TW201527696A - 固體燃料燃燒器 - Google Patents

固體燃料燃燒器 Download PDF

Info

Publication number
TW201527696A
TW201527696A TW103112901A TW103112901A TW201527696A TW 201527696 A TW201527696 A TW 201527696A TW 103112901 A TW103112901 A TW 103112901A TW 103112901 A TW103112901 A TW 103112901A TW 201527696 A TW201527696 A TW 201527696A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
fuel
solid fuel
conduit
section
sectional area
Prior art date
Application number
TW103112901A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI516722B (zh
Inventor
Agostini Mark Daniel D
Original Assignee
Air Prod & Chem
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Prod & Chem filed Critical Air Prod & Chem
Publication of TW201527696A publication Critical patent/TW201527696A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI516722B publication Critical patent/TWI516722B/zh

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M9/00—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields
    • F23M9/02—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields in air inlets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2201/00—Burners adapted for particulate solid or pulverulent fuels
    • F23D2201/20—Fuel flow guiding devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping

Abstract

本發明關於一種固體燃料/氧燃燒器，其包括上游段、中間段和下游段；延伸通過該中間和下游段以供運送固體燃料於輸運氣體中的混合物之固體燃料導管，該固體燃料導管具有於該下游段比於該中間段更大的截面積；及被佈置於該下游段中的固體燃料導管內的管式燃料分離器，該燃料分離器被入口面和出口面限界，該燃料分離器將該燃料導管分成具有某個截面積的內部噴嘴和具有某個截面積的外部環帶，其中於該出口面測得的外部噴嘴截面積對內部噴嘴截面積比大於1。

Description

固體燃料燃燒器
本案請求2014年，1月7日申請的美國臨時申請案第61/924,272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。
氧-固體燃料燃燒器之一具體實施例係描繪成具 有上游段、中間段和下游段。固體燃料導管延伸通過該中間和下游段以供運送固體燃料於輸運氣體中的混合物，該固體燃料導管具有於該下游段比於該中間段更大的截面積。管式燃料分離器係被佈置於該下游段中的固體燃料導管內，該燃料分離器被入口面和出口面限界，該燃料分離器將該燃料導管分成具有某個截面積的內部噴嘴而且具有某個截面積的外部環帶，其中於該出口面測得的外部噴嘴截面積對內部噴嘴截面積比大於1。
在另一態樣中，該燃燒器可另外包括被佈置於該外部噴嘴內的至少一燃料楔形件，該燃料楔形件具有對準該燃料分離器出口面的上游尖部和下游基部。較佳地，於該外部噴嘴內佈置至少二且不多於六燃料楔形件。
在另一態樣中，環形氧導管環繞著至少該中間段中的固體燃料導管。
在另一態樣中，該燃燒器可另外包括從該下游段中的環形固體燃料導管輻狀向外伸出的至少一氧楔形件，該氧楔形件具有對準該燃料分離器出口面的上游尖部和下游基部。該氧楔形件可能是與該環形固體燃料導管外接之一連續楔形件。
在另一態樣中，該燃燒器可另外包括在該燃燒器上游段的主要燃料導管，其係用於使固體燃料及一級輸運氣體流至於該燃燒器中間段中的固體燃料導管，其中該中間段和該下游段共軸並且界定一燃燒器軸，而且該上游段限定固體燃料引入軸從該燃燒器軸偏移約30°至約60°角度。在一變 化例中，該燃燒器可另外包括沿著該固體燃料引入軸伸入主要燃料導管而且被該主要燃料導管環繞著的管式固體燃料和一級輸運氣體導管，該管式固體燃料和一級輸運氣體導管具有用於提供固體燃料和一級輸運氣體給該燃燒器的入口；及提供補充輸運氣體給該主要燃料導管的補充輸運氣體入口。
在另一態樣中，於該出口面測得的外部噴嘴截面積對內部噴嘴截面積比係約1.5至約6。
在另一態樣中，該燃燒器另外包括對稱地佈置在該燃燒器軸周圍及在該燃料分離器入口面的上游一縱向距離之燃料分配盤(fuel trip disk)，該燃料分配盤具有一輻向高度。較佳地，該燃料分配盤與該燃料分離器入口面之間的縱向距離係該燃料分配盤的輻向高度之約2至約5倍。由該燃料分離器構成的內部環形噴嘴於該入口面具有一輻向高度，而且其中該分配盤的輻向高度係該內部環形噴嘴的輻向高度之約0.2至約0.5倍。在一變化例中，該燃料分離器的形狀大體上為圓柱形。在另一變化例中，該燃料分離器的形狀大體上為漸縮的截頭圓錐形。在又另一變化例中，該燃料分離器包括大體上圓柱形的上游部位及大體上漸縮的截頭圓錐形下游部位。
一種使用燃燒器燃燒固體燃料及氧之方法，該方法包括提供充分的補充輸運氣體以提高固體燃料和輸運氣體的混合物之氧濃度至高於約21莫耳%而且小於或等於約50莫耳%。在該燃燒方法之一態樣中，該固體燃料和輸運氣體的混合物之氧濃度係藉由該補充輸運氣體提高至高於約21莫耳% 而且小於或等於約35莫耳%。
本發明提供一種使用燃燒器來操作再生式空氣-燃料熔爐之方法，該爐具有熱空氣埠，該方法包括將至少一燃燒器佈置於該熱空氣埠邊緣附近。該方法可另外包括利用低於化學計量的氧操作該燃燒器。在該操作方法之一態樣中，該化學計量比係約0.1至約0.5。
本發明描述一種再生式爐，其包括具有被安裝於該爐的側壁之至少一點火埠的爐磚及被佈置於該至少一點火埠邊緣附近的一或更多固體燃料/氧燃燒器。該燃燒器包括上游段、中間段和下游段；延伸通過該中間和下游段以供運送固體燃料於輸運氣體中的混合物之固體燃料導管，該固體燃料導管具有於該下游段比於該中間段更大的截面積；及被佈置於該下游段中的固體燃料導管內的管式燃料分離器，該燃料分離器被入口面和出口面限界，該燃料分離器將該燃料導管分成具有某個截面積的內部噴嘴和具有某個截面積的外部環帶，其中於該出口面測得的外部噴嘴截面積對內部噴嘴截面積比大於1。
θ‧‧‧偏移角
H1‧‧‧輻向高度
L1‧‧‧燃料分離器入口面之縱向距離
H2‧‧‧內部噴嘴高度
10‧‧‧氧/粉碎固體燃料燃燒器
12‧‧‧上游段
13‧‧‧漸縮段
14‧‧‧中間段
15‧‧‧過渡段
16‧‧‧下游段
18‧‧‧燃燒器軸
20‧‧‧管式固體燃料導管
21‧‧‧固體燃料引入軸
22‧‧‧入口
24‧‧‧主要燃料導管內的下游端
26‧‧‧混合區
28‧‧‧肘段
30‧‧‧主要燃料導管
32‧‧‧補充輸運氣體入口
34‧‧‧環形補充輸運氣體通道
40‧‧‧中心燃料噴嘴支撐桿
44‧‧‧外部燃燒導管
45‧‧‧壁較薄的外部燃燒導管
46‧‧‧中間段的環形通道
47‧‧‧下游段的環形流道
50‧‧‧氧導管
52‧‧‧氧入口
54‧‧‧環形氧通道
56‧‧‧氧導管下游端
60‧‧‧燃料分離器
62‧‧‧燃料分離器的入口面
64‧‧‧燃料分離器的出口面
66‧‧‧管式構件
68‧‧‧燃料分配盤
69‧‧‧燃料分配盤的下游面
70‧‧‧外部環形噴嘴
71‧‧‧排放通道
72‧‧‧內部環形噴嘴
74‧‧‧圓柱形上游部位
76‧‧‧漸縮的截頭圓錐形下游部位
78‧‧‧燃料楔形件
80‧‧‧導前角頂
82‧‧‧尾隨基部
84‧‧‧氧楔形件
86‧‧‧上游尖部
88‧‧‧下游基部
90‧‧‧預燃燒器
92‧‧‧導向葉片
94‧‧‧燃燒器的出口面
圖1係氧-固體燃料燃燒器之一示範具體實施例的側視圖。
圖2係圖1所示的氧-固體燃料燃燒器之具體實施例的背視圖。
圖3係圖所示的燃燒器具體實施例通過截面A-A取得的截面圖。
圖4係圖1所示的燃燒器具體實施例從視域B-B見到之燃燒器具體實施例的前視圖。
圖5係圖1至4的燃燒器具體實施例之出口端的近視細部截面圖。
圖6係圖1至4的燃燒器之出口端的另一具體實施例。
圖7係被嵌入預燃燒器中的圖5之燃燒器具體實施例的出口端的截面圖。
圖8係煙煤及石油焦的最小點燃能量對比於氧濃度的製圖。
圖9係在此描繪在再生式玻璃爐內的熱空氣埠下方之數個燃燒器的繪圖。
圖10係在此描繪在再生式玻璃爐內的熱空氣埠側面之二燃燒器的繪圖。
為了達成本文描述的目的，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。補充輸運氣體係用以提高輸運氣體於該燃燒器內的流速之氣態流體，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碳或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。最後，用於本文時，該措辭“扁平體”意味著其於與主要流動方向垂直的平面中的尺寸與其沿著該主要流動方向的尺寸大小相當之結構體。
圖1至6中舉例說明氧/粉碎固體燃料燃燒器10之一具體實施例。該燃燒器10包括上游段12、中間段14及下游段16。
該上游段12包括用於輸運粉碎固體燃料和(一級)輸運氣體的管式固體燃料導管20。該固體燃料導管具有一入口22。該上游段12任意地另外包括環繞著該固體燃料導管20以構成圍著該固體燃料導管20的環形補充輸運氣體通道34之主要燃料導管30。該主要燃料導管30具有一補充輸運氣體入口32。該固體燃料導管20的末端在該主要燃料導管30內的下游端24之充氣部或混合區26，該固體燃料及一級輸運氣體在流進該中間段14以前與該補充輸運氣體在該混合區26中混合。
如圖1至3所示，該燃燒器10具有由共軸的中間段14和下游段16之軸向所界定的主軸18。該燃燒器的軸向表示排出該燃燒器10的流動方向。該主要燃料導管30具有相對於主軸18偏移一角度θ的固體燃料引入軸21。該偏移角θ的較佳範圍在下文中討論。為了將該有角度的主要燃料導管30的流導進該中間段14，使該固體燃料和輸運氣體混合 物流過肘段28。
該上游段12也包括一中心燃料噴嘴支撐桿40，該中心燃料噴嘴支撐桿40較佳與該燃燒器軸18共軸，如圖1至3所示。該燃料噴嘴支撐桿40擔任提供結構支撐給該燃燒器的其他特徵件之軗部的任務，如下文討論的。
該中間段14包括環燒著該中心燃料噴嘴支撐桿40的外部燃燒導管44。該中心燃料噴嘴支撐桿40的外表面與該外部燃燒導管44的內表面之間形成一環形通道46。該環形通道46流動地連接至該肘段28使該固體燃料及輸運氣體混合物被導引流過該環形通道46。為了將該流從該肘段28轉移至該環形通道46可裝設一漸縮段13。
氧導管50環繞著該中間段14中的外部燃燒導管44以形成被該外部燃燒導管44的外表面與該氧導管50的內表面限界的環形氧通道54。該氧導管50具有一氧入口52，而且終結於下游端56。
該中間段14連接至該下游段16，有可能直接或透過過渡段15。該中心燃料噴嘴支撐桿40連續地伸展通過該中間段14並且進入且通過該下游段16的至少一部分。該外部燃燒導管44轉接至壁較薄的外部燃燒導管45，導致該下游段16中的環形流道47之截面積比該中間段14中的環形通道46更大。圖5中顯示該下游段16的展開圖，而且圖4中顯示該下游段16下游端視圖。
該下游段16可包括一燃料分配盤68或從燃料噴嘴支撐桿40輻狀向外伸出的類似構型之阻礙物。該燃料分配 盤68從該燃料噴嘴支撐桿40的外表面測量具有一輻向高度H1。
該下游段16包括跨在入口面62與出口面64，其於圖5中亦為該燃燒器10的出口面94，之間的燃料分離器60。然而，該燃料分離器60的出口面64與該燃燒器18的出口面94不一定得完全一致。舉例來說，在圖6所示的具體實施例中，該燃料分離器60的出口面64位在該燃燒器18的出口面94之上游。該燃料分離器60包括被佈置成環繞著該燃料噴嘴支撐桿40並且被該外部燃燒導管45環繞著的管式構件66。該管式構件66可包括緊跟在大體漸縮的截頭圓錐形下游部位76後面之大體上圓柱形的上游部位74。或該整個管式構件66可具有大體上圓柱形或大體上漸縮的截頭圓錐形。該燃料噴嘴支撐桿40與該管式構件66之間形成一內部環形噴嘴72，同時該管式構件與該外部燃燒導管45之間形成一外部環形噴嘴70。
該燃料分離器60的入口面62係佈置於該燃料分配盤68的下游面69之下游一距離L1之處。該入口面62的內部噴嘴72之開口從該燃料噴嘴支撐桿的外表面量至該管式構件66的內表面具有一高度H2。
導向葉片92係佈置於介於該管式構件66與該燃料噴嘴支撐桿40之間的內部噴嘴72中。可使用至少二導向葉片92，而且在此描繪的具體實施例中使用四導向葉片92。該等導向葉片92可朝軸向或其可朝與該軸流方向成某角度的方向以促成漩渦。
楔形件78被佈置於介於該管式構件66與該外部燃燒導管45之間的外部噴嘴70中，而且各相鄰對的楔形件78之間形成一排放通道71。該等楔形件78具有導前角頂(leading apex)80和尾隨基部82及約10°至約60°的圓周擴展角度。使用了至少二楔形件78而且不多於六楔形件78，而且在此描繪的具體實施例中使用四楔形件78，而且排放通道71的數目等於該楔形件78的數目。
如圖7所示，當該燃燒器10被設立於預燃燒器90中時，等到該氧導管50的下游端56終止以後，該外部燃燒導管45的外表面與該預燃燒器90的內表面之間形成一環形氧導管。可在該外部燃燒導管45的外表面上之燃料分離器60出口面64之處佈置多數楔形件84，或一環形楔形件84，該楔形件84具有上游尖部86和下游基部88，及約5°至約30°的擴展角度。該(等)楔形件84可能外接該外部燃燒導管45的所有或僅一部分或數部分。
操作時，固體燃料和輸運氣體於高於或等於外義上15m/sec的速度下通過該固體燃料導管20進入該燃燒器10。在利用補充輸運氣體的燃燒器具體實施例中，該固體燃料導管20的末端在被該補充輸運氣體環繞的充氣部26中。補充輸運氣體能用以藉著比該(一級)輸運氣體流速提高等量可能招致的壓降更低許多的壓降而提高通過該燃燒器10的燃料輸運速度。
該補充輸運氣體也能用以引進氧以增加該輸運氣體流的氧化劑含量。這可能是改善該固體燃料的點燃特性 之合適方式。圖8，舉例來說，顯示關於在表1中提供相關性質的煙煤和石油焦之固體燃料點燃能量對比於氧化劑濃度的關係。
注意就21莫耳%氧濃度而言，石油焦的最小點燃能量比煙煤大兩個數量級，其表示在流動流中點燃空氣/石油焦混合物，而且主要是建基於石油焦的非常低揮發性物質含量，時容易發生的實質點燃延遲。再者，該數據顯示使該輸運氣體氧濃度提高即使是小量超過空氣的氧濃度也能實質上降低該最小點燃能量，而且藉以使該石油焦變得較難以點燃並且穩定地燃燒。事實上，圖8的數據指示經由該輸運氣體中的補充氧依照能產生低於或等於名義上52莫耳%的合成氧濃度之用量加氧給石油焦/輸運氣體流，將產生最小點燃能量高於或等於空氣加煙煤的最小點燃能量之氣體加石油焦混合物。為求安全起見，使該輸運氣流富含達於能產生比空氣/煙 煤流更低的最小點燃能量之氧量並不適當。因此，舉例來說，關於石油焦燃燒，本發明性燃燒器能利用將該輸運氣的氧含量提升至不大於將近50莫耳%的補充輸運氧來運轉，然而在一較佳具體實施例中，該輸運氣體的氧含量能高達約35莫耳%。
實驗顯示使該固體燃料導管20及主要燃料導管30朝向離該燃燒器的軸18小於約65度之角度，θ，的方向將導致在該燃燒器燃料噴嘴之處比該角度，θ，高於約65度的情況更低程度的燃料流量波動。進一步發現介於大約30與60度之間的燃料進氣管定向角(orientation angle)，θ，將提供低波動加上與該燃料進氣管的充分撞擊之良好平衡以供該環形燃料流道46內的的適當燃料分散。
排出該中間段14的環形通道46之燃料流經歷變成該下游段16的環形通道47之較大截面積的擴展。被佈置在該下游段16內的燃料分離器60的功能在於將進來的燃料流分成流過該內部環形噴嘴72及該外部環形噴嘴通道70的獨立部分。儘管該燃燒器10能配合該燃料分離器60的多個不同部件和幾何形狀適當地起作用，但是當排出該外部噴嘴70的燃料部分之平均速度小於排出該內部噴嘴72的燃料部分之平均速度時便已達成輕易點燃、火焰穩定性及火焰形狀的最佳組合。特別是，在該燃燒器10之一具體實施例中，於該燃料分離器60的出口面64處測量時，該外部噴嘴70對該內部噴嘴72的截面積比大於1.0。較佳地，於該燃料分離器出口面64處的外部噴嘴70對內部噴嘴72之截面積比係約1.5 至約6.0，因為此範圍已經確定能產生外部及內部噴嘴燃料速度的最佳組合，其導致具有高燃燒效率的穩定火焰。
為了進一步促成該內部噴嘴72與外部噴嘴70之間的燃料分流，該燃料分配盤68可沿著該燃燒器軸18被佈置在該燃料流道47的下游段16內，但是在該燃料分離器60的上游邊緣62之上游。該分配盤68的高度H1最佳為該內部噴嘴72的高度H2之約0.2至0.5倍。該分配盤的高度H1小於該內部噴嘴的高度H2之約0.2倍對於該固體燃料流動分佈將具有可忽略的影響，而該高度H1高於該高度H2的約0.5倍將使得往該外部噴嘴的燃料流動偏移太過並且增加燃料粒子脫離懸浮狀態的風險。再者，對於發生最佳效用的分配盤68，從該燃料分配盤68的下游面69至該燃料分離器入口面62之縱向距離L1應該為該盤68之輻向高度H1的約1至約10倍。縱向距離L1小於該分配盤的輻向高度H1的約1倍將使得往該外部噴嘴的燃料流動偏移太過並且增加燃料粒子脫離懸浮狀態的風險，而縱向距離高於該盤之輻向高度的約10倍對於該固體燃料流量分佈將具有可忽略的影響。較佳地，該縱向距離L1係該盤68的輻向高度之約2至約5倍。
吾人所欲為在某些情況中，特別是當打算配合較低動量輸運氣體排出速度來操作該燃燒器20時，使用的是平直段76與下游漸縮段76結合的燃料分離器60，而非簡單地平直(圓柱形)燃料分離器60。或者，該燃料分離器60可僅由截頭漸縮段構成(亦即沒有平直段)。該漸縮段76促成該流於該內部噴嘴72中加速，其使得燃燒器火焰穩定性及進入燃燒 空間的火焰噴射貫穿程度增加。
被佈置在該外部噴嘴70中的多數扁平體燃料楔形件78也有助於火焰穩定性。各燃料楔形件78在其尾流(亦即，其基部82的下游)中產生低壓的流動再循環帶。此低壓區將氧和固體燃料同時拉入該楔形件78的尾流，並且藉以促成氧和固體燃料以低速混合。換句話說，各楔形件78所產生的尾流基本上提供點燃該固體燃料流的火焰維持部。藉由將多重楔形件78散佈在該外部噴嘴7圓周的四周，而達成有助於燃燒器火焰穩定性的分散點火源。較佳地，該燃燒器10包括至少二且不多於六燃料楔形件78。
被佈置於該外部燃燒導管45的外表面處之至少一扁平體氧楔形件84與該等燃料楔形件78合併作業以進一步促成固體燃料點燃並且提高火焰穩定性。各氧楔形件84引起氧從該燃燒器軸18朝徑向轉向，而且在如此進行時，類似於該燃料楔形件78，於其尾流形成低速的低壓區。因而，該等氧楔形件84及燃料楔形件78相繼起作用。儘管多重氧楔形件84能沿著該外部燃燒導管45的圓周散佈，但是較佳地，將一連續不斷的環形氧楔形件84佈置成外接整個外部燃燒導管45。
本文所述的燃燒器10能於系統中當成用於各種工業應用的加熱及/或熔融操作之裝置使用。特別提及之一應用是當成空氣-燃料點火的再生式玻璃熔爐中的補充熱源。熟悉此技藝者將會瞭解在再生式空氣-燃料點火的玻璃熔爐中，熱空氣通過大型有時候矩形的開口進入該爐燃燒帶，而燃料 通常通過一或更多燃燒器點火埠引進。圖9和10，舉例來說，舉例說明一或更多燃燒器點火埠設立於再生式玻璃熔爐的熱燃燒空氣埠(亦即，點火埠)附近的示範具體實施例，其中附近意指該燃燒器可能毗鄰該埠邊緣而且在外側或毗鄰該埠末端而且在內部。在這些具體實施例中，當該固體燃料進入燃燒空間時把從該點火埠排放的固體燃料注入該熱空氣流。圖9舉例說明示範的埠下點火結構設置(under-port firing arrangement)，而圖10舉例說明示範的埠側面點火結構設置。在這些具體實施例中，該等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。在一較佳具體實施例中，該等燃燒器能以介於約0.05與約0.5之間的化學計量比操作。也就是說，該等燃燒器能以介於約5%與50%之間的完全燃燒所需的理論氧化劑點火。以低於約0.05的化學計量比操作將導致不適合的穩定性及低燃燒效率。另一方面，以高於約0.5的化學計量比操作將會與空氣-燃料點火的再生式玻璃爐操作不相容。這是因為那必需透過該等再生器將空氣流速不能接受地大幅降低使該爐維持總體近乎化學計量的條件；或是若空氣流速不變，其將會導致過高的NOx排放量。
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。
θ‧‧‧偏移角
10‧‧‧氧/粉碎固體燃料燃燒器
12‧‧‧上游段
14‧‧‧中間段
16‧‧‧下游段
18‧‧‧燃燒器軸
20‧‧‧管式固體燃料導管
21‧‧‧固體燃料引入軸
22‧‧‧入口
30‧‧‧主要燃料導管
32‧‧‧補充輸運氣體入口
40‧‧‧中心燃料噴嘴支撐桿
44‧‧‧外部燃燒導管
50‧‧‧氧導管
52‧‧‧氧入口
56‧‧‧氧導管下游端

Claims (15)

  1. 一種固體燃料/氧燃燒器，其包含：上游段、中間段和下游段；延伸通過該中間和下游段以供運送固體燃料於輸運氣體中的混合物之固體燃料導管，該固體燃料導管具有於該下游段比於該中間段更大的截面積；及被佈置於該下游段中的固體燃料導管內的管式燃料分離器，該燃料分離器被入口面和出口面限界，該燃料分離器將該燃料導管分成具有某個截面積的內部噴嘴和具有某個截面積的外部環帶，其中於該出口面測得的外部噴嘴截面積對內部噴嘴截面積比大於1。
  2. 如申請專利範圍第1項之燃燒器，其另外包含：被佈置於該外部噴嘴內的至少一燃料楔形件，該燃料楔形件具有對準該燃料分離器出口面的上游尖部和下游基部。
  3. 如申請專利範圍第1至2項中任一項之燃燒器，其另外包含環繞著至少該中間段中的固體燃料導管的環形氧導管。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之燃燒器，其另外包含：自該下游段中的環形固體燃料導管輻狀向外伸出的至少一氧楔形件，該氧楔形件具有對準該燃料分離器出口面的上游尖部和下游基部。
  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：在該燃燒器上游段的主要燃料導管，其係用於使固體燃料及一級輸運氣體流至於該燃燒器中間段中的固體燃料導管；其中該中間段和該下游段共軸並且界定一燃燒器軸。
  6. 如申請專利範圍第5項之燃燒器，其另外包含：沿著該固體燃料引入軸伸入主要燃料導管而且被該主要燃料導管環繞著的管式固體燃料和一級輸運氣體導管，該管式固體燃料和一級輸運氣體導管具有用於提供固體燃料和一級輸運氣體給該燃燒器的入口；及提供補充輸運氣體給該主要燃料導管的補充輸運氣體入口。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之燃燒器，其中於該出口面測得的外部噴嘴截面積對內部噴嘴截面積比係約1.5至約6。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之燃燒器，其另外包含：對稱地佈置在該燃燒器軸周圍及在該燃料分離器入口面的上游一縱向距離之燃料分配盤(fuel trip disk)，該燃料分配盤具有一輻向高度。
  9. 如申請專利範圍第8項之燃燒器，其中由該燃料分離器構成的內部環形噴嘴於該入口面具有一輻向高度，而且其中該分配盤的輻向高度係該內部環形噴嘴的輻向高度之約0.2至約0.5倍。
  10. 如申請專利範圍第1至9項中任一項之燃燒器，其中該燃料分離器的形狀大體上為圓柱形。
  11. 如申請專利範圍第1至9項中任一項之燃燒器，其中該燃料分離器包括大體上圓柱形的上游部位及大體上漸縮的截頭圓錐形下游部位。
  12. 一種於申請專利範圍第8至11項中任一項之燃燒器中燃燒固體燃料及氧之方法，其包含：提供充分的補充輸運氣體以提高固體燃料和輸運氣體的混合物之氧濃度至高於約21莫耳%而且小於或等於約50莫耳%。
  13. 一種使用申請專利範圍第1至11項中任一項之燃燒器來操作再生式空氣-燃料熔爐之方法，該爐具有熱空氣埠，該方法包含：將至少一燃燒器佈置於該熱空氣埠邊緣附近。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該化學計量比係約 0.05至約0.5。
  15. 一種再生式爐，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邊緣附近，該燃燒器包含：上游段、中間段和下游段；延伸通過該中間和下游段以供運送固體燃料於輸運氣體中的混合物之固體燃料導管，該固體燃料導管具有於該下游段比於該中間段更大的截面積；及被佈置於該下游段中的固體燃料導管內的管式燃料分離器，該燃料分離器被入口面和出口面限界，該燃料分離器將該燃料導管分成具有某個截面積的內部噴嘴和具有某個截面積的外部環帶，其中於該出口面測得的外部噴嘴截面積對內部噴嘴截面積比大於1。
TW103112901A 2014-01-07 2014-04-08 固體燃料燃燒器 TWI516722B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201461924272P 2014-01-07 2014-01-07
US14/224,812 US9709269B2 (en) 2014-01-07 2014-03-25 Solid fuel burner

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201527696A true TW201527696A (zh) 2015-07-16
TWI516722B TWI516722B (zh) 2016-01-11

Family

ID=53494856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103112901A TWI516722B (zh) 2014-01-07 2014-04-08 固體燃料燃燒器

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9709269B2 (zh)
KR (1) KR101565691B1 (zh)
CN (1) CN104764005B (zh)
BR (1) BR102014008678B1 (zh)
CA (1) CA2848718C (zh)
MX (1) MX355444B (zh)
TW (1) TWI516722B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6070323B2 (ja) * 2013-03-21 2017-02-01 大陽日酸株式会社 燃焼バーナ、バーナ装置、及び原料粉体加熱方法
WO2017193191A1 (en) * 2016-05-11 2017-11-16 Dynamis Engenharia E Comércio Ltda. Method to enhance burner efficiency and burner
US11519600B2 (en) * 2017-12-26 2022-12-06 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Solid fuel burner and flame stabilizer for solid fuel burner
JP2020030037A (ja) * 2018-08-20 2020-02-27 三菱日立パワーシステムズ株式会社 固体燃料バーナ
JP7161639B1 (ja) * 2022-04-28 2022-10-26 三菱重工パワーインダストリー株式会社 ガスバーナ、及び燃焼設備
US20240019118A1 (en) 2022-07-12 2024-01-18 Air Products And Chemicals, Inc. Burner, System, and Method for Hydrogen-Enhanced Pulverized Coal Ignition

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3894834A (en) 1973-10-17 1975-07-15 Airco Inc Ignition and flame stabilization system for coal-air furnace
US4356975A (en) * 1980-03-07 1982-11-02 Combustion Engineering, Inc. Nozzle tip for pulverized coal burner
DE3690574C2 (de) 1985-11-15 1995-09-28 Nippon Oxygen Co Ltd Vorrichtung zum Erhitzen von Sauerstoff
US5643348A (en) * 1992-09-14 1997-07-01 Schuller International, Inc. Oxygen/fuel fired furnaces having massive, low velocity, turbulent flame clouds
JPH07260106A (ja) * 1994-03-18 1995-10-13 Hitachi Ltd 微粉炭燃焼バーナ及び微粉炭燃焼装置
CN1044281C (zh) 1994-07-01 1999-07-21 浙江大学 煤粉炉的一种稳燃燃烧器
CA2162244C (en) 1994-11-14 1999-04-27 Hideaki Oota Pulverized coal combustion burner
US5611682A (en) 1995-09-05 1997-03-18 Air Products And Chemicals, Inc. Low-NOx staged combustion device for controlled radiative heating in high temperature furnaces
JP3099109B2 (ja) * 1996-05-24 2000-10-16 株式会社日立製作所 微粉炭バーナ
ES2162680T3 (es) 1996-07-08 2002-01-01 Alstom Power Inc Punta de tobera para combustible solido pulverizado.
JP2995013B2 (ja) 1997-03-31 1999-12-27 三菱重工業株式会社 微粉状燃料燃焼バーナ
US6113389A (en) 1999-06-01 2000-09-05 American Air Liquide, Inc. Method and system for increasing the efficiency and productivity of a high temperature furnace
JP2000356309A (ja) 1999-06-15 2000-12-26 Babcock Hitachi Kk 粉末固体燃料用バーナと燃焼装置
AU776725B2 (en) 2000-08-04 2004-09-16 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Solid fuel burner and combustion method using solid fuel burner
US6439136B1 (en) 2001-07-03 2002-08-27 Alstom (Switzerland) Ltd Pulverized solid fuel nozzle tip with ceramic component
US20030075843A1 (en) 2001-08-29 2003-04-24 Empco (Canada) Ltd. Multi-purpose, multi-oxy-fuel, power burner/injector/oxygen lance device
CA2410725C (en) 2001-11-16 2008-07-22 Hitachi, Ltd. Solid fuel burner, burning method using the same, combustion apparatus and method of operating the combustion apparatus
US6752620B2 (en) 2002-01-31 2004-06-22 Air Products And Chemicals, Inc. Large scale vortex devices for improved burner operation
US6843185B1 (en) * 2003-06-27 2005-01-18 Maxon Corporation Burner with oxygen and fuel mixing apparatus
JP2005024136A (ja) 2003-06-30 2005-01-27 Babcock Hitachi Kk 燃焼装置
JP4150968B2 (ja) * 2003-11-10 2008-09-17 株式会社日立製作所 固体燃料バーナと固体燃料バーナの燃焼方法
US7390189B2 (en) 2004-08-16 2008-06-24 Air Products And Chemicals, Inc. Burner and method for combusting fuels
US7833009B2 (en) 2004-09-10 2010-11-16 Air Products And Chemicals, Inc. Oxidant injection method
US7717701B2 (en) 2006-10-24 2010-05-18 Air Products And Chemicals, Inc. Pulverized solid fuel burner
WO2009009945A1 (fr) 2007-07-18 2009-01-22 Harbin Institute Of Technology Brûleur de charbon pulvérisé à turbulence à faible nox
JP2009079794A (ja) * 2007-09-25 2009-04-16 Babcock Hitachi Kk 固体燃料バーナ、固体燃料バーナを用いた燃焼装置とその運転方法
US8701572B2 (en) * 2008-03-07 2014-04-22 Alstom Technology Ltd Low NOx nozzle tip for a pulverized solid fuel furnace
US9151434B2 (en) 2008-12-18 2015-10-06 Alstom Technology Ltd Coal rope distributor with replaceable wear components
EP2317223A1 (en) 2009-10-30 2011-05-04 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Solid fuel burner
WO2012042693A1 (ja) * 2010-09-30 2012-04-05 バブコック日立株式会社 酸素燃焼システム及びその運転方法
CN202284791U (zh) 2011-10-22 2012-06-27 淄博科邦热工科技有限公司 一种可变流场分解炉燃烧器
CN202371711U (zh) 2011-12-20 2012-08-08 上海锅炉厂有限公司 一种煤粉燃烧器用浓缩器
WO2013097165A1 (en) 2011-12-30 2013-07-04 American Air Liquide, Inc. Process for producing flat flame by oxy-solid fuel burner
CN102679338B (zh) 2012-05-30 2014-07-23 山西蓝天环保设备有限公司 降低烟气NOx含量的煤粉燃烧器
US9513002B2 (en) 2013-04-12 2016-12-06 Air Products And Chemicals, Inc. Wide-flame, oxy-solid fuel burner
CN204026657U (zh) 2014-01-07 2014-12-17 气体产品与化学公司 固体燃料/氧喷燃器和再生性炉

Also Published As

Publication number Publication date
US20150192296A1 (en) 2015-07-09
BR102014008678A2 (pt) 2016-08-09
MX355444B (es) 2018-04-18
US9709269B2 (en) 2017-07-18
CN104764005A (zh) 2015-07-08
KR20150083001A (ko) 2015-07-16
CN104764005B (zh) 2017-09-12
MX2014004260A (es) 2015-07-29
BR102014008678B1 (pt) 2021-08-17
KR101565691B1 (ko) 2015-11-03
CA2848718C (en) 2016-02-09
TWI516722B (zh) 2016-01-11
CA2848718A1 (en) 2015-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI516722B (zh) 固體燃料燃燒器
KR100709849B1 (ko) 농축된 석탄 스트림의 ＮＯｘ 감소성 연소 방법
US7717701B2 (en) Pulverized solid fuel burner
AU2002301911B2 (en) Solid fuel burner, burning method using the same, combustion apparatus and method of operating the combustion apparatus
CN110043898B (zh) 多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器
JP5535522B2 (ja) 石炭焚ボイラ
EP1862737B1 (en) Burner with low emissions and low unburned fuel losses
CA2733245A1 (en) Combustion system with precombustor
JP2010261707A (ja) バイオマスセンターエアジェットバーナ
JP5386230B2 (ja) 燃料バーナ及び旋回燃焼ボイラ
KR101511472B1 (ko) 산소-고체 연료 버너
US9995480B2 (en) Burner
US20130255551A1 (en) Biomass Combustion
CN204756916U (zh) 一种带有防焦风的褐煤旋流燃烧器
US20230014871A1 (en) Radiant wall burner
CN108194922B (zh) 一种可调节火焰的富氧燃烧器
CN112879901A (zh) 煤粉燃烧器和燃烧系统
JPS6237606A (ja) 固体燃料の低ＮＯｘ燃焼装置
JP2012093088A (ja) Ｎｏｘ排出削減方法