CN1214765A - 燃料燃烧设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种选自粉末燃料和液体燃料的燃料通过燃料喷射机构喷射;一次空气通过设置在燃料喷射机构外内侧上的一次空气喷射机构喷射,从而形成外内一次空气直射流,其间介有燃料喷射流,并使燃料喷射流燃烧。当使用一种粉末燃料时,任选地再喷射一种液体燃料并与上述一次空气流混合,从而使该液体与粉末燃料一起燃烧。

Description

燃料燃烧设备和方法
技术领域
本发明涉及一种使至少一种选自粉末燃料和液体燃料的燃料进行燃烧的设备和方法。更具体地说，本发明涉及一种在例如可用于生产水泥熟料、氧化镁熟料或石灰的回转窑中使一种粉末燃料或一种液体燃料或一种粉末燃料和一种液体燃料进行燃烧的设备和方法，所述的粉末燃料例如是一种固体粉末燃料如细煤粉或焦炭粉和一种含可燃性废料如塑料粉、垃圾粉、木屑和谷壳的粉末燃料，所述的液体燃料例如是一种液态燃料如重油或废油和一种含可燃性粉末如煤粉或焦炭粉的稀浆燃料。
背景技术
当一种粉末燃料如细煤粉进行燃烧时，可以使用如日本已审查专利公布No.57-35368中公开的细煤粉用的圆筒型燃烧设备。在该燃烧设备中，多个内一次空气喷射孔排列在设备的中心部分中，多个(4至8个)用于喷射细煤粉和输送煤粉的空气的混合物的细煤粉喷射孔排列在内一次空气喷射孔的周围并用隔板互相隔开，还有一个具有环形截面轮廓的外圆周形一次空气喷射狭缝设置在细煤粉喷射孔的周围。在该设备中，细煤粉以4至8股喷射流的形式通过互相隔开的喷射孔喷射，而多股内一次空气直射流和一个环形一次空气直射流以这样一种方式喷射，使得细煤粉喷射流介于内一次空气喷射流和环形一次空气喷射流之间。因为细煤粉喷射流的流速低于内外一次空气直射流，所以细煤粉喷射流受内外一次空气直射流的加速而细煤粉被吹散很远。在上述喷射期间，高温二次空气从设置在燃烧室下游的产品冷却设备引入该燃烧室，通过外一次空气直射流的间隙，进入外一次空气直射流的内部，并被吸入和扩散入细煤粉喷射流，从而使细煤粉燃烧。
同时，如日本已审查的专利公布No.2-22,289中公开的用于使细颗粒固体燃料燃烧的燃烧器，设有多个成环形排列在燃烧器中心部分内并通过隔板互相隔开的内一次空气喷射孔，多个成环形排列在内一次空气喷射孔周围的细颗粒固体燃料/输送空气喷射孔，以及围绕上述细颗粒固体燃料/输送空气喷射孔成环形形式形成的外一次空气喷射孔。在该燃烧器中，使细颗粒固体燃料在喷射端部表面处的流阻彼此不同，而细颗粒固体燃料的分布密度形成不均匀，由此提高燃烧速度和形成一短火焰。
在喷射粉末燃料和一次空气并使高温二次空气混入喷射的粉末燃料和一次空气流以使粉末燃料燃烧的场合，通常，粉末燃料的燃烧是通过一次空气总量和一定量的二次空气来实现的，二次空气的该一定量对应于理论燃烧空气量和一次空气总量之差。在这种情况下，一次空气的温度为60℃至80℃，而二次空气的温度为800至1000℃。因此，燃烧的优劣取决于一次空气比(表示一次空气总量对理论燃烧空气量之比)，一次空气比越低，燃烧越好。
但是，当降低一次空气比以促进燃烧时，一次空气喷射流的流动速度因此降低，二次空气的混合进入燃烧混合物成为不充分，于是上述降低产生一个缺点，就是粉末燃料的燃烧速度降低，燃点温度降低，产生细煤粉的不完全燃烧。为此，在使粉末燃料燃烧用的常规设备的方法中，一次空气比通常为约20％至25％，实际上很难使用低于上述水平的一次空气比。
同时，在使粉末燃料燃烧的常规设备和方法中，可以通过控制内一次空气喷射直射流对内一次空气喷射转向流的流速之比来在一定程度上调整燃点的位置。但是，在实际中，一个燃烧器的上述控制是困难的。必须根据回转窑的性能来改变内一次空气直射流喷射孔和内一次空气转向流喷射孔的设计。同时，在这种情况下，当内一次直射空气流太强时，生成的燃烧火焰为狭窄角度的长火焰形式，燃点温度不充分。同时，当内一次空气转向气流太强时，生成的燃烧火焰为宽角度的短火焰形式。在这种情况下，虽然燃点温度高，但火焰的角度太宽，因此炉壁受到大的损伤，在最坏情况下，炉壁损坏。
同时，当使用液体燃料时，在将液体燃料喷入燃烧炉中的用于燃烧液体燃料的设备和方法中，喷射的液体燃料与一次空气混合并再与高温二次空气混合而燃烧。在这种情况下，液体燃料中可燃物质的燃烧是根据与液体燃料混合的一次空气总量和二次空气量来进行的，该二次空气量对应于理论燃烧空气量和一次空气总量之差。通常，一次空气的温度为60至80℃而二次空气的温度为800至1000℃。因此，燃烧的优劣随一次空气比而变化，一次空气比表示一次空气总量对理论燃烧空气量之比。一次空气比越小，用于燃烧的空气温度就越高，结果，燃烧温度提高而燃点温度上升，于是产生优质燃烧。
但是，当一次空气量降低而使燃烧条件更好时，产生一些不利因素，如一次空气喷射流速度降低，二次空气的混合变得不充分，燃点温度降低和液体燃料燃烧不完全。为此，当在常规的燃烧液体燃料的设备和方法中使用C重油作为燃料时，将一次空气比控制到约12至15％。当一次空气比进一步降低到上述水平以下时，液体燃料的优质燃烧就很难实现。
在常规的燃烧液体燃料的设备和方法中，很难通过控制喷入燃烧炉中的液体燃料流对与其同时形成的一次空气喷射流的流动速度比来调整燃点的位置。因此，在燃烧炉中形成的燃烧火焰成燃点温度不够高的狭窄角度长火焰形式，或者成宽角度短火焰形式，其中燃点温度足够高，而火焰扩展太宽，以致炉壁受到大的损伤。在最坏情况下，炉壁损坏。
其次，在粉末燃料和液体燃料一起使用的场合下，已知有用于使粉末燃料和液体燃料燃烧的设备和方法。在该设备和方法中，粉末燃料和液体燃料与一次空气一起喷射，并进一步与高温二次空气混合。在这种情况下，通常，这些燃料的燃烧根据一次空气总量和二次空气的量来进地，该二次空气的量对应于理论燃烧空气量和一次空气总量之间的差。在这种燃烧中，一次空气的温度为60至80℃，而二次空气的温度为800至1000℃，因此燃烧的优劣取决于一次空气比而变化(一次空气比表示一次空气总量对理论燃烧空气量之比)，一次空气比越低，用于燃烧的空气温度越高，结果，燃烧速度增大，燃点温度变高，产生优质的燃烧。
但是，当一次空气比降低而使燃烧条件更好时，产生一些不利因素，如喷射流速度降低，因而二次空气的混合变得不充分，粉末燃料和液体燃料的燃烧速度变慢，燃点温度降低而燃料燃烧不充分。为此，在常规的混合燃烧燃料的设备和方法中，一次空气比通常为约20％至25％，实际上很难以减小的一次空气比在增大的燃烧速度和增大的燃点温度下实现混合燃烧。同时，在常规的混合燃烧设备和方法中，在一定程度上可以通过控制内一次空气直射流和与直射流一起形成的内一次空气转向流的流动速度比来调整燃点位置。在实际上，上述对一个燃烧器的控制是困难的，因此必须根据回转窑的性质来改变内一次空气直射流喷射孔和内一次空气转向流喷射孔的设计。在这种情况下，当内一次空气直射流变得太强时，生成的燃烧火焰成狭窄角度长火焰形式，其中燃点温度不充足地低。当内一次空气转向流变得太强时，生成的燃烧火焰为宽角度短火焰，其中燃点温度充分高而火焰变得太宽，因此炉壁受到大的损伤。在最坏情况下，炉壁损坏。
鉴于上述各种常规的燃烧设备和方法，强烈地需要这样一种设备和方法，它们能够形成一种狭窄角度的短火焰形式，能够利用一种粉末燃料或一种液体燃料或利用一种粉末燃料与一种液体燃料一起充分地升高燃点温度，并能够获得优质的燃烧而不损伤炉壁。
发明的公开内容
本发明的一个目的是提供一种燃料燃烧设备和方法，它们能够利用例如一种粉末燃料或一种液体燃料或利用一种粉末燃料与一种液体燃料一起形成一种具有充分高的燃点温度的狭窄角度短火焰形式的燃烧火焰，同时防止或减小燃烧炉壁的损伤。
本发明的另一个目的是提供一种燃料燃烧的设备和方法，它们能够迅速而高效地燃烧一种燃料，如一种粉末燃料或一种液体燃料或一种粉末燃料和一种液体燃料，而它们不会使燃烧炉壁过分受热。
本发明的燃料燃烧设备和方法可以利用一种廉价的燃料如煤粉或焦炭粉，它们含有的挥发性成分的量非常小，因此被认为是不能使用的。同时，本发明的燃料燃烧设备和方法不仅能够利用一种液体燃料如重油，而且能够利用一种廉价燃料如煤粉或焦炭粉的稀浆，从而可以减少燃料费用。
本发明的燃料燃烧设备包括：一个用于喷射至少一种从粉末燃料和液体燃料中选定的燃料的机构；一个设置在该燃料喷射机构外侧上的外一次空气喷射管，具有多个外一次空气喷射孔，通过这些孔与燃料喷射机构的燃料喷射方向平行地喷射一次空气；以及一个设置在该燃料喷射机构内侧上的内一次空气喷射管，具有至少一个内一次空气喷射孔，通过这些孔与燃料喷射机构的燃料喷射方向平行地喷射一次空气。
本发明的燃料燃烧方法是利用本发明的上述燃料燃烧设备来实施的，并包括：通过该燃料喷射机构喷射至少一个从粉末燃料和液体燃料中选定的组分；并通过外内一次空气喷射孔沿与燃料喷射方向相同的方向喷射一次空气，从而形成外内一次空气喷射流，其间介有燃料喷射流。
本发明的设备和方法可以使用的上述燃料喷射机构，可以包括一个具有环形喷射孔的粉末燃料喷射管，通过该孔与用于输送粉末燃料的空气一起喷射粉末燃料；可以包括多个具有液体燃料喷射孔的液体燃料喷射管，这些孔设置在一个和同一个圆周上，通过这些孔沿径向喷射液体燃料，或者可以包括一个有一环形喷射孔的粉末燃料喷射管，通过该孔与输送粉末燃料的空气一起喷射粉末燃料，以及一个附加的燃料喷射机构，包括一个安置在内一次空气喷射管的内侧上并有液体燃料喷射孔的液体燃料喷射管，通过这些孔沿径向喷射液体燃料。
附图简述
图1是一个说明性视图，表示在回转窑中使用的本发明燃烧设备的配置；
图2是一种加热炉的说明性侧视图，该加热炉包含本发明燃烧设备的一个实施例，即一种粉末燃料燃烧设备；
图3(A)是一个说明性截面侧视图，表示本发明的粉末燃料燃烧设备的一个实施例的构成；
图3(B)是图3(A)中所示设备的说明性前视图；
图4是一种加热炉的说明性侧视图，该加热炉包含本发明燃烧设备的另一个实施例，即一种液体燃料燃烧设备；
图5(A)是一个说明性截面侧视图，表示本发明的液体燃料燃烧设备的一个实施例的构成；
图5(B)是图5(A)中所示设备的说明性前视图；
图6是一种加热炉的说明性侧视图，该加热炉包含本发明燃烧设备的又一个实施例，即一种粉末燃料和液体燃料燃烧设备；
图7(A)是一个说明性截面侧视图，表示本发明的混合燃烧粉末燃料和液体燃料的设备的一个实施例的构成。
图7(B)是图7(A)中设备的说明性前视图。
实施本发明的最佳方案
本发明的燃烧设备和燃烧方法有利地用于回转窑，用于生产水泥熟料、氧化镁熟料或石灰。在本发明中，燃料至少是粉末燃料和液体燃料中的一种。
如图1中所示，回转窑1的出口部分连接在产品冷却设备2的入口部分上，燃料燃烧设备3插入回转窑1的出口部分并引向回转窑的入口部分。在回转窑1中生产的产品被引入产品冷却系统2，由引入冷却设备2的冷却空气4冷却，而由冷却系统2中的热交换产生的高温空气5被返回，作为第二空气通过冷却设备2的入口部分进入回转窑1并用于燃烧燃料。
在本发明中，当使用粉末燃料作为燃料时，一种包括本发明的粉末燃料燃烧设备的加热炉的实施例的说明性侧视图示于图2。在图2中，一种圆筒形粉末燃料燃烧设备11通过炉壁12插入加热炉如回转窑。燃烧设备11包括：一个具有环形喷射孔的粉末燃料喷射管，通过该喷射孔与输送粉末燃料的空气一起喷射粉末燃料；一个具有多个内一次空气喷射孔的内一次空气喷射管和一个具有多个外一次空气喷射孔的外一次空气喷射管，该内外喷射管分别沿粉末燃料喷射管的内外周面设置。
在图2中，在安置于加热炉外面的粉末燃料燃烧设备11的端部部分13中，设置一个粉末燃料输送管14，用于输送粉末燃料和燃料输送空气的混合流。输送管14连接在上述粉末燃料喷射管上。同时，在端部部分13中，设置一个一次空气输送管15。输送管15分枝为外一次空气输送管16和内一次空气输送管17，外一次空气输送管16连接在外一次空气喷射管上而内一次空气输送管17连接在内一次空气喷射管上。在图2的燃烧设备中，在设备的中心部分设置两个用于点火的重油或燃气燃烧器18。
在图2的燃烧设备中，一股粉末燃料流19通过一个环形喷射孔喷出，多股内一次空气直射流20喷入环形粉末燃料流的内部，而多股外一次空气直射流喷到环形粉末燃料流的外部，上述粉末燃料流和内外气流组成一种复合流，而高温二次空气流5被混入该复合气流，以使粉流燃料燃烧。
本发明的用于粉末燃料的燃烧设备的特征在于，具有一个粉末燃料喷射管、一个沿粉末燃料喷射管外周面设置的外一次空气喷射管和一个沿粉末燃料喷射管内周面设置的内一次空气喷射管；所述粉末燃料喷射管有一个环形喷射孔，通过该孔与输送粉末燃料的空气一起喷射粉末燃料；所述外一次空气喷射管有多个喷射孔，通过这些孔喷射一次空气，其喷射方向与通过环形喷射孔喷射粉末燃料的方向相同；所述内一次空气喷射管有多个喷射孔，通过这些孔喷射一次空气，其喷射方向与通过环形喷射孔喷射粉末燃料的方向相同。
同时，本发明的利用上述粉末燃料燃烧设备的燃烧方法的特征在于，粉末燃料是与输送粉末燃料的空气一起通过上述环形喷射孔喷射的，而一次空气是通过多个内外一次空气喷射孔喷射的，其喷射方向与粉末燃料喷射流的方向相同，形成内外一次空气直射流，两者之间是粉末燃料喷射流。
本发明的粉末燃料燃烧设备的一个实施例的说明性截面侧视图和说明性前视图示于图3(A)和3(B)中。图3(A)是图3(B)中示出的设备沿弯曲线X-X′的说明性截面图。
在图3(A)和3(B)中，在圆筒形燃烧设备11的最外周壁22内部设置一个外一次空气喷射管23，而在管23的一个喷射端部中形成多个、例如6至16个，最好8至14个、外一次空气喷射孔24。在外一次空气喷射管23的内侧上，以与外一次空气喷射管23成同心圆的关系设置一个粉末燃料喷射管25，用于喷射粉末燃料和输送粉末燃料的空气的混合物，而在管25的端部中，形成一个环形粉末燃料喷射孔26。其次，在粉末燃料喷射管25的内侧上，设置一个内一次空气喷射管27，而在管27的一个喷射端部中形成多个、例如6至16个，最好8至14个内一次空气喷射孔28。
上述环形粉末燃料喷射孔26、外一次空气喷射孔24和内一次空气喷射孔28是这样形成的，使得其喷射方向彼此相同(或彼此平行)。因此，粉末燃料通过环形粉末燃料喷射孔26喷射而形成一股具有环形截面轮廓的粉末燃料流19，一次空气通过多个外一次空气喷射孔24而形成多股外一次空气直射流。这些燃料流和气流沿粉末燃料流19的外周面前进。同时，一次空气通过多个内一次空气喷射孔28喷射而形成多股内一次空气直射流，它们沿具有环形截面的粉末燃料流的内周面前进。因此，粉末燃料流介于内外一次空气直射流之间，由此被加速和扩散。扩散的粉末燃料与通过外一次空气直射流之间形成的间隙而行进的高温二次空气混合，并且燃烧。在该程序中，因为外一次空气流是以高速喷入多个分开的直射气流中的，所以高温的二次空气可以容易地通过该多个外一次空气直射流，并可高效地与粉末燃料流混合而形成狭窄角度短火焰形式的燃烧火焰且产生高燃点温度。而且，在该燃烧程序中，该多个内一次空气直射流有效地用于促进粉末燃料的扩散，同时生成一个在燃烧火焰中形成的高温的内循环流动，从而稳定火焰。
在本发明的粉末燃料用的燃烧设备中，对内一次空气喷射孔28和外一次空气喷射孔24的形式、尺寸和配置没有限制。最好是，外一次空气喷射孔24和内一次空气喷射孔28的节圆直径(P、C、D)为300至800mm。
如图3(A)和3(B)中所示，最好，外喷射管23的多个外一次空气喷射孔24和内喷射管27的多个内一次空气喷射孔28安置在两个同心圆周上，两同心圆周之间安置喷射管25的环形粉末燃料喷射孔26，而内一次空气喷射孔28的位置偏离通过各个外一次空气喷射孔24中心和同心圆中心而延伸的直线。同时，最好，每个内一次空气喷射孔安置在一对直线32和33之间，这一对直线32和33延伸通过每对相邻的外一次空气喷射孔的中心和同心圆中心31。上述一次空气喷射孔的配置使空气涡流能够在环形粉末燃料喷射流的内外两个圆周面上可靠地产生。同时，因为内外一次空气流是由许多直射气流组成的，所以空气涡流表面积非常大，从而可以获得这样一种有利的效果，即粉末燃料可以高效地剧烈燃烧。在上述本发明的燃烧设备中，不需要那种在常规燃烧设备中认为必需的用于形成常规内一次空气转向气流的机构。当然，上述用于形成内一次空气转向气流的机构可以任选地附加于本发明的燃烧设备上。
本发明的用于粉末燃料的燃烧方法使用本发明的粉末燃料燃烧设备。该方法的特征在于，粉末燃料是与用于输送粉末燃料的空气一起通过环形喷射孔喷射的，而一次空气是通过内外一次空气喷射孔喷射的，其喷射方向与粉末燃料喷射流的方向相同，形成内外一次空气直射流，两者之间是粉末燃料喷射流。
在本发明的方法中，粉末燃料是与粉末燃料输送空气一起通过环形喷射孔喷射的，而一次空气是通过多个外内一次空气喷射孔喷射的，其喷射方向与粉末燃料喷射流的方向相同，形成外内一次空气直射流，两者之间是粉末燃料喷射流。
在本发明的方法中，对粉末燃料的种类没有限制。通常，使用固体粉末燃料如煤粉和焦炭粉。另外，也可以使用各种废料，如可燃的塑性树脂粉末、垃圾粉末、木材废料(木屑)和谷壳等。
本发明的方法非常有效地用于生产水泥熟料、氧化镁熟料和石灰的回转窑中。在这种情况下，高温二次空气通过一个安置在回转窑下游的产品冷却设备送入回转窑。该高温二次空气被混入由外一次空气直射流、具有环形截面的粉末燃料流和内一次空气直射流组成的复合流中，而粉末燃料可以高效地燃烧。
在本发明的使用粉末燃料的方法中，粉末燃料通过环形喷射孔的喷射速度为30至50m/sec，最好为35至45m/sec，同时外内一次空气流通过外内喷射孔的喷射速度为200至300m/sec，最好为250至300m/sec，而在常规方法中一次空气喷射速度为约100m/sec。
当喷射速度如上所述受到调整时，表示通过环形的粉末燃料喷射孔和外内一次空气喷射孔的空气总量对理论的燃烧空气量之比的一次空气比从20～25％的常规值降低到8～15％，最好是8～12％。也就是，在本发明的使用本发明燃烧设备的燃烧方法中，喷射流的动量可以增大25～35％，而二次空气的伴随动量和伴随时间可以保持在一个与常规方法类似的水平。喷射流动量和二次空气伴随动量可以按照下述方程式(1)和(2)计算：
Go=moUo                          (1)
Ge=K·(mo(X/2R)0.5-1)·Ve       (2)
在方程式(1)和(2)中：
Go为喷射流的动量
Ge为二次空气伴随动量
mo为喷射流质量流动速率(Kg/sec)
Uo为喷射流速度(m/sec)
X为喷射流轴线距离(m)
R为喷射流直径(m)
Ve为喷射流抽吸速度(m/sec)
K为常数。
在本发明的方法中，当一次空气的喷射速度(Uo)从常规方法的约100m/sec增大到200至300m/sec以增大喷射流的动量(Go)时，喷射速度的这种增大导致二次空气伴随动量(Ge)正比于喷射流的动量(Go)而增大。但是，当二次空气伴随动量(Ge)和伴随时间保持在类似于常规方法的水平时，因为火焰喷射流与空气的混合以及初始阶段中的燃烧被进行到类似常规方法的程度，所以一次空气量可以减小。在这种情况下，一次空气量的减小可以由高温二次空气补偿，因此燃烧速度可以增大，而燃烧效率可以提高。
通过使用本发明的用于粉末燃料的燃烧设备和方法，利用粉末燃料可以形成一个狭窄角度短火焰形式的燃烧火焰，因此旋涡数(旋涡数是一个代表旋转强度的无量纲的量，如下面示出的方程式(3)所表示的)可以成为零，并能形成一个自然喷射流。而且，在常规的设备和方法中，对于常规设备和方法可以利用的煤中的挥发性物质的含量必须是18％或更多。但是，利用本发明的设备和方法，可以利用的煤的易挥发物质的含量的低限可以减小到约10％。
SW=Gφ/GXR                            (3)
在方程式(3)中：
SW为旋涡数，
Gφ为沿轴向的角动量通量，
GX为沿轴向的推力，
R为燃烧器喷射直径。
在本发明中，可以使用液体燃料作为燃料。图4表示一种包含本发明液体燃料燃烧设备的加热炉的实施例的说明性侧视图。
在图4中，圆筒形液体燃料燃烧设备11a通过加热炉的加热炉壁12插入加热炉(如回转窑1)。在该燃烧设备11a中，具有供沿径向喷射液体燃料用的液体燃料喷射孔26a的多个液体燃料喷射管25a设置在一个和同一个圆周上，而一个具有一或多个内一次空气喷射孔28以喷射一次空气的内一次空气喷射管27和一个具有多个外一次空气喷射孔24以喷射一次空气的外一次空气喷射管23分别沿设置液体燃料喷射管25的圆周的内侧和外侧设置。
参照图4，在安置于加热炉外面的液体燃料燃烧设备11a的端部部分13中，设置一个液体燃料输送管14a，并连接于上述液体燃料喷射管上。同时，在端部部分13中设置一个一次空气输送管15。一次空气输送管15分枝为外一次空气输送管16和内一次空气输送管17。外一次空气输送管16连接在外一次空气喷射管上而内一次空气输送管17连接在内一次空气喷射管上。在图4的燃烧设备11a中，可以设置用于点火的一个或多个重油燃烧器或气体燃烧器(图4中未示出)。
在图4的燃烧设备11a中，液体燃料流19a通过喷射孔沿径向喷射，内一次空气直射流20在液体燃料流19a的内部喷射，而外一次空气直射流21在液体燃料流19a的外部喷射，由此从这些流形成一复合流，而高温二次空气5被混入该复合流，从而使液体燃料燃烧。
本发明的液体燃料燃烧设备的特征在于包括：多个液体燃料喷射管，安置在一个和同一个圆周上并有液体燃料喷射孔，通过这些孔沿径向喷射液体燃料；一个外一次空气喷射管，有多个设置在液体燃料喷射孔外侧的外一次空气喷射孔，通过这些孔沿平行于液体燃料喷射孔中心轴向的方向喷射一次空气；以及一个内一次空气喷射管，有至少一个设置在液体燃料喷射孔内侧的内一次空气喷射孔，通过这些孔沿平行于液体燃料喷射孔的中心轴向的方向喷射一次空气。
同时，本发明的液体燃料燃烧方法使用本发明的液体燃料燃烧设备，其特征在于，液体燃料通过液体燃料喷射孔沿径向喷射，而一次空气通过与液体燃料喷射孔的中心轴向平行的外一次空气喷射孔和内一次空气喷射孔喷射，由此使喷射的液体燃料流与外内一次空气直射气流混合而使喷射的液体燃料燃烧。
图5(A)和5(B)分别表示液体燃料燃烧设备的一个实施例的说明性截面侧视图和说明性前视图。图5(A)表示图5(B)的设备沿弯曲线Y-Y′的说明性截面侧视图。
在图5(A)和5(B)中，在圆筒形液体燃料燃烧设备3的最外周壁22的内部设置一个外一次空气喷射管23，而在喷射管23的喷射端部中形成多个、例如5至20个，最好8至18个外一次空气喷射孔24。在外一次空气喷射管23的内侧上，设置一个或多个、例如1至6个，最好1至4个液体燃料喷射管25a，用于喷射液体燃料。在每个喷射管的一端，形成一个沿径向喷射液体燃料的液体燃料喷射孔26a。在围绕中心31的一个和同一个圆周上设置一个或多个液体燃料喷射孔26a，该液体燃料喷射孔26a的中心轴线彼此平行。其次，在液体燃料喷射管25a的内侧上设置一个内一次空气喷射管27，而在喷射管的一端，形成一个或多个、例如1至12个，最好1至8个内一次空气喷射孔28。
上述外一次空气喷射孔24和内一次空气喷射孔28以这样的方式形成，就是这些孔的喷射方向与上述液体燃料喷射孔26a的中心轴线方向相同(平行)。液体燃料通过每个液体燃料喷射孔26a喷射而形成一个径向流，而一次空气通过安置在喷射孔外侧的外一次空气喷射孔24喷射而形成外一次空气直射流，该直射流在液体燃料流的外侧前进并与该喷射的液体燃料混合。同时，一次空气通过一个或多个内一次空气喷射孔28喷射而形成内一次空气直射流20，该直射流在液体燃料流的内侧前进并与该喷射的液体燃料混合。因此，液体燃料流与分别在液体燃料流外侧和内侧流动的外内一次空气直射流混合，并由该一次空气流加速和扩散，而且与通过外一次空气直射流行进的高温二次空气进一步混合并燃烧。在该方法中，外一次空气流以高速喷射而形成一股直射气流，最好是多股分开的直射气流。因此，该高温二次空气可以容易地在该多股一次空气直射流之间通过，并可以与液体燃料流高效地混合，形成一个狭窄角度短火焰形式的燃烧火焰，并具有高的燃点温度。而且，当形成多个内一次空气喷射孔24时，生成的内一次空气直射流有利地用于促进液体燃料流的扩散并同时在燃烧火焰中形成高温内循环流，因此使火焰稳定。
在本发明的液体燃料燃烧设备中，对内一次空气喷射孔28和外一次空气喷射孔24的形式和尺寸没有限制。通常，外一次空气喷射孔24和内一次空气喷射孔28的节圆直径(P.C.D.)最好为300至800mm。
同时，每个具有液体燃料喷射孔的液体燃料喷射管25a形成一个向外膨胀的圆锥形喷射喷嘴。例如，当C重油用作液体燃料时，最好将C重油加热到85至100℃的温度以将其粘性阻力减小到20至30cst，并置于30至40kg/cm2G的压力之下。
如图5(A)和5(B)中所示，在内一次空气喷射管27有多个内一次空气喷射孔28的场合，最好是该多个内一次空气喷射孔28和多个外一次空气喷射孔24安置在同心的圆周上，这些同心的圆周围绕将多个液体燃料喷射孔26a设置于其上面的圆周的中心点31。同时，在内一次空气喷射管27只有一个内一次空气喷射孔28的场合，最好是该一个内一次空气喷射孔的中心点与将多个液体燃料喷射孔26a设置于其上面的圆周的中心点31是同一个，而将多个外一次空气喷射孔24设置于其上面的圆周与将多个液体燃料喷射孔26a设置于其上面的圆周是围绕中心点31的同心圆。上述一次空气喷射孔24和28的配置使涡流能够在液体燃料流的外内两侧上可靠地产生，而一次空气与液体燃料均匀地混合。最好是，内外两个一次空气流分别形成许多个直射气流。在这种情况下，涡流表面积可以变得很大，因此液体燃料可以高效地剧烈燃烧。在本发明的液体燃料燃烧设备中，不需要形成内一次空气转向气流用的常规机构，该常规机构对常规设备却是必需的。但是，该形成内一次空气转向气流用的常规机构可以任选地加在本发明的燃烧设备上。
本发明的液体燃料燃烧方法使用本发明的上述液体燃料燃烧设备。在该方法中，液体燃料通过液体燃料喷射孔沿径向喷射，而一次空气通过与液体燃料喷射管的中心轴线方向平行的外内一次空气喷射孔喷射，由此使喷射的液体燃料流与外内一次空气流混合而使液体燃料燃烧。
在本发明的方法中，对液体燃料的种类没有限制。通常，该液体燃料可以选自下述液态燃料，如重油、废油和再生油以及包含可燃性粉末或废料粉末的稀浆燃料，所述可燃性粉末如煤粉、焦炭粉和可燃性塑料粉，所述废料粉末如垃圾、废木片(木屑)和谷壳。稀浆的介质可以是液态燃料(如重油、废油或再生油)或水。
本发明的方法可以非常有利于用于生产水泥熟料、氧化镁熟料和石灰的回转窑中。在这种应用中，高温二次空气通过一个安置在回转窑下游的产品冷却设备送入回转窑。该高温二次空气被混入由外一次空气直射流、流体燃料喷射流和内一次空气直射流形成的复合流中，以使液体燃料高效地燃烧。
在本发明的过程中，通过液体燃料喷射孔26a的液体燃料喷射程序被控制到这样一种程度，使得喷射的液体燃料液滴的粒径优选地为10至300μm，更优选地为10至150μm。液滴粒径是根据液体燃料的种类和粘性与喷射孔的形式和尺寸来确定的。所希望的液滴粒径可以通过控制施加到液体燃料的压力及喷射孔的形式和尺寸来得到。
外内一次空气在每个喷射孔处的喷射速度优选地为200至300m/sec，更优选地为250至300m/sec，而常规喷射速度为约100m/sec。在上述条件下，一次空气比(表示通过液体燃料喷射孔和外内一次空气喷射孔喷射的空气总量对理论的燃烧空气量之比)可以从常规值的12至15％下降到5至10％，最好时为6至9％。也就是，在使用本发明燃烧设备的燃烧方法中，液体燃料的喷射流动量可以增加常规动量的25至35％，而二次空气伴随动量和伴随时间保持在与常规方法类似的水平。
液体燃料的喷射流动量和二次空气的伴随动量可以按照与粉末燃料同一方式的上述方程式(1)和(2)计算。
在本发明的方法中，当一次空气的喷射速度(Uo)从常规方法的约100m/sec增大到200至300m/sec以增大喷射流的动量(Go)时，这种增大导致二次空气伴随动量(Ge)正比于喷射流的动量(Go)而增大。在这种情况下，当二次空气伴随动量(Ge)和伴随时间保持在类似于常规方法的水平时，火焰流与空气的混合以及初始阶段的燃烧被进行到类似常规方法的程度，因此一次空气的量可以减小。在这种情况下，因为一次空气量的减小可以由高温二次空气补偿，所以燃烧速度可以增大，而燃烧效率可以提高。
通过使用本发明的液体燃料燃烧设备和方法，可以以类似于使用粉末燃料的方式产生狭窄角度短火焰形式的燃烧火焰。因此，旋涡数(旋涡数是一个由上述方程式(3)定义的表示旋转强度的无量纲的量)可以成为零，并能形成一自然喷射流。而且，在常规的设备和方法中，对于可以使用的液体燃料种类存在限制。但是，利用本发明的设备和方法，可以使用的液体燃料的范围可以扩大。
在本发明中，可以与液体燃料一起使用粉末燃料。图6表示一种包含上述本发明混合燃烧设备的加热炉的实施例的说明性侧视图。
参照图6，供粉末燃料和液体燃料用的圆筒形混合燃烧设备11b通过加热炉的壁12插入加热炉如回转窑。这个将在下面参照图7说明的混合燃烧设备包括：一个粉末燃料喷射管25，具有一个环形喷射孔26，用于与输送粉末燃料的空气一起喷射粉末燃料；一个内一次空气喷射管27，具有多个喷射一次空气用的内一次空气喷射孔28，沿粉末燃料喷射管25的内周面设置；一个外一次空气喷射管23，具有多个喷射一次空气用的外一次空气喷射孔24，沿粉末燃料喷射管25的外周面设置；以及一个液体燃料喷射管39，具有用于沿径向喷射液体燃料的液体燃料喷射孔38，设置在内一次空气喷射管24的内部。
在图6中，在安置于加热炉外侧的混合燃烧设备11b的端部部分13中，设置一个用于与粉末燃料输送空气一起输送粉末燃料混合流的粉末燃料输送管14，而粉末燃料输送管14连接在上述粉末燃料喷射管上。同时，在端部部分13中设置一个一次空气输送管15，而该输送管分枝为一个外一次空气输送管16和一个内一次空气输送管17，该外一次空气输送管16连接在外一次空气喷射管上，而该内一次空气输送管17连接在内一次空气喷射管上。
在图6的混合燃烧设备11b中，一个或多个液体燃料输送管18a安置在设备的中心部分。同时，在中心部分，可以设置一个或多个用于点火的重油燃烧器或煤气燃烧器。
在图6的混合燃烧设备中，粉末燃料流19通过环形喷射孔喷射，内一次空气直射流20喷入环形粉末燃料流的内侧，外一次空气直射流21喷入环形粉末燃料流的外侧，而径向液体燃料喷射流37喷入内一次空气直射流的内侧，由此从上述各流形成一复合流，而高温二次空气5混入该复合流，以使粉末燃料和液体燃料燃烧。
本发明的用于粉末燃料和液体燃料的混合燃烧设备包括：一个粉末燃料喷射管，有一个环形喷射孔，用于与粉末燃料输送空气一起喷射粉末燃料；一个外一次空气喷射管，有多个沿粉末燃料喷射管的外周面设置的外一次空气喷射孔，能够沿与通过环形孔的粉末燃料喷射方向相同的方向喷射一次空气；一个内一次空气喷射管，有多个沿粉末燃料喷射管的内周面设置的内一次空气喷射孔，能够沿与通过环形喷射孔的粉末燃料喷射方向相同的方向喷射一次空气；以及一个液体燃料喷射管，具有在内一次空气喷射管内侧设置的液体燃料喷射孔，能够沿径向喷射液体燃料。
同时，本发明的用于粉末燃料和液体燃料的混合燃烧方法使用本发明的用于粉末燃料和液体燃料的上述混合燃烧设备，并包括：通过环形喷射孔与粉末燃料输送空气一起喷射粉末燃料；通过多个外内一次空气喷射孔沿与粉末燃料喷射流的同一方向喷射一次空气，以形成外内一次空气直射流，在两者之间介有粉末燃料喷射流；以及通过液体燃料喷射孔沿径向喷射液体燃料，由此使粉末燃料和液体燃料与一次空气流混合，以使粉末燃料和液体燃料燃烧。
图7(A)和7(B)分别表示本发明的用于粉末燃料和液体燃料的混合燃烧设备的实施例的说明性截面侧视图和说明性前视图。图7(A)是图7(B)中所示设备沿弯曲线Z-Z′的说明性截面侧视图。
参照图7(A)和7(B)，在圆筒形混合燃烧设备的最外周壁22的内侧安置一个外一次空气喷射管23，而在喷射管23的一个喷射端部中，安置多个、例如5至20个，最好8至18个外一次空气喷射孔24。在外一次空气喷射管23内部，设置一个用于与粉末燃料输送空气一起喷射粉末燃料的粉末燃料喷射管25，该管与外一次空气喷射管23成同心圆关系，而在粉末燃料喷射管的端部中，形成一个环形喷射孔。其次，在粉末燃料喷射管25的内侧设置一个内一次空气喷射管27，而在该内一次空气喷射管27的一个端部中形成多个、例如6至16个，最好8至14个内一次空气喷射孔28。
在内一次空气喷射管27内部，设置一个或多个(在图7(A)和7(B)中为2个)液体燃料喷射管39，而在每个喷射管39的一个端部中形成一个用于沿径向喷射液体燃料的液体燃料喷射孔38。如图7(A)中所示，在液体燃料喷射孔38中，形成一个向外扩张的圆锥形喷射嘴空间，而液体燃料通过液体燃料喷射孔38沿径向喷射并与一次空气混合。
上述环形喷射孔26、外一次空气喷射孔24和内一次空气喷射孔28以这样的方式形成，使得通过这些孔的喷射方向互相相同(平行)。因此，粉末燃料通过环形喷射孔26喷射，形成具有环形截面的粉末燃料流19，而通过液体燃料喷射管39输送的液体燃料通过液体燃料喷射孔沿径向喷射。其次，一次空气通过多个外一次空气喷射孔24喷射而形成多个外一次空气直射流，它们沿粉末燃料流19的外侧前进。同时，一次空气通过多个内一次空气喷射孔28喷射而形成多个内一次空气直射流，它们沿具有环形截面形状的粉末燃料流19的内侧前进。因此，粉末燃料流19介于内外一次空气直射流之间并由此受到加速和扩散，且与通过外一次空气直射流的高温二次空气混合而燃烧。在这种情况下，因为外一次空气流是以直射气流形式最好是多个分隔的直射气流、以高速喷射的，所以高温二次空气可以容易地通过该多个一次空气直射流中心之间而与粉末燃料流19和液体燃料喷射流一起高效地混合，因此可以形成一个狭窄角度短火焰形式的燃烧火焰并可以产生一个高燃点温度。同时，在这种情况下，内一次空气直射气流有助于促进粉末燃料流19和液体燃料喷射流37的扩散，同时在燃烧火焰中形成高温内循环流以使火焰稳定。
在本发明的混合燃烧设备中，对内一次空气喷射孔28和外一次空气喷射孔24的形式和尺寸没有限制。通常，外内一次空气喷射孔28和24的节圆直径(P.C.D.)最好为300至800mm。同时，液体燃料喷射管39的液体燃料喷射孔38形成一个向外扩张的圆锥形喷射喷嘴。例如，如果将C重油用作液体燃料，那么最好将C重油加热到80至100℃的温度，以便将燃料的粘性阻力减小到20至30cst，并将其置于30至40kg/cm2G的压力下。
如图7(A)和7(B)中所示，最好外一次空气喷射管23的多个外一次空气喷射孔24和内一次空气喷射管27的多个内一次空气喷射孔28分别设置在外面和内面的两个同心圆周上，两同心圆周之间安置粉末燃料喷射管25的环形孔26。同时，优选的是，内一次空气喷射孔28的位置与通过外一次空气喷射孔24的中心点和上述同心圆周的中心点延伸的直线相隔开。其次，更优选的是，每个内一次空气喷射孔28安置在一对直线32和33之间，这一对直线32和33延伸通过每对相邻的外一次空气喷射孔24的中心点和上述同心圆周的中心点31。
上述一次空气喷射孔的配置有助于在环形粉末燃料流的外内两侧上可靠地产生涡流。最好是，内外两个一次空气流由多个直射气流组成。在这种情况下，涡流的表面积变得非常大，作为有利的结果，粉末燃料和液体燃料可以高效地剧烈燃烧。在本发明的上述混合燃烧设备中，不需要那种在常规设备中必需的用于形成内一次空气转向气流的常规机构。但是，用于形成内一次空气转向气流的机构可以任意选择地加到本发明的混合燃烧设备上。同时，如果需要，可以将一或多个点火燃烧器(重油燃烧器或煤气燃烧器)设置在本发明的混合燃烧设备的中心部分中。
本发明的用于粉末燃料和液体燃料的混合燃烧方法使用本发明的粉末燃料和液体燃料混合燃烧设备。在该方法中，粉末燃料与输送粉末燃料的空气一起通过一个环形喷射孔喷射，一次空气通过多个外内一次空气喷射孔沿与粉末燃料喷射流相同的方向喷射而形成外内一次空气直射气流，其间设有粉末燃料喷射流，另外液体燃料通过液体燃料喷射孔沿径向喷射，并与一次空气混合，由此使粉末燃料和液体燃料混合燃烧。
在本发明的混合燃烧方法中，对混合燃料没有限制。通常，粉末燃料包括一种固体粉末燃料，如煤粉或焦炭粉。另外，作为粉末燃料，可以利用废料，如可燃性塑料粉、废物垃圾、废木片(木屑)和谷壳。
本发明的混合燃烧方法所使用的液体燃料的种类不受限制。优先使用通常的液态燃料，如重油、废油和再生油以及含有可燃性粉末的稀浆燃料，如含有煤粉、焦炭粉、可燃性塑料粉和可燃性橡胶粉的稀浆。同时，作为稀浆的介质，可以使用水和液态燃料(重油、废油和再生油)。
本发明的混合燃烧方法可以非常有利地用于生产水泥熟料(Clinker)、氧化镁熟料和石灰的回转窑。在这种情况下，高温二次空气从设置在回转窑下游的产品冷却设备送入回转窑中。该高温二次空气被引入复合流并与其混合，该复合流由外一次空气直射流、具有环形截面的粉末燃料流、内一次空气直射流和沿径向扩张的液体燃料喷射流组成，而粉末燃料和液体燃料可以高效地燃烧。
在本发明的混合燃烧方法中，粉末燃料优选地以30至50m/sec更优选地以35至45m/sec的喷射速度通过环形喷射孔26喷射，同时外一次空气和内一次空气分别优选地以200至300m/sec更优选地以250至300m/sec的喷射速度通过内外喷射孔喷射，而常规的一次空气喷射速度为约100m/sec。同时，在本方法的混合燃烧方法中，通过喷射孔喷射的液体燃料的液滴粒径优选地控制在10至300μm，更优选地控制在10至150μm。通过以上述方式进行粉末燃料喷射、一次空气喷射和液体燃料喷射，一次空气比、表示通过环形粉末燃料喷射孔和外内一次空气喷射孔喷射的一次空气总量对理论燃烧空气量之比、可以从常规值的20至25％降低到8至15％，优选地为8至12％，而一次空气量的减少由高温二次空气量的增加所补偿，因此燃烧可以进行到这样的程度，使燃烧速度增加，燃烧火焰以狭窄角度短火焰形式形成，而燃点温度可以满意地提高，同时对炉壁没有损害。也就是，在使用本发明混合燃烧设备的燃烧方法中，喷射流动量可以比常规方法增大25至35％，而二次空气伴随动量和伴随时间保持在与常规方法相似的水平。
在本发明中，通过根据液体燃料的种类和粘度来适当地控制施加于液体燃料的喷射压力以及喷射孔的形式和尺寸、喷射速度及喷射温度，可以将喷射的液体燃料的液滴粒径调整到10至300μm。喷射的液体燃料的液滴粒径可以根据下述方程式来计算： d ‾ = 47 ( D V e ) ( g · σ e δ g ) 0.25 [ 1 + 3.31 μ e ( σ e · δ e · D ) 0.5 ] d max = ( 2 ~ 2.5 ) d ‾
d为平均液滴粒径[m]
Ve为燃料喷射速度[m/s]
δg为环境气体密度[kg/m3]
δe为燃料密度[kg/m3]
σe为燃料表面张力[N/m]
D为喷射孔直径[m]
dmax为最大液滴粒径[m]
μe为燃料的粘度[Pa·S]
喷射流的动量和二次空气的伴随动量可以根据上述方程式(1)和(2)计算。
在本发明的混合燃烧方法中，一次空气的喷射速度(U0)从约100m/sec的常规值增加到200至300m/sec的水平，从而增大喷射流的动量，二次空气的伴随动量(Ge)与喷射流的动量(Go)成正比地增大。但是，当二次空气的伴随动量(Ge)和伴随时间保持在与常规方法相似的水平时，火焰喷射流与空气的混合和初始阶段中的燃烧在与常规方法中相似的条件下实现，因此，可以减小一次空气的量。在这种情况下，一次空气量的减少由高温二次空气补偿，因此燃烧速度增大而燃烧效率提高。
利用本发明的混合燃烧设备和方法，可以产生狭窄角度短火焰类型的燃烧火焰，因此旋涡数(旋涡数是一个由上述方程式(3)定义的表示旋转强度的无量纲的量)可以成为零，而火焰流就可以形成为一自然喷射流。
例子
例子1和比较例子1
在例子1中，如图2、3(A)和3(B)中所示的本发明的一种粉末燃料燃烧设备用于煅烧水泥的回转窑，而水泥由该回转窑在表1所示条件下生产。结果示于表1。
在比较例子1中，水泥是利用常规的煤粉燃烧设备在表1所示条件下生产的。结果示于表1。
表1
  例子1 比较例子1
生产条件煤的热值(kcal/kg)细煤粉的细度(90μm筛目上残渣％) 680010至20 680010至20
外一次空气直射流速度(m/sec)内一次空气直射流速度(m/sec)煤粉流速度(m/sec)内一次空气转向流速度(m/sec)一次空气比  250至300250至30030至50无11  100至12080至030至500至8020
结果喷射流的动量之比(*)1二次空气伴随动量之比(*)1二次空气伴随时间之比(*)1旋涡数(SW)生产率(T/天)燃烧比(kcal/kg)炉子端部温度(℃)炉端处的CO量(％) 125至135100至11090至100028007191040未检出 1001001000.03至0.10279574410901至2
[表1注]
(*)1…例子1的每个数值是相对于比较例子1的数值100的相对值
如表1清楚显示，在例子1中，即使当二次空气伴随动量和伴随时间保持在与相对例子1的相似水平时，喷射流的动量可以增大25至35％，旋涡数可以减少，生产率可以提高，燃烧比可以降低，炉子端部温度可以降低。
例子2和比较例子2
在例子2中，一种如图4、5(A)和5(B)所示的本发明的液体燃料燃烧设备用于煅烧水泥的回转窑，而水泥由该回转窑在表2所示条件下生产。结果示于表2。
在比较例子2中，水泥是利用常规的重油燃烧设备在表2所示条件下生产的。结果示于表2。
表2
    例子1 比较例子1
生产条件液体燃料的热值(C重油)(kcal/kg) 10,200 10,200
外一次空气直射流速度(m/sec)内一次空气直射流速度(m/sec)液体燃料的液滴粒径(μm)内一次空气转向气流速度(m/sec)一次空气比  250至300250至300150无7  100至12080至01500至8015
结果喷射流的动量之比(*)1二次空气伴随动量之比(*)1二次空气伴随时间之比(*)1旋涡数(SW)生产率(T/天)产生的热值(kcal/kg)炉端处的CO量(％) 125至135100至11090至10002880719未检出 1001001000.03至0.1027957441至2
(*)1：以比较例子2中的数值100为基础
如表2清楚表示，在例子2中，即使当二次空气伴随动量和伴随时间保持在与比较例子2的相似水平时，喷射流的动量可以增大25至35％，旋涡数可以减少，生产率可以提高，燃烧比可以降低，炉子端部温度可以降低。
例子3和比较例子3
在例子3中，一种如图6、7(A)和7(B)所示的本发明的混合燃烧设备用于煅烧水泥的回转窑，而水泥由该回转窑在表3所示条件下生产。结果示于表3。
在比较例子3中，水泥是利用常规的煤粉和液体燃料混合燃烧设备在表3所示条件下生产的。结果示于表3。
表3
    例子1   比较例子1
生产条件煤的热值(kcal/kg)细煤粉的细度(90μm筛目上残渣％) 680010至20 680010至20
外一次空气直射流速度(m/sec)内一次空气直射流速度(m/sec)煤粉流速度(m/sec)内一次空气转向流速度(m/sec)   250至300250至30030至50无   100至12080至030至500至80
液体燃料热值(kcal/kg)液滴直径(μm)    C重油10,200150    C重油10,200150
一次空气比     11     20
结果喷射流的动量之比(*)1二次空气伴随动量之比(*)1二次空气伴随时间之比(*)1旋涡数(SW)生产率(T/天)产生的热值(kcal/kg)炉子端部温度(℃)炉端处的CO量(％) 125至135100至11090至100028807191040未检出 1001001000.03至0.10279574410901至2
如表3清楚表示，在例子3中，即使当二次空气伴随动量和伴随时间保持在与比较例子3的相似水平时，喷射流的动量可以增大25至35％，旋涡数可以减少，生产率可以提高，燃烧比可以降低，炉子端部温度可以降低。
工业适用性
利用本发明的燃烧设备和方法，可以使一种粉末燃料或一种液体燃料或一种粉末燃料和一种液体燃料进行燃烧而形成一种狭窄角度的短火焰类型的火焰，可以充分地增大燃点温度而不损坏炉壁。因此，本发明的设备和方法的实际效果是非常好的。

Claims (25)

1．一种燃料燃烧设备，包括：一个用于喷射至少一种从粉末燃料和液体燃料中选定的燃料的机构；一个设置在该燃料喷射机构外侧上的外一次空气喷射管(23)，具有多个外一次空气喷射孔(24)，通过这些孔与燃料喷射机构的燃料喷射方向平行地喷射一次空气；以及一个设置在该燃料喷射机构内侧上的内一次空气喷射管(27)，具有至少一个内一次空气喷射孔(28)，通过这些孔与燃料喷射机构的燃料喷射方向平行地喷射一次空气。
2．如权利要求1中所述的燃料燃烧设备，其中，该燃料喷射机构包括一个粉末燃料喷射管(25)，具有一个环形喷射孔(26)，通过该孔与用于输送粉末燃料的空气一起喷射粉末燃料。
3．如权利要求2中所述的燃料燃烧设备，其中，外一次空气喷射管(23)的多个空气喷射孔(24)和内一次空气喷射管(27)的多个喷射孔(28)以这样的方式设置在同心圆周上，使得粉末燃料喷射管的环形喷射孔安置在外空气喷射孔和内空气喷射孔之间，而内一次空气喷射孔的位置与通过外一次空气喷射孔中心点和同心圆周中心点而延伸的直线相隔开。
4．如权利要求1中所述的燃料燃烧设备，其中，燃料喷射机构包括多个液体燃料喷射管(25a)，具有用于沿径向喷射液体燃料的液体燃料喷射孔(26a)，它们排列在一个和同一个圆周上。
5．如权利要求4中所述的燃料燃烧设备，其中，内一次空气喷射管(27)有多个内一次空气喷射孔(28)，而多个内一次空气喷射孔28和多个外一次空气喷射孔(24)分别排列在同心的圆周上，其中心点与其上排列多个液体燃料喷射孔(26a)的圆周的中心孔(31)相同。
6．如权利要求4中所述的燃料燃烧设备，其中，内一次空气喷射管(27)有一个内一次空气喷射孔(28)；内一次空气喷射孔(28)的中心点与其上排列多个液体燃料喷射孔(26a)的圆周的中心孔(31)相同；而多个外一次空气喷射孔(24)排列在一个同心圆周上，所述的同心圆周的中心点与其上排列多个液体燃料喷射孔(26a)的圆周的中心点(31)相同。
7．如权利要求5中所述的燃料燃烧设备，其中，内一次空气喷射孔(28)的位置与通过其上排列液体燃料喷射孔(26a)的圆周的中心点(31)和外一次空气喷射孔(24)的中心点而延伸的直线相隔开。
8．如权利要求5或6中所述的燃料燃烧设备，其中，液体燃料喷射孔(26a)的位置是与通过最靠近一个液体燃料喷射孔地安置的外内一次空气喷射孔(24,28)的中心点而延伸的直线隔开。
9．如权利要求1中所述的燃料燃烧设备，其中，该燃料喷射机构包括一个粉末燃料喷射管(25)，有一环形喷射孔(26)，用于与输送粉末燃料的空气一起喷射粉末燃料，该设备还有一个附加的燃料喷射设备，设置在外一次空气喷射管(27)的内侧上，并包括至少一个液体燃料喷射管(39)，有一个液体燃料喷射孔(38)，通过该孔沿径向喷射液体燃料。
10．如权利要求9中所述的燃料燃烧设备，其中，外一次空气喷射管(23)的多个外一次空气喷射孔(24)和内一次空气喷射管(27)的多个内一次空气喷射孔(28)分别排列在外和内同心圆周上，其间安置粉末燃料喷射管(25)的环形喷射孔(26)，而内一次空气喷射孔(28)的位置与通过外一次空气喷射孔(24)的中心点和该同心圆周的中心孔而延伸的直线相隔开。
11．一种利用如权利要求1中所述的燃料燃烧设备使燃料燃烧的方法，包括：通过该燃料喷射机构喷射至少一个从粉末燃料和液体燃料中选定的组分；并通过外内一次空气喷射孔沿与燃料喷射方向相同的方向喷射一次空气，从而形成外内一次空气喷射流，其间介有燃料喷射流。
12．一种利用如权利要求2或3中所述的燃料燃烧设备使粉末燃料燃烧的方法，包括：通过该环形的燃料喷射孔与输送粉末燃料的空气一起喷射一种粉末燃料；以及通过外内一次空气喷射孔沿与粉末燃料喷射流相同的方向喷射一次空气，从而形成内外一次空气直射流，其间介有粉末燃料喷射流。
13．如权利要求12中所述的燃料燃烧方法，其中，当粉末燃料在回转窑中燃烧时，高温二次空气流从设置在回转窑下游的产品冷却系统引入回转窑；而引入的高温二次空气被混入粉末燃料的燃烧火焰。
14．如权利要求12中所述的燃料燃烧方法，其中，粉末燃料是以30至50m/sec的喷射速度通过环形的燃料喷射孔喷射的，而外内一次空气直射气流是以200至300m/sec的喷射速度通过空气喷射孔喷射的。
15．如权利要求12中所述的燃料燃烧方法，其中，通过环形的粉末燃料喷射孔和外内一次空气喷射孔喷射的空气总量被控制在理论燃烧空气量的8至15％内。
16．一种利用如权利要求4至8中任何一项所述的燃料燃烧设备的燃料燃烧方法，包括通过液体燃料喷射孔沿径向喷射液体燃料；通过外一次空气喷射孔和内一次空气喷射孔沿平行于液体燃料喷射孔的中心轴线方向喷射一次空气，由此喷射的液体燃料流与外内一次空气直射流混合并在混合流中燃烧。
17．如权利要求16中所述的燃料燃烧方法，其中，该液体燃料选自液态燃料和含有可燃性粉末的稀浆燃料。
18．如权利要求16中所述的燃料燃烧方法，其中，当液体燃料在回转炉中燃烧时，高温二次空气从设置在回转炉下游的产品冷却系统引入回转炉，而引入的高温二次空气被混入液体燃料的燃烧火焰。
19．如权利要求16中所述的燃料燃烧方法，其中，外内一次空气直射气流以200至300m/sec的喷射速度通过内外喷射孔喷射，而通过液体燃料喷射孔喷射的液体燃料液滴粒径被控制到10至300μm的范围。
20．如权利要求16中所述的燃料燃烧方法，其中，通过液体燃料喷射孔和外内一次空气喷射孔喷射的空气总量被控制到理论燃烧空气量的5至10％。
21．一种利用如权利要求9或10所述的燃料燃烧设备的燃料燃烧方法，其中，粉末燃料通过环形的燃料喷射孔与粉末燃料输送空气一起喷射；一次空气通过多个外内一次空气喷射孔沿与粉末燃料喷射流的同一方向喷射，从而形成内外一次空气直射流，在两气流之间介有粉末燃料喷射气流；一种液体燃料通过液体燃料喷射孔沿径向喷射，使其混入一次空气流；粉末燃料和液体燃料是混合燃烧的。
22．如权利要求21中所述的燃料燃烧方法，其中，液体燃料选自液态燃料和含有可燃性粉末的稀浆燃料。
23．如权利要求21中所述的燃料燃烧方法，其中，当粉末燃料和液体燃料在回转窑中一起燃烧时，高温二次空气从设置在回转炉下游的产品冷却系统引入回转炉中，而引入的高温二次空气被混入粉末燃料和液体燃料的燃烧火焰中。
24．如权利要求21中所述的燃料燃烧方法，其中，粉末燃料以30至50m/sec的喷射速度通过环形的燃料喷射孔喷射；外内一次空气直射气流以200至300m/sec的喷射速度通过内外喷射孔喷射；而通过液体燃料喷射孔喷射的液体燃料液滴粒径被控制到10至300μm。
25．如权利要求21中所述的燃料燃烧方法，其中，通过环形的粉末燃料喷射孔和外内一次空气喷射孔喷射的空气总量被控制到理论燃烧空气量的8至15％。
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