[发明专利]粉状固体燃料小型燃烧的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉状固体燃料(例如由煤制成的粉)的小型燃烧，特别涉及一种改善粉状固体燃料燃烧点火和火焰稳定性的系统和方法。

背景技术

在燃烧室中布置一个或多个燃料喷嘴，将空气和固体燃料(如由煤制成的粉)的混合物喷射到燃烧室中是众所周知的一类燃烧室。在这种形式的系统中，由煤制成的粉状固体和加压的空气以空气-燃料混合物的形式被吹入燃烧室中并且被点燃。随后，煤-空气的火焰扩散到燃烧室内。在燃烧室的墙壁上通常布置有水管系统，以通过换热过程使得燃烧室保持相对冷却。

上述系统的一个重要作用是为燃料的燃烧提供适当条件。这主要通过将供应的燃料以所需的速率喷射到燃烧室中，并且使燃料在燃烧室中停留充分的时间进行燃烧的方式来实现。

大型的工业燃煤设施由于采用了大的燃烧室和成熟的燃料预热系统，几乎可以保证粉状固体燃料完全或近乎完全燃烧。典型地，在这些大型的设施中，预热过程和燃烧室本身的设计，使粉状燃料在燃烧室中延长停留时间，从而确保粉状燃料的充分燃烧。例如，复杂系统(如切向燃烧室)的设计中，粉状燃料被喷射入涡流中，从而延长了燃料在燃烧室中停留的时间。

但是，上述方式不适用于固体燃料的小型(<30MW)燃烧，因为小型燃烧采用的设施较小而且燃料预热过程也受到限制。

例如，对于一个长约1米、内径约0.5米的小型圆柱形燃烧室，燃料/空气喷嘴布置在燃烧室的一端。假设燃料/空气混合物以大约15米/秒的速度喷射入燃烧室，粉状燃料通过燃烧室的时间才不到10毫秒，无法达到燃料完全燃烧所需的时间。

因此，对于粉状固体燃料的小型燃烧，需要在改善点燃和火焰稳定性的同时，确保系统构造简单、造价低廉。

发明内容

本发明提供燃烧固体燃料(如由煤制成的粉)的系统和方法。按照本发明的一个实施例，一种燃烧粉状固体燃料的方法包含以下步骤：大体上在一第一方向形成一二次风的流场，所述第一方向指向所述燃烧室的出口；通过一一次风使粉状固体燃料流化，以产生一粉状固体燃料流；以与所述第一方向大体相反的一第二方向将所述粉状固体燃料流喷入所述二次风的所述流场，其中大体上在所述第一方向上形成所述粉状固体燃料流的一回流；以及点燃所述粉状固体燃料流，大体上在所述二次风的所述流场的中心轴线方向及附近形成一火焰。

在一个实施例中，所述第一方向与所述第二方向之间的夹角范围为120度至180度。在一个实施例中，所述二次风的体积大于所述一次风的体积。在一个实施例中，所述火焰包含一回流区，以保证火焰的稳定性。在一个实施例中，所述火焰的最高温度大体上出现在所述二次风的所述流场的中心轴线方向及附近。

根据本发明的另一个实施例，一种燃烧粉状固体燃料的燃烧装置包括：一燃烧室；一二次风泵送装置，用于在所述燃烧室内产生大致在一第一方向的一二次风的流场，所述第一方向指向所述燃烧室的出口；用于一供给粉状固体燃料流的一吹管；以与所述第一方向大体相反的一第二方向将所述粉状固体燃料流喷入所述二次风的所述流场的一喷嘴，其中粉状固体燃料流的一回流大体上在所述第一方向上形成，且大体上在所述二次风的所述流场的中心轴线方向及附近；用于点燃所述粉状固体燃料流的一辅助喷嘴。

根据本发明的一个实施例，一燃料流被喷入二次风的流场，其流动方向与所述二次风方向大体相反。所述燃料流的回流在所述燃烧室内形成一稳定区，从而有效延长了所述燃料流在燃烧室内停留的时间，并改善了所述燃料的燃烧。

根据本发明的一个实施例，火焰主要在二次风流场的中心轴线方向及附近或燃烧室中心附近形成，远离燃烧室壁，改善了燃烧室的温度分布。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中燃烧室的示例性剖视图。

图2为本发明的一个实施例中燃烧室的另一示例性剖视图。

图3描绘了本发明的一个实施例中燃烧室内的示例性温度分布。

具体实施方式

通过参考附图，可以更好地理解本发明，而且熟悉本领域的技术人员也将了解本发明的目的和优势。