gφ/GXR(3)在方程式(3)中SW為旋渦數(shù)，Gφ為沿軸向的角動量通量，GX為沿軸向的推力，R為燃燒器噴射直徑。
在本發(fā)明中，可以使用液體燃料作為燃料。圖4表示一種包含本發(fā)明液體燃料燃燒設(shè)備的加熱爐的實(shí)施例的說明性側(cè)視圖。
在圖4中，圓筒形液體燃料燃燒設(shè)備11a通過加熱爐的加熱爐壁12插入加熱爐(如回轉(zhuǎn)窯1)。在該燃燒設(shè)備11a中，具有供沿徑向噴射液體燃料用的液體燃料噴射孔26a的多個(gè)液體燃料噴射管25a設(shè)置在一個(gè)和同一個(gè)圓周上，而一個(gè)具有一或多個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔28以噴射一次空氣的內(nèi)一次空氣噴射管27和一個(gè)具有多個(gè)外一次空氣噴射孔24以噴射一次空氣的外一次空氣噴射管23分別沿設(shè)置液體燃料噴射管25的圓周的內(nèi)側(cè)和外側(cè)設(shè)置。
參照圖4，在安置于加熱爐外面的液體燃料燃燒設(shè)備11a的端部部分13中，設(shè)置一個(gè)液體燃料輸送管14a，并連接于上述液體燃料噴射管上。同時(shí)，在端部部分13中設(shè)置一個(gè)一次空氣輸送管15。一次空氣輸送管15分枝為外一次空氣輸送管16和內(nèi)一次空氣輸送管17。外一次空氣輸送管16連接在外一次空氣噴射管上而內(nèi)一次空氣輸送管17連接在內(nèi)一次空氣噴射管上。在圖4的燃燒設(shè)備11a中，可以設(shè)置用于點(diǎn)火的一個(gè)或多個(gè)重油燃燒器或氣體燃燒器(圖4中未示出)。
在圖4的燃燒設(shè)備11a中，液體燃料流19a通過噴射孔沿徑向噴射，內(nèi)一次空氣直射流20在液體燃料流19a的內(nèi)部噴射，而外一次空氣直射流21在液體燃料流19a的外部噴射，由此從這些流形成一復(fù)合流，而高溫二次空氣5被混入該復(fù)合流，從而使液體燃料燃燒。
本發(fā)明的液體燃料燃燒設(shè)備的特征在于包括多個(gè)液體燃料噴射管，安置在一個(gè)和同一個(gè)圓周上并有液體燃料噴射孔，通過這些孔沿徑向噴射液體燃料；一個(gè)外一次空氣噴射管，有多個(gè)設(shè)置在液體燃料噴射孔外側(cè)的外一次空氣噴射孔，通過這些孔沿平行于液體燃料噴射孔中心軸向的方向噴射一次空氣；以及一個(gè)內(nèi)一次空氣噴射管，有至少一個(gè)設(shè)置在液體燃料噴射孔內(nèi)側(cè)的內(nèi)一次空氣噴射孔，通過這些孔沿平行于液體燃料噴射孔的中心軸向的方向噴射一次空氣。
同時(shí)，本發(fā)明的液體燃料燃燒方法使用本發(fā)明的液體燃料燃燒設(shè)備，其特征在于，液體燃料通過液體燃料噴射孔沿徑向噴射，而一次空氣通過與液體燃料噴射孔的中心軸向平行的外一次空氣噴射孔和內(nèi)一次空氣噴射孔噴射，由此使噴射的液體燃料流與外內(nèi)一次空氣直射氣流混合而使噴射的液體燃料燃燒。
圖5(A)和5(B)分別表示液體燃料燃燒設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的說明性截面?zhèn)纫晥D和說明性前視圖。圖5(A)表示圖5(B)的設(shè)備沿彎曲線Y-Y′的說明性截面?zhèn)纫晥D。
在圖5(A)和5(B)中，在圓筒形液體燃料燃燒設(shè)備3的最外周壁22的內(nèi)部設(shè)置一個(gè)外一次空氣噴射管23，而在噴射管23的噴射端部中形成多個(gè)、例如5至20個(gè)，最好8至18個(gè)外一次空氣噴射孔24。在外一次空氣噴射管23的內(nèi)側(cè)上，設(shè)置一個(gè)或多個(gè)、例如1至6個(gè)，最好1至4個(gè)液體燃料噴射管25a，用于噴射液體燃料。在每個(gè)噴射管的一端，形成一個(gè)沿徑向噴射液體燃料的液體燃料噴射孔26a。在圍繞中心31的一個(gè)和同一個(gè)圓周上設(shè)置一個(gè)或多個(gè)液體燃料噴射孔26a，該液體燃料噴射孔26a的中心軸線彼此平行。其次，在液體燃料噴射管25a的內(nèi)側(cè)上設(shè)置一個(gè)內(nèi)一次空氣噴射管27，而在噴射管的一端，形成一個(gè)或多個(gè)、例如1至12個(gè)，最好1至8個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔28。
上述外一次空氣噴射孔24和內(nèi)一次空氣噴射孔28以這樣的方式形成，就是這些孔的噴射方向與上述液體燃料噴射孔26a的中心軸線方向相同(平行)。液體燃料通過每個(gè)液體燃料噴射孔26a噴射而形成一個(gè)徑向流，而一次空氣通過安置在噴射孔外側(cè)的外一次空氣噴射孔24噴射而形成外一次空氣直射流，該直射流在液體燃料流的外側(cè)前進(jìn)并與該噴射的液體燃料混合。同時(shí)，一次空氣通過一個(gè)或多個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔28噴射而形成內(nèi)一次空氣直射流20，該直射流在液體燃料流的內(nèi)側(cè)前進(jìn)并與該噴射的液體燃料混合。因此，液體燃料流與分別在液體燃料流外側(cè)和內(nèi)側(cè)流動的外內(nèi)一次空氣直射流混合，并由該一次空氣流加速和擴(kuò)散，而且與通過外一次空氣直射流行進(jìn)的高溫二次空氣進(jìn)一步混合并燃燒。在該方法中，外一次空氣流以高速噴射而形成一股直射氣流，最好是多股分開的直射氣流。因此，該高溫二次空氣可以容易地在該多股一次空氣直射流之間通過，并可以與液體燃料流高效地混合，形成一個(gè)狹窄角度短火焰形式的燃燒火焰，并具有高的燃點(diǎn)溫度。而且，當(dāng)形成多個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔24時(shí)，生成的內(nèi)一次空氣直射流有利地用于促進(jìn)液體燃料流的擴(kuò)散并同時(shí)在燃燒火焰中形成高溫內(nèi)循環(huán)流，因此使火焰穩(wěn)定。
在本發(fā)明的液體燃料燃燒設(shè)備中，對內(nèi)一次空氣噴射孔28和外一次空氣噴射孔24的形式和尺寸沒有限制。通常，外一次空氣噴射孔24和內(nèi)一次空氣噴射孔28的節(jié)圓直徑(P.C.D.)最好為300至800mm。
同時(shí)，每個(gè)具有液體燃料噴射孔的液體燃料噴射管25a形成一個(gè)向外膨脹的圓錐形噴射噴嘴。例如，當(dāng)C重油用作液體燃料時(shí)，最好將C重油加熱到85至100℃的溫度以將其粘性阻力減小到20至30cst，并置于30至40kg/cm2G的壓力之下。
如圖5(A)和5(B)中所示，在內(nèi)一次空氣噴射管27有多個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔28的場合，最好是該多個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔28和多個(gè)外一次空氣噴射孔24安置在同心的圓周上，這些同心的圓周圍繞將多個(gè)液體燃料噴射孔26a設(shè)置于其上面的圓周的中心點(diǎn)31。同時(shí)，在內(nèi)一次空氣噴射管27只有一個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔28的場合，最好是該一個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔的中心點(diǎn)與將多個(gè)液體燃料噴射孔26a設(shè)置于其上面的圓周的中心點(diǎn)31是同一個(gè)，而將多個(gè)外一次空氣噴射孔24設(shè)置于其上面的圓周與將多個(gè)液體燃料噴射孔26a設(shè)置于其上面的圓周是圍繞中心點(diǎn)31的同心圓。上述一次空氣噴射孔24和28的配置使渦流能夠在液體燃料流的外內(nèi)兩側(cè)上可靠地產(chǎn)生，而一次空氣與液體燃料均勻地混合。最好是，內(nèi)外兩個(gè)一次空氣流分別形成許多個(gè)直射氣流。在這種情況下，渦流表面積可以變得很大，因此液體燃料可以高效地劇烈燃燒。在本發(fā)明的液體燃料燃燒設(shè)備中，不需要形成內(nèi)一次空氣轉(zhuǎn)向氣流用的常規(guī)機(jī)構(gòu)，該常規(guī)機(jī)構(gòu)對常規(guī)設(shè)備卻是必需的。但是，該形成內(nèi)一次空氣轉(zhuǎn)向氣流用的常規(guī)機(jī)構(gòu)可以任選地加在本發(fā)明的燃燒設(shè)備上。
本發(fā)明的液體燃料燃燒方法使用本發(fā)明的上述液體燃料燃燒設(shè)備。在該方法中，液體燃料通過液體燃料噴射孔沿徑向噴射，而一次空氣通過與液體燃料噴射管的中心軸線方向平行的外內(nèi)一次空氣噴射孔噴射，由此使噴射的液體燃料流與外內(nèi)一次空氣流混合而使液體燃料燃燒。
在本發(fā)明的方法中，對液體燃料的種類沒有限制。通常，該液體燃料可以選自下述液態(tài)燃料，如重油、廢油和再生油以及包含可燃性粉末或廢料粉末的稀漿燃料，所述可燃性粉末如煤粉、焦炭粉和可燃性塑料粉，所述廢料粉末如垃圾、廢木片(木屑)和谷殼。稀漿的介質(zhì)可以是液態(tài)燃料(如重油、廢油或再生油)或水。
本發(fā)明的方法可以非常有利于用于生產(chǎn)水泥熟料、氧化鎂熟料和石灰的回轉(zhuǎn)窯中。在這種應(yīng)用中，高溫二次空氣通過一個(gè)安置在回轉(zhuǎn)窯下游的產(chǎn)品冷卻設(shè)備送入回轉(zhuǎn)窯。該高溫二次空氣被混入由外一次空氣直射流、流體燃料噴射流和內(nèi)一次空氣直射流形成的復(fù)合流中，以使液體燃料高效地燃燒。
在本發(fā)明的過程中，通過液體燃料噴射孔26a的液體燃料噴射程序被控制到這樣一種程度，使得噴射的液體燃料液滴的粒徑優(yōu)選地為10至300μm，更優(yōu)選地為10至150μm。液滴粒徑是根據(jù)液體燃料的種類和粘性與噴射孔的形式和尺寸來確定的。所希望的液滴粒徑可以通過控制施加到液體燃料的壓力及噴射孔的形式和尺寸來得到。
外內(nèi)一次空氣在每個(gè)噴射孔處的噴射速度優(yōu)選地為200至300m/sec，更優(yōu)選地為250至300m/sec，而常規(guī)噴射速度為約100m/sec。在上述條件下，一次空氣比(表示通過液體燃料噴射孔和外內(nèi)一次空氣噴射孔噴射的空氣總量對理論的燃燒空氣量之比)可以從常規(guī)值的12至15％下降到5至10％，最好時(shí)為6至9％。也就是，在使用本發(fā)明燃燒設(shè)備的燃燒方法中，液體燃料的噴射流動量可以增加常規(guī)動量的25至35％，而二次空氣伴隨動量和伴隨時(shí)間保持在與常規(guī)方法類似的水平。
液體燃料的噴射流動量和二次空氣的伴隨動量可以按照與粉末燃料同一方式的上述方程式(1)和(2)計(jì)算。
在本發(fā)明的方法中，當(dāng)一次空氣的噴射速度(Uo)從常規(guī)方法的約100m/sec增大到200至300m/sec以增大噴射流的動量(Go)時(shí)，這種增大導(dǎo)致二次空氣伴隨動量(Ge)正比于噴射流的動量(Go)而增大。在這種情況下，當(dāng)二次空氣伴隨動量(Ge)和伴隨時(shí)間保持在類似于常規(guī)方法的水平時(shí)，火焰流與空氣的混合以及初始階段的燃燒被進(jìn)行到類似常規(guī)方法的程度，因此一次空氣的量可以減小。在這種情況下，因?yàn)橐淮慰諝饬康臏p小可以由高溫二次空氣補(bǔ)償，所以燃燒速度可以增大，而燃燒效率可以提高。
通過使用本發(fā)明的液體燃料燃燒設(shè)備和方法，可以以類似于使用粉末燃料的方式產(chǎn)生狹窄角度短火焰形式的燃燒火焰。因此，旋渦數(shù)(旋渦數(shù)是一個(gè)由上述方程式(3)定義的表示旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的無量綱的量)可以成為零，并能形成一自然噴射流。而且，在常規(guī)的設(shè)備和方法中，對于可以使用的液體燃料種類存在限制。但是，利用本發(fā)明的設(shè)備和方法，可以使用的液體燃料的范圍可以擴(kuò)大。
在本發(fā)明中，可以與液體燃料一起使用粉末燃料。圖6表示一種包含上述本發(fā)明混合燃燒設(shè)備的加熱爐的實(shí)施例的說明性側(cè)視圖。
參照圖6，供粉末燃料和液體燃料用的圓筒形混合燃燒設(shè)備11b通過加熱爐的壁12插入加熱爐如回轉(zhuǎn)窯。這個(gè)將在下面參照圖7說明的混合燃燒設(shè)備包括一個(gè)粉末燃料噴射管25，具有一個(gè)環(huán)形噴射孔26，用于與輸送粉末燃料的空氣一起噴射粉末燃料；一個(gè)內(nèi)一次空氣噴射管27，具有多個(gè)噴射一次空氣用的內(nèi)一次空氣噴射孔28，沿粉末燃料噴射管25的內(nèi)周面設(shè)置；一個(gè)外一次空氣噴射管23，具有多個(gè)噴射一次空氣用的外一次空氣噴射孔24，沿粉末燃料噴射管25的外周面設(shè)置；以及一個(gè)液體燃料噴射管39，具有用于沿徑向噴射液體燃料的液體燃料噴射孔38，設(shè)置在內(nèi)一次空氣噴射管24的內(nèi)部。
在圖6中，在安置于加熱爐外側(cè)的混合燃燒設(shè)備11b的端部部分13中，設(shè)置一個(gè)用于與粉末燃料輸送空氣一起輸送粉末燃料混合流的粉末燃料輸送管14，而粉末燃料輸送管14連接在上述粉末燃料噴射管上。同時(shí)，在端部部分13中設(shè)置一個(gè)一次空氣輸送管15，而該輸送管分枝為一個(gè)外一次空氣輸送管16和一個(gè)內(nèi)一次空氣輸送管17，該外一次空氣輸送管16連接在外一次空氣噴射管上，而該內(nèi)一次空氣輸送管17連接在內(nèi)一次空氣噴射管上。
在圖6的混合燃燒設(shè)備11b中，一個(gè)或多個(gè)液體燃料輸送管18a安置在設(shè)備的中心部分。同時(shí)，在中心部分，可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)用于點(diǎn)火的重油燃燒器或煤氣燃燒器。
在圖6的混合燃燒設(shè)備中，粉末燃料流19通過環(huán)形噴射孔噴射，內(nèi)一次空氣直射流20噴入環(huán)形粉末燃料流的內(nèi)側(cè)，外一次空氣直射流21噴入環(huán)形粉末燃料流的外側(cè)，而徑向液體燃料噴射流37噴入內(nèi)一次空氣直射流的內(nèi)側(cè)，由此從上述各流形成一復(fù)合流，而高溫二次空氣5混入該復(fù)合流，以使粉末燃料和液體燃料燃燒。
本發(fā)明的用于粉末燃料和液體燃料的混合燃燒設(shè)備包括一個(gè)粉末燃料噴射管，有一個(gè)環(huán)形噴射孔，用于與粉末燃料輸送空氣一起噴射粉末燃料；一個(gè)外一次空氣噴射管，有多個(gè)沿粉末燃料噴射管的外周面設(shè)置的外一次空氣噴射孔，能夠沿與通過環(huán)形孔的粉末燃料噴射方向相同的方向噴射一次空氣；一個(gè)內(nèi)一次空氣噴射管，有多個(gè)沿粉末燃料噴射管的內(nèi)周面設(shè)置的內(nèi)一次空氣噴射孔，能夠沿與通過環(huán)形噴射孔的粉末燃料噴射方向相同的方向噴射一次空氣；以及一個(gè)液體燃料噴射管，具有在內(nèi)一次空氣噴射管內(nèi)側(cè)設(shè)置的液體燃料噴射孔，能夠沿徑向噴射液體燃料。
同時(shí)，本發(fā)明的用于粉末燃料和液體燃料的混合燃燒方法使用本發(fā)明的用于粉末燃料和液體燃料的上述混合燃燒設(shè)備，并包括通過環(huán)形噴射孔與粉末燃料輸送空氣一起噴射粉末燃料；通過多個(gè)外內(nèi)一次空氣噴射孔沿與粉末燃料噴射流的同一方向噴射一次空氣，以形成外內(nèi)一次空氣直射流，在兩者之間介有粉末燃料噴射流；以及通過液體燃料噴射孔沿徑向噴射液體燃料，由此使粉末燃料和液體燃料與一次空氣流混合，以使粉末燃料和液體燃料燃燒。
圖7(A)和7(B)分別表示本發(fā)明的用于粉末燃料和液體燃料的混合燃燒設(shè)備的實(shí)施例的說明性截面?zhèn)纫晥D和說明性前視圖。圖7(A)是圖7(B)中所示設(shè)備沿彎曲線Z-Z′的說明性截面?zhèn)纫晥D。
參照圖7(A)和7(B)，在圓筒形混合燃燒設(shè)備的最外周壁22的內(nèi)側(cè)安置一個(gè)外一次空氣噴射管23，而在噴射管23的一個(gè)噴射端部中，安置多個(gè)、例如5至20個(gè)，最好8至18個(gè)外一次空氣噴射孔24。在外一次空氣噴射管23內(nèi)部，設(shè)置一個(gè)用于與粉末燃料輸送空氣一起噴射粉末燃料的粉末燃料噴射管25，該管與外一次空氣噴射管23成同心圓關(guān)系，而在粉末燃料噴射管的端部中，形成一個(gè)環(huán)形噴射孔。其次，在粉末燃料噴射管25的內(nèi)側(cè)設(shè)置一個(gè)內(nèi)一次空氣噴射管27，而在該內(nèi)一次空氣噴射管27的一個(gè)端部中形成多個(gè)、例如6至16個(gè)，最好8至14個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔28。
在內(nèi)一次空氣噴射管27內(nèi)部，設(shè)置一個(gè)或多個(gè)(在圖7(A)和7(B)中為2個(gè))液體燃料噴射管39，而在每個(gè)噴射管39的一個(gè)端部中形成一個(gè)用于沿徑向噴射液體燃料的液體燃料噴射孔38。如圖7(A)中所示，在液體燃料噴射孔38中，形成一個(gè)向外擴(kuò)張的圓錐形噴射嘴空間，而液體燃料通過液體燃料噴射孔38沿徑向噴射并與一次空氣混合。
上述環(huán)形噴射孔26、外一次空氣噴射孔24和內(nèi)一次空氣噴射孔28以這樣的方式形成，使得通過這些孔的噴射方向互相相同(平行)。因此，粉末燃料通過環(huán)形噴射孔26噴射，形成具有環(huán)形截面的粉末燃料流19，而通過液體燃料噴射管39輸送的液體燃料通過液體燃料噴射孔沿徑向噴射。其次，一次空氣通過多個(gè)外一次空氣噴射孔24噴射而形成多個(gè)外一次空氣直射流，它們沿粉末燃料流19的外側(cè)前進(jìn)。同時(shí)，一次空氣通過多個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔28噴射而形成多個(gè)內(nèi)一次空氣直射流，它們沿具有環(huán)形截面形狀的粉末燃料流19的內(nèi)側(cè)前進(jìn)。因此，粉末燃料流19介于內(nèi)外一次空氣直射流之間并由此受到加速和擴(kuò)散，且與通過外一次空氣直射流的高溫二次空氣混合而燃燒。在這種情況下，因?yàn)橥庖淮慰諝饬魇且灾鄙錃饬餍问阶詈檬嵌鄠€(gè)分隔的直射氣流、以高速噴射的，所以高溫二次空氣可以容易地通過該多個(gè)一次空氣直射流中心之間而與粉末燃料流19和液體燃料噴射流一起高效地混合，因此可以形成一個(gè)狹窄角度短火焰形式的燃燒火焰并可以產(chǎn)生一個(gè)高燃點(diǎn)溫度。同時(shí)，在這種情況下，內(nèi)一次空氣直射氣流有助于促進(jìn)粉末燃料流19和液體燃料噴射流37的擴(kuò)散，同時(shí)在燃燒火焰中形成高溫內(nèi)循環(huán)流以使火焰穩(wěn)定。
在本發(fā)明的混合燃燒設(shè)備中，對內(nèi)一次空氣噴射孔28和外一次空氣噴射孔24的形式和尺寸沒有限制。通常，外內(nèi)一次空氣噴射孔28和24的節(jié)圓直徑(P.C.D.)最好為300至800mm。同時(shí)，液體燃料噴射管39的液體燃料噴射孔38形成一個(gè)向外擴(kuò)張的圓錐形噴射噴嘴。例如，如果將C重油用作液體燃料，那么最好將C重油加熱到80至100℃的溫度，以便將燃料的粘性阻力減小到20至30cst，并將其置于30至40kg/cm2G的壓力下。
如圖7(A)和7(B)中所示，最好外一次空氣噴射管23的多個(gè)外一次空氣噴射孔24和內(nèi)一次空氣噴射管27的多個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔28分別設(shè)置在外面和內(nèi)面的兩個(gè)同心圓周上，兩同心圓周之間安置粉末燃料噴射管25的環(huán)形孔26。同時(shí)，優(yōu)選的是，內(nèi)一次空氣噴射孔28的位置與通過外一次空氣噴射孔24的中心點(diǎn)和上述同心圓周的中心點(diǎn)延伸的直線相隔開。其次，更優(yōu)選的是，每個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔28安置在一對直線32和33之間，這一對直線32和33延伸通過每對相鄰的外一次空氣噴射孔24的中心點(diǎn)和上述同心圓周的中心點(diǎn)31。
上述一次空氣噴射孔的配置有助于在環(huán)形粉末燃料流的外內(nèi)兩側(cè)上可靠地產(chǎn)生渦流。最好是，內(nèi)外兩個(gè)一次空氣流由多個(gè)直射氣流組成。在這種情況下，渦流的表面積變得非常大，作為有利的結(jié)果，粉末燃料和液體燃料可以高效地劇烈燃燒。在本發(fā)明的上述混合燃燒設(shè)備中，不需要那種在常規(guī)設(shè)備中必需的用于形成內(nèi)一次空氣轉(zhuǎn)向氣流的常規(guī)機(jī)構(gòu)。但是，用于形成內(nèi)一次空氣轉(zhuǎn)向氣流的機(jī)構(gòu)可以任意選擇地加到本發(fā)明的混合燃燒設(shè)備上。同時(shí)，如果需要，可以將一或多個(gè)點(diǎn)火燃燒器(重油燃燒器或煤氣燃燒器)設(shè)置在本發(fā)明的混合燃燒設(shè)備的中心部分中。
本發(fā)明的用于粉末燃料和液體燃料的混合燃燒方法使用本發(fā)明的粉末燃料和液體燃料混合燃燒設(shè)備。在該方法中，粉末燃料與輸送粉末燃料的空氣一起通過一個(gè)環(huán)形噴射孔噴射，一次空氣通過多個(gè)外內(nèi)一次空氣噴射孔沿與粉末燃料噴射流相同的方向噴射而形成外內(nèi)一次空氣直射氣流，其間設(shè)有粉末燃料噴射流，另外液體燃料通過液體燃料噴射孔沿徑向噴射，并與一次空氣混合，由此使粉末燃料和液體燃料混合燃燒。
在本發(fā)明的混合燃燒方法中，對混合燃料沒有限制。通常，粉末燃料包括一種固體粉末燃料，如煤粉或焦炭粉。另外，作為粉末燃料，可以利用廢料，如可燃性塑料粉、廢物垃圾、廢木片(木屑)和谷殼。
本發(fā)明的混合燃燒方法所使用的液體燃料的種類不受限制。優(yōu)先使用通常的液態(tài)燃料，如重油、廢油和再生油以及含有可燃性粉末的稀漿燃料，如含有煤粉、焦炭粉、可燃性塑料粉和可燃性橡膠粉的稀漿。同時(shí)，作為稀漿的介質(zhì)，可以使用水和液態(tài)燃料(重油、廢油和再生油)。
本發(fā)明的混合燃燒方法可以非常有利地用于生產(chǎn)水泥熟料(Clinker)、氧化鎂熟料和石灰的回轉(zhuǎn)窯。在這種情況下，高溫二次空氣從設(shè)置在回轉(zhuǎn)窯下游的產(chǎn)品冷卻設(shè)備送入回轉(zhuǎn)窯中。該高溫二次空氣被引入復(fù)合流并與其混合，該復(fù)合流由外一次空氣直射流、具有環(huán)形截面的粉末燃料流、內(nèi)一次空氣直射流和沿徑向擴(kuò)張的液體燃料噴射流組成，而粉末燃料和液體燃料可以高效地燃燒。
在本發(fā)明的混合燃燒方法中，粉末燃料優(yōu)選地以30至50m/sec更優(yōu)選地以35至45m/sec的噴射速度通過環(huán)形噴射孔26噴射，同時(shí)外一次空氣和內(nèi)一次空氣分別優(yōu)選地以200至300m/sec更優(yōu)選地以250至300m/sec的噴射速度通過內(nèi)外噴射孔噴射，而常規(guī)的一次空氣噴射速度為約100m/sec。同時(shí)，在本方法的混合燃燒方法中，通過噴射孔噴射的液體燃料的液滴粒徑優(yōu)選地控制在10至300μm，更優(yōu)選地控制在10至150μm。通過以上述方式進(jìn)行粉末燃料噴射、一次空氣噴射和液體燃料噴射，一次空氣比、表示通過環(huán)形粉末燃料噴射孔和外內(nèi)一次空氣噴射孔噴射的一次空氣總量對理論燃燒空氣量之比、可以從常規(guī)值的20至25％降低到8至15％，優(yōu)選地為8至12％，而一次空氣量的減少由高溫二次空氣量的增加所補(bǔ)償，因此燃燒可以進(jìn)行到這樣的程度，使燃燒速度增加，燃燒火焰以狹窄角度短火焰形式形成，而燃點(diǎn)溫度可以滿意地提高，同時(shí)對爐壁沒有損害。也就是，在使用本發(fā)明混合燃燒設(shè)備的燃燒方法中，噴射流動量可以比常規(guī)方法增大25至35％，而二次空氣伴隨動量和伴隨時(shí)間保持在與常規(guī)方法相似的水平。
在本發(fā)明中，通過根據(jù)液體燃料的種類和粘度來適當(dāng)?shù)乜刂剖┘佑谝后w燃料的噴射壓力以及噴射孔的形式和尺寸、噴射速度及噴射溫度，可以將噴射的液體燃料的液滴粒徑調(diào)整到10至300μm。噴射的液體燃料的液滴粒徑可以根據(jù)下述方程式來計(jì)算d‾=47(DVe)(g·σeδg)0.25[1+3.31μe(σe·δe·D)0.5]]]>dmax=(2~2.5)d‾]]>
d為平均液滴粒徑[m]Ve為燃料噴射速度[m/s]δg為環(huán)境氣體密度[kg/m3]δe為燃料密度[kg/m3]σe為燃料表面張力[N/m]D為噴射孔直徑[m]dmax為最大液滴粒徑[m]μe為燃料的粘度[Pa·S]噴射流的動量和二次空氣的伴隨動量可以根據(jù)上述方程式(1)和(2)計(jì)算。
在本發(fā)明的混合燃燒方法中，一次空氣的噴射速度(U0)從約100m/sec的常規(guī)值增加到200至300m/sec的水平，從而增大噴射流的動量，二次空氣的伴隨動量(Ge)與噴射流的動量(Go)成正比地增大。但是，當(dāng)二次空氣的伴隨動量(Ge)和伴隨時(shí)間保持在與常規(guī)方法相似的水平時(shí)，火焰噴射流與空氣的混合和初始階段中的燃燒在與常規(guī)方法中相似的條件下實(shí)現(xiàn)，因此，可以減小一次空氣的量。在這種情況下，一次空氣量的減少由高溫二次空氣補(bǔ)償，因此燃燒速度增大而燃燒效率提高。
利用本發(fā)明的混合燃燒設(shè)備和方法，可以產(chǎn)生狹窄角度短火焰類型的燃燒火焰，因此旋渦數(shù)(旋渦數(shù)是一個(gè)由上述方程式(3)定義的表示旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的無量綱的量)可以成為零，而火焰流就可以形成為一自然噴射流。
例子例子1和比較例子1在例子1中，如圖2、3(A)和3(B)中所示的本發(fā)明的一種粉末燃料燃燒設(shè)備用于煅燒水泥的回轉(zhuǎn)窯，而水泥由該回轉(zhuǎn)窯在表1所示條件下生產(chǎn)。結(jié)果示于表1。
在比較例子1中，水泥是利用常規(guī)的煤粉燃燒設(shè)備在表1所示條件下生產(chǎn)的。結(jié)果示于表1。
表1
(*)1…例子1的每個(gè)數(shù)值是相對于比較例子1的數(shù)值100的相對值如表1清楚顯示，在例子1中，即使當(dāng)二次空氣伴隨動量和伴隨時(shí)間保持在與相對例子1的相似水平時(shí)，噴射流的動量可以增大25至35％，旋渦數(shù)可以減少，生產(chǎn)率可以提高，燃燒比可以降低，爐子端部溫度可以降低。
例子2和比較例子2在例子2中，一種如圖4、5(A)和5(B)所示的本發(fā)明的液體燃料燃燒設(shè)備用于煅燒水泥的回轉(zhuǎn)窯，而水泥由該回轉(zhuǎn)窯在表2所示條件下生產(chǎn)。結(jié)果示于表2。
在比較例子2中，水泥是利用常規(guī)的重油燃燒設(shè)備在表2所示條件下生產(chǎn)的。結(jié)果示于表2。
表2

(*)1以比較例子2中的數(shù)值100為基礎(chǔ)如表2清楚表示，在例子2中，即使當(dāng)二次空氣伴隨動量和伴隨時(shí)間保持在與比較例子2的相似水平時(shí)，噴射流的動量可以增大25至35％，旋渦數(shù)可以減少，生產(chǎn)率可以提高，燃燒比可以降低，爐子端部溫度可以降低。
例子3和比較例子3在例子3中，一種如圖6、7(A)和7(B)所示的本發(fā)明的混合燃燒設(shè)備用于煅燒水泥的回轉(zhuǎn)窯，而水泥由該回轉(zhuǎn)窯在表3所示條件下生產(chǎn)。結(jié)果示于表3。
在比較例子3中，水泥是利用常規(guī)的煤粉和液體燃料混合燃燒設(shè)備在表3所示條件下生產(chǎn)的。結(jié)果示于表3。
表3

如表3清楚表示，在例子3中，即使當(dāng)二次空氣伴隨動量和伴隨時(shí)間保持在與比較例子3的相似水平時(shí)，噴射流的動量可以增大25至35％，旋渦數(shù)可以減少，生產(chǎn)率可以提高，燃燒比可以降低，爐子端部溫度可以降低。
工業(yè)適用性利用本發(fā)明的燃燒設(shè)備和方法，可以使一種粉末燃料或一種液體燃料或一種粉末燃料和一種液體燃料進(jìn)行燃燒而形成一種狹窄角度的短火焰類型的火焰，可以充分地增大燃點(diǎn)溫度而不損壞爐壁。因此，本發(fā)明的設(shè)備和方法的實(shí)際效果是非常好的。
權(quán)利要求
1．一種燃料燃燒設(shè)備，包括一個(gè)用于噴射至少一種從粉末燃料和液體燃料中選定的燃料的機(jī)構(gòu)；一個(gè)設(shè)置在該燃料噴射機(jī)構(gòu)外側(cè)上的外一次空氣噴射管(23)，具有多個(gè)外一次空氣噴射孔(24)，通過這些孔與燃料噴射機(jī)構(gòu)的燃料噴射方向平行地噴射一次空氣；以及一個(gè)設(shè)置在該燃料噴射機(jī)構(gòu)內(nèi)側(cè)上的內(nèi)一次空氣噴射管(27)，具有至少一個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔(28)，通過這些孔與燃料噴射機(jī)構(gòu)的燃料噴射方向平行地噴射一次空氣。
2．如權(quán)利要求1中所述的燃料燃燒設(shè)備，其中，該燃料噴射機(jī)構(gòu)包括一個(gè)粉末燃料噴射管(25)，具有一個(gè)環(huán)形噴射孔(26)，通過該孔與用于輸送粉末燃料的空氣一起噴射粉末燃料。
3．如權(quán)利要求2中所述的燃料燃燒設(shè)備，其中，外一次空氣噴射管(23)的多個(gè)空氣噴射孔(24)和內(nèi)一次空氣噴射管(27)的多個(gè)噴射孔(28)以這樣的方式設(shè)置在同心圓周上，使得粉末燃料噴射管的環(huán)形噴射孔安置在外空氣噴射孔和內(nèi)空氣噴射孔之間，而內(nèi)一次空氣噴射孔的位置與通過外一次空氣噴射孔中心點(diǎn)和同心圓周中心點(diǎn)而延伸的直線相隔開。
4．如權(quán)利要求1中所述的燃料燃燒設(shè)備，其中，燃料噴射機(jī)構(gòu)包括多個(gè)液體燃料噴射管(25a)，具有用于沿徑向噴射液體燃料的液體燃料噴射孔(26a)，它們排列在一個(gè)和同一個(gè)圓周上。
5．如權(quán)利要求4中所述的燃料燃燒設(shè)備，其中，內(nèi)一次空氣噴射管(27)有多個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔(28)，而多個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔28和多個(gè)外一次空氣噴射孔(24)分別排列在同心的圓周上，其中心點(diǎn)與其上排列多個(gè)液體燃料噴射孔(26a)的圓周的中心孔(31)相同。
6．如權(quán)利要求4中所述的燃料燃燒設(shè)備，其中，內(nèi)一次空氣噴射管(27)有一個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔(28)；內(nèi)一次空氣噴射孔(28)的中心點(diǎn)與其上排列多個(gè)液體燃料噴射孔(26a)的圓周的中心孔(31)相同；而多個(gè)外一次空氣噴射孔(24)排列在一個(gè)同心圓周上，所述的同心圓周的中心點(diǎn)與其上排列多個(gè)液體燃料噴射孔(26a)的圓周的中心點(diǎn)(31)相同。
7．如權(quán)利要求5中所述的燃料燃燒設(shè)備，其中，內(nèi)一次空氣噴射孔(28)的位置與通過其上排列液體燃料噴射孔(26a)的圓周的中心點(diǎn)(31)和外一次空氣噴射孔(24)的中心點(diǎn)而延伸的直線相隔開。
8．如權(quán)利要求5或6中所述的燃料燃燒設(shè)備，其中，液體燃料噴射孔(26a)的位置是與通過最靠近一個(gè)液體燃料噴射孔地安置的外內(nèi)一次空氣噴射孔(24,28)的中心點(diǎn)而延伸的直線隔開。
9．如權(quán)利要求1中所述的燃料燃燒設(shè)備，其中，該燃料噴射機(jī)構(gòu)包括一個(gè)粉末燃料噴射管(25)，有一環(huán)形噴射孔(26)，用于與輸送粉末燃料的空氣一起噴射粉末燃料，該設(shè)備還有一個(gè)附加的燃料噴射設(shè)備，設(shè)置在外一次空氣噴射管(27)的內(nèi)側(cè)上，并包括至少一個(gè)液體燃料噴射管(39)，有一個(gè)液體燃料噴射孔(38)，通過該孔沿徑向噴射液體燃料。
10．如權(quán)利要求9中所述的燃料燃燒設(shè)備，其中，外一次空氣噴射管(23)的多個(gè)外一次空氣噴射孔(24)和內(nèi)一次空氣噴射管(27)的多個(gè)內(nèi)一次空氣噴射孔(28)分別排列在外和內(nèi)同心圓周上，其間安置粉末燃料噴射管(25)的環(huán)形噴射孔(26)，而內(nèi)一次空氣噴射孔(28)的位置與通過外一次空氣噴射孔(24)的中心點(diǎn)和該同心圓周的中心孔而延伸的直線相隔開。
11．一種利用如權(quán)利要求1中所述的燃料燃燒設(shè)備使燃料燃燒的方法，包括通過該燃料噴射機(jī)構(gòu)噴射至少一個(gè)從粉末燃料和液體燃料中選定的組分；并通過外內(nèi)一次空氣噴射孔沿與燃料噴射方向相同的方向噴射一次空氣，從而形成外內(nèi)一次空氣噴射流，其間介有燃料噴射流。
12．一種利用如權(quán)利要求2或3中所述的燃料燃燒設(shè)備使粉末燃料燃燒的方法，包括通過該環(huán)形的燃料噴射孔與輸送粉末燃料的空氣一起噴射一種粉末燃料；以及通過外內(nèi)一次空氣噴射孔沿與粉末燃料噴射流相同的方向噴射一次空氣，從而形成內(nèi)外一次空氣直射流，其間介有粉末燃料噴射流。
13．如權(quán)利要求12中所述的燃料燃燒方法，其中，當(dāng)粉末燃料在回轉(zhuǎn)窯中燃燒時(shí)，高溫二次空氣流從設(shè)置在回轉(zhuǎn)窯下游的產(chǎn)品冷卻系統(tǒng)引入回轉(zhuǎn)窯；而引入的高溫二次空氣被混入粉末燃料的燃燒火焰。
14．如權(quán)利要求12中所述的燃料燃燒方法，其中，粉末燃料是以30至50m/sec的噴射速度通過環(huán)形的燃料噴射孔噴射的，而外內(nèi)一次空氣直射氣流是以200至300m/sec的噴射速度通過空氣噴射孔噴射的。
15．如權(quán)利要求12中所述的燃料燃燒方法，其中，通過環(huán)形的粉末燃料噴射孔和外內(nèi)一次空氣噴射孔噴射的空氣總量被控制在理論燃燒空氣量的8至15％內(nèi)。
16．一種利用如權(quán)利要求4至8中任何一項(xiàng)所述的燃料燃燒設(shè)備的燃料燃燒方法，包括通過液體燃料噴射孔沿徑向噴射液體燃料；通過外一次空氣噴射孔和內(nèi)一次空氣噴射孔沿平行于液體燃料噴射孔的中心軸線方向噴射一次空氣，由此噴射的液體燃料流與外內(nèi)一次空氣直射流混合并在混合流中燃燒。
17．如權(quán)利要求16中所述的燃料燃燒方法，其中，該液體燃料選自液態(tài)燃料和含有可燃性粉末的稀漿燃料。
18．如權(quán)利要求16中所述的燃料燃燒方法，其中，當(dāng)液體燃料在回轉(zhuǎn)爐中燃燒時(shí)，高溫二次空氣從設(shè)置在回轉(zhuǎn)爐下游的產(chǎn)品冷卻系統(tǒng)引入回轉(zhuǎn)爐，而引入的高溫二次空氣被混入液體燃料的燃燒火焰。
19．如權(quán)利要求16中所述的燃料燃燒方法，其中，外內(nèi)一次空氣直射氣流以200至300m/sec的噴射速度通過內(nèi)外噴射孔噴射，而通過液體燃料噴射孔噴射的液體燃料液滴粒徑被控制到10至300μm的范圍。
20．如權(quán)利要求16中所述的燃料燃燒方法，其中，通過液體燃料噴射孔和外內(nèi)一次空氣噴射孔噴射的空氣總量被控制到理論燃燒空氣量的5至10％。
21．一種利用如權(quán)利要求9或10所述的燃料燃燒設(shè)備的燃料燃燒方法，其中，粉末燃料通過環(huán)形的燃料噴射孔與粉末燃料輸送空氣一起噴射；一次空氣通過多個(gè)外內(nèi)一次空氣噴射孔沿與粉末燃料噴射流的同一方向噴射，從而形成內(nèi)外一次空氣直射流，在兩氣流之間介有粉末燃料噴射氣流；一種液體燃料通過液體燃料噴射孔沿徑向噴射，使其混入一次空氣流；粉末燃料和液體燃料是混合燃燒的。
22．如權(quán)利要求21中所述的燃料燃燒方法，其中，液體燃料選自液態(tài)燃料和含有可燃性粉末的稀漿燃料。
23．如權(quán)利要求21中所述的燃料燃燒方法，其中，當(dāng)粉末燃料和液體燃料在回轉(zhuǎn)窯中一起燃燒時(shí)，高溫二次空氣從設(shè)置在回轉(zhuǎn)爐下游的產(chǎn)品冷卻系統(tǒng)引入回轉(zhuǎn)爐中，而引入的高溫二次空氣被混入粉末燃料和液體燃料的燃燒火焰中。
24．如權(quán)利要求21中所述的燃料燃燒方法，其中，粉末燃料以30至50m/sec的噴射速度通過環(huán)形的燃料噴射孔噴射；外內(nèi)一次空氣直射氣流以200至300m/sec的噴射速度通過內(nèi)外噴射孔噴射；而通過液體燃料噴射孔噴射的液體燃料液滴粒徑被控制到10至300μm。
25．如權(quán)利要求21中所述的燃料燃燒方法，其中，通過環(huán)形的粉末燃料噴射孔和外內(nèi)一次空氣噴射孔噴射的空氣總量被控制到理論燃燒空氣量的8至15％。
全文摘要
一種選自粉末燃料和液體燃料的燃料通過燃料噴射機(jī)構(gòu)噴射;一次空氣通過設(shè)置在燃料噴射機(jī)構(gòu)外內(nèi)側(cè)上的一次空氣噴射機(jī)構(gòu)噴射,從而形成外內(nèi)一次空氣直射流,其間介有燃料噴射流,并使燃料噴射流燃燒。當(dāng)使用一種粉末燃料時(shí),任選地再噴射一種液體燃料并與上述一次空氣流混合,從而使該液體與粉末燃料一起燃燒。
文檔編號F23D1/00GK1214765SQ97193374
公開日1999年4月21日 申請日期1997年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月27日
發(fā)明者向井克治, 住谷佳彥, 石缽俊幸 申請人:住友大阪水泥股份有限公司