燃烧装置、燃烧系统及燃烧方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202280068794.8 | 申请日 | 2022-10-12 |
| 公开(公告)号 | CN118302635A | 公开(公告)日 | 2024-07-05 |
| 申请人 | 燃烧咨询(意大利)有限责任公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 奥列格·博拉诺夫; | 第一发明人 | 奥列格·博拉诺夫 |
| 权利人 | 燃烧咨询(意大利)有限责任公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 燃烧咨询(意大利)有限责任公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份： | 城市 | 当前专利权人所在城市： |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：意大利维罗纳市 | 邮编 | 当前专利权人邮编： |
| 主IPC国际分类 | F23C3/00 | 所有IPC国际分类 | F23C3/00 ; F23C5/08 ; F23C9/00 ; F23L7/00 ; F23L9/06 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 20 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 中科专利商标代理有限责任公司 | 专利代理人 | 赵金强; 张启程; |
| 摘要 | 一种燃烧装置(100)，该燃烧装置包括壳体(110)和喷射构件(120)。该壳体包括底壁和多个 侧壁 (112)，该底壁和该多个侧壁合围形成顶部具有开口(1131)的 燃烧室 (113)。喷射构件布置在两个彼此相反的侧壁上并且包括至少一个第一喷射器和至少一个第二喷射器。第一喷射器向燃烧室供应包括第一部分 氧 化剂和可燃气体的混合物，该混合物中可燃气体的体积百分比大于该可燃气体的燃烧上限。第二喷射器向燃烧室供应第二部分 氧化剂 。供应到燃烧室的第一部分氧化剂和第二部分氧化剂的总量与供应到燃烧室的可燃气体的量达到化学计量平衡。该燃烧装置可以产生安全性高、 稳定性 好的短焰。 | ||
| 权利要求 | 1.一种燃烧装置(100)，该燃烧装置包括： |
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| 说明书全文 | 燃烧装置、燃烧系统及燃烧方法技术领域[0001] 本披露内容涉及燃烧设备技术领域，特别是一种燃烧装置、燃烧系统及燃烧方法。 背景技术[0002] 在传统的炉中，燃烧器位于炉的熔体上方，通过辐射传热的方式向熔体和炉料传递热量，传热效率低。众所周知，为了提高炉的热效率，将燃烧器定位在熔体的顶面以下，称为浸没燃烧式燃烧器。现有的浸没燃烧式燃烧器一般采用扩散火焰或预混火焰。采用扩散 火焰的浸没燃烧式燃烧器一般包括两个同心管和一个喷嘴，其中，两个同心管包括中心管 和外管，中心管将可燃气体输送到喷嘴，中心管与外管之间的环形空间用于将氧气输送到 喷嘴，并且离开喷嘴的可燃气体与氧气在熔体中混合后燃烧。采用预混火焰的浸没燃烧式 燃烧器通常包括空心管、两个供气管以及喷嘴，其中，两个供气管中的一个向空心管供应可燃气体，两个供气管中的另一个向空心管供应氧化剂，并且供应到空心管内的可燃气体和 氧化剂在空心管内混合后经由喷嘴进入熔体内燃烧。 [0003] 在采用扩散火焰的浸没燃烧式燃烧器中，氧化剂和可燃气体分别进入燃烧区，所产生的火焰更稳定、更安全，但是火焰过长，无法满足横向尺寸相对较小的炉的加热需求。 在采用预混火焰的浸没燃烧式燃烧器中，氧化剂和可燃气体在混合装置中混合后进入燃烧 区，所产生的火焰更短、更高效，但是预混的混合物容易发生回火和爆炸，因此需要使用精密的火焰逆止阀系统和火焰格栅防护系统，导致安全性低。 发明内容 [0004] 无论是采用扩散火焰的浸没燃烧式燃烧器还是采用预混火焰的浸没燃烧式燃烧器，都会因为可能出现以下问题而难以确保燃烧器在熔体下方稳定工作。首先，从燃烧器逸出的火焰气泡会在燃烧器上方的熔体中产生持续脉动场反压。燃烧器火焰必须非常稳定， 并且在这种强烈的扰动条件下不会熄灭。其次，熔融液体会不断试图渗透并堵塞喷射器开 口。再次，熔体往往会在喷射器周围凝固，在一段时间之后会完全堵塞喷射器。 [0008] 喷射构件，这些喷射构件布置在多个侧壁中的两个彼此相反的侧壁上，这些喷射构件包括若干个第一喷射器和若干个第二喷射器，第一喷射器用于向燃烧室供应可燃气 体‑第一部分氧化剂混合物，该可燃气体‑第一部分氧化剂混合物包括可燃气体和第一部分氧化剂，该可燃气体‑第一部分氧化剂混合物中的可燃气体的体积百分比大于可燃气体的 燃烧上限，第二喷射器用于向燃烧室供应第二部分氧化剂，并且供应到燃烧室的第一部分 氧化剂和第二部分氧化剂的总量与供应到燃烧室的可燃气体的量达到化学计量平衡。 [0009] 有利地，这些喷射构件中的每个喷射构件与底壁之间的夹角介于‑40°至40°之间。 [0010] 有利地，喷射构件可拆卸地布置在对应的侧壁上。 [0011] 有利地，由这些喷射构件中的每个喷射构件喷射的流体均在燃烧室内形成再循环区，其中燃烧室的截面为多边形，以便保持再循环区。 [0012] 有利地，燃烧室的截面为矩形、梯形或六边形。 [0013] 有利地，燃烧装置进一步包括混合器，该混合器包括混合管和第一供气管，其中，混合管的入口用于接收第一氧化剂流；混合管内设有纵向隔板，该纵向隔板将混合管的内腔分隔成第一流道和第二流道，第一流道的入口和第二流道的入口均与混合管的入口保持 连通，第一流道的出口与第一喷射器连通，并且第二流道的出口与第二喷射器连通；并且第一供气管与第一流道连通并用于将可燃气体流传送到第一流道。 [0014] 有利地，混合器进一步包括第二供气管；并且第二供气管与第二流道连通并用于将第二氧化剂流传送到第二流道。 [0015] 有利地，混合器进一步包括扰流组件，该扰流组件设置在第一流道和/或第二流动内。 [0016] 有利地，燃烧装置进一步包括第一分配室和第二分配室，其中，第一流道经由第一分配室与第一喷射器连通，并且第二流道经由第二分配室与第二喷射器连通。 [0017] 有利地，燃烧装置进一步包括加热器，该加热器用于加热第一部分氧化剂和/或第二部分氧化剂。 [0018] 有利地，燃烧装置进一步包括冷却器，该冷却器布置在壳体的外侧并且用于冷却壳体和这些喷射构件中的每个喷射构件的位于壳体外的部位。 [0020] 为了实现上述目的，本披露内容进一步提供了一种燃烧系统，该燃烧系统包括分配管道系统和若干个上述燃烧装置，其中，分配管道系统包括若干个第一分配管，该若干个第一分配管分别用于向若干个燃烧装置供应可燃气体‑第一部分氧化剂混合物。可替代地，分配管道系统包括第二分配管和若干个第三分配管，该第二分配管为渐缩管，该若干个第 三分配管沿第二分配管的气流方向依次与第二分配管连通，并且该若干个第三分配管分别 用于向若干个燃烧装置供应可燃气体‑第一部分氧化剂混合物。 [0021] 为了实现上述目的，本披露内容进一步提供了一种燃烧方法，该燃烧方法应用于上述燃烧装置，该燃烧方法包括： [0022] 将可燃气体与第一部分氧化剂在进入燃烧室之前在防止自燃的同时彼此混合，得到可燃气体‑第一部分氧化剂混合物，该可燃气体‑第一部分氧化剂混合物中可燃气体的体积百分比大于可燃气体的燃烧上限； [0023] 通过若干个第一喷射器向燃烧室供应可燃气体‑第一部分氧化剂混合物；以及 [0024] 通过若干个第二喷射器向燃烧室供应第二部分氧化剂，其中，供应到燃烧室的第一部分氧化剂和第二部分氧化剂的总量与供应到燃烧室的可燃气体的量达到化学计量平 衡。 [0025] 本披露内容提供的燃烧装置具有以下有益效果。与现有技术相比，本披露内容提供的燃烧装置通过若干个第一喷射器向燃烧室供应包括第一部分氧化剂和可燃气体的可 燃气体‑第一部分氧化剂混合物，并且通过若干个第二喷射器向燃烧室供应第二部分氧化 剂，这样还确保向燃烧室供应的可燃气体的量与向燃烧室供应的第一部分氧化剂和第二部 分氧化剂的总量达到化学计量平衡，从而可以产生长度短、效率高的部分预混火焰并且从 燃烧室的开口进入熔体并对熔体进行加热。此外，通过将可燃气体‑第一部分氧化剂混合物中的可燃气体的体积百分比设为大于可燃气体的燃烧上限，可以防止可燃气体‑第一部分 氧化剂混合物自燃，从而极大提高了燃烧的安全性。此外，喷射构件布置在两个相反的侧壁上，使得从第一喷射器和第二喷射器喷出的气流在燃烧室内形成若干个再循环区，即涡旋。 利用涡旋中心处的气体速度几乎为零的特点，在燃烧室内形成若干个稳定火焰燃烧区，并 且利用这些稳定火焰燃烧区不断点燃由向燃烧室供应的新鲜可燃气体‑第一部分氧化剂混 合物和第二部分氧化剂形成的新的混合物部分，这样极大地提高了燃烧的稳定性。此外，再循环区中的涡流可以进一步自动调节燃烧室的容积，将部分从燃烧室的开口进入燃烧室的 炉料颗粒重新抛出燃烧室。当燃烧装置的功率较大时，涡流力较大，更多炉料会被抛出燃烧室，反之亦然，使得燃烧室的容积与燃烧装置的功率匹配，进一步确保燃烧装置的稳定性并在熔体的水平面以下实现高效燃烧。 附图说明 [0026] 为了更清楚地说明本披露内容的实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本披露 内容的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下可以进 一步根据这些附图获得其他的附图。 [0027] 图1为根据本披露内容的实施例的燃烧装置(燃烧器)的立体结构示意图。 [0028] 图2为根据本披露内容的实施例的在燃烧装置工作时燃烧装置的竖直截面的结构示意图。 [0029] 图3为根据本披露内容的实施例的燃烧装置在喷射构件以第一方式布置时的主视结构示意图。 [0030] 图4为图3所示的燃烧装置的俯视结构示意图。 [0031] 图5为根据本披露内容的实施例的燃烧装置在喷射构件以另一方式布置时的主视结构示意图。 [0032] 图6为图5所示的燃烧装置的俯视结构示意图。 [0033] 图7为根据本披露内容的实施例的在燃烧装置的燃烧室具有矩形截面时该燃烧室的竖直截面的第一结构示意图。 [0034] 图8为根据本披露内容的实施例的在燃烧装置的燃烧室具有矩形截面时该燃烧室的竖直截面的第二结构示意图。 [0035] 图9为根据本披露内容的实施例的在燃烧装置的燃烧室具有梯形截面时该燃烧室的竖直截面的结构示意图。 [0036] 图10为根据本披露内容的实施例的在燃烧装置的燃烧室具有六边形截面时该燃烧室的竖直截面的结构示意图。 [0037] 图11为根据本披露内容的实施例的用于燃烧装置的混合器的横向截面的结构示意图。 [0038] 图12为图11所示的混合器的单侧流道的纵向截面的结构示意图。 [0039] 图13为根据本披露内容的实施例的设有冷却器的燃烧装置的结构示意图。 [0040] 图14为根据本披露内容的实施例的燃烧系统的结构示意图。 [0041] 图15为根据本披露内容的另一实施例的燃烧系统的结构示意图。 [0042] 图16展示了包括根据本披露内容的燃烧装置的炉的结构示意图。 [0043] 附图中的附图标记：100‑燃烧装置；110‑壳体；111‑底壁；112‑侧壁；113‑燃烧室；1131‑开口；114‑第一壁；115‑第二壁；120‑喷射构件；1201–喷射构件的纵向轴线；121‑第一喷射器；122‑第二喷射器；123–再循环区；124–再循环区的中心；125–熔体颗粒；130‑混合器；131‑混合管；1311‑纵向隔板；1312‑第一流道；1313‑第二流道；132‑第一供气管；133‑第二供气管；134‑扰流组件；1341‑竖直板；1342‑角板；135–入口；136–出口；140‑第一分配室； 150‑第二分配室；160‑冷却器；200‑燃烧系统；210‑分配管道系统；211‑第一分配管；212‑第二分配管；213‑第三分配管；214–入口；215–端部；300–炉；301–熔化槽；302–烟囱；303–熔化槽的底壁；325–原料。 具体实施方式[0044] 下文将详细描述本披露内容的实施例。在附图中示出了实施例的示例，并且在所有附图中，相同或类似的附图标记表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。 以下参考附图描述的实施例是示例性的并且用于解释本披露内容，但不应理解为限制本披 露内容。 [0045] 在本披露内容的描述中，应当理解的是，由术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本披露内容和简化描述，而不是指示或暗示所涉及的装置或元件必须具有特定方位或以特定方位构造和操作，因此不能被解释为限 制本披露内容。 [0046] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，不应被解释为指示或暗示相对重要性或隐含地指示所指示的技术特征的数量。由此，用“第一”和“第二”限定的特征可以明确地或者隐含地包含一个或多个特征。在本披露内容的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有具体的限定。 [0047] 参考图1和图2，描述了本披露内容的实施例提供的燃烧装置100。燃烧装置100可以布置在熔体的顶面以下并在熔体中燃烧，尤其适用于流化床和熔炼炉。 [0048] 特别地，参考图16，炉300包括熔化槽301和与熔化槽301流体连通的烟囱302。熔化槽可以装载原料325，特别是比如砖块、石块、粉末和/或灰等粒状岩石材料，这些原料堆积在熔化槽301的底壁303上。多个燃烧器(各燃烧器对应于本文中披露的燃烧装置100)定位在熔化槽301的底壁303下方，燃烧装置100的顶端1131通过底壁303上的开口与熔化槽301 流体连通。在图16中示出呈浸没型燃烧器构造的燃烧装置100。 [0049] 再次参考图1和图2，燃烧装置100包括壳体110和喷射构件120，其中，壳体110包括底壁111和多个侧壁112，底壁111和多个侧壁112合围形成顶部具有开口1131的燃烧室113。喷射构件(或喷注构件)120布置在多个侧壁112中的彼此相反的两个侧壁112上。喷射构件 120包括一个或多个第一喷射器121(或喷注器)以及一个或多个第二喷射器122(或喷注 器)，第一喷射器121用于向燃烧室113供应包括第一部分氧化剂和可燃气体(即燃料)的可 燃气体‑第一部分氧化剂混合物，可燃气体‑第一部分氧化剂混合物中的可燃气体的体积百分比大于可燃气体的燃烧上限，第二喷射器122用于向燃烧室113供应第二部分氧化剂，并 且供应到燃烧室113的第二部分氧化剂和第一部分氧化剂的总量与供应到燃烧室113的可 燃气体的总量达到化学计量平衡。 [0050] 应当注意，壳体110的多个侧壁112依次相连，每个侧壁112的底部均与底壁111连接并且与底壁111合围形成燃烧室113。侧壁112的顶部边缘形成开口1131的边沿。侧壁112 的数量可以是四个、六个等，可以根据需要进行设置，在此不作唯一限定。 [0051] 第一喷射器121的数量可以是一个、两个、三个等。第一喷射器121可以全部布置在同一个侧壁112上，也可以布置在彼此相反的两个侧壁112上。第二喷射器122的数量也可以是一个、两个、三个等。第二喷射器122可以全部布置在同一个侧壁112上，也可以布置在彼此相反的两个侧壁112上。有利地，底壁111具有大致矩形的形状，长轴Y基本平行于布置有喷射构件120的侧壁。 [0052] 参考图3至图6，用于布置喷射构件120的两个侧壁112被定义为第一壁114和第二壁115，第一壁114和第二壁115彼此相反地布置。当壳体110上的所有喷射构件120均至少包括一个第一喷射器121和一个第二喷射器122时，图3至图6中所示的各喷射构件120均可以 作为第一喷射器121或第二喷射器122布置。喷射构件120可以按多种排布方式布置在第一 壁114和第二壁115上。比如，参考图3和图4，位于第一壁114上的喷射构件120的投影和位于第二壁115上的喷射构件120的投影可以位于距燃烧室113的底壁111的同一高度处，并且关 于燃烧室113内的纵向轴线Y(图1虚线所示)对称。可替代地，参考图5和图6，位于第一壁114上的喷射构件120的投影和位于第二壁115上的喷射构件120的投影可以位于距燃烧室113 的底壁111不同的高度，并且沿燃烧室113的纵向轴线Y交错排布。再比如，参考图3和图4，若干个喷射构件120可以布置在壳体110的同一高度，或者，参考图5和图6，若干个喷射构件 120布置在壳体110的不同高度。通过上述布置方式的选择，可以在燃烧室113的横向和纵向的不同位置产生再循环区，有利于气体的均匀混合和提高火焰的稳定性。 [0053] 由第一喷射器121供应的可燃气体‑第一部分氧化剂混合物中的可燃气体可以是甲烷、天然气等。第一部分氧化剂可以是空气、富氧空气或氧气等。由第二喷射器122供应的第二部分氧化剂可以是空气、富氧空气或氧气等，可以根据需要进行设置，在此不作限制。 第一部分氧化剂和第二部分氧化剂可以具有相同的组成。可替代地，它们可以具有不同的 组成。 [0054] 可燃气体的燃烧上限是指在一定温度、压力下，可燃气体在助燃气体中形成的均匀混合系被点燃并能保持火焰的浓度上限。当浓度高于浓度上限时，可燃气体不能自燃。可燃气体‑第一部分氧化剂混合物中可燃气体的体积百分比大于可燃气体的燃烧上限，可以 理解为可燃气体‑第一部分氧化剂混合物中可燃气体的体积占可燃气体与第一部分氧化剂 的总体积的百分比大于可燃气体的燃烧上限，这样可以防止可燃气体‑第一部分氧化剂混 合物在进入燃烧室113前自燃。 [0055] 供应到燃烧室113的第二部分氧化剂和第一部分氧化剂的总量与供应到燃烧室113的可燃气体的总量达到化学计量平衡，可以理解为供应到燃烧室113的第一部分氧化剂 和第二部分氧化剂的总量大致等于供应到燃烧室113的可燃气体完全燃烧所需要的氧化剂 的量。可选地，供应到燃烧室113的第一部分氧化剂和第二部分氧化剂的总量可以在以下范围内取值，即在供应到燃烧室113的可燃气体完全燃烧所需要的氧化剂的量的95％至供应 到燃烧室113的可燃气体完全燃烧所需要的氧化剂的量的105％之间取值。供应到燃烧室 113的可燃气体‑第一部分氧化剂混合物与第二部分氧化剂在燃烧室113内进一步混合后形 成新的混合物，该新的混合物可以通过布置在燃烧室113中的点火装置或者通过使燃烧室 113的初始温度达到其自燃温度的方式被点燃。 [0056] 与现有技术相比，本实施例提供的燃烧装置100具有以下有益效果。首先，本实施例提供的燃烧装置100通过若干个第一喷射器121向燃烧室113供应可燃气体‑第一部分氧 化剂混合物，通过若干个第二喷射器122向燃烧室113供应第二部分氧化剂，同时确保向燃 烧室113供应的可燃气体的总量与向燃烧室113供应的第一部分氧化剂和第二部分氧化剂 的总量达到化学计量平衡，可以产生长度短、效率高的部分预混火焰。当燃烧装置100布置在炉或其他设备上时，预混火焰可以从燃烧室113的开口1131进入熔体并对熔体进行加热。 [0057] 其次，在本实施例提供的燃烧装置100中，将可燃气体‑第一部分氧化剂混合物中的可燃气体的体积百分比设为大于可燃气体的燃烧上限，这样可以防止可燃气体‑第一部 分氧化剂混合物自燃，从而极大地提高了燃烧的安全性。 [0058] 再次，参考图2，在本实施例提供的燃烧装置100中，将若干个喷射构件120布置在两个相反的侧壁112上，使得从若干个喷射构件120喷出的气流在燃烧室113内、特别是在喷射构件120的水平(出口)下方形成若干个再循环区123(即，涡旋)。这些再循环区具有两个 主要作用：使得火焰稳定；以及允许自动调节燃烧室的深度。 [0059] 稳定的火焰是指能够在各种扰动因素下燃烧的火焰。这些因素可以是：外部环境的压力脉动、水或熔体进入、燃烧器的出口堵塞、可燃混合物成分的进送速度急剧变化、火焰过贫或过浓。在工业燃烧器中，火焰熄灭的主要原因是可燃混合物的成分的进送速度与 火焰在其中传播的速度不一致。利用涡旋中心124处的气体速度几乎为零的特点，可以形成用于保持非常稳定的燃烧区的理想条件。在燃烧室113内、在这些涡旋中心区中形成若干个稳定火焰燃烧区，并且利用这些稳定火焰燃烧区不断点燃由向燃烧室113供应的新鲜可燃 气体‑第一部分氧化剂混合物和第二部分氧化剂的新的混合物部分，这样极大地提高了燃 烧的稳定性。 [0060] 燃烧器的稳定工作和可燃混合物的燃烧完全度还取决于燃烧室的大小。燃烧过程不会立即发生，而是可能需要一些时间。一定体积的可燃混合物的燃烧时间取决于许多因 素(混合物的富集度、湍流等)。单位时间内需要燃烧的可燃混合物的体积越大，所需要的燃烧室的容积就越大。如果燃烧室太小，则一些可燃混合物将会在燃烧器外燃烧。即，并非所有气体能源都能被有效利用：不完全燃烧将会造成损失。如果燃烧室太大，首先会增大燃烧器的尺寸，其次会增加进入燃烧器冷却壁的热量损失。因此，燃烧室太小和太大都会导致燃烧器的低效工作。 [0061] 有利地，燃烧装置100具有“可变几何形状”燃烧室113。通过将喷射构件120布置在限定燃烧室113的壳体的两个相反的侧壁处，在燃烧室113内产生两个(两组)涡流，从而形成两个再循环区123，这两个再循环区有利地位于燃烧室113的容积内在喷射构件120的出 口与底壁111之间，并且每个再循环区123有利地位于壳体的相应侧壁附近。有利地，再循环区123中的涡流允许自动调节燃烧室113的容积并且增强可燃气体‑第一部分氧化剂混合物 与第二部分氧化剂的混合。通过增大或减小燃烧室113的深度来改变燃烧室的容积。由于燃烧装置100在一层炉料或熔体下方工作，炉料小颗粒或熔体液滴125将从上方通过开口1131 落到燃烧室113中并且在底部111聚集。这些颗粒中的一些颗粒将被来自再循环区123的涡 流拾取，并且涡流可以将从燃烧室113的开口1131进入燃烧室113的炉料颗粒中的部分炉料 颗粒重新抛出燃烧室113。当燃烧装置100的功率较大时，涡流力较大，更多炉料会被抛出燃烧室113(例如，返回熔化槽301)，并且燃烧室113内可用于燃烧的空间更大。当燃烧装置100的功率较低时，涡流力较小，较少炉料颗粒会被抛出燃烧室113，并且更多炉料颗粒可能在燃烧室113堆积，使得燃烧室113可用于燃烧的空间减小。这样，再循环区中的涡流使得燃烧室113的可用于燃烧的容积与燃烧装置100的功率相关，这样可以防止因燃烧室113内部的 空间过小而导致一些可燃气体在燃烧室113外燃烧从而造成无法有效利用可燃气体，也可 以防止燃烧室113内空间过大而导致通过壳体110过度散热和制造成本过高，并且可以进一 步提高燃烧装置100在熔体的水平面以下的燃烧稳定性和效率。 [0062] 有利地，喷射构件120中的每个喷射构件的轴线1201与底壁111(或水平面)之间的夹角介于‑40°至40°之间。即，第一喷射器121和第二喷射器122各自与底壁111之间的夹角介于40°至‑40°之间。在这个角度范围内，由各喷射构件120喷射到燃烧室113内的气流均可以在燃烧室113内产生稳定的再循环区。当喷射构件120以与底壁111不同的角度安装在侧 壁112上时，由喷射构件120喷出的气流可以在燃烧室113的不同位置产生再循环区，并且可以产生不同形态的再循环区以满足不同的需求。 [0063] 可选地，参考图2、图3和图5，各喷射构件120的轴线1201与底壁111之间的夹角为0°。换言之，喷射构件120的纵向轴线1201可以与水平面平行。这样，布置在两个相反的侧壁 112上的喷射构件120喷出的气流形成良好的对流，由此形成稳定的再循环区(即涡旋)，有 利于稳定燃烧。 [0064] 在本披露内容的另一实施例中，喷射构件120各自可拆卸地布置于对应的侧壁112上。即，第一喷射器121和第二喷射器122可拆卸地布置在对应的侧壁112上。这样，当使用该燃烧装置100时，通过更换不同直径的喷射构件120，可以改变由喷射构件120喷出的气体的流量，以便可以控制第一部分氧化剂和可燃气体基于适当的流量比混合形成可燃气体‑第 一部分氧化剂混合物，并且控制将可燃气体‑第一部分氧化剂混合物和第二部分氧化剂按 合适的流量比供应到燃烧室113。 [0065] 参考图7至图10，各喷射构件120喷出的流体在燃烧室113内形成再循环区(图7至图10中燃烧室113内部的箭头所示的区域)，并且燃烧室113的竖直横截面有利地为多边形，以便保持再循环区。 [0066] 应当注意，燃烧室113(在垂直于纵向的Y轴的平面中)的竖直横截面可以为八边形、五边形等，可以根据喷射构件120的数量、位置等进行设置。 [0067] 在本实施例提供的燃烧装置100中，燃烧室113可以使每个喷射构件120喷出的流体形成稳定的再循环区，有助于保持燃烧。 [0068] 可替代地，燃烧室113的竖直横截面可以为矩形、梯形或六边形。 [0069] 参考图8，燃烧室113的竖直横截面在设为矩形时可以是直角矩形，也可以是底部具有圆角的矩形。当截面为底部具有圆角的矩形时，壳体110的侧壁112与底壁111之间圆滑过渡。 [0070] 在上述实施例提供的燃烧装置100中，燃烧室113的截面可以影响涡流的形状，截面为矩形、梯形或六边形，并且各喷射构件120喷射的气流均可以在燃烧室113内形成稳定 的再循环区，以便使燃烧可以稳定地进行。 [0071] 参考图11和图12，有利地，燃烧装置100进一步包括混合器130，其中，混合器130包括混合管131和第一供气管132。混合管131的入口135用于接收第一氧化剂流，并且在混合管131内设有纵向隔板1311；纵向隔板1311将混合管131的内腔分隔成第一流道1312和第二 流道1313，第一流道1312的入口和第二流道1313的入口均与混合管131的入口135保持连 通，同时纵向隔板1311有利地是气体不可透过的。第一流道1312的出口136与第一喷射器 121连通，并且第二流道1313的出口与第二喷射器122连通。因此，有利地，第一流道1312和第二流道1313在入口135的下游流体分离。第一供气管132与第一流道1312连通并且用于将 可燃气体流传送到第一流道1312。因此，可燃气体仅被传送到第一喷射器121，并且有利地不被传送到第二喷射器122，有利地向第二喷射器仅供应包含氧化剂或由氧化器组成且有 利地不含可燃气体的流。 [0073] 从混合管131的入口135进入混合管131的第一氧化剂流可以为氧气、空气或富氧空气等氧化剂，并且从第一供气管132流入第一流道1312的可燃气体流可以是天然气、甲烷等可燃气体，可以根据需要进行设置，在此不作限制。 [0074] 在本实施例提供的燃烧装置100中，进入混合管131的入口135的部分氧化剂形成第一氧化剂流并进入第一流道1312，而另一部分氧化剂进入第二流道1313。通过供气管132进入第一流道1312的氧化剂和进入第一流道1312的可燃气体在第一流道1312内混合后形 成可燃气体‑第一部分氧化剂混合物，该混合物通过第一流道1312的出口136输送到各第一喷射器121。进入第二流道1313的氧化剂通过第二流道1313输送到各第二喷射器122，以便 供应燃烧室113中燃烧所需的原料。此外，通过选用具有合适的直径的第一喷射器121和第 二喷射器122，可以控制流入第一流道1312和第二流道1313的氧化剂的流量的比值，进而可以控制可燃气体‑第一部分氧化剂混合器130中的可燃气体的溶解度，防止可燃气体‑第一部分氧化剂混合物在进入燃烧室113之前自燃。因此，第一喷射器121和第二喷射器122可以具有不同的直径和/或截面尺寸。 [0075] 可以通过压缩机(未示出)将氧化剂在增压下(例如，介于0.5至2巴之间)供应到入口135。可以通过调节压缩机的功率来改变氧化剂的供应压力和/或流速。可燃气体可以在 合适的压力(例如，介于3至5巴之间)从格栅供应到第一供气管132，该压力有利地高于入口 135处的氧化剂的供应压力。 [0076] 在本披露内容的另一实施例中，参考图11，混合器130进一步包括第二供气管133；第二供气管133与第二流道1313连通并用于将第二氧化剂流传送到第二流道1313。 [0077] 应当注意，第二氧化剂流可以是氧气、空气、富氧空气或其他含氧物质，可以根据需要进行设置，在此不作限制。比如，当第一氧化剂流和第二氧化剂流供应的氧化剂均为氧气时，燃烧装置100为纯氧燃烧装置100。 [0078] 在本实施例提供的燃烧装置100中，可以通过第二供气管133向第二流道1313供应纯氧或与第一氧化剂流不同的其他氧化剂，从而改变第二部分氧化剂的成分并增强燃烧装 置100的性能。 [0079] 在本披露内容的另一实施例中，参考图12，混合器130进一步包括扰流组件134。扰流组件134设置在第一流道1312和/或第二流道1313内。 [0080] 应当注意，扰流组件134可以具有多种结构，例如，扰流组件134可以是竖直板1341、角板1342或者两者的组合，可以根据需要进行设置，在此不作限制。 [0081] 在本实施例提供的燃烧装置100中，当扰流组件134布置在第一流道1312中时，可以提高第一氧化剂流与可燃气体流的混合质量；并且当扰流组件134布置在第二流道1313 中时，可以提高进入第二流道1313的第一氧化剂流与第二氧化剂流的混合质量。 [0082] 参考图13，有利地，燃烧装置100进一步包括第一分配室140和第二分配室150，第一流道1312经由第一分配室140与第一喷射器121连通，并且第二流道1313经由第二分配室 150与第二喷射器122连通。 [0083] 在本实施例提供的燃烧装置100中，第一分配室140布置在第一流道1312的下游，可以进一步混合可燃气体‑第一部分氧化剂混合物，并且使位于第一分配室140下游的第一喷射器121能够以相同压力向燃烧室113供应可燃气体‑第一部分氧化剂混合物；并且第二 分配室150布置在第二流道1313的下游，当第二部分氧化剂具有多种成分时可以进一步混 合第二部分氧化剂，并且使位于第二分配室150下游的第二喷射器122能够以相同的压力向 燃烧室113喷射第二部分氧化剂。 [0084] 有利地，燃烧装置100进一步包括预热器(图中未示出)。预热器被配置成对第一部分氧化剂和/或第二部分氧化剂进行预热。这样，可以提高燃烧装置100中的燃烧质量。在燃烧装置100用于炉、流化床或其他设备时，通过预热器对第一氧化剂和/或第二氧化剂进行 预热可以进一步改善设备(比如炉)的能量参数。有利地，预热器布置在混合器130的入口 135的上游。 [0085] 当在预热器中预热助燃剂(即本实施例中的第一部分氧化剂和第二部分氧化剂)时，助燃剂的温度越高，表明熔化单位体积的炉料所需消耗的可燃气体越少，提高了炉的能效参数，并且燃烧装置100中的燃烧质量更好。然而，在加热第一部分氧化剂后，当第一部分氧化剂与可燃气体混合时，会影响可燃气体的燃烧上限。在这种情况下需要对应地调节可 燃气体‑第一部分氧化剂混合物的体积百分比，确保可燃气体‑第一部分氧化剂混合物中的可燃气体的体积百分比始终大于可燃气体的燃烧上限，以便防止可燃气体‑第一部分氧化 剂混合物在进入燃烧室113之前自燃或着火。 [0086] 具体地，下面通过具体实施方式来说明预热第一部分氧化剂产生的影响。在20℃的温度下，当空气用作第一部分氧化剂、天然气用作可燃气体、同样空气用作第二部分氧化剂时，天然气在与空气混合时只能在5％至15％的浓度范围内燃烧。如果天然气与空气的混合物中的天然气的浓度低于5％，则认为混合物中的天然气浓度过低而无法自行燃烧。如果天然气与空气的混合物中的天然气的浓度高于15％，则认为混合物中的天然气浓度过大而 也无法自行燃烧。当混合物中的天然气的浓度为10％时，认为该天然气与空气的混合物是 化学计量混合物，可以实现最大热效应并达到最高燃烧温度。在这种情况下，如果将温度低于20℃的空气和浓度超过15％的天然气供应到混合器130中，则不会出现混合物自燃的问 题。 [0087] 然而，随着混合物的温度升高，可燃气体的燃烧上限也会升高。在将空气加热至500℃且天然气的温度相应地升高至500℃时，天然气的燃烧上限会上升到17％至18％。在 这种情况下，为了防止自燃，需要调节天然气的浓度并且将浓度大于18％的天然气供应到 混合器130中。 [0088] 当采用混合器130向燃烧室113供应可燃气体、第一部分氧化剂和第二部分氧化剂时，可以在空气温度为20℃时采用直径大致相同的第一喷射器121和第二喷射器122。因此，这两种喷射器的压力损失相同。当空气温度为500°C时，采用直径小于第二喷射器122的第 一喷射器121。目的在于当天然气温度相对较高(即，当天然气燃烧上限相对较高)时，减小第一喷射器121的直径而使流入第二流道1313的空气较多而流入第一流道1312的空气较 少，从而使天然气的浓度升高到18％以上，从而确保不出现自燃现象。 [0089] 参考图13，有利地，燃烧装置100进一步包括冷却系统160，该冷却系统布置在壳体110的外侧并且被配置成冷却壳体110和喷射构件120位于壳体110外的部位。 [0090] 应当注意，冷却系统160布置在壳体110的外侧、即布置在各侧壁112和底壁111的外侧，并且壳体110通常由锅炉钢或特殊的高温合金等金属制成。燃烧室113中的火焰将会 产生远高于壳体110的金属的熔点的高温。因此，可以通过水或冷空气来冷却壳体110。所有喷射构件120也都通过水或者空气进行冷却。本实施例提供的燃烧装置100可以延长壳体 110和喷射构件120的使用寿命。 [0091] 在本披露内容的另一实施例中，参考图1和图2，壳体110的内侧设有隔热涂层。即，侧壁112和底壁111的内侧设有隔热涂层，因此隔热涂层可以减少通过燃烧室113的冷却壁的热量损失并且提高燃烧装置100的效率。 [0092] 参考图14和图15，提供了燃烧系统200，该燃烧系统包括分配管道系统210和若干个上述燃烧装置100。 [0093] 应当注意，燃烧装置100的数量可以是一个、两个、三个等，可以根据需要燃烧系统200所需的功率进行设置。 [0094] 在如图14所示的分配管道系统210的实施方式中，分配管道系统210包括若干个第一分配管211，若干个第一分配管211分别用于向若干个燃烧装置100供应可燃气体‑第一部分氧化剂混合物。第一分配管211以相同的压力向对应的燃烧装置100供应可燃气体‑第一 部分氧化剂混合物，可以确保进入各燃烧装置100的可燃气体‑第一部分氧化剂混合物具有相同的压力，并且燃烧系统200具有较好的稳定性。 [0095] 在如图15所示的分配管道系统210的另一实施方式中，分配管道系统210包括第二分配管212和若干个第三分配管213，该第二分配管是截面面积从管212的入口214朝向端部 215减小的渐缩管212。若干个第三分配管213沿第二分配管212的气流方向依次与第二分配 管212连通，并且若干个第三分配管213分别用于向若干个燃烧装置100供应可燃气体‑第一部分氧化剂混合物。通过将渐缩管的两端的管径设置为合适的值，可以确保进入燃烧装置 100的可燃气体‑第一部分氧化剂混合物具有相同的压力，并且燃烧系统200具有较好的稳 定性。 [0096] 根据本披露内容的燃烧装置可以在熔化、干燥、加热和/或预热应用中用作燃烧器。有利地，本文中披露的燃烧装置用作浸没型燃烧器。 [0097] 在本披露内容的另一实施例中，本实施例进一步提供了一种应用于上述燃烧装置100的燃烧方法，该燃烧方法包括： [0098] 将可燃气体与第一部分氧化剂在进入燃烧室113之前在防止自燃的同时彼此混合形成可燃气体‑第一部分氧化剂混合物，该可燃气体‑第一部分氧化剂混合物中的可燃气体的体积百分比大于可燃气体的燃烧上限； [0099] 通过若干个第一喷射器121向燃烧室113供应可燃气体‑第一部分氧化剂混合物；以及 [0100] 通过若干个第二喷射器122向燃烧室113供应第二部分氧化剂，其中，供应到燃烧室113的第一部分氧化剂和第二部分氧化剂的总量与供应到燃烧室113的可燃气体的量达 到化学计量平衡。 [0101] 与现有的燃烧方法相比，在本实施例提供的燃烧方法中，以部分预混的方式将可燃气体和氧化剂(包括第一部分氧化剂和第二部分氧化剂)供应到燃烧室113，控制可燃气 体的浓度，使得燃烧火焰兼具长度短、效率高、安全性高的特点，并且通过喷射构件120对向气流的方法来产生可以为稳定燃烧提供良好条件的再循环区，这样提高了火焰的稳定性。 |
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