专利名称：堆料干燥器燃烧器装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及用于在回转干燥器和回转干燥器系统内干燥推料的燃烧器，并且特别地涉及用于沥青敷设的燃烧器。
背景技术：
1985年12月17日发行并授予Hauck Manufacturing Co.of Lebanon，PA的美国专利第4,559,009中公开一本领域公知的常规堆料干燥器的燃烧器，并且该专利在这里被用作参考文献。该已有技术的燃烧器使用低压空气油雾化器，仅依靠主燃烧器空气鼓风机产生雾化燃料油所需要的压力。
虽然该已有技术的燃烧器在通常情况下工作良好，在世界上的很多地区所具有的50赫兹空气鼓风机产生具有24osig(盎司/平方英寸)压力的空气。一个50赫兹鼓风机以24osig压力的空气供应空气与使用轻油的常规堆料干燥燃烧器一起能够很好地工作，但是24osig的空气不能有效地燃烧重油。为了达到适当地燃烧所述重油所需要的大约2到2.25psig(磅/平方英寸)的较高的燃烧器排放压力，由于60赫兹鼓风机不容易适用在世界的这些地方，为产生较高压力的空气，所述空气鼓风机必须机械地被替换。
压缩空气油雾化器和火焰稳定性在本领域也是公知的。一种使用在通过所述燃烧器组件提供100％的燃烧空气的燃烧器的压缩空气油雾化器被公开在出版的申请第10/387,006中，该文献在2003年3月12日递交，其作为专利第6,488,496B1最早被发行，于2002年12月3日发行，(所述“006”申请)，它被授予Hauck Manufacturing Co.of Lebanon，PA，并且它在此作为参考文献。如“006”申请的指导，一次空气一般以36osig的压力被供应到所述燃烧器内。
人们所需要的是以在世界许多地区可以得到的50赫兹电源下的空气鼓风机所产生的较低压力的主燃烧空气能够使用重油的燃烧器组件和方法。
发明内容
本发明为旋涡型内焰回流燃烧器，具有一压缩空气油雾化器组件，该组件适合于使油，燃气，液化丙烷，或者油和燃气、油和液化丙烷、及液化丙烷和燃气的组合物以和产生足够的压力的鼓风机一起使用将油完全燃烧。本发明涉及加热燃烧器，其类型为在沥青工厂中堆料与柏油混合成为铺路的沥青之前加热和干燥堆料、用于加热空气或加热脱水干燥器的加热器。
为了获得比用于雾化和混合通常用于生产沥青铺路材料的堆料的所述重燃料油的低压鼓风机所容易提供的能量水平更高的能量水平，使用另一个高压空气源为燃烧器雾化器产生足够排放压力以有效地雾化所述油。该较高水平的雾化能量由一个分开的压缩空气源提供而不是由低压的主燃烧空气源来提供。通过使用该压缩空气，当使用任何这类的燃料油、包括重燃料油、及天然气和液化丙烷时，所述主燃烧空气鼓风机能够被选择在低压下操作。
所述燃烧器组件将主燃烧空气分成两个气流，一次主燃烧空气和二次主燃烧空气。所述主燃烧空气来自所述主燃烧空气源，加上所述压缩空气，要提供30％到大约40％的燃烧用总空气量。所述剩余燃烧用的空气通过从该作用的下游端的诱导通风将空气引入到燃烧器周围而由大气环境提供。
本发明的所述燃烧器组件的各种的适当燃烧、火焰形状和火焰位置所要求的管道和通道，一般被相互套在一起。最外部的通道为二次空气通道，大部分来自所述主燃烧空气源的主燃烧空气通过该通道流动并产生旋涡。流过该二次空气通道的所述主燃烧空气已知作为二次主燃烧空气。通过将所述二次主燃烧空气流过二次旋涡叶片组件，该叶片使所述二次主燃烧空气产生涡旋，所述二次主燃烧空气可被涡旋。这样的涡旋叶片组件是本领域公知的。一次空气通道套在所述二次空气通道内，一部分所述主燃烧空气通过该通道流动并被涡旋。一压缩空气管和一压缩空气油雾化器套在所述一次空气通道内，所述压缩空气流动通过该压缩空气管，并且所述压缩空气和油流过该雾化器并且通过该雾化器所述油被雾化。通过将所述一次主燃烧空气流过多个涡旋叶片而涡旋所述一次主燃烧空气，所述叶片被安装在所述压缩空气油雾化器上并且位于靠近所述一次空气通道的内壁上。所述一次涡旋叶片使所述一次主燃烧空气产生涡旋。
虽然优选地所述二次空气通道、一次空气通道、压缩管、和油管被同轴地布置，但是并不要求沿整个所述二次空气通道、一次空气通道、压缩管、和油管长度上同轴地布置。所述压缩空气和所述油管必须布置成为使压缩空气和油基本上同轴地进入压缩空气油雾化器。所述一次主燃烧空气通道和所述二次主燃烧空气通道必须安排成为使所述一次主燃烧空气和所述二次燃烧空气基本上同轴地排出所述燃烧器。
所述二次主燃烧空气具有一个涡旋数，它为切向动量和轴向动量的比率，与所要求的火焰几何尺寸成比例。所述二次主燃烧空气的所述涡旋数越高，所述燃烧火焰越短和越粗。当所述二次主燃烧空气的所述涡旋数大于0.6时，火焰的回流导致该火焰变得相对短和粗。当所述二次主燃烧空气的所述涡旋数小于0.6时，所述火焰就较长且较细。
火焰稳定性来自于两个同心流，所述内同心流为压缩空气和雾化的燃料，而外同心流为一次主燃烧空气。所述主燃烧空气来自主燃烧空气鼓风机并且被涡旋使所述一次主燃烧空气的所述涡旋数高于临界涡旋数0.6。比主燃烧空气压力高的所述内空气流由分开的独立于所述主燃烧空气鼓风机压缩空气源提供，并且当该空气流通过所述压缩空气油雾化器组件时被涡旋。这样的压缩空气源经常可以在设备部找到并且是本领域公知的。
所述压缩空气油雾化器也包括一安装在它的端部的钝体以产生钝体回流以支持所述火焰就位。所述钝体可以设定为任何方便的几何形状，只要其能够在所述雾化器周围产生负压。
一截头圆锥形金属的火焰支持器可围绕所述燃烧器的前突部。所述火焰支持器具有两个功能，即用于作为遮热罩和火焰成形工具。
在一高燃烧率的情况下，比在低燃烧率下有更多压缩空气和油被供应到所述压缩空气由雾化器中。一般一定量的燃烧用的大气空气通过所述火焰支持器被引入并且通过一个被称作引入作用而进入所述燃烧区。该空气进一步与所述未燃烧的雾化燃料混合以完全燃烧所述燃料。在高燃烧率下，所述本发明的燃烧器，根据所述燃烧器的尺寸，可以具有每小时大约2千7百万到2亿btu(英国热量单位)的输出。所述燃烧器的输出可连续地在高和低燃烧率之间根据燃料和空气流动进行调节。
所述优选的二次空气涡旋叶片组件可以包括一径向涡旋叶片组件或轴向涡旋叶片组件。这样的涡旋叶片组件是本领域公知的。可以通过调节所述涡旋叶片组件调节所述二次主燃烧空气的涡旋数来变化所述火焰的形状。对于某些燃烧器，所需要的火焰的形状为已知的并且在具有所述二次涡旋叶片组件的情况下，可以通过将所述涡旋叶片固定在一个固定的位置而预设所述二次空气的涡旋，因此不用进行调节。
本发明也致力于一个便携式回转堆料干燥器系统，其中所述本发明的燃烧器与一个离心鼓风机和干燥器相连。所述鼓风机、干燥器被安装在一个适当的框架上。这样的鼓风机、干燥器和燃烧器在本领域是公知的。所述离心鼓风机可以是授予Hauck Manufacturing Co.of Lebanon，PA的并且在此作为参考文献的1971年3月30日出版的美国专利第3,572,963，和1971年3月30日出版的美国专利第3,572,967中公开的类型，当它们使用60赫兹电源运行时这些鼓风机产生高压空气，它们使用50赫兹电源运行时这些鼓风机产生低压空气，本发明允许由所述鼓风机在50赫兹电源下而产生低压空气被用于提供主燃烧空气。除了容许在与50赫兹电源连接的鼓风机供应的由所述鼓风机产生的低压空气外，本发明也允许较少功率的鼓风机安装到60赫兹的电源上。一般地，当使用60赫兹电源时，本发明要求少于40％的马力给所述鼓风机。本发明允许在大致22osig到大致28osig范围供应主燃烧空气而不是以前要求的主燃烧空气的压力为大致36osig。
本发明也致力于一个用于可以迅速将燃料和空气混合以在燃烧器中获得稳定的燃烧火焰的方法。所述方法包括向雾化油提供压缩空气，特别地是燃烧用的重油，为燃烧提供雾化油，至少为所述压缩空气和雾化油提供钝体回流，在所述燃烧器内提供一部分燃烧用的空气作为主燃烧空气，提供压力至少为22osig的所述主燃烧空气并且包括一部分从所述燃烧器的外部引入的燃烧用的空气。
本发明的一个优点为当所述燃烧器烧油时，能够有效地使用在大致22osig到大致28osig压力范围、在大致15hp(马力)到大致60hp马力范围的下工作的低压空气鼓风机，并且以大致1500cfm(立方英尺每秒)到7500cfm的范围提供空气。因此，所述低压空气鼓风机可以有效地被使用而与所述油料的等级和重量无关。
本发明的另一个优点为所述减少对所述主燃烧空气鼓风机在压力上的要求、即使是60赫兹下操作，降低对所述鼓风机的马力的要求，这节省了费用，可以使用如较小而能量效率更高的鼓风机。
通过在下面进行详细描述的优选的实施例并结合根据本发明的原理、以示例方式表示的附图，本发明的其它特点和优点将会更清楚。
图1为使用根据本发明的燃烧器的一个堆料干燥器的局部剖视的侧视图。
图2为使用根据本发明的燃烧器的一个逆流堆料干燥器的局部剖视的侧视图。
图3为图1和图2的燃烧器的一实施例的局部剖视图。
图3A为图3中局部的剖视图。
图4为图1和图2的燃烧器的一实施例的上游端的局部剖视的斜视图。
图5为图1和图2的燃烧器的一实施例的下游端的局部剖视的斜视图。
具体实施例方式
图1图示地表示一种由本发明的燃烧器进行加热的用于在铺路沥青的制造中干燥和预热与石油基材料混合的堆料的可携带的回转堆料干燥器100。所述干燥器100由燃烧器102加热，该燃烧器包括一主燃烧空气供应源，如用于向所述燃烧器供应燃烧空气的离心鼓风机104。其它类型的主燃烧空气供应源容易得到并且是本领域的公知技术。所述鼓风机优选地产生大约22osig到28osig压力范围的空气。在多数优选的实施例中，所述鼓风机产生大约24osig压力的空气。所述干燥器100、燃烧器102和鼓风机104都被安装在一个适当的框架106上。
图2图示地表示另一种由本发明的燃烧器进行加热的用于在铺路沥青的制造中干燥和预热与石油基材料混合的堆料的可携带的回转堆料干燥器，逆流干燥器150。所述干燥器150由燃烧器102加热，该燃烧器包括一主燃烧空气供应源，如用于向所述燃烧器供应燃烧空气的离心鼓风机104。其它类型的主燃烧空气供应源容易得到并且是本领域的公知技术。所述鼓风机优选地产生大约22osig到28osig压力范围的空气。在多数优选的实施例中，所述鼓风机具有大约15hp到大约60hp的规格，具有大约1500cfm到大约7500cfm范围的输出并且产生大约24osig压力的空气。所述干燥器150、燃烧器102和鼓风机104都被安装在一个适当的框架154上。
如图3和3A和图4所示，燃烧器102包括燃料油管202，与所述燃料油供应源(未显示)流体连通，从所述一次空气通道212的上游端204连接到位于所述一次空气通道212的下游端的压缩空气油雾化器206上。优选地，燃料油管202通过所述燃烧器轴向地延伸。压缩空气入口210从压缩空气源向所述压缩空气管224提供压缩空气，所述压缩空气管224也从所述一次空气通道212的上游端204通到压缩空气油雾化器206上并且优选地与所述燃料油管202同轴地延伸通过至少一部分燃烧器102。大约15psig到大约100psig的压力范围提供所述压缩空气并且能够通过压力调节器按需要调节压力。在一个优选的实施例中，以大约60psig压力提供所述压缩空气。在该实施例中，所述燃料油管202被向轴地套在所述压缩空气管224内。在一优选的实施例中，所述燃料油管202和所述压缩空气管224被同轴地布置，但是本发明并不对此进行限制。
由所述压缩空气源和主燃烧空气源提供大约25％到大约50％的燃烧空气，并且优选地由所述压缩空气源和主燃烧空气源提供大约30％到大约40％的燃烧空气。剩余的燃烧空气通过将空气引入所述燃烧火焰而由大气环境来提供。
一次空气通道212提供燃烧用的一次主燃烧空气并且与如一个离心鼓风机104的主燃烧空气源连通。所述压缩空气管224和所述燃料油管202优选地套在一次空气通道212内。在一个优选的实施例中，通过使用二次涡旋叶片组件246将涡旋的径向部分加到在一次径向方向流动的所述二次主燃烧空气中，涡旋二次主燃烧空气，并且该二次涡旋叶片组件246下面将被称作“径向二次涡旋叶片组件”，所述一次空气通道212从第一上游端225到第二下游端226延伸并且具有两个区段，上游区段214和下游区段216。在一优选实施例中，所述一次空气通道212、所述燃料油管202、和所述压缩空气管224同轴地安装。所述一次空气通道212的所述上游区段214从一次空气通道212的上游端225以下游方向延伸到径向向内的台阶218上，该台阶位于所述一次空气通道212的上游区段214与一次空气通道214下游区段216连通。所述一次空气通道212的下游区段216从所述向内的台阶向下游延伸到一次空气通道212的下游端226。所述向内的台阶产生横截面的变化，但是，在横截面区域的变化的限制不严，可以通过任何常规的办法如一个平缓的或陡峭的斜面来产生该台阶，在一个优选的实施例中，所述上游区段214比所述下游区段216具有较大的横截面区域。所述压缩空气油雾化器组件206被安装在一次空气通道212的下游端226内。在一个优选的实施例中，雾化器组件206的下游端228由所述一次空气通道212的端部226向下游延伸一个短的距离并超过所述一次空气通道212的端部226。在进一步的优选的实施例中，所述雾化器组件206包括用于调节的装置，如雾化器调节螺母274，该螺母可以调节，能够完成对所述雾化器组件206轴向的调节。在进一步优选的实施例中，雾化器组件206的下游端228向下游延伸超过所述一次空气通道的下游端部226大约0到1/2英寸的范围。在多数的优选的实施例中，雾化器组件206的下游端228延伸超过所述一次空气通道212端部226大约0到3/16英寸的范围。在一优选的实施例中，所述雾化器组件206为轴向可调节的。在另一个实施例中，使用另一种类型的二次涡旋叶片组件将涡旋的径向分量加到以基本上为轴向方向流过的二次主燃烧空气而将所述二次主燃烧空气涡旋，并且该叶片组件在下面将被称作“轴向二次涡旋叶片组件”所述一次空气通道212只具有一个区段。
多个一次涡旋叶片232被安装在所述雾化器206上并且位于所述一次空气通道212内，延伸靠近所述一次空气通道212的内表面。当一次主燃烧空气流过所述一次空气通道212时，所述一次涡旋叶片232将所述一次主燃烧空气涡旋，所述叶片径向地向内延伸进入到空气通道212内并且与所述一次空气通道212的轴213成一个预定的角度。从所述一次空气通道212排出的所述一次主燃烧空气具有大约0.6或更高大的涡旋数。在一优选的实施例中，所述一次主燃烧空气具有大约0.7到1.1的涡旋数。在多数的优选的实施例中，所述一次主燃烧空气具有大约0.9的涡旋数。
如在已有技术中已知的，一个涡旋数，S’，对于气体一涡旋环流必须大于0.6以完成内部回流。该涡旋火焰的特性在Halsted Press Division，JohnWiley & Son，Inc.，1972出版的Beer and Chigier所著的CombustionAerodynamics(燃烧空气动力学)一书中第5章第100-146页中进行了讨论，在此也作为参考文献。
由于所述压缩空气和所述油料必须在近似相同的压力下在所述雾化器206的内部腔体(未显示)中以使雾化器适当地工作，燃料油以大约与所述压缩空气的压力相同的压力被送到雾化器206。在本领域中这样的内部腔体是公知的。首先在所述油料被送到燃料油管202之前在一个分开的组件(未显示)内将所述燃料油的压力升高。所述雾化的油和空气至少以一个具有油和空气的细小分裂液滴的喷射排出所述压缩空气雾化器206。在一优选的实施例中，所述雾化的油以多个在空气中的油细小分裂颗粒的喷射排出所述压缩空气雾化器206。
位于所述雾化器206端部的钝体290通过在所述雾化器206的下游区域产生一个负压区帮助支持所述燃烧火焰就位。布置在压缩空气油雾化器端部的钝体为本领域的公知技术。在一优选的实施例中，所述钝体290为一个发散的端部230。
在一优选的实施例中，通过一个单个主燃烧空气通道来代替通过一次空气通道和二次空气通道而提供所述主燃烧空气。一个一体的端部帽包括涡旋叶片和一钝体布置在所述主燃烧空气通道下游端部上。
二次空气通道234提供燃烧用的二次主燃烧空气并且与如一个离心鼓风机104的主燃烧空气供应源相连接。所述压缩空气管224、所述燃料油管202、和所述一次空气通道212套在所述二次空气通道234内。不必为了使燃烧器102适当地操作而涡旋所述二次主燃烧空气，并且二次涡旋叶片为优选的部件。
在一优选的实施例中，其中使用径向二次涡旋叶片组件246涡旋所述二次主燃烧空气，所述二次空气通道242从二次空气通道234的第一上游端241延伸到二次空气通道234的第二下游端242并且为两段结构，上游段236和下游段238。在一优选的实施例中，所述二次空气通道234、所述一次空气通道212、所述燃料油管202、和所述压缩空气管224同心地布置。所述二次空气通道234的上游段236从二次空气通道234的第一上游端241向下游方向延伸到径向向内的台阶240，该台阶位于二次空气通道234的上游段236并与二次空气通道234的下游段238流体地连通。所述二次空气通道234的下游段238从所述台阶240轴向地向下游方向延伸。在多数优选的实施例中，所述上游区段236具有一个比所述下游段238大的横截面。在一个优选的实施例中，所述一次空气通道212的所述下游端226与所述二次空气通道212的下游端242齐平。与所述一次空气通道240一样，在横截面面积的变化不必由台阶240的存在而受到限制。在另一个实施例中，其中使用轴向二次涡旋叶片(未显示)使所述二次主燃烧空气涡旋，所述二次空气通道234具有一个区段的结构。
在一优选的实施例中，二次空气衬套244布置在所述二次空气通道234内，减少所述二次空气通道234的横截面。在另一个优选的实施例中，所述二次空气通道234的下游端242一向下游的方向轴向地延伸超过所述一次空气通道212的下游端226。如图5所示，在一优选的实施例中，使用一个衬套锁定螺栓292将所述二次空气衬套244安装在所述二次空气通道234上。通过调节所述二次空气衬套244的位置和相对于所述二次空气通道234的衬套锁定螺栓292的位置，所述二次空气衬套244可以轴向地调节，以提供附加的火焰成型能力。
二次主燃烧空气流入二次空气通道234并且通过所述二次涡旋叶片组件236并且从二次空气通道排出，涡旋叶片组件是本领域公知的。所述二次涡旋叶片组件236优选地可以制造为可调节的，调节在所述二次涡旋叶片组件236下游的二次主燃烧空气的涡旋。在一优选的实施例中，所述二次涡旋叶片组件使二次主燃烧空气产生大约0到2.0的涡旋数。这样的可调节的涡旋叶片组件是本领域的公知技术。所述二次主燃烧空气得到的涡旋不必为大约或高于临界涡旋数0.6，因为所述二次主燃烧空气仅仅对调节所述燃烧火焰的长度和宽度有效果。即使所述二次主燃烧空气没有被涡旋，涡旋的二次主燃烧空气也不必作为所述燃烧器适当工作的要求，这样所述涡旋数可以有效地为0。
主燃烧空气入口区段248包括一个上游开口250连接到所述主燃烧空气供应源的出口。在一优选的实施例中，所述主燃烧空气供应源为一个离心鼓风机104。所述主燃烧空气入口区段的轴优选地与二次空气通道234的轴交叉一形成一个角度α，其范围在90°到180°。在一优选的实施例中α为135°。在更多优选的实施例中，所述燃烧器102具有一个中心轴252并且所述主燃烧空气入口区段248和所述燃烧器252中心轴之间的角度为α。所述角度α越大，高达180°，有所述主燃烧空气源到所述一次空气通道212和二次空气通道234的主燃烧空气的压力损失越小。所述入口区段248包括一个下游管254，该管穿过在所述一次空气通道212的开口256与所述一次空气通道212连接并且穿过在二次空气通道上的开口258与二次空气通道234连接。所述入口区段248也包括一个内壁280，其将所述下游管254分成一次入口通道262和二次入口通道264。所述一次主燃烧空气通过所述一次入口通道262流过所述上游开口250并且进入所述一次空气通道212。所述入口区段248包括一个调节风门组件260用于控制所述主燃烧空气进入所述二次空气通道234的流动。二次主燃烧空气通过所述调节风门组件260流过所述上游开口250进入所述二次空气通道。所述调节风门组件260能够被调节，控制流过所述二次空气通道234的二次主燃烧空气的量。
在一优选的实施例中，所述燃烧器102也包括一燃气入口区段266，用于提供一个选择地燃气或燃气和油混合的燃烧器。所述燃气入口区段266通过燃气通道268的一个入口269向燃气通道268提供燃烧用的燃气。所述被提供到所述燃气通道268的燃气的压力大致与在燃气通道268的下游的二次主燃烧空气的压力相同。通过使用一个由一个控制器(未显示)控制的调节器(未显示)来调节所述燃气压力。这样的调节器和控制器在本领域是公知的。所述燃气与在燃气通道268下游的二次主燃烧空气混合。所述燃气通道268套在所述二次空气通道234内。所述一次空气通道212套在所述燃气通道268内。在一优选的实施例中，所述油料管202、压缩空气管224、一次空气通道212和二次空气通道234延伸到所述燃气通道268的下游。但是，包含燃气入口区段266和燃气通道268是可选择的并且不是适当地操作燃烧器102所要求的。
在一优选的实施例中，一截头圆锥形遮热罩和火焰成形器276被安装在所述二次空气通道234外部并且围绕所述二次空气通道234。所述遮热罩和火焰成形器276的第一功能为作为一个遮热罩的功能，但是遮热罩和火焰成形器276不是适当地操作燃烧器102所必须的并且可以被省略。所述遮热罩和火焰成形器276也有助于对火焰成形。在一可选择的实施例中，遮热罩和火焰成形器276的内端270形成一个相对所述二次空气通道234的空气密封。在一优选的实施例中，遮热罩和火焰成形器276可以轴向地调节以增大火焰的稳定性并且帮助火焰成形。
在一优选的实施例中，燃烧器102还包括一围绕二次空气通道234的火焰屏罩278。在一优选的实施例中，一火花点火控制线(未显示)从一燃料源(未显示)延伸进入遮热罩和火焰成形器276以点燃该燃烧器的火焰。所述控制线可以由燃气或液化丙烷来提供燃料。如果所述控制线由燃气提供燃料，它可以来自于用于燃烧器火焰的燃气的燃气源。这样的控制线为本领域公知的。
所述油料管27的上游端被安装到燃料油输送系统(未显示)，该系统形成燃烧器102的常规的控制系统(未显示)的一部分。该系统也控制所述调节风门组件260的位置和燃气输入管线(未显示)的阀或调节器。
连接到所述主燃烧空气入口区段248的所述离心鼓风机104可以是在美国专利第3,572,963和第3,572,967中公开的类型。其它类型的鼓风机或空气源也可以用于向所述燃烧器供应燃烧空气。
再次参考图1，一种沥青干燥器100包括一个安装在框架106上带有一个高架固定的燃烧器端110的回转转筒108。所述转筒108的内表面包括多个堆料的刮板(flight)112，这样设计使通过输送器114供应到所述转筒端部110的堆料轴向向下沿所述转筒102以箭头130的方向移动，从干燥器端110到排放端116。转筒108一般直径为大致6到10英尺，长度为大致20到30英尺。当所述堆料绕着火焰122沿着所述转筒向下移动时，所述刮板112将所述堆料支承在所述转筒的内壁面上以防止堆料落下穿过所述内部燃烧区。括号118表示在转筒108内所述刮板112支承所述堆料靠着所述转筒108的内侧的部分。所述括号118的实际长度非常相关于火焰122的几何形状。所述火焰122的几何形状取决于多个的变量，也包括所述转筒108的长度和宽度。所述影响火焰122几何形状的变量是本领域公知的。所述刮板离开端部110的其余部分允许当所述转筒108转动时所述堆料下落穿过所述转筒108的内部。下落的堆料形成完全下落到所述转筒内部的颗粒材料的幕或帘。括号120表示转筒108中堆料下落穿过所述转筒108内部的的部分。所述括号120的实际长度取决于转筒108的生产要求。所述火焰122占有的空间由括号118表示，没有与堆料的帘进行接触。
转筒端部110包括一个开口的环124，它环绕所述燃烧器遮热罩和火焰成形器276。一般地在开口的环124上的所述开口126具有足够大的直径以使大气燃烧空气从大气环境进入所述火焰122，这经历一个压力的损失，范围在大约0.058osig到0.144osig。在一优选的实施例中，所述大气燃烧空气经历0.116osig的压力损失。所述干燥器100包括一个风扇系统(未显示)，其通过所述开口126抽取空气向下进入所述转筒并且从排出开口116排出。所述风扇系统的操作设定所述转筒108的压力，而所述开口126的尺寸决定为完成该燃烧过程所要求的大气燃烧空气进入所述火焰122的流动的量。
现在参考图2，表示一个沥青逆流干燥器150，其中包括一个安装在框架154上带有一个下部固定的燃烧器端部156的逆流回转转筒152。所述转筒152的内表面包括多个堆料刮板158，其被设计成将由输送器162供应到所述逆流转筒入口端160的堆料轴向地沿转筒152以箭头164的方向向下移动，从端部160到排放端166并且到下排放滑槽170。转筒152一般为大致6到8英尺的直径及大致20到30英尺的长度。所述堆料开始向下移动到转筒的端部160并且首先移动通过段174。该下落的堆料形成一个完全下落到所述转筒152中间的颗粒材料的幕或帘。括号174表示所述转筒1 52中的所述堆料下落穿过所述转筒152的中间部的区段。所述括号174的实际长度与所述转筒152的生产率非常相关。在所述堆料向下通过区段172移动时围绕所述火焰176，所述刮板158将所述堆料支承靠着所述转筒152的内侧壁以防止堆料下落穿过所述燃烧区的中间区。括号172表示所述转筒152的所述刮板158支承所述堆料靠着所述转筒152的内侧的区段。所述括号172的实际长度与所述火焰176的几何形状非常相关。所述火焰176的几何形状取决多个变量，包括所述转筒152的长度和宽度。影响所述火焰176的几何形状的变量是本领域公知的。所述刮板离开所述端部166的其余部分容许当所述转筒152转动时所述堆料下落跨过所述转筒152的中间区。所述火焰176占据由括号172指示的空间不与所述堆料的帘接触。
逆流转筒排放端166包括一个开口的环178围绕所述所述燃烧器遮热罩和火焰成形器276的端部。一般地，在所述开口的环178内的所述开口180具有一个足够大的直径使来自大气环境的大气燃烧空气流进入所述火焰，这要经历大致0.058osig到大致0.144osig范围的压力损失。在一个优选的实施例中，所述大气燃烧空气经历大约0.116osig的压力损失。所述干燥器150包括一个风扇系统(未显示)，其通过开口180抽吸空气进入所述转筒152并且从逆流转筒开口168排出。所述风扇系统的操作设定在所述转筒内的空气压力，而所述开口180的尺寸决定完成该燃烧过程所要求的大气燃烧空气进入所述火焰176的流动的量。
在该燃烧器操作期间，被提供作为一次主燃烧的所述主燃烧空气的比率与被提供作为二次燃烧空气的主燃烧空气的比率一般在1∶8到1∶12的范围内。在一个优选的实施例中，该比率为1∶10。调节所述调节风门260控制该比率。所述调节风门260从不完全关闭。
在低强度燃烧的情况下，所述火焰在整个的如图1所图示的高燃烧火焰122及图2所图示的高燃烧火焰176上被明显地减小。所述截头圆锥形遮热罩和火焰成形器276，其与所述轴向燃烧器的轴线成大约20°到35°的范围的角度帮助在所述燃烧器头部上的火焰成形并且将其支承在该燃烧器头部，而同时引导大气空气流从所述燃烧器外部通过开口124进入所述转筒并且脱离与所述火焰的接触。这样的接触会导致细长的、冷的和不稳定的火焰。这在帘幕型堆料干燥器的情况下特别是个问题，在该型干燥器中，当所述燃烧器被转变为低发热时通过引入进入所述燃烧区的大气空气流并没有被减少。在一个优选的实施例中，所述遮热罩和火焰成形器276被调整为与所述燃烧器的轴线252为25°。
本发明也包括迅速混合燃料和空气并且在燃烧器中获得稳定燃烧火焰的方法。所述方法包括向雾化油料提供压缩空气并支持燃烧，提供燃烧用的雾化的油料，在所述雾化器组件的端部提供钝体火焰稳定，在所述燃烧器内提供一部分燃烧用的空气作为形成的主燃烧空气，以大约22osig到大约28osig压力范围提供所述主燃烧空气，而从所述燃烧器的外部引入一部分燃烧用的空气。在一个优选的实施例中，本发明包括供应燃烧用的燃气。
在一个优选的实施例中，以24osig提供所述一次主燃烧空气。当24osig空气被作为主燃烧空气通过本发明的燃烧器时，供应大约40％的燃烧用的总空气量，所述燃烧器的热输出取决于所述燃烧器的尺寸，将在大约每小时2千3百万btu到大约1亿btu的范围。为了达到这样的热输出量，必须被以大约1500cfm到大约7500cfm提供总燃烧空气量中的40％。供应这样比率的主燃烧空气的马力要求为大约15hp到大约60hp的范围。在已有的燃烧器中，这样的热量输出范围将要求具有大约25hp到大约100hp范围的马力才能产生同样的结果。
在一个优选的实施例中，本发明的方法包括由燃烧器外部大气环境提供大约60％到大约70％的燃烧空气。
在一个优选的实施例中，通过两个分开的通道以两个分开的气流，即一次主燃烧空气和二次主燃烧空气提供所述主燃烧空气。所述一次主燃烧空气被涡旋使其从燃烧器102排出时具有至少大约0.6的涡旋数。所述二次主燃烧空气没有被涡旋，但是可以为了调节所述火焰的形状而被涡旋。所述二次主燃烧空气的涡旋数可以被固定或变化。所述二次主燃烧空气径向地与进行膨胀的且被更强涡旋的一次主燃烧空气和雾化油料流混合使所述的流可有效地混合并且进一步使燃料雾化并使火焰稳定。所述一次主燃烧空气被在轴向地朝着所述燃烧器回流向后以产生一个静止，或零速度的区域，在该区域所述火焰固定以提供稳定性。即使所述二次主燃烧空气涡旋数为不涡旋，该回流也会发生。大气空气通过引入作用被引入所述燃烧区域并且与所述一次和二次流混合。
当所述涡旋的压缩空气和油料混合物及一次主燃烧空气流离开所述一次空气通道和所述压缩空气油雾化器的开口时，所述两个径向膨胀的气流轴向地向所述燃烧器的下游移动进入所述火焰区域。所述径向膨胀和在所述雾化器端部的所述钝体在所述燃烧器轴线上减少压力使在所述燃烧器下游的气体被轴向地向上游抽吸朝着所述燃烧器，以容许连续地火焰点火和火焰稳定。
通过参考在一个优选的实施例中对本发明进行了描述，本领域普通技术人员应该明白在不背离本发明范围的前提下可以作出各种改变及使用等同物来替代部件。而且，在不背离本发明基本范围的前提下，可以根据特殊的情况或材料对本发明的技术进行修改。因此，本发明并不打算限制在作为最佳完成本发明的模式公开的特殊的实施例范围内，而是包括落入后附的权利要求书范围内的所有的实施例。
权利要求
1.可选择性地燃烧至少包括油的燃烧器，包括油管，用于供应燃烧用的油，该油管与油料供应源连通；压缩空气管，用于供应用于油雾化和燃烧的压缩空气，该压缩空气管与压缩空气供应源连通；一次空气通道，用于供应燃烧用的一次主燃烧空气，所述一次空气通道通过主燃烧空气入口区段与主燃烧空气供应源连通，所述主燃烧空气供应源供应大约22osig到大约28osig压力范围的主燃烧空气；压缩空气油雾化器，用于雾化油，所述压缩空气油雾化器位于所述一次空气通道的下游端并且套在所述一次空气通道的内部，至少在所述雾化器的一部分上所述压缩空气和油雾化器被同轴地布置；多个一次涡旋叶片，流体地连通所述主燃烧空气，使排出所述一次空气通道的所述主燃烧空气带有的涡旋数高于临界涡旋数0.6；二次空气通道，用于供应燃烧用的二次主燃烧空气，所述二次空气通道通过主燃烧空气入口区段并且通过一个调节风门组件与所述主燃烧空气供应源连通，所述一次空气通道套在所述二次空气通道内；并且所述主燃烧空气入口区段与所述主燃烧空气供应源连通，所述调节风门组件被套在所述主燃烧空气入口区段内，所述调节风门组件为可调节的，以控制所述主燃烧空气通过所述调节风门组件进入所述二次空气通道的气流的比率。
2.如权利要求1所述的燃烧器，其中进一步包括一个用于涡旋二次燃烧空气的二次涡旋叶片组件，所述二次涡旋叶片组件布置在所述二次空气通道内。
3.如权利要求2所述的燃烧器，其中所述一次空气通道延伸到所述燃料管下游端和所述压缩空气管的下游端的下游，并且其中所述压缩空气油雾化器延伸到所述一次空气通道的下游。
4.如权利要求2所述的燃烧器，其中所述燃料管、所述压缩空气管、所述一次空气通道、所述压缩空气油雾化器、和所述二次空气通道同轴地布置。
5.如权利要求2所述的燃烧器，其中二次空气衬套被套在所述二次空气通道内。
6.如权利要求5所述的燃烧器，其中所述二次空气衬套的位置在轴向上可调节。
7.如权利要求6所述的燃烧器，其中进一步包括用于调节所述压缩空气油雾化器轴向位置的装置。
8.如权利要求7所述的燃烧器，其中所述用于调节的装置包括安装在所述压缩空气油雾化器上的调节螺母。
9.如权利要求2所述的燃烧器，其中所述二次涡旋叶片组件可调节，使所述二次涡旋组件下游的所述二次燃烧空气的涡旋可以被调节。
10.如权利要求2所述的燃烧器，其中所述主燃烧空气入口区段具有适合于连接到所述主燃烧空气源的上游开口及连接所述一次和二次空气通道的下游管，所述一次主燃烧空气通过在所述一次空气通道上的一个开口被供应到所述一次空气通道内，所述二次燃烧空气通过在所述二次空气通道上的一个开口被供应到所述二次空气通道内，所述入口区段进一步具有一个内入口壁将下游管分成一次入口通道和二次入口通道，所述调节风门区段布置在所述二次入口通道内。
11.如权利要求2所述的燃烧器，其中所述燃烧器进一步包括供应燃气的燃气通道，所述燃气通道与一燃气供应源连通，所述燃气管套在所述二次空气通道内，所述一次空气通道套在所述燃气管内。
12.如权利要求11所述的燃烧器，其中所述二次涡旋叶片组件可调节，使所述二次涡旋组件下游的所述二次燃烧空气的涡旋可以被调节。
13.如权利要求2所述的燃烧器，其中所述燃烧器进一步包括安装在所述二次空气管的下游的一个截头圆锥形遮热罩和火焰成形器。
14.如权利要求4所述的燃烧器，其中所述截头圆锥形遮热罩和火焰成形器在轴向上可调节。
15.如权利要求2所述的燃烧器，其中进一步包括用于产生在所述压缩空气油雾化器下游的负压区域的装置。
16.如权利要求15所述的燃烧器，其中所述产生负压区域的装置包括一个钝体，该钝体布置在所述压缩空气油雾化器的下游端。
17.如权利要求15所述的燃烧器，其中所述钝体为一个发散的端部。
18.如权利要求2所述的燃烧器，其中一个热屏罩被安装在所述二次空气通道的外表面且在所述截头圆锥形遮热罩和火焰成形器的上游。
19.在燃烧器中使燃料和空气迅速混合并且获得稳定燃烧火焰的方法，包括提供压缩空气以雾化油并且用于燃烧；提供燃烧用的雾化的油；提供至少具有所述压缩空气和雾化油的钝体回流；从燃烧器的内部提供一部分燃烧用的空气作为主燃烧空气，以大约22osig到大约28osig的压力范围提供所述主燃烧空气；并且从所述燃烧器外部引入一部分燃烧用的空气。
20.如权利要求19所述的方法，其中进一步包括供应燃烧用的燃气的步骤。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述从所述燃烧器外部引入的空气包括大约60％到大约70％的燃烧用的空气。
22.如权利要求20所述的方法，其中所述从所述燃烧器外部引入的空气包括大约60％到大约70％的燃烧用的空气。
23.堆料干燥器系统，包括燃烧器，用于选择性地燃烧至少包括油，该燃烧器包括油管，用于供应燃烧用的油，该油管与油料供应源连通；压缩空气管，用于供应用于油雾化和燃烧的压缩空气，该压缩空气管与压缩空气供应源连通；一次空气通道，用于供应燃烧用的一次主燃烧空气，所述一次空气通道通过主燃烧空气入口区段与主燃烧空气供应源连通，所述主燃烧空气供应源供应至少22osig的压力的主燃烧空气，所述压缩空气管套在所述一次空气通道内；压缩空气油雾化器，用于雾化油，所述压缩空气油雾化器布置在所述油管和所述压缩空气管的下游端，所述压缩空气油雾化器套在所述一次空气通道的内部；多个一次涡旋叶片，用于涡旋一次主燃烧空气使排出所述一次空气通道的所述主燃烧空气带有的涡旋数高于临界涡旋数0.6，所述涡旋叶片被布置在所述压缩空气油雾化器和所述一次空气通道的一个内表面之间；二次空气通道，用于供应燃烧用的二次主燃烧空气，所述二次空气通道通过主燃烧空气入口区段并且通过一个调节风门组件与所述主燃烧空气供应源连通，所述一次空气通道套在所述二次空气通道内；并且所述主燃烧空气入口区段与所述主燃烧空气供应源连通，所述调节风门组件套在所述主燃烧空气入口区段内，所述调节风门组件为可调节的，以控制所述主燃烧空气通过所述调节风门组件进入所述二次空气通道的气流的比率；及与所述燃烧器流体连通的干燥器转筒。
24.如权利要求23所述的堆料干燥器系统，其中所述干燥器转筒为一逆流干燥器转筒。
25.如权利要求23所述的堆料干燥器系统，其中进一步包括一个二次涡旋叶片组件用于涡旋二次燃烧空气，所述二次涡旋叶片组件套在所述二次空气通道内。
26.如权利要求25所述的堆料干燥器系统，其中所述干燥器转筒为一逆流干燥器转筒。
全文摘要
一个涡旋型火焰回流燃烧器设备和方法，作为经常用于燃烧沥青工厂堆料干燥器、空气加热器和脱水干燥器的设备及方法，包括一个压缩空气油雾化器组件。所述燃烧的和涡旋的燃料和一次主燃烧空气混合物沿所述燃烧器轴线向上游回流。所述二次主燃烧空气可以被涡旋。所述燃烧器也可以燃烧气体或气体和油的混合物。
文档编号F26B11/02GK1550713SQ20041004205
公开日2004年12月1日 申请日期2004年4月29日 优先权日2003年5月2日
发明者约翰·A·马里诺, 詹姆斯·J·菲斯, 雷蒙德·F·鲍姆, F 鲍姆, J 菲斯, 约翰 A 马里诺 申请人:豪克制造公司