CN101135442A - 柯恩达气体燃烧器装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于喷射燃料气体、空气和烟气的混合物到炉子的炉空间的气体燃烧器装置，该混合物在炉内燃烧，并且产生氮氧化物和一氧化碳含量低的烟气。燃烧口砖包括至少一个穿过该燃烧口砖壁延伸的气体循环口。燃烧口砖壁的内表面包括柯恩达表面。穿过气体循环口的燃料气体和/或烟气沿柯恩达表面流动，这使更多烟气能够引入气体流中。燃烧口砖壁的外表面也包括柯恩达表面，用于促进分级燃烧区的形成。还提供了改进的燃烧口砖、改进的气体端头和在炉空间燃烧空气、燃料气体和烟气的混合物的方法。

Description

柯恩达气体燃烧器装置和方法
背景技术
[0001]本发明涉及燃烧含有空气和炉子烟气的燃料气体以在抑制氮氧化物(“NOx”)和一氧化碳(“CO”)形成的同时产生稳定火焰的气体燃烧器装置和方法。
[0002]人们已经开发并成功利用了各种具有扩散和预混能力的气体燃烧器。预混方式在空气和燃料气体进入炉内燃烧之前将它们混合成均匀的混合物。扩散方式将燃气喷入空气流，从而在没有文氏管的情况下发生混合。火焰稳定在出口点附近，并形成热力和瞬发氮氧化物。这两种方式习惯地应用于点燃和燃烧指定的燃料气体，以在工艺燃烧器内产生热量。
[0003]在预混和扩散式燃烧器中，可以确定出减少热力和瞬发氮氧化物的形成的一个最佳方式。政府严格地控制着工艺燃烧器以及其他燃烧设备产生的氮氧化物和一氧化碳气体的排放。政府不断地要求更好的方法来进一步减少现有燃烧设备的排放。
[0004]为了降低氮氧化物和其他存在潜在污染的气体的产量，人们正在研制各种改进的气体燃烧器装置。在一种方法中，所有的空气连同主燃料在主区域内燃烧，剩余燃料在第二区域内燃烧。在这种燃料气体分级的方法中，分级燃料被炉子烟气稀释，在燃烧期间该炉子烟气稀释大部分气体流，从而降低气体的燃烧温度。空气和烟气中的氮因为能吸收火焰热量而起到散热器的作用。烟气可以来自炉体(外部烟气)或来自炉子自身(内部烟气)。降低气体燃烧温度会减少所产生烟气中形成的氮氧化物。美国专利Nos.5,275,552(1994年1月4日颁发给John Zink公司)和6,729,874 B2(2004年5月4日颁发给John Zink公司)公开了低NOx燃烧器及相关方法的例子，这两个专利以引用的方式并入本文中。
[0005]分级燃烧和燃料气体稀释又额外产生了必须关注的问题，包括不燃性和火焰不稳定性。需要一定的空气或烟气量来稀释火焰，以充分地实现氮氧化物的减少。然而，如果燃料气体稀释过度，导燃会很困难或者点燃的火焰会变得不稳定。火焰的不稳定会进一步使整个炉子不稳定。
[0006]柯恩达(Coanda)表面已经用于火舌管(flare)，在其中的升高的压力处实现有效流速。柯恩达表面只是为使流体贴附而设计的弯曲表面。喷射在柯恩达表面或附近的流体流倾向于附于该表面并沿其轨迹运动。负压和粘滞力将流体流推向该表面。流体流扩散成较薄的膜或片，这就使附近的流体以非常有效地方式与该流体流混合。给予气体的附加表面积显著地促进了混合。例如在每小时可以排放好几万磅废气的火舌管中，快速混合是所希望的。因此，柯恩达表面和柯恩达效应普遍用于火舌管装置中，因为它不需要蒸汽、风机和相关设备。
[0007]然而，柯恩达表面还没有应用到低NOx工艺燃烧器装置中。相比火舌管装置，燃烧器组件更小，并且所需气流少得多。因此，柯恩达技术还未积极地应用于工艺燃烧器。同样，由于其所涉及的费用，许多精炼厂管理者还未更换精炼炉。因此，替换的燃烧器装置经常必须适应于现有炉膛，该炉膛限定了燃烧器必须满足的性能标准(例如，火焰的长度和直径)。
[0008]本发明披露了在低NOx分级燃料气体燃烧器中利用柯恩达表面的多种方法，从而在避免例如不燃性和火焰不稳定性的问题的同时大大提高燃烧器效率。
发明内容
[0009]根据本发明，提供了满足上述要求并克服现有技术的缺陷的气体燃烧器装置和方法。已经发现柯恩达表面可以与自由流体流结合，在保持扩展的调节能力和增强的稳定性的同时将燃料气体与空气和稀释物(在该例子中为炉子烟气)混合。柯恩达表面大大地促进了燃料气体与气流中其他流体的混合。此外，通过使用各种柯恩达表面，可以大大地增加加入混合区和火焰的烟气量。因此，可以在提高炉中火焰质量和热通量分布的同时极大地提高减少燃烧器的氮氧化物和一氧化碳排放的能力。柯恩达表面和该表面设置在燃烧口砖的内侧和外侧的方式使烟气能够进入燃烧器的各种混合和燃烧区，同时又不会将内边界层的燃料气体稀释到变得不可燃或产生不稳定火焰的状态点。柯恩达表面还使火焰形状能够得到准确的控制，而不需要例如火焰稳定器、锥体、翼、撞击板等其他构件。本发明的这些和其他优点将在下面描述。
[0010]根据本发明的一个方面，提供一种用于喷射燃料气体和空气混合物到炉内的气体燃烧器装置，其中该混合物在存在烟气的情况下燃烧，同时产生少量的氮氧化物和一氧化碳。该气体燃烧器装置包括风室、燃烧口砖、第一燃料气体喷射装置和第二燃料气体喷射装置。该装置中还可以包括喷射用的预混第一装置。
[0011]风室包括用于连接在炉子上的外壳。该外壳包括连接到所述炉子上且内部设置有空气出口的上端、与上端相对的下端、以及将上端和下端连在一起的侧壁。侧壁和下端中的至少一个的内部设置有空气进口。
[0012]燃烧口砖具有用于接收来自外壳空气出口的空气的中心孔。该燃烧口砖包括连接到外壳上端并位于空气出口上方的底端、与底端相对且包括排出口的顶端、以及连接底端和顶端且包围中心孔的壁。壁伸入炉内且具有内表面、外表面和至少一个穿过壁延伸的气体循环口。壁的内表面包括凸入中心孔的内柯恩达表面。该内柯恩达表面设置在与气体循环口邻近(优选在其上方)的壁的内表面上。
[0013]第一燃料气体喷射装置与燃料气体源相连并且可操作地与燃烧器装置相关联，用于喷射主燃料气体到燃烧口砖的中心孔内。第一燃料气体喷射装置包括与燃料气体源相连的外气体立管，该外气体立管具有连接于其上并且设置在燃烧口砖壁的外部的外第一燃料气体排出喷嘴，以喷射主燃料气体穿过气体循环口进入燃烧口砖的中心孔。第一燃料气体喷射装置还可以包括各种其他部件。
[0014]在一实施例中，第一燃料气体喷射装置包括预混单元。该预混单元包括预混隔板和文丘里混合器。该预混隔板围绕燃烧口砖壁的内表面延伸并位于气体循环口下方，同时在其顶部具有多个预混气体排放孔(“口”)。文丘里混合器包括与燃料气体源相连并且在其上连接有内第一燃料气体排出喷嘴的内气体立管、以及可操作地与内气体立管和第一燃料气体排出喷嘴结合的文丘里外壳。该文丘里外壳与预混隔板连接，以供应主燃料气体和空气混合物到内预混隔板。该预混单元能够输送一定范围的主燃料气体和空气的贫混合物到燃烧口砖的中心孔内。
[0015]第二燃料气体喷射装置与燃料气体源相连并且可操作地与燃烧器装置相关联，用于从燃烧口砖外部喷射第二分级燃料气体到与燃烧口砖排出口邻近的点(优选喷在燃烧口砖外表面上或附近)。第二燃料气体喷射装置包括外气体立管，外气体立管与燃料气体源相连并且在其上连接有第二燃料气体排出喷嘴，用于喷射第二燃料气体到燃烧口砖壁的外表面上或附近。在一个构造中，第一燃料气体喷射装置和第二燃料气体喷射装置利用同一个外气体立管和燃料气体排出喷嘴。燃料气体排出喷嘴同时作为第一燃料气体排出喷嘴和第二燃料气体排出喷嘴。该喷嘴包括一个或多个用于喷射燃料气体穿过燃烧口砖壁延伸的气体循环口的口、以及一个或多个用于喷射燃料气体到燃烧口砖壁的外表面上或附近的口。
[0016]燃烧口砖壁的外表面优选还包括从外表面向外凸出的外柯恩达表面。外气体立管和第二燃料气体排出喷嘴喷射第二分级燃料气体到外柯恩达表面上或附近。外柯恩达表面优选围绕燃烧口砖壁的整个外表面延伸；然而，它也可以间隔地围绕燃烧口砖壁的外表面延伸。该间隔外柯恩达表面优选由外平面隔开，该外平面可以是垂直的或向燃烧口砖的中心孔内倾斜。
[0017]在另一个实施例中，气体燃烧器装置包括风室、燃烧口砖、第一燃料气体喷射装置和第二燃料气体喷射装置。风室包括用于连接在炉子上的外壳。外壳包括连接到所述炉子上且内部设置有空气出口的上端、与上端相对的下端、以及将上端和下端连在一起的侧壁。侧壁和下端中的至少一个的内部设置有空气进口。
[0018]燃烧口砖具有用于接收来自外壳空气出口的空气的中心孔。燃烧口砖包括连接到外壳上端并位于空气出口上方的底端、与底端相对且包括排出口的顶端、以及连接底端和顶端且包围中心孔的壁。壁伸入炉内，并且具有内表面、外表面和至少一个贯穿壁的气体循环口。壁伸入炉空间并且具有内表面和外表面，壁的外表面包括从外表面向外凸出的外柯恩达表面。
[0019]第一燃料气体喷射装置与燃料气体源相连并且可操作地与燃烧器装置相关联，用于喷射主燃料气体到燃烧口砖的中心孔内。第二燃料气体喷射装置也与燃料气体源相连并且可操作地与燃烧器装置相关联，用于从燃烧口砖外侧喷射第二分级燃料气体到与燃烧口砖排出口邻近的点。第二燃料气体喷射装置包括与燃料气体源相连的外气体立管，并且其上连接有第二燃料气体排出喷嘴，用于喷射第二分级燃料气体到外柯恩达表面上或附近。
[0020]在另一方面，本发明包括一种与燃烧器风室结合使用以形成用于喷射燃料气体和空气混合物到炉内的气体燃烧器装置的燃烧口砖，其中该混合物在有烟气参与的情况下燃烧，同时生成少量氮氧化物和一氧化碳。本发明的燃烧口砖是上述结合本发明气体燃烧器装置描述的燃烧口砖。本发明的燃烧口砖可以用于改进应用中。
[0021]在另一方面，本发明包括一种与气体燃烧器装置结合使用的气体端头。该气体端头包括用于与燃料气体源连接的气体管、连在气体管上的气体偏转器、以及设置在气体管和气体偏转器之间的燃料气体出口。该气体偏转器具有包括柯恩达表面的外表面，并且柯恩达表面相对燃料气体出口设置以使燃料气体出口排出的燃料气体沿柯恩达表面的轨迹流动。该气体偏转器优选成郁金香的形状。本发明的气体端头例如可以用作本发明气体燃烧器装置的第二分级燃料气体排出喷嘴、本发明气体燃烧器装置的导燃装置端头或连接在中心内气体立管(例如，中心气枪)上的第一内燃料气体排出喷嘴。本发明气体端头还可以与作为围绕喷头内周界的第一气体端头的一组气体喷嘴结合使用。
[0022]在另一方面，本发明提供一种在有炉内烟气参与的情况下燃烧气体和空气的混合物以在炉内产生热量的方法，其中利用具有在燃烧前混合空气、燃料气体和烟气的混合区的气体燃烧器装置，该方法包括以下步骤：
(a)在混合区内设置柯恩达表面；
(b)以将烟气从混合区外部带入混合区并使烟气在混合区与空气和燃料气体混合的方式，喷射燃料气体到柯恩达表面上或附近；
(c)从混合区排出燃烧空气、燃料气体和烟气的混合物到炉内；以及
(d)在炉内燃烧来自所述混合区的空气、燃料气体和烟气的混合物。
[0023]在一个实施例中，混合区被壁包围，空气、燃料气体和烟气的混合物从混合区喷入炉内主反应区。在该实施例中，该方法进一步包括以下步骤：
(e)在壁的外表面上设置外柯恩达表面；以及
(f)以将烟气带入第二分级燃料气体流而得到第二燃料气体/烟气混合物并使第二燃料气体/烟气混合物在炉内第二反应区燃烧的方式，喷射第二分级燃料气体流到外柯恩达表面上或附近。
[0024]在另一实施例中，本发明的发明包括步骤：
(a)在燃烧器装置的壁的外表面上设置柯恩达表面；
(b)以使燃料气体在混合区内与空气混合的方式，喷射主燃料气体到混合区；
(c)从混合区排出空气和燃料气体的混合物；以及
(d)在炉内的第一反应区燃烧混合区排出的空气和燃料气体的混合物；
(e)以将烟气带入第二分级燃料气体流而得到第二燃料气体/烟气混合物并使第二燃料气体/烟气混合物在炉内的第二反应区燃烧的方式，喷射第二分级燃料气体流到外柯恩达表面上或附近。
[0025]燃烧器装置的壁的内表面优选还包括内柯恩达表面。以将烟气从混合区外部带入混合区并使烟气在混合区与空气和燃料气体混合的方式，喷射喷入混合区的燃料气体到内柯恩达表面上或附近。
[0026]对于本领域技术人员来说，结合附图阅读下面描述的优选实施例时本发明的目的、特征和优点将是显而易见的。
附图说明
[0027]图1是安装在炉底的本发明气体燃烧器装置的剖面图。
[0028]图2是本发明气体燃烧器装置的燃烧口砖的透视图。
[0029]图3是本发明气体燃烧器装置的燃烧口砖的剖面图。
[0030]图3A是与图3相似的剖面图，进一步描述了可以并入本发明燃烧口砖内的气体循环节流装置。
[0031]图4是图3所示燃烧口砖的一部分的放大详图，描述了与燃烧口砖结合的气体流动。
[0032]图4A是图3A所示部分燃烧口砖的放大详图，描述了与燃烧口砖结合的气体流动。
[0033]图4B是图4所示燃烧口砖的另一部分的放大详图。
[0034]图5是沿图2中线5-5截取的剖视图。
[0035]图6是沿图2中线6-6截取的剖视图。
[0036]图7是图3所示燃烧口砖的一部分的另一详图，描述了预混单元的一部分。
[0037]图8是与图1相似的剖面图，但是描述了代替图1所示气枪的中心文丘里混合器的使用。
[0038]图9是与图1和8相似的剖面图，但是描述了代替预混单元的多个内气体立管的使用。图9也描述了与本发明气体燃烧器装置结合的传统导燃装置的使用。
[0039]图10是图3所示燃烧口砖的剖视图，但是描述了不同的外气体立管构造。
[0040]图11是说明本发明燃烧口砖的可选实施例的剖视图。
[0041]图11A是沿图12中线11A-11A截取的剖视图，描述了图11中燃烧口砖的平壁段(倾斜的)的一个变形。
[0042]图11B是沿图12中线11B-11B截取的剖视图，描述了图11中燃烧口砖的平壁段(竖直/垂直的)的另一个变形。
[0043]图12是沿图11中线12-12截取的剖视图。
[0044]图13是描述本发明燃烧口砖的另一实施例的剖视图。
[0045]图14是图13所示燃烧口砖的一部分的放大详图。
[0046]图15是沿图13中线15-15截取的剖视图。
[0047]图16是描述本发明燃烧口砖的又一实施例的剖视图。
[0048]图17是图16所示燃烧口砖的一部分的放大详图。
[0049]图18是沿图16中线18-18截取的剖视图。
[0050]图19是沿图16中线19-19截取的剖视图。
[0051]图20是描述本发明燃烧口砖的又一实施例的剖视图。
[0052]图21是沿图20中线21-21截取的剖视图。
[0053]图22是描述构造成用作导燃装置的本发明气体端头的部分剖视图。
[0054]图23是图22所示气体端头的一部分的放大详图。
具体实施方式
[0055]现在参见附图，尤其是图1，其中描述了本发明的气体燃烧器装置，其通常用标记10表示。如图1所示，燃烧器装置10密封地安装到炉子16(整个炉子未示出)的炉空间14的炉壁12(优选为底壁或基底)，在该炉壁的开口18的上方。尽管气体燃烧器装置通常如图1所示垂直安装并向上导燃，但是应了解气体燃烧器装置10也可以以其他方式安装。例如，气体燃烧器10可以水平安装并且水平或垂直导燃，或者可以垂直安装并且向下导燃(火焰向下)。优选的是，气体燃烧器装置10如图所示垂直安装在炉空间14的底壁上并且火焰向上。
[0056]气体燃烧器装置10释放出燃料气体和空气混合物到炉子16的炉空间14，在那里该混合物在有烟气参与的情况下燃烧，同时产生少量氮氧化物和一氧化碳。气体燃烧器装置10包括风室20，该风室20包括用于安装在炉子上的外壳22。外壳包括上端24、与上端相对的下端26和连接上端和下端的侧壁28。外壳22的上端24设置有空气出口30。如图1所示，外壳22的上端24连接在炉壁12上，这样空气出口30就位于炉壁开口18的下面。外壳22的侧壁28和下端26中至少一个的内部设置有空气进口32。优选的是，如图1所示，空气进口32设置在外壳22的侧壁28上。
[0057]如图1所示，外壳22通过法兰34以及穿过法兰和炉底壁的互补孔38的多个螺栓36固定在炉子16的底壁或者基底12上。炉壁12包括附在它上面的内层绝缘材料40。用于调节流经空气进口32的空气流速的空气流调节器或调节风门42安装在空气进口上。调节风门42包括多个可调叶片44，叶片44可以在垂直和水平方向之间旋转从而打开或关闭调节风门。用于减小喷射和燃烧噪音的消音器46也安装在空气进口32上。如本领域技术人员所了解的，气体燃烧器装置10可以是自然通风燃烧器(即燃烧所需空气自动地引入外壳22)、强制通风燃烧器(例如，使用风机向外壳吹入燃烧空气)、平衡通风燃烧器(例如，使用多个风机将空气吹入或吹出燃烧器，以实现燃烧空气的适当平衡)或它们的变形形式。燃烧器装置10可以燃烧各种不同类型的燃料气体，包括天然气、氢气、丙烷、乙烷或其他精炼型燃料。
[0058]气体燃烧器装置10进一步包括具有中心孔52的燃烧口砖50，用于接收来自外壳22的空气出口30的空气。燃烧口砖50包括底端54、与底端相对的顶端56和连接底端和顶端并包围中心孔52的壁58。燃烧口砖50的底端54在外壳的空气出口30之上连接在外壳22的上端24上。燃烧口砖50的顶端56包括位于其中的排出口60。
[0059]现在参见图1-6，燃烧口砖50的壁58延伸至炉空间14，并具有上部62、下部64、内表面66和外表面68。壁58进一步包括多个穿过壁延伸的气体循环口70。壁58的内表面66包括多个设置在气体循环口70附近或上方(上方的情况如图所示)的内柯恩达表面80，每个内柯恩达表面凸向燃烧口砖50的中心孔52。每个内柯恩达表面80和气体循环口70设置在壁58内表面66的凹入段82内。每个凹入段82包括从壁58的内表面80伸入中心孔52的相对侧壁84和86。如图4B所示，相对于位于相应凹入段82内的内柯恩达表面80伸入中心孔的程度，侧壁84和86更进一步地伸入中心孔52。采用另一种方式来说明，内柯恩达表面80插入壁58的内表面66。内柯恩达表面80优选插入壁58的内表面66约0.25至约0.75英寸。如下面进一步所述的，内柯恩达表面80和壁58其余部分的内表面66之间的空间阻止了燃料气体和/或烟气被穿过燃烧口砖50的中心孔52的烟气和/或空气流吹离内科恩达表面。
[0060]为了产生有效的柯恩达效应，内柯恩达表面80的表面应当基本上平滑，并且有基本一致的半径或相同的弧。同样，对于每个内柯恩达表面来说重要的是有足够的曲率以在分流处充分地吸引气体流。如果柯恩达表面没有足够的曲率和表面积，则该表面可能不会有足够的表面积来激发由气体动量引起的柯恩达效应(即气体流不会被吸引到该表面)。为了确保充分的柯恩达效应，喷射燃料气体进入并穿过内柯恩达表面80上或附近的气体循环口70的燃料排出口的直径(如果使用多个燃料排出口，则是各个口的平均直径)(“主口直径”)与内柯恩达表面的半径(“内柯恩达半径”)的比必须至少为7∶1。例如，第一燃料气体排出喷嘴166的排出口直径(或多个排出口的平均直径)与内柯恩达半径的比需要至少为7∶1。优选的是，主口直径与内柯恩达半径的比至少为10∶1，最优选的是至少为12∶1。因此，例如，主口直径为0.0625英寸，内柯恩达半径为0.75英寸，则主口直径与柯恩达半径的比为12∶1。
[0061]假设柯恩达表面具有足够的曲率或表面积，即使对于小气体口，气体流或射流也调整成与柯恩达表面曲率相切，从而激发适当的柯恩达效应。这可以随着例如采用开缝喷射方案结合更大质量流量的火舌管中使用的大柯恩达表面发生显著的变化。
[0062]除了上述参数，内柯恩达表面80的特殊尺寸和形状可以根据气体循环口的尺寸和形状、燃烧口砖的尺寸和形状以及与该特殊应用相关的其他因素而变化。内表面66上内柯恩达表面80的方向(即垂直、水平等)也可以根据上述因素而变化。
[0063]内柯恩达表面80是本发明气体燃烧器10非常重要的部件。它们可以带走大量烟气而不过度稀释燃料气体且不会阻碍燃烧或导致火焰不稳定。这至少部分归因于富燃料的内边界层。穿过气体循环口70喷入的主燃料气体和空气流被推向并保持在柯恩达表面80上。燃料气体流分离并扩展成有更大表面积的膜。暴露出气体核的中心。因此，混合烟气与燃料气体(和特殊应用中所涉及的任何其他流体，如空气和/或蒸汽)所需的距离和时间充分地缩短。更多的烟气和空气(如果需要还有其他流体)可以与燃料气体射流混合。因此，火焰更加稳定，燃烧器产生的烟气中氮氧化物含量减少，并且火焰可以更容易地成形。
[0064]如图3A和4A所示，在一个构造中，燃烧口砖50进一步包括设置在气体循环口70中的循环扼流装置87，用于抑制空气从燃烧口砖50的中心孔52穿过气体循环口进入燃烧口砖外部的流动。循环扼流装置87包括用于每个气体循环口70的挡板88。挡板88连在燃烧口砖50的壁58上，并向上延伸至相应的气体循环口70。如图所示，挡板88可以是耐火燃烧口砖的组成部分。循环扼流装置87用于有必要减少流体从喷头内部经气体循环口70流至燃烧口砖外部的流量的应用中。例如，扩散射流不经循环气体口70喷射时，流体可能发生向外的流动。消除空气经口70向外流有助于减少排放，并提高火焰形成设计形状(扩散射流不经过口70喷射以在两个流体流区域之间维持流体密封时)的能力。循环扼流装置87阻止空气在燃烧口砖短接并因此阻止氮氧化物排放的提高，同时使火焰不接触燃烧口砖壁的外表面。循环扼流装置87也阻止了中心孔52中预混气体和扩散气体之间任何过早的接触。在一些情况下，如果在适当的位置没有挡板88，扩散气体的冲力将把预混火焰推入循环口70，在那里它将过早地携带空气进入扩散射流的底部。
[0065]包括挡板88(利用挡板时)的整个燃烧口砖50由耐热耐火焰的耐火材料制成，即，即使在高温下也具有保持其物理形状和化学特性的能力的材料。可以使用的耐火材料实例包括碳化硅、氧化铝混合物和陶瓷纤维材料。
[0066]现在特别参见图4、4A和4B，详细地描述了气体循环口70。每个气体循环口70包括凸缘90、上表面92(内柯恩达表面80的一部分)和连接凸缘和上表面的成对的相对侧壁94和96。如图4所示，燃烧口砖不包括循环扼流装置87，凸缘90或是平直的，即基本上与口70的上表面92共面，或是从内表面66向下倾斜至壁58的外表面68。优选的是，凸缘90以15°至-60°的角度从内表面66向下倾斜至壁58的外表面68。例如，外部气体立管(下面讨论)基本上不穿过炉子的壁12时，凸缘90以更大的角度向下倾斜。在外部气体立管基本上在炉子底壁12上面延伸的构造中，凸缘90以一定角度，例如约10°至约60°，向下倾斜。优选的是，凸缘90以15°至25°的角度从内表面66向下倾斜至壁58的外表面68。如图4A所示，燃烧口砖50包括循环扼流装置87时，由于气体循环口70中存在挡板88，凸缘90以相当大的角度从内表面66向下倾斜至壁58的外表面68。凸缘向下倾斜用于阻止中心孔52内的空气穿过口70径向离开中心孔52。是否使用循环扼流装置87以及凸缘90倾斜的角度将取决于特定的应用。
[0067]壁58上部62的内表面66进一步包括具有朝上的平面102的第一非流线形体100，其朝向燃烧口砖的排出口66。第一非流线形体100围绕壁58的整个内表面66延伸。每个内柯恩达表面80包括下端104、上端106以及连接下端和上端的凸出部108。内柯恩达表面80的下端104在气体循环口70顶部的上方延伸。内柯恩达表面80的上端106终止于第一非流线形体100的平面102。燃烧口砖50的顶端56包括具有朝上的平面112的第二非流线形体110，其朝向炉空间14。第二非流线形体110围绕壁58的整个内表面66延伸。第一非流线形体100产生低压区，并在中心孔52上部提供混合区域。第二非流线形体110用于稳定燃烧口砖50的排出口60处的气体。分级燃料具有在燃料太少或扩散的情况下在燃烧口砖50的顶端56富集稳定燃料的能力。
[0068]燃烧口砖50的壁58的外表面68包括多个开口段116(其包括气体循环口70)和多个非开口段118(其不包括气体循环口70)。燃烧口砖50的壁58的外表面68的上部62还包括从外表面68凸出的外柯恩达表面130。
[0069]在一个实施例中，如图1-10所示，外柯恩达表面130围绕壁58的整个外表面68延伸。该方案允许所有分级燃料的形状由柯恩达表面确定。
[0070]在另一实施例中，如图11-12所示，燃烧口砖50壁58的外表面68上部62包括多个外柯恩达表面130，每个外柯恩达表面130都从外表面68向外凸出。在图11-12所示的实施例中，外柯恩达表面130由外平面132间隔开。如图11A和11B所示，外平面132可以向燃烧口砖的中心孔倾斜(图11A)或者直立或垂直(基本上与燃烧口砖的纵轴平行)(图11B)。如果倾斜，外平面132以5°至25°的角度向内倾斜。外柯恩达表面和平(平直)面(倾斜或垂直)的交替使用提供了对火焰形状的更好控制。分级燃料可以更迅速地成形来维持舌焰。这在需要消除壁58的影响的情况下是特别重要的。一部分燃料气体可以以侵入性的角度喷射来进一步促进火焰的成形，或得到更强烈的分级燃料偏置。
[0071]在又一实施例中，如图13-15所示，燃烧口砖50壁58的外表面68的上部62包括围绕壁58的整个外表面68延伸的外平面134。外平面134以5°至25°的角度向内倾斜。它同样可以基本上直立或垂直(不向内倾斜)。该实施例使分级喷射更加剧烈，从而获得有效的火焰成形能力。
[0072]因此，燃烧口砖50外表面68的上部62的各种构造使火焰的尺寸和形状能根据应用得到精确的控制。另外也具有其他优点。
[0073]为了产生显著的柯恩达效应，外柯恩达表面130的表面应当基本上平滑并具有基本一致的半径或相同的弧。同样，对于每个外柯恩达表面来说重要的是有足够的曲率以在分流处充分地吸引气体流。如果柯恩达表面没有足够的曲率和表面积，该表面就不会有足够的表面积来激发由气体动量引起的柯恩达效应(即气体流不会被吸引到该表面)。为了确保充分的柯恩达效应，在外柯恩达表面130上或附近喷射燃料气体的燃料排出口的直径(如果使用多燃料排出口，则是口的平均直径)(“第二口的直径”)与外柯恩达表面的半径(“外柯恩达半径”)的比必须至少为7∶1。例如，第二燃料气体喷嘴166的口直径(如果采用多个口，则是平均直径)与外柯恩达半径的比至少为7∶1。优选的是第二口的直径与外柯恩达半径的比至少为10∶1，最优选为至少12∶1。
[0074]除了上述参数，外柯恩达表面130的特殊尺寸和形状可以根据燃烧口砖的尺寸和形状以及与特殊应用相关的其他因素而变化。外表面68上外柯恩达表面130的方向(即垂直、水平等)也可以根据上述因素而变化。
[0075]外柯恩达表面130是本发明气体燃烧器装置10非常重要的部件。表面130用于将更多的烟气带入分级燃料气体流中，并大大地促进该混合过程。与更传统的外平面132或平面134结合时，外柯恩达表面允许在实现特殊应用所需的分级燃烧类型和程度中具有很高的准确性和适应性。外柯恩达表面132在维持稳定火焰的同时促进了燃料气体的稀释。如果需要，在本发明的燃烧口砖50内没有气体循环口70时，外柯恩达表面132可以与该燃烧口砖结合使用。
[0076]在另一实施例中，如图16-19所示，燃烧口砖50进一步包括从壁58内表面66横向延伸至燃烧口砖中心孔52的唇缘140。唇缘140连在与燃烧口砖50的顶端56相邻的壁58上，并围绕壁的内表面66延伸。唇缘140包括下端142、上端144以及连接下端和上端的主体146。主体146包括多个向所述燃烧口砖中心孔52延伸的突出部150。突出部150包括各种横截面形状(例如，椭圆形、正方形和三角形)并由凹槽152隔开。如图19最清楚地示出，下端142弯曲，这有助于唇缘140下方流体的流动。整个唇缘140用于使流体转90°的弯。流体被空气充分稀释；火焰速度变低。在由于燃料过度稀释而需要稳定的情况下，突出部150和凹槽152使气体稳定并帮助稳定火焰。径向突出部作为非流线形体，挡住贫混合物并将它稳定在燃烧口砖表面的端头。这种几何形状也可以用于中心气枪170或中心文丘里混合器176，以为火焰提供更好的熄火机制。
[0077]根据该应用，气体燃烧器装置10可以同时包括内柯恩达表面80和外柯恩达表面130。优选的是，气体燃烧器装置10同时包括内内柯恩达表面80和外柯恩达表面130。
[0078]气体燃烧器装置10进一步包括第一燃料气体喷射装置160和第二燃料气体喷射装置162。第一燃料气体喷射装置160与燃料气体源(未图示)相连，并可操作地与燃烧器装置10结合，用于喷射主燃料气体到燃烧口砖50的中心孔52。第二燃料气体喷射装置162与燃料气体源(未图示)相连，并可操作地与燃烧器装置10结合，用于从中心孔52和燃烧口砖50的外部喷射第二分级燃料气体到燃烧口砖排出口60的邻近点。如这里及所附权利要求中所使用的，主燃料气体仅指喷入燃烧口砖中心孔52的燃料气体(即，喷入由燃烧口砖50限定的燃烧区的任何气体)。第二分级燃料气体仅指喷在燃烧口砖50壁58外部或上方的燃料气体。
[0079]第一燃料气体喷射装置可包括可以根据特定应用单独或组合使用的各种部件。
[0080]作为第一部件，第一燃料气体喷射装置160包括与燃料气体源相连的多个外气体立管164。每个外气体立管164具有外第一(扩散)燃料气体排出喷嘴166(其内包括一个或多个气体口)，设置在所述燃烧口砖的所述壁58的外部，用于喷射主燃料气体使其穿过内柯恩达表面80上或附近的气体循环口70。主燃料气体优选直接喷射到内柯恩达表面80上。如这里及所附权利要求中所使用的，“喷嘴”，例如“燃料气体排出喷嘴”，是其内包括一个或多个用于从喷嘴排放或喷射气体流或射流的气体排放孔(例如，口或缝)的任何类型的气体端头(一般与气体立管连接)。如这里及所附权利要求中所使用的，喷射流体“在表面上或附近”(这里是指燃料气体)意指直接喷射流体到表面上或与表面足够接近的位置从而在该表面上产生效应(例如柯恩达效应)。例如，只要燃料气体流或射流喷射到与柯恩达表面弯曲部分非常接近的位置就足够了，因为气流或射流的压力与该弯曲表面的表面积结合会激发柯恩达效应。在燃烧器装置10的温度非常高(例如，2000℉或更高)的应用中，为了避免损坏，外气体立管164基本上不在炉壁12上方延伸。在其他应用中，立管164和喷嘴166穿过壁12并位于其上方。
[0081]作为另一部件，第一燃料气体喷射装置160还可以包括一个或多个内气体立管167，每个内气体立管与燃料气体源相连并设置在燃烧器外壳22内部。每个内气体立管具有内第一燃料气体排出喷嘴168(其内包括一个或多个气体口)，用于直接喷射主分级燃料气体到燃烧口砖中心孔52内。如图9所示，使用多个内气体立管167和内第一燃料气体排出喷嘴168直接喷射燃料气体到燃烧口砖50的中心孔52内。如图所示，一个或多个立管167和相应的喷嘴168可以设置在每个气体循环口70处，直接喷射一部分主燃料气体到内柯恩达表面80上或附近，从而帮助稳定火焰。
[0082]如图1、3和3A所示，内气体立管167和相应的内燃料气体排出喷嘴168可以用于形成中心气枪170。内气体立管167与燃料气体源相连，并延伸至燃烧口砖50中心孔52的中心。圆头端头形式的内燃料气体排出喷嘴168与内气体立管167连接。气体分散锥172安装在中心立管上并围绕圆头端头168，用于分散端头排出的气体。中心气枪170可以用于直接喷射主燃料气体自由射流到燃烧口砖50内。主燃料气体自由射流的冲力连同空气的冲力将烟气推入燃烧口砖50中心孔52，有助于减少有害排放。
[0083]如图8所示，内气体立管167和相应的内燃料气体排出喷嘴168可以用于形成中心文丘里混合器176。内气体立管167与燃料气体源相连，并设置在燃烧器外壳22内部。气体尖端(其内包括一个或多个气体口)形式的内燃料气体排出喷嘴168与内气体立管167连接。文丘里外壳178可操作地与立管167和喷嘴168关联。文丘里外壳178安装在内气体立管167上并位于尖端168上方，用于接收尖端排出的燃料气体。文丘里外壳178包括进口180、出口182和具有窄部186的文丘里体184。文丘里体184产生将空气吸入外壳178的低压区。在外壳178内形成燃料气体和空气的混合物。中心文丘里混合器可以用于直接喷射主燃料气体和空气的预混流到燃烧口砖50。它产生了贫或过贫预混区，从而缩短火焰长度并进一步减少氮氧化物排放。如果需要可以使用多个文丘里混合器176。
[0084]如图1、3、3A、7和8所示，第一燃料气体喷射装置160还可以包括延伸至燃烧口砖50中心孔52内的预混单元190。如图7最清楚地示出的，预混单元190包括预混隔板192，预混隔板192环绕并稍微插在(为了最佳的稳定性)燃烧口砖50壁58的内表面66内，且位于该壁中的气体循环口70下方。多个预混气体口194设置在隔板192顶部。一对文丘里混合器196供应燃料气体和空气的预混流到隔板192内。每个文丘里混合器196包括内气体立管198，内气体立管198与燃料气体源相连，并具有连接其上的气体尖端(其内包括一个或多个气体口)形式的内第一燃料气体排出喷嘴200。文丘里外壳202可操作地与立管198和喷嘴200关联。文丘里外壳202连在立管198上并设置成接收喷嘴200排出的燃料气体。文丘里外壳202包括进口204、出口206和优选其内具有窄部210的文丘里体208。在一些应用中，窄部210不是必需的。文丘里体208形成将空气吸入外壳202的低压区。燃料气体和空气的混合物在外壳202内形成，并导入预混隔板192。预混单元190可以用于围绕燃烧口砖50的壁58内表面66周边喷射主分级燃料气体和空气的预混合流。
[0085]预混单元190可以用于预混全部主燃料气体，或者预混部分主燃料气体，而其余的则由扩散的主燃料气体补充。该预混单元可以象燃烧器的其他部分一样是固定的或可调的释热部件。预混单元190沿喷头50的壁58的内圆周均匀地释放燃料，从而提高调节能力和稳定性。因为均匀地释放空气和燃料可以降低通常在扩散式自由射流中测得的基核温度，所以它也有助于减少氮氧化物的排放。预混单元190与扩散方式结合使用时，扩散射流会被冲得更稀，并且/或者被分散，因为该扩散火焰随后将是被贫预混火焰稳定的火焰。因为扩散射流是被稳定的火焰，所以气体循环口70的通流面积可以增大到超过通常在对火焰稳定性(火焰被预混单元产生的预混火焰稳定)没有负面影响的情况下可以得到的通流面积的6倍。预混单元保持恒定的热释放量。这使得可以这样设计该区，以使回火(flashback)在燃料范围内不是问题。这不仅提高了由于火焰稳定产生的调节能力，而且确保在保持容许的口尺寸的同时得到更少的主燃料。这意味着主区的热释放量可以由主区内总燃料的百分之一(1％)这么少的燃料产生。由于较大的气体循环口，一氧化碳(CO)排放量可以在冷启动期间降到最低。明显较大的气体循环口将大量烟气推入燃烧器，CO在其中再次燃烧，以减少炉箱内测得的CO含量。
[0086]预混单元190也为其余的燃烧器燃烧区提供导燃源。它可以根据特定应用的需要采用多种形状和孔数量。可以特意地对它进行调整，以产生进一步减少氮氧化物排放所必需的那么贫的燃料气体一空气混合物。预混单元190用作燃烧器的最小热释放部件，从而如果需要可以完成低热释放的除焦循环而不会影响火焰稳定性。除预混单元外可以关闭主要的气体输送部件。于是它在维持稳定性的同时用来放出非常少的热量。燃烧器的主要部分重新导燃时，预混单元可以以非常低的压力在线恢复，该压力比通常可能产生的低得多。
[0087]第二燃料气体喷射装置162包括多个外气体立管，每个外气体立管都与燃料气体源相连并且其上连接有第二燃料气体排出喷嘴(其内包括一个或多个口)。第二燃料气体喷射装置用于喷射第二分级燃料气体到燃烧口砖50的壁58的外表面68(例如，外柯恩达表面130)上或附近。第二分级燃料气体优选直接喷射到外表面68(例如，外柯恩达表面130)上。立管和喷嘴可以采用多种构造。例如，如图1、4和4A所示，第二燃料气体喷射装置的外气体立管和第二燃料气体排出喷嘴也是第一燃料气体喷射装置的外气体立管164和喷嘴166。喷嘴166包括喷射主燃料气体到气体循环口70内的第一口和喷射第二分级燃料气体到燃烧口砖50壁58的外表面68(例如，外柯恩达表面130)上或附近的第二口。在另一构造中，每个外气体立管164包括独立的第一燃料气体排出喷嘴和第二燃料气体排出喷嘴。在又一构造中，如图10所示，第一燃料气体喷射装置和第二燃料气体喷射装置采用各自的外气体立管。多个外气体立管164用于喷射主燃料气体穿过气体循环口70进入燃烧口砖50的中心孔52，其中每个外气体立管164都与燃料气体源相连并且其上连接有外第一燃料气体排出喷嘴166(其内包括一个或多个气体口)。独立的外气体立管214用于喷射第二分级燃料气体到燃烧口砖50壁58的外表面68(例如，外柯恩达表面130)上或附近，每个外气体立管214都与燃料气体源相连并且其上连接有第二燃料气体排出喷嘴216(其内包括一个或多个气体口)。立管采用的特殊构造将取决于分级气体的量和所需的火焰形状。
[0088]燃烧器外壳22和燃烧口砖50的横截面形状优选为圆形。然而，外壳22和燃烧口砖也可以有其他的形状。例如外壳22和燃烧口砖50的横截面形状可以是椭圆形、正方形或长方形。只要柯恩达表面应用正确，该形状可以是对称或不对称的。外壳22的形状不需要与燃烧口砖50的相同。图20和21描述了横截面形状为长方形的燃烧口砖50。例如，矩形燃烧口砖50可以用于产生平焰并且在壁燃式应用中十分有效。
[0089]如图1所示，除了预混单元190，第一燃料气体喷射装置160和第二燃料气体喷射装置162的若干部件都与燃烧器集管217连接，燃烧器集管217则与燃料气体源连接(例如总炉子集管)。气体燃烧器集管217包括集管进口218、多个集管出口219及相应的集管阀220。预混单元190，特别是它的内气体立管198优选直接与单独的燃料气体源(例如，来自总炉子气体集管)相连。立管198典型地通过与单独的燃料气体源连接的管子220互相连接。管子220内部设置有阀222，用于控制燃料气体流经管子的流速。将预混单元190与独立的燃料源连接使得预混单元190在用作燃烧器第一部件(primary)的同时能够在固定的压力下运行。它也使得预混单元排出的燃料气体和空气混合物的流速能够增加到一定值，以致如果使用这种构造则不需要喷射主燃料气体穿过气体循环口70。如果需要，预混单元也可以只用一个单独的连接器与燃烧器气体集管218连接。
[0090]如图9所示，气体燃烧器装置10还可以包括用于点燃燃烧口砖50内的主燃料气体的传统导燃装置223。导燃装置223包括与燃料气体源相连的内气体立管226、连在内气体立管上的文丘里混合器228和连在文丘里混合器上的气体端头230(其内包括一个或多个口)。气体端头230延伸到燃烧口砖中心孔52内。罩232设置在气体端头周围，通过为火焰添加额外的空气和保护来确保适当的化学计量，从而稳定引燃火焰。如图9中箭头所示，空气从罩232上的孔吸入。火焰从罩的顶部释放出。
[0091]如上所述，包括燃烧口砖50和第一及第二燃料气体喷射装置160和162的调试的气体燃烧器装置10的特殊构造可以根据应用进行改变。在多数情况下，将同时采用内柯恩达表面80和外柯恩达表面130。不论所采用的特殊构造如何，目的都是将大量烟气与燃料气体和空气混合，而不会对火焰稳定性有负面影响。柯恩达表面使得可以应用新的工具来夹带和混合烟气、使火焰成形和输出气体。由柯恩达表面引起的混合的加强提高了热通量、火焰质量、以及向炉底(通量)的热释放量。分级燃料和第二燃烧区用于减少氮氧化物排放以及使火焰成形。现在通过采用适当的表面曲率就可以应用紧凑气体直径从而得到所必需或需要的火焰形状。柯恩达表面的稳定机理使得燃烧器可以在燃料流速非常低的情况下成功地导燃。该设计也使得扩散主端头在炉内可以设置得略微深些，从而加长夹带长度。以前的设计并不允许采用更长的夹带长度，同时又不产生不稳定。柯恩达表面的使用使内边界层保持足够富足以保持可燃性。增加的贫预混环或分配总管使得扩散主燃料的火焰被低NOx均质火焰进一步稳定。预混火焰使燃烧器调节能力超过一般设计，而不产生不稳定。它也使其他燃烧器已经出现不稳定时，该燃烧器仍然很稳定。上述几何形状的组合使燃烧器的设计者能够在相同的基本燃烧器构造的基础上设计出中级NOx、低NOx或极低NOx的燃烧器。燃烧器的稳定性几乎完全优于典型的自然通风或强迫通风的工艺燃烧器，这使得柯恩达表面能够添加额外的烟气到主火焰区。现在根据燃料和燃烧器的运行参数，燃烧器的调节能力可以超过10比1。
[0092]通常包括燃烧口砖50尺寸的气体燃烧器装置的总尺寸也可以根据装置的使用方式进行变化。同样，如上所述，内和外柯恩达表面的形状、尺寸、长度、高度和方位也可以根据需要进行调整，只要保持某些其他参数(例如，足够的曲率)不变以产生充分的柯恩达效应。
[0093]在一些应用中，燃烧口砖50可以改造成现有的燃烧器风室。例如，燃烧口砖50可以改造成具有分级气体设计的气体燃烧器装置。燃烧口砖50可以增加新的利用柯恩达方法的端头和立管，从而减少排放并提高火焰稳定性。热风炉中的氮氧化物可以在冷箱中或在启动期间的一氧化碳减少的同时也减少。
[0094]如图22和23所示，本发明还包括柯恩达气体端头。例如，该端头可以用作与中心气枪170(如圆头端头)连接的第一燃料气体排出喷嘴168或中心文丘里混合器176。它也可以用作第一和第二燃料气体排出喷嘴，或导燃气体端头230。图22描述了使用柯恩达气体端头作为导燃气体端头的情况。
[0095]本发明的柯恩达气体端头，在图22和23中通常用标记240表示，包括用于连接燃料气体源(例如气体立管)的气体管242、连在气体管上的气体偏转器244，以及设置在气体管和气体偏转器之间的燃料气体出口246。气体偏转器244用内螺纹连接件248(也可以使用其他机械或焊接连接件)连在气体管242上。气体偏转器244具有外表面，该外表面包括与燃料气体出口246对应设置的柯恩达表面250，以便燃料气体出口排出的燃料气体沿柯恩达表面的轨迹流动。柯恩达气体端头240的气体偏转器244优选具有为偏转器提供环形柯恩达表面250的郁金香形状。
[0096]为了产生有效的柯恩达效应，柯恩达表面250的表面应当基本上平滑并具有基本一致的半径或相同的弧。同样，对于外柯恩达表面250来说重要的是有足够的曲率，从而在分流处充分地吸引气体流。如果柯恩达表面没有足够的曲率或表面积，该表面不会有足够的表面积来激发由气体动量引起的柯恩达效应(即气体流不会被吸引到该表面)。为了确保充分的柯恩达效应，燃料气体出口246的口直径(如果使用口)，或燃料气体出口246的缝宽度(如果使用缝)(如果使用多个口或缝，则为平均口直径或平均缝宽度)(“端头排出口直径”)与柯恩达表面250的半径(“端头柯恩达半径”)的比必须至少为7∶1。优选的是，端头排出口直径与端头柯恩达半径的比至少为10∶1，最优选为至少12∶1。假设柯恩达表面250具有足够的曲率或表面面积，即使对于小气体口，气体流或射流也调整成与柯恩达表面曲率相切，从而激发适当的柯恩达效应。
[0097]在一个实施例中，根据该特殊应用，燃料气体出口246包括以适当角度(例如，0至45°)从气体管242释放燃料气体的环缝252。燃料气体出口246还可以包括多个小的圆形口(未图示)，用于替代缝252或额外添加。如图22所示，在火焰稳定性是重点或需要加强混合的导燃应用和其他应用中，可以将罩254安在气体管242上，包住偏转器244和出口246。罩254包括一个或多个空气进口260。
[0098]柯恩达气体端头240的环形柯恩达表面250对应于燃料气体出口246设置，以便使燃料气体出口排出的燃料气体沿着柯恩达表面流动。柯恩达表面将燃料气体扩散成薄膜，使更多的空气或烟气或两者夹带入燃料气体流并迅速得到这三种流体的混合物，形成提高稳定性的富燃料内边界层。该方法使主体火焰在维持稳定的同时能够解决不可燃性的问题。夹带进燃料气体流中的烟气量可以适当地提高而不影响稳定性。包括气体管242的长度和直径以及偏转器244的尺寸在内的柯恩达气体端头240的总尺寸可以根据总燃烧器尺寸和端头使用方式进行改变。例如，端头用作中心气枪170的圆头端头168时，比用作引燃端头230时的尺寸相对大些。较小尺寸的端头典型地用在产生约0.05至约1.5MMBtuh的热释放量时。较大尺寸的端头可以用于输送更多的燃料气体，例如当端头用作燃烧口砖中心(中心气枪170的端头)的主喷射器时。在这种情况下，端头可以输送例如3至10百万MMBtuh或更多的燃料气体，如果特殊应用需要还可输送更多的燃料气体。气枪中典型使用的锥或其他多余部件则是不必要的。
[0099]参见图1，现在将描述本发明气体燃烧器装置10的运行。装置10用内部导燃装置初步点燃或用外部火炬人工导燃。一旦主预混单元190被点燃、升温并燃烧，打开各集管阀220供应燃料气体到其余燃烧部件。空气穿过空气进口32引入燃烧器外壳22。空气调节器或调节风门42调节进入外壳22的空气流速。空气穿过外壳22，并经其空气出口30进入燃烧口砖50的中心孔52。
[00100]主燃料和空气的混合物由预混单元190引入燃烧口砖50的中心孔52。燃料气体一空气混合物经环绕燃烧口砖壁58的内表面66的预混气体口194排出。主燃料气体还由中心气枪170喷入燃烧口砖50的中心孔52。图中的箭头表示燃料气体和燃烧空气的流动。同时，主燃料气体穿过外气体立管164，经第一燃料气体排出喷嘴166进入并穿过气体循环口70。从第一燃料气体排出喷嘴166进入气体循环口70的燃料气体射流夹带炉烟气进入燃烧口砖50的中心孔52。流经口70的主燃料气体和烟气遇到内柯恩达表面80并沿其轨迹到达燃烧口砖顶端56。如上所述，内柯恩达表面80使燃料气体和烟气迅速混合在一起，并使混合物始终靠近燃烧口砖50壁58的内表面66，这使大量烟气被带入中心孔从而在不过度稀释中心孔52内燃料气体的情况下(例如，稀释到不可燃点)，控制火焰温度并由此控制氮氧化物和一氧化碳的排放。主燃料气体、空气和烟气由中心孔52内的预混单元190(或其他导燃装置)点燃，由排出口60释放并在主反应区270内燃烧。主反应区270在燃烧口砖50的中心孔52内部和与排出口60邻近的燃烧口砖外部。
[00101]第二分级燃料气体同时由外气体立管164传输并经第二燃料气体排出喷嘴168(也可以是第一燃料气体排出喷嘴)排放到连续的外部柯恩达表面130上或附近。第二分级燃料气体沿外部柯恩达表面130轨迹流至燃烧口砖顶端56，在那里它被主燃烧区170内的火焰点燃并在主燃烧区周围和上方的第二燃烧区280内燃烧。燃料气体和烟气相对于内和外柯恩达表面80和130的流动在图4和4A中最好地显示出。图4A说明了采用循环扼流装置87减少穿过气体循环口70的流体流出量时气体的流动。
[00102]如图8所示，中心文丘里混合器176可以替代中心气枪170作为熄火机构，从而降低氮氧化物排放并产生更短的火焰。如图9所示，多个内气体立管167和相应的燃料气体排出喷嘴168可以用来代替或结合预混单元190。内气体立管167和喷嘴168设置在气体循环口70附近并且扩散的燃料气体不经由这些口喷射时，一般需要循环节流装置。如图11-16所示，可以采用各种构造的壁58和外表面68(例如由多个倾斜外平面132或一个连续外平面132分隔的多个外柯恩达表面130)来得到较小直径的火焰并帮助控制该火焰。如图16-19所示，端头140可以包括在燃烧口砖50内以提供进一步的混合以及非流线形体的稳定性。最后，可以采用不同形状的气体燃烧器装置10来适应特殊的应用。
[00103]燃料气体以产生理想热释放量的流速在炉空间14内燃烧。空气以一定速度由空气进口32和空气调节器或调节风门42导入外壳22内，以便在炉空间14内得到燃料气体和空气的理想化学计量混合物。也就是说，空气以与引入炉空间14内的燃料气体总流速成比例的流速引入其中，这使得燃料一空气比大于化学计量比。优选的是，空气比率在超出化学计量比约10％至约25％的范围内。燃料气体在炉空间14内燃烧形成的烟气中的氮氧化物含量非常低。用作主燃料气体的部分燃料气体通常占由燃烧器装置10进入炉空间14的总燃料气体体积的约5％至约25％。也就是说，进入炉空间的主燃料气体的流速为输送至燃烧器装置10的总燃料气体流速的约5％至约25％，同时第二分级燃料气体的流速为总燃料气体流速的约95％至约75％。主燃料气体根据有效压力、夹带长度和气体循环口70的尺寸，以每单位体积主燃料气体约1体积至约30体积的烟气范围内的一定值与烟气混合。分级气体可以在第一口和分级立管的分级口之间偏向几乎任何百分比，以优化热通量。所述燃烧器的热释放量将分配给不同立管之间的大部分开口。
[00104]在优选实施例中，同时利用了内柯恩达表面80和外柯恩达表面130。第一燃料气体喷射装置包括外气体立管164和预混单元190。也就是说，主燃料气体经气体循环口70以及预混单元190上方喷入燃烧口砖50。在另一优选实施例中，同时利用了内柯恩达表面80和外柯恩达表面130。然而，第一燃料气体喷射装置可以只由预混单元190组成。也就是说，主燃料气体的唯一来源是预混单元190。即使主燃料气体不经由气体循环口喷射，预混单元190排出的燃料气体和空气以及穿过中心孔52的空气流仍然将夹带流入气体循环口80的烟气进入中心孔。由穿过燃烧器的空气流夹带的烟气仍将流经燃烧口砖内的循环口，之后大部分烟气将附着在内部的柯恩达表面上。
[00105]本发明还提供了一种在炉子内燃烧含有烟气的空气和燃料气体混合物的方法。该方法包括以下步骤：
[00106]首先，本发明的气体燃烧器装置贯穿安装在炉空间的壁(优选为炉空间的底壁或底墙)上。如上所述，多个气体循环口70贯穿燃烧口砖50的壁58延伸。壁58的内表面66包括多个内柯恩达表面80，每个内柯恩达表面都接近气体循环口70。根据应用，气体燃烧器装置10还可以包括一个或多个上述其他组件。
[00107]空气喷射入燃烧口砖50的中心孔52。主燃料气体穿过内柯恩达表面80上或附近的气体循环口70，夹带壁58外部(例如，炉空间)的烟气进入燃烧口砖50的中心孔52并在中心孔内形成空气、燃料气体和烟气的均匀混合物。空气、燃料气体和烟气的混合物从燃烧口砖50顶端56的排出口60排入炉空间14，空气和燃料气体混合物在被大量烟气稀释的同时在炉内燃烧。
[00108]在另一实施例中，在有炉子烟气参与的情况下燃烧空气和燃料气体混合物以在炉子内产生热量的方法包括以下步骤：
[00109]本发明的气体燃烧器10贯穿安装在炉空间14的壁(优选为炉空间14的底壁或底墙)上。燃烧口砖50壁58的外表面68包括从外表面向外延伸的外柯恩达表面130。
[00110]空气和燃料气体喷射入燃烧口砖50的中心孔52，由此在中心孔内形成空气和燃料气体的混合物。空气和燃料气体混合物随后从燃烧口砖50的排出口60进入炉空间14，并在炉空间中的主反应区270内燃烧。分级燃料气体也以夹带来自炉空间14的烟气的方式喷射在外柯恩达表面130上或附近，得到分级燃料气体/烟气混合物并使其在炉空间中的第二反应区280内燃烧。
[00111]如果需要，上述方法的步骤可以组成一个单独的方法。
[00112]为了进一步说明本发明，提供以下例子。
例子
[00113]对本发明的气体燃烧器装置10进行了性能测试。内柯恩达表面80和连续柯恩达表面130形成在燃烧口砖50的壁58上。被测试的特定燃烧器构造内的第一燃料气体喷射装置包括外气体立管164和燃料气体排出喷嘴166。燃料气体排出喷嘴包括用于喷射穿过气体循环口80的主燃料气体的口和用于喷射第二燃料气体到外柯恩达表面130上或附近的口。还采用了预混单元190来减少氮氧化物排放。预混隔板192包括36个直径为0.261英寸的预混气体口194。这些口围绕预混隔板192的顶表面间隔设置。每个0.261英寸的口中间有一个0.125英寸的口，0.261英寸的口也可以是上方叠加有0.125英寸的口的沉孔。小口的目的是作为与大口结合使用的点火口。内气体立管167、中心气枪170和中心文丘里混合器176都不使用。通常，被测试的气体燃烧器装置10构造成与图1-7中所示的气体燃烧器装置10相似，所不同的是不包括中心气枪170。
[00114]手动点燃预混单元，紧接着燃烧器的其他部件也被点燃。调节器42在所有测试点都全开。精确点燃主预混单元，在燃烧口砖内周界形成一组均匀的蓝色小火舌。随后燃烧器的主要部分在大约0.1psig的压力下点燃。该燃烧器的热释放量随后增加到大约0.84MMBtuh并开始加热炉子。该火焰很有刚性并且看起来非常稳定。一氧化碳和氮氧化物水平在所有测试点都非常好，从点燃到饱和状态始终保持低于26ppmv(avg)的可记录的排放量。在整个测试阶段都观察到燃烧口砖50发红。
[00115]得到以下测试数据。
测试数据
    热释放量     0.85MMBtuh
    端头压力     0.4psig
    燃料气体     100％TNG*
    尖端尺寸     #52MTD
    预混气体
    NOx排放量     5.31ppmv
    CO排放量     34.80ppmv
    O2百分比     18.63％
    火焰品质     非常好
    混合器类型     Std.Brnr.Pilot
    预混端头(大口)     0.261”
    预混端头(小口)     0.125”
    炉底温度     336℉
    炉温     384℉
*塔尔萨天然气
    热释放量     2.07MMBtuh
    端头压力     2.6psig
    燃料气体     100％TNG*
    尖端尺寸     #52MTD
    预混气体
    NOx排放量     11.2ppmv
    CO排放量     9.04ppmv
    O2百分比     16.15
    火焰品质     非常好
    混合器类型     Std.Brnr.Pilot
    预混端头(大口)     0.261”
    预混端头(小口)     0.125”
    炉底温度     683℉
    炉温     717℉
*塔尔萨天然气
    热释放量     3.0MMBtuh
    端头压力     5.4psig
    燃料气体     100％TNG*
    尖端尺寸     #52MTD
    预混气体
    NOx排放量     12.42ppmv
    CO排放量     12.33ppmv
    O2百分比     14.38％
    火焰品质     非常好
    混合器类型     Std.Brnr.Pilot
    预混端头(大口)     0.261”
    预混端头(小口)     0.125”
    炉底温度     859℉
    炉温     893℉
*塔尔萨天然气
    热释放量     4.00MMBtuh
    端头压力     9.4psig
    燃料气体     100％TNG*
    尖端尺寸     #52MTD
    预混气体
    NOx排放量     10.19ppmv
    CO排放量     26.62ppmv
    O2百分比     12.56％
    火焰品质     非常好
    混合器类型     Std.Brnr.Pilot
    预混端头(大口)     0.261”
    预混端头(小口)     0.125”
    炉底温度     1015℉
    炉温     1036℉
*塔尔萨天然气
    热释放量     4.97MMBtuh
    端头压力     15.3psig
    燃料气体     85％TNG*和15％H2
    尖端尺寸     #52MTD
    预混气体
    NOx排放量     9.95ppmv
    CO排放量     10.99ppmv
    O2百分比     10.22％
    火焰品质     非常好
    混合器类型     Std.Brnr.Pilot
    预混端头(大口)     0.261”
    预混端头(小口)     0.125”
    炉底温度     1138℉
    炉温     1161℉
*塔尔萨天然气
热释放量 6.01MMBtuh
端头压力 20.9psig
燃料气体 85％TNG*/15％H2
尖端尺寸 #52MTD
预混气体
NOx排放量 10.74ppmv
CO排放量 9.30ppmv
O2百分比 8.12％
火焰品质 非常好
混合器类型 Std.Brnr.Pilot
预混端头(大口) 0.261”
预混端头(小口) 0.125”
炉底温度 1216℉
炉温 1256℉
*塔尔萨天然气
    热释放量     6.50MMBtuh
    端头压力     23.6psig
    燃料气体     85％TNG*/15％H2
    尖端尺寸     #52MTD
    预混气体
    NOx排放量     1 2.99ppmv
    CO排放量     1.10ppmv
    O2百分比     7.01％
    火焰品质     非常好
    混合器类型     Std.Brnr.Pilot
    预混端头(大口)     0.261”
    预混端头(小口)     0.125”
    炉底温度     1242℉
    炉温     1322℉
*塔尔萨天然气
    热释放量     7.04MMBtuh
    端头压力     26.7psig
    燃料气体     85％TNG*/15％H2
    尖端尺寸     #52MTD
    预混气体
    NOx排放量     13.66ppmv
    CO排放量     0.00ppmv
    O2百分比     5.63％
    火焰品质     非常好
    混合器类型     Std.Brnr.Pilot
    预混端头(大口)     0.261”
    预混端头(小口)     0.125”
    炉底温度     1271℉
    炉温     1367℉
*塔尔萨天然气
    热释放量     7.28MMBtuh
    端头压力     28.1psig
    燃料气体     85％TNG*/15％H2
    尖端尺寸     #52MTD
    预混气体
    NOx排放量     13.37ppmv
    CO排放量     0.00ppmv
    O2百分比     4.68％
    火焰品质     非常好
    混合器类型     Std.Brnr.Pilot
    预混端头(大口)     0.261”
    预混端头(小口)     0.125”
    炉底温度     1283℉
    炉温     1376℉
*塔尔萨天然气
    热释放量     7.98MMBtuh
    端头压力     31.9psig
    燃料气体     85％TNG*/15％H2
    尖端尺寸     #52MTD
    预混气体
    NOx排放量     11.32ppmv
    CO排放量     0.00ppmv
    O2百分比     2.56％
    火焰品质     非常好
    混合器类型     Std.Brnr.Pilot
    预混端头(大口)     0.261”
    预混端头(小口)     0.125”
    炉底温度     1294℉
    炉温     1469℉
*塔尔萨天然气
    热释放量     8.10MMBtuh
    端头压力     32.4psig
    燃料气体     85％TNG*/15％H2
    尖端尺寸     #52MTD
    预混气体
    NOx排放量     10.82ppmv
    CO排放量     0.00ppmv
    O2百分比     1.93％
    火焰品质     非常好
    混合器类型     Std.Brnr.Pilot
    预混端头(大口)     0.261”
    预混端头(小口)     0.125”
    炉底温度     1286℉
    炉温     1475℉
*塔尔萨天然气
    热释放量     8.33MMBtuh
    端头压力     34.0psig
    燃料气体     85％TNG*/15％H2
    尖端尺寸     #52MTD
    预混气体
    NOx排放量     10.24ppmv
    CO排放量     0.00ppmv
    O2百分比     2.08％
    火焰品质     非常好
    混合器类型     Std.Brnr.Pilot
    预混端头(大口)     0.261”
    预混端头(小口)     0.125”
    炉底温度     1282℉
    炉温     1499℉
*塔尔萨天然气
    热释放量     8.58MMBtuh
    端头压力     35.1psig
    燃料气体     85％TNG*/15％H2
    尖端尺寸     #52MTD
    预混气体
    NOx排放量     10.34ppmv
    CO排放量     0.00ppmv
    O2百分比     0.67％
    火焰品质     非常好
    混合器类型     Std.Brnr.Pilot
    预混端头(大口)     0.261”
    预混端头(小口)     0.125”
    炉底温度     1282℉
    炉温     1532℉
*塔尔萨天然气
    热释放量     8.62MMBtuh
    端头压力     35.3psig
    燃料气体     85％TNG*/15％H2
    尖端尺寸     #52MTD
    预混气体
    NOx排放量     9.71ppmv
    CO排放量     2.44ppmv
    O2百分比     0.37％
    火焰品质     非常好
    混合器类型     Std.Brnr.Pilot
    预混端头(大口)     0.261”
    预混端头(小口)     0.125”
    炉底温度     1284℉
    炉温     1537℉
*塔尔萨天然气
    热释放量     8.65MMBtuh
    端头压力     35.3psig
    燃料气体     85％TNG*/15％H2
    尖端尺寸     #52MTD
    预混气体
    NOx排放量     9.22ppmv
    CO排放量     131.8ppmv
    O2百分比     0.15％
    火焰品质     好
    混合器类型     Std.Brnr.Pilot
    预混端头(大口)     0.261”
    预混端头(小口)     0.125”
    炉底温度     1283℉
    炉温     1501℉
*塔尔萨天然气
[00116]因此，本发明的气体燃烧器装置的性能非常好。预混单元190工作良好。点燃、升温和稳定运行期间大部分时间观测不到一氧化碳。观测到的氮氧化物排放量也非常低。

Claims (60)

1.一种用于将燃料气体和空气的混合物排出到炉子的气体燃烧器装置，其中该混合物在存在烟气的情况下燃烧，同时生成少量氮氧化物，其包括：
包括用于与所述炉子连接的外壳的风室，所述外壳包括：
连接到所述炉子的上端，所述上端在其内部设置有空气出口；
与所述上端相对的下端；和
将所述上端和所述下端相连的侧壁，其中所述侧壁和所述下端中的至少一个在其内部设置有空气进口；
在其内部具有中心孔的燃烧口砖，用于接收来自所述外壳的所述空气出口的空气，所述燃烧口砖包括：
连接到所述外壳的所述上端并位于所述空气出口上方的底端；
与所述底端相对的顶端，所述顶端包括排出口；以及
连接所述底端和所述顶端且包围所述中心孔的壁，所述壁延伸入所述炉子且具有内表面、外表面和至少一个穿过所述壁延伸的气体循环口，所述壁的所述内表面包括凸入所述中心孔的内柯恩达表面；
与燃料气体源相连且可操作地与所述燃烧器装置相关联的第一燃料气体喷射装置，用于喷射主燃料气体进入到所述燃烧口砖的所述中心孔内；和
与燃料气体源相连且可操作地与所述燃烧器装置相关联的第二燃料气体喷射装置，用于从所述燃烧口砖外侧喷射第二分级燃料气体到与所述燃烧口砖的所述排出口邻近的点。
2.如权利要求1所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述内柯恩达表面设置在与所述气体循环口相邻的所述壁的所述内表面上。
3.如权利要求1所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述燃烧空气进口设置在所述外壳的所述侧壁中。
4.如权利要求1所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述第一燃料气体喷射装置包括与所述燃料气体源相连的外气体立管，所述外气体立管具有连接在其上并且设置在所述燃烧口砖的所述壁的外侧的外第一燃料气体排出喷嘴，以喷射主燃料气体穿过所述气体循环口并喷射在所述内柯恩达表面上或附近。
5.如权利要求1所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述第一燃料气体喷射装置包括与所述燃料气体源相连并设置在所述外壳内部的内气体立管，所述内气体立管具有连接在其上、用于喷射主燃料气体进入到所述燃烧口砖的所述中心孔内的内第一燃料气体排出喷嘴。
6.如权利要求1所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述第一燃料气体喷射装置包括与所述燃料气体源相连并设置在所述外壳内部的内气体立管，所述内气体立管具有连接在其上的内第一燃料气体排出喷嘴，以及可操作地与其相关联、用于喷射主燃料气体和空气混合物进入到所述燃烧口砖的所述中心孔内的文丘里外壳。
7.如权利要求1所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述第一燃料气体喷射装置包括预混单元，该预混单元包括：
预混隔板，其围绕所述燃烧口砖的所述壁的内表面延伸并位于所述气体循环口下方，同时在其顶部具有多个预混气体口；
文丘里混合器，其包括：
内气体立管，其与所述燃料气体源相连并具有连接在其上的内第一燃料气体排出喷嘴；和
文丘里外壳，其可操作地与所述内气体立管和第一燃料气体排出喷嘴相关联并与所述预混隔板连接，用于供应主燃料气体和空气混合物进入到所述预混隔板内。
8.如权利要求1所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述燃烧口砖进一步包括设置在所述气体循环口内的循环扼流装置，用于抑制流体从所述燃烧口砖的所述中心孔内穿过所述气体循环口的流动。
9.如权利要求8所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述循环扼流装置包括连在所述燃烧口砖的所述壁上的挡板，其位于所述气体循环口下方并向上延伸到所述气体循环口内。
10.如权利要求1所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述燃烧口砖的所述壁的所述内表面包括凹入段，所述气体循环口和所述内柯恩达表面设置在所述凹入段内。
11.如权利要求10所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述凹入段包括从所述内表面延伸到所述燃烧口砖的所述中心孔内的相对侧壁，与所述内柯恩达表面伸入所述中心孔的程度相比，所述相对侧壁更进一步伸入所述中心孔。
12.如权利要求1所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述燃烧口砖的所述壁包括多个穿过所述壁延伸的气体循环口。
13.如权利要求12所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述内表面包括多个内柯恩达表面，每个所述内柯恩达表面凸入所述燃烧口砖的所述中心孔。
14.如权利要求13所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述燃烧口砖的所述壁的所述内表面包括多个凹入段，每个所述凹入段都具有气体循环口和设置在其内的内柯恩达表面。
15.如权利要求14所述的气体燃烧器装置，其特征在于，每个所述凹入段包括从所述内表面伸入所述燃烧口砖的所述中心孔的相对侧壁，与设置在凹入段内的内柯恩达表面伸入所述中心孔的程度相比，所述相对侧壁更进一步伸入所述中心孔。
16.如权利要求1所述的气体燃烧器装置，其特征在于，还包括用于点燃所述燃烧器的导燃装置，其与所述燃料气体源相连并延伸到所述燃烧口砖的所述中心孔内。
17.如权利要求16所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述导燃装置包括气体立管和在其内具有一个或多个气体口的气体端头。
18.如权利要求17所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述气体端头包括与所述立管连接的气体管、连在所述气体管上的气体偏转器以及设置在所述气体管和所述气体偏转器之间的燃料气体出口，所述气体偏转器具有包括柯恩达表面的外表面，该柯恩达表面相对所述燃料气体出口设置以使从所述燃料气体出口排出的燃料气体沿所述柯恩达表面的路径流动。
19.如权利要求1所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述第二燃料气体喷射装置包括与所述燃料气体源相连并且在其上连接有第二燃料气体排出喷嘴的外气体立管，用于喷射第二分级燃料气体到所述燃烧口砖的所述壁的所述外表面上或附近。
20.如权利要求19所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述燃烧口砖的所述壁的所述外表面包括从所述外表面向外凸出的外柯恩达表面。
21.如权利要求20所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述燃烧口砖的所述壁的所述外表面包括多个外柯恩达表面，每个所述外柯恩达表面从所述外表面向外凸出，并且所述第二燃料气体喷射装置包括多个外气体立管，每个外气体立管与所述燃料气体源相连并且在其上具有第二燃料气体排出喷嘴，用于喷射第二分级燃料气体到所述外柯恩达表面的一个上或附近。
22.如权利要求20所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述外柯恩达表面围绕所述燃烧口砖的所述壁的整个所述外表面延伸，并且所述第二燃料气体喷射装置包括多个外气体立管，每个立管与所述燃料气体源相连并且在其上具有第二燃料气体排出喷嘴，用于喷射第二分级燃料气体到所述外柯恩达表面上或附近。
23.如权利要求1所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述第一燃料气体喷射装置包括与所述燃料气体源相连并设置在所述燃烧口砖的所述壁的外侧的外气体立管，所述外气体立管具有连接在其上并设置在所述气体循环口外侧的第一燃料气体排出喷嘴，用于喷射主燃料气体穿过所述气体循环口并喷射在所述内柯恩达表面上或附近，并且所述第二燃料气体喷射装置包括所述第一燃料气体喷射装置的所述外气体立管和连接在所述立管上的第二燃料气体排出喷嘴，用于喷射第二分级燃料气体到所述燃烧口砖的所述壁的所述外表面上或附近。
24.如权利要求1所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述燃烧口砖具有基本上圆形的横截面形状。
25.如权利要求1所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述燃烧口砖还包括从所述壁的所述内表面横向伸入所述中心孔的唇缘，所述唇缘连接在与所述燃烧口砖的所述顶端邻近的所述壁上，并且围绕所述燃烧口砖的所述壁的所述内表面延伸。
26.如权利要求25所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述唇缘包括下端、顶端以及将所述下端和所述顶端连在一起的主体，所述主体包括多个伸入所述中心孔的突出部。
27.一种用于将燃料气体和空气的混合物排除到炉子的气体燃烧器装置，其中该混合物在存在烟气的情况下燃烧，同时生成少量氮氧化物，其包括：
包括用于与所述炉子连接的外壳的风室，所述外壳包括：
连接到所述炉子的上端，所述上端具有设置在其内部的空气出口；
与所述上端相对的下端；和
将所述上端和所述下端相连的侧壁，其中所述侧壁和所述下端中的至少一个在其内部设置有空气进口；
在其内部具有中心孔的燃烧口砖，用于接收来自所述外壳的所述空气出口的空气，所述燃烧口砖包括：
连接到所述外壳的所述上端并位于所述空气出口上方的底端；
与所述底端相对的顶端，所述顶端包括排出口；以及
连接所述底端和所述顶端且包围所述中心孔的壁，所述壁伸入所述炉子内且具有内表面和外表面，所述壁的所述外表面包括从所述外表面向外凸出的外柯恩达表面；
与燃料气体源相连且可操作地与所述燃烧器装置相关联的第一燃料气体喷射装置，用于喷射主燃料气体进入到所述燃烧口砖的所述中心孔内；和
与燃料气体源相连且可操作地与所述燃烧器装置相关联的第二燃料气体喷射装置，用于从所述燃烧口砖外侧喷射第二分级燃料气体到所述外柯恩达表面上或附近。
28.如权利要求27所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述第二燃料气体喷射装置包括与所述燃料气体源相连且在其上连接有第二燃料气体喷嘴的外气体立管，用于喷射第二分级燃料气体到所述外柯恩达表面上或附近。
29.如权利要求27所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述燃烧口砖的所述壁的所述外表面包括多个外柯恩达表面，每个所述外柯恩达表面从所述外表面向外凸出，并且所述第二燃料气体喷射装置包括多个外气体立管，每个外气体立管与所述燃料气体相连并且在其上连接有第二燃料气体喷嘴，用于喷射第二分级燃料气体到所述外柯恩达表面的一个上或附近。
30.如权利要求27所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述外柯恩达表面围绕所述燃烧口砖的所述壁的整个所述外表面延伸，并且所述第二燃料气体喷射装置包括多个外气体立管，每个立管与所述燃料气体源相连并且在其上连接有第二燃料气体喷嘴，用于喷射第二分级燃料气体到所述外柯恩达表面上或附近。
31.如权利要求27所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述燃烧口砖的所述壁包括至少一个穿过所述壁延伸的气体循环口。
32.如权利要求31所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述壁的所述内表面包括凸入所述燃烧口砖的所述中心孔的内柯恩达表面。
33.如权利要求32所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述内柯恩达设置在与所述气体循环口邻近的所述壁的所述内表面上。
34.如权利要求33所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述第一燃料气体喷射装置包括与所述燃料气体源相连的外气体立管，所述外气体立管具有连接在其上且设置在所述燃烧口砖的所述壁的外侧的外第一燃料气体喷嘴，用于喷射主燃料气体穿过所述气体循环口并喷射在所述内柯恩达表面上或附近。
35.一种用于将燃料气体和空气的混合物排出到炉子的气体燃烧器装置，其中该混合物在存在烟气的情况下燃烧，同时生成少量氮氧化物，其包括：
包括用于与所述炉子连接的外壳的风室，所述外壳包括：
连接到所述炉子的上端，所述上端内部设置有空气出口；
与所述上端相对的下端；和
将所述上端和所述下端相连的侧壁，其中所述侧壁和所述下端中的至少一个在其内部设置有空气进口；
在其内部具有中心孔的燃烧口砖，用于接收来自所述外壳的所述空气出口的空气，所述燃烧口砖包括：
连接到所述外壳的所述上端并位于所述空气出口上方的底端；
与所述底端相对的顶端，所述顶端包括排出口；以及
连接所述底端和所述顶端且包围所述中心孔的壁，所述壁伸入所述炉子内且具有内表面、外表面和至少一个穿过所述壁延伸的气体循环口，所述壁的所述内表面包括凸入所述中心孔的内柯恩达表面，所述壁的所述外表面包括从所述外表面向外凸出的外柯恩达表面；
与燃料气体源相连且可操作地与所述燃烧器装置相关联的第一燃料气体喷射装置，用于喷射主燃料气体到所述燃烧口砖的所述中心孔内；和
与燃料气体源相连且可操作地与所述燃烧器装置相关联的第二燃料气体喷射装置，用于从所述燃烧口砖外侧喷射第二分级燃料气体到所述外柯恩达表面上或附近。
36.如权利要求35所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述内柯恩达表面设置在与所述气体循环口邻近的所述壁的所述内表面上。
37.如权利要求35所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述第一燃料气体喷射装置包括与所述燃料气体源相连的外气体立管，所述外气体立管具有连接在其上且设置在所述燃烧口砖的所述壁的外侧的外第一燃料气体喷嘴，用于喷射主燃料气体穿过所述气体循环口并喷射到所述内柯恩达表面上或附近。
38.如权利要求35所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述第二燃料气体喷射装置包括与所述燃料气体源相连且在其上连接有第二燃料气体喷嘴的外气体立管，用于喷射第二分级燃料气体到所述外柯恩达表面上或附近。
39.如权利要求38所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述第二燃料气体喷射装置包括所述第一燃料气体喷射装置的所述外气体立管和连接在所述立管上的第二燃料气体排出喷嘴，用于喷射第二分级燃料气体到所述外柯恩达表面上或附近。
40.一种用于将燃料气体和空气的混合物排出到炉子的气体燃烧器装置，其中该混合物在存在烟气的情况下燃烧，同时生成少量氮氧化物，其包括：
用于与所述炉子连接的外壳，所述外壳包括：
连接到所述炉子的上端，所述上端内部设置有空气出口；
与所述上端相对的下端；和
将所述上端和所述下端相连的侧壁，其中所述侧壁和所述下端中的至少一个在其内部设置有空气进口；
在其内部具有中心孔的燃烧口砖，用于接收来自所述外壳的所述空气出口的空气，所述燃烧口砖包括：
连接到所述外壳的所述上端并位于所述空气出口上方的底端；
与所述底端相对的顶端，所述顶端包括排出口；以及
连接所述底端和所述顶端且包围所述中心孔的壁，所述壁伸入所述炉子内且具有内表面、外表面和至少一个穿过所述壁延伸的气体循环口，所述壁的所述内表面包括凸入所述中心孔的内柯恩达表面；
与燃料气体源相连且可操作地与所述燃烧器装置相关联的第一燃料气体喷射装置，用于喷射主燃料气体到所述燃烧口砖的所述中心孔内，所述第一燃料气体喷射装置包括预混单元，该预混单元包括：
预混隔板，其围绕所述燃烧口砖的所述壁的内表面延伸并位于所述气体循环口下方，同时在其顶部具有多个预混气体口；和
文丘里混合器，其包括与所述燃料气体源相连并且在其上连接有内第一燃料气体排出喷嘴的内气体立管、以及文丘里外壳，该文丘里外壳可操作地与所述内气体立管和第一燃料气体排出喷嘴相关联并与所述预混隔板连接，用于供应主燃料气体和空气的混合物到所述预混隔板；和
与燃料气体源相连且可操作地与所述燃烧器装置相关联的第二燃料气体喷射装置，用于从所述燃烧口砖外侧喷射第二分级燃料气体到与所述燃烧口砖的所述排出口邻近的点。
41.如权利要求40所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述燃烧口砖还包括设置在所述气体循环口内的循环扼流装置，用于抑制流体从所述燃烧口砖的所述中心孔内穿过所述气体循环口的流动。
42.如权利要求41所述的气体燃烧器装置，其特征在于，所述循环扼流装置包括连接在所述燃烧口砖的所述壁上并向上延伸到所述气体循环口内的挡板。
43.一种与燃烧器风室结合使用以形成用于将燃料气体和空气的混合物排出到炉子的气体燃烧器装置的燃烧口砖，其中该混合物在存在烟气的情况下燃烧，同时生成少量氮氧化物，其中燃烧器风室包括用于与炉子连接且包括上端的外壳，该上端内设置有空气出口，所述燃烧口砖在其内具有用于接收来自风室外壳出口的空气的中心孔并且包括：
连接到所述风室外壳的所述上端并位于在其内设置的所述空气出口上方的底端；
与所述底端相对的顶端，所述顶端包括排出口；以及
连接所述底端和所述顶端且包围所述中心孔的壁，所述壁伸入所述炉子内且具有内表面、外表面和至少一个穿过所述壁延伸的气体循环口，所述壁的所述内表面包括凸入所述中心孔的内柯恩达表面。
44.如权利要求43所述的燃烧口砖，其特征在于，所述内柯恩达表面设置在与所述气体循环口邻近的所述壁的所述内表面上。
45.如权利要求44所述的燃烧口砖，其特征在于，所述燃烧口砖的所述壁的所述内表面包括凹入段，并且所述气体循环口和所述内柯恩达表面设置在所述凹入段内。
46.如权利要求45所述的燃烧口砖，其特征在于，所述凹入段包括从所述内表面伸入所述燃烧口砖的所述中心孔的相对侧壁，与所述内柯恩达表面伸入所述中心孔的程度相比，所述相对侧壁更进一步伸入所述中心孔。
47.一种与燃烧器风室结合使用以形成用于将燃料气体和空气的混合物排出到炉子的气体燃烧器装置的燃烧口砖，其中该混合物在存在烟气的情况下燃烧，同时生成少量氮氧化物，其中燃烧器风室包括用于与炉子连接且包括上端的外壳，该上端内设置有空气出口，所述燃烧口砖具有用于接收来自风室外壳出口的空气的中心孔并且包括：
连接到所述风室外壳的所述上端并位于在其内设置的所述空气出口上方的底端；
与所述底端相对的顶端，所述顶端包括排出口；以及
连接所述底端和所述顶端且包围所述中心孔的壁，所述壁伸入所述炉子内且具有内表面和外表面，所述壁的所述外表面包括从所述外表面向外凸出的外柯恩达表面。
48.如权利要求47所述的燃烧口砖，其特征在于，所述燃烧口砖的所述壁的所述外表面包括多个外柯恩达表面，每个所述外柯恩达表面从所述外表面向外凸出。
49.如权利要求48所述的燃烧口砖，其特征在于，所述外柯恩达表面围绕所述燃烧口砖的所述壁的整个所述外表面延伸。
50.一种与燃烧器风室结合使用以形成用于将燃料气体和空气的混合物排出到炉子的气体燃烧器装置的燃烧口砖，其中该混合物在存在烟气的情况下燃烧，同时生成少量氮氧化物，其中燃烧器风室包括用于与炉子连接且包括上端的外壳，该上端内设置有空气出口，所述燃烧口砖具有用于接收来自风室外壳出口的空气的中心孔并且包括：
连接到所述风室外壳的所述上端并位于在其内设置的所述空气出口上方的底端；
与所述底端相对的顶端，所述顶端包括排出口；以及
连接所述底端和所述顶端且包围所述中心孔的壁，所述壁伸入所述炉子内且具有内表面、外表面和至少一个穿过所述壁延伸的气体循环口，所述壁的所述内表面包括凸入所述中心孔的内柯恩达表面，所述壁的所述外表面包括从所述外表面向外凸出的外柯恩达表面。
51.如权利要求50所述的燃烧口砖，其特征在于，所述燃烧口砖的所述壁包括多个穿过所述壁延伸的气体循环口。
52.如权利要求51所述的燃烧口砖，其特征在于，所述壁的所述内表面包括多个内柯恩达表面，每个所述内柯恩达表面凸入所述燃烧口砖的所述中心孔。
53.如权利要求52所述的燃烧口砖，其特征在于，所述燃烧口砖的所述壁的所述外表面包括多个外柯恩达表面，每个所述外柯恩达表面从所述外表面向外凸出。
54.如权利要求52所述的燃烧口砖，其特征在于，所述外柯恩达表面围绕所述燃烧口砖的所述壁的整个所述外表面延伸。
55.如权利要求54所述的燃烧口砖，其特征在于，所述口砖的横截面基本上成圆形。
56.一种与气体燃烧器装置结合使用的气体端头，其包括：
用于与燃料气体源连接的气体管；
连接在所述气体管上的气体偏转器；和
设置在所述气体管和所述气体偏转器之间的燃料气体出口，所述气体偏转器具有包括柯恩达表面的外表面，并且柯恩达表面相对所述燃料气体出口设置以使所述燃料气体出口排出的燃料气体沿所述柯恩达表面的路径流动。
57.一种在炉子的炉空间内燃烧空气、燃料气体和烟气的混合物以在炉空间内产生热量的方法，其中采用了具有混合区的气体燃烧器装置，该混合区用于在燃烧前混合空气、燃料气体和烟气，该方法包括：
在所述混合区内设置柯恩达表面；
以将烟气从所述混合区外部带入所述混合区并使所述烟气在所述混合区与所述空气和燃料气体混合的方式，将燃料气体喷射到所述柯恩达表面上或附近；
从所述混合区排出所述空气、燃料气体和烟气的混合物到所述炉空间；以及
在所述炉空间内燃烧来自所述混合区的所述空气、燃料气体和烟气的混合物。
58.如权利要求57所述的方法，其特征在于，所述混合区被壁围绕，所述空气、燃料气体和烟气的混合物从所述混合区排出到所述炉空间的主反应区，并且其中所述方法进一步包括以下步骤：
在所述壁的所述外表面上设置外柯恩达表面；
以将烟气带入第二分级燃料气体流而得到第二燃料气体/烟气混合物并使所述第二燃料气体/烟气混合物在所述炉空间的第二反应区内燃烧的方式，喷将第二分级燃料气体流喷射到所述外柯恩达表面上或附近。
59.一种在炉子的炉空间内燃烧空气、燃料气体和烟气的混合物以在炉空间内产生热量的方法，其中采用了包括包围混合区的壁的气体燃烧器装置，该混合区用于在燃烧前混合空气、燃料气体和烟气，该方法包括：
在燃烧器装置的壁的外表面上设置柯恩达表面；
以使燃料气体在混合区内与空气混合的方式，将主燃料气体喷射到混合区；
从混合区排出空气和燃料气体的混合物；
在炉空间的第一反应区内燃烧从混合区排出的空气和燃料气体混合物；
以将烟气带入第二分级燃料气体流而得到第二燃料气体/烟气混合物并使所述第二燃料气体/烟气混合物在所述炉空间的第二反应区内燃烧的方式，将第二分级燃料气体流喷射到所述外柯恩达表面上或附近。
60.如权利要求59所述的方法，其特征在于，燃烧器装置的壁的内表面包括内柯恩达表面，以将烟气从混合区外部带入混合区并使烟气在混合区与空气和燃料气体混合的方式，将喷射入混合区的燃料气体喷射到内柯恩达表面上或附近。
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