駐留時間和向燃料的熱傳遞
[0095]燃燒器12也執(zhí)行允許當向燃料熱傳遞時以及使熱解開始且持續(xù)進行時所必需的駐留時間的功能。該駐留時間基于所需要的熱量或燃料溫度以及通過熱傳遞的方式作用于燃料上的熱能。這在燃燒器12中是利用與熱解的需求和燃料的揮發(fā)性成分的氧化的建立對應的熱量或溫度而被實現(xiàn)的。因此，多的駐留時間確保了足夠的熱傳遞。這通過如下的燃燒器12的結(jié)構(gòu)設(shè)計而被增強，該結(jié)構(gòu)設(shè)計在于，利用燃料運動中的延遲、減速、旋動或轉(zhuǎn)向而在燃燒器12的嘴部區(qū)域13的適當點處或嘴部區(qū)域13附近以如下方式來影響呈粉塵形式的燃料:該方式是，可得到的且作用于燃料上的熱能導致在使熱解開始和使熱解產(chǎn)物燃燒時所需要的向燃料的足夠熱傳遞。用于影響燃料在燃燒器12中的運動而被實施的部件是燃料噴嘴2或火焰保持器。在前述的適當點處必須可以獲得所必需的熱量。同時，對駐留時間進行選擇以使得通過熱解而產(chǎn)生氣體熱解產(chǎn)物與氧氣載氣的可點燃混合物。
[0096]3.方法步驟:提供氧氣
[0097]輸送燃料粉塵的載氣可以已經(jīng)包含足夠熱解產(chǎn)物的氧化用的氧氣量。如果從過程管理觀點來看在載氣中設(shè)定低的氧濃度或使用惰性氣體作為載氣是有利的或必需的，那么燃燒器12可以替代地具有用于提供空氣或其他的氧氣載氣的線路，這些線路在它們的嘴部處提供氣體熱解產(chǎn)物的燃燒或燃料中所包含的碳的后續(xù)燃燒所需要的氧氣。
[0098]4.方法步驟:建立熱解和燃燒過程
[0099]為了建立整個熱解和燃燒過程，必須在開始呈粉塵形式的燃料的連續(xù)供給時把熱量傳遞給燃料。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常，首先會以電的方式點燃氣體或液體輔助燃料，即，火花或電弧被用來把足夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)輔助燃料的氧化的熱能供給至氧氣載氣以及氣體或液體燃料的可點燃混合物。輔助燃料的氧化或燃燒具有釋放熱能的效果，這將導致供給進來的液體或氣體燃料的持續(xù)燃燒。從該燃燒釋放的熱能被用來點燃呈粉塵形式的燃料，即，用來引起呈粉塵形式的燃料的最初熱解和點火。一旦呈粉塵形式的燃料已被點火且燃燒，液體或氣體輔助燃料的燃燒就能夠結(jié)束，這是因為作為在燃燒過程中釋放的熱的結(jié)果，呈粉塵形式的燃料的燃燒是獨立地持續(xù)的。關(guān)于呈粉塵形式的燃料的點火，短暫的火花或電弧不足以引發(fā)熱解(即，揮發(fā)性成分從燃料中冒出以達到與氧氣載體產(chǎn)生可燃混合物的目的)。
[0100]因此，本發(fā)明提供了一種方法和煤粉燃燒器12，它們在沒有燃燒附加的液體或氣體輔助燃料的前提下，僅僅用電的方式產(chǎn)生且提供呈粉塵形式的燃料的熱解和揮發(fā)性成分的燃燒所需要的熱量。
[0101]5.方法步驟:熱解
[0102]熱解(S卩，揮發(fā)性成分從呈粉塵形式的固體燃料中冒出)已經(jīng)在比固定結(jié)合在燃料中的碳的氧化所需要的溫度低的溫度下開始。在這種情況下，所謂的熱解溫度依賴于呈粉塵形式的燃料的性能，并且能夠通過實驗而被確定。燃料中的揮發(fā)性成分的熱解需要的是足夠的駐留時間，在該駐留時間的期間內(nèi)，能夠?qū)⒆銐虻臒崃枯斎肴剂现?，這使得燃料能夠以實現(xiàn)了最初熱解的開始和實施所需要的溫度的方式被加熱。為此而設(shè)置是至少第一熱源
3、第一熱源3'適應于可獲得的駐留時間且可能被另一個熱源3支持。如果沒有足夠的駐留時間或熱量，那么將不能夠引發(fā)最初熱解，固體燃料的燃燒將不會發(fā)生。
[0103]6.方法步驟:熱解產(chǎn)物的燃燒
[0104]源自燃料的氣體揮發(fā)性成分在特定條件下點燃。首先，必須可以獲得用于燃燒的足夠氧氣。此外，必須產(chǎn)生適合于燃燒的氧氣和可燃物質(zhì)的比例，即，氧氣載氣和從燃料中冒出的揮發(fā)性成分的可點燃混合物。該混合物的能被點燃的能力通過上點火界限和下點火界限來說明。點火界限是在能夠讓氧氣和可燃物質(zhì)的混合物可燃時這兩者的混合比。因此，為了產(chǎn)生可點燃混合物，首先必須讓足夠量的揮發(fā)性成分從燃料中冒出。因此，前面已描述的駐留時間被設(shè)定成使得足夠量的揮發(fā)性成分從燃料中冒出。而且，為了產(chǎn)生可點燃混合物，要提供足夠的燃料。這意味著要安排空氣或一些其他的氧氣載體的供給，以便冒出的揮發(fā)性成分與氧氣載氣形成可點燃混合物。此外，關(guān)于要點燃的混合物，足夠的溫度必須是優(yōu)先考慮的，且必須允許用于加熱到這個溫度的足夠駐留時間，或換言之，必須允許用于所需要的熱傳遞的足夠駐留時間。如果是這種情況，那么在混合物的成功點火之后，來自放熱的氧化反應的熱能被釋放。
[0105]7.方法步驟:碳的燃燒
[0106]從包括氧氣載氣(例如，空氣)和從燃料中釋放的揮發(fā)性成分的反應混合物的燃燒中釋放的熱能導致了由該燃燒引起的產(chǎn)物溫度的升高和向脫氣后的燃料的進一步熱傳遞。接著，揮發(fā)性成分和脫氣燃料(余焦(residual coke))的燃燒就導致了熱能的釋放，這使得能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的、連續(xù)的燃燒過程。脫氣后的燃料的燃燒是由化學過程和擴散過程主要決定的。
[0107]8.方法步驟:火焰的形成
[0108]從揮發(fā)性成分和余焦的燃燒中釋放的熱能具有如下的效果:其導致了煙氣混合物的氣體成分和固體成分(即，燃燒產(chǎn)物)的溫度升高。由于處于高溫下的燃料、粉塵和煤煙(soot)微粒，通過熱輻射范圍內(nèi)的及可見光范圍內(nèi)的電磁輻射而向周圍環(huán)境放射出輻射能。以這種方式，最終產(chǎn)生了可見火焰O雜原子結(jié)構(gòu)(heteroatomic structure)的燃燒反應的氣體產(chǎn)物也放射出某些波長范圍內(nèi)的熱輻射，并因此導致了通過輻射而進行的熱傳遞。此外，能夠通過助燃空氣或其他的氧氣載體的流動的更靈巧引導來實現(xiàn)可見火焰內(nèi)的熱煙氣的再循環(huán)。結(jié)果，造成了向燃燒的反應物的對流熱傳遞。隨著前述的輻射熱傳遞一起，被連續(xù)供給以供燃燒的反應物(即，呈粉塵形式的燃料和從該燃料中冒出的揮發(fā)性成分)被加熱。以這種方式，產(chǎn)生了被連續(xù)執(zhí)行的燃燒，供入的燃料因為接受熱量而脫氣、點火和燃燒。
[0109]為了建立熱解和燃燒過程，首先必須利用除了放熱的燃燒反應的源以外的一個源來提供用于建立各個過程步驟所必需的熱量。
[0110]因此，下面將會說明在本發(fā)明范圍內(nèi)的用來建立熱解和燃燒過程的方法步驟。
[0111]方法步驟4a:熱表面上的點火
[0112]在建立燃料的熱解和點火的方法步驟時(S卩，在提供揮發(fā)性成分的放熱性氧化反應的激活能時)所必需的熱量是在燃燒器12內(nèi)的位于燃燒器內(nèi)部中的適當表面處被提供的，在該適當表面處，用于熱傳遞的駐留時間是足夠的。在這種情況下，能夠通過使燃料延遲、減速、轉(zhuǎn)向或旋動的內(nèi)部構(gòu)件來在結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)用于當呈粉塵形式的燃料的最初熱解和點火開始且持續(xù)進行時所必需的加熱的駐留時間。這些內(nèi)部構(gòu)件或表面可以是具有有齒的穩(wěn)定環(huán)9的燃料噴嘴2或火焰保持器。
[0113]因為燃料在其運動方面受到燃料噴嘴2和/或有齒的穩(wěn)定環(huán)9(也稱為火焰穩(wěn)定器)的影響，所以在這個部件上能夠?qū)崿F(xiàn)各個方法步驟所必需的駐留時間。因此，也能有利地在這個適當表面處將前述各方法步驟所需要的熱量傳遞給燃料。這可以通過以電的方式被加熱至大于200°C的溫度的燃料噴嘴2和/或穩(wěn)定環(huán)9來發(fā)生。在這種情況下，燃料噴嘴2或穩(wěn)定環(huán)的溫度基于要被熱解和點火的燃料的特定需求。通過對流熱傳遞、熱傳導和熱輻射，足夠執(zhí)行上述的必需的方法步驟的熱量從熱表面被傳遞給燃料。在燃料的成功點火之后，即，當供入的燃料持續(xù)燃燒時，燃料噴嘴2和/或穩(wěn)定環(huán)9和/或燃燒器12的熱傳遞表面的加熱就被結(jié)束，這是因為從這時起各個方法步驟所需要的熱量可以通過燃燒過程本身而獲得。這意味著形成第一點火和/或熱源3'和另一個點火和/或熱源3和/或與該熱源3'、3處于熱傳導操作連接的第一加熱和/或點火裝置14'和另一個加熱和/或點火裝置14被關(guān)斷。
[0114]方法步驟4b:使用等離子體點燃器
[0115]也可以借助于等離子體點燃器來提供在實現(xiàn)燃料的熱解且激活熱解產(chǎn)物的氧化時所必需的熱量。這發(fā)生在當燃料具有足夠的駐留時間的一點處，以使得能夠?qū)⒆銐虻臒崃總鬟f給燃料。因為等離子體具有特殊的化學-物理性能，所以為了避免在點火呈粉塵形式的固體燃料時需要燃燒氣體或液體燃料的目的而使用等離子體火焰可能不止使得熱量能夠被獲得。特別地，因為存在于等離子體中的電荷載流子(具體地，自由基、離子和電子)能夠使通常稱為燃燒的化學反應開始，所以等離子體的形成適用于引起呈粉塵形式的固體燃料的點火。通過噴槍而在位于燃燒器嘴部附近的適當點處使等離子體火焰對準以便針對需要供入熱量的前述各方法步驟實現(xiàn)了向燃料的足夠的熱傳遞，或呈粉塵形式的燃料與存在于等離子體中的自由電荷載流子直接接觸以便能夠發(fā)生燃燒。在等離子體火焰中非常高的溫度是優(yōu)先考慮的，即，存在于等離子體中的電荷載流子具有非常高的動能，以便發(fā)生向燃料的適當熱傳遞，從而引發(fā)熱解和熱解產(chǎn)物的燃燒。用于利用呈粉塵形式的燃料中的成分的燃燒反應的電荷載流子可以在等離子體中按照原樣而被獲得。如果也滿足用于各個方法步驟的上述的其他條件，那么能夠以這種方式點燃燃料且使燃料燃燒。一旦以這種方式實現(xiàn)了燃料的點火，就能利用從燃燒獲得的熱量而保持燃料的點燃，以便能夠?qū)⒌入x子體的產(chǎn)生再次關(guān)斷。
[0116]為了確保向燃料的適當熱傳遞或使燃料能夠與存在于等離子體中的電荷載流子直接接觸，可以將來自單獨的燃料運送噴槍中的燃料的主流的分流(partial strearn)直接引入到所形成的等離子體火焰中，以便在例如以火焰中的燃料載氣的方式提供氧氣的同時，因為高溫或存在于等離子體中的電荷載流子而立即發(fā)生呈粉塵形式的燃料(即，揮發(fā)性成分和固定碳)的燃燒。該等離子體支持的煤粉火焰導致了以與從等離子體火焰和燃燒釋放的能量以及燃燒反應物和產(chǎn)物的得到其溫度對應的方式而向周圍環(huán)境放射熱輻射的煤粉燃燒。然后，利用來自該火焰的輻射的熱傳遞就允許燃料的主流在燃燒器中以與前述各方法步驟對應的方式而被點燃。
[0117]也可以把一些其他的固體、不可燃的、呈粉塵形式的材料引入到等離子體火焰中，借此這種材料經(jīng)歷強烈的溫度升高，然后以與它的溫度對應的方式放出熱輻射。這樣的不可燃材料的微?；鹧孢m用于把熱量傳遞給燃料流，以便能夠?qū)崿F(xiàn)點火的各個方法步驟。
[0118]這里，通過使得足夠量的熱能能夠在等離子體火焰的情況和等離子體支持的煤粉火焰的情況下從燃料的分流以及利用不可燃材料的微?；鹧娅@得、由此促成熱解和熱解產(chǎn)物的燃燒的各方法步驟的方法可以與其他熱源(例如，加熱的燃料噴嘴或加熱的火焰穩(wěn)定器)結(jié)合。
[0119]方法步驟4c:其他熱源
[0120]除了加熱表面和形成等離子體以外，也可以使用一些其他的熱源。為了開始氣體成分的熱解，例如，可以通過適當?shù)膰姌尪鴮囟戎辽贋?00°C的熱氣體(例如，空氣)引入到適當點處，以便利用傳導、輻射和對流而發(fā)生向燃料的足夠熱傳遞?？梢酝ㄟ^例如電加熱裝置而對熱氣體進行加熱。
[0121]為了利用輻射而支