本發(fā)明涉及用于燃料的燃燒器及其工作過程。

背景技術(shù)：

燃燒器是用于產(chǎn)生用于各種工業(yè)應(yīng)用的熱量的裝置，諸如用于產(chǎn)生蒸汽或電功率的工業(yè)鍋爐、用于金屬熔融的熔爐等。

燃燒器中的燃燒通常通過火焰而發(fā)生，且液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)燃料借助于合適的裝置被供給，由此獲得受控的燃燒。

現(xiàn)有技術(shù)的火焰燃燒器在圖4中在示意性縱向截面視圖中示出。在圖中，23是燃燒器的內(nèi)部部分，21是燃料噴射器或燃料噴射噴嘴，22是火焰穩(wěn)定器，20是燃料供給噴嘴，24是燃燒器護(hù)套。在圖中，白色箭頭示出助燃物(通常為空氣)的流動(dòng)。該圖具體示出，燃燒器內(nèi)的助燃物流被火焰穩(wěn)定器22偏轉(zhuǎn)，以致于在噴嘴下游與通過噴射噴嘴21噴射的燃料(由黑色箭頭表示)混合。在豎直線25左側(cè)有燃燒室，在圖中未記錄，在該燃燒室中發(fā)生由火焰觸發(fā)的燃燒過程?，F(xiàn)有技術(shù)的這些燃燒器具有若干缺點(diǎn)：火焰前緣不確保均勻的燃燒，并且必須使用過量的助燃物以確保所供給的燃料的完全燃燒。此外，在燃燒室內(nèi)側(cè)不能避免熱峰的形成。在任何情況下，在這些現(xiàn)有技術(shù)燃燒器中產(chǎn)生污染排放物。此外，因?yàn)槿缢龅?，需要使用過量的空氣助燃物來操作，所以燃燒效率受到限制，過量是按照體積計(jì)8％的最小值，對(duì)應(yīng)于等于1.6％的煙道氣體中的殘余氧的百分比。然而一般來說，助燃物過量較高，由此具有按照體積計(jì)至少3％的煙道氣體中的殘余氧的百分比。

專利申請(qǐng)US 2012/0186,265涉及一種具體而言在低負(fù)載條件下使燃?xì)鉁u輪的火焰穩(wěn)定的燃燒器。在背景技術(shù)中，聲明已知通過混入熱再循環(huán)氣體而使噴射火焰穩(wěn)定。然而，在燃?xì)鉁u輪操作期間，尤其在低負(fù)載下，不一定可保證適于使火焰穩(wěn)定的再循環(huán)氣體溫度。因此，需要在這些條件下獲得噴射火焰穩(wěn)定性的裝置。如圖4中所示，上述專利申請(qǐng)通過配備有圍繞噴嘴定位的環(huán)形間隙8的噴嘴解決了這個(gè)問題。環(huán)形間隙8通過置于噴嘴出口區(qū)段22上游的開口與流體射流2連通。再循環(huán)氣體以與噴嘴中流體流相反的方向被吸入并輸送到環(huán)形間隙8中。再循環(huán)氣體穿過位于噴嘴上游的開口并與噴嘴內(nèi)側(cè)的噴射流體混合：以此方式，根據(jù)該專利申請(qǐng)，火焰的穩(wěn)定性得到保證。為了抽吸再循環(huán)氣體，利用存在于燃燒室與在噴嘴中以高速流動(dòng)的流體之間的靜態(tài)壓力的差。在另一個(gè)實(shí)施例中，參見相同專利申請(qǐng)的圖5，第二環(huán)形通道20位于第一環(huán)形間隙8的外部并與其同軸，以在燃燒器中輸送空氣和/或燃料。在優(yōu)選實(shí)施例中，流體射流是與燃料預(yù)混合或部分預(yù)混合或未預(yù)混合的壓縮空氣。在低負(fù)載操作中，流體優(yōu)選地由燃料/壓縮空氣混合物形成。在滿負(fù)載操作中，流體由包含或不包含燃料的壓縮空氣形成。該燃燒器的使用允許避免在基本負(fù)載操作期間產(chǎn)生的NO_x增加，因?yàn)椴皇褂脭U(kuò)散穩(wěn)定性“引燃器”(擴(kuò)散穩(wěn)定器)以避免火焰前緣波動(dòng)(燃燒室卷邊(combustion chamber hamming))。事實(shí)上眾所周知，這些火焰穩(wěn)定劑導(dǎo)致NO_x增加的排放。在任何情況下，在這些燃燒器中，所產(chǎn)生的NO_x量也是高的。

認(rèn)為需要獲得一種燃料燃燒器，其能夠通過使用相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)大大減少的助燃物過量而使用不同的助燃物(包括大氣空氣)操作，例如以具有接近化學(xué)計(jì)量的燃燒反應(yīng)平衡，以獲得更高的燃燒效率，并同時(shí)獲得鍋爐中燃燒溫度的均勻分布，從而避免形成具有高溫度峰的區(qū)域，并且產(chǎn)生相對(duì)于上述現(xiàn)有技術(shù)燃燒器具有更低污染排放物(特別是NO_x和CO)的煙霧。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

申請(qǐng)人意外且驚訝地發(fā)現(xiàn)了一種解決以上指示的技術(shù)問題的燃燒器。

本發(fā)明的對(duì)象是燃燒器，在該燃燒器中發(fā)生MILD(溫和與劇烈低氧稀釋)燃燒，也稱為無焰燃燒，包括用于通過注射器或者被供給助燃物的助燃物噴射系統(tǒng)直接從燃燒室抽吸再循環(huán)煙道氣的系統(tǒng)、適合用于在再循環(huán)煙道氣與助燃物之間的熱交換的熱交換系統(tǒng)、用于將燃料直接噴射到再循環(huán)煙道氣中的系統(tǒng)，后者包括或不包括助燃物，并在助燃物注射器的出口周圍的區(qū)中形成燃料-再循環(huán)煙道氣-助燃物的混合物且接下來將該混合物引入所述燃燒室中。

更具體地，參照本文用于本發(fā)明的詳細(xì)描述所附的示范而非限制性的圖。

優(yōu)選地，助燃物噴射系統(tǒng)相對(duì)于燃料噴射系統(tǒng)位置在燃燒器中布置在不同位置。

在圖0中記錄了縱截面中的本發(fā)明的燃燒器的示意圖，其中12是包括在直接來自燃燒室的再循環(huán)煙道氣的抽吸系統(tǒng)中的環(huán)形管道，2是轉(zhuǎn)變或混合室，5和8是燃料噴射系統(tǒng)，1是由管1a形成的被供給助燃物的注射器或噴射系統(tǒng)1，管1a在它們朝向出口錐體11的它們的輸出部分中相互平行，11是燃燒器出口錐體。

用于抽吸再循環(huán)煙道氣的系統(tǒng)除了環(huán)形管道12之外還包括抽吸進(jìn)口，抽吸進(jìn)口用于從燃燒室抽吸再循環(huán)煙道氣，未在圖0中表示，相對(duì)于環(huán)形管道12位于前面。

在圖0中，未示出的燃燒室位于出口錐體11的左側(cè)并且與再循環(huán)煙道氣的抽吸系統(tǒng)的抽吸進(jìn)口連通。

在本發(fā)明的燃燒器中，助燃物是曳出或驅(qū)動(dòng)流體，再循環(huán)煙道氣或燃燒煙霧是被曳出的流體。

圖0中未記錄的燃燒器的熱交換系統(tǒng)由界定助燃物流的導(dǎo)管壁形成，導(dǎo)管壁具有與再循環(huán)煙道氣接觸的表面或表面的一部分；助燃物流相對(duì)于到環(huán)形管道12中的輸入煙道氣逆流。

申請(qǐng)人意外且驚訝地發(fā)現(xiàn)，通過利用本發(fā)明的燃燒器操作，獲得了具有高效率的燃燒，且輸出自燃燒器的煙道氣顯示非常低的量的污染物，特別是CO和NO_x，與現(xiàn)有技術(shù)的燃燒器相比低。鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)，這是完全出乎意料的。

更具體地，燃燒器包括環(huán)形管道12、適合用于在再循環(huán)煙道氣與助燃物之間的熱交換的熱交換系統(tǒng)、在轉(zhuǎn)變室2內(nèi)側(cè)和外側(cè)二者的用于將燃料直接噴射到再循環(huán)煙道氣體中的系統(tǒng)，它們與形成注射器的管1a的出口部分同軸，其中在形成注射器1的管1a的輸出部分的前區(qū)段周圍的區(qū)中形成燃料-再循環(huán)煙道氣-助燃物的混合物，且接下來將混合物引入燃燒室中。形成注射器1的管1a的出口部分的前區(qū)段也稱為注射器1的出口前區(qū)段或注射器1的前區(qū)段。

優(yōu)選地，本發(fā)明的燃燒器具有以下結(jié)構(gòu)，通過該結(jié)構(gòu)，環(huán)形管道12、再循環(huán)煙道氣與助燃物和之間的熱交換系統(tǒng)和轉(zhuǎn)變室2相對(duì)于燃燒器的縱向或?qū)ΨQ軸線基本上同軸。

附圖說明

附圖具體示出以下：

圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的燃燒器的縱向截面圖；

圖1a是根據(jù)本發(fā)明的更優(yōu)選實(shí)施例的燃燒器的縱向截面圖；

圖2是詳細(xì)示出根據(jù)圖1a的燃燒器的該更優(yōu)選實(shí)施例的燃燒器的助燃物回路的透視圖。

具體實(shí)施方式

在下面的描述中，“前面”或“在前面”是指燃燒器構(gòu)件的朝向或放置為朝向燃燒室的部分?！昂竺妗被颉霸诤竺妗眲t相反。

下文中記錄以上圖中的各個(gè)的詳細(xì)描述。

圖1是燃燒器的示意圖，該燃燒器包括用于從燃燒室抽吸再循環(huán)煙道氣的抽吸進(jìn)口7、環(huán)形管道12、助燃物環(huán)形分配室13、示出出口的徑向管道14(徑向管道14在圖2中完全示出)、轉(zhuǎn)變室2、燃料噴射系統(tǒng)5和8、助燃物的注射器1、出口錐體11、殼體20；

其中，通過抽吸進(jìn)口7與所述燃燒室連通的環(huán)形管道12在外部且在后面界定環(huán)形分配室13；

環(huán)形分配室13在前面與注射器1連通并在后面與徑向管道14連通，并在外部界定轉(zhuǎn)變室2；

轉(zhuǎn)變室2在前面由注射器1的出口前區(qū)段限定，且在后面由殼體20的壁限定；

注射器1的出口前區(qū)段相對(duì)于分配室13垂直，分配室13在前面與出口錐體11或突出錐體11接觸；燃料噴射系統(tǒng)5在注射器1上游定位在燃燒器的殼體20的后壁上，燃料噴射系統(tǒng)8定位在注射器1出口前區(qū)段的下游；其中，通過抽吸進(jìn)口7從所述燃燒室直接抽吸的再循環(huán)煙道氣流動(dòng)穿過環(huán)形管道12并加熱逆流地流入環(huán)形分配室13的助燃物，且再循環(huán)煙道氣進(jìn)入轉(zhuǎn)變室2并被由輸出自注射器1前區(qū)段的助燃物形成的低壓驅(qū)動(dòng)，它們?cè)谧⑸淦?的出口前區(qū)段的下游與助燃物混合，助燃物是曳出或驅(qū)動(dòng)流體，且再循環(huán)煙道氣是被曳出流體，燃料被通過噴射系統(tǒng)5在注射器1的上游直接噴射到再循環(huán)煙道氣中并且/或者被通過噴射系統(tǒng)8在注射器1出口前區(qū)段的下游噴射到助燃物-再循環(huán)-煙道氣混合物中，在后一情況下，當(dāng)還使用噴射系統(tǒng)5時(shí)，再循環(huán)煙道氣已含有燃料。

優(yōu)選地，燃料被通過噴射系統(tǒng)5供給到燃燒器。

事實(shí)上，已意外且驚訝地發(fā)現(xiàn)，通過用噴射系統(tǒng)5操作，燃燒煙道氣顯示甚至更低的污染物CO和NO_x含量。

當(dāng)供給到燃燒器的燃料是液態(tài)燃料時(shí)，燃料噴射系統(tǒng)5也是優(yōu)選的。

優(yōu)選地，出口錐體11、抽吸進(jìn)口7、環(huán)形管道12和助燃物環(huán)形分配室13圍繞燃燒器縱向軸線周向地和縱向地定位，在圖1中通過將燃燒器分成兩個(gè)對(duì)稱部分的分段線表示。

優(yōu)選地，轉(zhuǎn)變室2沿著燃燒器縱向軸線定位。

在圖1中，再循環(huán)煙道氣與助燃物之間的熱交換系統(tǒng)基本上由環(huán)形分配室13的徑向管道14的壁和形成注射器1的管1a的壁形成。所述壁將助燃物流與再循環(huán)煙道氣流分開。

如所述地在其出口前區(qū)段相對(duì)于環(huán)形分配室13垂直的情況下放置的注射器1優(yōu)選地沿著燃燒器的縱向軸線定位，以便具有良好的流體動(dòng)態(tài)。

注射器1包括管1a，管1a具有連接到助燃物分配室13并相對(duì)于其徑向地定位的入口；所述管1a的出口部分或噴嘴平行于燃燒器的縱向軸線，并且它們的出口指向出口錐體11。所述出口部分優(yōu)選地相對(duì)于燃燒器縱向軸線同軸且圓形地定位。

噴射燃料系統(tǒng)5和8可包括沿著且圍繞燃燒器縱向軸線定位的更多噴射器，優(yōu)選為多噴嘴的。

優(yōu)選地，噴射系統(tǒng)8的燃料噴射器圍繞燃燒器縱向軸線圓形地放置并且定位在優(yōu)選地平行于燃燒器縱向軸線地布置的管的端部，管從燃燒器的殼體20的后壁縱向地跨過轉(zhuǎn)變室2和助燃物注射器1的出口前區(qū)段。

定位在燃燒器的殼體20的后壁上的噴射器系統(tǒng)5布置在燃燒器縱向軸線上并且相對(duì)于其圓形地布置。

殼體20通常由金屬或鋼或陶瓷材料形成，在其內(nèi)部分中朝燃燒器軸線是耐火材料或陶瓷內(nèi)襯的。

出口錐體11由耐火材料或陶瓷材料形成。

所使用的耐火材料優(yōu)選為含有鉻和/或鋯的鋁質(zhì)類型，并且其通常按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)含有約10％的鉻和約4％的鋯。

注射器1的出口前區(qū)段或前區(qū)段是平面，該平面包括管1a的朝向出口錐體11的周邊邊緣。

圖1a例示根據(jù)本發(fā)明的燃燒器的更優(yōu)選實(shí)施例，還包括以下部分：助燃物的加成凸緣(adduction flange)3、助燃物的環(huán)形供給鼓4、去往噴射系統(tǒng)5的燃料的加成凸緣6。

在圖1a中，套筒(muffle)9和護(hù)套(機(jī)套)10形成圖1的殼體20(在圖1a中未表示出)。

套筒9和環(huán)形供給鼓4優(yōu)選地圍繞燃燒器縱向軸線(圖1a中未表示出)圓形地并縱向地定位。

優(yōu)選地，抽吸進(jìn)口7由套筒9在外部限定。通常，套筒9固定(連結(jié)于鍋爐壁)且允許將燃燒器與鍋爐斷開。

護(hù)套10和套筒9由與對(duì)殼體20指出的相同的材料制成。

加成凸緣6相對(duì)于燃燒器的殼體20的后壁定位在外部并且與燃料噴射系統(tǒng)5連通。

如圖2所示，凸緣3提供進(jìn)入環(huán)形供給鼓4中的助燃物入口，環(huán)形供給鼓4通過徑向管道14與燃料環(huán)形分配室13連接。

燃燒器構(gòu)件的圓形縱向布置意味著構(gòu)件具有與具有在燃燒器軸線方向上的縱向軸線的圓柱形殼的形狀基本相似的形狀。

出口錐體11位于助燃器的注射器1的下游，以在噴射器1的出口前區(qū)段中限制燃燒氣體的空氣動(dòng)力流。出口錐體11在其前端部分中優(yōu)選地配備有空氣動(dòng)力擾流件11a，空氣動(dòng)力擾流件11a中的一些示于圖1a中。

出口錐體11和套筒9在前面界定燃燒器并將其與燃燒室分開。

助燃物指含氧的氣態(tài)流體。

取決于負(fù)載且取決于燃燒室的加熱條件，環(huán)形管道12中的再循環(huán)煙道氣的溫度優(yōu)選在從1000℃至1500℃的范圍內(nèi)。

助燃物通常選自大氣空氣、濃縮空氣、氧和工業(yè)氧。優(yōu)選地，助燃物是大氣空氣。在大氣壓下或達(dá)略高于大氣壓的壓力(優(yōu)選直到0.2 bar、更優(yōu)選直到0.15 bar)下使用大氣空氣作為助燃物是本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。如果需要，也可以使用加壓助燃物。

大氣空氣平均來說含有(在干燥時(shí)按照體積計(jì)％)78.09％的氮、20.95％的氧、0.93％的氬、0.039％的CO₂和較低量的其他氣體。大氣空氣還可以含有可變量的水蒸氣，通常約1％。

濃縮空氣通常是含有較高氧百分比、按照體積計(jì)高于20.95％直至約55％的大氣空氣，與100％的差異是由一種或更多種不活潑氣體例如氮形成。

工業(yè)氧指氧與不活潑氣體的混合物，其中，氧具有按照體積計(jì)高于80％、甚至90％的百分比。也可以使用具有92-94％VSA(真空擺動(dòng)吸收)和88-92％VPSA(真空壓力擺動(dòng)吸收)的滴定度的氧，到100的補(bǔ)充至由惰性氣體和/或氮形成。

如所述的，優(yōu)選的助燃物是大氣空氣，因?yàn)槭褂闷湓试S提高注射器1的效率，因而增加再循環(huán)煙道氣流動(dòng)速率。以此方式，獲得在本發(fā)明的方法中指示的范圍內(nèi)的流動(dòng)速率比再循環(huán)煙道氣/助燃物，以致于不需要使用再循環(huán)風(fēng)扇。這是優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@允許避免與使用所述再循環(huán)風(fēng)扇相關(guān)的投資和消耗成本，再循環(huán)風(fēng)扇也應(yīng)在再循環(huán)煙道氣的高溫條件下操作。這也將需要專門設(shè)計(jì)的風(fēng)扇。

優(yōu)選的燃料是固態(tài)和/或氣態(tài)燃料。也可以使用在本發(fā)明的燃燒過程的操作條件下能夠以液態(tài)形式或氣態(tài)狀態(tài)獲得的固態(tài)燃料，例如烴。

可使用的氣態(tài)燃料的實(shí)例是氫、天然氣、煉廠氣、丙烷、己烷、戊烷、丁烷。

作為液態(tài)燃料，可提及柴油、甲醇、2號(hào)油、汽油。

圖2具體地例示了徑向管道14，徑向管道14將助燃物從入口3輸送到環(huán)形分配室13中，并最終輸送到形成噴射器1的管1a。

本發(fā)明的另一對(duì)象是用于操作本發(fā)明的燃燒器的過程，其中，進(jìn)行MILD(溫和與劇烈低氧稀釋)燃燒或無焰燃燒，包括以下步驟：通過被供給助燃物的注射器從燃燒室直接抽吸再循環(huán)煙道氣；通過與再循環(huán)煙道氣的熱交換來加熱助燃物；通過一個(gè)或更多個(gè)噴射系統(tǒng)將燃料直接噴射到再循環(huán)煙道氣中；形成燃料-再循環(huán)煙道氣-助燃物混合物；將該混合物引入燃燒室中。

申請(qǐng)人意外且驚訝地發(fā)現(xiàn)，通過用上述過程操作本發(fā)明的燃燒器，獲得了高效燃燒以及輸出自燃燒器的煙道氣中的非常低的污染物濃度，特別是CO和NO_x的濃度，低于現(xiàn)有技術(shù)燃燒器的燃燒煙道氣中發(fā)現(xiàn)的那些污染物濃度。事實(shí)上，通過使用氣態(tài)燃料，NO_x的排放量低于10 ppmv(按體積計(jì)的百萬分之一)且CO的排放量低于20 ppmv。例如當(dāng)在相同功率條件下操作并使用相同的燃料和助燃物時(shí)，通過使用液態(tài)燃料，CO和NO_x排放量是使用現(xiàn)有技術(shù)的火焰燃燒器在相同條件下獲得的CO和NO_x排放量的至多1/3-1/4。參見實(shí)例。

這表明，通過根據(jù)上述燃燒過程操作本發(fā)明的燃燒器，如上所述，相對(duì)于上述現(xiàn)有技術(shù)，獲得了非常意外和令人驚訝的結(jié)果。

在圖3a中示意性地例示出操作圖0的燃燒器的過程，其包括以下步驟：

a) 再循環(huán)煙道氣被從燃燒室直接抽吸到環(huán)形管道12中，參見灰色箭頭，由輸出自注射器1的助燃物驅(qū)動(dòng)，

b) 在再循環(huán)煙道氣與助燃物之間的熱交換，

c) 借助于噴射系統(tǒng)5和/或8將燃料直接噴射到轉(zhuǎn)變室2內(nèi)側(cè)或外側(cè)的煙道氣中，見黑色箭頭，

d) 形成燃料-再循環(huán)煙道氣-助燃物混合物，助燃物由噴射器1噴射到燃燒器中，參見白色箭頭，

e) 將混合物輸入燃燒室中。

在步驟a)中，助燃物是曳出或驅(qū)動(dòng)流體，且再循環(huán)煙道氣或燃燒煙霧是被曳出的流體。

在步驟b)中，助燃物流相對(duì)于流入環(huán)形管道12的輸入煙道氣逆流。

噴射器1在燃燒器中布置在相對(duì)于噴射系統(tǒng)5和8不同的位置。

圖3表示適用于圖1的優(yōu)選實(shí)施例的燃燒器的本發(fā)明的過程。

在圖中示出，再循環(huán)煙道氣通過抽吸進(jìn)口7進(jìn)入燃燒器，由通過輸出自噴射器1的助燃物的流動(dòng)形成的低壓抽吸，參見灰色箭頭，它們流動(dòng)通過環(huán)形管道12且通過熱交換加熱通過徑向?qū)Ч?4進(jìn)入的助燃物，助燃物相對(duì)于再循環(huán)煙道氣逆流地流入環(huán)形分配室13中，然后再循環(huán)煙道氣進(jìn)入轉(zhuǎn)變室2中，且在噴射器1的入口前區(qū)段的下游，它們與助燃物混合；燃料被通過噴射系統(tǒng)5和/或噴射系統(tǒng)8直接噴射到再循環(huán)煙道氣中，參見黑色箭頭。

圖3b表示當(dāng)使用噴射系統(tǒng)5和8二者時(shí)操作圖1a的燃燒器的過程。該圖還例示出具有相關(guān)燃料加成凸緣6(也參見圖1a)的噴射系統(tǒng)5。在圖中，詳細(xì)地示出了助燃物供給系統(tǒng)和其內(nèi)側(cè)的助燃物流，參見白色箭頭。

如所述的，優(yōu)選地在本發(fā)明的過程中，燃料通過噴射系統(tǒng)5供給。

更具體地，當(dāng)對(duì)燃燒器供給氣態(tài)燃料時(shí)，可使用噴射系統(tǒng)5或噴射系統(tǒng)8，可選地使用二者；當(dāng)供給液態(tài)燃料時(shí)，優(yōu)選地使用噴射系統(tǒng)5，可選地使用噴射系統(tǒng)8。

對(duì)本發(fā)明的燃燒器，可同時(shí)獨(dú)立地供給液態(tài)燃料和氣態(tài)燃料，液態(tài)燃料優(yōu)選地通過噴射系統(tǒng)5噴射，氣態(tài)燃料優(yōu)選地通過噴射系統(tǒng)8噴射。

申請(qǐng)人驚訝且意外地發(fā)現(xiàn)，以此方式，可能在再循環(huán)煙道氣的抽吸進(jìn)口7附近獲得仍較高的溫度。這有助于通過噴射系統(tǒng)5噴射的液態(tài)燃料的基本上瞬時(shí)的蒸發(fā)。

在轉(zhuǎn)變室2內(nèi)側(cè)形成再循環(huán)煙道氣的均勻流動(dòng)速率場(chǎng)，從而導(dǎo)致在噴射器1的出口前區(qū)段的區(qū)中形成由煙霧和助燃物形成的氣態(tài)團(tuán)，這結(jié)果為在其所有點(diǎn)中都是基本上均質(zhì)的。

當(dāng)燃料通過噴射系統(tǒng)5噴射時(shí)，也發(fā)生相同的情況。

申請(qǐng)人驚訝且意外地發(fā)現(xiàn)，在燃料噴射系統(tǒng)8的水平處發(fā)生的燃燒反應(yīng)關(guān)于反應(yīng)物的溫度和濃度都不顯示不均質(zhì)性，且在氣體流的所有點(diǎn)中都是基本上均勻的。此外，在輸出自燃燒器(錐體11)的氣態(tài)團(tuán)中沒有熱峰或較冷區(qū)，因?yàn)槿剂虾椭嘉锒咴诒粐娚涞綒怏w流中之前通過分別流入噴射系統(tǒng)8的管(見上文)中而被預(yù)熱，且對(duì)于助燃物流入環(huán)形分配室13的徑向管道14中，管1a形成注射器1。

申請(qǐng)人驚訝且意外地發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明的燃燒器中，可能通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)助燃物和燃料的相應(yīng)流動(dòng)速率來獲得化學(xué)計(jì)量或接近化學(xué)計(jì)量的燃燒反應(yīng)平衡。具體地，助燃物以等于化學(xué)計(jì)量的或略高于化學(xué)計(jì)量的量被供給，以便在燃燒煙道氣中具有一定量的氧(助燃物過量)，在干燥時(shí)按％體積計(jì)，通常當(dāng)使用液態(tài)燃料時(shí)等于或低于1.2％且當(dāng)使用氣態(tài)燃料時(shí)低于0.4％。這意味著在排氣管處損失的能量的量相當(dāng)?shù)筒⑶覝p少到最小值。助燃物和燃料的流動(dòng)速率可通過依靠相關(guān)供給壓力操作而得到控制。這顯示出相對(duì)于常規(guī)燃燒器的優(yōu)點(diǎn)，常規(guī)燃燒器示出如所述的數(shù)量級(jí)的煙道氣中的氧濃度值，如按照體積計(jì)1.6％且更通常為至少3％的最小值。事實(shí)上，當(dāng)在現(xiàn)有技術(shù)燃燒器中，通過利用接近化學(xué)計(jì)量的氧濃度來操作燃燒時(shí)，獲得非常高的CO排放量，遠(yuǎn)高于在歐洲由對(duì)煙霧排放的規(guī)定所設(shè)定的限制。

當(dāng)燃料被通過噴射系統(tǒng)5在噴射器1的上游噴射時(shí)，在轉(zhuǎn)變室2中，再循環(huán)煙道氣與處于氣態(tài)狀態(tài)的燃料混合，但不發(fā)生燃燒。

該實(shí)施例優(yōu)選地與液態(tài)燃料一起使用，因?yàn)樘幱诟邷?例如包括在850°-1050℃之間的溫度)的再循環(huán)煙道氣在轉(zhuǎn)變室2中的存在有助于液態(tài)燃料到氣態(tài)狀態(tài)的幾乎瞬時(shí)的轉(zhuǎn)變。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以此方式，當(dāng)通過噴射系統(tǒng)5供給液態(tài)燃料時(shí)，可能在轉(zhuǎn)變室2內(nèi)側(cè)形成氣體的均勻流動(dòng)速率場(chǎng)且獲得當(dāng)?shù)竭_(dá)噴射器1的出口前區(qū)段時(shí)均質(zhì)的氣態(tài)混合物，以便不產(chǎn)生熱峰或較冷區(qū)。

這允許相對(duì)于常規(guī)燃燒器獲得顯著的優(yōu)點(diǎn)，在常規(guī)燃燒器中，如已知的，液態(tài)燃料的燃燒產(chǎn)生顯著量的污染物質(zhì)。相反，如所述的，在本發(fā)明的過程的情況下，也通過使用液態(tài)燃料，與煙道氣一起輸出自燃燒器的CO和NO_x的量大大減少。此外，在使用液態(tài)燃料時(shí)，也不需要提供用于煙道氣的再循環(huán)或用于對(duì)供給進(jìn)行預(yù)熱的專用機(jī)械，諸如風(fēng)扇。此外，如所述的，在本發(fā)明的燃燒器中，還可以使用具有突出的經(jīng)濟(jì)效益的大氣空氣。

再循環(huán)煙道氣/助燃物之間的流動(dòng)速率比按體積百分比計(jì)優(yōu)選為在從約30％直到約60％、更優(yōu)選為從40至45％的范圍。利用本發(fā)明的燃燒器，當(dāng)使用再循環(huán)風(fēng)扇時(shí)，還可能獲得達(dá)到100％的這些流動(dòng)速率之間的比率。

用于本發(fā)明燃燒器中的氣態(tài)和液態(tài)燃料的噴射壓力是現(xiàn)有技術(shù)燃燒器中已知的噴射壓力。

助燃物在優(yōu)選為包括在1000和15000 Pa之間的壓力下被注入噴射器1中。

申請(qǐng)人已驚訝且意外地發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明的燃燒器中，即使當(dāng)將負(fù)載從最大負(fù)載(100％負(fù)載)降低到在工業(yè)應(yīng)用中通常使用的最小負(fù)載(20-15％負(fù)載)時(shí)，不需要增加維持燃燒所需的過量空氣。因此，在燃燒器中，在低負(fù)載下也維持最大負(fù)載的接近化學(xué)計(jì)量/化學(xué)計(jì)量的相同燃燒條件(在燃燒煙霧中的助燃物過量低于上述限制)。

申請(qǐng)人已驚訝和意外地發(fā)現(xiàn)，通過使用由管1a的組形成的注射器1，助燃物與來自轉(zhuǎn)變室2的氣相之間的混合是非常有效率的。申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)，通過使用注射器1，用于燃燒所需的助燃物過量大大減少并低于上述限制。

在燃燒器操作開始時(shí)，燃料優(yōu)選地通過噴射系統(tǒng)8噴射，且然后，當(dāng)燃燒器在穩(wěn)定狀態(tài)下操作時(shí)，使用噴射系統(tǒng)5和/或噴射系統(tǒng)8。

本發(fā)明的另一對(duì)象是使用本發(fā)明的燃燒器來操作工業(yè)蒸汽發(fā)生器，以通過使用上述用于操作燃燒器的過程來產(chǎn)生過程蒸汽或電功率。

以下實(shí)例僅是用于例示目的而給出的，并且它們不限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)例

空氣過量

按照％體積計(jì)的空氣過量由下式定義：

[(W_燃燒空氣/W_{化學(xué)計(jì)量空氣})-1)]×100，其中，W_燃燒空氣是實(shí)際使用的空氣流動(dòng)速率，W_{化學(xué)計(jì)量空氣}是燃燒反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量平衡所需的空氣流動(dòng)速率。

實(shí)例1

燃燒過程在如圖1a中表示的根據(jù)本發(fā)明并連接于工業(yè)耐火鍋爐的燃燒器中進(jìn)行。燃燒器在其熱功率的100％(100％負(fù)載)下使用。供給燃料是天然氣(按％體積計(jì)約95％的甲烷、2.5％的乙烷、0.2％的丙烷、0.06％的丁烷、0.02％的戊烷+C₁₀H₂₂的混合物、1.6％的氮、0.7％的CO₂、H₂O微量和H₂S)。助燃物是室溫下的大氣空氣。

空氣供給壓力為12000 Pa。氣態(tài)燃料通過噴射系統(tǒng)8在噴射器1的下游供給。燃料供給壓力為250000Pa。

空氣過量為1.5％。基于干燥氣體計(jì)算，煙道氣中所含的氧為0.3％體積。輸出自鍋爐的煙道氣的溫度為1320℃。

再循環(huán)煙道氣/助燃物的體積比為45％。CO的排氣管排放量≤20 ppmv且NO_x≤15 ppmv。

實(shí)例2

重復(fù)實(shí)例1，但天然氣的噴射是通過噴射系統(tǒng)5在噴射區(qū)段1的上游進(jìn)行的。

CO的排氣管排放量≤10 ppmv且NO_x≤10 ppmv。

比較實(shí)例3

使用現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)火焰燃燒器(參見圖4)。燃燒器在其熱功率的100％時(shí)下被使用。使用的燃料和助燃物與實(shí)施例1中的相同。

空氣供給壓力為2000 Pa。燃料在200000 Pa的壓力下供給。

空氣過量為10％。煙道氣中的氧基于干燥氣體為2％體積。輸出自鍋爐的煙道氣的溫度為1300℃。

排氣管CO排放量包括在50和100 ppmv之間且NO_x排放量為從90到130 ppmv。

實(shí)例4

燃燒過程在根據(jù)本發(fā)明的連接于工業(yè)鍋爐的燃燒器中進(jìn)行。燃燒器在其熱功率的100％下被使用。使用具有0.2％重量的氮含量的燃料油。使用的助燃物與實(shí)例1中的相同。

空氣供給壓力為12000 Pa。燃料在噴射區(qū)段1的上游通過噴射系統(tǒng)5供給。燃料供給壓力包括在10和15 bar(10000-15000 KPa)之間。空氣過量為5％。煙道氣中所含的氧基于干燥氣體為1％體積。輸出自鍋爐的煙道氣的溫度為1250℃。

再循環(huán)煙道氣/助燃物的體積比為42％。CO的排氣管排放量為≤40 ppmv且NO_x為≤80ppmv。

比較實(shí)例5

使用先前描述的常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)火焰燃燒燃燒器(參見圖4)。燃燒器在其熱功率的100％下工作。燃料和助燃物與實(shí)例4中的相同。

空氣供給壓力為2000 Pa。燃料在10-15 bar的壓力下供給。

空氣過量包括在15和20％之間。煙道氣中所含的氧基于干燥氣體下為約3-4％體積。輸出自鍋爐的煙道氣的溫度為1230℃。

CO的排氣管排放量包括在70和170 ppmv之間且NO_x排放量為從190到250 ppmv。