CN86108138A - 排渣式燃烧装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于锅炉和工业炉的排渣式燃烧装置，它有一个主燃室，在其中燃料低于化学配比地燃烧并排除多数炉灰。燃烧产物流到一个第二燃室，并排除更多炉灰。然后流到相应的用热设备，如锅炉。在该处燃烧产物加入附加的氧化剂进行最终燃烧。燃料和氧化剂的速度和质量流率可以独立控制，从而可以将燃烧条件调整成同时使氧化氮最少，分离出的非燃物质如熔渣最多，避免带油烟，保证燃烧稳定，生产出含一氧化碳和氢丰富的气体产品最多。

Description

传统的燃烧锅炉厂和工业用炉在炉中反应区内燃烧煤，在该反应区内燃烧温度高到足以保持炉渣在其熔融温度。它们通常在总的化学配比大于1的情况下燃烧，这便导致大量氮氧化物和硫氧化物生成，并导致相当高的微粒排放进入大气内。这些炉子单位容积的能量释放比较低，并依靠使用耐火材料来防止炉渣烧蚀。它们通常以很低的功率密度运行，为了烧尽燃料中碳的成份、收集剩余的炉渣，并从火焰中提取能量，需要大量的“火箱”。

最近几年，石油价格已提高约9倍，许多锅炉发电厂和工业用炉受到价格压力的打击。例如碳酸钠石窑要求大量的热能，这些工业技术的经营者将大量投资用于设备上，考虑到目前的石油和天然气的价格，在经济上是不可行的。将这些锅炉和工业锅转化成烧煤而不是烧石油或天然气，会大量节约能源成本，这常能避免工厂关倒、避免抛弃投资，并避免社会上的失业。但是要在原为燃用石油或天然气而设计和建造的数千瓩的锅炉中改燃煤却存在一些始终认为是不可克服的困难：从平常的煤燃烧中产生的飞灰和煤渣会覆盖在水管上，迅速地使锅炉效率下降;硫氧化物（Sox）和（或）含氮氧化物（Nox）的排放不仅是为社会所不能接受的，而且，在现行的清洁空气规定下，在市区和半市区地区常常是被禁止的，锅炉发电厂通常位于这些地区。通常，安装装煤设备和燃烧设备的可用空间受到严格限止。而原为燃用石油或天然气设计的锅炉通常没有用于收集和处理炉渣的装置。

因此，我们的社会对于把现存的锅炉和工业用炉转换（改型）成适于燃煤的工艺和装置已引起了社会和经济的明显需求。从经济、技术和环境保护观点所接受的任何该种装置应当满足下列要求：

功率密度高-在主燃室内单位立方呎容积大约每小时为1.0百万英热单位/小时（Btu/hour）。

Nox低-散发到大气中的气体始终如-地小于450百万分体积比（ppmV），并且最好小于250百万分体积比。

Sox低-大体上低于用传统的燃烧室迄今所达到的标准，并且最好使烟气中硫化物含量降低到百分之50至90左右。

可除去非燃物质-在气体生成物被输送到终端应用炉或锅炉以前，根据特殊的使用要求从燃烧气体生成物中收集并除去70%-90%的燃料非燃有机物含量;

碳的转移-在气体生成物进到锅炉或其他热利用设备之前，基本上将全部碳转变成碳氧化物，

耐久性-保护燃烧室壁，使壁的有害腐蚀和（或）烧蚀保持在商用上可接受的期限内;

热效率-输送到末端应用设备的气体产物流具有含碳燃料85-90%左右的化学潜能。这些能量最好部分作为可感知热、而部分以包含在气体产物中并很快燃烧的一氧化碳和碳氢的形式全部输送到终端应用设备中。

本发明提供了满足上述要求的装置。

为了参考，这里引用的属于Burge等人的美国专利4，217，132叙述了用以燃烧包含非燃无机物组分的含碳燃料的装置，作为液态炉渣来分离这些组分，并输送热燃烧产物流到某一热能利用设备、诸如锅炉中。在Burge等人的装置中，固体含碳燃料（例如煤粉）被喷入到某一燃烧室内，并且，与此同时氧化剂气流（例如预热空气）被切向输入到燃烧室内以产生高速涡流条件：这一条件适于通过离心力的作用将大多数液态炉渣驱动向燃烧室内壁。在4，217，132专利中叙述的装置是第一代高功率密度排渣式燃烧器。本发明涉及到排渣式燃烧器的改进，这种改进产生于广泛的研究和研制，其中包括识别为修改原来设计和建造的工业锅炉和电力业锅炉能燃用石油和（或）天然气所特有的要求。这里所叙述的我们的装置是一种排渣式燃烧器，和Burge等人公开的那种同属平常的一类。我们的装置包括一些改进，并且就我们所知，它是一种唯一突出的技术，同时，基本上排除了全部炉渣，控制了Nox和Sox排放物，并且避免了夹带未燃碳和其它微粒，而以高效率运行，具有商业上可接受的耐久性，并且被改型得小到足以进入商用规模的工业和公共事业电厂内通常可用的有限空间。

按照本发明，提供了一种紧凑的装置和方法，用以在每单位容积高能输出的情况下有效地燃烧含碳颗粒物质，而排除非燃烧物到可能的最高程度，同时，使氮氧化物生成最少，并且排除了燃料大部分的硫含量。

我们的装置，综合起来说，包括具有第一轴线的预燃室;具有大体上和第一轴线垂直的第二轴线的主燃室;在所述燃烧室出口端具有锁眼般孔口的导流板;用以从气态燃烧产物中回收炉渣的压力通风***;清除液态熔渣的装置，将气态产物输送到终端应用的装置;当气态产物大体上到达终端装置时用以添加补充氧化剂到气态产物中去的装置。

在优选实施例中，预燃室包括第一园柱体氧化剂添加室，它由该预燃室端壁和离该端壁一定距离的第一带孔气流调节器板所确定。它同样包括用以将氧化剂切向输入到第一氧化剂添加室的装置。第一燃烧区沿轴线从所述导流板延伸到第二氧化剂输入区，它包括一个和管道连通的压力通风***，管道在端部接收第一燃烧区的流出物，所述管道包括用以输入第二氧化剂气流、以便和第一燃烧区的流出物相混合的装置。用以输送颗粒燃料的喷咀装置从预燃室的端壁大致延伸到第一带孔导流板的孔口位置。该喷咀装置适于将颗粒含碳物至少和第一轴线约成45°喷射到第一燃烧区。所述第二氧化剂输入区结尾于延伸到主燃室的管道，它连接于邻接主燃室壁的矩形开口，设置矩形开口是为了能从预燃室切向输入氧化剂和燃烧产物。预燃室的轴线和水平线配置成某一角度，足以使基本上所有预燃室产物流入主燃烧室。

为了输送颗粒含碳物质，燃料喷射器从其端壁伸入到主燃室。

主燃室设有内壁面，由燃烧颗粒含碳物质而产生的炉渣层保持在其上，所设置的伸入主燃室的氧化剂入口将预燃室的流出物分为两股流：一股向着顶端，另一股向着排出端。该预燃室最好在矩形开口处包括一气流调节器，以控制流入主燃室的流速，而与流量率无关，从而使切向流入速度保持在某一预定的范围内。

燃烧产物离开主燃室，以高速涡流的方式通过带孔导流板上锁眼般的孔口。同时，液态炉渣流经锁眼孔的向下延伸的狭槽部分。于是，这些燃烧产物从主燃室流入膨胀室，气态产物在其中膨胀，从而使涡流速度降低。因此，大块炉渣和小颗炉渣从膨胀室内的气态燃烧产物中分离出来，依靠重力流到炉渣处理辅助装置内。气态燃烧产物以比较低的速度向上流，然后被输送到终端应用设备，诸如锅炉或工业炉。当这些气体到达我们的装置和终端应用装备之间的界面时，对气态燃烧产物添加补充氧化剂，其数量足以使气流中至今尚未燃烧的组分（如一氧化碳，油烟和（或）氢）完成氧化。

在操作中，氧化剂被输送到预燃器的第一混合室，并以涡流形成离开第一带孔导流板的孔口。该氧化剂和加入到该装置的全部颗粒含碳物质的大约10-25%相混合。运送到该混合室的氧化剂量一般是足以使供给预燃器的全部燃料达到化学配比燃烧。这种燃烧产物被第二氧化剂流所稀释，以形成浓氧化剂流出物，例如相当于预燃器大约是2倍至5倍的化学配比，适于喷入到主燃室，并在其中用作氧化剂源，用以燃烧最初输入的含碳燃料。颗粒含碳物质的平衡是通过燃料喷射装置大约以45°至90°的角度（相对于主燃室的轴线）将燃料供给主燃室来达到的，和来自预燃室浓氧化剂流出物相混合，该流出物以大约1200°F至2000°F的温度被输送。主燃室中的燃烧是利用供给主燃室的全部氧化剂以低于化学配比方式进行的，大约处于燃烧燃料中全部可燃物所需的化学配比量的0.7至0.9范围内。在主燃室中，燃烧基本上发生在所有非燃物大体上转化成熔融炉渣的阶段上，由于主燃室中流速场的旋转效应，炉渣通过离心力被甩到主燃室的壁上，并作为表层熔融的炉渣层积聚其上。在稳态运转中，炉渣流向主燃室的带孔导流板，经过狭槽孔，流到炉渣收集装置。来预燃室的热氧化剂流入物对于阻止在氧化剂流入孔附近积聚冷凝的炉渣是有好处的。也许更重要的是，通过燃烧产物的热辐射，它保持了高温环境，从而确保促进和稳定紧挨燃料喷射器组件的燃料燃烧，并确保燃料颗粒在到达主燃室壁之前85%-90%的碳转化。气态燃烧产物经导流板孔流入膨胀室，其中大尺寸剩余炉渣，在被输送到终端应用装置之前和气态燃烧产物分离。补充的氧化剂在和终端应用设备交界处被输送到气态燃烧产物内，因此，当气态产物进入终端应用设备时，在低化学配比的主燃室中便完成了Co和H₂的最终燃烧。

尤其是在本发明的优选实施例中，该预燃室具有3/1的长度/直径比;而主燃室具有1.5-2/1的长度/直径比;膨胀室具有1/1的长度/直径比;主燃室导流板面积比处于2/1-4/1的范围内。如上所述，供给主燃室的全部氧最好是为把燃料中所含全部碳和碳氢完全燃烧成二氧化碳和水所需量的0.7-0.8左右。因此，离开主燃室的气态燃烧产物包含着大量一氧化碳和氢，因而适于在终端应用设备内，譬如说在锅炉或工业用炉内，进一步完全燃烧。优选的含碳供料是煤。可以在逆反应物主体流的方向把硫吸收剂输送到主燃室，以便能吸附含碳燃料的含硫组成。

图1是关于流出物吸收炉装置的透视布局图。

图2图示了预燃器。

图3图示主燃器、炉渣分离和收集、燃烧产物管道和第二燃烧器。

图4详细图示主燃器和膨胀室内的反应物和反应产物的相互作用。

图5图示用以对装置壁提供热保护的结构安排。

图6表示用于装置容器壁的管子-隔板结构的细部。

图7和图7A表示热套管喷射器组件。

图8和图8A表示适于燃用悬浮液的燃料喷射器组件。

图9表示在预燃器和主燃器连接处的装配式组件的剖视图。

按照本发明所提供的***应用了特殊的装置和方法充分地燃烧颗粒含碳物质，并在最大可能的程度上除去固体非燃物，同时使生成氮的氧化物最少，提供一种去除硫化物的高效率装置，并在气态产物被输送到有关的热能利用设备之前收集和去除70%至90%的熔融炉渣。

这些改进的成功是通过采用下述方法和装置来完成的：它们调配颗粒含碳物质和用于燃烧这些物质的氧化剂，以便在流体动力流速场中迅速点燃并反应。所用的装置包括连接在一起的四个机械组件：预燃器，主燃器，炉渣收集装置以及带有整体第二燃烧器的管道，整个装置是紧凑的，而且装置的每单位容积的能量释放率要比在传统的燃煤炉子中所能达到的大得多。

这里所用的术语“颗粒含碳燃料”，我们指的是包括非燃矿物的含碳物质，它可作为处于喷粉状态中的燃料，或者作为自由粒子悬浮于运载流体内，即作为悬浮液来供应其中典型的含碳物质包括煤、炭、固体废料回收作业提取的有机剩余物、可分散在液体中的焦油等等。整个所需要的是含碳物质在主燃室内至少是部分可氧化的，并且作为在运载液体中的分散粒子适于分散在燃烧室中。一般情况下该燃料是煤粉。

术语“氧化剂”是指空气或富氧空气

“运载流体”是指气体或液体，它们可以是惰性的或氧化剂。氧化剂是最好的运载气体，水是最好的运载液体。

氧化剂的预处理是在短的紧凑的园柱体预燃器中完成的，全部第一氧化剂被送到那里。第一氧化剂用来燃烧全部含碳供料的大约10%-25%，以形成第一反应产物。氧化剂的第二部分进入预燃器和第一反应产物混合以形成热的浓氧化剂气流，它们受控制的方式被导入主燃器。浓氧化剂气流还载着所有剩余的预燃器燃料和非燃物，包括扩散在其整个容积内的仍在燃烧的含碳颗粒。结果，预燃器出口温度可处于大约1200°F-2000°F范围内。

预燃器内的颗粒含碳物质在一般情况下作为固体被输送到处于预燃器顶端的强烈旋转的气体流速场内。输送是通过一中心安装的喷射器进行的，喷射器产生一种锥形颗粒含碳物质流，混合到氧化剂的旋转流速场内。氧化剂的旋转流速场和生成的反应产物产生了一个强烈的热气体回流区，一旦获得点燃便燃烧颗粒。当空气作为氧化剂并且该空气在大约300°-500°F或更高的温度下被输送时，预燃器的几何形状提供了自持燃烧。预燃器最好配置成和水平线的夹角为22.5度，使全部气流从顶端顺着这一角度向下流到一矩形出口，以确保没有固体或液体炉渣剩留在预燃器内。预燃器总的化学配比大约是为使输送到预燃器的燃料碳含量得到完全氧化所需氧气量的2-5倍。这一化学配比是通过调节颗粒含碳物质流入氧化剂流的流量来控制的，以保持上述出口温度。

产生于预热器中的反应物和加热的氧化剂通过矩形出口流向园柱体几何形状的主燃器内。这一预燃器流出物气流大体上和主燃室内壁成切线方向被输送。预燃器的矩形出口尺寸是这样决定的，使平行于主燃器轴线的尺寸大于垂直于主燃器轴线的尺寸。长/高比以2.5/1最好。矩形出口的中心线最好和预燃器的纵轴排成一直线，并被配置在主燃室纵轴线中点的上流，即大约自顶端至主燃室的带孔导流板距离的1/3-1/2处。

由于按上述方式设置预燃器的矩形出口，预燃器排出物便引起了涡流运动，传递给主燃器中的气流。我们业已发现，借助于使用位于预燃器矩形出口区内的气流调节板，通过将预燃器的出口速度控制在330呎/秒的量级，便可以在宽广的主燃器燃料供给速率范围内达到满意的燃烧。上述设施还使所述排出物分成二支几乎相等的气流：一支气流沿其壁向顶端涡旋，而另一支气流沿其主燃器壁向其出口作总的螺旋移动。流向顶端的涡流的轴向分量具有较低的速度，处于50呎/秒量级。该气流在主燃器顶端壁处向内转，然而朝主燃器出口轴向反流，始终以涡旋或螺旋轨迹流动。在主然器出口处设置一导流板，它被配置成垂直于主燃器的轴线，并且它具有一个大致处于中心位置的孔。

固体含碳燃料的主要部分通过一燃料喷射器组件被输入到主燃器，大致处于顶端的中心。这一组件使颗粒含碳物作为气体或液体载体中的固体，以锥形流的型式被输入到涡旋气体流速场内。该喷射器组件从顶端伸进主燃室直到预燃器出口矩形开口的稍微上流点。

如上所述，进入主燃室的氧化剂流入物分成二股气流，使大约50%的预燃器流出物流向顶端，那里，最初的点燃出现在浓燃料反应区内，顶端区总的化学配比大约为0.4-0.5。输入的氧化剂流向主燃器出口端。锥形燃料流跟高速涡旋流流场的相互作用，使燃料、氧化剂和燃料产物充分和迅速混合。随后，通过详细的叙述会变得更加明显，这就为精确地和非常有利地控制燃烧区几个部分中化学配比，成份和加速力创造了条件，而这些特性对于达到上面提出的目的和要求是重要的。燃料可燃物的主体部分在穿过加热的氧化剂流速场的阶段中被烧尽，以反应热的形式放出能量，并进一步加热总的燃烧产物。自由飞行中的粒子通常按螺旋轨迹流向主燃室的出口端。

在通常运行中，少量的，最好不大于燃料的12%左右的含碳量以未燃碳的形式，即一般的可燃炭达到主燃器的壁面，它再继续被烧尽。液态炉渣层随气体动力层的牵引力和重力沿主燃室壁以螺旋形式流向出口端导流板。通常，燃料的燃烧是通过迅速加热燃料颗粒才发生的通过加热使挥发的有机物气化，它可能处于总可燃物重量50-80%的量级。其剩余部分主要是在飞行中基本上作为炭粒而被燃烧。

在主燃器顶端内形成的浓燃料，在保持涡流运动的同时，总的来说流向出口端导流板。最初和顶端流分离的带着涡旋运动流向出口端导流板外环区的预燃器流出物的那部分通过导流板时被迫向内，从而跟燃料和浓燃料气体混合和反应，以便把主燃烧器的总化学配比大约提高到0.7-0.9的范围，最好大约为0.7-0.8，并作为主燃烧器的输出产物产生一股含有浓Co和H₂的热燃烧产物流，从该燃烧产物中，大部分非燃物作为液体炉渣已被排除。

在主燃器内，通过沿主燃器中心线的强烈的二次回流，内部的混合和反应进一步加强，该回流沿着中心线，总的移向主燃器的顶部。这一回流同样是涡旋的，因此，基本上是螺旋型的，但其轴向分量是移向主燃器的顶端的。在主燃室内它产生了一浓燃料核心部分。这一回流核心部分的平均直径和质量流量率是由预燃器出口流速和主燃室的导流孔直径选择所决定和控制的。最好预燃器出口速度约为330呎/秒，而最佳的导流板孔口直径和主燃室直径之比大约为0.5或再大些，在此情况下，产生理想的二次回流，从而增加对主燃室内的点燃和整个燃烧的控制。

大约从导流孔的半径处向内，切向速度在主燃器的中心线处基本上降低到零。这一涡旋流速场在它们早期消耗过程中将燃料粒子径向加速，同时使烧尽的粒子，下降到大约10微米，作为熔渣而被收集在主燃器内。

主燃室的燃料喷射器组件被设计成便于熔渣从顶端沿其外表面流向颗粒含碳物的喷射点。这一在喷射器组件上的极热（熔渣）外表面起了火焰保持器的作用，以确保燃料粒子离开喷射器时迅速点燃，从而促进了并达到最大限度的有效燃烧。在运行中，沿着喷射器流动的炉渣在离固体颗粒燃料喷射点不远处产生了脱离，并为强烈的小点中心辐射和点燃顶端形成的浓燃料气体创造了条件。

当采用气态运载流体时，颗粒燃料以密集相输送方式输入主燃器，其中固体和运载流体重量比在额定功率范围内处于大约3∶1到10∶1的范围。当燃料作为液体悬浮液供给时，燃料和运载流体的重量比可采用大约2∶1或更高些。主燃室的燃烧产物热到足以保持熔渣层温度高于炉渣熔化温度。因此，炉渣沿主燃室壁自由流动。金属壁的冷却剂流是被控制的。颗粒燃料质量流量率是被控制的，来自预燃器的氧化剂的质量流量率和速度是被控制的。协同调节这些独立的变量，使主燃区温度保持在某一范围内，从而避免了炉渣汽化，在金属壁面上保持一保护性炉渣层，而液体炉渣继续流过那炉渣层，流向炉渣清理分总成。在顶端区和芯部的浓燃料燃烧便于把Nox控制在低于环境可接受的水平。

最好，主燃室壁由水冷式、管子-隔板结构构成。管子-隔板结构还装备炉渣保持支柱。容器壁最初视以消耗的耐火材料，采用大约0.5吋的标准厚度，并用支柱保护。在运行中，所采用的耐火材料使熔渣紧紧地粘附于该耐火材料，形成一薄冷凝层，而剩余的炉渣流过该冷凝炉渣层。在长期运行后，这一耐火材料被冲刷掉，即损失掉。但是被冲走的很厉害的部分很快被凝结的炉渣所代替。耐火材料跟冷凝的和熔融的炉渣层的这种结合，对焊接的管子-隔板壁结构提供了热和化学保护。局部炉渣流为任何损失的耐火材料提供自补充。冷却回路的结构为金属壁提供了大约325°-600°F的温度，它防止了酸性化合物的凝结，从而使腐蚀最少。就某些煤来说，如同在序号为-的共同未决的专利申请（摘要31-0143）中详细叙述的，由于为就地收集硫化物提供了保证，炉渣熔化温度可进一步降低。

主燃室的纵轴线最好配置成和水平线大约成15°的角度，以保证产生完全的炉渣流，避免在燃烧室底部积累剩余物。该炉渣通常是沿主燃器的壁按螺旋方式被带向出口端导流板。随着炉渣流沿着壁面形成，由于重力超过了气体动力学的力，大部分熔渣流向主燃器的底部。底部收集到的炉渣流向导流板。导流板具有一中心设置的孔和一从该孔延伸到主燃器底壁的矩形、锁眼状开口。这种矩形窄槽能使炉渣流穿过邻近燃烧室底壁的导流板。当燃用200目煤时，煤的非燃物含量的大约80-95%从气体产物流中被除去，作为液态炉渣被收集，并通过设置在开有锁眼孔的导流板下流的炉渣出渣分总成被除去。

由于采用了主燃器长度/直径比名义上为2/1;导流板直径和主燃室直径比为0.5或大于0.5，并且就200目煤来说，基本上是自由飞行燃烧，正如在此叙述的，实际上在主燃室外部不损失（夹带）未燃碳。来自主燃室的燃烧产物和液态炉渣最好流入园柱体的炉渣回收室。炉渣回收装置包括一个长度/直径比小的腔室，它的直径大约等于主燃室的直径。在其底部是一炉渣出渣孔。在其顶部是一园形孔，具有某种过度的几何形状，它基本上和炉渣回收室的中心线相垂直。从炉渣回收室顶部的孔处，延伸出一气流排出管道，以便将浓燃料气体继续输送到最终应用装置中去。该管道以接近垂直的角度离开炉渣回收区，并在燃烧产物流水平地转向其最终应用之前，大约按1-2的长度/直径比（最好是1）延伸。炉渣回收装置在主燃室的导流板和垂直排出孔之间额外地设置一段短的行程，使气体产物流中大部分剩余炉渣滴被收集在炉渣回收区的壁上。垂直的出口增强了被收集的炉渣颗粒的重力下沉。将炉渣出渣孔安置得基本上对着垂直出口，增强了对炉渣出渣的内部热辐射，有助于保持良好的炉渣流，以便经炉渣出渣孔进入炉渣分离罐。

炉渣回收区，连同导流板，同样提供了热回流气体源，回流气体螺旋地流回到主燃室区的芯部。该回流的直径，即气体的芯部通常约为主燃室导流板孔径的70-75%。这便导致了在导流板孔处排出燃烧产物流的切向和轴向速度增加。在该气体流内的炉渣滴进一步向炉渣回收室壁加速，以便作为熔渣被收集。更重要的是，该芯部提供了一个紊流较小的区域，可把添加剂输入其内，以收集潜在的空气污染物，如硫化物。它为最佳配置用以控制硫排污的吸附剂喷射器创造了条件。从靠近导流板孔的主燃室中心线处的某点开始，将吸附剂喷入到该逆流蕊部，为吸附剂的极好预热和化学准备创造了条件。逆流流速场载着大部分的吸附剂进入主燃烧区的芯部，在那里吸附剂和硫化物在浓燃料环境中发生反应。有效地使用吸附剂使燃料中硫含量的回收率高达60-70%。

在本发明的实验操作中，以大约0.75的主燃室总化学配比运行。使氮氧化物的排放程度处于250到大约300百万分率（ppm）的范围。这便能使我们的装置符合清洁空气规定，而不借助于昂贵的烟气净化措施。

我们的发明应用了流体和燃烧反应原理，可以有把握地从一种功率尺度换算到另一种功率尺度。我们应用同一换算原理已建造了功率容量达到1亿7千万英热单位/小时（170million    BTU/hr.）的装置。作为这些换算原理的例子，预热器、主燃器和炉渣回收室的横剖面尺寸，大致直接估算为所需功率容量的平方根。就商业兴趣的尺度来说，对于预燃器其长度/直径比经常大致保持在3/1，对于主燃室为1.5-2∶1，而对于炉渣回收装置则为1/1。近于垂直的出口管道其长度/直径比约为1/1，为最终收集炉渣和输送热排气到其它特定的终端应用装置创造了条件。预燃室的矩形出口是这样设计的，使出口高度和主燃器的直径之比大约从0.2到0.3，矩形出口的宽度可被调正，以便大约在1200°-2000°F温度情况下产生330呎/秒正常的进口速度。具有滑动气流调节器装置的进气口同样有助于达到3-1的下调比，以适用不同使用地点的不同要求。下调是通过成正比例或近乎正比例调节预燃器内氧化剂流和颗粒含碳物流、并通过调节进入主燃器的颗粒含碳物流来完成的。

为了输入空气流，该装置充分利用传统的鼓风机装置来供应输入压力接近25-45吋水柱的输入氧化剂。这使我们的装置除了适于规定以大气压力燃烧的新设计的锅炉发电厂外，还直接适用于现成的终端应用设备，诸如最初设计和建造为燃用石油或天然气的工业用炉和电力业锅炉。已成功地燃用了大约70%固体和30%液体比例的煤/水悬浮液。

现在参照图1、2和3，排渣式燃烧器10由预燃器部分12、主燃室14以及炉渣回收辅助装置18协同工作的炉渣回收室16所组成。运载流体可以是气体，蒸汽或液体，并用来将储存器20内的颗粒含碳燃料经导管22输送到装于端板26上的喷射器组件24。在一般的作业中，大约75%-90%的燃料被输送到主燃器14，而对于预燃器12的平衡是通过浓密相输送装置来达到的，未示出。

燃料经喷咀28被输送到预燃器12。预燃器12基本上是一种园柱体结构，用密封端板30在一端密封，喷咀组件28穿过该板伸延。氧化剂流最好被预热到大约300°-500°F或更高的温度，经切向连接于预燃器12上的输送管32被输送到混合区34。氧化剂的切向导入在34区内产生了一旋转运动。氧化剂流的旋转运动可以通过气流调节器板36来增强，以便提高经导流板44的孔40流入预燃器12的燃烧区38的氧化剂速度。34和38区的直径通常是相同的。燃料喷射器喷咀组件28伸入预燃器12至少达到并且最好穿过孔40到这样的位置，使34区内不发生反应。适当的点火装置42穿过端板***并固定，为氧化剂和颗粒燃料提供最初的点燃。颗粒含碳物质和氧化剂在38区内发生反应，使最初总化学配比达到为将全部存在的碳转化为二氧化碳所需氧气量的0.5-1.5倍左右，因此产生了某一稳定的反应温度，对于氧化剂和含碳物质混合物，它一般接近于绝热火焰温度。

在34区中的氧化剂流的典型的切向速度约处于150呎/秒的量级。设置于输气管32中的气流调节器板36在所要求的功率参数变化时作为在34区内保持所希望的切向速度的手段。导流板44中的孔40的直径最好约为预燃器12的直径的一半。旋转运动持续进入燃烧区38，起了稳定其中燃烧的作用。

经输气管48，将附加的氧化剂输送到预燃器12内，输气管通至环绕的压力通风腔50，后者包围着配气网52。这一附加的氧化剂跟来自38区的热反应产物，即碳氢化合物和剩余的氧化剂混合，产生一股反应产物流，流经输气管56，输气管56把园柱体断面改变为矩形断面。这一气流流经开口58切向进入主燃烧室14。为了控制预燃器产物的气流速度，输气管58装有两气流调节板60和62，它控制矩形开口58的有效开度。补充氧化剂和38区的反应产物混合，生成了温度大约为1200°-2000°F的总反应产物气流。该气流是富氧的，通常包含的氧气量比供给喷射器28的全部燃料完全氧化时所需的氧气量大约多2-5倍。

主燃室14在其顶端用端壁26密封，在其出口端用带孔的导流64限定。颗粒含碳物和其运载流体一起经燃料喷射器24输入，喷射器最好设置在端壁26中位于主燃器14轴线上。燃料喷射器24经端壁26延伸到这样的位置，使颗粒燃料和其运载流体能喷入燃烧区70内恰好在氧化剂入口58上流的某一位置。70区内的化学配比是通过颗粒含碳物和运载流体以及从开口58流出的氧化剂流的流速来控制的。在氧化剂供料处于平衡的化学配比0.7-0.9左右的条件下，燃烧才发生，最好处于0.7-0.8左右。经切向进气口58流入的切向导入的氧化剂气流，在70区内产生了一股强烈的涡流。导流板64中的孔口68最好是锁眼状形状，以有利于熔融炉渣流经开口58底部的槽沿底室64进入炉渣回收区。导流板64和孔口68的面积比是从大约2-4的范围内选取的，从而在70区内保持了所希望的涡流和离心作用。对于进入70区的反应产物，其正常的切向流速约为250-400呎/秒，最好为330呎/秒左右，这对于涡流和离心力流场同样是重要的，以保持所希望的运行。70区内的涡流对由供物流的反应产生的非燃物和非气态产物赋以强烈的离心力。这就迫使基本上所有的液体和固体非燃物以及任何未燃的可燃物以熔融炉渣的形式甩到主燃室14壁上。主燃室内熔融的炉渣在空气动力学牵引力和重力的联合作用下流向孔口68。主燃室和炉渣回收部分18相连。经锁眼状孔口68进入16区的熔融的炉渣流入管道71，并经孔口73进入炉渣收集器76。端壁66起了收集自由飞行的大炉渣颗粒的作用，以便将其输送到收集器76，和管道77和79的表面所起的作用一样。

即使有的话，也只有少量的燃烧发生在炉渣回收区16内。来自主燃器14的燃烧产物的气流由于沿管道77向上通过，进一步除去熔融的炉渣。管道77基本上是垂直的，并具有这样大小的直径，使主体气流流速处于100-150呎/秒左右的量级，最好为125呎/秒左右。这些比较低的速度保证了作用于大的炉渣颗粒上的空气动力学牵引力小到足以被重力所克服。同时，熔融的炉渣沿壁77和79向下流到18部分底部，该部分包括炉渣出渣孔73，它设置在短的耦合管道71内，并和炉渣储存器76连通。现在气态反应产物基本上已清理了熔融炉渣、炉灰和颗粒，顺着管道77近乎垂直地向上流过大约一倍至二倍直径的距离，然后沿着管道81近似转向水平，经管道81的气态燃烧产物被输送到炉子78补燃区72内的最终应用场所。根据特定的终端应用，补充的氧化剂（即空气）经环形管道83，从压力通风腔80输入到燃烧室流出物的气流内。这样，燃烧在终端应用炉78的72区内结束。所述终端应用，譬如说可以是锅炉发电厂或工业锅炉或供应工业暖气的加热炉。在管道85处整个反应产物流的化学配比和主燃器14出口端的产物流的化学配比是一样的。为在72区内达到完全燃烧所需的全部氧化剂来自压力通风腔80。

再参照图2，预燃器12的作业包括进入34区的氧化剂切向流动，其喷射速度名义上为150呎/秒左右。当氧化剂通过导流板44内的孔口时，涡流速度增加，而在38区内又降低。颗粒含碳燃料和运载流体以相对于预燃器12的中心线大约45°-90°的夹角被输入到38区。被喷射的燃料和氧化剂流速场引起了一强烈的螺旋回流。这就把热燃烧气体带向喷咀28，结果在38区的顶端形成一强烈的燃烧区。尽管燃料转化很强，然而没有必要在预燃器12内使其完全燃烧。而是最好控制该装置，使预燃器的出口温度在开口58处处于1200°F-2000°F左右。进入压力通风腔50的氧化剂被径向地抽吸到由氧化剂分配格栅52形成的过渡区，如用小流速矢量表示的那样，和从38区进入管道56的反应物流混合。这样，预燃器分总成12供给主燃器14以高温、高速氧化剂流，它适于在邻近主燃器14的壁部处产生一涡流，即拟螺旋流动。预燃器的容积、直径和长度是这样选择的，以致于，如果有的话，也只有少量的炉渣聚集在预燃器壁上。此外，预燃器12是和水平线成某一角度斜置的，以确保固态和液态的全部反应产物排到主燃室14内。

在图4中十分详细地图示了主燃器14内的流速场和炉渣回收室16内的流速场相互作用。该流速场是复合的，按时间函数变化，并且有些扰动，但图4宏观地图示了时间平均工况及其特性。燃室12进入主燃室14的氧化剂流，来自预燃器12的氧化剂流经开口58以切向流的方式进入主燃器14，并且产生了一股总涡流2。几股重要的二次流叠加于涡流场2上。来自开口58的气体流分成基本相等的两半部分：邻近内隔壁的一部分至少有点螺旋流，流向导向板64;另一部分大体上流向顶端26。在近壁处产生涡旋，而在顶端处又转回来，如同用矢量5所示。粉末燃料和运载流体从中心安置的燃料喷射器24中喷射出来，大体上呈锥型，和主燃器14纵轴线的名义夹角大约为45°-90°。颗粒燃料和运载气体的重量比处于3至10的范围内，当该装置按额定发电量运行时最好接近于10。输入燃料和运载气体流的速度大约是50-200呎/秒。自预燃器12流出的氧化剂，以其输入温度为喷入燃料提供了最初的点火源。被喷入燃料的尺寸分布范围就典型的200目煤来说，一般小到几个微米，大到150微米。最好平均筛目尺寸大约为75微米，最大尺寸大约为125-150微米。被喷射的颗粒燃料和运载流体很快被强烈的旋转流2所带走，并向主燃器14壁的方向加速。与此同时，轴向流分量作用在颗粒含碳物上。在颗粒含碳物的自由飞行燃烧中，占普通煤质量50%-80%这一数量级的可燃挥发物被分馏出来。小尺寸的颗粒在碰到壁面之前已近乎完全燃烧，剩下的仅是熔融的炉渣滴。仅有小部分燃料碳到达壁面，并在熔融的炉渣上烧掉。流速矢量2、3、4与5跟喷入颗粒燃料之间的相互作用（集中地用6表示）造成固体颗粒扩散，如图所示。内部旋转流2的强度是由被喷氧化物的速度及导流板孔68的直径与主燃室14的内径之比决定的。就直径比为0.5和主燃室的长度/直径比为2/1来说，由极小的10微米燃料颗粒和较大的料燃颗粒组成的剩余熔融炉渣被拦截在导流板处。所有格外大的固体颗粒通过其他轨迹撞击于主燃器壁面上不同的点而被拦截，如图所示。在主燃器壁14上所收集的炉渣同样有其自己的流动特性。在接近导流板64的***或底端，炉渣作为稀薄液体层，按一般的螺旋型流向导流板64。在主燃器14的上部或顶端，薄层炉渣部分地流向端壁26，随后向内径向流动，而后沿中心安置的喷咀组件24轴向流动，在该处轴向流动的炉渣随后脱离，并被向外径向地带到主燃室壁上，用炉渣轨迹8表示。螺旋面炉渣流和向内径向流动的炉渣流在顶端产生了空气动力学上的剪刀应力。当气动力不再能按螺旋流动方式带动整个熔融的炉渣流时，部分炉渣沿主燃器14的底部流向导流板64。在导流板上锁眼状狭槽允许熔融的炉渣流进炉渣回收区16，最后流进炉渣收集区18。同时，在导流板64上，径向流入的燃烧产物对部分熔融炉渣向内产生一气体动力学的剪切牵引，使某些炉渣和气体产物一起流过孔口68。强烈的涡流2连同导流板孔口68，使得大致在边界层9里产生了逆向回流核心部分，这一逆流起始于炉渣回收区16的中心部分。在主燃器14的容积70内，逆流气体穿过边界9扩散，如流速矢量11所示。平均来说，这一核心部分跟包围它的环形部分相比，燃料是比较浓的。当浓燃料气体移过边界9时，它们和氧化剂混合，从而进一步燃烧。当气体产物流13从逆向流边界9外部通过导流板孔口68时，它具有某种增强了的涡流速度，该涡流速度主要地是由孔口68面积内的原始氧化剂流2的速度决定的。气体产物13同样具有某种轴向速度分量，它是由必须通过以导流板孔口68的直径和逆向流边界9形成的环形面积的流量所决定的。平均来说，逆向流边界9的直径和导流板孔口68直径之比约为0.7，随着运行条件的变化，该值大约处于0.50-0.75范围内。

主燃室的纵轴线最好相对于水平线倾斜大约15°角度。这一倾斜角对从主燃室14流经锁眼状孔口68的满意的液态炉渣流提供了保证。根据为特定的终端应用选择的流速、功率密度和运行温度，这一倾斜角可以小到大约5°。在大倾斜度时，经导流板孔口68中心部分的炉渣流量可能过多地夹带熔融炉渣，这是由于气体产物流从导流板64边缘上将熔融炉渣剥离造成的。

在炉渣回收区16下部的整个内表面上，并且至少在其上部的一部分上，被一流动的熔融炉渣薄层所覆盖。主燃器14内的熔融炉渣流流经导流板64内的锁眼窄槽，继续流入炉渣回收区16，并从那里进入炉渣收集器18。从主燃室14排出的气态燃烧产物在孔口68处流速最大，随后气流在炉渣回收区16内膨胀时流速下降。

反应产物流2分为二个基本相等的部分3和4，使包括喷射器组件24在内的顶端区内的化学配比大约为主燃室14的总化学配比的一半。当被加热的氧化剂产物流和颗粒燃料之间的反应在主燃器14中开始发生时，这一低化学配比阻止了氮氧化物的生成。各种气体，诸如NH₃和HCN的形成，减少了氮氧化物的产生。主燃器14正在降低的总化学配比进一步阻止了氮氧化物的形成。此外，当主燃室14内总的空间平均化学配比大约保持在0.7-0.8范围内时，70区内的温度便高达到足以保持炉渣熔化，但并不高到这种程度，即在排到炉渣收集区18之前使熔融炉渣产生大量蒸汽。炉渣回获区16和排出管81、85内的总的化学配比跟70区下流中的化学配比是相同的，这就保存了低氮氧化物排放***所迫切需要的东西。总的来说，这使二次燃烧后烟气中Nox降低到250-450百万分体积比的数量级。

在燃料经喷咀组件28以稳定流量输入到预燃器12期间，来自开口58的反应产物流包含一些仍在燃烧的颗粒和许多处于固体飞灰和炉渣形态的烧尽的颗粒。飞灰和炉渣实质上均匀分布于整个反应产物，并且可能比流入的氧化剂流平均温度还要高。其结果，流入主燃器14的富氧流起了辐射体的作用，因此，70区的整个顶端部分暴露于来自该辐射***的强烈辐射之中，从而在顶端区内，在喷射器组件24内及其周围，点燃、燃烧和炉渣流得以增强。同样，在整个燃烧区70内，载有颗粒的气体产生了强烈的热辐射，便促进了70区内温度均匀，并有助了稳定整个燃烧。

由于正对近乎垂直的管道71、77和79设置了炉渣出渣孔73，结果对炉渣出渣孔的热辐射增强。这种增强的热辐射有助于保持熔融炉渣在完全的液体流动状态下流入炉渣收集器76。

图5图示了为所述装置壁面提供热保护和腐蚀保护的优选结构方案。在为表面88和90包围的通道内，冷却剂流86以适当的速度提供了冷却。通道可以是管子，双重壁隔板构造等。在开始建造时，将一种适当的损耗的耐火粘土92，诸如密苏里硬质粘土，置于表面90的热气侧，其标准厚度约为0.5吋。在运行时，重力和用矢量94表示的热气导致某些物理现象发生;熔融粘土98沉积于粘土92的内表面上;通过对流和热辐射对结渣表面产生传热;流动着的气体94沿着表面对部分液态炉渣产生气体动力学上的牵引和剪切;重力倾向于使液态炉渣流到内表面上的最低点;对冷却剂的传热还使炉渣在粘土92上形成一冷凝的炉渣层96;并且局部的传热使液态炉渣98、冷凝炉渣96及耐火粘土92结合，以调节厚度来适应局部热流。随着时间的进展，原始的耐火粘土部分地或全部地为固体和液体炉渣层所取代。这样，冷却剂通道壁90受到了热保护，因为由壁88和90构成的冷却剂通道也在理想的温度下工作，从而防止了酸性化合物的凝聚，并使腐蚀减至最小。此外，流动的熔融炉渣98为解决和补充壁面90失去的热保护提供了一隔热材料源。冷却剂流86保持在325°-600°F左右的温度范围内。在超过325°F下工作，能使表面90的酸性腐蚀减至最小。使其保持在600°F以下能防止硫化氢腐蚀。最好用水来作为冷却剂。业已发现，密苏里硬质粘土能为一般的炉渣提供现存的表面92，它粘附成坚韧的状态，这样，这里所叙述的装置可以被启动和关闭而无须担心热保护损坏，另要粘土层92最初充分地粘结于并保持在冷却剂通道表面90上。

图6图示了用以可靠地保持耐火材料和（或）炉渣的现在优选的壁面结构和布置方案。冷却剂通道表面90和88是冷却剂流86通过的圆柱体金属管的内、外表面。支柱100通过焊接连接于表面90上，支栓沿冷却剂通道长度上以名义尺寸1¹/4吋的中心距相间隔，排之间的间隔约相隔7/8吋。被消耗的粘土90一开始在支柱结构内并围绕支柱结构成型。

图6也图示了用于预燃器12、主燃器14和炉渣回收室16的容器壁的管子-隔板结构。形成表面88和90的每根管子，在中径处通过隔板102用全熔深焊和相邻管理焊接在一起。即使在局部损坏炉渣和（或）耐火材料热保护的情况下，管子-隔板结构也能保持适当的壁温。

由于采用了外热燃料喷射装置，在主燃器14的70区内，点燃和稳定燃烧得以增强，其例子描绘于图7、7A、8、8A。将主喷射器组件安置于套筒104内，可获得热的外表。如图7和7A所示，喷射器是一种同轴装置，适于供应具有运载气体的密集相煤粉。在图8和8A中，喷射器组件是一种适于悬浮于液体中的含碳颗粒，例如煤-水悬浮液喷咀。

参照图7、7A、8和8A套筒104用纵剖面表示，而喷射器用局部剖面表示。如图8所示套筒104可以切有矩形槽106，在套筒104上形成园形助片。另一方面，在图7中表示了助片108。套筒104被设计成具有约0.25吋的间隙，以便允许把轴针110或喷咀112轻轻放进套筒104内。随后套筒104的端部被定位在离轴针110的喷孔114或喷咀112的孔口116约0.25-1.0吋的范围内，颗粒燃料和运载流体流通过喷孔或孔口。参看图8，矩形槽106最好具有名义尺寸0.25吋×0.25吋。在槽106内的套筒104的表面上，或如图7所示，在助片108的***，炉渣形成一冷凝层。熔融炉渣符合空气动力学地被轴向牵向套筒104的端部，并在燃料喷射点产生一热边界层，当喷射到主燃器14的70区内，它增强了燃烧。

图7和7A表示了轴针式喷射器110的典型的剖面。颗粒含碳物和运载流体经环形管道进入喷射器组件，并大约以60°的喷射角从分布于表面118上的喷射槽114中排出。整个的喷射器组件安装在端壁26和30上。为防止因辐射到38和70区的热量而引起的流动颗粒含碳物和运载流体的不希望有的烧结和结焦效应，有必要从内部冷却处于热反应环境内的喷咀110和112。参照图7，冷却液是借助于采用输送管130和回流管132通过管道116***的通道124和顶部歧管128供给的。在38区和70区跟外界之间通过适当的密封填料（未示出）来提供密封，该密封填料是通过适当的调节手段来控制气密度的。

现在参照图8和8A，喷咀112，可被用来输送呈雾化状态的悬浮液燃料。它的工作以及靠近喷入38和70区内，悬浮液喷射点的燃烧的保持，是基于采用了喷雾气体，即诸如空气的一种氧化剂，它以基本上垂直于悬浮液流的方向和悬浮液相交，和悬浮液混合并使其雾化，以便-当从喷射器喷出时立即使雾化的颗粒达到迅速膨胀，这就促进了贴近喷雾四周围的燃烧。

喷咀112保持在套筒104内。悬浮液沿着大体垂直于喷咀喷射方向经管道137输入到喷雾器。雾化的运载气体，通常是氧化剂，诸如由管道134输入的空气，在连通口136至138的交界处大体上以垂直于悬浮液从连通口136至138的行迹的方向跟悬浮液相交，这就使进入38或70区的悬浮液以接近于相对其轴线成90°的角度产生了剪切和雾化。

被输入的悬浮液通过锥形突台140被转移到许多管道135内供给喷射器口136。考虑到剪切气流输入，喷射器口138最好沿流动方向有些渐扩，最适合的扩散角大约是5°，而且其直径大于配合口136。诸如水的冷却剂经管道140输入到歧管142，并经管道144返回。这就保护了喷咀112的头部。参照图7、7A和8，套筒104是用流体，诸如水来单独冷却的，它经管道146进入而经管道148排出，这就保护了轴针和（或）喷咀，并确保了套筒104外表面上的炉渣冷凝层。经槽114和弧线孔道136的一般喷射速度处于50-200呎/秒的数量级。在流动方向发生改变的地方采用碳化钨、碳化钽或相当的耐磨材料制作的表面可获得满意的寿命。

表示在图7、7A、8和8A中的外热燃料喷射器的结构、工作和优点在共同未决的序号为_、标题为“具有外热燃料喷射器的排渣式燃烧室”的专利申请中作了充分的描述，该申请（摘要号31-0113）和本申请同时申请，并转让给同一受让人，特此引用该共合未决的申请是为了作参考。同时作为参考引用的还有序号为_、标题为“除硫排渣式燃烧室”（摘要号31-0143）和序号为_、标题为“含硫悬浮液燃烧室”（摘要号11-0304）的一些共同未决申请。为了更确切地了解该主题内容如何可以连同我们的申请一起被应用，可以参考这些共同未决的申请案。

图9表示图5和图6的管子-隔板冷却***的一些细节，尤其是连接预燃器12和主燃器14的结构布置方案。气流调节器板60和62，控制了进入主燃器14的氧化剂流的速度和质量流量率，是由适当的操作件150和电动机152驱动的，气流调节器板被向内和向外转动形成矩形开口58，用以将氧化剂流从预燃器12输送到主燃器14。

体现在本发明中的设计原则对不同的功率范围提供了一种简易的换算方法。由于反应过程基本上是强容积燃烧过程，其中气功原理控制、定尺寸是通过采用横断面流动面积来完成的，但另一方面对氧化剂进口速度作微小的调正。其基本的换算关系如下：

1.预燃器、主燃器和炉渣回收区横断面积：

(装置1的功率)/(装置2的功率) ＝〔 (1的直径)/(2的直径) 〕²

这就是说，当装置1被换算到大尺寸时，功率容量大致按园柱体燃烧室直径的平方增加。

2.长度/直径比要求L/D：

预燃室    3/1

主燃室    （1.5-2）/1

炉渣回收区    1/1

3.主流器的导流板面极比：（2-4）/1

这些关系仅在设备工具要求时才会调节。

对于采用俄亥俄6号、200目煤的名义功率为5千万英热单位/小时（50-million    BTU/hour）的装置，该设备的典型的定尺结果如下：

预燃器

直径    17吋

长度    55吋

主燃器

直径    34吋

长度    60吋

进口孔    25吋×10吋

导流板孔    17.125吋

导流板锁眼    宽3吋    高8.417吋

炉渣回收区

直径    34吋

长度    60吋

炉渣出渣孔    18吋

出口当量直径    30吋

对于具有上述尺寸的燃烧装置，所用的煤最好80%通过200目。为了把装置换算到大功率容量，可以采用稍微粗一点的燃料，而仍然获得本发明的上述一些优点。

在我们已图示和叙述了本发明的具体实施例的同时，应当理解，在不超出本发明的情况下可以作各种改进，因此，我们的意向是凡落在本发明的实际精神和范围内的一切修改和改进均为本发明所覆盖。

文件名称    页    行    补正前    补正后

说明书 26 14 …＝ (〔1的直径〕)/(〔2的直径〕) 2 …＝〔 (1的直径)/(2的直径) 〕²

26    15    增加一段话：

这就是说，当装置1

被换算到大尺寸时，

功率容量大致按园柱

体燃烧室直径的平方

增加。

Claims (21)

1、用以燃烧在燃烧区内的含碳燃料并将燃料中的非燃物从燃烧气体产物中分离出来的装置，其中燃烧区被围在燃烧室内，该燃烧室将其壁温保持在这样的温度，使炉渣层保持在所述壁的内表面上，其中氧化剂以某种方式被导入所述燃烧室以建立并保持氧化剂和燃烧产物混合物的高速涡流，它处于邻近所述内表面的燃烧室环形区，其中含碳燃料按某一方式和方向，以较氧化剂速度为低的速度被输入燃烧室，以便在所述燃烧区内的基本部分内保持较浓燃料的化学配比，其中，燃料输入率相对于氧化剂的输入率是可控制的，使流速和燃烧温度保持在这样的范围内，使大部分包含于燃料中的碳转换成碳氧化物，并使燃料中的大部分非燃物溶化，并作为液体炉渣而沉积，从而和气体燃烧产物分离，所述装置的特征还包括下列改进：

适于以低于化学配比运行的炉渣回收室，用于接收来自所述燃烧室的气体燃烧产物，从所述熔融炉渣产物中回收剩余的非燃物，并分别地将所述熔融炉渣清除，从而提供了相对来说无炉渣的浓燃料气体产物，以便输送到有关的热使用设备中去；

用于从所述炉渣回收室输送相对来说无炉渣的气体产物到相关的热利用设备中去。

2、按权利要求1所述的燃烧装置，其特点还在于用于预热输入所述燃烧室氧化剂的装置和当气体燃烧产物进入相关的热利用设备时，用于把附加的氧化剂充分加入到所述产物中去的装置。

3、按权利要求1所述的燃烧装置，其特征还在于所述装置包括一预燃室，用于将预热后的富氧空气和燃烧产物混合物输入到所述燃烧室。

4、按权利要求3所述的燃烧装置，其特征还在于上述预热器中的化学配比是可控的，跟流到所述燃烧室的预热器的产物的速度和质量流量率无关。跟含碳燃料输入所述燃烧室时的速度和质量流量率无关。

5、按权利要求3所述燃烧装置，其特征还在于预燃器输出流的温度约在1200°F至2000°F的范围内是可调的，以便在燃烧区内达到最佳的稳定燃烧。

6、按权利要求3所述的燃烧装置，其特征还在于所述预燃器包括一细长的、基本上呈圆柱体的预燃室，它具有一顶端和一出口端，一燃料喷射器设置于顶端中心附近，用以将含碳颗粒燃料输入所述预燃室，还包括用以将氧化剂输入所述预燃室的装置。

7、按权利要求3所述的燃烧装置，其中所述燃料包括一种悬浮于运载流体内的颗粒含碳燃料，其特征还在于所述装置包括用以将所述预热后的富氧混合物以温度约处于1200°F至2000°F范围内的气流形式输入所述燃烧室的装置，以及用以调节所述燃料和所述运载流体重量比的装置，从而将所述燃烧室内的燃烧调节成某种状态以保持其中的燃烧温度高于所述非燃物的溶灰温度。

8、按权利要求1所述的燃烧装置，其特征还在于配置于所述燃烧室和所述炉渣回收室间的带孔的导流板，用以将燃烧产物和熔融炉渣从所述燃烧室输入所述炉渣回收室。

9、按权利要求8所述的燃烧装置，其特征还在于所述带孔导流板确定了一个大体上成锁孔状的孔燃烧气体产物从所述燃烧室经该孔以高速涡旋流的形式进入所述炉渣回收室，而熔融炉渣颇慢地流入所述炉渣回收室。

10、按权利要求1至9中的任一权利要求所述的燃烧装置，其特征还在于所述燃料主要由大多数煤粒的平均直径小于150微米的粉化煤组成。

11、按权利要求1至10中的任一权利要求所述的燃烧装置，其特征还在于含碳燃料被输入到靠近其一端中心的燃烧室内，从而在燃烧区的纵向延伸中心部位产生了一种相对富氧的燃料和燃烧产物的混合物。

12、在排渣式燃烧区内的含碳燃料的燃烧过程中，以及在使存在于燃料中的非燃物跟其中的气体燃烧产物的分离过程中，所述燃烧区被围在某一燃烧室内，其壁部保持这样的温度，使炉渣层保持在壁的内表面上，而其中的氧化剂以某种方式被导入燃烧区内，以便在邻近燃烧室内表面的燃烧室环形部分内形成和保持由燃烧产物和氧化剂组成的混合物的高速涡旋流，而其中含碳燃料却以较氧化剂为低的速度，并按某种方式和方向被输入到所述燃烧室内，以便在所述燃烧区的主要部分内保持相对富氧的条件，并且其中所述燃料输入率相对于氧化剂输入率是可调的，以使流速和燃烧温度保持在这样的范围内，使包含在燃料中的大部分碳被转化成碳氧化物，而存在于燃料中的非燃物被熔化，并作为液体炉渣而沉积，从而和气体燃烧产物分离，所述改进包括下列方法：

使燃烧产物从所述燃烧区流入炉渣回收后，并从那里流入相关的热利用设备;

将剩余的非燃物从所述产物中分离出来，成熔融炉渣状态，从而提供了相对来说没有炉渣的气体产物，以便输送到所述热利用设备中去;

在所述炉渣回收区，保持低化学配比条件，因此形成氮氧化物最少。

13、按权利要求12燃烧含碳燃料的方法，其特征还在于当上述产物进入相关的热利用设备中去时，把附加的氧化剂充分添加到相对来说无炉渣的氧体产物中去的其它方法。

14、按权利要求12所述的燃烧方法，包括在所述产物进入相关的热利用设备中去后，使附加的氧化剂和气体产物混合的其他方法，以某一质量流量率来供应所述附加氧化剂，该附加氧化剂至少足以完成包含在气体产物中的基本上所有一氧化碳和碳氢的燃烧。

15、按权利要求12所述的燃烧方法，其特征还在于预热被导入所述燃烧区的氧化剂的其他的方法。

16、按权利要求12所述的燃烧方法，其特征还在于被导入燃烧区的氧化剂是一种经预热的富氧的由空气和燃烧产物组成的混合物。

17、按权利要求15所述的燃烧方法，其特征还在于所述氧化剂的预热方法是在一细长的大体上呈圆柱体的具有一顶端和一出口端的预燃室内通过把燃料喷入靠近其顶端中心的预燃室内来完成的，把氧化剂输入到所述预燃室内以燃烧燃料，并把预燃室输出流的温度约调节在1200°F至2000°F的范围内，从而在燃烧室内产生稳定的燃烧。

18、按权利要求12所述的燃烧含碳燃料的方法，其中被导入所述燃烧区的氧化剂的平均温度是可控的，与氧化剂的质量流量率和流速无关。

19、按权利要求12所述的在燃烧区内燃烧含碳燃料的方法，其特征还在于：

被导入所述燃烧区的氧化剂的温度大约被保持在1200°F至2000°F的范围内。

含碳燃料被导入燃烧区时所采用的质量流量率相对于氧化剂的质量流量率被调成某种状态，使燃烧区内的燃烧温度大体上保持高于含碳燃料的非燃物组分的熔灰温度。

20、按权利要求12所述的燃烧方法，其特征还在于燃烧区中燃烧温度保持在某一温度范围内，这样，在燃烧区中产生的熔融炉渣具有足够低的粘度，使熔融炉渣以相对低粘度流的方式能从燃烧区内排除，和气体燃烧产物按分离方式流动。

21、按权利要求12所述的燃烧方法，其特征还在于流经炉渣回收区的气体产物的温度大体被保持在高于含碳燃料非燃组分的熔灰温度。

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