[发明专利]固体燃料喷燃器

说明书

与相关申请的交叉引用

本申请要求2014年1月7日提交的美国临时申请No. 61/924,272的优先权，该申请通过引用而整体地结合在本文中。

技术领域

本申请涉及燃烧固体燃料与氧的喷燃器。

背景技术

部分地由于固体燃料的易挥发物质含量是可变的，所以固体燃料可能是难以在流动的流中点燃的燃料。因此，典型地，固体燃料会经历显著的点燃延迟，这会引起基本与燃料喷嘴分开的火焰前锋。这是内在地不稳定的情形，这种情形可导致高水平的未燃烧碳、不稳定的过程加热状况(热传递、熔化等)，而且可能导致火焰熄灭，这可导致燃烧非常迅速且不安全地退化。

具有一种能够形成附连到喷燃器末端上的固体燃料火焰的喷燃器是合乎需要的。这是最大程度地提高热传递、碳燃尽和火焰稳定性的内在地合乎需要的状况。

发明内容

描述一种氧-固体燃料喷燃器的实施例，它具有上游区段、中间区段和下游区段。固体燃料管道延伸通过中间区段和下游区段，以运送处于运送气体中的固体燃料的混合物，固体燃料管道在下游区段中比在中间区段中具有更大的横截面积。管状燃料分离器在下游区段中定位在固体燃料管道内，燃料分离器由入口平面和出口平面限制，燃料分离器将燃料管道分成具有横截面积的内部喷嘴和具有横截面积的外部环形喷嘴中，其中，在出口平面处测量的外部喷嘴的横截面积与内部喷嘴的横截面积的比大于1。

另一方面，喷燃器可进一步包括定位在外部喷嘴内的至少一个燃料楔形件，燃料楔形件具有上游顶点，以及与燃料分离器的出口平面对齐的下游基部。优选地，至少两个且不超过六个燃料楔形件定位在外部喷嘴内。

另一方面，环形氧管道至少在中间区段中包围固体燃料管道。

另一方面，喷燃器可进一步包括在下游区段中从环形固体燃料管道沿径向向外延伸的至少一个氧楔形件，氧楔形件具有上游顶点，以及与燃料分离器的出口平面对齐的下游基部。氧楔形件可为包围环形固体燃料管道的一个连续楔形件。

另一方面，喷燃器可进一步包括在喷燃器的上游区段中的主燃料管道，主燃料管道用于使固体燃料和一级运送气体在喷燃器的中间区段中流到固体燃料管道，其中，中间区段和下游区段同轴，并且限定喷燃器轴线，并且上游区段限定固体燃料入口轴线，固体燃料入口轴线相对于喷燃器轴线偏移大约30°至大约60°的角。在一个变型中，喷燃器可进一步包括管状固体燃料和一级(primary)运送气体管道，管状固体燃料和一级运送气体管道沿着固体燃料入口轴线延伸到主燃料管道中，并且被主燃料管道包围，管状固体燃料和一级运送气体管道具有用于将固体燃料和一级运送气体提供给喷燃器的入口，以及用以将补充运送气体提供给主燃料管道的补充运送气体入口。

另一方面，在出口平面处测量的外部喷嘴的横截面积与内部喷嘴的横截面积的比为大约1.5至大约6。

另一方面，喷燃器进一步包括燃料阻绊(trip)盘，燃料阻绊盘定位成关于喷燃器轴线对称，并且在燃料分离器的入口平面的上游达一纵向距离，燃料阻绊盘具有径向高度。优选地，燃料阻绊盘和燃料分离器的入口平面之间的纵向距离是燃料阻绊盘的径向高度的大约2倍至大约5倍。由燃料分离器形成的内部环形喷嘴在入口平面处具有径向高度，并且优选地，阻绊盘的径向高度是内部环形喷嘴的径向高度的大约0.25倍至大约0.5倍。在一个变型中，燃料分离器为大体圆柱形形状。在另一个变型中，燃料分离器为大体会聚的平顶圆锥形形状。在又一个变型中，燃料分离器包括大体圆柱形的上游部分和大体会聚的平顶圆锥形下游部分。

描述一种使用喷燃器来燃烧固体燃料和氧的方法，该方法包括提供足够的补充运送气体来将固体燃料和运送气体的混合物的氧浓度提高到大于大约21摩尔%且小于或等于大约50摩尔%。在燃烧方法的一方面，补充运送气体使固体燃料和运送气体的混合物的氧浓度升高到大于大约21摩尔%且小于或等于大约35摩尔%。

提供一种使用喷燃器来运行再生性空气-燃料玻璃熔化炉的方法，炉具有热空气端口，方法包括将至少一个喷燃器定位在热空气端口附近。方法可进一步包括以亚化学计量氧运行喷燃器。在运行方法的一方面，化学计量比为大约0.1至大约0.5。