CN100565005C - 在工业炉中借助于燃烧器燃烧的方法及相关的燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在借助于用于炉加热目的的气体燃烧器燃烧的方法，其中气体燃烧器属于这样一种类型，其中燃烧器头布置在内气体管(2)的一端，外保护管(3)围绕该内气体管，其中来自燃烧器头(1)的气体在内管中和外管中流动，然后流入通向周围环境的排气通道(5)。本发明的特征在于，使内管(2)在未达到燃烧器头(1)处终止；套管(10)布置在燃烧器头的下游，其中使套管(10)稍微插入到内管(2)中和/或与内管(2)同心布置，从而套管出口(13)位于所述内管中；间隙(14)设在内管(2)的开口(15)和所述套管(10)之间；间隙(14)的尺寸使得来自燃烧器头(1)的燃料和燃气的混合物和通过所述间隙(14)的再循环废气将按这样的量混合，使得燃烧温度将低于形成NOx的温度。本发明也涉及一种燃烧器。
Description
技术领域
本发明涉及一种在工业炉中借助于燃烧器燃烧的方法以及相关的燃烧器。
更具体而言，本发明涉及一种气体燃烧器。
背景技术
借助于气体燃烧器加热工业炉是习惯做法。典型燃料是天然气，尽管可以使用其他气体，例如丙烷、丁烷和LPG气体。
有效气体燃烧器的一个例子是这样一种类型的燃烧器，其中燃烧器头布置在内气体管的一端，所述内气体管由具有闭合底部的保护管从外部围绕。从燃烧器室发出的烟雾通过内管朝着外管的底部向下传递，在那里它们转向以沿着相反方向在外管和内管之间流动，其后进入通向周围环境的排放通道。保护管向炉空间发出热量，30％是通过对流，70％是通过辐射。
这样的气体燃烧器发出高含量的氮化合物(NOx)。碳化氢含量(HC)和一氧化碳含量(CO)低。CO含量约等于零。
理想的是外管的温度达到大约1150-1200摄氏度，以便增强燃烧器的能量集中。为此，管由高温材料例如碳化硅(SiC)或APM制造。APM是包含Fe、Cr和Al的粉末冶金材料。粉末材料被挤压成管形。
然而，在这样的高温下废烟的NOx含量大大增加。
瑞典专利说明书第518816描述了用于加热炉的方法和气体燃烧器，其中气体燃烧器属于这样一种类型，其中燃烧器头被布置在内折叠管的一端，外保护管围绕内折叠管布置，由此来自燃烧器头的燃烧气体在内管中和外管中通行，其后进入通向周围环境的废气通道。两种催化剂8，9沿着流动方向相互按顺序布置，其中当废气具有足够高的CO含量时，第一催化剂8适于将NOx减少为N2，该减少足以将NOx含量降低到预定值。氧气O2入口设在第一和第二催化剂之间。在存在氧气的情况下，该第二催化剂适于将CO和HC氧化成CO2和H2O，该氧化例如将CO含量降到预定值。因而需要两种催化剂和测量用于控制供氧的λ值。
发明内容
本发明涉及抑制氧化氮NOx形成的方法和燃烧器，由此极大地促进清洁废气的产生。
本发明因而涉及在借助于用于炉加热的炉气体燃烧器燃烧的方法，所述燃烧器属于这样一种类型，其中燃烧器头布置在内管2的一端，外保护管3围绕该内管布置，由此来自燃烧器头1的燃烧气体在内管中和外管中流动，其后进入通向周围环境的废气通道5，其中本发明的特征在于，使内管在未达到燃烧器头处终止；套管布置在所述燃烧器的燃烧器头的上游；其中使套管稍微插入到内管中和/或与内管同心布置，从而其孔口将位于内管中；间隙形成于内管的开口和套管之间；间隙的尺寸使得从燃烧器头到达的燃料和燃烧空气的混合物和通过间隙再循环的废气处于这样的量，使得燃烧温度将低于形成NOx的温度。
本发明也涉及一种类型的燃烧器。
附图说明
部分参考在附图中示出的本发明的典型实施例，现在将更详细地描述本发明，其中：
图1是已知的气体燃烧器的图解横截面图；
图2用更大比例示出了在套管开口周围的区域和通向内管的入口；以及
图3和图4分别示出了在所述套管和内管的入口附近的燃烧器的一部分的实施例。
具体实施方式
图1示出了已知类型的炉加热气体燃烧器。该气体燃烧器属于这样一种类型，其中燃烧器头1布置在内管2的一端，外保护管3围绕内管2。外保护管3在其底部4闭合。这意味着来自燃烧器头的废气将在内管2中朝着外管3的底部4向下流动，在那里所述气体转向并且沿着相反方向流入到外管和内管之间的空间中，然后进入通向周围环境的废气通道5。
同流换热器由围绕燃烧器头的内气体管2的一部分组成，或者可选地由围绕燃烧器头的分离管组成，由此分离内管设在所述分离管的延伸部中。因而该分离管和分离内气体管彼此轴向同线。分离内气体管在分离管的开口端开始。燃料气体通过入口6被引入，并且空气通过入口7被引入。
图1中的附图标记11标示关于第一催化剂8的这种网状物，并且附图标记12标示关于第二催化剂9的圆盘状网状物。这样的催化剂提供的优点在于它们可以比陶瓷整料组成的催化剂经受更高的温度。而且，流动阻力比典型的催化剂更低。
本发明涉及与该类型的燃烧器，即这样一种类型的气体燃烧器有关的方法，其中燃烧器头1布置在内气体管2的一端，外保护管3围绕内气体管，其中来自燃烧器头的燃烧气体流入内气体管2中，然后在外保护管的闭合端4转向并且在外管3和内气体管2之间的空间中行进，然后进入通向周围环境的废气通道5。
根据本发明，内气体管2在未达到燃烧器头1处终止。套管10布置在燃烧器头1的下游并且使得略微插入到内气体管2中和/或与内气体管2同心地布置，从而所述套管出口13将位于内管2中。间隙14形成在内管2的开口15和套管10之间。间隙14的尺寸使得从燃烧器头到达的燃料和燃烧空气的混合物和通过间隙14再循环的废气将按这样的量混合，使得燃烧温度将低于形成NOx的温度。
NOx在不同温度下形成，这取决于燃烧设备的类型和使用的燃料的类型。在当前的情况下，优选的是燃烧温度将不超过大约1600摄氏度。
根据本发明的燃烧器主要用于天然气、瓶装燃气、丙烷或丁烷燃料。
根据本发明的一个优选实施例，间隙14形成这样一个尺寸，在该尺寸下燃烧气体的NOx含量或NOx浓度将小于125ppm。
根据本发明的另一优选实施例，间隙形成这样一个尺寸，使得NOx含量或NOx浓度将小于25ppm。
在本发明的一个优选方法中，优选的是使λ值接近数值1。
根据特别优选的实施例，使λ值最低为0.940。
本发明的燃烧器提供了这样的条件，借助于所述条件在内、外管之间的空间中实现足够大的燃烧气体再循环，并且由于所述间隙的存在，由此获得导致部分燃烧气体与来自燃烧器头的燃料混合物一起被吸入到内气体管中的喷吸器作用。结果，接近氧气具有限制燃烧过程的作用。这转而导致氧气和氮气之间的更长反应距离，其抑制了NOx的形成。
根据本发明的一个优选实施例，使得套管出口13的横截面积A1与间隙14的横截面积A2之间的比率小于0.10但是大于0.01。
根据另一优选实施例，所述内气体管2和外保护管3之间所示出的空间16的横截面积A4与套管10和内气体管2之间的间隙14的横截面积A2之间的比率在1.0到2.0的范围内。
根据本发明的另一优选实施例，在内气体管2和外保护管3之间所示出的空间16的横截面积A4与内气体管2的横截面积A3之间的比率在0.75-1.75的范围内。
关于所述喷吸器作用，重要的是来自套管10的燃料混合物的输出速度足够高。
优选的是使得来自套管10的喷嘴13的燃料混合物的喷嘴速度超过35m/s。
图3和4示出了进入部分的热膨胀所导致的结果。加热导致外管3在图3和4中向左线性地膨胀。于是外管3夹带内气体管2。然而，内管2从外管的底部的开始位置膨胀，所述底部位于图3和4的左边。由于内管的更高温度，内管将膨胀到比外管更大的程度。当能量增加时，内气体管将因此接近燃烧器头1，换句话说将套管进一步推入到内管中。与室温相比，在图2中给出的测量标记的情况下，当加热管时，管的孔口15将更靠近燃烧器头地移动大约20毫米的距离。
图3示出了一个实施例，其中仅仅由于热膨胀发生小位移。差值由距离AT指示。图4示出了由距离19指示的更大位移。将可以看到，当位移变得更大时，伸入到内管2中的套管的一部分将变得更长，以便保持所述间隙14的尺寸。
由于该热膨胀，非常优选的是在形成所述间隙14中与内管2共同作用的套管10的部分17在形状上是圆柱形的。
结果，不管所述热膨胀如何，间隙14将具有恒定尺寸。
图2作为例子显示了所述的气体燃烧器的一部分的测量值。在这些测量值和在接近所述值的λ值中，获得了在20至40ppm之间的NOx含量，这取决于来自套管孔口的气体的出口速度。
这些低量值的NOx值避免了需要使燃烧器在燃烧气体通道中配备催化剂。
将显而易见本发明解决了上述问题。
尽管参考许多典型实施例描述了本发明，将可以理解套管的设计和内气体管的设计可以在间隙14的区域中变化。
因此，本发明不应当被视为限制到所述的典型实施例，因为可以在后附权利要求的范围内进行修改和变化。
Claims (15)
1.一种涉及借助于用于炉加热目的的气体燃烧器燃烧的方法，其中所述气体燃烧器属于这样一种类型，其中所述燃烧器头布置为邻近于内气体管(2)的一端，外保护管(3)围绕该内气体管，其中来自所述燃烧器头(1)的燃烧气体在所述内气体管中和所述外保护管中流动，然后流入通向周围环境的排气通道(5)，其特征在于，使得所述内气体管(2)在未达到所述燃烧器头(1)处终止；将一套管(10)布置在所述燃烧器头的下游，其中使所述套管(10)稍微插入到所述内气体管(2)中和/或与所述内气体管(2)同心地布置，从而所述套管的出口(13)位于所述内气体管中；将间隙(14)设置在所述内气体管(2)的开口(15)和所述套管(10)之间；与所述内气体管相互作用以形成所述间隙(14)的套管(10)的部分(17)的形状为圆柱形；所述间隙(14)的尺寸使得来自所述燃烧器头(1)的燃料和燃烧空气的混合物和通过所述间隙(14)的再循环废气以这样一种量混合，该量使燃烧温度将低于形成NOx的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加热到大约1600摄氏度的温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，调整所述间隙(14)的尺寸使得NOx含量小于125ppm。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，给予所述间隙(14)一个尺寸，在该尺寸下NOx含量将小于25ppm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使λ值接近数值1。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使λ值最低为0.940。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述套管的出口(13)的横截面积(A1)与所述间隙(14)的横截面积(A2)之间的比率小于0.10但是大于0.01。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使在所述内气体管(2)和所述外保护管(3)之间的空间(16)的横截面积(A4)与在所述套管(10)和所述内气体管(2)之间的间隙(14)的横截面积(A2)之间的比率在1.0-2.0的范围内。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使在所述内气体管(2)和所述外保护管(3)之间的所述空间(16)的横截面积(A4)与所述内气体管(2)的横截面积(A3)之间的比率在0.75-1.75的范围内。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使来自所述套管(10)的孔口的燃料混合物的出口速度超过35m/s。
11.一种炉加热气体燃烧器，其中燃烧器头布置为邻近于内气体管(2)的一端，外保护管(3)围绕该内气体管，由此来自所述燃烧器头(1)的燃烧气体在所述内气体管中和所述外保护管中通过，然后进入通向周围环境的排气通道(5)，其特征在于，所述内气体管(2)在未达到所述燃烧器头(1)处终止；一套管(10)设在所述燃烧器头的下游，所述套管(10)稍微插入到所述内气体管(2)中和/或与所述内气体管(2)同心地布置，从而所述套管孔口将位于所述内气体管中；所述间隙(14)形成在所述内气体管(2)的孔口(15)和所述套管(10)之间；与所述内气体管相互作用以形成所述间隙(14)的所述套管(10)的部分(17)的形状为圆柱形；所述间隙(10)的尺寸使得来自所述燃烧器头(1)的燃料和燃烧空气的混合物和通过所述间隙(14)到达的再循环废气将导致燃烧温度低于形成NOx的温度。
12.根据权利要求11所述的气体燃烧器，其特征在于，所述套管的出口(13)的横截面积(A1)与所述间隙(14)的横截面积(A2)之间的比率小于0.10但是大于0.01。
13.根据权利要求11或12所述的气体燃烧器，其特征在于，在所述内气体管(2)和所述外保护管(3)之间存在的所述空间(16)的横截面积(A4)与在所述套管(10)和所述内气体管(2)之间的所述间隙(14)的横截面积(A2)之间的比率在1.0-2.0的范围内。
14.根据权利要求11所述的气体燃烧器，其特征在于，在所述内气体管(2)和所述外保护管(3)之间的所述空间(16)的横截面积(A4)与所述内气体管(2)的横截面积(A3)之间的比率在0.75-1.75的范围内。
15.根据权利要求11所述的气体燃烧器，其特征在于，与所述内气体管(2)相互作用以形成所述间隙(14)的套管(10)的部分的形状是圆柱形。
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