用于喷射微粒状固体燃料和氧化剂的方法及其喷射器技术

用于喷射流体推动型微粒状固体燃料和氧化剂的方法和喷射器，其中在固体燃料射流周围喷射至少三股快速氧化剂射流和至少三股慢速氧化剂射流，氧化剂射流沿着包围燃料喷射开口(12)的轮廓(40)喷射，并且沿着轮廓(40)，在两股快速氧化剂射流之间喷射至多三股慢氧化剂射流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于喷射流体推动型微粒状固体燃料和氧化剂的方法及其喷射器本专利技术涉及流体推动型微粒状固体燃料在燃烧室中的燃烧，例如以便加热所述燃烧室或以便加热存在于所述燃烧室中的炉料。在例如用于玻璃熔化炉的工业燃烧过程中会燃烧不同类型的燃料。从技术的角度来看，诸如天然气和页岩气等优质气体燃料通常是优选的燃料类型，特别是因为它们容易运输、喷射、配给和燃烧。特别是在气体燃料的价格较高并且可以以较低成本得到诸如粉煤或石油焦(又名“石油焦炭”)的微粒状或粉状固体燃料的地区，经济上优选的可能是燃烧粉状固体燃料，包括在最初设计用于燃烧气体燃烧的设施中。然而，在这种情况下，仅仅用流体推动型粉状固体燃料来代替气体燃料通常是不够的。实际上发现，当用粉状固体燃料代替气体燃料(例如，在玻璃熔化炉中)时，过程的能源效率因固体燃料的不完全燃烧而降低。当与固体燃料接触地喷射以燃烧固体燃料的氧化剂气体具有非常高的含氧量时，情况也是如此。甚至在燃料和氧化剂气体的喷射速度被调整以便延长燃料/氧化剂气体流/火焰中的固体燃料在炉中的停留时间并且延迟未燃烧或部分燃烧的固体燃料的沉淀时，相对于使用气体燃料的情况，固体燃料的燃烧程度仍然很低。此外，由于结构(炉壁)与所述流/火焰中的未燃烧或部分燃烧的固体燃料之间发生摩擦，因此观察到炉结构的腐蚀增加。因此，需要一种喷射和燃烧固体粉状材料的方法和一种用于粉状燃料和氧化剂的喷射器，从而使得固体粉状燃料能够在诸如玻璃熔化炉等工业燃烧设施的限定空间内更大程度地燃烧。鉴于最初设计用于燃烧气体燃料的设施明显具有这种需要，将了解，其他并非最初设计用于气体燃料的工业燃烧设施和过程(包括将要构造的新工业固体燃料燃烧设施)也可能需要一种能够在相对紧凑的火焰中能够实现较大程度的粉状固体燃料燃烧的喷射器。本领域中已知用于喷射和燃烧流体推动型微粒状固体燃料的过程和装备。例如，CN-A-101709876描述了一种用于燃料气体推动型石油焦粉末的预混合型或半预混合型燃烧器。所述燃烧器包括用于输送和喷射气体推动型石油焦粉末的中空内管以及介于内管与外管之间的用于空气(用作气态燃烧氧化剂)的周围狭窄管状通道。内管终止于喷嘴，而外管终止于锥形帽。锥形帽的末端限定燃烧器的末端喷射开口。CN-A-101709876更具体地披露了这样一种燃烧器，其中内部喷嘴的外表面设置有大量的肋，这些肋在内部喷嘴与锥形帽之间限定一圈具有矩形横截面的均匀分布的空气喷射通路。通过所述矩形空气通路喷射的空气在燃烧器的末端喷射开口的上游接触气体推动型石油焦粉末并且与之混合。CN-A-101709876还提到将燃烧器用于在玻璃熔化炉中燃烧石油焦粉末。预混合型和半预混合型燃烧器的特性是燃料在燃烧器内点燃或靠近燃烧器点燃。鉴于这可以用于某些应用，在其他应用、尤其是高温应用中，这可能导致燃烧器喷尖过热而致使燃烧器迅速出故障。当可能发生燃烧器喷尖过热时，优选使用燃料与氧化剂喷射器，其中氧化剂在喷射器下游(即，在设施的燃烧室的内部)接触流体推动型微粒状固体燃料。这样的喷射器通常被称为“后混合型”喷射器，但也可以被称为“非预混合型”喷射器。在后混合型喷射器中，通常经由喷射器的内管来供应流体推动型微粒状固体燃料并且经由喷射器的外部通道来供应氧化剂。然而，已经发现，利用这种后混合型喷射配置，只有相对少量的由外部通道供应的氧化剂在距喷射器的、氧化剂射流第一次撞击燃料射流的距离处并且在其附近与流体推动型燃料混合。实际上已经观察到，在所述第一次撞击的下游，剩余的氧化剂往往形成基本上与流体推动型微粒状燃料射流平行且与由所述燃料的燃烧产生的火焰平行流动的氧化剂护层，氧化剂被基本上位于周边区中的火焰逐步消耗，在所述周边区中氧化剂与流体推动型微粒状燃料射流/火焰接触。上述现象可能会导致(a)火焰过长，(b)微粒状燃料燃烧不完全，以及(c)如果微粒状燃料的一部分在与氧化剂混合并燃烧之前因重力作用而从夹带流体中沉淀下来，那么未燃烧或部分燃烧的燃料和灰烬沉积在燃烧室内部或者沉积在存在于燃烧室中的炉料上/中。本专利技术的目的是至少部分地克服后混合型喷射器的上述缺点。根据本专利技术，通过以下方式来实现这个目标：增加从后混合型喷射器的外部通路涌出的氧化剂的部分，所述部分在距喷射器的其中来自外部通路的所述氧化剂第一次撞击流体推动型燃料射流的距离处且紧靠所述距离的下游与流体推动型微粒状燃料有效地混合。本专利技术更具体地涉及实现上述情况的一种方法和一种混合型喷射器，以及其中使用所述方法的工业过程和配备有所述喷射器的工业设施。本专利技术更具体地涉及一种将流体推动型微粒状固体燃料和氧化剂喷射到燃烧室中的方法。所述方法包括以下步骤：·以燃料喷射速度vf将流体推动型微粒状固体燃料射流喷射到燃烧室中，所述燃料射流经由燃料喷射开口喷射到燃烧室中，所述燃料喷射开口的圆周对应于第一二维几何轮廓(在下文中称为“第一轮廓”)，所述第一轮廓呈现出几何中心或形心；·喷射n1股第一氧化剂射流(在下文中称为“快速氧化剂射流”)，所述快速氧化剂射流经由n1个第一喷射开口喷射到燃烧室中，所述快速氧化剂射流以第一氧化剂喷射速度VO1(称为“高氧化剂速度”)进行喷射，第一喷射开口的数量n1等于或大于3；·喷射n2股第二氧化剂射流(在下文中称为慢速氧化剂射流)，所述慢速氧化剂射流经由n2个第二喷射开口喷射到燃烧室中，所述慢速氧化剂射流以第二氧化剂喷射速度VO2(称为“低氧化剂速度”)进行喷射，第二喷射开口的数量n2等于或大于3。当需要具有圆形横截面的火焰时，第一轮廓通常是圆形的，而当需要“平火焰”，即，具有与火焰的传播方向垂直的细长横截面的火焰时，第一轮廓是细长的。根据本专利技术的方法，所述n1个第一氧化剂喷射开口中的每一者和所述n2个第二氧化剂喷射开口中的每一者与第二轮廓相交。所述第二轮廓包围第一轮廓并且与第一轮廓间隔开，所述第二轮廓对应于在顺时针方向或在逆时针方向上连接n1+n2个氧化剂喷射开口的闭合曲线。换言之，第二轮廓包围燃料喷射开口的外圆周，同时与燃料注射开口及其外圆周间隔开。此外，沿着所述第二轮廓，在n1股快速氧化剂射流中的两股连续快速氧化剂射流之间喷射n2股慢速氧化剂射流中的至多三股慢速氧化剂射流。换言之，第一氧化剂注射开口和第二氧化剂注射开口沿着第二轮廓的连续使得在两个连续的第一氧化剂注射开口之间定位至多三(3)个第二氧化剂注射开口。此外，高氧化剂喷射速度VO1和低氧化剂喷射速度VO2使得高氧化剂速度VO1中的最低速度大于或等于低氧化剂速度VO2中的最高速度的1.25倍。优选地，n2股慢速氧化剂射流中的至多两股慢速氧化剂射流沿着第二轮廓在n1股快速氧化剂射流中的两股连续快速氧化剂射流之间喷射，更优选地，n2股慢速氧化剂射流中的至多一股(即，一股或零股)沿着第二轮廓定位在n1股快速氧化剂射流中的每两股连续快速氧化剂射流之间。在当前的上下文中，术语“射流”、“流”和“流动”用作同义词。同样地，术语“粉状”和“微粒状”用作同义词。因此，除非另有指明，否则表述“粉状燃料”用来指代“微粒状燃料”，而不限制如何获得或制造所述微粒状燃料。在当前的上下文中，两股氧化剂射流或两个氧化剂喷射开口在它们沿着第二轮廓紧接彼此时被说成“相邻”。借助于燃料射流周围的慢速氧化剂射流和快本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种将流体推动型微粒状固体燃料和氧化剂喷射到燃烧室中的方法，所述方法包括：·以燃料喷射速度vf经由燃料喷射开口(12)将流体推动型微粒状固体燃料射流喷射到所述燃烧室中，所述燃料喷射开口具有的圆周对应于具有几何中心的第一二维几何轮廓(13)，·以被称为高氧化剂速度的第一氧化剂喷射速度VO1经由n1个第一喷射开口(31)将被称为快速氧化剂射流的n1股第一氧化剂射流喷射到所述燃烧室中，其中n1≥3，·以被称为低氧化剂速度的第二氧化剂喷射速度VO2经由n2个第二喷射开口(35)将被称为慢速氧化剂射流的n2股第二氧化剂射流喷射到所述燃烧室中，其中n2≥3，·其中，所述n1个第一氧化剂喷射开口(31)和所述n2个第二氧化剂喷射开口(35)中的每一个与包围所述第一轮廓(13)的第二轮廓(40)相交，所述第二轮廓(40)与所述第一轮廓(13)间隔开，·其中，沿着所述第二轮廓(40)，在所述n1股快速氧化剂射流中的两股连续快速氧化剂射流之间喷射所述n2股慢速氧化剂射流中的至多三股连续的慢速氧化剂射流，并且·其中，所述高氧化剂速度VO1中的最低速度大于或等于所述低氧化剂速度VO2中的最高速度的1.25倍，优选地大于或等于所述低氧化剂速度VO2中的最高速度的1.30倍，更优选地大于或等于所述低氧化剂速度VO2中的最高速度的1.50倍。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种将流体推动型微粒状固体燃料和氧化剂喷射到燃烧室中的方法，所述方法包括：·以燃料喷射速度vf经由燃料喷射开口(12)将流体推动型微粒状固体燃料射流喷射到所述燃烧室中，所述燃料喷射开口具有的圆周对应于具有几何中心的第一二维几何轮廓(13)，·以被称为高氧化剂速度的第一氧化剂喷射速度VO1经由n1个第一喷射开口(31)将被称为快速氧化剂射流的n1股第一氧化剂射流喷射到所述燃烧室中，其中n1≥3，·以被称为低氧化剂速度的第二氧化剂喷射速度VO2经由n2个第二喷射开口(35)将被称为慢速氧化剂射流的n2股第二氧化剂射流喷射到所述燃烧室中，其中n2≥3，·其中，所述n1个第一氧化剂喷射开口(31)和所述n2个第二氧化剂喷射开口(35)中的每一个与包围所述第一轮廓(13)的第二轮廓(40)相交，所述第二轮廓(40)与所述第一轮廓(13)间隔开，·其中，沿着所述第二轮廓(40)，在所述n1股快速氧化剂射流中的两股连续快速氧化剂射流之间喷射所述n2股慢速氧化剂射流中的至多三股连续的慢速氧化剂射流，并且·其中，所述高氧化剂速度VO1中的最低速度大于或等于所述低氧化剂速度VO2中的最高速度的1.25倍，优选地大于或等于所述低氧化剂速度VO2中的最高速度的1.30倍，更优选地大于或等于所述低氧化剂速度VO2中的最高速度的1.50倍。2.根据权利要求1所述的方法，其中沿着所述第二轮廓(40)，所述n2股慢速氧化剂射流中的至多两股连续的慢速氧化剂射流在所述n1股快速氧化剂射流中的两股连续快速氧化剂射流之间喷射，优选地所述n2股慢速氧化剂射流中的至多一股位于所述n1股快速氧化剂射流中的两股连续快速氧化剂射流之间。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述燃料喷射速度vf小于所述n1股快速氧化剂射流的高氧化剂速度VO1。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一轮廓(13)和所述第二轮廓(40)是(a)同心的或基本上同心的和/或同形的或基本上同形的。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流体推动型微粒状固体燃料是气体推动型微粒状固体燃料，所述微粒状固体燃料优选地由空气、富氧空气、回收的烟道气体或者回收的烟道气体与空气或与富氧氧化剂的组合来推动。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一氧化剂射流和所述第二氧化剂射流的氧化剂具有介于50％vol与100％vol之间、优选至少80％vol、更优选至少90％vol的含氧量。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中借助于所述快速氧化剂射流和所述慢速氧化剂射流喷射到燃烧区中的50％以上的氧气是在所述第一轮廓(13)的几何中心下方喷射的。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述燃烧室配备有燃烧空气端口，所述燃烧空气端口将空气喷射到所述燃烧室中，并且其中所述流体推动型微粒状固体燃料和所述氧化剂通过位于所述燃烧空气端口内、在其旁边或下方、优选在所述燃烧空气端口下方的喷射开口进行喷射。9.一种燃料与氧化剂喷射器，包括：·第一导管(10)，所述第一导管内限...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘奔，瑞米·特斯瓦，潘小兵，周志军，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR