CN1250902C - 具有陶瓷部件的粉末化固体燃料喷嘴 - Google Patents

具有陶瓷部件的粉末化固体燃料喷嘴 Download PDF

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Abstract

一种特别适合于与粉末化固体燃料燃烧炉中使用的那种燃烧系统的粉末化固体燃料喷嘴协同地结合使用的MRFC(最少回流火焰控制)固体燃料喷嘴头(12)，它具有一个燃料空气流护罩(46)、一个安装在该燃料空气流护罩(46)内的主空气流护罩(48)、一个用来相对于燃料空气流护罩(46)支承主空气流护罩(48)的燃料空气流护罩支撑件(50)和一个按支承关系安装在主空气流护罩(48)内的气流分隔板(52)。本发明的MRFC固体燃料喷嘴头(12)可采用包括碳化硅、硅化的碳化硅、莫来石包层的碳化硅氧化铝复合材料和氧化铝氧化锆复合材料在内的陶瓷材料制成。

Description

具有陶瓷部件的粉末化固体燃料喷嘴
发明领域
本发明涉及用于粉末化固体燃料燃烧炉的燃烧系统，更具体地说，涉及一种在上述燃烧系统中使用的具有陶瓷部件的粉末化固体燃料喷嘴头。
在现有技术中，人们早就知道用于粉末化固体燃料燃烧炉的那种燃烧系统中使用粉末化固体燃料喷嘴头。作为这方面的例证，但不是限制，可参考标题为“燃烧器的倾斜喷嘴”的美国专利No.2895435(1959年7月21日提出申请，已转让给本专利申请同一受让人)，按照上述专利的精神，提出一种倾斜喷嘴，该喷嘴可产生大致均匀分布的燃料-空气混合物并以沿其排出口大致均匀的速度从倾斜喷嘴喷入燃烧炉内。因此，上述倾斜喷嘴具有一个置于外管道内的内管道。在该内管道内设置多个沿大致平行于流体流的平面排列从而将内管道分成多条平行通道的隔板或者说分隔壁。这些隔板或者说分隔壁做成可在倾动倾斜喷嘴时有效地修正沿内管道的反射壁的空气-燃料混合物的浓度和所形成的不大相等的压力，因此，其效果是，当向上或向下倾动倾斜喷嘴时，可通过限制出现在内管道进口端的高压区内的流量和增大也是出现在内管道进口端的低压区内的流量而使通过倾斜喷嘴的不均等的流速变成大致相等。
现有技术中的另一种已用于在粉末化固体燃料燃烧炉中用的那种燃烧系统中的粉末化固体燃料喷嘴头在标题为“低负载煤粉喷嘴”的美国专利No.4274343(1981年6月23日提出，已转让给本专利申请同一受让人)公开过。按照上述专利的精神，提出一种待燃烧料的接纳组件，该组件含有一种具有可转动地安装到煤粉输送管上并可相互独立地倾动的上、下煤粉喷嘴的分开式煤粉桶。沿煤粉输送管的纵轴线设置一个板件，该板件的前缘的取向横过煤粉输送管的进口端，因此，主空气一煤粉流中煤粉浓度高的部分在上述板件之一侧进入煤粉输送管，而主空气-煤粉流中煤粉浓度低的部分则沿上述板件的另一侧进入煤粉输送管，而且，上述板件的尾缘的取向横过煤粉输送管的出口端，因此，主空气-煤粉流的煤粉浓度高的部分通过上煤粉喷嘴排出煤粉输送管外、而主空气-煤粉流的煤粉浓度低的部分则通过下煤粉喷嘴排出煤粉输送管外。
虽然构成上述专利的主题的粉末化固体燃料喷嘴头已被证实可有效地实现其预定的目的，但是，在现有技术中有证据表明需要对上述粉末化固体燃料喷嘴头加以进一步改进，在此方面业已发现，在粉末化固体燃料(即煤粉)喷嘴头上及其内部的粉末化固体燃料的沉积(即煤粉沉积)的现象从作业的立场上来说是有问题的。就是说，业已发现，上述的在煤粉喷嘴头上和内部的煤粉沉积根据所形成的沉积物的粘性和发生沉积的速度会导致煤粉喷嘴头过早地破坏或灾难性的破坏。因此，据信在煤粉喷嘴头上或其内部的煤粉沉积是由下列3个参数综合引起的，即1)煤粉成分/类型，结渣，不结渣，硫/铁含量，塑性等；2)炉子/煤粉喷嘴的工作控制调整，即主燃料-空气流的流量/流速；倾斜位置，燃烧速度等；3)煤粉喷嘴头的空气动力学。
因此，总的说来，基本上可认为现有技术类型的煤粉喷嘴头由于形成会使缓慢移动的“热的”煤粉粒与“热的”煤粉喷嘴头的金属表面相接触的低流速或负流速(即回流)区而加剧煤粉沉积问题。就是说，业已发现，由于上述相互接触的结果以及在所要求的关系到煤的塑性的热条件下，一些煤粉粒冲击上述板件，从而引发沉积过程。而且，若具体参见现有技术类型的煤粉喷嘴头，已发现低流速或负流速区通常出现在沿喷嘴平板的厚度方向和主空气流护罩的尖锐转角处。
由此，现有技术中有证据表明需要一种克服了业已发现的现有技术的粉末化固体燃料喷嘴头现有结构中存在的缺点的改进的新型粉末化固体燃料喷嘴头。就是说，现有技术中有证据表明需要一种在下列各方面具有有利特征的改进的新型粉末化固体燃料喷嘴头，即：1)在粉末化固体燃料喷嘴头的出口平面上的低流速和负流速(即回流)区最少；2)在粉末化固体燃料喷嘴头上可沉积固体燃料粒子的表面少；和3)可改变喷嘴头/固体燃料喷嘴的热条件以防止“热的”固体燃料颗粒物沉积在粉末化固体燃料喷嘴头上的现存金属平面。因此，上述这种改进的新型粉末化固体燃料喷嘴头将有效地控制粉末化固体燃料喷嘴头的现有结构即现有技术结构存在的固体燃料颗粒物沉积现象。由上述这种改进的新型粉末化固体燃料喷嘴头所体现的空气动力学结构加上正确调节可控制的工作参数即燃料空气流速度等，就可达到上述目的。这里使用了术语“可控制的”涉及到这样的事实：固体燃料类型和炉子装载量以及在某些情况尤其是翻新改进的情况下的主空气流流速通常对于减轻沉积现象来说是不可控制的工作参数。
用于制造粉末化固体燃料喷嘴头的通用材料通常是具有较高承温能力的不锈钢例如309不锈钢。虽然不锈钢具有容易体现到最终产品中的理想材料性能、韧性、持久性、高温强度和延性，但是，用不锈钢制的普通粉末化固体燃料喷嘴头的某些材料性能常常迫使粉末化固体燃料燃烧装置的操作者按不太经济的方式操作他们的燃烧装置以避免超过上述普通的粉末化固体燃料喷嘴头的实际限制。
上述的限制材料的性能有两种：不锈钢粉末化固体燃料喷嘴头在高温下保持其结构整体性的能力(就是其最高的工作温度)和粉末化固体燃料喷嘴头的耐磨性。不锈钢粉末化固体燃料喷嘴头通常的最高工作温度约为2100°F，而在某些情况下粉末化固体燃料燃烧装置的实际工作温度可达到或超过2500°F。虽然在结构和工作方式上采取一些措施例如在上述喷嘴头的内部或周围通入冷却空气来防止粉末化固体燃料喷嘴头暴露在粉末化固体燃料燃烧装置的实际工作温度下，但是，尽管采用上述的结构和工作方式，还是存在固体燃料喷嘴头仍暴露在高于推荐的最高工作温度的温度下的危险性。例如，在要求供给用来保护粉末化固体燃料喷嘴头的冷却空气而实际上又供给不到或供给的不充分的情况下，粉末化固体燃料喷嘴头就会暴露在高于其推荐的最高工作温度的温度下。
过度地暴露在超过其推荐的最高工作温度的温度下可能使不锈钢粉末化固体燃料喷嘴头在粉末化固体燃料燃烧装置的非维修作业过程中(换句话说，在按规则预定的维修停机期之间的某个时间)发生破坏，这就造成粉末化固体燃料燃烧装置的工作中断，并随之带来经济损失。不锈钢粉末化固体燃料喷嘴头的不锈钢的较适中的耐磨性可能也如此损害粉末化固体燃料喷嘴头以致使该喷嘴在按规则预定的维修停机期之间发生破坏，从而必需在未规定的经济上不利的时间更换粉末化固体燃料喷嘴头。虽然不锈钢粉末化固体燃料喷嘴头的耐磨性可通过一些措施例如在粉末化固体燃料喷嘴头的分隔板的前缘涂上耐磨材料来加以提高，但是这种措施增加了制造复杂性并加重了所处理的粉末化固体燃料喷嘴头的重量从而不利地提高了粉末化固体燃料喷嘴头的成本。
不锈钢粉末化固体燃料喷嘴头除了上述的可导致灾难性的或意外的操作失效的常见特性外，还有其他的有损于这类粉末化固体燃料喷嘴头的客观需要的特性。例如，根据粉末化固体燃料燃烧装置和所燃烧的粉末化固体燃料类别的不同，不锈钢粉末化固体燃料喷嘴头可能部分地由于炉渣粘到不锈钢表面而发生渣的堆积，如果这种渣堆积继续下去，就可能最终通过粉末化固体燃料流而完全堵塞粉末化固体燃料喷嘴头。
因此，上述的改进的新型粉末化固体燃料喷嘴头最好总体上具有如下一些特征。所述特征的第一个特征是主空气流护罩安装成缩入式的。主空气流工作板件即主空气流护罩缩入内部，就从燃烧区即喷嘴头出口平面失去潜在沉积表面，并通过燃料空气流的屏护作用而提供一些冷却效果。另外，较短的主空气流板即主空气流护罩减少了与其热传导的接触表面，并减少煤粒在其上面沉积的表面。上述改进的新型喷嘴头的第二特征是将气流分隔板缩入安装。分隔板和主空气流护罩一起缩入燃料空气流护罩的出口平面之内部便从燃烧区即喷嘴头的出口平面消除潜在沉积表面，并通过燃料空气流护罩的屏护作用而提供一些冷却效果。另外，较短的分离板也减小了与之热传导的和沉积煤粒的接触表面。第三特征是燃料空气流护罩的支撑板条缩入安装。该支撑板条缩入安装可使通常由它们在喷嘴头的出口处造成的回流区和垂直沉积表面离开燃烧区，从而减小它们对沉积过程的可能影响。在结构上，燃料空气流护罩支撑板条缩入安装也使燃料空气流护罩的前端和主空气流护罩的前端可相互独立地膨胀从而减小受热产生的热应力。上述的改进的新型喷嘴头的第四特征是主空气流护罩的尾端带有锥度。这一特征可减小在现有技术的粉末化固体材料喷嘴头的主空气流护罩的钝平尾端会产生的回流区，这种回流区会将热的粒子抽回到垂直板面上从而形成或加重煤粉沉积现象，这种回流区还可形成助长燃烧的条件从而在回流区内产生火焰，这就使温度升高而进一步加剧沉积问题。
因此，主空气流护罩尾端带有锥度且其锥角小到足以使燃料空气流或主空气流离开板件从而避免产生讨厌的附加回流区。上述改进的新型喷嘴头的第五特征是将分隔板的端部做成带有锥度。这一特征可减少在现有技术的粉末化固体燃料喷嘴头中由于分隔板的钝平端部而产生的回流区和涡流区。正如在粉末化固体燃料喷嘴头的现有结构即现有技术类型的钝平尾端的情况那样，由这种喷嘴头的现有结构的钝平尾端分隔板所产生的回流区会将热的颗粒抽回到垂直板面上从而形成或加重煤粉沉积现象。另外，这种回流区可形成助长燃烧的条件从而在回流区内产生火焰使温度升高。进一步恶化沉积问题。此外，由现有技术喷嘴头的钝平前缘引发的涡流可增大主气流内的紊流程度，从而加重煤粒的沉积。所以，将分隔板前后缘做成带锥度，且其锥角小到足以避免也会产生讨厌的附加回流区的主气流分离。上述改进的新型粉末化固体燃料喷嘴头的第六特征是燃料空气流护罩具有球形外廓入口端，这一特征可使喷嘴头的在倾斜状态时沿燃料空气护罩旁路流动的情况减至最少，而这种情况在使用现有结构即现有技术类型的粉末化固体燃料喷嘴头时是常常发生的。另外，上述的球形轮廓的入口端可加速燃料空气流过燃料空气流护罩从而既可冷却喷嘴头板件又可热覆盖主空气流/煤粉流而推迟点燃，这也产生一种顶部冷却效果。另一方面，若燃烧空气流护罩由于上部旁路流通而严重下落，也会在燃料空气流护罩内形成低速/低压区导致在此环形区内形成逆流和颗粒沉积。上述改进的新型喷嘴头的第七特征是将主空气流护罩出口平面的转角做成圆形转角。这一特征可使转角处的流速比现有技术喷嘴头的90°的转角的流速大。提高转角处的流速可增大对于流过该区域的空气/煤粉的冲刷能力，有助于去除活性沉积物，换言之，可避免沉积现象。而且，圆形的转角可减少从热的板件传热给用于冷却上转角内的空气/煤粉的容积件的空气/煤粉混合物。第八特征是将燃料空气流护罩的出口平面转角做成圆形转角。这一特征与上述的主空气流护罩出口平面的圆形转角相结合产生高的转角速度，从而使燃料空气流护罩上的低速区减至最少。此外，燃料空气护罩出口平面的圆形转角也有助于达到均匀的燃料空气流排出。第九特征是做出不变化的燃料空气流护罩孔道(出口平面)。这一特征可在喷嘴头内产生均匀燃料空气流分布，就是说，做出不变的燃料空气流护罩孔道可通过燃料空气流产生均匀冷却喷嘴头的作用，而且也产生均匀的用于控制点火位置和控制NOx排放量的主空气流的覆盖层。第十特征是，对于那些要求满足NOx排放量最少且烟灰中含碳量最低的技术标准的用途，可提出一种集中体现上述9个特征的改进的新型粉末化固体燃料喷嘴头，这种喷嘴头可以达到NOx排放量最少或烟灰中碳含量最低的目的，而且还可伴随着最少的燃料沉积，从而避免粉末化固体燃料喷嘴头的意外失效。另外，为了达到上述的NOx排放量最少和/或烟灰中碳含量最低的目的还可提出一种改进的新型粉末化固体燃料喷嘴头，其特征在于，将一个或多个分别具有预定几何形状的非流线形体适宜地安装支承在喷嘴头内的预定部位上。
另外，不管粉末化固体燃料喷嘴头的尺寸或几何形状如何(包括是否具有前面所述的特征例如主空气流护罩从喷嘴头出口平面缩入一段预定距离，主空气流护罩工作板的带锥度形状，或主空气流护罩出口平面的圆形转角等)，改进的新型粉末化固体燃料喷嘴头都要具有这样一个特征，即上述喷嘴头由陶瓷材料制成，所述的陶瓷材料包括例如氮化硅、硅化的碳化硅(硅含量约为20％～60％wt)、莫来石包层的碳化硅氧化铝复合材料和氧化铝氧化锆复合材料。
发明概述
因此，本发明的目的是提供一种用于粉末化固体燃料燃烧炉内使用的那种燃烧系统的改进的新型固体燃料喷嘴头。
本发明的另一目的是提供一种用于粉末化固体燃料燃烧炉内使用的那种燃烧系统的用陶瓷材料制成的改进的新型固体燃料喷嘴头。
本发明的再一目的是提供一种用于粉末化固体燃料燃烧炉内使用的那种燃烧系统的用陶瓷材料制成的改进的新型固体燃料喷嘴头，所述的陶瓷材料从下列陶瓷材料中选用一种：氮化硅、硅化的碳化硅(含硅量约为20％～60％wt)、莫来石包层的碳化硅氧化铝复合材料，和氧化铝氧化锆复合材料。
本发明的又一目的是提供一种用于粉末化固体燃料燃烧炉内用的那种燃烧系统的改进的新型MRFC(最少回流火焰控制)的固体燃料喷嘴头，其特征在于，其主空气流护罩是缩入安装的。
本发明的又一目的是提供一种用于粉末化固体燃料燃烧炉内用的那种燃烧系统的改进的新型MRFC固体燃料喷嘴头，其特征在于，在该喷嘴头内适宜地支承安装一个或多个分别具有预定几何形状的非流线形体，以便达到NOx排放量最少和/或烟灰中含碳量最低的目的。
按照本发明的一个实施例，提出一种用于粉末化固体燃料燃烧炉中用的那种燃烧系统的固体燃料喷嘴头，按照本实施例制成的上述固体燃料喷嘴头能够作为最少回流火焰控制(MRFC)的固体燃料喷嘴头进行作业。为此，将所研究的MRFC固体燃料喷嘴头做成符合空气动力学的流线型，以防止在MRFC喷嘴头的通常会成为固体燃料粒子沉积部位的出口处出现低流速区域负流速区。因此，本发明的MRFC固体燃料喷嘴头有效地克服了沉积区域问题，该问题是业已存在的并且由于燃用某些“劣质结渣”固体燃料即含硫/铁量高的燃料时发生的固体燃料喷嘴头上的固体燃料颗粒沉积而造成的。这种沉积区域问题最终导致具有现有技术结构的固体燃料喷嘴头的过早破坏。
上述的按照本发明的一个实施例的MRFC固体燃料喷嘴头的结构特性是这样的：本发明的MRFC固体燃料喷嘴头具有：一个燃料空气流护罩；一个位于上述燃料空气流护罩内的主空气流护罩；一个用于将主空气流护罩支承在燃料空气流护罩内的燃料空气流护罩支撑件；和支承安装在主空气流护罩内的气流分隔板。上述的燃料空气流护罩的进口端做成球形外廓，从而在喷嘴头处于倾斜状态时燃料空气流极少沿燃料空气流护罩周围的旁路流过，并且加强了流过燃料空气流护罩的燃料空气流的冷却效果。另外，在燃料空气流护罩的出口端具有圆形转角，这就使该处产生较高的流速，从而使燃料空气流护罩上的会发生固体燃料粒子沉积的低流速区域至最少。关于主空气流护罩，将其出口平面安装成缩入到燃料空气流护罩的出口平面内，从而使主空气流护罩的出口平面不再作为固体燃料粒子的潜在沉积表面。另外，主空气流护罩具有一个锥形尾端，这就可有效地减少主空气流护罩尾端的回流区，这种回流区通常要将热的颗粒物抽回到主空气流护罩尾端表面上而形成或加重固体燃料颗粒的沉积现象。主空气流护罩还具有圆形转角的出口平面，这可有效地提高转角处的流速，而有助于避免固体燃料颗粒在此沉积，若出现沉积也有助于去除这些沉积物。另外，主空气流护罩的圆形转角出口平面与燃料空气流护罩的圆形转角出口平面相结合，使本发明的MRFC固体燃料喷嘴具有不变的燃料空气流护罩孔道。从而使燃料空气流在MRFC固体燃料喷嘴头内均匀地分布。下面谈及燃料空气流护罩支撑件，该支撑件安装成相对于MRFC喷嘴头的出口平面缩入一段距离，以便使通常因该支撑件而出现的回流区和垂直沉积表面离开MRFC喷嘴头出口平面，从而减小燃料空气流护罩支撑件对沉积过程的可能影响。另外，从结构上说，燃料空气流护罩支撑件缩入安装也可使燃料空气流护罩的前端和主空气流护罩的前端可相互独立地膨胀，从而减少受热产生的热应力。最后论及气流分隔板，该分隔板与前面所述的主空气流罩缩入安装的结构一样也一起缩入安装到燃料空气流护罩出口平面内，这就从燃料区即MRFC喷嘴头出口平面消除了分隔板以及主空气流护罩的可作为潜在沉积的敏感表面的部分。另外，上述的缩入安装也可有效地通过由燃料空气护罩产生的护屏作用而提供一些冷却效果。再者，分隔板缩入安装意味着分隔板的长度短一些，这就减小了热传导的接触表面以及固体燃料颗粒沉积的接触表面。另外，分隔板的端部做成带有锥度但该锥角小到足以避免主空气流分离(这种分离会形成讨厌的附加回流)。上述的分隔板端部带有锥度的结构可有效地减少回流区，这种回流区在现有技术的具有钝平尾端的特征的喷嘴头中有害地影响这种喷嘴头的作业，而锥形端部还可有效地减少由上述的钝平尾端形成的涡流区。如果分隔板具有钝平端部，所形成的回流区会将热的颗粒抽回来，从而起到形成或加剧固体燃料沉积现象的作用。上述的回流区也可形成助长燃烧的条件而在回流区内产生火焰，这就会提高温度而进一步恶化沉积问题。另外，由上述的钝平尾端形成的前缘诱发涡流会增大主空气流内的紊流度，从而加剧固体燃料颗粒在这种尾端上的沉积，但若采用带锥度的端部而不是钝平尾端，则可避免上述情况。
附图简述
图1是具有可使用按本发明制造的MRFC固体燃料喷嘴头的燃烧系统的粉末化固体燃料燃烧炉的类似垂直剖切的示意图；
图2是一种用于图1所示粉末化固体燃料燃烧炉的燃烧系统的粉末化固体燃料喷嘴的侧剖视图，图中示出上述喷嘴具有按本发明第一实施例制成的MRFC固体燃料喷嘴头；
图3是按本发明制成的示于图2的第一实施例MRFC固体燃料喷嘴头的局部剖切侧视图；
图4是按本发明制成的示于图2的第一实施例MRFC固体燃料喷嘴头的端视图；
图5是用于图1所示的粉末化固体燃料燃烧炉的燃烧系统的那种粉末化固体燃料喷嘴的侧剖视图，图中示出该喷嘴具有按本发明制成的第二实施例的第一型式MRFC固体燃料喷嘴头；
图6是用于图1所示的粉末化固体燃料燃烧炉的燃烧系统的那种粉末化固体燃料喷嘴的侧剖视图，图中示出该喷嘴具有按本发明制成的第二实施例的第二型式MRFC固体燃料喷嘴头；
图7是按本发明制成的第三实施例MRFC固体燃料喷嘴头的示意图；
图8是按本发明制成的第三实施例MRFC固体燃料喷嘴头的端视图；
图9是用于图1所示粉末化固体燃料燃烧炉的燃烧系统的那种粉末化团体燃料喷嘴的透视图，图中示出按本发明制成的第四实施例MRFC固体燃料喷嘴头；
图10是用于图1所示粉末化固体燃料燃烧炉的燃烧系统的那种粉末化固体燃料喷嘴的透视图，图中示出该喷嘴具有按本发明制成的第五实施例的固体燃料喷嘴头；
图11是用于图1所示粉末化固体燃料燃烧炉的燃烧系统的那种粉末化固体燃料喷嘴的透视图，图中示出该喷嘴具有按本发明制成的第六实施例固体燃料喷嘴头；
图12是图11所示的具有按本发明制成的第六实施例的固体燃料喷嘴头的固体燃料喷嘴的另一个透视图；
图13是用于在图1所示粉末化固体燃料燃烧炉的燃烧系统中安装图11和12所示固体燃料喷嘴头的煤粉喷嘴密封板组件的透视图；
图14是图11和12所示固体燃料喷嘴头和图13所示煤粉喷嘴密封板组件的透视图，图中示出它们处于工作喷嘴头组装状态，在此状态下煤粉喷嘴密封板固定到固体燃料喷嘴头上；和
图15是沿图14的VX-VX线剖切的处于工作喷嘴头组装状态的固体燃料喷嘴头和煤粉喷嘴密封板组件的侧剖视图。
优选实施例说明
下面参看附图，更具体地参看其中的图1，该图示出一种粉末化固体燃料燃烧炉，总的以标号10表示。由于粉末化固体燃料燃烧炉本身的结构性能和工作模式是熟悉本技术的人们所熟知的，故在这里不需要详细说明图1所示的粉末化固体燃料燃烧炉10。然而，为了了解在其燃烧系统中特别适用按图3和4所示的本发明第一实施例所构成的最少回流火焰控制(MRFC)的固体燃料喷嘴头(总的以标号12表示)的粉末化固体燃料燃烧炉10，我们认为在这里仅仅说明粉末化固体燃料燃烧炉10的部件性能及其内部适宜地安装的并与上述MRFC固体燃料喷嘴头相配合的燃烧系统的部件性能便足够了。为了更详细说明粉末化固体燃料燃烧炉10的部件和适宜地安装在该燃烧炉10(此处未说明)内的燃烧系统的部件的结构性能和工作模式，可以参考现有技术，就是说，关于粉末化固体燃料燃烧炉10，可参考U.S.P.No.4719587(E.J.Berte，1988年1月12日提出申请，并已转让给本专利申请同一受让人)，关于在粉末化固体燃料燃烧炉10内适宜地安置的燃烧系统，可参考U.S.P.No.5315939(M.J.Rini等人1994年5月31日提出申请，并已转让给本专利中请同一受让人)。
再参看图1，图中所示的粉末化固体燃料燃烧炉10具有一个总的以标号14表示的燃烧室，在粉末化固体燃料燃烧炉10的燃烧室14内，按熟悉本技术的人们所熟知的方式引发粉末化固体燃料与空气的燃烧。粉末化固体燃料与空气燃料所产生的热燃气在粉末化固体燃料燃烧炉10内向上升起，在该热燃气向上移动过程中，以熟悉本技术的人们所熟知的方式将热量传给流过按普通形式排列在粉末化固体燃料燃烧炉10内的所有4个壁上的管子(为了保持图的清晰，未示出)内的流体。然后，热燃气通过水平通道(总的以标号16表示)离开粉末化固体燃料燃烧炉10，上述水平通道16又将热燃气导引至燃烧炉10的后燃气通道(总的以标号18表示)。上述的水平通道16和后燃气通道18通常都具有另外的热交换表面(未示出)，以便按熟悉本技术的人们所熟知的方式产生蒸汽并将该蒸气进一步加热。然后，通常使蒸汽流至构成涡轮/发电机机组(未示出)中的一个部件的涡轮(未示出)，这样，蒸汽提供原动力驱动涡轮转动，并驱动按公知方式与涡轮协同连接的发电机(未示出)，从而使发电机(未示出)发电。
按照上面结合技术背景所述，再次参看图1，以说明适宜地安装在图1所示的粉末化固体燃料燃烧炉10内的燃烧系统的结构特性和工作模式，图1中所示的上述燃烧系统具有一个最好是主风箱状的壳体(以标号20表示)，按照熟悉本技术的人们所熟知的方式，上述风箱20按普通方法设置有多个空气室(未示出)，通过该空气室将来自合适的气源(未示出)供给的空气喷入粉末化固体燃料燃烧炉10的燃烧室14内。此外，上述的风箱20还按熟悉本技术的人们所熟知的方式设置有多个燃料室(未示出)，通过这些燃料室将固体燃料喷入粉末化固体燃料燃烧炉10的燃烧室14内，上述的通过上述多个燃料室(未示出)喷入的固体燃料是由图1中总的以标号22表示的粉末化固体燃料供给装置供给到上述的多个燃料室(未示出)的。为此，上述的粉末化固体燃料供给装置22包括一个粉碎机(图1中总的以标号24表示)和多个粉末化固体燃料管道(图1中以标号26表示)。按照熟悉本技术的人们所熟知的方式，上述粉末化固体燃料通过粉末化固体燃料管道26从上述的与这些管道26呈流体连通状态的粉碎机24输送到也与上述管道26流体连通的上述多个燃料室(未示出)。虽然为了保持图的清晰在图中未示出，但是，粉碎机24与一个风扇(未示出)是工作连接的，上述的风扇又与前面所述的多个空气室(未示出)在工作上是流体连通的，因此，从风扇供给的空气不仅流到上述的多个空气室(未示出)，而且流到粉碎机24，从而使粉碎机24供给到上述多个燃料室(未示出)的粉末化固体燃料按照熟悉粉碎机技术的人们所熟知的方式通过上述粉末化固体燃料管道26在空气流中进行输送。
再谈到适宜地安装在图1所示的粉末化固体燃料燃烧炉10内的燃烧系统的特性。在粉末化固体燃料燃烧炉10的每个拐角处装入两个或多个分离过热空气的独立的平舱(level)，这些平舱位于图1所示燃烧炉10的主风箱20的顶部与炉子出口平面(图1中以虚线28表示)之间。为此，按照图1所示的粉末化固体燃料燃烧炉10的说明，该燃烧炉10内适宜地安装的燃烧系统具有两个或多个分离过热空气的独立的平舱，也就是一个在图1中总的以标号30表示的低平舱和一个在图1中总的以标号32表示的高平舱。上述低平舱30采用任何适用的普通支承机构(未示出)适宜地支承在粉末化固体燃料燃烧炉10的燃烧室14内，使其与风箱20的顶部适当地隔开，并大致与主风箱20的纵轴线对中。同理，上述分离过热空气的高平舱32也采用任何普通的合适支承机构(未示出)适宜地支承在粉末化固体燃料燃烧炉10的燃烧室14内，以致与上述的低平舱30适当地隔开，并大致与主风箱20的纵轴线对中。分离过热空气的低平舱30和高平舱32适宜地设置在主风箱20的顶部与炉子出口平面28之间，所以，粉末化固体燃料燃烧产生的燃气要花费一段预定的时间从主风箱20的顶部移动到分离过热空气的高平舱32的顶部。
下面参看图2，图中示出一种粉末化固体燃料喷嘴，总的以标号34表示。图2所示的粉末化固体燃料喷嘴34是作为体现按本发明制成的MRFC固体燃料喷嘴头12的第一实施例的喷嘴。上述的粉末化固体燃料喷嘴34以熟悉本技术的人们所熟知的方式适宜地安装支承在每个在上面已谈到的多个燃料室(未示出)内。关于这一点，在图2以标号36简单示出上述多个燃料室(未示出)中的一个燃料室。
任何适用于上述目的的普通类型的安装机构都可用来将粉末化固体燃料喷嘴34安装在燃料室36内。从图2可清楚地看出，上述粉末化固体燃料喷嘴34具有一个弯管状部分(总的以标号38表示)，虽然在图2为保持图的清晰而未示出上述弯管部分38的具体结构，但示出了其一端(即以标号40表示的一端)与粉末化固体燃料管道工作连接，其另一端(即以标号42表示的一端)则通过任何适用的普通紧固件与一个纵向延伸端(总的以标号44表示)工作连接。该延伸段44的长度实际上相当于燃料室36的深度。上述所示的粉末化固体燃料喷嘴34具有本发明的第一实施例的MRFC固体燃料喷嘴头12，下面将较详细地说明其结构特性和工作模式。
为了说明MRFC固体燃料喷嘴头12的结构特性和工作模式，请参看图3～8。如上所述，按本发明制造的MRFC固体燃料喷嘴头12在下列的每个方面最好都通过例证(但非限制)来表征，就是说，由于MRFC固体燃料喷嘴头12良好的结构特性和工作模式，最大限度地减少了MRFC固体燃料喷嘴头12出口平面处的低速区和负速区(就是回流区)，减少了MRFC固体燃料喷嘴头12上可用的沉积表面，可改变喷嘴头/固体燃料喷嘴的热状态，而使“热”颗粒物质不会沉积在MRFC固体燃料喷嘴头12的已有的金属板表面上，并以此可伴随地达到上述的NOx排放最少和烟灰中的碳最少的目的。
本申请书中示出和说明了按本发明制造的MRFC固体燃料喷嘴头12的6个实施例。其中第一个实施例参见图2，3和4。为了说明MRFC固体燃料喷嘴头12的第一实施例的结构特性和工作模式，可具体参看图3和4，为了方便起见，图中也以标号12表示该喷嘴头。因此，从图3和4可清楚地看出，第一实施例的MRFC固体燃料喷嘴头12具有：一个燃料空气流护罩(总的以标号46表示)；一个主空气流护罩(总的以标号48表示)；一个燃料空气护罩支撑件(总的以标号50表示)；和一个气流分隔板(总的以标号52表示)。为了更方便了解MRFC固体燃料喷嘴头12的第一实施例的结构特性和工作模式，在图3以点划线简单示出粉末化固体燃料喷嘴34的燃料室36和纵向延伸段44部分。同时，还请注意到，在图3中用箭头(以标号54表示)示出主空气流和粉末化固体燃料流的方向。
从图3可清楚地看出，燃料空气流护罩46的进口端部(以标号56表示)具有球形的轮廓，这种球形轮廓56可有效地抑制燃料空气流沿燃料空气流护罩46旁路流过，也就是可防止燃料空气流不按规定流过燃料空气流护罩，这在倾斜条件下也就是当燃料空气流护罩46处于相对于MRFC固体燃料喷嘴头12的中心线的向上倾斜位置或向下倾斜位置时上述作用尤其有效。若沿燃料空气流护罩46的旁路流过，还会伴随着对延伸段的有害的冲击作用(而燃料空气流沿上述延伸段可产生所需的对燃料空气护罩46的冷却效果)。上述燃料空气流护罩除了上述的球形轮廓56外，还具有在其内部的圆形转角(以标号58表示，见图4)的特征，就是说，为达到所述目的，上述燃料空气流护罩46的每个圆形转角58都做成具有相同的预定半径，为了方便于参看，图4用标号60表示的箭头示出上述的半径。燃料空气流护罩46的圆形转角58在工作时成为较高速度区，这又很有效地减少在燃料空气流护罩46上通常会出现的可导致讨厌的固体燃料沉淀的低速区。
下面说明MRFC固体燃料喷嘴头12之第一实施例的主空气流护罩48的结构特性和工作模式，为此，要再次参看图3和4。正如在图3可清楚地看到的那样，上述的主空气流护罩48的第一方面的特征在于，它的尾端安装成相对于燃料空气流护罩46的尾端缩入一个预定的距离。该距离在图3用标号62表示的箭头示出。主空气流护罩48由于其尾端相对于燃料空气流护罩46的尾端缩入一定距离，故消除了可作为固体燃料潜在沉积表面的主空气流护罩48的出口平面，更具体地说是主空气流护罩48的尾端。
除了上面所述以外，主空气流护罩48的第二方面的特征还在于，其尾端呈一定量的锥度。该锥度在图3分别以相同标号即64表示的箭头示出，上述的锥度做成足够地小，也就是其锥角做成足够地小，以致使在其每一侧流过的燃料空气流或主空气流都不与主空气流护罩48的尾端表面分离(若发生这种分离就会引起不需要有的附加回流)。
下面再谈主空气流护罩48的结构特性和工作模式，如图4所清楚地示出的，主空气流护罩48的第三方面的特征在于，它还具有圆形的转角(图4中以标号66表示)，更具体地说，主空气流护罩48的每个圆形转角66做成具有第二预定半径(图4中以标号68表示的箭头示出)。在主空气流护罩48上的上述圆形转角66有效地提高在该转角66处的流速，这又有助于避免固体燃料粒子在该转角66处的沉积，并在出现这种沉积现象时也有助于将其消除。另外，燃料空气流护罩46的出口平面的圆形转角58与主空气流护罩48的出口平面的圆形转角66相结合可在工作中使第一实施例的MRFC固体燃料喷嘴头12内部形成均匀的燃料空气流分布。就是说，在主空气流护罩48的外表面与燃料空气流护罩46的内表面之间的整个空间内具有均匀的间隙。为了便于参考，上述的主空气流护罩48的外表面与燃料空气流护罩46的内表面之间的均匀间隙在图4中以标号70表示的箭头示出。在第一实施例的MRFC固体燃料喷嘴头12内的上述均匀的燃料空气流分布又不仅提供了由燃料空气流产生的对该喷嘴头12的均匀冷却，而且提供了由燃料空气流形成的主空气流的均匀包层，所以，无论在固体燃料超过发火点还是出现过量NOx的情况下都可实施控制。
下面说明第一实施例的MRFC固体燃料喷嘴头12的燃料空气流护罩支撑件50的结构特性和工作模式，为此，燃料空气流护罩支撑件50的第一方面的特征在于，将它安装成位于相对于喷嘴头12之出口平面缩入一段预定距离处。以便使通常会出现的回流区和垂直沉积表面离开上述喷嘴头12的出口平面。上述的使燃料空气流护罩支撑件50相对于上述喷嘴头12的出口平面缩入一段距离的作用在于减小燃料空气流护罩支撑件50所具有的对沉积过程的可能影响。另外，从结构的观点看，使燃料空气流护罩支撑件50缩入一段距离的做法也可使燃料空气护罩46的尾端和主空气流护罩48的尾端都彼此独立地膨胀，从而减小燃料空气流护罩46和主空气流护罩48受热产生的热应力。为了便于理解，在图3以标号72表示的箭头示出上述的燃料空气流护罩支撑件50相对于上述的MRFC固体燃料喷嘴头12的出口平面缩入的一段预定距离。
最后来说明第一实施例的MRFC固体燃料喷嘴头12的气流分隔板52的结构特性和工作模式。所述的分隔板52的第一方面的特征在于，与上面所述的主空气流护罩48一样，该分隔板52深入设置在燃料空气流护罩46的出口平面内，并且也缩入至相对于主空气流护罩48之尾端的一段预定距离处。为了便于理解，在图3以标号74表示的箭头示出上述的分隔板52相对于主空气流护罩48的尾端缩入的一段预定距离。通过上述的将分隔板置入内部的做法，从第一实施例的MRFC固体燃料喷嘴头12的燃烧区也就是从出口平面消除了分隔板52的作为容易形成潜在沉积表面的部分。而且，将分隔板52缩入设置的做法对于通过由燃料空气流护罩46提供的屏蔽效应对分隔板52产生某些冷却也是有效的。另外，这样设置分隔板52也可使分隔板52的长度短一些，这有利于减小热传导的接触面，并且减小固体燃料粒子沉积的接触面。此外，分隔板52还有第二方面的特征在于，分隔板的两头均带有预定量的锥度，为了便于理解，在图3以标号76表示的箭头示出分隔板52两端的锥度量。应当注意，分隔板52两端带有预定锥度量要使其锥角做成足够小以防止流过其两侧的主空气流与其分离。如果出现主空气流的这种分离，就可能形成不需要的附加的气流再循环。分隔板52的两端做出一定锥度可有效地减小回流区，这种回流区在现有技术的具有钝平尾端特征的各类固体燃料喷嘴头中会出现，对其工作有不利影响。其次，上述分隔板52两端做出一定锥度可有效地减小可由上述现有技术的钝平尾端形成的涡流区。假如分隔板52做成带钝平端部，那么所引发的回流区会将热的颗粒抽回来并产生或加重固体燃料沉积现象。上述的回流区也可提供助长燃烧的条件，从而在该回流区内产生火焰，这就会使温度升高，进一步加剧固体燃料沉积问题。另外，会引发由钝平尾端产生涡流的前缘可增大主空气流内部的紊流程度，从而加重固体燃料颗粒在端部的沉积，但若采用带锥度的尾端而不是钝平端部，便可避免上述问题。虽然图3和4所示的分隔板52按本发明最佳实施例具有一对沿第一实施例MRFC固体燃料喷头12之两侧等距离隔开的单独的分隔板，但是应当明白，在不违背本发明实质的情况下分隔板组件52可具有不同数目的单独的分隔数。
下面说明MRFC固体燃料喷嘴头的第二实施例的结构特性。为此，参看图5和6，图中示出与固体燃料喷嘴34协同连接的第二实施例MRFC固体燃料喷嘴头。为了将该第二实施例MRFC固体燃料喷嘴头与第一实施例的MRFC固体燃料喷嘴头12区分开来以便在下面进行讨论，在图5和6中总的以标号112表示第二实施例的MRFC固体燃料喷嘴头，但是，第二实施例MRFC喷嘴头12中的任何对于第二实施例MRFC喷嘴头112和第一实施例喷嘴头12都通用的零部件，在图5和图6中都以与图3和4所用标号相同的标号来表示。
下面继续说明。第二实施例的MRFC固体燃料喷嘴头112的特征在于，在其内部设置有有利于冷却上述喷嘴头112的主空气流护罩48的强制冷却装置。就是说，在某些燃烧特种固体燃料的用途中，可能存在其主空气流护罩48的尾端由于受到燃料空气流护罩46的热辐射而变得足够热而当固体燃料流过主空气流护罩48时使固体燃料熔化的情况，这种熔融的固体燃料可能沉积在主空气流护罩48的尾端。因此，对于上述用途，最好设置上述第二实施例的MRFC固体燃料喷嘴头112。更具体说，对于上述的用途，最好设置改型过的装入冷却装置的第一实施例MRFC固体燃料喷头12，就是说，最好设置第二实施例的MRFC固体燃料喷嘴头112，这可有效地防止主空气流护罩48的尾端由于受燃料空气流护罩46的热辐射而变得足够热致使当固体燃料流过主空气流护罩48时被熔化的现象。因此，按照本发明的MRFC固体燃料喷嘴头的第二实施例112，在主空气流护罩48的尾端与燃料空气流护罩46的尾端之间适宜地插入设置一种防护屏，该防护屏可以是两种形式中的一种。按照其第一种形式，如图5所示，防护屏包括一种“偏置的”偏转板(总的以标号78表示)。这种“偏置的”偏转板78实际上隔开了主空气流护罩48，所以，“偏置的”偏转板78由于在主空气流护罩48与燃料空气流护罩46之间起到一种隔热板作用而有效地冷却主空气流护罩48尤其是其尾端，这就使主空气流护罩48受到的来自燃料空气流护罩46的辐射热显著地减少，从而防止主空气流护罩48的尾端被加热到足以使流过主空气流护罩48的固体燃料熔化的程度。而且，上述“偏置的”偏转板78可适宜地做成可有效地导引一部分流过为此设置在燃料空气流护罩46内表面与主空气流护罩48外表面之间的空间的以收敛方式向着来自主空气流护罩48尾端的主空气/固体燃料流的燃料空气流。该部分燃料空气流随主空气/固体燃料流的收敛而在该收敛区内造成紊流，并使得固体燃料的发火推迟而不会在MRFC固体燃料喷嘴头112上出现由于这种发火形成的火焰。
为了说明在第二实施例的MRFC固体燃料喷嘴头112内所用的第二种形式的防护屏，请参看图6，从该图可清楚地看出，第二种形式的防护屏包括一个收敛/发散的偏转板，总的以标号80表示，该偏转板80可保护主空气流护罩48使之不受来自燃料/空气流护罩46的辐射热，同时，上述收敛/发散偏转板80适宜地做成可以按收敛方式有效地导引第一部分燃料空气流向着来自燃料空气流护罩46内表面与主空气流护罩48外表面之间形成的空间的主空气/固体燃料流流动，从而可到处流遍燃料空气。收敛/发散偏转板80还适宜地做成可以按发散的方式有效地导引第二部分燃料空气流离开上述的主空气/固体燃料流。与第一种形式的防护屏的情况一样，第二种形式的防护屏即收敛/发散偏转板80也有利于推迟低挥发性固体燃料的发火，而不会在MRFC固体燃料喷嘴头112上出现由于上述发火而产生的火焰。
下面说明MRFC固体燃料喷嘴头的第三实施例的结构特性的工作模式，为了与第一和第二实施例的MRFC固体燃料喷嘴头12和112相区别，在图7和8总的以标号212表示第三实施例的MRFC固体燃料喷嘴头。为了便于下面进行讨论，凡对于第一、第二和第三实施例的MRFC固体燃料喷嘴头12、112、212都通用的零部件在图7和8均采用与图3和4以及图5和6所示相应零部件的相同的标号表示。
第三实施例MRFC固体燃料喷嘴头212的特征在于，可进行火焰前沿控制而不必采用任何向上伸出上述喷嘴头212外并伸入粉末化固体燃料燃烧炉10的燃烧室14内的部件。因此，第三实施例MRFC固体燃料喷嘴头212具有一种锥体成形件(图7中以标号82表示)。该锥体成形件82适宜地安装在主空气流护罩48内支承在上述喷嘴头212的出口端。按照其最佳模式的实施例，上述锥体成形件82包括一种分隔板52的改型，更具体地说，如图7所示，锥体成形件82包括一对分隔板(图7中分别以标号84和86表示)。设置锥体成形件82可有效地实现火焰前沿设置，而不会在上述喷嘴头212之出口端形成回流凹穴，也不会形成容易沉积固体燃料粒子的表面特征。另外，锥体成形件82可有效地实现沿整个主空气/固体燃料流对固体燃料均匀地点火。为了方便于参考，在图7采用多个集中地以标号88表示的箭头示出上述的主空气/固体燃料流。上述的固体燃料的均匀点火是借助于由锥体成形件82(也就是分隔板84和86)形成的“锥形”来实现，锥体成形件82有效地将主空气/固体燃料流88分成两股流，即图7中由标号90表示的箭头示出的一股流和由标号92表示的箭头示出的另一股流。每一股流90和92都可具有不同的速度和动量。因此，第三实施例MRFC固体燃料喷嘴头212可做成具有宽的速度和动量值的范围，以便按需要在上述喷嘴头212的出口端控制会影响火焰前沿位置和火焰特征的空气动力学。总的说来，用于测定由锥体成形件82即分隔板84和86所形成的锥形的性质的参数是：与第三实施例MRFC固体燃料喷嘴头212的进口面积相比较的由锥体成形件82所形成的锥形的进口面积，以及与第三实施例MRFC固体燃料喷嘴头212的出口面积相比较的由锥体成形件82所形成的锥形的出口面积。另外，在不违背本发明的实质的情况下，如果需要的话，可使由锥体成形件82所形成的锥形具有可对主空气流、燃料空气流或该二者加上涡动并可控制主空气流与燃料空气流的混合情况的机构。
下面说明MRFC固体燃料喷嘴头的第四实施例的结构特性和工作模式，为了与第一、第二和第三实施例MRFC固体燃料喷嘴头12、112和212相区别。在图9以标号312表示第四实施例MRFC固体燃料喷嘴头。为了下面的讨论，第四实施例的MRFC固体燃料喷嘴头312中，凡与第三、第二和第一实施例喷嘴头212、112和12中的零部件通用的零部件在图9中都用与图3和图4、图5和图6以及图7和图8中用于表示相应零部件的相同标号示出。
第四实施例的MRFC固体燃料喷嘴头312的特征在于，其内部设置了低NOx衰减装置(图9中以标号94表示)，按其最佳实施例，上述低NOx衰减装置94包括一个分隔板52的改型。更具体地说，如图9所示，低NOx衰减装置94具有多个分隔板(为了便利于参考，在图9中每个分隔板都用相同的标号96表示)。每个分隔板96与第一组(图9中以标号98表示)的楔形非流线形体(图中分别以标号100表示)和第二组(图9中以标号102表示)的楔形非流线形体(分别以标号104表示)协同连接。
如图9所示，第一组98的楔形非流线形体100与每个分隔板96协同连接，以便(如参看图9所见)相对其向上伸出，也就是伸出在相应的一个分隔板96的中心线的上方。反之，第二组102的楔形非流线形体104与每个分隔板96协同连接，以便(如图9所见)相对于其向下伸出，也就是伸出到相应的一个分隔板96的中心线的下面。
按照MRFC固体燃料喷嘴头312的最佳模式的实施例，正如图9清楚示出的，上述的非流线形体100以及非流线形体104分别从包围固体燃料流的主空气流护罩48和MRFC固体燃料喷嘴头312的出口平面后缩0.5～2.0英寸，从而使固体燃料流的高紊流区封闭在低紊流固体燃料“包壳”内。另外，从图9可看出，非流线形体100以及非流线形体104分别具有带偏置附属部分100A(在非流线形体100上)和104A(在非流线形体104上)的大致为楔形的轮廓。带有偏置附属部分100A的非流线形体100和带有偏置附属部分104A的非流线形体104在外观上很象所谓的“南瓜齿”，也就是刻在Halloween南瓜上的齿。
带有偏置附属部分100A的非流线形体100和带有偏置附属部分104A的非流线形体104的作用是，产生最大的紊流和涡流区，同时又使MRFC固体燃料喷嘴头312能够倾斜并导引固体燃料流。按照MRFC固体燃料喷嘴头312的最佳模式实施例，上述偏置附属部分100A和104A各自的宽度约为0.75～1.75英寸，而且，从每个偏置附属部分100A或与之相邻的偏置附图部分104A分别垂直地偏移0.5～2.5英寸。
再参看图9，可清楚地看出，偏置附属部分100A和104A分别位于相应的一个分别与非流线形体100和104协同连接的分隔板96的尾端。还要注意到，按照MRFC固体燃料喷嘴头312的最佳模式实施例，每个分隔板96的长度比MRFC固体燃料喷嘴头312短2～5英寸。
上述的低NOx衰减装置94由于具有上面所述的几何形状，故使由于各个涡流彼此所处位置不会靠近到足以使相邻涡流互相抵消的程度而产生的涡流的总体作用达到最大。而且，上述的低NOx衰减装置所具有的上面所述的几何形状仍可产生数目最多的涡流发生部位，因此，对于各种常用固体燃料一般可产生距MRFC固体燃料喷嘴头312之出口平面6～2英尺的火焰前沿。总言之，低NOx衰减装置94的按照非流线形体100和104的数目、形状、尺寸、重叠和位置诸方面的设计可使“释放点(trip point)”的数目最佳化，这就可有效地使固体燃料喷流分散，同时又保持每个“释放点”作为单独区分的部位。结果是，所提出的固体燃料喷嘴头即MRFC固体燃料喷嘴头312，就其性能来说，具有NOx排放量低和烟灰中碳含量低同时又沉积物极少的优点，这就可延长MRFC固体燃料喷嘴头312的工作寿命。
下面说明MRFC固体燃料喷嘴头的第五实施例的结构特性和工作模式，为了与第一、第二、第三和第四实施例的MRFC固体燃料喷嘴头12、112、212和312相区别。在图10以标号412表示第五实施例MRFC固体燃料喷嘴头。
如图10所示，固体燃料喷嘴头412由陶瓷材料制成，所述陶瓷材料包括氮化硅、硅化处理的碳化硅(含硅量约为20％～60％wt)、莫来石包层的碳化硅氧化铝复合材料、或氧化铝氧化锆复合材料。在选择制造固体燃料喷嘴头412的陶瓷材料时要考虑到有些陶瓷可能在一方面具有比其他陶瓷材料更为理想的性能，而在另一方面则具有较差的性能。因此，不可能确定一种比其他的也适用于制造喷嘴头412的陶瓷材料更理想得多的具体的陶瓷材料。但是，有可能希望确实通过例如弯曲试验所测定的陶瓷强度水平较高以致可使陶瓷部件较成功地抵抗变形的陶瓷材料。而且，在通过固体燃料喷嘴头412以较高速度喷出粉末化固体燃料例如预热温度至＿＿°F的煤粉的用途中，或在固体燃料喷嘴头412之出口处在较高温度的用途中例如在固体燃料喷嘴头412安装在煤粉燃料燃烧炉的风箱内而在固体燃料喷嘴头出口处的炉内温度达到＿＿°F的用途中，特别希望选用具有良好抗热冲击性能的陶瓷材料，这种抗热冲击性能良好的陶瓷可例如按高的导热性(例如＿＿w/m°K)和低的热膨胀系数(例如不大于＿＿/°F左右)来表征。
采用包括氮化硅、硅化碳化硅(食硅量约为20％～60％wt)、莫来石包层碳化硅氧化铝复合材料、或氧化铝氧化锆复合材料在内的陶瓷材料制造的固体燃料喷嘴头412的优点在于，上述这些陶瓷材料比其他陶瓷材料能更好地承受粉末化固体燃料喷嘴头通常要经受的温差。这种温差就是粉末化固体燃料喷嘴头在预定时间周期内所经受的温度变化。较急剧的或者说大的温度波动可使陶瓷材料制的粉末化固体燃料喷嘴头产生应力而损坏，但是，正如所注意到的，通过合理地选用陶瓷材料可以提高粉末化固体燃料喷嘴头承受上述应力的能力。
粉末化固体燃料喷嘴头412通过一个煤粉喷嘴密封板组件500可转动地安装在粉末化固体燃料燃烧装置的燃料室(例如图2所示的燃料室36)内。上述的煤粉喷嘴密封板组件500具有一对分别具有一对燃料室安装孔504和喷嘴头安装孔506的安装托板502A和502B。每个安装托板502A、502B的喷嘴头安装孔506内可转动地支承一个钢衬套式的杆销轴套508，一对杆销510分别安置在粉末化固体燃料喷嘴头412的主空气流护罩446的相应侧壁的横向中心线上。每个杆销510也固定在相应的一个轴套508上，上述这种将粉末化固体燃料喷嘴头412安装在粉末化固体燃料燃烧装置内的安装结构十分有助于粉末化固体燃料喷嘴头成功地经受在其工作过程通常会受到的载荷，包括通过普通的喷嘴头倾动机构(未示出)倾动粉末化固体燃料喷嘴头时所产生的载荷。用陶瓷材料制的粉末化固体燃料喷嘴头的抗冲击和抗拉伸强度可以不等于不锈钢制的粉末化固体燃料喷嘴头的强度。为此，最好通过例如燃料室安装机构例如上面刚谈及的安装机构来适应对本发明的粉末化固体燃料喷嘴头提出的载荷要求。因此，杆销510要做成具有足够的厚度，以便使这些杆销和安装这些杆销的轴套508工作时可按载荷均衡的方式分布粉末化固体燃料喷嘴头412的载荷，这就减少了粉末化固体燃料喷嘴头发生由于倾动该喷嘴头时产生的载荷而突然失效的危险。
下面说明固体燃料喷嘴头的第六实施例的结构特性和工作模式，为了与第一、第二、第三、第四和第五实施例的MRFC固体燃料喷嘴头12、112、212、312和412相区别。在图11～15中以标号512表示第六实施例的MRFC固体燃料喷嘴头，具体参看图12，第六实施例的固体燃料喷嘴头512具有燃料空气流护罩(总的以标号546表示)、主空气流护罩(总的以标号548表示)、燃料空气流护罩支撑件(总的以标号550表示)、和低NOx衰减装置(总的以标号594表示)。
从图12可明显看出，燃料空气流护罩546的进口端具有球形轮廓，该球形结构将有效地使燃料空气流尽可能不沿旁路流过燃料空气流护罩546，也就是按要求通过燃料空气流护罩546，尤其在倾动条件下(即燃料空气流护罩546处于相对于喷嘴头512的中心线向上倾斜位置或向下倾斜位置时)上述作用更有利。如果燃料空气流沿燃料空气流护罩546的旁路流过，也会伴随产生对延伸段的有害的冲击作用(上述延伸段可产生所希望的燃料空气流对燃料空气流护罩的冷却作用)。
低NOx衰减装置594具有一对分隔板(均用同一标号596表示)，该分隔板596分别与第一组(总的以标号598表示)的非流线形体(分别以标号600表示)和第二组(总的以标号602表示)的非流线形体(分别以标号604表示)整体地成形。
第一组598的非流线形体600与每个分隔板596协同结合而向上伸出(如图2所示)即伸出到相应的一个分隔板596的中心线上方。反之，第二组602的非流线形体604与每个分隔板596协同结合而向下伸出(如图12所示)，即伸出到相应的一个分隔板596的中心线下方。
非流线形体600和604分别从包围固体燃料流的主空气流护罩546和固体燃料喷嘴头512的出口平面缩入0.5～2.0英寸，从而将固体燃料流的高紊流区封闭在低紊流固体燃料“包壳”内。非流线形体600和604在外观上很象所谓的“南瓜齿”，也就是刻在Halloween南瓜上的齿。上述非流线形体600和604的作用是产生最大的紊流和旋涡区，同时又保持固体燃料喷嘴头512倾动和导引固体燃料流的能力。
非流线形体600和非流线形体604分别在相应的一个分隔板596的尾端上做成，每个分隔板596的长度比固体燃料喷嘴头512短2～5英寸。
固体燃料喷嘴头512的包括分隔板596、第一组598和第二组602非流线形体、以及其他的安装在燃料空气流护罩546或主空气流护罩548内或该两者内的零部件都用陶瓷材料制造，所述的陶瓷材料包括氮化硅、硅化的碳化硅(含硅量约为20％～60％wt)、莫来石包层的碳化硅氧化铝复合材料、或氧化铝氧化锆复合材料。固体燃料喷嘴头512可做成一种整体件例如单模型铸件，或做成两个或多个中间陶瓷件然后彼此连接在一起。
从图13、14和15可具体地看出，粉末化固体燃料喷嘴头512借助于煤粉喷嘴密封组件700可转动地安装在粉末化固体燃料燃烧装置内配置的燃料室(例如图2所示的燃料室36)内。粉末化固体燃料喷嘴头512和煤粉喷嘴密封组件700的结构做成可按下面要简要说明的方式互相对应，因此，在粉末化固体燃料喷嘴头512工作时尤其是在其倾转动作时受到的载荷可有利地分布在粉末化固体燃料喷嘴头的大部分区域，但若该喷嘴头不采用上述的组件700而是采用普通的枢轴安装机构安装在燃料室中，而上述安装机构又仅在两个分别设置在主空气流护罩的各相对侧壁上位于主空气流护罩之横向中心线的枢轴安装孔上与上述喷嘴头相连接，那么，上述载荷的分布情况便不理想。如图13所示，上述的煤粉喷嘴密封组件700具有：一对外侧托板702A、702B；一对内侧托板704A、704B；一对密封片706、708；和一对成形撑板710A，710B。上述密封片706、708在上述一对内侧托板704A、704B之间按横向平行隔开的关系延伸，并以其端部与内侧托板704A、704B相连接。上述外侧托板702A固定在内侧托板704A上，二者间有一横向向外的间隙。上述成形撑板710A固定在外侧托板702A与内侧托板704A之间。外侧托板702B固定在内侧托板704B上，二者间有一横向向外的间隙。成形撑板710B固定在外侧托板702B与内侧托板704B之间。
如图11所示，粉末化固体燃料喷嘴头512具有一对异形的背面502A、502B和一对枢轴安装孔504A、504B，上述异形背面502A、502B分别形成一对沿高度方向隔开的凹部506A、506AA和506B、506BB。如图15所示，煤粉喷嘴密封组件700的成形撑板710A、710B分别做成具有一对分别沿高度方向隔开的凸部712A、712AA和712B、712BB。上述成形撑板710A、710B做成其尺寸与粉末化固体燃料喷嘴头512的异形背面502A、502B的尺寸相对应，因此，在将煤粉喷嘴密封组件700装配到粉末化固体燃料喷嘴头512的背侧上的支承位置时，成形撑板710A的凸部712A、712从便座落在凹部506A、506AA内，而成形撑板710B的凸部712B、712BB便座落在凹部506B、506BB内。而且，上述煤粉喷嘴密封组件700在粉末化固体燃料喷嘴头512上的支承位置上，煤粉喷嘴密封组件700的每一对中心孔714A、714B分别与粉末化固体燃料喷嘴头512的枢轴安装孔508A、508B相对准，这样，上述的杆销(未示出)便可插入两对对准的中心孔714A、714B和枢轴安装孔508A、508B内，并固定到燃料空气流护罩546和煤粉喷嘴密封组件700上。上述杆销(未示出)可转动地安置在燃料室的普通孔(未示出)内。因此，粉末化固体燃料喷嘴头512和煤粉喷嘴密封组件700可以作为一个整体而转动，这就可调节粉末化固体燃料喷嘴头的倾动量。在煤粉喷嘴密封件700的外侧托板702A、702B上分别形成一对托板互连孔716A、716AA和716B、716BB，用以承接螺栓(未示出)以便将外侧托板702A、702B分别固定到内侧托板704A、704B上。
虽然在上面已经说明了几个本发明的实施例，但是，应当明白，熟悉本技术的人们仍可容易地作出许多改型，其中一些在上面已间接提到过，因此，本发明人意欲以所附权利要求书来覆盖上面提到的改型以及所有其他落在本发明的实际精神和范围的改型。

Claims (8)

1.一种与粉末化固体燃料燃烧炉的燃烧系统的粉末化固体燃料喷嘴协同联合使用的固体燃料喷嘴头，包含：一个按支承关系可安装在粉末化固体燃料喷嘴之一端的燃料空气流护罩，该燃料空气护罩具有一个入口端和一个出口端；一个按支承关系安装在该燃料空气护罩内的主空气流护罩；和一个包含一尾端和一前端的气流分隔板，其特征在于
该燃料空气护罩由下列陶瓷材料族群中的至少一种组成：氮化硅、含硅量按重量计约为30％～60％的硅化碳化硅、莫来石包层碳化硅氧化铝复合材料和氧化铝氧化锆复合材料；和
所述分隔板的后缘做成带有锥度，其锥角足够地小，以避免流过上述分隔板的空气流发生分离，同时还可有效地减少在上述分隔板尾缘上的回流区，以便使固体燃料在该板上沉积的可能性减至最小。
2.根据权利要求1的固体燃料喷嘴头，其特征在于，上述的分隔板包括一个锥体成形件，该成形件可有效地控制火焰前沿配置，而不会在上述燃料空气流护罩的上述出口端形成回流区，也不会形成容易沉积固体燃料颗粒的表面特征。
3.根据权利要求1的固体燃料喷嘴头，其特征在于，上述的分隔板包括低NOx衰减装置，该装置可最大限度地减小NOx的排放量，并使烟灰中的含碳量最少。
4.根据权利要求1的固体燃料喷嘴头，其特征在于，上述的低NOx衰减装置具有多个相互隔开按支承关系安装在该主空气流护罩内的分隔板和第一组与该多个分隔板协同联合的非流线形体。
5.一种与粉末化固体燃料燃烧炉的燃烧系统的粉末化固体燃料喷嘴协同联合使用的固体燃料喷嘴头，包含：一个按支承关系安装在粉末化固体燃料喷嘴之一端的燃料空气流护罩，该护罩具有一个入口端和一个出口端；一个按支承关系安装在该燃料空气护罩内的主空气流护罩；一个设置在该燃料空气流护罩与该主空气流护罩之间的燃料空气流护罩支撑件，其特征在于
该燃料空气护罩由下列陶瓷材料族群中的至少一种组成：氮化硅、含硅量按重量计约为30％～60％的硅化碳化硅、莫来石包层碳化硅氧化铝复合材料和氧化铝氧化锆复合材料；和
该燃料空气流护罩支撑件缩入该主空气流护罩的上述尾端一预定量，该预定量足以保持由该燃料空气流护罩支撑件造成的回流区和垂直沉积表面离开该燃料空气流护罩的该出口端，从而减小该燃料空气罩支撑件对沉积过程的可能影响，该缩入距离的大小还足以使该燃料空气流护罩的出口端和该主空气流护罩的尾端彼此独立地膨胀，从而减小其中受热产生的应力。
6.根据权利要求5的固体燃料喷嘴头，其特征在于，气流分隔板按安装关系被支承在该主空气流护罩内，该分隔板缩入该燃料空气护罩的出口端一预定量，该预定量足以消除该分隔板作为固体燃料颗粒可能沉积的敏感部位，并足以通过由该燃料空气流护罩对其提供的护屏作用而对该分隔板产生一些冷却效果。
7.根据权利要求5的固体燃料喷嘴头，其特征在于，该主空气流护罩的尾端做成带有锥度，以便减少在该空气流护罩的尾端上的回流区，这种回流区抑或能将热的颗粒物质抽回到该主空气流护罩的尾端，从而加剧在其上面的固体燃料颗粒沉积。
8.一种与粉末化固体燃料燃烧炉的燃烧系统的粉末化固体燃料喷嘴协同联合使用的固体燃料喷嘴头，包含：一个按支承关系安装在该燃料空气护罩内的主空气流护罩，该主空气流护罩有一前端和一尾端；
一个按支承关系可安装在该粉末化固体燃料喷嘴之一端的燃料空气流护罩，该燃料空气护罩具有一个入口端和一个出口端，一个设置在该燃料空气流护罩与该主空气流护罩之间的燃料空气流护罩支撑件，以便相对于该主空气流护罩有效实现对该燃料空气流护罩的支承；和一个按安装关系被支承在该主空气流护罩内的分隔板，其特征在于
该燃料空气护罩由下列陶瓷材料族群中的至少一种构成：氮化硅、含硅量按重量计约为30％～60％的硅化碳化硅、莫来石包层碳化硅氧化铝复合材料和氧化铝氧化锆复合材料；和
该燃料空气流护罩在其入口端具有球形外廓，该球形外廓尤其是当该燃料空气流护罩处于倾斜状态时，可使该燃料空气流护罩周围的燃料空气流的旁路减至最少，并可加强由流过上述燃料空气流护罩的燃料空气流产生的冷却作用；
该燃料空气流护罩还具有圆形的转角，该圆形转角可导致在该处产生较高流速，从而使在该燃料空气流护罩上可能发生固体燃料沉积的低速区减到最少；该燃料空气流护罩支撑件缩入该主空气流护罩尾端一预定量，该预定量足以保持由该燃料空气流护罩支撑件造成的回流区和垂直沉积表面，从而减小该燃料空气流护罩支撑件对沉积过程的可能影响，而且不足以使该燃料空气护罩的出口端和该主空气流护罩的尾端相互独立地膨胀，从而减小其中所产生的热应力；
该分隔板，缩入该燃料空气流护罩的出口端一预定量，该预定量足以消除该分隔板作为可能沉积固体燃料粒子的敏感部位，并足以通过由上述燃料空气流护罩产生的护屏作用而使该分隔板产生一些冷却效果，并且该主空气流护罩的尾端缩入该燃料空气流护罩出口端一预定量，该预定时足以消除该主空气流护罩的尾端作为固体燃料颗粒可能的沉积表面。
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