本发明通常涉及对缺乏空气的倾斜式炉膛燃烧器的改进，其 中，“缺乏空气”用来对具有主燃烧室的燃烧器进行限定，主燃烧 室在存在氧气的情况下燃烧燃料(诸如城市废弃物)，但是该燃烧 器需要随后的辅燃烧室，以便实现有效且超级环保的完全燃烧。

在需要可再生能源以及具有分布式发电源(distributed power generation source)的时代，迫切需要小型(小于每天150吨)的城 市废弃物燃烧器(municipal waste combustor，MWC)，其能够以有 竞争力的投资费用和运行维护成本获得超级环保性能。
Somodi的美国专利No.4,479,441披露了对于以前的倾斜式炉 膛城市废弃物燃烧器(MWC)的各种改进，其解决了与欠火燃烧 空气系统有关的问题，该系统易于变得被城市固体废弃物流熔化成 的材料所堵塞。但是，由Somodi所披露的系统的缺陷包括：1)过 高的运行维护成本；2)燃烧效率不高。
因此，希望在Somodi设计的基础上对于欠火空气系统提供改 进，这种改进还针对用于缺乏空气的倾斜式炉膛MWC的若干其它 “下级生产”设计上的改进。

根据本发明形成的改进的倾斜式炉膛燃烧器通常包括具有多 个阶梯状炉膛的主燃烧室、辅燃烧室、和锅炉。主燃烧室和辅燃烧 室具有超越现有技术的各种改进，所产生的效果是降低了结构成 本、降低了运行维护成本、并使得燃烧效率更佳。
在优选实施例中，位于装载撞凰(loader ram)区域处的主燃烧 室顶部的高度增加了，并且四个底座的最小高度被设定在最尾部的 炉膛的下边与主燃烧室相对端部处的底面之间。而且，主燃烧室侧 壁的底部的四个底座优选地由灌注的耐火材料构造而成，而主燃烧 室侧壁的其余上部优选地以喷射的耐火材料做衬里。主燃烧室还优 选地包括具有机械锅炉气封的干灰(dry ash)处理系统，以从燃烧 器中去除已燃烧的灰烬颗粒。
本发明的辅燃烧室优选地包括设置在主燃烧室出口并包围锅 炉气体进口的耐火材料衬里的旋风分离器。旋风分离器优选地包 括：废气再循环进口，用于输入从锅炉出口出来的经加热的废气； 以及灰尘闸(ash lock)，位于旋风分离器的底部，以捕获从燃烧气 体中去除的飞灰。
本发明主燃烧室的灰尘传输撞凰优选地包括利用耐火材料来 替代钢的顶层，并具有跨在从炉膛向后设置的对应形状的轨道上的 V形轮。灰尘传输撞凰还优选地包括：易于更换的钢制耐磨板，设 置在灰尘传输撞凰侧部上；以及前铲形刮片(forward-scooping wiper blade)，固定在其正面的底部上。此外，在优选实施例中，在每个 传输撞凰下方的是至少一个小型的灰尘收集传送装置，用来当撞凰 缩进到炉膛下方时收集从撞凰排出的任何废弃物溢出物。
本发明的主燃烧室还优选地包括往复装载撞凰，该往复装载撞 凰具有在其底面上纵向延伸的多个耐磨带，并且第一炉膛的顶表面 具有至少一个钢制引导带，该引导带插入在一对耐磨带之间，以对 装载撞凰的平行于主燃烧室侧壁的运动进行限制。
本发明主燃烧室的炉膛优选地包括由上行和下行多个平行的 欠火空气供给管，该欠火空气供给管具有可滑动地布置在空气供给 管内的清洁活塞。借助于横向越过每个炉膛的上部台阶而延伸的并 位于上部台阶下方的空气分配增压件，助燃空气被供应到这些欠火 空气供给管中。上部和下部欠火空气供给管端口可以通过组合的增 压件或通过两个独立的增压件被供给。
本发明的效果是，提供了对诸如城市废弃物燃烧器(MWC) 的传统的缺乏空气的倾斜式炉膛燃烧器进行的各种更改，其结果是 降低了结构成本、降低了运行和维护的费用、降低了材料在炉膛上 的堵塞、改善了燃烧效率、加强了过程控制、提高了气密、以及改 进了欠火空气系统。
从以下结合附图对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的 缺乏空气的倾斜式炉膛燃烧器的优选形式以及其它实施例、目的、 特征、以及优点将变得更显而易见。

图1是示意性地示出了现有技术传统倾斜式炉膛的城市废弃物 燃烧器的相关部分的侧向横截面图；
图2是示意性地示出了本发明的倾斜式炉膛燃烧器的相关部分 的侧向横截面图；
图3是图2所示的倾斜式炉膛燃烧器的俯视图；
图4是图2所示燃烧器的两个炉膛的放大详细横截面图；
图5是图4所示灰尘传输撞凰的一个轮的沿线5-5截取的横截 面图；
图6是图3所示装载撞凰的沿线6-6截取的正视图；
图7是欠火空气端口增压件的优选实施例的横截面图；以及
图8是根据本发明而形成的供应欠火空气管的两个独立增压件 的透视图。

本发明针对倾斜式炉膛燃烧器，更具体地，针对城市废弃物燃 烧器。1984年10月30日发布的Somodi的美国专利No.4,479,441 中示出并描述了这种类型的燃烧器，该公开内容结合于此作为参 考。
首先参照图1，传统的现有技术的倾斜式或“阶梯状”炉膛城 市废弃物燃烧器10(MWC)通常包括底面11，该底面11包括以下 降方式布置的多个阶梯状的炉膛H’、H”、H’”等等。阶梯状的炉膛 在由壳体所限定的一般为细长的燃烧室内支撑待燃烧的废弃物20， 所述壳体包括具有侧壁、顶部和底部的钢壳。
每个阶梯状的炉膛H’、H”、H’”等等通常由耐火材料构造而成 并支撑于结构钢的壳体内。H’被示为是第一个或最上面的纵向延伸 进燃烧室内的炉膛，并从刚好位于燃烧器的装载门(未示出)内侧 的装载炉膛13逐步下降。通常，每个炉膛具有上部14和下部15， 上部14具有第一顶表面14’，下部15具有第二顶表面15’，所述的 部分与炉膛H’一体形成并被炉膛的垂直部16分开。
撞凰装置(ram means)30设置在具有主撞凰体31的每个炉膛 之间，该主撞凰体31通过往复装置32(典型地是流体制动气缸) 的驱动在上部14上方做往复运动，以将废弃物推至上部14和下部 15的上方，并向下推至下一阶梯状的炉膛H”上。撞凰将燃烧废弃 物从上部炉膛的表面推至下部炉膛的表面，进而将燃烧废弃物前推 并进行搅拌，以促进更好的燃烧。
布置在由下部15的顶表面15’所限定的平面上方的多个平行的 欠火空气供给管42被嵌入到炉膛H’的上部14的内部或被设置在上 部14的下方，并被布置成彼此基本水平地分隔开。清洁活塞41可 滑动地设置在欠火空气供给管42内，从而在冲程末端，清洁活塞 的引导表面43行进通过欠火空气供给管的嘴部44，以确保靠近嘴 部44被燃烧的废弃物材料不会黏附于以及形成在嘴部内或周围并 堵塞嘴部。此外，清洁活塞41行进进入废弃物的动作还会在废弃 物中形成锯齿状、空洞或空穴，从而来自欠火空气供给管42的空 气可以较容易地渗透进入废弃物，以利于燃烧。
在操作中，受控制量的燃烧气体被供应到欠火空气供给管，并 且在装载其炉膛之后固体废弃物被供应到燃烧室中并燃烧。一旦废 弃物点燃，燃烧可自续进行。当固体废弃物燃烧时，新的固体废弃 物被供应到燃烧室中，并且最上部炉膛上的撞凰将燃烧废弃物推至 下部炉膛上。
图2和图3示出了根据本发明的改进倾斜式炉膛燃烧器44。在 优选实施例中，燃烧器44是城市废弃物燃烧器，但是本发明并不 仅限于这种类型的燃烧器。
燃烧器44通常包括主燃烧室45、辅燃烧室46、和锅炉48，所 有这些部件均为流体连通的。来自主燃烧室45的燃烧气体49经由 位于主燃烧室上部的开口或通道50被输送到辅燃烧室45。燃烧气 体49进而经由锅炉气体进口51被输送到锅炉48。
辅燃烧室45由侧壁、燃烧器顶部、以及倾斜布置的阶梯状炉 膛所界定。优选地，根据单位燃烧能力和燃料热值可以有5或6个 炉膛，以便于实现最优化的停留时间和充分燃烧。
与现有技术的燃烧器相比，位于装载撞凰区域55处的主燃烧 器顶部54的高度53增加了，以使干燥废弃物能够更好的燃烧并消 除过热以及对于耐火材料的损害。现有技术燃烧器的装载撞凰面积 过小，当干燥废弃物被供应到第一炉膛56上时，过小的面积会导 致干燥废弃物过热，从而引起炉膛上熔渣，该熔渣难以去除并且由 于过热会损害周围难熔材料。优选地，位于装载撞凰区域55的主 燃烧器顶部54的高度53增加至至少十(10)英尺。这使得当燃烧 干燥废弃物时，气体可在这个该区域中膨胀。此外，在主燃烧器45 的相对端，大小为四(4)英尺的最小高度57应该设置在最尾部的 炉膛58的底边与底面60之间，以便于更好地进入清洁和维护。
本发明的辅燃烧器46优选地包括耐火材料衬里的旋风分离器 62，该旋风分离器设置在主燃烧室出口50处并包围锅炉气体进口 51。在燃烧气体49进入废弃物热锅炉48之前旋风分离器62从燃 烧气体中去除飞灰，因而减少了管堵塞和锅炉管清洁的频率。旋风 分类器优选地包括废气再循环进口63，如图3所示，用于输入从锅 炉48出来的已加热的废气。而且灰尘闸64设置在旋风分离器62 的底部，以捕获从燃烧气体49中去除的飞灰。
与每个炉膛52邻接的主燃烧器侧壁的底部四个底座66优选地 以灌注耐火材料为衬里(取代砖)，以降低结构成本和维护费用。 如图2所示，主燃烧器侧壁的其余的上部68优选地以喷射耐火材 料为衬里(取代砖)，以降低结构成本。
干燥灰尘处理系统69设置在主燃烧室45的最前的底面60上， 该处理系统69具有机械锅炉气密(air seal)，以从燃烧器去除燃烧 灰尘颗粒。使用干燥传送类型的系统69降低了通常与湿淬火系统 (wet quench system)有关的灰尘处理的费用并改进了灰尘的质量，以 便于进行商业上的灰尘再利用项目。干燥传送系统69还可进行干 燥底渣(bottom ash)和飞灰(fly ash)的混合处理。
与传统的燃烧器一样，本发明的主燃烧器45包括可移动地设 置在炉膛52之间的灰尘输送撞凰70。传统的灰尘输送撞凰通常完 全由钢制成。但是，本发明的灰尘传送撞凰70包括用耐火材料取 代钢的顶层72。顶部耐火层72的厚度大约为3英寸，并从撞凰(即 撞凰的面对主燃烧器45内部的端部)的引导边缘73向后延伸大约 4英尺。已经发现，在撞凰70上使用顶部耐火层72使气密更紧密 并降低了维护成本。在优选实施例中，撞凰的引导边缘73还覆盖 有与顶层一体形成的耐火层72。优选地，在引导边缘73处的耐火 材料72向下倾斜，以在灰尘传输撞凰70上形成向前的“鼻部”。
还是与传统的燃烧器一样，本发明的炉膛52包括嵌入其内的 多个平行的空气供给管74，该空气供给管74具有可滑动地设置在 空气供给管内的清洁活塞76。但是，在本发明的优选实施例中，炉 膛52’被做得较厚，以使每个阶梯上有两行欠火空气端口74a、74b， 如图4所示。而且，在优选实施例中，每个炉膛52’本身就形成为 阶梯状，以包括上炉膛部52a、位于上部下方并从上部向前延伸的 中炉膛部52b、以及位于中部下方并从中部向前延伸的下炉膛部 52c。上炉膛部52a包括嵌入其内的一行欠火空气端口74a，而中炉 膛部52b包括嵌入其内的一行欠火空气端口74b。还可构思在下炉 膛部52c中包括第三行欠火空气端口(未示出)。
而且，无论是否是阶梯状，较厚的炉膛52’优选地在其鼻部上 包括较厚的耐火层75，以降低维修的频率。本发明还利用较长的清 洁活塞推杆76，其优选地向上延伸18英寸并进入燃料堆中，以便 欠火空气的更好分布以及更好的燃烧效率。活塞推杆76机械连接 到相应的灰尘传输部70上，并且两个部件都被往复装置77以传统 方式驱动。
返回图2和图3，主燃烧器45还包括往复装载撞凰78，用于 将倾卸到装载撞凰区域55中的废弃物推到第一炉膛56上。附加地 参照图6，装载撞凰78的底表面包括沿装载撞凰行进方向纵向延伸 的多个耐磨带80。耐磨带80支撑装载撞凰78并沿位于装载撞凰区 域55外部的装载撞凰送料斗59的顶表面被引导，以避免过度磨损。 当耐磨带80变得磨损时，仅需要更换耐磨带。至少一个钢引导带 82被固定在送料斗59的底面。引导带82位于送料斗59的底面上， 从而可以插入在装载撞凰78上的成对的耐磨带80之间。引导带82 限制了装载撞凰的平行于主燃烧器45侧壁84的运动。引导带82 还提高了撞凰78与底面之间的气密，并使由大块物体引起的阻塞 最小化。
在优选实施例中，灰尘传输撞凰设置有纵向V形轨道83，其 跨在从炉膛52向后设置的相应尺寸的V形轮84上。可替换地，灰 尘传输撞凰70可以设置有跨在相配合的V形轨道上的V形轮。在 任何一种情况下，轮84与轨道83之间的相配合的V形用来消除横 向运动并改进气密。已经发现，将轮轴86的直径增加至两英寸可 提供优选的效果。
灰尘传输撞凰70还优选地包括设置在其两侧上的保护钢 (sacrificial steel)耐磨板90，该耐磨板接触主燃烧器45的侧壁84， 如图4所示。就像上面所述的装载撞凰78的耐磨带80一样，为了 简化保养和维护，当灰尘传输撞凰耐磨板90磨损时，仅需要更换 与整个灰尘传输撞凰70相对的板。
而且，每个灰尘传输撞凰70还优选地包括固定于其正面73的 底部上的向前倾斜的刮片92。刮片92由设置在灰尘传输撞凰70的 顶部和前部上的灌注耐火层72保护。刮片92类似于雪犁(snow plow)，并且以与雪犁相同的方式发挥作用，以当灰尘传输撞凰向 前移动时清除炉膛52上的废物。刮片92还减少了灰尘传输撞凰缩 进过程中的灰尘后拖现象。
此外，如图4所示，至少一个小型灰尘收集传送装置96处于 每个传输撞凰70的下方，以当撞凰后缩到炉膛下方时收集来自撞 凰的废物溢出物。优选地，在与主燃烧器45侧壁邻接的灰尘传输 撞凰的每个侧壁上有一个传送装置96，从而不会干扰清洁活塞76。 传送装置96将溢出物从灰尘传送撞凰机械上带走，以降低清除和 维护的费用。
通过横向越过每个炉膛52的上部台阶而延伸并位于该上部台 阶下方的空气分布增压件98，燃烧空气被供给到欠火空气端口74a、 74b。因此，每个欠火空气端口74a、74b以相对于端口纵向轴线的 垂直角度开放式地连通。可通过如图4所示的组合增压件98或通 过两个独立的增压件来供应上部欠火空气端口74a和下部欠火空气 端口74b。增压件98可简单地为与欠火空气端口74a、74b横向交 叉的孔。但是，在优选实施例中，增压件98采用中空伸长件100 的形式，该中空伸长件具有纵向中心孔101以及穿过其中而形成的 且垂直于中心孔而延伸的一系列间隔开的孔102，如图7所示。而 且，中空管件104优选地在每个孔102上处被焊接到增压件98上， 以起到引导清洁活塞推杆76的作用。每个中空管件以绝缘材料包 裹。
如上所述，增压件可以设置成独立的增压件98a和98b，它们 用于向相应行的欠火端口74a和74b供料，如图8所示。在任一种 情况下，每个空气混合增压件98优选地在每个源(source)和每个 炉膛处包括夹紧控制阀(pinch control valve)106和抛光集尘室 (polishing baghouse)108。夹紧控制阀106使得新鲜冷空气、新鲜 热空气、再循环废气、纯净氧气、和/或少量氢气混合并达到平衡， 以提高燃烧效率。类似于真空吸尘过滤器，抛光集尘室108清除能 够阻塞欠火空气系统的灰尘。
欠火空气端口74a和74b优选地终止于不锈钢欠火空气喷嘴 110处。此外，不锈钢过热空气喷嘴112和不锈钢主再循环废气喷 射狭槽113优选地设置在主燃烧室45的顶部54中，如图2所示。 在这些应用中已经发现，不锈钢喷嘴提供了相当长的使用寿命。
根据本发明的整个系统10优选地设置有仪器和控制器，以使 得对各个撞凰的插入长度以及燃料最优燃烧的时间进行可调节控 制。而且，易于更换的不锈钢氧气传感器探针优选地设置在每个炉 膛处，用来实现改进燃烧的反馈控制。此外，优选地设置有作用在 欠火空气风扇上的变速驱动(其具有对于风扇电流的反馈控制)， 以在不发生熔渣的情况下实现欠火空气的最优传输。
虽然这里参照附图已经描述了本发明的示例性实施例，可以理 解本发明并不仅限于这些确定的实施例，在不背离本发明的范围或 精神的前提下，本领域技术人员可以进行各种其他的修改和替换。