CN1598406A - 使用高压旋流空气的气化燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用高压旋流空气的气化燃烧器，其设计使得燃烧器外壳局部冷却，并完全防止燃烧室内的火焰到达燃烧室的内表面，从而使气化燃烧器的寿命延长。在气化燃烧器中包括具有燃料喷嘴的燃料输送管、燃烧空气输送管、点火塞以及温度传感器，这些都位于燃烧室的一侧，气化燃烧器还包括空气室单元和旋流空气输送器单元。空气室单元形成在外壳的一个末端区的外周边内，其中燃料输送管和燃烧空气输送管也安装在此区域，且空气室单元具有分隔，为空气室单元提供双壁结构，形成空气输送通道。旋流空气输送器单元具有多个空气喷嘴，其在燃烧室内燃料喷嘴的周围沿旋流空气输送器单元的内部周边排列。空气喷嘴倾斜地布置在一个方向上，以与空气输送通道相通。

Description

使用高压旋流空气的气化燃烧器
技术领域
本发明涉及使用高压旋流空气的气化燃烧器，更具体地涉及使用高压旋流空气的气化燃烧器，其设计使燃烧器外壳局部冷却，并完全防止燃烧室内的火焰到达燃烧室的内表面，以使气化燃烧器的寿命延长。
背景技术
一般地，含水垃圾，如污水污泥、食物垃圾等等，固有地含有大量的水分。根据提出的用于处理这种含水垃圾的方案，首先，通过各种工艺将含水垃圾脱水，直到其水分含量减小到70％到90％，这些工艺包括添加废水处理剂或活性污泥、沉降/浓缩、机械脱水或加热脱水，等等。接着，将得到的污泥状态的垃圾燃烧，或者埋入土中或海底，或者排放到河流或大海中。
燃烧污泥状态的垃圾需要特别制造的单独的焚烧炉以及大量的燃料，因为待燃烧的污泥状态的垃圾仍具有高比例的水分含量。即使燃烧过，还需要处理产生的大量灰烬。
在污泥状态的垃圾埋入土中或海底的情况下，它不能被细菌分解，因为在其处理过程中所使用的添加剂阻碍土壤或海水中所含细菌的有效作用。并且，当污泥状态的垃圾排入河流或大海时，由于排放的垃圾污染河流或大海，这与环境法律和法规相抵触。
因此，作为一种不产生上述问题的、更有效地处理每天产生的大量含水垃圾的方案，最近提出了一种方法，其中一旦含水垃圾，如粪便、家庭或工业废水等，被首先脱水，以使其轻微浓缩成污泥状态的垃圾，则可以不通过燃烧，以无烟和无味的方式在短时间内对得到的污泥状态的垃圾进行处理，以分离成气化成分和干燥的固体成分。
为了以无烟和无味的方式在短时间内使水分含量为70％到90％的污泥状态的垃圾气化，污泥状态的垃圾必须瞬间暴露在高压和高温条件下。对于这种污泥状态的垃圾的气化，传统上已经使用了多种设备，其中一种这样的设备就是气化燃烧器。
考虑到传统使用的气化燃烧器的结构，它包括内部形成燃烧室的外壳，以及具有燃料喷嘴的燃料输送管、燃烧空气输送管、点火塞和温度传感器，这些都位于燃烧室的一侧。当燃烧室内在1100到1500℃的情况下燃烧的结果是，高温热流在高压下从燃烧室的另一侧排出，并且与污泥状态的垃圾瞬间接触，使得污泥状态的垃圾脱水、粉碎并且由此气化。
但是，在这种传统的气化燃烧器中，由于燃烧室的内部温度在燃烧过程中过分地升高，因此引起了与燃烧室冷却方式相关的很多问题。
传统气化燃烧器中使用的冷却方式，基本上分类成空气冷却方式、和水冷却方式。在前一种的空气冷却方式中，使用遍及燃烧室外围形成的护套形空气室，燃烧室内产生的火焰到达燃烧室的内表面，导致燃烧室内部与空气室外部之间过大的温度差。这导致空气室的焊接接头处频繁破损，且阻碍了燃烧室的有效冷却，使其不可能使用气化燃烧器。
后一种的水冷却方式也不适于使用水冷却上述的1100到1500℃的极高温度。甚至是在由于水在循环通道中加热而导致压力快速升高的条件下，存在有爆炸的危险，因此气化燃烧器需要刚性设计使其足以承受这种高压。
发明内容
因此，考虑到上述问题提出本发明，并且本发明的第一目的是提供一种使用高压旋流空气的气化燃烧器，其设计用于保证焚烧炉外壳的局部冷却，以及完全防止燃烧室内的火焰到达燃烧室的内表面，从而使从燃烧室到外壳的热传导达到最低程度。
本发明的第二目的是提供一种使用高压旋流空气的气化燃烧器，其能够使由燃烧室产生的向外部散失的热量减小到最低程度。
本发明的第三目的是提供一种使用高压旋流空气的气化燃烧器，其可以更加有效地输入燃烧空气。
本发明的第四目的是提供一种使用高压旋流空气的气化燃烧器，其可以更加有效地输入较多量的燃烧空气。
本发明的第五目的是提供一种使用高压旋流空气的气化燃烧器，其可以通过使用单一的空气输送通道输入燃烧空气和旋流空气。
本发明的第六目的是提供一种使用高压旋流空气的气化燃烧器，其使得操作者可以直接观看燃烧室的内部。
本发明的最后目的是提供一种使用高压旋流空气的气化燃烧器，其使得操作者可以利用显示装置等，甚至从遥远的位置观看燃烧室的内部。
根据本发明，上述和其它目的的实现是通过提供一种气化燃烧器，其包括具有燃料喷嘴的燃料输送管、燃烧空气输送管、点火塞以及温度传感器，这些都位于形成在燃烧器外壳内的燃烧室的一侧，气化燃烧器还包括：空气室单元，空气室单元形成在外壳一个末端区的外周边的内部，其中燃料输送管和燃烧空气输送管安装在此区域，空气室单元具有分隔，为空气室单元提供双壁结构，形成空气输送通道；以及旋流空气输送器单元，旋流空气输送器单元具有多个空气喷嘴，其在燃烧室内燃料喷嘴的周围沿旋流空气输送器单元的内部周边排列，空气喷嘴倾斜地布置在一个方向上，以与空气输送通道相通。
优选地，燃烧室的内表面可以由耐火材料制成。
优选地，燃烧空气输送管可以包括形成在其远端的内表面上的旋流空气喷出部分。旋流空气喷出部分具有多个旋流叶片，其倾斜地排列在与空气喷嘴相同的方向上。
优选地，气化燃烧器可以进一步包括在燃烧空气输送管周围的辅助燃烧空气输送管。
优选地，辅助燃烧空气输送管可以包括形成在其远端内表面上的第二旋流空气喷出部分，此旋流空气喷出部分具有多个旋流叶片，其倾斜地排列在与空气喷嘴相同的方向上。
优选地，气化燃烧器可以进一步包括空气通过管，其用于连通空气室单元的空气输送通道与辅助燃烧空气输送管。
优选地，气化燃烧器可以进一步包括透明管，透明管装在燃烧空气输送管附近的外壳中，并具有透明元件。
优选地，气化燃烧器可以进一步包括投影单元，投影单元装在燃烧空气输送管附近的外壳中，并具有透明元件；以及位于透明元件外侧的摄像机。
附图说明
结合附图，从下面的详细描述中，将更加清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点。在附图中：
图1是表示本发明气化燃烧器的示意性纵向剖视图；
图2是表示具有如图1所示的空气喷嘴的旋流空气输送器单元的示意性平面图；
图3是表示如图1所示的燃烧空气输送管的另一个实施例的透视图；
图4表示本发明气化燃烧器的另一个实施例的示意性纵向剖视图；
图5是表示如图4所示的辅助燃烧空气输送管的第二旋流空气喷出部分的透视图；
图6a是表示本发明气化燃烧器的另一个实施例的示意性平面图；
图6b是如图6a所示的气化燃烧器的示意性纵向剖视图；
图7a是表示本发明气化燃烧器又一个实施例的示意性平面图；以及
图7b是如图7a所示的气化燃烧器的示意性纵向剖视图。
具体实施例方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施例，其例子表示在附图中。
图1是表示本发明气化燃烧器的示意性纵向剖视图。图2是表示具有如图1所示的空气喷嘴的旋流空气输送器单元的示意性平面图。
如图1和2所示，为了保证作为在1100到1500℃下燃烧室内的燃烧的结果，高温热流在高压下从燃烧室的一侧排出，并与污泥状态的垃圾瞬间接触，从而使污泥状态的垃圾脱水、粉碎并且由此气化，使用了气化燃烧器100，气化燃烧器100包括外壳110，其内部形成有燃烧室120。在燃烧室120的一侧，是具有燃料喷嘴132的燃料输送管130，用于输送辅助燃烧空气的燃烧空气输送管140，为点燃从燃料喷嘴132喷出的燃料提供所需的火花的点火塞150，以及用于控制燃烧过程中燃烧室120的内部温度的温度传感器(未图示)。
在本发明中，气化燃烧器100还包括空气室单元10，以及旋流空气输送器单元20。空气室单元10形成在外壳110的一个末端区域的外周边中，此处装有燃料输送管130和燃烧空气输送管140，并且具有分隔12，为空气室单元10提供双壁结构。具有这种分隔12，空气室单元10的内部形成有空气输送通道14，从而使空气室单元10通过部分地吸收从燃烧室120传递到外壳110的高温热流而被预热，并用于降低外壳110的温度。
旋流空气输送器单元20包括多个空气喷嘴22，其在燃烧室120内燃料喷嘴132的周围沿旋流空气输送器单元20的内周边排列，从而使它们倾斜地布置在一个方向上，以与空气输送通道14相通，从而用于以旋涡的形式喷出旋流的空气。
具有这种结构，从旋流空气输送器单元20的空气喷嘴22喷出的旋流空气，环绕燃烧过程中外壳110的燃烧室120内产生的火焰，导致火焰以拉长的状态在燃烧室120的中心燃烧。
在这种情况下，由于从旋流空气输送器单元20喷出的旋流空气首先在空气输送通道14中被预热，因此除了通过燃烧空气输送管140输送的辅助燃烧空气以外，它可以用于补充燃烧空气的短缺。
作为在燃烧过程中燃烧室120内产生的火焰被由旋流空气输送器单元20的空气喷嘴22喷出的旋流空气环绕的结果，火焰以拉长的方式在燃烧室的中心集中并燃烧，而不到达燃烧室120的内表面。这具有减小从燃烧室120到外壳110的热传导的作用，充分地防止了外壳110的损坏，并延长气化燃烧器100的寿命。
同时，燃烧室120的内表面由耐火材料120A制成，例如陶瓷等等，适于在最大可能程度上减慢热传导的进行。以这种方式，从燃烧室120到外壳110的热传导首先被旋流空气输送器单元20阻止，并且其次被构成燃烧室120内表面的耐火材料120A阻止，导致外壳110的耐用性提高，并且将燃烧室内产生的向外部散失的热量减小到最低程度。
图3是表示如图1所示的燃烧空气输送管140的另一个实施例的透视图。
参看图3，用于将辅助燃烧空气输入到外壳110的燃烧室120中的燃烧空气输送管140，形成在其远端的内表面上，并具有旋流空气喷出部分30。旋流空气喷出部分30包括多个旋流叶片32，其倾斜地排列在与空气喷嘴22相同的方向上。
利用旋流空气喷出部分30的旋流叶片32，燃烧室120中的燃烧过程所需的空气，以旋流状态输入，例如旋涡。所得到的旋流燃烧能够更容易地与燃料喷嘴132喷出的燃料混合，导致燃烧效率的增加，并使得通过点燃而产生的火焰以拉长旋流状态在燃烧室120的中心燃烧。
结果，本发明燃烧器的燃烧效率得到提高，并且火焰集中在燃烧室120的中心，充分地阻止了由火焰燃烧产生的高温热流传递到燃烧室120的外部。
图4是表示本发明气化燃烧器另一个实施例的示意性纵向剖视图。图5是表示如图4所示的辅助燃烧空气输送管的第二旋流空气喷出部分的透视图。
参看图4和5，在根据本发明气化燃烧器的另一个实施例中，燃烧空气输送管140被辅助燃烧空气输送管40从外部环绕。
因此，除了从燃烧空气输送管140输送的辅助燃烧空气，辅助燃烧空气输送管40有利地用于在高温下输送燃烧过程所需的足够数量的辅助燃烧空气，以保证更有效地燃烧。
在辅助燃烧空气输送管40的远端内表面上形成有第二旋流空气喷出部分45，第二旋流空气喷出部分45具有多个旋流叶片42，旋流叶片42倾斜地排列在与空气喷嘴22的相同方向上。在与形成在燃烧空气输送管140上的旋流空气喷出部分30相同的方式下，第二旋流空气喷出部分45用于输送旋流空气，以使旋流空气环绕火焰，从而使火焰在燃烧室120的中心更有效地集中并燃烧，而没有发散。
同时，辅助燃烧空气输送管40通过空气通过管48与空气室单元10的空气输送通道14相通。因此，不是将额外的燃烧空气输送到辅助燃烧空气输送管40，而是仅使用一个空气输送通道14，首先将预热空气输送到旋流空气输送器单元20和辅助燃烧空气输送管40。这具有简化气化燃烧器总体结构的作用，并增大燃烧空气的输送效率及其实用性。
图6a是表示本发明气化燃烧器的另一个实施例的示意性平面图。图6b是如图6a中所示的气化燃烧器的示意性纵向剖视图。
如图6a和6b所示，具有燃烧空气输送管140的外壳110，进一步还具有透明管50，其位于燃烧空气输送管140的附近。透明管50具有公知的透明元件52，例如退火的玻璃等等。
透明管50使操作者可以直接用肉眼观看气化燃烧器的燃烧室120内的燃烧过程，使其精确地控制燃烧。
图7a是本发明气化燃烧器另一个实施例的示意性平面图。图7b是如图7a所示的气化燃烧器的示意性纵向剖视图。
如图7a和7b所示，具有燃烧空气输送管140的外壳110，还具有投影单元60，其位于燃烧空气输送管140的附近。投影单元60包括透明元件62，如退火玻璃等等，以及位于透明元件62外侧的摄像机64，从而利用公知的显示装置，如计算机、监视器或类似的装置，可以确认燃烧室120的内部状况。
投影单元60使操作者甚至从遥远的位置也可以方便地和简单地观察气化燃烧器100的燃烧室120的内部状况。
从上面描述可以清楚地看出，本发明提供如下的多种有利效果。
首先，本发明提供一种使用高压旋流空气的气化燃烧器，其中使用形成在燃烧器外壳的外围的旋流空气输送器单元和空气输送室单元，可以明显降低燃烧室的内部温度，并且通过完全阻止燃烧室内部的火焰到达燃烧室的内表面，可以将从燃烧室到外壳的热传导减小到最低程度，从而减小气化燃烧器散发到外部的热量，并保证其安全运行以及延长其寿命。
第二，根据本发明，燃烧空气可以通过旋流空气输送器单元有效地输送，增大了燃烧效率，同时将火焰的分散减小到最低程度。
第三，辅助燃烧空气输送管的设计用于输送在高温燃烧条件下所需的较多的燃烧空气，使用辅助燃烧空气输送管能够使燃烧空气更加有效地输送，并最大可能程度地减小火焰的分散。
第四，由于通过单一的空气输送通道可以将燃烧空气输送到旋流空气输送器单元和辅助燃烧空气输送管，因此可以简化气化燃烧器的整体结构，并保证燃烧空气的有效输送，以使其实用性得到改进。
第五，本发明的气化燃烧器的设计，使操作者能够容易地观察燃烧室的内部，从而确认燃烧室内部的燃烧过程是否成功进行。
最后，根据本发明，甚至可以从遥远位置使用显示装置或类似的装置观察燃烧室的内部，从而可以方便地和简单地确认与燃烧过程有关的问题。
虽然为了说明的目的披露了本发明的优选实施例，但本领域的一般技术人员应该意识到，在不偏离权利要求限定的本发明的范围和精神的条件下，可以做出不同的修改、增添和替代。

Claims (8)

1.一种气化燃烧器，其包括具有燃料喷嘴的燃料输送管、燃烧空气输送管、点火塞以及温度传感器，这些都位于形成在燃烧器外壳内的燃烧室的一侧，所述气化燃烧器还包括：
空气室单元，所述空气室单元形成在外壳的一个末端区的外周边的内部，其中所述燃料输送管和所述燃烧空气输送管也安装在此区域，所述空气室单元具有分隔，为所述空气室单元提供双壁结构，形成空气输送通道；以及
旋流空气输送器单元，所述旋流空气输送器单元具有多个空气喷嘴，所述空气喷嘴在燃烧室内燃料喷嘴的周围沿旋流空气输送器单元的内部周边排列，所述空气喷嘴倾斜地布置在一个方向上，以与所述空气输送通道相通。
2.如权利要求1所述的燃烧器，其中所述燃烧室的内表面由耐火材料制成。
3.如权利要求1所述的燃烧器，其中所述燃烧空气输送管包括形成在其远端内表面上的旋流空气喷出部分，所述旋流空气喷出部分具有多个旋流叶片，其倾斜地排列在与所述空气喷嘴相同的方向上。
4.如权利要求1所述的燃烧器，还包括：
位于所述燃烧空气输送管周围的辅助燃烧空气输送管。
5.如权利要求4所述的燃烧器，其中所述辅助燃烧空气输送管包括形成在其远端内表面上的第二旋流空气喷出部分，所述旋流空气喷出部分具有多个旋流叶片，其倾斜地排列在与所述空气喷嘴相同的方向上。
6.如权利要求4或5所述的燃烧器，还包括：
空气通过管，其用于连通所述空气室单元的空气输送通道与所述辅助燃烧空气输送管。
7.如权利要求1所述的燃烧器，还包括：
透明管，所述透明管装在所述燃烧空气输送管附近的外壳中，并具有透明元件。
8.如权利要求1或7所述的燃烧器，还包括：
投影单元，所述投影单元装在所述燃烧空气输送管附近的外壳中，并具有透明元件；以及位于所述透明元件外侧的摄像机。
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