TW201447185A - 氧－固體燃料燃燒器 - Google Patents

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Abstract

一種固體燃料/氧燃燒器，其包括朝該燃燒器的尖端伸出的中心氧導管、環繞著該氧導管的外部燃料導管、被佈置於該氧導管與該外部燃料導管之間以與該氧導管一起形成內環帶並且與該外部燃料導管一起形成外環帶的內部燃料導管，該內部燃料導管具有在該尖端上游的出口端；在該內部燃料導管下游在該外部燃料導管內環繞著該氧導管的截頭圓錐分隔件，該截頭圓錐分隔件係用於將該外部燃料導管中的燃料流分配至內環帶圓錐擴散器和外環帶漸縮噴嘴中；及於該擴散器內的至少三輻狀導向葉片，其中該內部燃料導管的出口端與該分隔件的入口端間隔一距離，X。

Description

氧-固體燃料燃燒器
本案請求2013年，4月12日申請的美國臨時申請案第61/811,175號的優先權，在此以引用的方式將其全文併入本文。
本案關於利用氧燃燒固體燃料的燃燒器。
部分由於其不定的揮發物質含量，使固體燃料可能成為在流動流中極難以點燃的燃料。因而，該固體燃料經常遭遇明顯的點火延遲，導致火焰前部實質上與該燃料噴嘴分離。這是固有的不安定情況，其會導致大量未燃燒的碳、不穩定的製程加熱條件(熱轉移、熔融等等)及，有可能地，吹滅火焰，其可能會導致燃燒非常快速且不安全的衰退。
吾人所欲為擁有能形成連接於該燃燒器尖端的固體燃料火焰前部的燃燒器。這是將熱轉移、碳燃耗(carbon burnout)及火焰穩定性極大化的本質上理想的條件。
在此所述的是一種中心氧導管被外部燃料(粉碎 固體燃料/輸運氣體)導管環繞著的燃燒器。該外部燃料導管可，接著，被外部氧導管環繞著。該外部燃料導管包括一上游段，該上游段中的內部環形流道終止於該燃燒器的尖端之前並且突然流入該外部燃料導管與該中心氧導管之間的較大中間環形段。該中間段之後緊接著包括在截頭圓錐分隔件(擴散器/噴嘴組合)任一側的內部環形擴散器和外部環形噴嘴之下游環形段。該擴散器/噴嘴組合的吸入處與該內部環形流道的流出處分開一距離，X，該距離影響進入該擴散器/噴嘴組合的流量分佈。該距離X必定大於0。該擴散器有多數輻狀導向葉片分佈於其周邊各處以達到控制該擴散器內的流動分離之目的。
該擴散器的漸擴依照受控的方式降低該固體燃料流第一部分的速度而無可估測的流量分離。該固體燃料流的第二部分於漸縮環形噴嘴中提高至較高速度。毗鄰彼此的較高速度流和低速度流的組合創造大流量的再循環模式(large flow recirculation pattern)，其實質上有助於維持該燃料噴嘴尖端處的穩定燃燒。
該擴散器也可包括佈置於該輻狀導向葉片正上游的扁平體(靜態混合裝置)。
中心氧可能流過該中心氧導管，而外部氧可能流過該外部氧導管。該已經流過外部燃料導管的固體燃料/輸運氣流從具有一速度分佈的擴散器/噴嘴組合流出，該速度分佈的特徵為低內部速度(於該擴散器中產生)及高外部速度(於該環形漸縮噴嘴中產生)。該氧、燃料及輸運氣體的組合產生名 義上圓形截面的穩定固體燃料火焰。
在此揭示的系統之各種不同態樣能單獨或彼此合併使用。
態樣1：一種固體燃料/氧燃燒器，其包含：朝該燃燒器的尖端伸出之中心氧導管；環繞著該氧導管並且朝該燃燒器的尖端伸出之外部燃料導管；被佈置於該氧導管與該外部燃料導管之間以形成於該氧導管與該內部燃料導管之間的內環帶及於該內部燃料導管與該外部燃料導管之間的外環帶之內部燃料導管，該內部燃料導管具有在該燃燒器尖端上游的出口端；在該內部燃料導管下游，被佈置於該外部燃料導管內且環繞著該氧導管之截頭圓錐分隔件，該分隔件係建構成將該外部燃料導管中的燃料流分配至內環帶圓錐擴散器和外環帶漸縮噴嘴中；及被佈置於該擴散器內之至少三輻狀導向葉片；其中該內部燃料導管的出口端與該分隔件的入口端間隔一距離，X。
態樣2：如態樣1之燃燒器，其中該內環帶的出口端具有一高度，h1；其中該環形圓錐擴散器的入口端具有一高度，h2；及其中h1大於h2。
態樣3：如態樣1或2之燃燒器，其另外包含：被佈置於該擴散器內的扁平體(bluff body)，該扁平體具有一前緣及一毗鄰該輻狀導向葉片上游端的尾端。
態樣4：如態樣3之燃燒器，其中該扁平體具有一高度，h3，從該氧導管測量時與流動方向垂直；其中該內環帶圓錐擴散器的高度於與該扁平體前緣重合的垂直平面處 具有一高度，h4；而且其中該h3/h4的比率係約0.2至約0.5。
態樣5：如態樣4之燃燒器，其中該輻狀導向葉片具有一從該扁平體至該擴散器尾端的軸長，Lout；而且其中該比率Lout/h3係約3至約25。
態樣6：如態樣5之燃燒器，其中該Lout/h3的比率係約5至約15。
態樣7：如態樣3至6中任一者之燃燒器，其中該扁平體係佈置成使該扁平體的前端離該擴散器的入口端一距離，Lin；其中該擴散器具有一入口流通面積，A2，及一在該扁平體正上游的流通面積，A3；而且其中該比率A3/A2與該扁平體的標準化位置，Lin/h2，之間的關係係調設成實質上防止該擴散器中的流動分離。
態樣8：如態樣1至7中任一者之燃燒器，其中該分隔件包括與該外部燃料導管實質上平行取向的前緣。
態樣9：如態樣1至8中任一者之燃燒器，其另外包含：環繞著該外部燃料導管並且朝該燃燒器的尖端伸出的外部氧導管。
態樣10：如態樣9之燃燒器，其另外包含：與該外部氧導管隔開而且朝該燃燒器的尖端伸出的二級氧導管。
態樣11：如態樣1至8中任一者之燃燒器，其另外包含：構成三級氧導管的外環帶。
態樣12：如態樣11之燃燒器，其另外包含：與該外部燃料導管隔開而且朝該燃燒器的尖端伸出的二級氧導管。
態樣13：一種利用氧燃燒粉碎固體燃料之方法，該方法包含：使中心氧流流過朝燃燒器尖端伸出的中心導管，該中心氧導管被朝該燃燒器尖端伸出的外部燃料導管環繞；使於輸運氣體中的粉碎燃料之燃料流流過被佈置於該氧導管與該外部燃料導管之間的內部燃料導管構成之內環帶；造成該燃料流排出於被佈置於該燃燒器尖端上游的內部燃料導管出口端處之內環帶；將該燃料流分成二流，包括由截頭圓錐分隔件生成的內環帶圓錐擴散器流，該截頭圓錐分隔件具有被佈置於該內部燃料導管出口端的下游某距離，X，之入口端，及於該分隔件與該外部燃料導管之間生成的外環帶漸縮噴嘴流，其中該內部擴散器流減速而且該外部噴嘴流加速；及使該內部擴散器流流過被佈置於該分隔件內的至少三輻狀導向葉片。
態樣14：如態樣13之方法，其中該內環帶的出口端具有一高度，h1；其中該環形圓錐擴散器的入口端具有一高度，h2；及其中h1大於h2。
態樣15：如態樣13或14之方法，其另外包含：使該內部擴散器流流過一扁平體，該扁平體係佈置成使該扁平體的尾端毗鄰該輻狀導向葉片的上游端。
態樣16：如態樣15之方法，其中該扁平體具有一高度，h3，從該氧導管測量時與流動方向垂直。
態樣17：如態樣16之方法，其中該輻狀導向葉片具有一從該扁平體至該擴散器尾端的軸長，Lout；而且其中該比率Lout/h3係約3至約25。
態樣18：如態樣17之方法，其中該Lout/h3的比率係約5至約15。
態樣19：如態樣14至17中任一者之方法，其中該扁平體係佈置成使該扁平體的前端離該擴散器的入口端一距離，Lin；其中該擴散器具有一入口流通面積，A2，及一在該扁平體正上游的流通面積，A3；而且其中該比率A3/A2與該扁平體的標準化位置，Lin/h2，之間的關係係調設成實質上防止該擴散器中的流動分離。
態樣20：如態樣13至19中任一者之方法，其中該分隔件包括與該外部燃料導管實質上平行取向的前緣。
態樣21：如態樣13至20中任一者之方法，其另外包含：使外部氧流流過被環繞著該外部燃料導管並且朝該燃燒器的尖端伸出的外部氧導管限界之環形氧通道。
態樣22：如態樣21之方法，其另外包含：使二級氧流流過與該外部氧導管隔開而且朝該燃燒器的尖端伸出的二級氧導管。
態樣23：如態樣13至20中任一者之方法，其另外包含：使三級氧流流過介於該內部燃料導管與該外部燃料導管之間的外環帶。
態樣24：如態樣23之方法，其另外包含：使二級氧流流過與該外部燃料導管隔開而且朝該燃燒器的尖端伸出的二級氧導管。
態樣25：如態樣13至24中任一者之方法，其另外包含：使該中心氧流於小於約20至約30ft/sec的速度下流 動。
態樣26：如態樣13至24中任一者之方法，其另外包含：使該中心氧流於大於約20至約30ft/sec的速度下流動。
態樣27：一種種再生爐，其包含：爐磚(burner block)，其具有被安裝於該爐的側壁之至少一點火埠；及被佈置於該至少一點火埠附近的一或更多固體燃料/氧燃燒器，該燃燒器包含：朝該燃燒器的尖端伸出的中心氧導管；環繞著該氧導管並且朝該燃燒器尖端伸出的外部燃料導管；被佈置於該氧導管與該外部燃料導管之間以形成於該氧導管與該內部燃料導管之間的內環帶及於該內部燃料導管與該外部燃料導管之間的外環帶之內部燃料導管，該內部燃料導管具有在該燃燒器尖端上游的出口端；在該內部燃料導管下游，被佈置於該外部燃料導管內且環繞著該氧導管的截頭圓錐分隔件，該分隔件係建構成將該外部燃料導管中的燃料流分配至內環帶圓錐擴散器和外環帶漸縮噴嘴中；及被佈置於該擴散器內的至少三輻狀導向葉片；其中該內部燃料導管的出口端與該分隔件的入口端間隔一距離，X；其中在下埠結構設置中，該一或更多燃燒器係佈置在下埠結構設置的至少一點火埠下方；及其中在側埠結構設置中，該一或更多燃燒器係沿著該至少一點火埠側面佈置。
態樣28：如態樣27之爐，其中該一或更多燃燒器係佈置於毗鄰該埠的邊緣及該埠外側。
態樣29：如態樣27之爐，其中該一或更多燃燒 器係佈置於毗鄰該埠的邊緣及該埠內部。
態樣30：一種利用氧於再生爐中燃燒粉碎固體燃料之方法，該方法包含：使熱燃燒空氣流過再生器點火埠；提供被佈置於毗鄰該點火埠邊緣的固體燃料/氧燃燒器；使中心氧流流過朝燃燒器尖端伸出的中心導管，該中心氧導管被朝該燃燒器尖端伸出的外部燃料導管環繞著；使於輸運氣體中的粉碎燃料之燃料流流過被佈置於該氧導管與該外部燃料導管之間的內部燃料導管構成的內環帶；造成該燃料流排出被佈置於該燃燒器尖端上游的內部燃料導管出口端處之內環帶；將該燃料流分成二流，包括由截頭圓錐分隔件生成的內環帶圓錐擴散器流，該截頭圓錐分隔件具有被佈置於該內部燃料導管出口端的下游某距離，X，之入口端，及於該分隔件與該外部燃料導管之間生成的外環帶漸縮噴嘴流，其中該內部擴散器流減速而且該外部噴嘴流加速；及使該內部擴散器流流過被佈置於該分隔件內的至少三輻狀導向葉片。
態樣31：如態樣30之方法，其另外包含使三級氧流流過該外部燃料導管。
態樣32：如態樣30之方法，其另外包含使外部氧流流過外部氧環帶。
態樣33：如態樣30至32中任一者之方法，其中當其排出該毗鄰的再生器點火埠時使從該燃燒器流出的燃料和氧流與空氣混合。
態樣34：如態樣33之方法，其中該燃燒器係以少於化學計量的氧操作，而且化學計量比為約0.05至約0.5。
A2‧‧‧擴散器入口流通面積
A3‧‧‧扁平體正上游的流通面積
h1‧‧‧內環帶出口端高度
h2‧‧‧環形圓錐擴散器入口端高度
h3‧‧‧扁平體高度
h4‧‧‧與該扁平體前緣重合的垂直平面高度
Lin‧‧‧扁平體前端離該擴散器入口端的距離
Lout‧‧‧扁平體至該擴散器尾端的軸長
10‧‧‧再生爐
12‧‧‧再生器磚格
16‧‧‧燃燒艙
20‧‧‧點火埠
22‧‧‧燃燒器
圖1係一示範固體燃料/氧燃燒器的側截面示意圖，其中中心氧導管被外部燃料導管環繞著，環繞著該中心氧導管的內部燃料導管流入在該燃燒器尖端上游的外部燃料導管，而且排出該內部燃料導管的燃料藉由被佈置於該外部燃料導管內而且具有與該內部燃料導管出口端隔開的入口端之分隔件分配至內部環形擴散器及外環帶漸縮噴嘴中。輻狀導向葉片係佈置於該擴散器內而且在該擴散器入口下游之處。
圖2係當該中心氧流速度小於該燃料流排出該擴散器的速度時圖1的燃燒器之流動型式的示意圖。
圖3係當該中心氧流速度大於該燃料流排出該擴散器的速度時圖1的燃燒器之流動型式的示意圖。
圖4係如圖1的燃燒器具體實施例的側截面示意圖，其中該分隔件包括平直平行前緣。
圖5係如圖4的燃燒器具體實施例的側截面示意圖，其中該燃燒器另外包括被佈置於該導向葉片上游端的擴散器內之扁平體。
圖6係圖5的擴散器之流動型式的示意圖。
圖7係表示能防止從該擴散器壁流動分離之圖5的擴散器之幾何關係的示意和圖解圖。
圖8係用於如圖5的燃燒器之扁平體的替用形狀和形式之一系列示意圖。
圖9係如圖4的燃燒器具體實施例之側截面示意圖，其 另外包括外部環形氧導管。
圖10係如圖4的燃燒器具體實施例之側截面示意圖，其中三級氧係於該外部燃料導管與該內部燃料導管之間的外環帶中流動。
圖11係如圖9的燃燒器具體實施例之側截面示意圖，其另外包括與該外部環形氧導管隔開的二級氧導管。
圖12係如圖10的燃燒器具體實施例之側截面示意圖，其另外包括與該外部燃料導管隔開的二級氧導管。
圖13係代表性玻璃熔爐點火埠的示意端視圖，其中在下埠結構設置(under-port arrangement)中，有多數燃燒器，舉例來說本文所述的任何具體實施例，係佈置在該再生器點火埠下方。該端視圖係從朝該爐側壁望去的爐腔取得。
圖14係代表性玻璃熔爐點火埠的示意端視圖，其中在側埠結構設置(side-port arrangement)中，有多數燃燒器，舉例來說本文所述的任何具體實施例，係沿著該再生器點火埠之一或二側面佈置。該端視圖係從朝該爐側壁望去的爐腔取得。
圖15係如圖9的燃燒器具體實施例之側截面示意圖，其另外包括環繞著該外部氧導管的燃燒空氣導管。
圖16係如圖10的燃燒器具體實施例之側截面示意圖，其另外包括環繞著該外部燃料導管的燃燒空氣導管。
圖17係再生爐的平面示意圖，該再生爐中可安裝一或更多如本文所述的燃燒器。
為了達成本文所述的目的，提供以下的定義。輸運氣體係用以運送或輸運固體燃料粒子的氣態流體，並且可包含空氣、富氧空氣、氮、二氧化碳、再循環煙道氣及其組合。氧係於高於或等於28莫耳% O2的濃度之含氧分子的氣體，較佳為高於或等於60莫耳% O2，而且更佳為高於或等於85莫耳% O2。固體燃料係呈固態的烴燃料而且可包含石油焦；煤的所有變體包括無煙煤、煙煤、亞煙煤及褐炭；泥煤、木料、草及其他所謂的生質材料；都市固體廢棄物；及其組合。
在此描述的是氧/粉碎固體燃料燃燒器的數個具體實施例和變化例。圖1中舉例說明燃燒器之一具體實施例。中心氧導管被外部燃料導管環繞著，該氧導管和該外部燃料導管二者均朝該燃燒器的尖端伸出。直徑比該外部燃料導管小的內部燃料導管係佈置於該氧導管與該外部燃料導管之間，並且末端在該燃燒器尖端的上游處。截頭圓錐形流量分隔件係佈置於該外部燃料導管內並且環繞著座落於該內部燃料導管下游處的氧導管。該分隔件可延伸至該燃燒器的尖端或末端可能在該燃燒器尖端的上游。在一些具體實施例中，該氧導管及該外部燃料導管之一或二者伸至該燃燒器的尖端。
粉碎固體燃料在輸運氣體上往下游流過該內部燃料導管，同時中心氧流過該中心氧導管。該內部燃料導管的出口邊緣(尾緣)具有離該氧導管高度，h1，的環形開口。該 內部燃料導管的出口依照軸方向與該分隔件分離一長度，X。該分隔件的入口(上游)邊緣具有高度，h2，的環形開口，其中h2小於h1。該分隔件引起二共環形流動截面：位於該氧導管該分隔件之間的環形擴散器，其流動截面積依照流動方向增大；及位於該分隔件與該外部燃料導管之間的環形漸縮噴嘴，其截面積依照流動方向減小。
在一具體實施例中，該環形擴散器含有圍著該擴散器通道圓周隔開的至少三輻狀導向葉片。該導向葉片提供由各導向葉片與該中心氧導管表面相交處形成的角落所發出的流之受控的分離。於該內部角落處之受控的分離接著促成該流依附於該擴散器的外表面，由此改善關於環形擴散器而非該輻狀導向葉片的擴散器穩定性。該輻狀導向葉片不需延長該擴散器的整個軸長。舉例來說，如圖1舉例說明的，該輻狀導向葉片始於該擴散器的入口端。
該燃料和輸運氣流排出該內部燃料導管而且當其依軸向向下游朝該分隔件流動時徑向展開。根據該燃料和輸運氣流的速度、該距離，X，的等級及該環形開口h1和h2的相對等級，使某一部分的燃料流進入該擴散器同時使剩下部分進入該漸縮噴嘴。流過該擴散器的部分歷經軸速度降低，而流過該噴嘴的部分歷經軸速度提高。於該擴散器出口的低速部分基本上朝著達到穩定連接火焰區的目標，而該噴嘴出口處的高速部分有助於該低和高速區之間創造大規模、環形、沿流向的漩渦，改善其間的混合，同時也引發從四周燃燒的熱產物再循環，藉以助於燃料點燃。
二不同流動狀態(flow regime)可能與圖1的燃燒器構型有關。首先，若該中心氧流於較低速度下流動，例如，低於約20至30ft/sec，則在從該中心氧導管排出時，在該燃燒器正下游的流動型式係圖2中定性舉例說明者。也就是說，由於該燃燒器弱的中心動量和強的外部動量使尾流區(wake region)沿著該燃燒器軸生成。其次，若該中心氧流的速度較高，例如，高於約20至30ft/sec，則該中心氧噴流的動量將大大地防止軸尾流區生成，而且取而代之地引起燃料朝軸的方向流動，而且圖3中定性地舉例說明在該燃燒器正下游的總體流動型式。
圖4所示的相關具體實施例包括該分隔件的前緣，其主要是平直的而且與該燃燒器軸實質上平行。該平直且平行前緣的目的在於藉由縮減該靠近的流體和該漸擴式擴散器壁之間的迎角將該擴散器入口處的流體擾動最小化。
該燃燒器的另一具體實施例包括被佈置於毗鄰該擴散器內的輻狀導向葉片前緣之扁平體，舉例來說如圖5描畫的。該扁平體的功能在於使進入該擴散器的流體“傾斜(trip)”，促成該流體更可靠的在下游連接於該外部擴散器壁(亦即，該分隔件)，同時創造能發揮使排出該擴散器的流場(flow field)中的高速峰降低之作用的強烈混合。該扁平體具有一與流動方向垂直的高度，h3，而且該輻狀導向葉片具有一從該扁平體的尾緣至該擴散器出口的長度，Lout。
圖6中顯示該扁平體對該擴散器流的效應之定性例示。注意局部逆流帶形成於毗鄰該中心氧導管的扁平體下 游。為了限制該逆流引起該擴散器通道內的沉積固體微粒範圍，又再提供足敷調節流動動量的混合長度，該擴散器段從該扁平體的尾緣至該擴散器出口的無因次長度(亦即，藉由該扁平體長度標準化)，Lout/h3，應該為約3至約25，而且較佳為約5至約15。
放置該扁平體時的另一因子係該扁平體正上游的擴散器截面積對該擴散器入口截面積的比率(如圖7中表示的A3/A2)，與從該擴散器入口至該扁平體前緣的無因次入口長度(亦即，藉由該擴散器的開口高度標準化)之間的關係。
已知，對一固定角環形擴散器而言，增加該擴散器長度最後將會導致流動分離(也稱為氣流分離(stall))，其會產生流動不穩定性並且扭曲該擴散器內的速度分佈形。於該輻狀導向葉片入口的流動不穩定及扭曲速度分佈形可能造成在該扁平體下游的擴散器段之不會標準的效能。因而，為了該燃燒器的最佳運轉，上游氣流分離能藉由使該無因次長度，Lin/h2，維持成為圖7所示的曲線下方區域內的面積比，A3/A2，之函數而避免。
預期類似有效的扁平體可帶有圖5的代表圓盤以外的其他形式及形狀。這些可供選擇的形狀包括，但不限於，圖8所描繪的曲線形和三角形。不管該扁平體的形狀，其高度，h3，應該大於其沿流向的厚度，W，名義上的一半。
在本燃燒器的另一具體實施例中，佈置一外部氧環帶以將外部氧流引到排出該燃燒器的燃料流外部周邊各處，如圖9中舉例說明的。該外部氧和燃料流的混合促成該 燃料流的快速點燃並且增加火焰輻射熱轉移。從操作透視圖來看，無論有無中心氧該外部氧均能利用。在後面的情況中，該中心氧通道的末端可以被堵塞以防止部分燒過的燃料及部分燃燒的熱產物進入。
本燃燒器又另一具體實施例剔除該外部氧環帶，但是卻將三級氧引進介於該外部燃料導管與該內部燃料導管之間的環帶，如圖10舉例說明的。該三級氧對於點燃和熱轉移具有與該外部氧類似的有益效應，但是卻能在較小直徑裝置內完成此事。
本燃燒器的又另一具體實施例加入“分段”氧流，該分段氧流被引到圖11和12所描繪的燃燒器本體附近及下方。圖11相當於具有外部氧的燃燒器具體實施例(圖9)，而圖12相當於具有三級氧的燃燒器具體實施例(圖10)。所謂分段氧的主要優點是其提供控制火焰長度及燃燒器NOx排放量的手段。特別是，藉由將低於化學計量的氧引至該燃燒器的主體而且將剩餘部分引至該分段氧埠，便能獲得火焰長度的增長及NOx的減量。該分段氧的量之實際上限，按照該化學計量值的百分比，係於燃燒衰退發生(例如，火焰變得不穩定，CO排放量和沒燃燒的碳增加)，或火焰相對於加工爐尺寸變得太長時達到。此限制必須根據一件一件個別處理的基礎求得。
在另一構型中，該燃燒器會被燃燒空氣環繞。依此方式，該燃燒器能提供增強的空氣-燃料燃燒。舉例來說，圖15和16舉例說明圖9和10附加外環帶空氣的燃燒器具體 實施例。空氣也可於任意截面的管道中引到該燃燒器周圍。
本文所述的燃燒器能用於系統中當成用於加熱及/或熔融操作的裝置。特別是，該燃燒器能用於再生式玻璃熔爐，舉例來說如圖17所示。在已知的再生爐中將具有一或更多點火埠的爐磚佈置於該爐燃燒艙的相對側或端。該點火埠通常各自含有一或更多燃燒器以便將燃料輸入該燃燒艙中。該點火埠也在該燃燒器周圍提供燃燒空氣供應源。在爐運轉的期間，在該燃燒艙相對側的燃燒器係依環循方式輪流運轉。當在該燃燒艙一側的燃燒器點火時，熱燃燒產物將排出該燃燒艙的相對側。在該爐任一側的再生器或耐火磚格(refractory checker)提供將熱從排出該燃燒艙的熱燃燒氣體轉移至被輸送至該爐的冷燃燒空氣之熱轉移介質。該燃燒空氣和廢氣流通常每20分鐘反轉以便使各側磚格能輪流被加熱並且用於預熱燃燒空氣。圖17顯示於相對側上具有再生器磚格12的再生爐10。在該燃燒器22點火的期間，燃燒空氣從該再生器磚格12通過該點火埠20，輸入該爐10的燃燒艙16中。
目前揭示的燃燒器能依照許多方式建構以便於再生式玻璃熔爐中運轉。特別有用之一構型係匯接熱燃燒空氣。圖13和14，舉例來說，舉例說明示範具體實施例，其中一或更多燃燒器係安裝於再生式玻璃熔爐的熱燃燒空氣埠(亦即，點火埠)附近，其中附近意指該燃燒器可能毗鄰且在該埠邊緣外側，或毗鄰末端且於該埠內。在這些具體實施例中，當固體燃料從該點火埠排出時將其注入該熱空氣流。圖13舉例說明一示範埠下點火結構設置(under-port firing arrangement)，而圖14舉例說明一示範埠側面點火結構設置。在這些具體實施例中，該燃燒器能以低於化學計量的氧操作當成以來自該再生器埠的熱燃燒空氣增強該固體燃料燃燒的手段。舉例來說，該燃燒器能以介於約0.05與約0.5之間的化學計量比操作。
本發明的範疇不限於實施例中揭示的特定態樣或具體實施例，該實施例意欲當成本發明一些態樣的例示而且功能上相當的任何具體實施例均在本發明的範疇以內。除了本文所示和所述者以外本發明的各種不同修飾對熟悉此技藝者均將變得顯而易見而且意味著落在後附申請專利範圍的範疇以內。

Claims (15)

  1. 一種固體燃料/氧燃燒器，其包含：一中心氧導管，其朝該燃燒器的尖端伸出；一外部燃料導管，其環繞著該氧導管並且朝該燃燒器的尖端伸出；一內部燃料導管，其係佈置於該氧導管與該外部燃料導管之間以形成於該氧導管與該內部燃料導管之間的內環帶及於該內部燃料導管與該外部燃料導管之間的外環帶，該內部燃料導管具有在該燃燒器尖端上游的出口端；一截頭圓錐分隔件，其係在該內部燃料導管下游，被佈置於該外部燃料導管內且環繞著該氧導管，該分隔件係建構成將該外部燃料導管中的燃料流分配至內環帶圓錐擴散器和外環帶漸縮噴嘴中；及至少三輻狀導向葉片，其係佈置於該擴散器內；其中該內部燃料導管的出口端與該分隔件的入口端間隔一距離，X。
  2. 如申請專利範圍第1項之燃燒器，其中該內環帶的出口端具有一高度，h1；其中該環形圓錐擴散器的入口端具有一高度，h2；及其中h1大於h2。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之燃燒器，其另外包含：被佈置於該擴散器內的扁平體(bluff body)，該扁平體具有 一前緣及一毗鄰該輻狀導向葉片上游端的尾端。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之燃燒器，其中該分隔件包括與該外部燃料導管實質上平行取向的前緣。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之燃燒器，其另外包含：環繞著該外部燃料導管並且朝該燃燒器的尖端伸出的外部氧導管。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之燃燒器，其另外包含：構成三級氧導管的外環帶。
  7. 如申請專利範圍第5或6項之燃燒器，其另外包含：與該外部燃料導管隔開並且朝該燃燒器的尖端伸出的二級氧導管。
  8. 一種利用氧燃燒粉碎固體燃料之方法，該方法包含：使中心氧流流過朝燃燒器尖端伸出的中心導管，該中心氧導管被朝該燃燒器尖端伸出的外部燃料導管環繞；使於輸運氣體中的粉碎燃料之燃料流流過被佈置於該氧導管與該外部燃料導管之間的內部燃料導管構成之內環帶； 造成該燃料流排出於被佈置於該燃燒器尖端上游的內部燃料導管出口端處之內環帶；將該燃料流分成二流，包括由截頭圓錐分隔件生成的內環帶圓錐擴散器流，該截頭圓錐分隔件具有被佈置於該內部燃料導管出口端的下游某距離，X，之入口端，及於該分隔件與該外部燃料導管之間生成的外環帶漸縮噴嘴流，其中該內部擴散器流減速而且該外部噴嘴流加速；及使該內部擴散器流流過被佈置於該分隔件內的至少三輻狀導向葉片。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該內環帶的出口端具有一高度，h1；其中該環形圓錐擴散器的入口端具有一高度，h2；及其中h1大於h2。
  10. 如申請專利範圍第8或9項之方法，其另外包含：使該內部擴散器流流過一扁平體，該扁平體係佈置成使該扁平體的尾端毗鄰該輻狀導向葉片的上游端。
  11. 如申請專利範圍第8至10項中任一項之方法，其中該分隔件包括與該外部燃料導管實質上平行取向的前緣。
  12. 如申請專利範圍第8至11項中任一項之方法，其另外包含： 使外部氧流流過被環繞著該外部燃料導管並且朝該燃燒器的尖端伸出的外部氧導管限界之環形氧通道。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其另外包含：使二級氧流流過與該外部氧導管隔開而且伸至該燃燒器尖端的二級氧導管。
  14. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該燃燒器係以少於化學計量的氧操作，而且化學計量比為約0.05至約0.5。
  15. 一種種再生爐，其包含：一爐磚，其具有被安裝於該爐的側壁之至少一點火埠；及一或更多固體燃料/氧燃燒器，其係佈置於該至少一點火埠附近，該燃燒器包含：朝該燃燒器的尖端伸出的中心氧導管；環繞著該氧導管並且朝該燃燒器尖端伸出的外部燃料導管；被佈置於該氧導管與該外部燃料導管之間以形成於該氧導管與該內部燃料導管之間的內環帶及於該內部燃料導管與該外部燃料導管之間的外環帶之內部燃料導管，該內部燃料導管具有在該燃燒器尖端上游的出口端；在該內部燃料導管下游，被佈置於該外部燃料導管內且環繞著該氧導管的截頭圓錐分隔件，該分隔件係建構成將該外部燃料導管中的燃料流分配至內環帶圓錐擴散器和外 環帶漸縮噴嘴中；及被佈置於該擴散器內的至少三輻狀導向葉片；其中該內部燃料導管的出口端與該分隔件的入口端間隔一距離，X；其中在下埠結構設置中，該一或更多燃燒器係佈置在下埠結構設置的至少一點火埠下方；及其中在側埠結構設置中，該一或更多燃燒器係沿著該至少一點火埠側面佈置。
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