固體燃料噴燃器和運行方法技術

一種氧?氣態燃料噴燃器(400,500)或固體燃料噴燃器(700)，具有在出口平面(416,516,716)上游和附近的環形腔(404,504,704)，以及位于腔(404,504,704)上游和附近的會聚噴嘴(434,734)或會聚?發散噴嘴(537)。固體燃料噴燃器(700)還優選操作成使得離開第二環帶(730)的氣體的速度小于離開中心導管(710)的氣體的速度。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】相關申請的交叉引用本申請請求享有2014年6月23日提交的美國臨時專利申請序列第62/015,792號的權益，該申請通過引用如完整提出那樣并入本文中。
技術介紹
燃燒系統中的氧的使用作為使燃燒反應的速率相對于在空氣-燃料燃燒中自然發生的速率加速的有效技術在本領域中為人熟知。此燃燒系統和應用由對燃燒可用的時間和/或空間的嚴格限制約束，使得氧單獨使用(與特殊裝置和/或技術的應用分開)可能不足以克服此限制。例如，在使用氧和氣態燃料的極高速度的擴散(即，非預混)火焰的應用中，兩種反應物種類的混合速率可為妨礙完全和/或穩定燃燒的\速率限制\步驟。在此情況下，需要提高反應物混合速率來充分對氧-燃料反應進行\供給\。另一個挑戰性應用在于固體燃料的燃燒，特別是具有極低揮發性的物質如無煙煤和大多數焦炭的那些固體燃料。固體燃料的燃燒中的又一個挑戰性應用在于在固體燃料必須在經歷高速移動的同時燃燒時，且進一步，在一些燃燒必須在很短的反應距離內完成時，如，通常在固體燃料高速噴射到原材料床中時發生的；例如，在形成鐵的化鐵爐或形成鋼的鼓風爐過程中。在一些現有技術的應用中，固體燃料在超過大約100m/sec的速度的流中輸送。此高速流大體上需要過高的輸送氣體壓力，導致很高的成本和功率需求，且此外，導致輸送通路的壁的很快侵蝕。此外，當高速固體燃料從輸送通路排入燃燒空間中時，由于其高動量，故固體燃料將不能夾帶到高速氧-氣體火焰中，且因此將不能按需要在可允許的時間內和可允許的距離內充分加熱、點燃和燃燒。已經存在使用剪切層的腔促動的混合來提高高速流中的燃燒速率的嘗試。在一個此類現有技術的系統中，腔置于初始燃料和氧化劑混合(氧化劑為空氣)的位置下游。在在另一個現有技術的系統中，燃料噴射到腔上游的空氣流中。盡管基于申請人對此類系統的可能的操作溫度的分析，這些系統似乎加強氧化劑與燃料的混合，但腔位于氧化劑和燃料的初始混合處下游將在其中進行混合的導管內導致很高溫度，在一些情況下，導致顯著高于大多數市售鋼的最高使用溫度的溫度。因此，現有技術的腔促動的混合構造將在許多應用中不可行。因此，需要改善的燃燒系統，其在挑戰性應用中提供更完整和/或穩定的燃燒，如上文所述的那些，同時在可接受的溫度極限內操作。
技術實現思路
提供該概述來以簡化形式介紹本專利技術的一組方面，這將在以下詳細描述中進一步描述。方面1.一種用于燃燒固體燃料的噴燃器，包括：第一環形導管，其與環形氣體的供應處于流體流連通，環形氣體包括氧和氣態燃料中的一者，第一環形導管操作性地構造成以環形氣體速度排出環形氣體，第一環形導管具有第一內壁和第一外壁；中心導管，其位于第一環形導管內且與中心氣體的供應處于流體流連通，中心氣體包括氧和氣態燃料中的另一者，中心導管操作性地構造成以中心氣體速度排出中心氣體，中心導管具有中心外壁；以及第二環形導管，其與輸送氣體混合物的供應處于流體流連通，輸送氣體混合物包括固體燃料和輸送氣體，第二環形導管包繞第一環形導管且操作性地構造成以固體燃料速度排出輸送氣體混合物；其中，中心氣體速度為至少大約50米每秒；以及其中，固體燃料速度小于中心氣體速度。方面2.根據方面1的噴燃器，其中，中心氣體速度為至少1馬赫。方面3.根據方面1-2中的任一方面的噴燃器，其中，中心氣體由氧構成，且環形氣體由氣態燃料構成。方面4.根據方面1-2中的任一方面的噴燃器，其中，中心氣體由氣態燃料構成，且環形氣體由氧構成。方面5.根據方面1-4中的任一方面的噴燃器，還包括形成在包含腔的壁中的腔，包含腔的壁為中心外壁、第一內壁和第一外壁中的至少一者；其中，中心導管具有限定出口平面的下游端；以及其中，腔具有下游壁，其位于出口平面的附近且在其上游的非零距離處。方面6.根據方面5的噴燃器，其中，腔具有長度、深度和限定為長度除以深度的縱橫比，深度為包含腔的壁界定的液壓直徑的至少10%，縱橫比為1到10。方面7.根據方面6的噴燃器，其中，腔具有1到4的縱橫比。方面8.根據方面6-7中的任一方面的噴燃器，其中，腔還包括上游壁和底壁，且其中，長度為上游壁和下游壁之間的距離，且其中，深度為上游壁和下游壁中的一者的高度。方面9.根據任一方面的噴燃器，其中，包含腔的壁為中心外壁。方面10.根據方面9的噴燃器，其中，中心氣體速度大于環形氣體速度。方面11.根據方面5-10中的任一方面的噴燃器，其中，腔連續地延伸穿過包含腔的壁的360度圓周。方面12.根據方面5-10中的任一方面的噴燃器，其中，腔包括沿包含腔的壁的360度圓周間隔開的多個腔。方面13.根據方面1-12中的任一方面的噴燃器，還包括形成在中心外壁中的腔；其中，中心導管具有限定出口平面的下游端；且其中，腔位于出口平面的附近且在其上游的非零距離處；以及其中，第一環形導管和第二環形導管各自具有相對于出口平面在非零距離處的間隔開的出口端。方面14.根據方面1-13中的任一方面的噴燃器，還包括位于腔的上游和附近的會聚噴嘴。方面15.根據方面1-13中的任一方面的噴燃器，還包括位于腔的上游和附近的會聚-發散噴嘴。方面16.根據方面1-15中的任一方面的噴燃器，其中，固體燃料速度小于100米每秒。方面17.一種燃燒固體燃料的方法，包括：(a)使氧和氣態燃料中的一者以至少大約50米每秒的中心氣體速度流過中心導管；(b)使氧和氣態燃料中的另一者以環形氣體速度流過包繞中心導管的第一環形導管；以及(c)使包括固體燃料和輸送氣體的輸送氣體混合物以固體燃料速度流過包繞第一環形導管的第二環形導管，固體燃料速度小于中心氣體速度。方面18.根據方面17的方法，其中，步驟(a)包括使氧和氣態燃料中的一者以至少大約1馬赫的中心氣體速度流過中心導管。方面19.根據方面17-18中的任一方面的方法，其中，步驟(a)包括使氧以至少大約50米每秒的中心氣體速度流過中心導管，且步驟(b)包括使氣態燃料以環形氣體速度流過包繞中心導管的第一環形導管。方面20.根據方面17-19中的任一方面的方法，還包括：(d)使氧和氣態燃料中的一者流過位于包含腔的壁中的腔，腔在中心導管的出口平面的附近且在其上游的非零距離處；其中，包含腔的壁界定中心導管和第一環形導管中的一者。方面21.根據方面20的方法，其中，腔具有長度、深度和限定為長度除以深度的縱橫比，深度為包含腔的壁界定的液壓直徑的至少10%，縱橫比為1到10。方面22.根據方面20的方法，其中，腔具有長度、深度和限定為長度除以深度的縱橫比，深度為包含腔的壁界定的液壓直徑的至少10%，縱橫比在1到4之間。方面23.根據方面20-22中的任一方面的方法，其中，腔位于界定中心導管的壁中。方面24.根據方面20-23中的任一方面的方法，其中，腔連續地延伸穿過包含腔的壁的360度圓周。方面25.根據方面20-23中的任一方面的方法，其中，腔包括沿360度圓周間隔開的多個腔。方面26.根據方面20-25中的任一方面的方法，還包括：(e)使氧和氣態燃料中的一者流過會聚噴嘴，會聚噴嘴位于腔的上游和附近。方面27.根據方面20-26中的任一方面的方法，其中，步驟(e)包括使氧和氣態燃料中的一者流過會聚-發散噴嘴，會聚-發散噴嘴位于腔的上游和附近。方面28.根據方面17-27中的任一方面的方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于燃燒固體燃料的噴燃器，包括：第一環形導管，其與環形氣體的供應處于流體流連通，所述環形氣體包括氧和氣態燃料中的一者，所述第一環形導管操作性地構造成以環形氣體速度排出所述環形氣體，所述第一環形導管具有第一內壁和第一外壁；中心導管，其位于所述第一環形導管內且與中心氣體的供應處于流體流連通，所述中心氣體包括氧和氣態燃料中的另一者，所述中心導管操作性地構造成以中心氣體速度排出所述中心氣體，所述中心導管具有中心外壁；以及第二環形導管，其與輸送氣體混合物的供應處于流體流連通，所述輸送氣體混合物包括固體燃料和輸送氣體，所述第二環形導管包繞所述第一環形導管且操作性地構造成以固體燃料速度排出所述輸送氣體混合物；其中，所述中心氣體速度為至少大約50米每秒；以及其中，所述固體燃料速度小于所述中心氣體速度。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.06.23 US 62/0157921.一種用于燃燒固體燃料的噴燃器，包括：第一環形導管，其與環形氣體的供應處于流體流連通，所述環形氣體包括氧和氣態燃料中的一者，所述第一環形導管操作性地構造成以環形氣體速度排出所述環形氣體，所述第一環形導管具有第一內壁和第一外壁；中心導管，其位于所述第一環形導管內且與中心氣體的供應處于流體流連通，所述中心氣體包括氧和氣態燃料中的另一者，所述中心導管操作性地構造成以中心氣體速度排出所述中心氣體，所述中心導管具有中心外壁；以及第二環形導管，其與輸送氣體混合物的供應處于流體流連通，所述輸送氣體混合物包括固體燃料和輸送氣體，所述第二環形導管包繞所述第一環形導管且操作性地構造成以固體燃料速度排出所述輸送氣體混合物；其中，所述中心氣體速度為至少大約50米每秒；以及其中，所述固體燃料速度小于所述中心氣體速度。2.根據權利要求1所述的噴燃器，其特征在于，所述中心氣體速度為至少1馬赫。3.根據權利要求1所述的噴燃器，其特征在于，所述中心氣體由氧構成，且所述環形氣體由氣態燃料構成。4.根據權利要求1所述的噴燃器，其特征在于，所述中心氣體由氣態燃料構成，且所述環形氣體由氧構成。5.根據權利要求1所述的噴燃器，其特征在于，還包括形成在包含腔的壁中的腔，所述包含腔的壁為所述中心外壁、所述第一內壁和所述第一外壁中的至少一者；其中，所述中心導管具有限定出口平面的下游端；以及其中，所述腔具有下游壁，其位于所述出口平面的附近且在其上游的非零距離處。6.根據權利要求5所述的噴燃器，其特征在于，所述腔具有長度、深度和限定為所述長度除以所述深度的縱橫比，所述深度為所述包含腔的壁界定的液壓直徑的至少10%，所述縱橫比為1到10。7.根據權利要求6所述的噴燃器，其特征在于，所述腔具有1到4的縱橫比。8.根據權利要求6所述的噴燃器，其特征在于，所述腔還包括上游壁和底壁，且其中，所述長度為所述上游壁和所述下游壁之間的距離，且其中，所述深度為所述上游壁和所述下游壁中的一者的高度。9.根據權利要求5所述的噴燃器，其特征在于，所述包含腔的壁為所述中心外壁。10.根據權利要求9所述的噴燃器，其特征在于，所述中心氣體速度大于所述環形氣體速度。11.根據權利要求5所述的噴燃器，其特征在于，所述腔連續地延伸穿過所述包含腔的壁的360度圓周。12.根據權利要求5所述的噴燃器，其特征在于，所述腔包括沿所述包含腔的壁的360度圓周間隔開的多個腔。13.根據權利要求1所述的噴燃器，其特征在于，還包括形成在所述中心外壁中的腔；其中，所述中心導管具有限定出口平面的下游端；且其中，所述腔位于所述出口平面的附近且在其上游的非零距離處；以及其中，所述第一環形導管和所述第二環形導管各自具有相對于所述出口平面在非零距離處的間隔開的出口端。14.根據權利要求5所述的噴燃器，其特征在于，還包括位于所述腔的上游和附近的會聚噴嘴。15.根據權利要求5所述的噴燃器，其特征在于，還包括位于所述腔的上游和附近的會聚-發散噴嘴。16.根據權利要求1所述的噴燃器，其特征在于，所述固體燃料速度小于100米每秒。17.一種燃燒固體燃料的方法，包括：(g)使氧和氣態燃料中的一者以至少大約5...

【專利技術屬性】
技術研發人員：MD達戈斯蒂尼，AV塞恩，A古哈，
申請(專利權)人：氣體產品與化學公司，
類型：發明
國別省市：美國;US