流体燃料燃烧装置 |
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| 申请号 | CN201380017799.9 | 申请日 | 2013-03-27 | 公开(公告)号 | CN104272023A | 公开(公告)日 | 2015-01-07 |
| 申请人 | 普乐泰克股份公司; 丹尼斯·瑟高; | 发明人 | 丹尼斯·瑟高; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 流体 燃料 燃烧装置，其包括：包括 侧壁 的长形燃烧隔室，其中远侧末端为打开的，容许从所述燃烧隔室内部、离开燃烧隔室的流体连通；隔 热层 ，所述 隔热 层布置于所述侧壁的内表面上和/或燃烧隔室的近侧末端的内表面上，防止燃烧隔室内部的热量从侧壁和/或近侧末端从燃烧隔室 辐射 出；用于提供空气流的气流装置；燃料 喷嘴 ，用于在燃烧隔室内部使流体燃料雾化；燃料进给装置，用于将流体燃料进给至所述燃料喷嘴；压 力 提供装置，用于将压力施加至经由所述燃料进给装置所进给的流体燃料；并且其中所述隔热层包括吸热层，所述吸热层为保温材料并且将热量从吸热层辐射至燃烧隔室中。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种流体燃料燃烧装置，包括： |
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| 说明书全文 | 流体燃料燃烧装置技术领域背景技术[0001] 燃烧器为这样的装置，该装置通常用于通过使用不同种类的燃料(比如煤、木材、气体或油)来生成火焰以加热产品。因此，燃烧器可用来将水加热以提供温水或蒸汽，所述温水或蒸汽可用于加热目的和/或电能生产。 [0002] 近年来，规定燃烧器所必须具有的效率的国家和/或国际规范以及限定污染物的所允许的排放量以便改善空气质量以及以便限制由燃烧所造成的温室气体的排放的国家和/或国际规范已经连续增加。此外，关于燃料燃烧器的最显著的问题之一是燃烧器的效率，特别是当用于燃烧器的燃料利用具有相对低的热值的燃料时，因为低热值可能降低燃烧过程的清洁。 [0003] 关于燃烧器的一个重要问题是，为了获得有效的燃烧，使燃料在预定温度条件下燃烧是重要的，所述预定温度对于特定种类的燃料而言是最佳的。可能导致燃烧过程的清洁降低的因素之一是，燃烧器的室可能被构造成使得所述室内部的温度有所不同，亦即其中所述室内部的某一体积可能会具有比所述室内部的其它体积更低的温度。这意味着，在燃烧器的更低温度的体积中，燃烧过程没有所述室的另一体积那么有效，所述另一体积为最有效的，因为它具有适当的温度。 [0004] 燃烧器通常被构造成使得燃烧器的壁限定燃烧室。关于燃烧室的一个常见问题是，所述室的外围区域(亦即靠近所述壁的区域)比所述室的中心区域更凉。更凉的区域可能起因于许多不同的原因，比如所述壁的隔热效果差或者所述室内部的火焰相对于所述室的尺寸的大小。当燃烧器为流体燃烧器时，可能更是如此，在流体燃烧器中燃料为呈液态和/或气态形式的、基于碳氢化合物的燃料。这意味着，所述室可被填充以燃料蒸气(其在所述室内部扩散)，并且所述室内部的不同的温度意味着，所述蒸气中的某些可能在比另一些更低的温度条件下燃烧，并因此降低燃烧效率，因为并不是流体燃料的所有的分子都被焚化。所述室内部的不同的温度意味着，碳氢化合物中的某些可能在未被完全地焚化的情况下(亦即被部分地焚化)从燃烧室漏出，并且燃烧器的效率可能会降低。 [0005] 当基于碳氢化合物的燃料可能为可能具有低热值的燃料混合物的部分时(亦即其中燃料未被很好地燃烧)，效率降低是特别明显的。具有低热值的燃料混合物可为具有低热值和高水分含量或者水分含量达到40％的废弃材料。传统燃烧器未被很好地装备成使这样的燃料混合物焚化，并且通过尝试使混合物燃烧，将导致大量的烟灰和/或NOx颗粒。 [0006] 美国专利申请2005/0048426A1示出了使用高压涡流空气的气化燃烧器。燃烧室的内表面由比如陶瓷的耐火材料构成，以使得通过将外部与内部隔离而防止从燃烧室向燃烧器的壳体所进行的热传导。 [0007] 因此，需要一种具有相对清洁的排放物的燃烧器装置，所述燃烧器装置具有均匀的温度并且使流体燃料有效地焚化，其中在燃烧器的燃烧室内可基本保持特定的流体燃料混合物的最佳焚化温度。发明内容 [0008] 根据本发明，提供一种流体燃料燃烧装置，其包括：长形燃烧隔室，所述长形燃烧隔室包括具有外表面和内表面的侧壁，所述外表面和内表面限定所述燃烧隔室的径向外围，所述燃烧隔室具有沿纵向方向从燃烧隔室的近侧末端延伸至远侧末端的中心轴线，其中所述远侧末端为打开的，容许从燃烧隔室内部离开燃烧隔室的流体连通；气流装置，用于沿平行于燃烧隔室的中心轴线的方向、沿从燃烧隔室的近侧末端朝向远侧末端的方向提供空气流；燃料喷嘴，用于在燃烧隔室内部使流体燃料雾化；燃料进给装置，用于将流体燃料进给至所述燃料喷嘴；压力提供装置，用于将压力施加至经由所述燃料进给装置所进给的流体燃料；隔热层，所述隔热层在径向上布置于所述燃烧隔室的中心轴线和燃烧隔室的侧壁之间，沿从燃烧隔室的中心轴线朝向侧壁的方向降低了热传递；其中所述流体燃料燃烧装置进一步包括吸热层，所述吸热层在径向上布置于所述燃烧隔室的中心轴线和隔热层之间，使得在燃烧隔室内所生成的热能能够被吸收并且能够在燃烧隔室和吸热层之间已经达到热平衡时被沿朝向中心轴线的方向辐射返回至燃烧隔室中。 [0009] 通过确保燃烧隔室的侧壁均设置有吸热层和隔热层，降低了通过燃烧装置的壁从燃烧隔室内部的热量的热耗散。因此，可以确保的是，燃烧隔室和/或燃烧室内部的内体积具有均匀分布的温度，其中隔室的中心区域的体积具有与靠近侧壁的那些部分类似的热特征。 [0010] 此外，保温吸热层在燃料燃烧/灼烧期间能够升温至与燃烧隔室内部的温度大致相等的温度。这意味着，吸热材料可进一步用来将热量从吸热材料放射至燃烧隔室中，以使得在隔室的内体积和吸热层之间的温差最小。这确保了隔室的内表面面积在燃烧隔室内部不提供“冷的”或更凉的区域，确保在隔室内部燃烧的燃料跨过燃烧隔室的整个横截面直径在大致相同的温度条件下燃烧。 [0011] 吸热层可能被在燃烧隔室内部所生成的热量加热。这意味着，当燃烧隔室的体积达到一定温度时，吸热层将升温直至它达到与燃烧隔室大致相同的温度，并且吸热层将会将热量辐射返回至燃烧隔室。因此，当吸热材料将达到与燃烧隔室中的温度接近或大致相同的温度时，在吸热材料和燃烧隔室之间将会发生热传递的平衡，亦即当热量从吸热层被辐射至燃烧隔室中时，燃烧隔室将会将热能传递返回至吸热层，以便使吸热层保持它的温度。 [0012] 隔室内部的均匀的温度结合雾化喷嘴确保了被注射至隔室中的绝大部分燃料颗粒在大致相同的温度条件下燃烧，这确保了当隔室内部的温度处于预定最佳温度时没有颗粒被仅仅部分地燃烧。对于特定类型的燃料，所述预定温度可为大致1000℃，然而最佳温度可在600至1400℃之间变化、或者根据EU规范指令为至少800℃或更高，其中可根据反复试验以及对排出气体中的废物含量的测量选择特定类型的燃料的最佳温度。若温度超过大约1150℃，则氧化作用可能开始产生显著地更多的NOx颗粒(其为不希望的)，其中1150℃的温度可为燃烧装置的上限。 [0013] 因此，当隔室内部的、对于特定类型的燃料的预定温度为大致1000℃并且燃烧隔室的中心区域内部的燃料在大约1000℃的条件下氧化时，布置于隔室的径向外围区域中的热绝缘材料处于大约相同的温度，确保了从隔室的横截面直径的中心区域至外围区域的整个体积处于大致相同的温度。 [0014] 热绝缘材料的吸热层可能被燃烧隔室内部的燃烧加热至它的温度，并且因此热绝缘材料的温度将不会超过燃烧温度。然而，在燃烧过程期间，热绝缘材料将从燃烧隔室吸收热量直至达到最大温度。当达到最大温度时，热绝缘材料可供应从热绝缘材料放射至燃烧隔室中的辐射热。 [0015] 热绝缘材料可保持一定的温度水平，该温度水平可稍微低于燃烧隔室内部的温度，其中温度可低大约0.01-5％，确保了在燃烧隔室的任一中心区域与隔室的内壁之间存在最小温差。 [0016] 吸热层可为蓄能材料，以使得隔室的侧壁进一步将热量提供至隔室的侧部。可使隔室内部的热量比获得最佳燃烧所需要的更高，以确保在隔室的内壁处的热量至少像获得最佳温度所需要的那么高。 [0017] 此外，燃烧装置可进一步包括热传递降低层或隔热材料，其设置于相对于吸热材料的径向向外的位置中，亦即设置于吸热材料的、背离燃烧隔室的表面处。所述热传递降低层确保了由吸热材料所吸收的热量不被沿远离燃烧室的方向容易地传递，亦即热传递降低层降低了从吸热层、离开燃料燃烧装置的热传递。 [0018] 在本发明的意义内，可将术语“吸热层”的含义视为由具有高热导率的材料所构成的层，或者所述热导率在800℃的条件下大约介于1.2至3.05W/m·K ASTM C182之间。更具体地所述热导率在800℃的条件下可介于1.3至2.5W/m·K ASTM C182之间，甚至更具体地在800℃的条件下介于1.5至2.4W/m·K ASTM C182之间。 [0019] 在本发明的意义内，可将术语“隔热层”的含义视为由具有低热导率的材料所构成的层，或者所述热导率在800℃的条件下大约介于0.1至0.5W/m·K ASTM C182之间。更具体地所述热导率在800℃的条件下可介于0.1至0.35W/m·K ASTM C182之间，甚至更具体地在800℃的条件下介于0.15至0.24W/m·K ASTM C182之间。 [0020] 在本发明的意义内，可将术语“热绝缘材料”理解为至少一层吸热材料，以及至少一层隔热材料。 [0021] 燃料喷嘴可被布置成靠近隔室的纵向轴线或中心轴线，亦即布置于隔室的径向中枢处，以使得当沿任何方向测量时从侧壁至喷嘴的距离大致相同。这意味着，当燃料在隔室内部雾化时，火焰将大致沿隔室的整个横截面直径分布，并且燃料可在离开喷嘴的任何径向距离处氧化。在压力下将燃料注射至隔室中，确保了燃料颗粒沿远离喷嘴的径向和/或纵向方向均匀地分布。燃料喷嘴确保了燃料颗粒与通过进气口所引入的空气混合，以便在燃料被注射至隔室中时增加燃料的表面面积。 [0022] 在一个替代实施例中，燃烧器可设置有一个以上的喷嘴，亦即两个、三个、四个或更多个喷嘴，其中必须将喷嘴的数量调节成使得雾化的燃料在隔室内部的分布为大致均匀的，从而使得燃料可在隔室内部的任何径向位置处被燃烧而不存在未在最佳温度条件下执行燃烧的风险。 [0023] 为了确保从开始就在均匀的预定温度下执行燃烧过程，可使用点火元件对隔室的内体积进行预先加热。可进行这一点以确保当燃料开始流入隔室中且燃料开始燃烧时，温度尽可能接近预定温度，以便确保燃烧在整个燃烧过程中尽可能为最佳的。 [0024] 在隔室内部提供空气流，其中空气流可从近侧末端朝向打开的末端延伸，并且空气流的量可用来与燃料流一同控制隔室内部的温度，以及用来为燃烧过程提供氧源。空气可在它被注射至隔室中之前被预先加热，以使得空气流并不降低隔室内部的温度。然而，为了降低隔室内部的温度，可在不进行预先加热的情况下将空气引入隔室中并且空气的相对较低的温度可能影响隔室内部的、要被降低的温度。 [0025] 因此，通过在流体燃料燃烧装置的燃烧室内部具有均匀的温度，燃烧装置可使尽可能多的碳氢化合物燃烧，并因此尽可能降低碳氢化合物的污染。这样的流体燃料燃烧装置可具有清洁的燃烧，其中燃料基本为基于碳氢化合物的燃料，但是燃烧装置并不降低重金属、氯、硫磺等等的量，并且可能必须使用另外的清洁方法降低所述这些成分，所述另外的清洁方法可在燃料燃烧过程之后。 [0026] 在一个实施例中，燃烧装置可设置有点火元件，用于将燃烧隔室的内体积加热至预定温度以及用于点燃燃烧隔室内部的雾化的流体燃料。 [0028] 在本发明的一个实施例中，可将压力提供装置构造成施加1-5巴的、或更具体地1.1-3巴的或者更具体地1.5-2巴的压力。这意味着，燃料被经由喷嘴注射至隔室中时的压力相对较低。这确保了被注射至隔室中的任何燃料颗粒并不以可能超过点燃颗粒所花费的时间的速度行进，亦即确保了颗粒不在未被焚化/氧化的情况下穿过火焰。 [0029] 在本发明的一个实施例中，所述长形燃烧隔室可具有：具有第一横截面直径的内表面区域，以及具有第二横截面直径的第二内表面区域，其中所述第一横截面直径小于所述第二横截面直径。这意味着，隔室可被分成两个室，所述两个室均由内表面的横截面直径限定，其中所述室中的一个可为燃烧室，而第二室可为排出室，反之亦然。将隔室分成两个室意味着，当空气流从一个室传递至另一个室时隔室内部的压力可能随着体积的增加或减少而改变。这一点使得气体能够膨胀或压缩，这可能对气体的能量提取具有有利影响，以为第二介质(比如锅炉中的水或蒸气)提供加热装置。根据热力学，膨胀的气体在温度方面通常下降，而被压缩的气体在温度方面通常上升。该原理可用来控制排出气体的温度。 [0030] 在本发明的一个实施例中，从第一横截面直径至第二横截面直径的过渡可沿从近侧末端朝向远侧末端的方向具有预定梯度。这意味着，所述过渡可为从第一横截面直径至第二横截面直径渐变的，以使得在所述室内部不存在使空气流或排出气体停止的表面区域(如横截面直径之间的过渡为瞬间的的情况下那样)。具有渐变的过渡可暂时地使空气流或排出气体减速，因为梯度增加了单个分子可能必须行进的距离，以使得梯度将有利地影响整个空气流的速度。隔室内部的整个空气流将在空气流被引导通过减小的直径时加速并且将在空气流被引导通过增加的直径时减速。若梯度太陡(亦即过渡在较短的距离上发生，比如＞45°)，则过渡可能在空气流中引起湍流，这可能降低燃烧隔室的效率。 [0031] 所述第一和第二横截面直径可沿隔室的预定长度均匀地延伸。其中第一横截面直径可延伸3至7米，和/或第二横截面直径可延伸0.5至2米。 [0032] 在本发明的一个实施例中，所述长形燃烧隔室可具有：具有第一横截面直径的第一直角圆柱体体积以及具有第二横截面直径的第二直角圆柱体体积，所述第二横截面直径小于第一横截面直径。 [0033] 在本发明的一个实施例中，燃烧隔室的近侧末端的内表面面积可包括燃料喷嘴以及风机出风口，确保了空气供给包围燃料喷嘴，以沿平行于隔室的纵向轴线的方向进给氧。这意味着可从近侧末端沿朝向远侧末端的方向将空气流引导通过燃烧隔室的整个体积，并且这使得空气流能够经由打开的远侧末端离开隔室。因此，整个隔室可用来使流体燃料燃烧，其中隔室的近侧部分被用来点燃燃料和/或使燃料燃烧，而远侧部分可用来进行燃烧和/或经由远侧末端将排出气体释放至锅炉或任何类型的能量转换器中。 [0034] 在本发明的一个实施例中，燃料进给装置可包括燃料循环装置，所述燃料循环装置包括：燃料箱，来自所述燃料箱的输出管道，至所述燃料箱中的输入管道，用于使所述流体燃料循环的驱动装置，用于调节所述燃料循环装置内部的压力的调节阀，以及用于增加所述燃料循环装置内部的流体燃料的量的流体输入装置。燃料循环装置使待燃烧的燃料从燃料箱循环至输出管道中，其中输出管道可连接至比如泵的驱动装置，所述泵将燃料从输出管道泵送至输入管道中，以使得燃料可循环离开燃料箱并循环返回至燃料箱中。输出管道或输入管道可与用于使流体燃料燃烧的装置的雾化喷嘴处于流体连通，以使得燃料循环装置可将一定量的燃料传递至燃烧装置，但是其中使任何过量的燃料再循环至燃料箱中。 [0035] 根据本发明所述的燃烧装置具有压力提供装置，用于将压力施加至要被经由喷嘴注射至隔室中的燃料。所述压力提供装置可设置于在喷嘴和燃料循环装置之间的流体连通路径中，以使得在输入和/或输出管道内部的压力必须超过由压力提供装置所施加的压力，从而使得燃料可开始流入雾化喷嘴中。可使用调节阀调节循环系统内部的压力，其中使所述调节阀闭合以便增加燃料循环装置内部的压力以及打开所述调节阀以便减小燃料循环装置内部的压力。此外，可使用驱动装置调节压力，其中流量的增加可增加压力而流量的减少可降低压力。更进一步地，可通过使用流体输入装置增加流体来增加循环系统内部的流体含量从而控制燃料循环装置内部的压力。 [0036] 在本发明的一个实施例中，燃烧装置可进一步包括氧测量装置和/或压力测量装置，所述氧测量装置布置于燃烧隔室中。所述测量装置可布置于燃烧隔室的打开的远侧末端的附近。氧测量装置、压力测量装置(其可布置于隔室的打开的远侧末端的附近)被用来测量排出气体的氧含量和压力。所得到的测量结果可用来控制燃料循环装置内部的压力，以使得氧含量和/或压力方面的任何变化可用来通过控制调节阀和/或流体摄入量而增加或减少燃料循环装置内部的压力。因此，所述测量结果可由于燃料循环装置内部的压力的变化而用来控制进入雾化喷嘴中的流体燃料的流量，亦即当排出气体中的氧含量水平下降时，可使燃料循环装置中的压力水平下降以减少进入喷嘴中的燃料的流量，反之亦然。 [0037] 在本发明的一个实施例中，压力和/或氧测量装置可具有对调节阀的至少部分控制。 [0038] 在本发明的一个实施例中，压力和/或氧测量装置可控制由气流装置所提供的空气的量。 [0039] 在本发明的一个实施例中，燃料循环装置可为封闭的循环系统。这意味着，当燃料循环装置处于操作中并且所有阀和进口为闭合的时，燃料仅可以使用燃料进给装置离开燃料循环装置。这意味着，当所述循环系统关闭时，燃料循环装置的内体积为恒定的。 [0040] 在本发明的一个实施例中，循环系统可设置有热交换器，所述热交换器可用来在流体燃料循环时使流体燃料升温、保持流体燃料的温度或使流体燃料降温。热交换器可用来控制流体燃料的粘度，特别是当流体燃料为液态形式时，其中液体的粘度可能对燃料循环装置内部的流速以及此外对进入雾化喷嘴中的流速具有一定影响。此外，热交换器可用来为流体燃料实施最佳温度，其中流体燃料的温度可能对燃料在被注射至燃烧隔室中时的可燃性具有一定影响。 [0041] 在本发明的一个实施例中，流体输入装置可包括水输入装置，用于将液态水引入燃料循环装置中。液态水可用来通过增加封闭体积内部的流体的量而增加燃料循环装置内部的压力。此外，液态水可用来改变流体燃料的粘度，特别是当流体燃料为液态时。当水被引入燃料循环装置中时，水可进一步充当循环系统内部的管道的润滑物质(亦即水将在管道的内表面上形成膜)，并且有助于燃料通过燃料循环装置的管道的运动。 [0042] 在一个实施例中，可将水引入燃料进给装置中。通过将水引入燃料进给装置中，可以增加燃料的水分含量以便控制燃烧室内部的温度。水分含量的增加确保了在隔室内部所进行的燃料燃烧在与其中水分含量更少的情况相比更低的温度条件下燃烧，亦即若燃烧隔室内部的温度增加至预定水平以上，可将水引入燃料进给装置中，以使得水被进给至燃烧室中并且限制燃烧室内部的温度。 [0043] 本发明进一步包括一种再用于使流体燃料燃烧的装置中控制流体燃料的流量的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有近侧封闭末端和远侧打开末端的长形燃烧室；沿从所述近侧封闭末端至所述远侧打开末端的方向提供空气流；在所述长形燃烧室内部提供雾化的燃料流；点燃所述长形燃烧室内部的所述雾化的燃料；测量所述燃烧装置的排出气体的氧含量；根据排出气体的氧含量和/或压力调节空气流量；以及根据排出气体的氧含量和/或压力调节燃料流量。这意味着，排出气体在控制通过燃烧装置的燃料流量和/或空气流量方面具有一定的输入，其中燃料的燃烧效率适于调节空气/燃料混合物。因此，当排出气体具有过低的氧含量时，这表明燃料可能未被在最佳空气/燃料混合物条件下燃烧并且可减少燃料流量和/或可增加空气流量。该调节使混合物最佳化，并且确保了燃料被最佳地燃烧，以使得排出气体利用最佳量的、存在于流体燃料中的碳氢化合物。 [0044] 在本发明的一个实施例中，若氧含量下降至第一预定百分率氧含量水平以下，则可增加空气流量。当氧含量下降时，这可能表明在燃烧过程期间氧被以过高的速率消耗(亦即燃烧效率过低)，并且通过增加空气流量，使针对燃烧所进给的氧处于更有效的水平。此外，在以上情况中，可替代地命令燃烧装置减少燃料流量，以使得燃料含量下降至空气流量，从而使得将空气/燃料混合物调节至最佳水平。 [0045] 在本发明的一个实施例中，若氧含量超过第二预定百分率氧含量水平，则可增加燃料流量。如果氧含量超过特定的预定氧含量水平，这表明没有足够的燃料被以空气流的流速燃烧，亦即在燃烧装置中燃烧并没有尽可能多地利用氧。因此，通过增加燃料流量，可以通过将燃料进给至燃料/空气混合物中而使燃烧更有效。此外，在以上情况中，可替代地命令燃烧装置减少空气流量，以使得空气含量下降至燃料流量，从而使得将空气/燃料混合物调节至最佳水平。 [0046] 在本发明的一个实施例中，所述方法可进一步包括测量燃烧装置的排出气体的压力的步骤。 [0047] 在本发明的一个实施例中，若排出气体的压力超过第一预定压力水平，则可减少空气流量。 [0048] 在本发明的一个实施例中，若排出气体的压力下降至预定压力水平以下，则可增加空气流量。 [0049] 空气流量可用来控制锅炉中所需的能量，其中所述锅炉可将从燃料燃烧装置排出的热量转化成比如沸水的二次能量，亦即若锅炉内部的压力降低，则可增加空气流量以便增加燃料燃烧装置的能量生产，亦即可将空气流量视为“加速踏板(gas pedal)”，其控制燃料燃烧装置的能量输出。如果锅炉内部的压力增加，则可减少空气流量以使锅炉的压力降低。根据本发明，可使用其它类型的能量转换器将来自燃料燃烧装置的热能转换成不同形式的能量。附图说明 [0050] 以下将参考附图对本发明进行具体地解释说明，其中： [0051] 图1为根据本发明的用于使流体燃料燃烧的装置的剖视图； [0052] 图2为根据本发明的用于使流体燃料燃烧的装置的示意图，其中所述装置包括燃料循环装置； [0054] 图4示出用于使流体燃料燃烧的装置1的、沿图1中的轴线IV-IV所剖开的剖视图；以及 [0055] 图5a-c示出根据本发明的装置的侧壁的温度曲线图。 具体实施方式[0056] 图1示出根据本发明的用于使流体燃料燃烧的装置1的剖视侧视图。装置1具有燃烧隔室2，其中隔室2被用来使流体燃料燃烧。可将燃烧隔室2分成焚烧/燃烧室3以及排出室5，其中在焚烧/燃烧室3中执行燃料的实际燃烧，所述排出室5使得由燃烧所产生的排出气体能够离开装置1。燃烧室3可具有第一横截面直径，该第一横截面直径大于排出室5的第二横截面直径，其中从第一横截面直径至第二横截面直径的过渡在过渡室/体积4中为渐变的。 [0057] 燃烧室具有近侧末端6以及远侧末端7，其中近侧末端6具有封闭的末端8，并且远侧末端7具有打开的末端9。在本发明的意义内，与燃烧隔室的末端有关的术语“打开的”和“封闭的”分别表示在燃烧隔室2内部的内含物不能离开所述封闭的末端，以及内含物能够从所述打开的末端离开。以上术语并不排除比如空气、燃料、催化剂等等的外来成分可经由打开的和/或封闭的末端而作为燃烧过程中的燃料或者为了改善燃烧过程而引入所述室中。 [0058] 可用第一热绝缘材料10和/或第二热绝缘材料11作燃烧隔室2的侧壁12的内衬，其中热绝缘材料10、11确保了通过侧壁12的热损失尽可能小。所述第一热绝缘材料为吸热材料10，并且所述第二热绝缘材料为隔热层。此外，隔室2的封闭的近侧末端8可设置有一层或多层热绝缘材料，比如第一层13和/或第二层14和/或第三层15，其中所述层确保了使通过隔室2的封闭的近侧末端8的热损失最小化，其中所述第一层可为吸热层13，而第二层14和第三层15可为隔热层。因此，通过使侧壁和封闭的近侧末端8隔热，在燃烧隔室内部所生成的热量实际上仅仅可以经由隔室的打开的远侧末端9离开燃烧隔室，并且在隔室2内部所生成的热量可被用来为比如热水锅炉或类似物的能量转移单元(未示出)提供动力。由于用吸热材料10和隔热材料11作燃烧室的侧壁12的内衬，将存在通过侧壁的一定的热损失，并且热损失被作为示例显示于图5a-5c中。 [0059] 隔室2的封闭的近侧末端8设置有进气口16和燃料喷嘴17，其中燃料喷嘴将流体燃料18喷射/注射至燃烧室3的内体积中，并由此使得燃烧室3内部的燃料雾化(aerate)。燃料喷嘴经由燃料进口23与燃料箱(未示出)处于流体连接，所述燃料进口23可进一步连接至压力提供装置(未示出)，所述压力提供装置确保了在压力下将燃料引入所述室中。 进气口16将空气流19引入燃烧室中，以使得空气19从封闭的近侧末端8朝向打开的远侧末端9流入。空气流在此示例性燃烧隔室中表示，空气19在燃烧室3的第一横截面直径内部沿箭头A的方向流动，而空气在过渡室4中沿箭头B的方向汇聚，直至它经由排出室5沿箭头C的方向在更高的压力下离开隔室，所述更高的压力是由于空气在过渡室中的汇聚而造成的。 [0060] 最初在燃烧装置的启动期间，将燃烧隔室2加热至预定温度，以便确保流体燃料的最初的燃烧在最佳温度条件下发生，这确保了燃烧为尽可能最佳的，亦即当燃料18被经由雾化喷嘴17注射至燃烧室3中时，流体燃料的大部分(如果不是全部)碳氢化合物被燃烧。可按各种方法进行对隔室的加热，其中用于加热隔室2的方法之一是点燃点火元件20，所述点火元件20可具有双重功能，即点火元件20适于点燃被注射至隔室2中的流体燃料，并且适于在燃料的初始点燃之前对燃烧隔室的内部进行加热。 [0061] 燃烧隔室2可由由钢或其它类型的金属所构成的外壳21限定，所述外壳21形成用于按吸热层和隔热层的形式铺设热绝缘材料10、11的基础，其中所述热绝缘材料可布置于外壳21的内表面上和/或外壳21的外表面上。内部热绝缘材料10可为一层吸热材料，所述吸热材料从燃烧室内部的氧化作用吸收热量，而外部热绝缘材料11可为一层热传递降低层(隔热)，这确保了将来自吸热材料的以及来自燃烧室的大部分热量保持于外壳21内部。外壳21可进一步设置有支撑环22，所述支撑环22在径向上环绕外壳21，亦即其中支撑环22或支撑带具有与外壳21的外径大致相等的内径。支撑环22沿径向方向加强了外壳21的结构完整性，以使得隔室2内部的任何压力变化、或类似的应力/张力不使外壳21通过径向地向内或向外凸出而变形。 [0062] 吸热层可为比如由丹麦4700Naestved,Transportbuen 11的Refcon A/S所供应的Alobrick TE200A的材料，所述Alobrick TE200A为具有高热导率的红柱石/Cordundum石，或者所述热导率在1000℃的条件下为大约1.6W/m·K ASTM C182。隔热层可为比如由丹麦4700Naestved,Transportbuen11的Refcon A/S所供应的Isobrick FL139A的材料，所述Isobrick FL139A为具有低热导率的Isolation石，或者所述热导率在1000℃的条件下为大约0.19W/m·K ASTM C182。 [0063] 用于吸热层的替代材料可为比如Alocast H60的材料，所述Alocast H60在800℃的条件下具有2.35W/m·K的高热导率。用于吸热层的替代材料可为比如由丹麦 4700Naestved,Transportbuen11的Refcon A/S所供应的Alobrick TE600A的材料，所述Alobrick TE600A在800℃的条件下具有2.9W/m·K的高热导率。用于隔热层的替代材料可为由英国Willal CH32 3PH,Bromborough,Tebay路的Thermal Ceramics所供应的 3 Superwool 607HT毯，其具有128kg/m 的密度以及在800℃的条件下具有0.23W/m·K的低热导率。 [0064] 可沿从内至外的方向、沿平行于燃烧室的中心轴线的方向由以下材料构成近侧末端8：呈在800℃的条件下具有2.35W/m·K的高热导率的Alocast H60的形式的吸热层，呈在800℃的条件下具有0.26W/m·K的低热导率的Hasle BHI1200的形式的第一隔热层，以及呈在10-400℃的条件下具有0.034-0.116W/m·K的低热导率的Rockwool Brandbatts的形式的第二隔热层。所述Alocast H60由丹麦4700Naestved,Transportbuen11的Refcon A/S供 应，所 述 Hasle BHI1200由 丹 麦DK-3700Roenne,Almindingsvej76的 HASLE Refractories A/S 供 应，以 及 所 述 Rockwool Brandbatts 由 丹 麦2640Hedehusene,Hovedgaden501的Rockwool A/S供应。 [0065] 图2示出流体燃料燃烧系统100的示意图，所述流体燃料燃烧系统100具有用于将燃料进给至流体燃料燃烧器1中的循环装置101。如关于图1所讨论的，经由注射喷嘴17将流体燃料注射至燃烧隔室2中，其中燃料在燃烧室3中被燃烧并且排出气体经由排出室4离开燃烧装置。燃烧室3设置有进气口16，所述进气口16连接至风机/压缩机24，所述风机/压缩机24提供要被引入燃烧隔室2中的空气流，以为燃烧供给氧，并提供穿过装置1的纵向轴线从燃烧隔室2的近侧末端离开打开的远侧末端9的空气流。 [0066] 循环装置101可包括燃料箱102以容纳被用来供给燃烧装置1内部的燃烧的流体燃料，其中所述燃料箱具有用于将流体燃料引入燃料箱中的输入管道103，以及用于将流体燃料从燃料箱102引出的输出管道104。循环装置101可进一步包括比如泵105的驱动装置，泵105可用来将燃料驱动离开燃料箱102并且在压力下将燃料进给于循环装置101内部。泵105将燃料驱动至进给管道106中，所述进给管道106可连接至燃料线路107，所述燃料线路107将燃料引入燃烧装置1的注射装置或燃料进口23中，并且其中进给管道106进一步连接至燃料箱的输入管道103，以使得未被注射至燃料进口23中的燃料能再循环至燃料箱102中。 [0067] 可通过引入比如压缩机25的压力提供装置执行将燃料注射至喷嘴17中，压缩机25提供恒定的空气压力，其中所述压力可大约介于0.1至2巴之间、或者特别地介于1.5至 2巴之间。这可能意味着，被经由燃料线路107引入燃料进口23中的流体燃料必须超过使用压缩机25所提供的压力(或者大约1.5至2巴)。若燃料线路107中的压力低于燃料进口内部的压力，则从循环装置所进行的燃料流动停止，然而如果所述压力超过使用压缩机 25所提供的压力，则燃料流动开始。这意味着，若压缩机25将大约1.5巴的压力提供至燃料进口中，则循环装置内部的压力必须超过燃料进口的压力以便使燃料流入喷嘴中。 [0068] 当燃料已经在燃料进口23中穿过压力提供装置25时，燃料在被提供至燃料进口23中的压力下被推入燃料喷嘴17中，亦即若循环装置的压力超过燃料进口23中的压力，则燃料可在与燃料进口中所提供的压力相同的压力下被注射至隔室2中。 [0069] 可在泵105之间将第一压力测量装置108设置于循环装置101中，以便监控循环装置101内部的压力以及经由在第一压力测量装置108和调节阀109之间的连通通道111控制循环装置101内部的压力水平，亦即若循环装置101内部的压力超过将燃料流提供至装置1中所需的压力，则可将调节阀109打开以便降低压力并由此降低燃料流量。相反的情况也可能如此，其中若循环装置101内部的压力低于将燃料提供至装置1所需的压力，则第一压力测量装置108可确保调节阀109为闭合的，以便建立将燃料流提供至装置1中所需的压力。 [0070] 燃烧隔室2的排出室4可设置有：氧测量装置26，其测量排出气体的氧含量；第二压力测量装置27，其测量排出气体的压力以及排出室4的体积内部的压力；以及温度测量装置28，其可测量排出室4和/或燃烧室内部的温度。所述温度测量装置可用来控制向循环系统中所进行的注水，以可使用水来控制焚化室内部的温度。 [0071] 氧测量装置26可具有连通通道112以控制布置于循环装置101中的释放阀109。连通通道112的目的是使得氧测量装置26能够获得控制输入，以便控制循环装置101内部的压力。这意味着，可将氧测量装置26装备成在排出室4中的氧含量水平下降至预定值以下的情况下降低循环装置101内部的压力，以便减少进入装置1的燃料进口23中的燃料流量。排出气体中的氧含量水平的下降可能表明过少的空气被提供至燃烧室3内部的流体/空气混合物中或者过多的燃料被提供至燃烧室3内部的燃料/空气混合物中。减少的燃料流量意味着，更少的燃料在燃烧室3内部被燃烧，以及排出气体中的氧含量水平因此增加。 如果排出气体中的氧含量水平增加至预定水平以上，则氧测量装置26可将适于增加装置 101内部的压力的控制输入提供至循环装置，并由此增加进入燃料进口23中的燃料流量。 氧含量水平的增加可能表明，与被燃烧的燃料的量相比在燃料/空气混合物中存在过多的空气，和/或与混合物中的空气流量相比存在过少的燃料。 [0072] 控制氧含量水平的一种替代方法可为：使得氧测量装置26能够控制由风机/压缩机24经由进气口16所提供至燃烧隔室2中的空气流的量。因此，当氧含量水平下降至一定水平以下时，氧测量装置26可经由连通通道113增加空气流量以增加燃烧室3内部的燃料/空气混合物中的空气的量。相反的情况也可以进行，其中氧含量水平超过预定水平，可减少空气流量以减少燃料/空气混合物中的空气的量。 [0073] 第二压力测量装置27可用来监控排出气体的压力，所以若压力超过预定水平，则压力测量装置27可经由连通通道113控制风机/压缩机24，其中可减少进入隔室2中的空气流量以便减少被燃烧的燃料的量以及以便降低由风机/压缩机24所诱发的压力。相反的情况也可能如此，其中压力下降至预定水平以下可能命令风机/压缩机24增加进入隔室2中的空气流量，并由此增加隔室2内部的压力。 [0074] 可通过氧测量装置调节室2内部的、由风机/压缩机所提供的空气流量的变化，以使得将由于由氧测量装置26所测量到的氧含量水平的变化而通过被注射至燃烧室3中的燃料来补偿空气流量的任何改变，以便如早先所讨论的保持最佳的燃料/空气混合物。 [0075] 氧测量装置26和压力测量装置27因此可在进入燃烧隔室中的空气流量和燃料流量之间提供自动调节机制，以使得通过测量装置26、27经由至风机/压缩机24和调节阀109的连通通道112、113以及通过流体输入阀110自动地调节压力和/或氧含量方面的任何变化。 [0076] 图3示出根据本发明的水煤气变换反应的过程的示意图，其中可在燃料燃烧装置201内部执行所述水煤气变换反应。在图3a中，包括碳氢燃料和水的燃料滴202被进给至燃料喷嘴203中。燃料喷嘴203布置于燃烧室205的近侧末端204处，其中燃烧室205的内壁206由吸热材料构成，以使得热量207可从内壁206的内表面208辐射。 [0077] 燃料喷嘴203布置于燃烧室205的近侧末端204中的开口209中，其中使用空气源210平行于燃料喷嘴203将空气注射至燃烧室205中。此外，靠近所述开口，可存在点火装置211，以便在需要时将燃烧室内部的燃料点燃。 [0078] 当燃料滴202已经进入燃料喷嘴203时，燃料滴202被雾化，其中单个燃料滴202分裂成更小的颗粒212。所述更小的燃料颗粒212包括有机部分214(碳氢化合物液滴)，所述有机部分214具有悬浮于有机部分214内部的较小的水(H2O)颗粒213。 [0079] 图3b示出当燃料颗粒已经进入燃烧室205时并且由于燃烧室具有较高的温度，从内表面208和燃烧室205的内体积放射的热量207迅速地加热燃料颗粒212。被迅速地加热的燃料颗粒212致使水颗粒213爆发性地从液态膨胀至气态，其中如在图3c中可看到的，水的体积增大大约1700倍。 [0080] 水颗粒的爆发性膨胀215致使有机材料爆炸成很多较小的有机颗粒216，所述有机颗粒216被径向地抛离膨胀215的中心，致使有机材料216分散于燃烧室205内部。 [0081] 当有机材料216已经分散于燃烧室205内部时，有机材料的表面面积与单个的有机材料液滴相比已经显著地增加，亦即当一个较大的液滴分散成更小的颗粒时，有机材料的总表面面积显著地增加。如图3d中所示，如箭头217所示，单个的有机颗粒216(其早先为更大的燃料颗粒212的一部分)开始在表面面积上蒸发，为之后的水煤气变换反应形成较强的还原条件，并且可使有机颗粒(其包括碳)容易地氧化(焚化)，其中氧化的颗粒按热量的形式释放能量。 [0082] 水煤气合成物/水煤气变换反应的第一部分的简化的化学反应如下： [0083] C+H2O→CO+H2 [0084] 其中如图3中所示，碳原子(C)和水颗粒由燃料颗粒212提供。水煤气合成物/水煤气变换反应的第二部分如下： [0085] C+H2+O2→H2O+CO2 [0086] 其中碳的氧化按热量的形式释放能量，并且整个反应为放热的。 [0087] 因此，在燃料燃烧装置内部使用水煤气变换反应，可以将水分子与有机分子分离以便产生燃料的有效的氧化，特别是在燃料的水分含量较高的情况下，比如具有低热值的燃料混合物，例如废料。 [0088] 图4示出用于使流体燃料燃烧的装置1的、沿图1中的轴线IV-IV所剖开的剖视图，其中装置1的中心轴线垂直于所述轴线IV-IV。燃烧隔室2在此视图中被吸热层10包围，吸热层10适于在流体燃料被燃烧时吸收在燃烧隔室2内部所生成的热能。吸热层10又被隔热层11包围，该隔热层11紧靠所述吸热层，确保了沿从燃烧隔室2的中心轴线朝向燃烧装置的外部的方向(如箭头D所表示的)降低在吸热层10和/或燃烧隔室2中所进行的热能的传递。隔热层11被装置1的侧壁21包围，可将侧壁21视为装置的外壳。 [0089] 在流体燃烧装置1的操作期间，经由雾化喷嘴17将燃料注射至燃烧室3中。燃料在它接触早期燃烧的燃料时或者在通过点火元件20实现初始点燃时燃烧。在装置1的启动期间，所点燃的燃料的温度T1最初将显著地高于吸热层10的温度T2，T1>>T2。因此，在装置1的初始启动时间段期间，来自燃烧室的热量将被吸收至吸热层10中。被吸收至吸热层10中的热能使吸热层10的温度T2上升至实现热平衡的程度，在该热平衡中燃烧室3内部的温度大致等于吸热层10的温度，T1＝T2。隔热层11确保了将在吸热层10内部所吸收的热能保持于吸热层10内部，并且降低了沿远离装置1的中心轴线朝向装置的外部的方向从吸热层10所进行的热传递。 [0090] 当在燃烧室3和吸热层10之间实现热平衡时，在燃烧室和吸热层内的热能为大致均匀的，其中吸热层内的热能将辐射至燃烧室中，反之亦然，以便在两个主体(燃烧隔室3和吸热层10)之间保持热平衡。 [0091] 由于隔热层11具有预定的热导率，吸热层10内部的热能将被传递至隔热层中，这将降低吸热层10中所吸收的能量。然而，由于吸热层10和隔热层11之间的热导率为恒定的，所述两个层之间的热耗散为可预料的，并且在图5a中可看到所述两个层之间的热导率的一个示例。 [0092] 当在吸热层10和燃烧室3之间达到热平衡并且吸热层将热能辐射至室3中以及从燃烧室3吸收热能时，确保了在燃烧室内部(特别是在极为接近吸热层的内表面的区域中)不存在较凉的区域。因此，无论在室内部所处的径向位置如何，被进给至燃烧室3中的燃料在燃烧室内部将在基本齐平的温度条件下燃烧。因此，被进给至室3中的雾化的燃料颗粒在室3内部的每个地方将以相同的速度和速率燃烧。因此，确保的是，若某些燃料颗粒被沿朝向吸热层的内表面的方向喷射至室中，则吸热层的表面区域将处于与所述室的中心区域内部的温度类似的温度，并由此确保了所有颗粒将在每个地方燃烧至相同的程度以及在室3内部确保了清洁的燃烧过程。这产生了其中使流体燃料中的大致所有的碳氢化合物燃烧的燃烧过程。 [0093] 如果燃烧室的内壁为耐热材料或隔热材料(比如在现有技术中所示的)而非吸热材料，则燃烧室的内表面的温度将比燃烧室内部的低，并且基本上将没有热能被辐射返回至燃烧室中。因此，靠近耐热或隔热材料的内壁所点燃的颗粒将在比燃烧室的中心区域中低的温度条件下焚烧/燃烧，并且这样的燃烧将遗留未被燃烧的碳氢化合物，导致不清洁的燃烧排出。 [0094] 在根据本发明的装置的一个示例中，装置1的侧壁21的外径可为2200mm，其中侧壁21具有5mm的厚度，并且隔热层11具有114mm的厚度且吸热层10具有114mm的厚度，以使得燃烧室3的内径为大约1744mm。燃烧室的长度(平行于中心轴线)可为大约4500mm，并且支撑环22(图1)之间间隔大约500mm，且在宽度上为12mm并具有60mm的高度，导致在支撑环处的外径为2320mm。 [0095] 图5a-c示出温度曲线图，其中竖直轴示出温度且水平轴示出材料的厚度。曲线图代表在受控环境中对根据本发明所布置的至少一个吸热层和一个隔热层的示例的温度测量。温度测量是在大致热稳定状态下进行的，其中燃烧室内部的温度被测量为处于1100℃，并且吸热层和隔热层已经达到它们的稳定状态的温度。代表流体燃烧装置1的壁的成层结构的温度曲线图是从左至右表示的，代表了沿从中心轴线朝向外部的方向的成层结构。亦即，曲线图中的最左边的层为装置1的最内层，并且至曲线图的最右边的层为所述装置的最外层。 [0096] 图5a示出吸热层、隔热层以及钢侧壁的第一示例，其中所述层包围燃烧室3，如图1至图4中所示。所述示例示出吸热层51(其为114mm的Refcon-Alobrick TE200A)、隔热层(其为114mm的Refcon-Isobrick FL139A)、以及构成装置的外部结构的外部钢壁53(其为5mm的ST37钢壁)。在此示例中，吸热层51的最内层表面被测量为处于1100℃，其对应于燃烧室内部的温度。温度在吸热层51和隔热层52之间的界面处下降至1009℃，跨过吸热层51的厚度下降大约91度。温度在隔热层52和外部钢壁53之间的界面处被测量为处于83℃，跨过隔热层52的厚度的温度下降为926℃。温度在外部钢壁53的外表面处被测量为处于83℃，这意味着跨过外部钢壁53的厚度的温度下降为可忽略的。 [0097] 图5b示出吸热层54、隔热层55以及钢壁56的第二示例，其中所述层代表具有如图1中所示的圆锥形状的过渡室4的成层结构的一个示例。所述示例示出吸热层54(其为100mm的Refcon-Alocast H60)、隔热层55(其为50mm的Refcon-Superwool607HT)、以及构成装置的外部结构的外部钢壁556(其为5mm的ST37钢壁)。在此示例中，吸热层54的最内层表面被测量为处于1100℃，其对应于燃烧室内部的温度。温度在吸热层54和隔热层55之间的界面处下降至955℃，跨过吸热层54的厚度下降大约145度。温度在隔热层 55和外部钢壁56之间的界面处被测量为处于129℃，跨过隔热层55的厚度的温度下降为 826℃。温度在外部钢壁56的外表面处被测量为处于129℃，这意味着跨过外部钢壁56的厚度的温度下降为可忽略的。 [0098] 图5c示出吸热层57、第一隔热层58、第二隔热层59以及钢壁60的第二示例，其中所述层代表燃烧室3的封闭的近侧末端6的成层结构的示例，过渡室4具有如图1中所示的圆锥形状。所述示例示出吸热层57(其为230mm的Refcon-Alocast H60)、第一隔热层58(其为110mm的Refcon-BHI1200)、第二隔热层59(其为50mm的Refcon-Rockwool Brandbatts)、以及构成装置的外部末端结构的外部钢壁60(其为5mm的ST37钢壁)。在此示例中，吸热层57的最内层表面被测量为处于1100℃，其对应于燃烧室内部的温度。温度在吸热层57和第一隔热层58之间的界面处下降至963℃，跨过吸热层57的厚度下降大约137℃。温度在第一隔热层58和第二隔热层59之间的界面处被测量为处于560℃，跨过第一隔热层58的厚度的温度下降为403℃。温度在第二隔热层59和外部钢壁60之间的界面处被测量为处于75℃，跨过第二隔热层59的厚度的温度下降为485℃。温度在外部钢壁60的外表面处被测量为处于75℃，这意味着跨过外部钢壁60的厚度的温度下降为可忽略的。 [0099] 在本发明的意义内，可将燃烧隔室和/或燃烧室视为其中可使燃料燃烧的引燃(incendiary)隔室和/或引燃室，并且术语燃烧具有与EP申请第12162065.2号中所使用的术语引燃具有相同的含义和功能。 [0100] 在本发明的意义内，术语热能具有与热量相同的含义。 |
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