固体燃料喷燃器和运行方法技术

一种氧‑气态燃料喷燃器(400,500)或固体燃料喷燃器(700)，具有在出口平面(416,516,716)上游和附近的环形腔(404,504,704)，以及位于腔(404,504,704)上游和附近的会聚喷嘴(434,734)或会聚‑发散喷嘴(537)。固体燃料喷燃器(700)还优选操作成使得离开第二环带(730)的气体的速度小于离开中心导管(710)的气体的速度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请请求享有2014年6月23日提交的美国临时专利申请序列第62/015,792号的权益，该申请通过引用如完整提出那样并入本文中。
技术介绍
燃烧系统中的氧的使用作为使燃烧反应的速率相对于在空气-燃料燃烧中自然发生的速率加速的有效技术在本领域中为人熟知。此燃烧系统和应用由对燃烧可用的时间和/或空间的严格限制约束，使得氧单独使用(与特殊装置和/或技术的应用分开)可能不足以克服此限制。例如，在使用氧和气态燃料的极高速度的扩散(即，非预混)火焰的应用中，两种反应物种类的混合速率可为妨碍完全和/或稳定燃烧的\速率限制\步骤。在此情况下，需要提高反应物混合速率来充分对氧-燃料反应进行\供给\。另一个挑战性应用在于固体燃料的燃烧，特别是具有极低挥发性的物质如无烟煤和大多数焦炭的那些固体燃料。固体燃料的燃烧中的又一个挑战性应用在于在固体燃料必须在经历高速移动的同时燃烧时，且进一步，在一些燃烧必须在很短的反应距离内完成时，如，通常在固体燃料高速喷射到原材料床中时发生的；例如，在形成铁的化铁炉或形成钢的鼓风炉过程中。在一些现有技术的应用中，固体燃料在超过大约100m/sec的速度的流中输送。此高速流大体上需要过高的输送气体压力，导致很高的成本和功率需求，且此外，导致输送通路的壁的很快侵蚀。此外，当高速固体燃料从输送通路排入燃烧空间中时，由于其高动量，故固体燃料将不能夹带到高速氧-气体火焰中，且因此将不能按需要在可允许的时间内和可允许的距离内充分加热、点燃和燃烧。已经存在使用剪切层的腔促动的混合来提高高速流中的燃烧速率的尝试。在一个此类现有技术的系统中，腔置于初始燃料和氧化剂混合(氧化剂为空气)的位置下游。在在另一个现有技术的系统中，燃料喷射到腔上游的空气流中。尽管基于申请人对此类系统的可能的操作温度的分析，这些系统似乎加强氧化剂与燃料的混合，但腔位于氧化剂和燃料的初始混合处下游将在其中进行混合的导管内导致很高温度，在一些情况下，导致显著高于大多数市售钢的最高使用温度的温度。因此，现有技术的腔促动的混合构造将在许多应用中不可行。因此，需要改善的燃烧系统，其在挑战性应用中提供更完整和/或稳定的燃烧，如上文所述的那些，同时在可接受的温度极限内操作。
技术实现思路
提供该概述来以简化形式介绍本专利技术的一组方面，这将在以下详细描述中进一步描述。方面1.一种用于燃烧固体燃料的喷燃器，包括：第一环形导管，其与环形气体的供应处于流体流连通，环形气体包括氧和气态燃料中的一者，第一环形导管操作性地构造成以环形气体速度排出环形气体，第一环形导管具有第一内壁和第一外壁；中心导管，其位于第一环形导管内且与中心气体的供应处于流体流连通，中心气体包括氧和气态燃料中的另一者，中心导管操作性地构造成以中心气体速度排出中心气体，中心导管具有中心外壁；以及第二环形导管，其与输送气体混合物的供应处于流体流连通，输送气体混合物包括固体燃料和输送气体，第二环形导管包绕第一环形导管且操作性地构造成以固体燃料速度排出输送气体混合物；其中，中心气体速度为至少大约50米每秒；以及其中，固体燃料速度小于中心气体速度。方面2.根据方面1的喷燃器，其中，中心气体速度为至少1马赫。方面3.根据方面1-2中的任一方面的喷燃器，其中，中心气体由氧构成，且环形气体由气态燃料构成。方面4.根据方面1-2中的任一方面的喷燃器，其中，中心气体由气态燃料构成，且环形气体由氧构成。方面5.根据方面1-4中的任一方面的喷燃器，还包括形成在包含腔的壁中的腔，包含腔的壁为中心外壁、第一内壁和第一外壁中的至少一者；其中，中心导管具有限定出口平面的下游端；以及其中，腔具有下游壁，其位于出口平面的附近且在其上游的非零距离处。方面6.根据方面5的喷燃器，其中，腔具有长度、深度和限定为长度除以深度的纵横比，深度为包含腔的壁界定的液压直径的至少10%，纵横比为1到10。方面7.根据方面6的喷燃器，其中，腔具有1到4的纵横比。方面8.根据方面6-7中的任一方面的喷燃器，其中，腔还包括上游壁和底壁，且其中，长度为上游壁和下游壁之间的距离，且其中，深度为上游壁和下游壁中的一者的高度。方面9.根据任一方面的喷燃器，其中，包含腔的壁为中心外壁。方面10.根据方面9的喷燃器，其中，中心气体速度大于环形气体速度。方面11.根据方面5-10中的任一方面的喷燃器，其中，腔连续地延伸穿过包含腔的壁的360度圆周。方面12.根据方面5-10中的任一方面的喷燃器，其中，腔包括沿包含腔的壁的360度圆周间隔开的多个腔。方面13.根据方面1-12中的任一方面的喷燃器，还包括形成在中心外壁中的腔；其中，中心导管具有限定出口平面的下游端；且其中，腔位于出口平面的附近且在其上游的非零距离处；以及其中，第一环形导管和第二环形导管各自具有相对于出口平面在非零距离处的间隔开的出口端。方面14.根据方面1-13中的任一方面的喷燃器，还包括位于腔的上游和附近的会聚喷嘴。方面15.根据方面1-13中的任一方面的喷燃器，还包括位于腔的上游和附近的会聚-发散喷嘴。方面16.根据方面1-15中的任一方面的喷燃器，其中，固体燃料速度小于100米每秒。方面17.一种燃烧固体燃料的方法，包括：(a)使氧和气态燃料中的一者以至少大约50米每秒的中心气体速度流过中心导管；(b)使氧和气态燃料中的另一者以环形气体速度流过包绕中心导管的第一环形导管；以及(c)使包括固体燃料和输送气体的输送气体混合物以固体燃料速度流过包绕第一环形导管的第二环形导管，固体燃料速度小于中心气体速度。方面18.根据方面17的方法，其中，步骤(a)包括使氧和气态燃料中的一者以至少大约1马赫的中心气体速度流过中心导管。方面19.根据方面17-18中的任一方面的方法，其中，步骤(a)包括使氧以至少大约50米每秒的中心气体速度流过中心导管，且步骤(b)包括使气态燃料以环形气体速度流过包绕中心导管的第一环形导管。方面20.根据方面17-19中的任一方面的方法，还包括：(d)使氧和气态燃料中的一者流过位于包含腔的壁中的腔，腔在中心导管的出口平面的附近且在其上游的非零距离处；其中，包含腔的壁界定中心导管和第一环形导管中的一者。方面21.根据方面20的方法，其中，腔具有长度、深度和限定为长度除以深度的纵横比，深度为包含腔的壁界定的液压直径的至少10%，纵横比为1到10。方面22.根据方面20的方法，其中，腔具有长度、深度和限定为长度除以深度的纵横比，深度为包含腔的壁界定的液压直径的至少10%，纵横比在1到4之间。方面23.根据方面20-22中的任一方面的方法，其中，腔位于界定中心导管的壁中。方面24.根据方面20-23中的任一方面的方法，其中，腔连续地延伸穿过包含腔的壁的360度圆周。方面25.根据方面20-23中的任一方面的方法，其中，腔包括沿360度圆周间隔开的多个腔。方面26.根据方面20-25中的任一方面的方法，还包括：(e)使氧和气态燃料中的一者流过会聚喷嘴，会聚喷嘴位于腔的上游和附近。方面27.根据方面20-26中的任一方面的方法，其中，步骤(e)包括使氧和气态燃料中的一者流过会聚-发散喷嘴，会聚-发散喷嘴位于腔的上游和附近。方面28.根据方面17-27中的任一方面的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃烧固体燃料的喷燃器，包括：第一环形导管，其与环形气体的供应处于流体流连通，所述环形气体包括氧和气态燃料中的一者，所述第一环形导管操作性地构造成以环形气体速度排出所述环形气体，所述第一环形导管具有第一内壁和第一外壁；中心导管，其位于所述第一环形导管内且与中心气体的供应处于流体流连通，所述中心气体包括氧和气态燃料中的另一者，所述中心导管操作性地构造成以中心气体速度排出所述中心气体，所述中心导管具有中心外壁；以及第二环形导管，其与输送气体混合物的供应处于流体流连通，所述输送气体混合物包括固体燃料和输送气体，所述第二环形导管包绕所述第一环形导管且操作性地构造成以固体燃料速度排出所述输送气体混合物；其中，所述中心气体速度为至少大约50米每秒；以及其中，所述固体燃料速度小于所述中心气体速度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.23 US 62/0157921.一种用于燃烧固体燃料的喷燃器，包括：第一环形导管，其与环形气体的供应处于流体流连通，所述环形气体包括氧和气态燃料中的一者，所述第一环形导管操作性地构造成以环形气体速度排出所述环形气体，所述第一环形导管具有第一内壁和第一外壁；中心导管，其位于所述第一环形导管内且与中心气体的供应处于流体流连通，所述中心气体包括氧和气态燃料中的另一者，所述中心导管操作性地构造成以中心气体速度排出所述中心气体，所述中心导管具有中心外壁；以及第二环形导管，其与输送气体混合物的供应处于流体流连通，所述输送气体混合物包括固体燃料和输送气体，所述第二环形导管包绕所述第一环形导管且操作性地构造成以固体燃料速度排出所述输送气体混合物；其中，所述中心气体速度为至少大约50米每秒；以及其中，所述固体燃料速度小于所述中心气体速度。2.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，所述中心气体速度为至少1马赫。3.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，所述中心气体由氧构成，且所述环形气体由气态燃料构成。4.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，所述中心气体由气态燃料构成，且所述环形气体由氧构成。5.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，还包括形成在包含腔的壁中的腔，所述包含腔的壁为所述中心外壁、所述第一内壁和所述第一外壁中的至少一者；其中，所述中心导管具有限定出口平面的下游端；以及其中，所述腔具有下游壁，其位于所述出口平面的附近且在其上游的非零距离处。6.根据权利要求5所述的喷燃器，其特征在于，所述腔具有长度、深度和限定为所述长度除以所述深度的纵横比，所述深度为所述包含腔的壁界定的液压直径的至少10%，所述纵横比为1到10。7.根据权利要求6所述的喷燃器，其特征在于，所述腔具有1到4的纵横比。8.根据权利要求6所述的喷燃器，其特征在于，所述腔还包括上游壁和底壁，且其中，所述长度为所述上游壁和所述下游壁之间的距离，且其中，所述深度为所述上游壁和所述下游壁中的一者的高度。9.根据权利要求5所述的喷燃器，其特征在于，所述包含腔的壁为所述中心外壁。10.根据权利要求9所述的喷燃器，其特征在于，所述中心气体速度大于所述环形气体速度。11.根据权利要求5所述的喷燃器，其特征在于，所述腔连续地延伸穿过所述包含腔的壁的360度圆周。12.根据权利要求5所述的喷燃器，其特征在于，所述腔包括沿所述包含腔的壁的360度圆周间隔开的多个腔。13.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，还包括形成在所述中心外壁中的腔；其中，所述中心导管具有限定出口平面的下游端；且其中，所述腔位于所述出口平面的附近且在其上游的非零距离处；以及其中，所述第一环形导管和所述第二环形导管各自具有相对于所述出口平面在非零距离处的间隔开的出口端。14.根据权利要求5所述的喷燃器，其特征在于，还包括位于所述腔的上游和附近的会聚喷嘴。15.根据权利要求5所述的喷燃器，其特征在于，还包括位于所述腔的上游和附近的会聚-发散喷嘴。16.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，所述固体燃料速度小于100米每秒。17.一种燃烧固体燃料的方法，包括：(g)使氧和气态燃料中的一者以至少大约5...

【专利技术属性】
技术研发人员：MD达戈斯蒂尼，AV塞恩，A古哈，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US