CN100582575C - 粉体熔融燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明所要解决的课题是为了避免飞灰现象的产生。一种粉体熔融燃烧器，将粉体、燃料和氧分别从燃烧器头(30)向炉中喷射，在使上述燃料在氧助燃下燃烧的火焰中进行上述粉体的熔融，其特征在于，包括：单个的粉体喷射孔(12)，设置于燃烧器头(30)的中心；多个燃料喷射孔(14)，以上述粉体喷射孔(12)为中心沿半径方向以所需中心角进行配置；单个的1次氧喷射孔(16)，与上述燃料喷射孔(14)分别同心地设置；多个2次氧喷射孔(18)，以包围上述粉体喷射孔(12)及燃料喷射孔(14)的每一个的方式按照所需间隔配置有多个，整体上呈环状。

Description

粉体熔融燃烧器

技术领域

本发明涉及一种粉体熔融燃烧器，进一步详细地说，涉及一种适用于熔融处理炉和熔融还原炉的粉体熔融燃烧器，上述熔融处理炉例如使电炉粉尘、还原渣、焚烧灰、及其它压碎塑料废弃物的粉粒物等在高温的火焰中熔融之后，作为熔渣回收到炉中，上述熔融还原炉例如在使粉粒状的金属氧化物、其它金属硫化物等在高温的火焰中熔融的同时，还将氧和硫磺等分离，作为熔融金属回收到炉中。

背景技术

作为上述粉体熔融燃烧器来说，例如在特开2000-103656号公报中就有所记载。如图3所示，在该公报中公开的粉体熔融燃烧器5包括：燃料供给孔5a，在前端面的中央上开口；环状1次供氧狭缝5b，在该燃料供给孔5a的外侧开口；粉尘及还原渣供给孔5d，它们呈环状地排列在该1次供氧狭缝5b的外侧，由多个椭圆形状的长孔形成；2次供氧孔5f，其呈环状地排列在该粉尘及还原渣供给孔5d的外侧，由多个圆孔5e构成。

如图4所示，上述现有技术中的粉体熔融燃烧器5，将其垂直插入粉体熔融炉6中，从其燃烧器头向炉中分别喷射还原渣等粉体、燃料及氧气。在炉中被点燃的燃料在氧气的助燃下燃烧，形成高温的火焰，上述粉体在该火焰中熔融，作为熔渣回收到炉体6a的底部上，此后再将无害的2次粉尘回收到炉外。从炉体6a取出熔渣并将其冷却后，例如可被再利用于路基材料等中。(参考特开2000-103656号公报)

对上述粉体熔融燃烧器5在炉中的火焰状况进行观察时可知，重油等燃料从燃烧器头的中心被供给后，会形成喇叭状的火焰。此外，粉体从呈环状排列于燃料供给孔5a的外侧上的多个长孔5c中喷出，供给到上述呈喇叭状扩展的火焰中并实现熔融。

此时，供给到火焰中的大部分粉体如上所述，在熔融后下落到炉底而被回收，但是有一部分供给的粉体(5～8％左右)会飞到火焰外面，未被熔融就直接混在排气中并排到炉外(飞灰现象(carryover))。该飞灰现象会导致粉体不熔融而向炉外跑出的操作损失，所以希望降低该损失。

而且，在以往的粉体熔融燃烧器5中，向炉内投入的燃料的平均火焰长度较长，为了将该火焰长收到炉中，有必要将炉设计得较高，其缺点是会导致设备成本增加。而在炉高相同的情况下，若火焰长度变长，则与炉底的熔融物接触的火焰会达到周围的炉壁，其缺点是会由于该高温火焰加速炉壁耐火物的损耗。

因此，发明人为寻找上述问题的解决方案而进行了各种研究，认为产生上述飞灰现象的原因在于：由于从外方供给的粉体要包围住从燃烧器头的中心喷出的燃料，所以在此状况下，供给到火焰的相对较外侧的一部分粉体向外侧弹出而不会跟随着火焰流。因此查明如下内容，即：若代替从燃料的外侧供给粉体的以往方式，将粉体从燃烧器头的中心供给，并且将燃料从该粉体的外侧的多个部位供给，则可大幅抑制粉体从火焰中跑出的上述飞灰现象。

此外还判明了如下内容，即：火焰长度变长的主要原因是由于从1个部位供给燃料，所以，若调换上述那样的构想，将粉体从燃烧器头的中心的1个部位供给，并使燃料从包围该粉体的多个部位供给的话，则即使是相同量的燃料，由于在分散状态下燃烧，也可使火焰整体的长度变短。

发明内容

为了克服上述问题而适当地实现所希望的目的，本发明的粉体熔融燃烧器，将粉体、燃料和氧分别从燃烧器头向炉中喷射，在使上述燃料在氧气的助燃下燃烧的火焰中，进行上述粉体的熔融，

其特征在于，包括：

单个的粉体喷射孔，设置于燃烧器头的中心；

多个燃料喷射孔，以上述粉体喷射孔为中心，按照所需中心角配置在半径方向上；

单个的1次氧喷射孔，与上述各个燃料喷射孔的每一个同心地设置，

多个2次氧喷射孔，以包围上述粉体喷射孔及燃料喷射孔的每一个的方式按照所需间隔配置有多个，整体上呈环状。

附图说明

图1是本发明优选实施例的粉体熔融燃烧器上的燃烧器头的主视图。

图2是图1的粉体熔融燃烧器的纵剖视图。

图3是现有技术的粉体熔融燃烧器上的燃烧器喷头的主视图。

图4是将粉体熔融燃烧器用于熔融炉中时的概略剖视图。

具体实施方式

下面，举出适当的实施例、并参照附图来说明本发明的粉体熔融燃烧器。另外，在实施例中，虽然假定重油作为燃料，水作为燃烧器主体和燃烧器头的冷却介质，并且还假定电炉粉尘、还原渣、燃烧灰等作为粉体，但是本发明的范围当然并不限定于这些情况。

进而，在本发明中使用的“粉体”一词，并不限定于单纯的所谓粉末状粉体，也包括粒状和颗粒状的粉体，甚至还包括由所谓细小片的集合形成的片状流动体。即，作为利用本发明的粉体熔融燃烧器处理的粉体的一例，可列举出在熔融后成为渣的电炉粉尘、还原渣、燃烧灰等。此外，还列举有燃烧并气体化的粉粒状的废塑料、粉碎机粉尘、炭化污泥等。进一步列举的其他例有：作为金属的氧化物、硫化物、或氢氧化物、碳酸盐等存在，并分别通过分离出氧、硫磺、氢氧基、碳酸基等而成为金属的粉粒状的铁矿石、镍矿石、铜矿石、钼矿石等。

图1表示从正面观察实施例的粉体熔融燃烧器10的燃烧器头30，此外，图2是沿轴向纵剖上述粉体熔融燃烧器10所得的纵剖视图。粉体熔融燃烧器10整体为圆筒状，并形成所需长度的筒体，如上述那样，图4表示将该粉体熔融燃烧器10垂直插入炉体中，其燃烧器头30指向炉底。

(关于燃烧器头的构成)

燃烧器头30在其中心作为单体开设有所需直径的粉体喷射孔12，经由后述的粉体供给管26，将粉体与空气一起压送、并喷射供给到炉中。该粉体喷射孔12的孔径尺寸，要根据炉体的粉体熔融能力和容量的要求来设定，以使每单位时间内供给的粉体效率达到最高。此外，为了能够承受因粉体通过时的滑动摩擦而引起的磨耗，在粉体喷射孔12的内表面上包覆有耐热、耐磨性的薄层。

在上述燃烧器头30上，以粉体喷射孔12为中心，沿半径方向以120度的中心角设置有3个燃料喷射孔14，该燃料喷射孔14经由后述的燃料喷嘴40及燃料供给管36，在压力作用下将重油向炉中喷射供给。在本实施例中，以粉体喷射孔12作为中心，以120度的等角度设置3个燃料喷射孔，但其配置数和设置角度是设计事项，可根据实际的设计要求来采用适当的配置。此外，各个燃料喷射孔14相对于粉体喷射孔12的间隔距离也是单纯的设计事项，在具体的设计阶段可选择适当的值。

此外，在燃烧器头30中的上述燃料喷射孔14的外周上，相应地设置有单个的1次氧喷射孔16，其用来喷射供给1次氧气。1次氧作为助燃气体，在压力作用下经由后述的1次氧喷嘴38及1次供氧管28向该1次氧喷射孔16中供给。

进一步来说，多个2次氧喷射孔18是这样构成的，即：按所需间隔开设多个通孔以包围燃烧器头30中的粉体喷射孔12及燃料喷射孔14，这些通孔相对于粉体喷射孔12及燃料喷射孔14，构成整体上呈环状的2次氧喷射孔18。如后所述，该2次氧喷射孔18经由2次供氧管32，供给作为助燃气体的2次氧。

(关于燃烧器的整体构成)

在图2中，粉体熔融燃烧器10以呈中空圆筒状的长燃烧器主体24为基础，上述燃烧器头30成为该燃烧器主体24的一侧的端面部。在燃烧器主体24的圆筒体内部中内插有与其同心的2次供氧管32，它是比该燃烧器主体24的直径小的圆筒体，并沿轴方向延伸，燃烧器头侧的一端部与后述的2次氧喷射孔18相连接，而另一端部与未图示的2次氧压送源相连接。

在燃烧器主体24与2次供氧管32之间，经间隔器48夹插并支承有筒状隔壁34，从而构成冷却套管(jacket)22，向该冷却套管22中循环供给例如水的液状冷却介质。

图2中，在燃烧器头30的中央埋入圆筒状的2次供氧块46，在该2次供氧块46的中心上开设有上述粉体喷射孔12。此外，在2次供氧块46上，以粉体喷射孔12作为中心，沿半径方向并沿圆周方向隔开规定间隔地贯穿设置有多个2次氧喷射孔18，这些2次氧喷射孔18在整体上形成包围粉体喷射孔12的环状列。粉体喷射孔12的后方与沿轴方向在燃烧器主体24的内部延伸的粉体供给管26连通连接，该粉体供给管26与未图示的粉体压送源相连接。

多个2次氧喷射孔18在燃烧器主体24的内部，与上述2次供氧管32相连通，且作为环状列贯穿设置在上述2次供氧块46上，所以从该2次氧喷射孔18供给的2次氧可包围从粉体喷射孔12供给的粉体。

(关于燃料喷射部)

在燃烧器头30中，在图2所示的燃料喷嘴40的前端上贯穿设置有3个燃料喷射孔14，它们分别以粉体喷射孔12为中心、按120度的中心角设置。此外，在燃烧器头30中，中空圆筒状的1次氧喷嘴38的前端和与燃料喷嘴40同心的外周部面对。即，如图2所示，在2次供氧管32的内部，以上述粉体供给管26为中心并按120度中心角，使3根1次供氧管28分别沿轴方向延伸。

该1次供氧管28的前端与上述1次氧喷嘴38相连接，将1次氧作为助燃气体从上述燃料喷嘴40的外周供给，而另一端与未图示的1次氧的压送源相连接。进一步，将燃料供给管36以同轴的方式内插到上述1次供氧管28的内部并在其中延伸，其前端部与上述燃料喷嘴40相连接，而后端部与未图示的燃料(重油)压送源连接。

此外，如图1所示，在燃烧器头30上贯穿设置多个2次氧喷射孔18，所述2次氧喷射孔18包围各为3个的燃料喷射孔14及1次氧喷射孔16，并在整体上呈环状列。这些2次氧喷射孔18如图2所示，由于在燃烧器头30的里侧，在上述2次供氧管32上开口，所以也可以进一步以包围由上述燃料喷射孔14喷射的重油及由1次氧喷射孔16喷射的1次氧的方式，从这些2次氧喷射孔32中喷射2次氧。

(关于冷却室)

如图2所示，在燃烧器头30的里侧、且在设置了上述多个燃料喷射孔14的区域中，设置有隔板42，在内部对冷却室20进行划分。在该隔板42的中心上开设有冷却水的流通孔44，来自上述冷却套管22的冷却水，经该流通孔44被循环供给到冷却室20中，由此其优点是：不仅可主动地冷却燃烧器10的外筒部位，也可冷却燃烧器头30的平面部31。

即，将从燃烧器头30中的上述粉体喷射孔12、燃烧喷射孔14、1次氧喷射孔16及2次氧喷射孔18中高速流过的空气和氧气作为冷却介质(空冷)，对这些孔的周围进行适当的冷却。但是，由于上述空冷产生的效果无法达到离开这些孔的燃烧器头30的平面部31的区域，所以只要没进行水冷却，就会产生非常高的温度，从而导致热膨胀和热应力的增大，在多数情况下，以至于从该部位起产生燃烧器的烧损。因此，如上述那样，利用水循环主动地对燃烧器头30的平面部31进行冷却，就可以预防燃烧器的烧损，并且使燃烧器寿命显著提高。

根据实施例的粉体熔融燃烧器10，将粉体从开设在燃烧器头30的中心上的粉体喷射孔12喷射出，将重油分别从3个燃料喷射孔14喷射供给，这3个燃料喷射孔14分别以该燃烧器头30的粉体喷射孔12为中心、位于半径方向的外侧。此外，1次氧也从与燃料喷射孔14同心设置的1次氧喷射孔16喷射供给。在这种情况下，3根重油喷出流形成的束将从粉体喷射孔12喷出的粉体的周围包围，并且从2次氧喷出孔18喷出的2次氧将该粉体的周围及重油的周围包围。

由此，若点燃重油时，则粉体被封入由1次氧及2次氧助燃的高温火焰的中心部分，所以可显著降低该粉体从火焰向外方飞出的飞灰现象。此外，利用通过冷却室20的液体对燃烧器头30的里侧(背面侧)进行冷却，所以，其结果不仅使燃烧器的外筒部分得以冷却，而且该燃烧器头30的平面部31也被冷却，因此可延长粉体熔融燃烧器10的寿命，使其经久耐用。

作为在本发明的粉体熔融燃烧器处理的粉体的1例，列举有熔融后成为渣的电炉粉尘、还原渣、燃烧灰等，作为另一例，列举有燃烧并气体化的粉粒状的废塑料、粉碎机粉尘、炭化污泥等。进一步，作为其他例，列举有作为金属的氧化物、金属硫化物、或金属氢氧化物、金属碳酸盐等存在、并通过分别分离出氧、硫磺、氢氧基、碳酸基等而成为金属的粉粒状的铁矿石、镍矿石、铜矿石、钼矿石等。即，用本发明的粉体熔融燃烧器适当地进行熔融处理的粉体为金属的氧化物、硫化物、氢氧化物、碳酸盐、及其复合体。

另外，作为适于使用本发明的粉体熔融燃烧器的炉体来说，列举了熔融处理炉，上述熔融处理炉使例如电炉粉尘、还原渣、燃烧灰、和压碎塑料废弃物的粉粒物等在高温的火焰中熔融，并将其作为熔渣回收到炉中。此外，作为其他的炉体，列举了熔融还原炉，上述熔融还原炉使例如粉粒状的金属氧化物和金属硫化物等在高温的火焰中熔融，同时将氧、硫磺等分离，作为熔融金属回收到炉中。

从燃烧器头的中心供给粉体，并且从该粉体的外侧的多个部位供给燃料，于是使得刚向炉内喷射供给的粉体的周围被燃料包围，由于成为上述这种状态，所以可抑制粉体从火焰中逃出，并使操作损失降低。

此外，由于燃料不是从燃烧器头的1个部位向炉中喷射供给而是从多个部位供给并燃烧的，所以各火焰的长度必然缩短，因此也可将炉体的高度设计得较小，从而可降低抑制制造成本。进而，在使用相同高度的炉的情况下，由于火焰长度变短，所以有该火焰不会到达周围炉壁，减轻炉壁耐火物的损耗的优点。

Claims (4)

1.一种粉体熔融燃烧器(10)，将粉体、燃料和氧分别从燃烧器头(30)向炉中喷射，在使上述燃料在氧气助燃下燃烧的火焰中进行上述粉体的熔融，

其特征在于，包括：

单个的粉体喷射孔(12)，设置于燃烧器头(30)的中心；

多个燃料喷射孔(14)，以上述粉体喷射孔(12)为中心，按照所需中心角配置在半径方向上；

1次氧喷射孔(16)，相对每一个上述燃料喷射孔(14)而言同心地设置且为单一的；

多个2次氧喷射孔(18)，以包围上述粉体喷射孔(12)及燃料喷射孔(14)的每一个的方式按照所需间隔配置有多个，整体上呈环状；

上述燃烧器头(30)的平面部(31)被冷却液冷却。

2.如权利要求1所述的粉体熔融燃烧器，其特征在于，上述多个燃料喷射孔(14)以上述粉体喷射孔(12)为中心，按照120度的中心角设置在半径方向上。

3.如权利要求1所述的粉体熔融燃烧器，其特征在于，在上述燃烧器头(30)的里侧且设置了上述多个燃料喷射孔(14)的区域上，设置冷却室(20)，来自设置在燃烧器主体(24)的内周的冷却套管(22)的冷却液被循环供给到冷却室(20)中，冷却该燃烧器头(30)的平面部(31)。

4.如权利要求1～3中任意一项所述的粉体熔融燃烧器，其特征在于，用上述粉体熔融燃烧器来熔融的粉体，为金属的氧化物、金属硫化物、金属氢氧化物、金属碳酸盐。

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