專利名稱：粉體熔融燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉體熔融燃燒器，進一步詳細地說，涉及一種適用于熔融處理爐和熔融還原爐的粉體熔融燃燒器，上述熔融處理爐例如使電爐粉塵、還原渣、焚燒灰、及其它壓碎塑料廢棄物的粉粒物等在高溫的火焰中熔融之后，作為熔渣回收到爐中，上述熔融還原爐例如在使粉粒狀的金屬氧化物、其它金屬硫化物等在高溫的火焰中熔融的同時，還將氧和硫磺等分離，作為熔融金屬回收到爐中。
背景技術(shù)：
作為上述粉體熔融燃燒器來說，例如在特開2000-103656號公報中就有所記載。如圖3所示，在該公報中公開的粉體熔融燃燒器5包括燃料供給孔5a，在前端面的中央上開口；環(huán)狀1次供氧狹縫5b，在該燃料供給孔5a的外側(cè)開口；粉塵及還原渣供給孔5d，它們呈環(huán)狀地排列在該1次供氧狹縫5b的外側(cè)，由多個橢圓形狀的長孔形成；2次供氧孔5f，其呈環(huán)狀地排列在該粉塵及還原渣供給孔5d的外側(cè)，由多個圓孔5e構(gòu)成。
如圖4所示，上述現(xiàn)有技術(shù)中的粉體熔融燃燒器5，將其垂直插入粉體熔融爐6中，從其燃燒器頭向爐中分別噴射還原渣等粉體、燃料及氧氣。在爐中被點燃的燃料在氧氣的助燃下燃燒，形成高溫的火焰，上述粉體在該火焰中熔融，作為熔渣回收到爐體6a的底部上，此后再將無害的2次粉塵回收到爐外。從爐體6a取出熔渣并將其冷卻后，例如可被再利用于路基材料等中。(參考特開2000-103656號公報)對上述粉體熔融燃燒器5在爐中的火焰狀況進行觀察時可知，重油等燃料從燃燒器頭的中心被供給后，會形成喇叭狀的火焰。此外，粉體從呈環(huán)狀排列于燃料供給孔5a的外側(cè)上的多個長孔5c中噴出，供給到上述呈喇叭狀擴展的火焰中并實現(xiàn)熔融。
此時，供給到火焰中的大部分粉體如上所述，在熔融后下落到爐底而被回收，但是有一部分供給的粉體(5～8％左右)會飛到火焰外面，未被熔融就直接混在排氣中并排到爐外(飛灰現(xiàn)象(carryover))。該飛灰現(xiàn)象會導(dǎo)致粉體不熔融而向爐外跑出的操作損失，所以希望降低該損失。
而且，在以往的粉體熔融燃燒器5中，向爐內(nèi)投入的燃料的平均火焰長度較長，為了將該火焰長收到爐中，有必要將爐設(shè)計得較高，其缺點是會導(dǎo)致設(shè)備成本增加。而在爐高相同的情況下，若火焰長度變長，則與爐底的熔融物接觸的火焰會達到周圍的爐壁，其缺點是會由于該高溫火焰加速爐壁耐火物的損耗。
因此，發(fā)明人為尋找上述問題的解決方案而進行了各種研究，認為產(chǎn)生上述飛灰現(xiàn)象的原因在于由于從外方供給的粉體要包圍住從燃燒器頭的中心噴出的燃料，所以在此狀況下，供給到火焰的相對較外側(cè)的一部分粉體向外側(cè)彈出而不會跟隨著火焰流。因此查明如下內(nèi)容，即若代替從燃料的外側(cè)供給粉體的以往方式，將粉體從燃燒器頭的中心供給，并且將燃料從該粉體的外側(cè)的多個部位供給，則可大幅抑制粉體從火焰中跑出的上述飛灰現(xiàn)象。
此外還判明了如下內(nèi)容，即火焰長度變長的主要原因是由于從1個部位供給燃料，所以，若調(diào)換上述那樣的構(gòu)想，將粉體從燃燒器頭的中心的1個部位供給，并使燃料從包圍該粉體的多個部位供給的話，則即使是相同量的燃料，由于在分散狀態(tài)下燃燒，也可使火焰整體的長度變短。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述問題而適當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)所希望的目的，本發(fā)明的粉體熔融燃燒器，將粉體、燃料和氧分別從燃燒器頭向爐中噴射，在使上述燃料在氧氣的助燃下燃燒的火焰中，進行上述粉體的熔融，其特征在于，包括單個的粉體噴射孔，設(shè)置于燃燒器頭的中心；多個燃料噴射孔，以上述粉體噴射孔為中心，按照所需中心角配置在半徑方向上；單個的1次氧噴射孔，與上述各個燃料噴射孔的每一個同心地設(shè)置，多個2次氧噴射孔，以包圍上述粉體噴射孔及燃料噴射孔的每一個的方式按照所需間隔配置有多個，整體上呈環(huán)狀。


圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的粉體熔融燃燒器上的燃燒器頭的主視圖。
圖2是圖1的粉體熔融燃燒器的縱剖視圖。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)的粉體熔融燃燒器上的燃燒器噴頭的主視圖。
圖4是將粉體熔融燃燒器用于熔融爐中時的概略剖視圖。
具體實施例方式
下面，舉出適當(dāng)?shù)膶嵤├?、并參照附圖來說明本發(fā)明的粉體熔融燃燒器。另外，在實施例中，雖然假定重油作為燃料，水作為燃燒器主體和燃燒器頭的冷卻介質(zhì)，并且還假定電爐粉塵、還原渣、燃燒灰等作為粉體，但是本發(fā)明的范圍當(dāng)然并不限定于這些情況。
進而，在本發(fā)明中使用的“粉體”一詞，并不限定于單純的所謂粉末狀粉體，也包括粒狀和顆粒狀的粉體，甚至還包括由所謂細小片的集合形成的片狀流動體。即，作為利用本發(fā)明的粉體熔融燃燒器處理的粉體的一例，可列舉出在熔融后成為渣的電爐粉塵、還原渣、燃燒灰等。此外，還列舉有燃燒并氣體化的粉粒狀的廢塑料、粉碎機粉塵、炭化污泥等。進一步列舉的其他例有作為金屬的氧化物、硫化物、或氫氧化物、碳酸鹽等存在，并分別通過分離出氧、硫磺、氫氧基、碳酸基等而成為金屬的粉粒狀的鐵礦石、鎳礦石、銅礦石、鉬礦石等。
圖1表示從正面觀察實施例的粉體熔融燃燒器10的燃燒器頭30，此外，圖2是沿軸向縱剖上述粉體熔融燃燒器10所得的縱剖視圖。粉體熔融燃燒器10整體為圓筒狀，并形成所需長度的筒體，如上述那樣，圖4表示將該粉體熔融燃燒器10垂直插入爐體中，其燃燒器頭30指向爐底。
(關(guān)于燃燒器頭的構(gòu)成)燃燒器頭30在其中心作為單體開設(shè)有所需直徑的粉體噴射孔12，經(jīng)由后述的粉體供給管26，將粉體與空氣一起壓送、并噴射供給到爐中。該粉體噴射孔12的孔徑尺寸，要根據(jù)爐體的粉體熔融能力和容量的要求來設(shè)定，以使每單位時間內(nèi)供給的粉體效率達到最高。此外，為了能夠承受因粉體通過時的滑動摩擦而引起的磨耗，在粉體噴射孔12的內(nèi)表面上包覆有耐熱、耐磨性的薄層。
在上述燃燒器頭30上，以粉體噴射孔12為中心，沿半徑方向以120度的中心角設(shè)置有3個燃料噴射孔14，該燃料噴射孔14經(jīng)由后述的燃料噴嘴40及燃料供給管36，在壓力作用下將重油向爐中噴射供給。在本實施例中，以粉體噴射孔12作為中心，以120度的等角度設(shè)置3個燃料噴射孔，但其配置數(shù)和設(shè)置角度是設(shè)計事項，可根據(jù)實際的設(shè)計要求來采用適當(dāng)?shù)呐渲?。此外，各個燃料噴射孔14相對于粉體噴射孔12的間隔距離也是單純的設(shè)計事項，在具體的設(shè)計階段可選擇適當(dāng)?shù)闹怠?br> 此外，在燃燒器頭30中的上述燃料噴射孔14的外周上，相應(yīng)地設(shè)置有單個的1次氧噴射孔16，其用來噴射供給1次氧氣。1次氧作為助燃氣體，在壓力作用下經(jīng)由后述的1次氧噴嘴38及1次供氧管28向該1次氧噴射孔16中供給。
進一步來說，多個2次氧噴射孔18是這樣構(gòu)成的，即按所需間隔開設(shè)多個通孔以包圍燃燒器頭30中的粉體噴射孔12及燃料噴射孔14，這些通孔相對于粉體噴射孔12及燃料噴射孔14，構(gòu)成整體上呈環(huán)狀的2次氧噴射孔18。如后所述，該2次氧噴射孔18經(jīng)由2次供氧管32，供給作為助燃氣體的2次氧。
(關(guān)于燃燒器的整體構(gòu)成)在圖2中，粉體熔融燃燒器10以呈中空圓筒狀的長燃燒器主體24為基礎(chǔ)，上述燃燒器頭30成為該燃燒器主體24的一側(cè)的端面部。在燃燒器主體24的圓筒體內(nèi)部中內(nèi)插有與其同心的2次供氧管32，它是比該燃燒器主體24的直徑小的圓筒體，并沿軸方向延伸，燃燒器頭側(cè)的一端部與后述的2次氧噴射孔18相連接，而另一端部與未圖示的2次氧壓送源相連接。
在燃燒器主體24與2次供氧管32之間，經(jīng)間隔器48夾插并支承有筒狀隔壁34，從而構(gòu)成冷卻套管(jacket)22，向該冷卻套管22中循環(huán)供給例如水的液狀冷卻介質(zhì)。
圖2中，在燃燒器頭30的中央埋入圓筒狀的2次供氧塊46，在該2次供氧塊46的中心上開設(shè)有上述粉體噴射孔12。此外，在2次供氧塊46上，以粉體噴射孔12作為中心，沿半徑方向并沿圓周方向隔開規(guī)定間隔地貫穿設(shè)置有多個2次氧噴射孔18，這些2次氧噴射孔18在整體上形成包圍粉體噴射孔12的環(huán)狀列。粉體噴射孔12的后方與沿軸方向在燃燒器主體24的內(nèi)部延伸的粉體供給管26連通連接，該粉體供給管26與未圖示的粉體壓送源相連接。
多個2次氧噴射孔18在燃燒器主體24的內(nèi)部，與上述2次供氧管32相連通，且作為環(huán)狀列貫穿設(shè)置在上述2次供氧塊46上，所以從該2次氧噴射孔18供給的2次氧可包圍從粉體噴射孔12供給的粉體。
(關(guān)于燃料噴射部)在燃燒器頭30中，在圖2所示的燃料噴嘴40的前端上貫穿設(shè)置有3個燃料噴射孔14，它們分別以粉體噴射孔12為中心、按120度的中心角設(shè)置。此外，在燃燒器頭30中，中空圓筒狀的1次氧噴嘴38的前端和與燃料噴嘴40同心的外周部面對。即，如圖2所示，在2次供氧管32的內(nèi)部，以上述粉體供給管26為中心并按120度中心角，使3根1次供氧管28分別沿軸方向延伸。
該1次供氧管28的前端與上述1次氧噴嘴38相連接，將1次氧作為助燃氣體從上述燃料噴嘴40的外周供給，而另一端與未圖示的1次氧的壓送源相連接。進一步，將燃料供給管36以同軸的方式內(nèi)插到上述1次供氧管28的內(nèi)部并在其中延伸，其前端部與上述燃料噴嘴40相連接，而后端部與未圖示的燃料(重油)壓送源連接。
此外，如圖1所示，在燃燒器頭30上貫穿設(shè)置多個2次氧噴射孔18，所述2次氧噴射孔18包圍各為3個的燃料噴射孔14及1次氧噴射孔16，并在整體上呈環(huán)狀列。這些2次氧噴射孔18如圖2所示，由于在燃燒器頭30的里側(cè)，在上述2次供氧管32上開口，所以也可以進一步以包圍由上述燃料噴射孔14噴射的重油及由1次氧噴射孔16噴射的1次氧的方式，從這些2次氧噴射孔32中噴射2次氧。
(關(guān)于冷卻室)如圖2所示，在燃燒器頭30的里側(cè)、且在設(shè)置了上述多個燃料噴射孔14的區(qū)域中，設(shè)置有隔板42，在內(nèi)部對冷卻室20進行劃分。在該隔板42的中心上開設(shè)有冷卻水的流通孔44，來自上述冷卻套管22的冷卻水，經(jīng)該流通孔44被循環(huán)供給到冷卻室20中，由此其優(yōu)點是不僅可主動地冷卻燃燒器10的外筒部位，也可冷卻燃燒器頭30的平面部31。
即，將從燃燒器頭30中的上述粉體噴射孔12、燃燒噴射孔14、1次氧噴射孔16及2次氧噴射孔18中高速流過的空氣和氧氣作為冷卻介質(zhì)(空冷)，對這些孔的周圍進行適當(dāng)?shù)睦鋮s。但是，由于上述空冷產(chǎn)生的效果無法達到離開這些孔的燃燒器頭30的平面部31的區(qū)域，所以只要沒進行水冷卻，就會產(chǎn)生非常高的溫度，從而導(dǎo)致熱膨脹和熱應(yīng)力的增大，在多數(shù)情況下，以至于從該部位起產(chǎn)生燃燒器的燒損。因此，如上述那樣，利用水循環(huán)主動地對燃燒器頭30的平面部31進行冷卻，就可以預(yù)防燃燒器的燒損，并且使燃燒器壽命顯著提高。
根據(jù)實施例的粉體熔融燃燒器10，將粉體從開設(shè)在燃燒器頭30的中心上的粉體噴射孔12噴射出，將重油分別從3個燃料噴射孔14噴射供給，這3個燃料噴射孔14分別以該燃燒器頭30的粉體噴射孔12為中心、位于半徑方向的外側(cè)。此外，1次氧也從與燃料噴射孔14同心設(shè)置的1次氧噴射孔16噴射供給。在這種情況下，3根重油噴出流形成的束將從粉體噴射孔12噴出的粉體的周圍包圍，并且從2次氧噴出孔18噴出的2次氧將該粉體的周圍及重油的周圍包圍。
由此，若點燃重油時，則粉體被封入由1次氧及2次氧助燃的高溫火焰的中心部分，所以可顯著降低該粉體從火焰向外方飛出的飛灰現(xiàn)象。此外，利用通過冷卻室20的液體對燃燒器頭30的里側(cè)(背面?zhèn)?進行冷卻，所以，其結(jié)果不僅使燃燒器的外筒部分得以冷卻，而且該燃燒器頭30的平面部31也被冷卻，因此可延長粉體熔融燃燒器10的壽命，使其經(jīng)久耐用。
作為在本發(fā)明的粉體熔融燃燒器處理的粉體的1例，列舉有熔融后成為渣的電爐粉塵、還原渣、燃燒灰等，作為另一例，列舉有燃燒并氣體化的粉粒狀的廢塑料、粉碎機粉塵、炭化污泥等。進一步，作為其他例，列舉有作為金屬的氧化物、金屬硫化物、或金屬氫氧化物、金屬碳酸鹽等存在、并通過分別分離出氧、硫磺、氫氧基、碳酸基等而成為金屬的粉粒狀的鐵礦石、鎳礦石、銅礦石、鉬礦石等。即，用本發(fā)明的粉體熔融燃燒器適當(dāng)?shù)剡M行熔融處理的粉體為金屬的氧化物、硫化物、氫氧化物、碳酸鹽、及其復(fù)合體。
另外，作為適于使用本發(fā)明的粉體熔融燃燒器的爐體來說，列舉了熔融處理爐，上述熔融處理爐使例如電爐粉塵、還原渣、燃燒灰、和壓碎塑料廢棄物的粉粒物等在高溫的火焰中熔融，并將其作為熔渣回收到爐中。此外，作為其他的爐體，列舉了熔融還原爐，上述熔融還原爐使例如粉粒狀的金屬氧化物和金屬硫化物等在高溫的火焰中熔融，同時將氧、硫磺等分離，作為熔融金屬回收到爐中。
從燃燒器頭的中心供給粉體，并且從該粉體的外側(cè)的多個部位供給燃料，于是使得剛向爐內(nèi)噴射供給的粉體的周圍被燃料包圍，由于成為上述這種狀態(tài)，所以可抑制粉體從火焰中逃出，并使操作損失降低。
此外，由于燃料不是從燃燒器頭的1個部位向爐中噴射供給而是從多個部位供給并燃燒的，所以各火焰的長度必然縮短，因此也可將爐體的高度設(shè)計得較小，從而可降低抑制制造成本。進而，在使用相同高度的爐的情況下，由于火焰長度變短，所以有該火焰不會到達周圍爐壁，減輕爐壁耐火物的損耗的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種粉體熔融燃燒器(10)，將粉體、燃料和氧分別從燃燒器頭(30)向爐中噴射，在使上述燃料在氧氣助燃下燃燒的火焰中進行上述粉體的熔融，其特征在于，包括單個的粉體噴射孔(12)，設(shè)置于燃燒器頭(30)的中心；多個燃料噴射孔(14)，以上述粉體噴射孔(12)為中心，按照所需中心角配置在半徑方向上；單個的1次氧噴射孔(16)，與上述燃料噴射孔(14)的每一個同心地設(shè)置；多個2次氧噴射孔(18)，以包圍上述粉體噴射孔(12)及燃料噴射孔(14)的每一個的方式按照所需間隔配置有多個，整體上呈環(huán)狀。
2.如權(quán)利要求1所述的粉體熔融燃燒器，其特征在于，上述多個燃料噴射孔(14)以上述粉體噴射孔(12)為中心，按照120度的中心角設(shè)置在半徑方向上。
3.如權(quán)利要求1所述的粉體熔融燃燒器，其特征在于，在上述燃燒器頭(30)的里側(cè)且設(shè)置了上述多個燃料噴射孔(14)的區(qū)域上，設(shè)置冷卻室(20)，來自設(shè)置在燃燒器主體(24)的外周的冷卻套管(22)的冷卻液被循環(huán)供給到冷卻室(20)中，冷卻該燃燒器頭(30)的平面部(31)。
4.如權(quán)利要求1～3中任意一項所述的粉體熔融燃燒器，其特征在于，用上述粉體熔融燃燒器來熔融的粉體，為金屬的氧化物、金屬硫化物、金屬氫氧化物、金屬碳酸鹽、及其復(fù)合體。
全文摘要
本發(fā)明所要解決的課題是為了避免飛灰現(xiàn)象的產(chǎn)生。一種粉體熔融燃燒器，將粉體、燃料和氧分別從燃燒器頭(30)向爐中噴射，在使上述燃料在氧助燃下燃燒的火焰中進行上述粉體的熔融，其特征在于，包括單個的粉體噴射孔(12)，設(shè)置于燃燒器頭(30)的中心；多個燃料噴射孔(14)，以上述粉體噴射孔(12)為中心沿半徑方向以所需中心角進行配置；單個的1次氧噴射孔(16)，與上述燃料噴射孔(14)分別同心地設(shè)置；多個2次氧噴射孔(18)，以包圍上述粉體噴射孔(12)及燃料噴射孔(14)的每一個的方式按照所需間隔配置有多個，整體上呈環(huán)狀。
文檔編號F27D99/00GK1782494SQ200510125558
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者佐藤航, 渡邊俊樹, 岡本徹夫 申請人:大同特殊鋼株式會社, 大同原料服務(wù)株式會社