專利名稱:燃燒液體燃料和/或粉化固體燃料的方法和裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種燃燒液體燃料和/或燃燒固體燃料的方法和裝置。
關(guān)于燃燒像油這樣的液體燃料和燃燒固體燃料，特別是燃燒像煤、泥煤或粉化的固體燃料這兩種燃料，過去幾年來已提出了很多不同的方案，固體燃料通常同水和/或油這樣的載帶液體摻和形成乳濁體而被引入到燃燒室。通常將燃料引入到燃燒室，而同時產(chǎn)生再循環(huán)的流動分布，該再循環(huán)的流動分布由一旋轉(zhuǎn)的外層空氣流約束。實(shí)踐已經(jīng)證明，燃燒浮懸在液體中的粉化煤是相當(dāng)困難的。主要問題在于防止通向燃燒室的燃料入口或燃燒爐噴口的堵塞。另外，燃燒效率還受到限制。為了克服這些問題，在民主德國DD-PS 145，316專利中提出了一種將所謂的轉(zhuǎn)動式燃燒爐和渦流式燃燒爐結(jié)合起來的燃燒爐。然而試驗(yàn)表明，采用這種燃燒爐，燃燒效率相當(dāng)?shù)停绕涫窃陉P(guān)鍵的開始階段。原因可能是燃料的霧化不充分，使得特別在開始階段，點(diǎn)火困難。另外，燃料同空氣的摻和或混合是不充分的，這也降低了效率。
從上述的先有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的是提供一種燃燒液體燃料和/或燃燒粉化固體燃料的方法和裝置，用簡單的結(jié)構(gòu)部件可以實(shí)際上達(dá)到完全的燃燒，當(dāng)以干燥的狀態(tài)燃燒固體燃料時，也可以保持高效率的燃燒。
實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明方法的特征是把同壓縮空氣摻和的燃料通過一刃形邊緣噴入燃燒室中，使得燃料自發(fā)地成扇形散開。而實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置的特征是燃料入口由一個由不間斷刃形邊緣限定的中心入口構(gòu)成，并至少有一個幾乎徑向指向的空氣入口在背離燃燒室的一側(cè)與上述中心入口相結(jié)合。
在本發(fā)明中，燃料引入到燃燒室，自發(fā)成扇形展開并分成為很細(xì)的狀態(tài)。特別重要的是不僅是利用刃形邊緣將燃料引入到燃燒室，而且還在燃料未進(jìn)入燃燒室之前另外摻和了壓縮空氣，使含有豐富空氣的燃料進(jìn)入到燃燒室。壓縮空氣最好在燃料即將進(jìn)入燃燒室之前進(jìn)行摻和，即使壓縮空氣近似徑向地指向燃料，并最好稍為傾斜于燃料入口。因而燃料被粉碎并飽含空氣，使得燃料在進(jìn)入燃燒室之前便引起燃燒。另外，當(dāng)燃料-進(jìn)入燃燒室以后，因此而形成的基本上是空心的燃料霧化錐體便由一幾乎具有同樣流向的外層主要空氣流約束。最后，徑向稍遠(yuǎn)的外部輔助空氣流作用在由此形成的被“包封”的霧化錐體上，從而將流動表面或霧化錐打破了，即輔助空氣流是沖向霧化錐體的。
由此進(jìn)入到燃燒室的燃料在緊靠燃料入口的下游便自然地粉碎了，因而形成了很細(xì)的燃料粒子或燃料小滴。用這種方式，在緊靠燃料入口的下游便可達(dá)到最大有效燃料表面，因而在極短的距離內(nèi)便可達(dá)到實(shí)際上完全的燃燒。即使燃燒固體粉化燃料時，燃燒室也可以相應(yīng)縮短和減小。
意外的是，按本明所述的方法不僅適合于燃燒油，而且還適合于在干燥的狀態(tài)下燃燒固體燃料和燃燒上述燃料的混合燃料。但是在燃燒固體燃料時，為了開始燃燒，在開始操作時，最好并且在大多數(shù)情況下還必須摻入容易燃燒的油。在燃燒開始后，可以再停止供油并可以用水來代替油，以便使固體燃料粒子可以更容易地壓入或引入到燃燒室。
此外，關(guān)于本發(fā)明方法還采取了下述的技術(shù)措施主要?dú)怏w流和輔助空氣流，在所有操作條件下或所有負(fù)載條件下，具有近乎恒定的流速;而且主要?dú)怏w是以徑向向外的方向同燃燒室縱軸成10°至30°的角度，最好是以成大約20°的角度被引入到或注入到燃燒室中;而輔助空氣是指向被引入的燃料、即徑向向內(nèi)地且同燃燒室縱軸大約成30°至60°角，最好成大約45°角地引入燃燒室中。至于本發(fā)明裝置還采取了如下的措施。許多空氣入口幾乎均勻分布在圓周上，且在背離燃燒室的一側(cè)同燃料入口相結(jié)合，上述空氣入口通過環(huán)形通道而彼此相通，并且通過一普通的壓縮空氣通道同一個最好是可調(diào)的壓縮空氣源流體相通。限定燃料入口的刃形邊緣具有近似三角形的橫截面，而且與燃料入口相結(jié)合的空氣入口幾乎是在三角形刃形邊緣界面的延伸面上延伸，該界面是在內(nèi)側(cè)或在背離燃燒室的一側(cè)。包含有上述燃料入口的噴注體安裝成可沿其縱軸，或沿燃燒室縱軸移動，特別適合于移到這樣的位置，在此位置燃料入口相對于燃燒室的端壁是在后邊，或者說縮了進(jìn)去?？拷剂先肟诘膬蓚€氣體或空氣入口的環(huán)形間隙寬度，通過改變限定上述入口的側(cè)壁的相對位置，可得到調(diào)整，也可通過在噴注體或燃燒室縱軸方向上相應(yīng)移動兩個空氣入口的具有兩相鄰側(cè)壁的環(huán)形管接口，調(diào)整上述的環(huán)形間隙寬度，該環(huán)形管接口最好作為將靠近燃料入口的兩個氣流分開的管道或套管的一部分。其中次靠近燃料入口的空氣入口是以這樣一種方式延伸的，使得相應(yīng)的“輔助空氣”流形成一指向燃料霧化圓錐的幾乎是空心的圓錐形氣流分布。根據(jù)本發(fā)明，上述的結(jié)構(gòu)部件使裝置(爐)的操作和控制很方便。在任何情況下，關(guān)于裝置特別重要的是確定燃料入口的無間斷的刃形邊緣，以及同上述刃形邊緣有關(guān)的空氣入口，上述空氣入口最好設(shè)置在刃形邊緣背離燃燒室的那一側(cè)，并且?guī)缀鯊较虻匮由臁?br>使用的固體燃料主要包括煤，例如無煙煤、煙煤、高級煙煤或其混合煤等。按照本發(fā)明的裝置也適合于燃燒重油。因此，本裝置可用于燃燒通常不太容易燃燒的物質(zhì)。
下面參考實(shí)現(xiàn)按本發(fā)明所述方法的裝置的實(shí)施例，詳細(xì)敘述本發(fā)明。附圖中所示的實(shí)施例由斷面示意圖示出。此圖僅示出了按本發(fā)所述裝置的一部分，即只示出了具有燃料和空氣入口部分的爐體部分，為便于理解本發(fā)明的要點(diǎn)，省去了與上述入口關(guān)聯(lián)的外圍部分以及燃燒室。
在附圖中作為縱向截面示意圖示出的油和/或煤燃燒爐包括一噴注體36，噴注體具有通向燃燒室16的、并成形為具有燃料入口10的中心燃料入口，噴注體縮進(jìn)燃燒室16的端壁12的里面并由兩個氣體通道14和18同心地包圍。直接包圍著噴注體36的氣體通道14通過最靠近燃料入口10的氣體或空氣入口24通向燃燒室16?？梢該饺胼^高溫度的燃燒氣體的所謂“主要?dú)怏w”流過氣體通道14，而且從空氣入口24射出的氣體流速在100米/秒之間，最好約為130米/秒。確定空氣入口24的每一側(cè)壁20和22都是圓錐形的，因此構(gòu)成了一環(huán)形噴口。在“主要?dú)怏w”將要射出以前，采用成形為導(dǎo)向葉片的旋流或阻流部件使氣流偏轉(zhuǎn)約70°，造成氣流繞噴注體36或燃燒室16的縱軸26旋轉(zhuǎn)?！爸饕?dú)怏w”在大約1000毫米至1200毫米水頭的壓力下被注入到氣體通道14。
氣體通道14被另一氣體通道18同軸地包圍，通道18的通向燃燒室16的環(huán)形入口28同樣由圓錐形的側(cè)壁30和32限定。但是側(cè)壁30和32具有這樣的指向，使得這樣指向的側(cè)壁能夠使從環(huán)形入口28射出的氣流構(gòu)成一圓錐形的氣流分布。上述氣流分布穿透由燃料構(gòu)成的反向流動分布和由環(huán)形入口24射出的“主要?dú)怏w”的反向氣流分布。由于這種事實(shí)以及由于燃料入口10和“主要?dú)怏w”的環(huán)形入口24相對于所謂“輔助氣體”的環(huán)形入口28縮進(jìn)去安裝，所以從上述環(huán)形入口28射出的氣體或空氣流便粉碎了已經(jīng)旋轉(zhuǎn)的燃料或燃料混合物的流動分布，即燃料從噴注體射出以后不久，或在它進(jìn)入燃燒室16以后不久，燃料的有效表面很快地得到了額外的增加。
流過通道18的“輔助氣體”在射出以前，同樣也可用成形為導(dǎo)向葉片狀或其它形狀的、配置在環(huán)形入口28附近的旋流部件使“輔助氣體”同縱軸26偏轉(zhuǎn)40°至45°，即形成“輔助氣體”繞縱軸26旋轉(zhuǎn)?！拜o助氣體”的射出速度大約從120米/秒到180米/秒，最好是140米/秒。入口28的環(huán)形間隙寬度，如同入口24的環(huán)形間隙寬度一樣，調(diào)整限制側(cè)壁30和32的相對位置，可以進(jìn)行改變。此時“輔助氣體”的射出速度當(dāng)然也相應(yīng)改變?！拜o助氣體”也是在大約1000毫米至1200毫米的水頭壓力下被注入到環(huán)形通道18。如果需要偏轉(zhuǎn)“輔助氣體”，則“輔助氣體”偏轉(zhuǎn)的方向最好和“主要?dú)怏w”偏轉(zhuǎn)的方向相同。
“輔助氣體”最好摻入灼熱的燃燒氣體，因?yàn)榕c其說它是作為載帶介質(zhì)將燃料引入到燃燒室16中，還不如說它具有增加燃料自由表面或有效表面的作用和具有摻入氧氣或給燃料粒子提供氧氣的作用。因此，“輔助氣體”最好是純的“輔助空氣”。
包含噴注體36、直接圍繞噴注體的環(huán)形通道14和流過“輔助空氣”的環(huán)形通道18的組件適合于作為一整體裝入到燃燒室16的端壁12中，這樣，組件可以容易用另一個稍為改進(jìn)的相當(dāng)?shù)慕M件進(jìn)行替換。
“主要?dú)怏w”的射出速度和“輔助氣體”的射出速度在從點(diǎn)火到全負(fù)載的所有操作條件下都大致保持相同。相應(yīng)增加或減少環(huán)形入口或環(huán)形間隙24和28的間隙寬度只改變放出的體積或流通量。按同樣的方法改變間隙寬度，為此，環(huán)形管接口34被配置在兩個環(huán)形入口或兩個間隙24和28之間，它包含兩個環(huán)形入口24和28的兩個相鄰的相互面對的側(cè)壁22和30，環(huán)形管接口這樣安裝，使得它可在軸的方向，或沿縱軸26的方向來回移動。環(huán)形管接口34被連接到將兩個氣體通道14和18彼此分開的管套38上，因此相應(yīng)操作管套38便可使環(huán)形管接口34沿軸向移動。在開始操作時將環(huán)形管接口34往圖的右邊移，使環(huán)形入口24和28的間隙寬度達(dá)到最小，從而使射出的氣體或空氣的體積最小。在全負(fù)載時，情況相反，即將環(huán)形管接口34往左移，使環(huán)形入口24和28張開到最大的程度。此時，“主要?dú)怏w”和“輔助氣體”的體積也將達(dá)到最大。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的核心在于噴注體36的構(gòu)形，特別是燃料入口10的構(gòu)形。燃料入口由一個由不間斷的刃形邊緣40限制的中心入口10限定。均勻排列在圓周上的許多空氣入口42與上述的入口10或刃形邊緣相聯(lián)結(jié)。空氣入口42通過環(huán)形通道44彼此相通，并通過一普通的壓縮空氣通道46同一個最好是可調(diào)的壓縮空氣源(圖中未示出)流體相通。確定燃料入口10的刃形邊緣40大致具有三角形的橫截面。空氣入口42幾乎是作為三角形刃形邊緣40的內(nèi)側(cè)界面48的擴(kuò)展而延伸。實(shí)際上，空氣入口42分別同噴注體36或燃燒室16的縱軸26成70°的角度。在所示的實(shí)施例中，管接口50安裝在噴注體36中并包含空氣入口42，刃形邊緣40是管接口50的一部分。管接口50旋入到噴注體中(螺紋連接52)。刃形邊緣40或相應(yīng)向內(nèi)指向的在刃形邊緣上的錐邊限定了圓形的入口10。由于刃形邊緣40，進(jìn)入到燃燒室16的燃燒自然展開成扇形狀，形成一基本上是空心的霧化錐體。成扇形狀展開的霧化錐可以說受到從直接包圍燃料入口10的環(huán)形入口24射出的“主要?dú)怏w”的包圍。從環(huán)形入口28射出的“輔助氣體”然后在端壁12的附近將以“主要?dú)怏w”為邊界的霧化錐體粉碎，因此在端壁12的附近形成了細(xì)小的燃料粒子，使得在燃燒室中在最短的距離內(nèi)可以產(chǎn)生實(shí)際上完全的燃燒。
利用通過空氣入口42注入壓縮空氣的方法，可以容易改變霧化錐體的構(gòu)成，或使霧化錐體同相應(yīng)要求的條件或同要燃燒的燃料的種類和質(zhì)量相匹配。
空氣入口42相對于徑向方向也可以傾斜指向，使得射出的燃料-空氣混合物繞縱軸26旋轉(zhuǎn)，這種旋轉(zhuǎn)的方向最好與外層氣體流或空氣流的旋轉(zhuǎn)方向相同。
上述的將燃燒氣體摻入到“主要?dú)怏w”具有兩個優(yōu)點(diǎn)。一是固體燃料和液體燃料都可以在沿中心燃料通道54的傳輸路徑上被預(yù)先加熱;二是可以達(dá)到一定程度的二次燃燒，因此提高了效率。這兩個優(yōu)點(diǎn)補(bǔ)償了氧氣量不足的缺點(diǎn)。通過空氣入口42摻和壓縮空氣的方法更加補(bǔ)償了上述的缺點(diǎn)。但是在燃燒純煤時，不將燃燒氣體摻和到“主要?dú)怏w”或“主要空氣”是合適的。
在本文中所公開的所有特征，作為本發(fā)明實(shí)質(zhì)被提出權(quán)利要求
，這些特征不論是單獨(dú)還是結(jié)合在一起，都比先有技術(shù)新穎。
權(quán)利要求
1.一種燃燒液體燃料和/或固體燃料，特別是燃燒煤、泥煤等粉化的固體燃料的方法，粉化的固體燃料或者以干燥的狀態(tài)或者同像水和/或油這樣的載帶液體混合形成一種乳濁體而同液體燃燒一起引入到燃燒室，從而形成一近似圓錐狀展開的霧化圓錐體，上述霧化圓錐體由一外層的，旋轉(zhuǎn)可隨意選擇的空氣流約束，方法的特征在于同壓縮空氣摻和的燃料通過一刃形邊緣被引入到燃燒室，使得燃料自發(fā)地成扇形展開。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于壓縮空氣是在燃料即將進(jìn)入燃燒室之前同燃料進(jìn)行摻和，并且壓縮空氣幾乎徑向地指向燃料。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的方法，其特征在于在燃料進(jìn)入到燃燒室以后，燃料霧化圓錐立即被一外層的幾乎具有相同指向的“主要?dú)怏w”流約束，然后使外層“輔助空氣”流作用在“主要?dú)怏w”流上，使霧化圓錐被粉碎。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于主要?dú)怏w流和輔助空氣流，在所有操作條件下或所有負(fù)載條件下具有近乎恒定的流速。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求
3或4所述的方法，其特征在于主要?dú)怏w是從徑向向外的方向，同上述的燃燒室的縱軸成10°至30°的角度，最好是成大約20°的角度被引入到或噴入到燃燒室中。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求
3至5中任何一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的方法，其特征在于輔助空氣被引入到燃燒室，而同時指向被引入的燃料，即，使輔助空氣徑向向內(nèi)，同上述燃燒室的縱軸成大約30°至60°的角度，最好成大約45°的角度。
7.一種燃燒像油等這樣的液體燃料和/或燃燒固體燃料，特別是燃燒煤、泥煤等這樣的粉化的固體燃料的裝置，固體燃料或者以干燥的狀態(tài)，或者同水和/或油這樣的載帶液體摻和構(gòu)成一種乳濁體，與液體燃料一起通過燃料入口被引入到燃燒室，上述燃料入口由一氣體和/或空氣入口同心地包圍，此裝置是特別用來實(shí)現(xiàn)在權(quán)利要求
1至6中任何一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的方法，其特征在于燃料入口由一個由不間斷刃形邊緣(40)限定的中心入口(10)構(gòu)成，并至少有一個幾乎徑向指向的空氣入口(42)在背離燃燒室(16)的一側(cè)與上述中心入口(10)相結(jié)合。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求
7所述的裝置，其特征在于幾乎均勻分布在圓周上的許多空氣入口(42)在背離燃燒室(16)的一側(cè)同燃料入口(10)相結(jié)合，上述空氣入口(42)通過環(huán)形通道(44)是彼此相通的，并且通過一普通的壓縮空氣通道(46)同一個最好是可調(diào)的壓縮空氣源處于流體相通。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求
7或權(quán)利要求
8所述的裝置，其特征在于限定燃料入口(10)的刃形邊緣(40)具有近似三角形的橫截面，而且和上述燃料入口(10)相結(jié)合的空氣入口(42)幾乎是在三角形刃形邊緣(40)的界面(48)的延伸面上進(jìn)行延伸，上述界面(48)是在內(nèi)側(cè)，相應(yīng)地在背離燃燒室(16)的一側(cè)。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求
7至9中任何一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的裝置，其特征在于包含上述燃料入口的噴注體(36)被安裝成可沿其縱軸，或沿燃燒室(16)的縱軸(26)移動，并特別適合于移動到這樣一位置，在此位置燃料入口相對于燃燒室(16)的端壁(12)是在后邊，或者說縮了進(jìn)去。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求
7至10中任何一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的裝置，其特征在于靠近燃料入口的兩個氣體或兩個空氣入口(24、28)的環(huán)形間隙寬度，利用改變限定上述入口的側(cè)壁(分別是20、22和30、32)的相對位置的方法，可以相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求
11所述的裝置，其特征在于可以用同樣的方法，即利用在噴注體(36)或燃燒室(16)縱軸(26)的方向上相應(yīng)移動兩個空氣入口(24、28)的具有兩個相鄰側(cè)壁(22、30)的環(huán)形管接口(34)的方法，可以調(diào)整靠近燃料入口的兩個氣體或兩個空氣入口(24、28)的環(huán)形間隙寬度，環(huán)形管接口(34)最好作成為是將靠近燃料入口的兩個氣流或空氣流分開的管道或套管(38)的一部分。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求
11或12所述的裝置，其特征在于次靠近燃料入口的空氣入口(28)是以這樣一種方式延伸的，使得相應(yīng)的“輔助空氣”流形成一指向燃料霧化圓錐的幾乎是空心的圓錐形氣流分布。
專利摘要
一種燃燒液體燃料和/或固體燃料，特別是燃燒粉化的煤等固體燃料的方法和裝置。固體燃料或者以干燥的狀態(tài)，或者同像水和/或油這樣的載帶液體混合形成一種乳濁體同液體燃料一道被引入到燃燒室(16)，從而形成一近似圓錐狀展開的霧化圓錐體。上述霧化圓錐體由一外層的、旋轉(zhuǎn)可隨意選擇的空氣流約束。燃料入口由一個由一不間斷的刃形邊緣限定的中心入口(10)構(gòu)成。另外，大致徑向指向的空氣入口(42)是在背離燃燒室(16)的一側(cè)同上述中心入口相結(jié)合。
文檔編號F23D11/10GK86103682SQ86103682
公開日1987年2月18日 申請日期1986年6月4日
發(fā)明者庫特·斯科格 申請人:慢燃火柴開發(fā)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan