CN101182922A

CN101182922A - 用于产生活塞流的低氮氧化物分级燃料喷射燃烧器

Info

Publication number: CN101182922A
Application number: CNA2007101929848A
Authority: CN
Inventors: X·J·李; M·L·乔施; A·G·斯拉维科夫
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2008-05-21
Also published as: US20080096146A1; EP1916477A2; CA2608039A1; SG142253A1; EP1916477A3

Abstract

本发明涉及一种用于产生类似活塞流和低氮氧化物排放的燃烧器。燃烧器具有中心空气喷射和围绕中心喷射的多个分级燃料喷射。沿平行于中心喷射的中心纵轴的各自轴线方向的分级喷射的矢量分量的动量总和与沿着所述轴线的中心喷射的动量的比率，是在0.5到1.5的范围之内，并且最优选为0.8。

Description

用于产生活塞流的低氮氧化物分级燃料喷射燃烧器

技术领域

本发明涉及用于炉的燃烧器，特别是用于具有低氮氧化物(NOx)排放的产生活塞式流动型式的分级燃烧器。

背景技术

用于乙烯裂解及其他工业生产过程的炉，例如蒸汽甲烷重整炉，典型地使用利用燃料的燃烧器，这些燃料例如是天然气、丙烷、氢、炼油厂废气及其他具有多种发热值的燃料气体的组合。例如，蒸汽甲烷重整炉用于通过重整烃进料和蒸汽而产生氢和一氧化碳，并且有时候在高温下产生二氧化碳。用于蒸汽甲烷重整的炉可以以一些不同的结构配置。用于这种重整炉最常使用的配置之一具有成行布置的垂直转化炉管。炉的燃烧器可以位于炉的底板、它的顶板或壁上。如已知的，高于要求温度运行的转化炉管可能造成管的寿命大幅缩短。这又将不利地影响发电厂的经济状况，因为管是发电厂总成本重要的一部分，并且更换毁坏的管需要大量的工时消耗和工作。管的过热点可能从不符合要求的炉的流动型式中产生，该炉的流动型式会引起火焰的冲击。这在具有相对较少行的燃烧器和加工管的紧凑结构的炉中是特别正确的，其中炉的几何结构使烟道气排出系统产生烟道气穿过加工管。当然在火焰区域之内的任何交叉都应该避免，以保持设备寿命和发电厂可靠性。所以，建立适当的流动型式对于统一的炉供暖和伴随的减少加工管过热是很关键的。因此，对于其中关注加工管过热的燃烧器设计的一个重要标准是，设置固有地产生通常称为类似活塞流的燃烧器。

对于燃烧器设计的另一个重要标准是低氮氧化物排放。如已知的氮氧化物是在从燃烧过程排放的主要空气污染物之中。氮氧化物排放已经确定会造成环境退化，特别是大气质量退化，形成污雾和酸雨。因此，各种政府机构正在强加空气质量标准，其限定可以排放到大气中的氮氧化物气体的数量。降低氮氧化物排放的一个通常的方法是通过燃料/氧化剂分级技术，例如使用利用许多外部喷射和围绕中心空气喷射的燃料分级燃烧器。用于产生来自燃烧器的低氮氧化物排放的其它技术是公知的。以下是一些低氮氧化物燃烧器领域相关的典型参考：美国专利Nos.4,531,904(Sato等)，4,946,382(Kobayashi等)和5,823,764(Alberti等)和美国公开的申请2006/0040223A1(Ghani等)。在此引用的所有参考以它们的全部结合在此作为参考。

虽然上述现有技术可以适用于它们计划的目的，然而，根据产生具有低氮氧化物排放的统一的或类似活塞流的观点，它们还有些地方不能令人满意。

发明内容

本发明形成了用于建立类似活塞流的分级燃料燃烧器，并且特别在炉内有用，这些炉例如是乙烯裂化器、重整炉等。分级燃烧器包括中心喷嘴和多个分级喷嘴。中心喷嘴具有孔口，该孔口产生沿着中心纵轴引导的空气的喷射。分级喷嘴围绕中心喷嘴，并且每个喷嘴具有产生分级喷射的至少一个孔口。每个分级喷射包括燃料，被从喷嘴沿着相应纵轴引导，并且具有平行于中心纵轴方向的矢量分量。平行于中心纵轴的分级喷射的矢量分量的动量总和，大约是沿着中心纵轴中心喷射的动量的50％到150％(优选地是100％，并且最优选地是80％)。

根据本发明的另一个方面，提供了在炉内建立燃烧燃料类似活塞流的方法。所述方法要求提供包括中心喷嘴和围绕中心喷嘴的多个分级喷嘴的分级燃烧器。中心喷嘴具有孔口，所述孔口布置用于产生沿着中心纵轴引导的空气喷射。分级喷嘴围绕中心喷嘴，并且每个喷嘴具有至少一个孔口，所述孔口布置用于产生分级喷射。每个分级喷射包括燃料，被沿着相应纵轴引导，并且具有平行于中心纵轴方向的矢量分量。空气被提供到中心喷嘴，因此中心喷嘴产生沿着中心纵轴引导的空气喷射。燃料被提供到每个分级喷嘴，因此每个分级喷嘴沿着相应的纵轴产生相应的燃料分级喷射。平行于中心纵轴的分级喷射的矢量分量的动量总和大约是沿着中心纵轴的中心喷射动量的50％到150％(优选地是100％。并且最优选地是80％)。

附图说明

本发明将结合下面的附图一起被描述，其中相同的附图标记表示同样的元件，并且其中：

图1是根据本发明构造的燃烧器的一个典型实施例的端视图；

图2是沿图1的线2-2得到的没有按比例的典型燃烧器的剖面图；

图3A是与图2相似的根据本发明构造的燃烧器的另一个典型实施例的剖面图；

图3B是与图3A相似的根据本发明构造的燃烧器的另一个典型实施例的剖面图；

图3C是与图3A相似的根据本发明构造的燃烧器的另一个典型实施例的剖面图；

图4A是与图2相似的根据本发明构造的燃烧器的另一个典型实施例的剖面图；

图4B是与图4A相似的根据本发明构造的燃烧器的另一个典型实施例的剖面图；

图4C是与图4A相似的根据本发明构造的燃烧器的另一个典型实施例的剖面图；

图5A是与图2相似的根据本发明构造的燃烧器的另一个典型实施例的剖面图；

图5B是与图5A相似的根据本发明构造的燃烧器的另一个典型实施例的剖面图；

图5C是与图5A相似的根据本发明构造的燃烧器的另一个典型实施例的剖面图；

图6A是与图2相似的根据本发明构造的燃烧器的另一个典型实施例的剖面图；

图6B是与图6A相似的根据本发明构造的燃烧器的另一个典型实施例的剖面图；

图6C是与图6A相似的根据本发明构造的燃烧器的另一个典型实施例的剖面图；

图7是与图2相似但还示出根据本发明构造的燃烧器的其它典型实施例的剖面图；

图8A-8E是本发明一些典型燃烧器的不同的典型孔口的配置和形状的示意图，并且

图9A-9I是可以与本发明燃烧器一起使用的不同形状孔口的放大端视图。

发明的具体实施方式

现在参考图1，其中相同的标记表示同样的部件，20描述了一个根据本发明的分级燃料燃烧器结构的典型的实施例。这个燃烧器显示出很好的活塞式流动特性和低氮氧化物排放，并且通常称作分级燃烧器。所以，燃烧器20包括通过多个逐级分级或分级的喷嘴24围绕的中心喷嘴22。在图1的典型实施例中，提供了十个这种分级喷嘴24-1到24-10。这种配置是根据本发明构造的许多可能的燃烧器的典型示例。特别地，根据本发明构造的燃烧器可以包括围绕中心喷嘴的任意数量的分级喷嘴。每个喷嘴可以包括单个孔口或多个孔口。此外，孔口可以是任何形状和尺寸，如随后参考图8A-8D和9A-9I所示。在图1和2示出的典型实施例中，每个喷嘴包括单独的、圆形的孔口26。每个孔口26布置成从孔口的出口平面28沿着纵轴产生流体物流或喷射(即孔口的下游端的平面)。由此，中心喷嘴的孔口26沿着燃烧器的中心纵轴产生空气喷射，并且如果需要则产生一些燃料和/或燃烧产品。空气、燃料和/或燃烧产品被从装置(没有示出)提供到中心喷嘴。在图2中，这种“中心喷射”的方向通过Vc表示的箭头示出。在这个结合点应该指出，中心喷射的方向不需要平行于燃烧器的中心纵轴，例如图2示出的，而是可以以某一角度延伸，如图6A-6C所示(在后面描述)。

根据本发明构造的燃烧器每个分级喷嘴的每个孔口26，从它相应的出口平面沿着孔口的纵轴产生流体喷射(分级喷射)，其包括燃料并且如果需要可以包括一些空气和/或燃烧产物。燃料、空气和/或燃烧产物被由装置提供到分级喷嘴(没有示出)。分级喷射可以全部在相同方向上被引导(例如，平行于中心纵轴，与中心纵轴呈汇集角度或与中心纵轴呈扩散角度)，或可以在互相不同的方向被引导到不同方向。例如，在图1和2的典型实施例中，喷嘴中的四个，即24-1、24-2、24-6和24-9的每个以向中心汇集的角度导向轴线30，所述轴线30平行于中心喷嘴22的纵轴32，而其它六个喷嘴24-2、24-3、24-5、24-7、24-8和24-10的每一个被导向与中心喷嘴22的纵轴32平行。在图2中，由喷嘴24-1的孔口产生的喷射由V₁表示的箭头示出，并且它以相对于轴线30的角度θ₁延伸，而喷嘴24-7的孔口产生的喷射由V₇表示的箭头示出，并且平行于纵向中心轴线延伸。

如图2中清楚所见的，燃烧器20的所有分级喷嘴24-1到24-10互相相对于中心喷嘴22等距离布置。而且，分级喷嘴24-1到24-10的孔口的出口平面设置在组成中心喷嘴22的孔口26的出口平面28的后部。这种布置还仅仅是根据本发明构造的燃烧器喷嘴位置的许多布置中典型的示例。因此，分级喷嘴24不需要互相等距离间隔设置。而且，中心喷嘴孔口到分级喷嘴孔口的出口平面的相对位置不需要类似图2所示出的。例如，如图4A-4C所示，所有燃烧器喷嘴的孔口26的出口平面可以在相同平面上。可选择地，如图5A-5C所示，组成分级喷嘴的孔口26的出口平面可以设置在中心喷嘴孔口的出口平面的前方。实际上，能够预料到不同的孔口相比其它孔口具有不同的出口平面。然而进一步地，用于任何给定燃烧器内的分级喷嘴的数目也是设计选择的问题，这取决于燃烧器的应用。因此，根据本发明构造的燃烧器可以包括在中心喷嘴周围延伸的任意数量的复数分级喷嘴。而且进一步地，从燃烧器中心纵轴的每个分级喷嘴的径向距离不需要相同。相应地，一个或更多分级喷嘴24可以有从中心纵轴32比另一个分级喷觜更大或更小的径向距离。

不考虑喷嘴/孔口的布置、数量、尺寸和方向，存在着重要的燃烧器设计参数，该参数导致在炉的总体流动型式上的巨大改变，很像层流到湍流的转变。这种设计参数是分级喷射24对于中心喷射22的动量比率(在下文中有时称为“MR”)。特别是，已经发现当燃烧器20构造成使分级喷射的动量总和几乎等于中心喷射的动量时，可以观察到均匀的或类似活塞流的轮廊。最优选地，这中比率是0.8(即，分级喷射的动量总和是中心喷射的动量的80％)。然而，已经确定如果比率在0.5到1.5(即50％到150％)的范围之内，可以得到活塞式流动。

再次回到图2，由燃烧器20喷嘴22产生的中心喷射的动量由

表示，而由喷嘴24-1到24-10产生的每个围绕的分级喷射动量由

表示，其中s表示动量是分级喷射，并且i代表特定的分级喷射，例如，在图2示出的实施例中i＝“7”，因为分级喷射由组成喷嘴24-7的孔口产生。

如上所述，分级喷射不需要全部都被沿着平行于中心喷射纵轴的轴线引导。实际上，在图1和2中示出的典型的优选方案中，一些分级喷射，即由喷嘴24-1、24-4、24-6和24-9产生的喷射，以相对于中心喷射的纵轴向内汇集的角度延伸。其它分级喷射，即由喷嘴24-2、24-3、24-5、24-7、24-8和24-10产生的喷射，平行于中心喷射的纵向中心轴线延伸。因此，由根据本发明构造的燃烧器显示出的动量比率考虑了有角度地引导的喷射。特别是，由本发明燃烧器产生的动量比率是被引导平行于中心喷射纵轴的分级喷射部件的组合动量与中心喷射的动量的比率。众所周知，动量是质量流量和喷射速度的乘积，并且是在速度方向上的矢量。这里喷射速度是指，根据从产生喷射的孔口排出时实际物流的热力学状态(如通过温度、压力、组成等限定)，和通过孔口传送喷射的孔口的面积，例如喷射孔口26的出口平面28的面积，得出的均值或平均速度。对于分级燃料喷射，这种速度可以容易确定，例如根据在试验或操作时测量的孔口面积和设计速度的压力计算。对于中心喷射，速度是根据孔口面积和燃烧空气温度，或通向炉的燃烧器开口和燃烧空气与主要燃料的绝热火焰温度，按两者中较高者计算。数值上，MR通过以下公式限定：

MR = \frac{Σ {\overset{\cdot}{m}}_{s, i} V_{i} \cos θ_{i}}{{\overset{\cdot}{m}}_{c} V_{c}}

其中是经识别的喷射的质量流量，V是在喷射喷出的孔口出口平面的经识别的喷射速度，θ是中心纵轴和分级喷嘴纵轴之间的夹角，并且下标s、c、i代表分级、中心和第i个分级喷嘴的号码，因为燃烧器包括多个分级喷射，它们的孔口具有可以相对于中心喷嘴的中心纵轴在不同角度延伸的纵轴。

已经注意到，较小的MR比率意味着更低的分级燃料馏分，并且燃烧器更接近于单独的中心喷射。火焰通过中心空气喷射控制，并由此产生舌焰。当这种燃烧器用于典型的炉时，在由此产生的火焰和加工管或炉的壁之间的间隔将被再循环烟道气体充满。微小的扰动可能导致火焰接触到加工管。在极限情况下，燃烧器由单个点热源代表。因为点热源具有高速度，而相邻火墙具有零速度，速度差别和由此的压力差形成紧邻喷射的回流区，其变成炉中大规模回流区的起点。

随着MR比率增加，更多燃料被分级，并且燃烧器远离单独的中心喷射。当MR比率达到大约一致时，燃料(分级)喷射和空气(中心)喷射具有类似的动量。组合燃料和来自燃烧器的空气喷射具有产生活塞式流动型式并保持沿着燃烧器轴线向前方向的最好时机。如果MR太大，火焰类似于空心喷射并且将向内弯曲到中心并变成短和浓密的火焰。这种火焰会引起燃烧器附近加工管的过热。

所需的火焰必须平衡在中心向前喷出的大量空气喷射的功率和围绕它的燃料(分级)喷射的热释放量。如先前提到的，这种平衡以动量比率接近1的形式表现，具有的最优比率是0.8。当火焰用于炉中沿着点火轴线以直线进行时，最优的MR比率附近，组合的中心空气喷射和分级喷射实现压力平衡并且产生火焰。当流动将趋向于改变方向并且与横穿加工管时，在一些点上(例如由于烟道气体排出系统)这种动作在距燃烧器足够的距离发生，以使炉气温度在它穿过加工管时足够低，使加工管不存在过热危险。在燃烧区的活塞式流动防止在加工管上的火焰冲击并阻止大规模高温回流区的形成。只要燃烧完全，燃烧气体可以进入任何其倾向的地方而不引起加工管过热。活塞式流动能够使管不过热而使每立方英尺燃烧空间能够具有较高的热释放强度。高温回流区的消除也降低了氮氧化物的排放，因为氮氧化物的形成与温度和保留时间成正比。更低的温度也增加了管和催化剂的寿命，并且降低加工管中的煤烟形成。

在图3A中，示出了根据本发明构造的可选择的燃烧器。除了所有分级喷嘴被引导成以使它们的孔口26形成平行于中心喷嘴22的纵轴32延伸的分级喷射之外，这种实施例类似于图2的实施例。由此，为了简洁，图2和图3实施例的相同部件使用相同的参考标号。如图3中可看见的燃烧器具有产生中心喷射的中心喷嘴22，中心喷射的流动方向由Vc表示的箭头示出，而示出的双分级喷嘴24-1和24-2产生各自的分级喷射由V₁和V₂表示的箭头示出。在图3B中示出了根据本发明构造的另一个可选择的燃烧器。除了它的分级喷嘴被引导成以使每个孔口在相对于轴线30以向内汇集的角度θ延伸的分级喷射之外，这个燃烧器在结构上类似于图3A所示的燃烧器，所述轴线30平行于中心喷嘴22的纵轴32。图3B中来自分级喷嘴孔口的喷射方向由V₁和V₂表示的箭头示出。图3B的燃烧器结构的其它细节类似于图3A燃烧器的细节，并且因此具有相同的参考标号，并且不在此重复。在图3C中示出根据本发明构造的另一个可选择的燃烧器。除了它的分级喷嘴被引导成以使每个孔口产生相对于轴线30以向外扩散的角度θ延伸的分级喷射之外，这个燃烧器在结构上类似图3A所示的燃烧器，所述轴线30平行于中心喷嘴22的纵轴。图3C中来自分级喷嘴孔口的喷射的方向由V₁和V₂表示的箭头示出。图3C的燃烧器结构的其它细节类似于图3A燃烧器的细节，并且因此具有相同的参考标号，并且不在此重复对比。

图4A-4C示出了根据本发明构造的燃烧器的进一步的实施例。除了所有喷嘴的孔口的出口平面是共面的之外，图4A-4C的实施例分别类似于图3A-3C的实施例。由此，为了简洁，图4A、4B和4C和图3A、3B和3C的实施例的相同部件，分别具有相同的参考标号并且没有进一步论述燃烧器的结构细节。

图5A-5C示出了根据本发明构造的燃烧器的进一步的实施例。除了分级喷嘴的孔口的出口平面是共面的，并设置在中心喷嘴的孔口的出口平面的前方之外，图5A-5C的实施例分别类似于图3A-3C的实施例。由此，为了简洁，图5A、5B和5C和图3A、3B和3C的实施例的相同部件，分别具有相同的参考标号，并且没有进一步论述燃烧器的结构细节。

图6A-6C示出了根据本发明构造的燃烧器的进一步的实施例。除了中心喷嘴和它的孔口相对于燃烧器中心纵轴32以某一角度延伸，以使中心喷射在如Vc表示的箭头所示的那个角度延伸之外，图6A-6C的实施例分别类似于图4A-4C的实施例。由此，为了简洁，图5A、5B和5C和图4A、4B和4C的实施例的相同部件，分别具有相同的参考标号，并且没有进一步论述燃烧器的结构细节。

图7仍然示出了根据本发明构造的燃烧器的进一步的实施例。除了在互相不同的角度延伸的分级喷嘴之外，图7类似于图4B和4C的实施例。特别是，单级喷嘴24-1以相对于轴线30以向内汇集的角度θ₁延伸，所述轴线30平行于中心喷嘴22的纵轴，而另一个分级喷嘴24-2以相对于轴线30以向外汇集的角度θ₂延伸，所述轴线30平行于中心喷嘴22的纵轴。

如前所述，组成中心喷嘴和/或任何分级喷嘴的孔口(多个孔口)可以是任何形状或尺寸。例如，如图8A所示，中心喷嘴22可以具有圆形截面的单独孔口26，并被四个分级喷嘴24-1、24-2、24-3和24-4围绕。每个分级喷嘴具有单独的圆形孔口26，它的直径基本上小于中心孔口的直径。而且，孔口24-1、24-2、24-3和24-4是互相等距离间隔，并且距中心孔口等距离。图8B示出了另一种喷嘴布置。除了中心喷嘴包括正方形孔口26之外，这种布置类似于图8A的布置。图8C示出了另一种喷嘴布置。除了中心喷嘴包括六角形孔口26之外，这种布置类似于图8A的布置。图8D示出了另一种喷嘴布置。除了中心喷嘴包括长方形孔口26之外，这种布置类似于图8A的布置。图9A-9H示出了可被用于本发明燃烧器的孔口的各种其它形状，例如图9A的圆形孔口，图9B的正方形孔口，图9C的六角形孔口，图9D的矩形孔口，图9E的多交叉槽孔口，图9F的十字形孔口，和图9G的双交叉槽孔口。图9H示出了可以是中心喷嘴22或任何或所有分级喷嘴24的喷嘴，其中喷嘴具有布置在喷嘴的下半部分三角形排列的三个圆形的孔口26。图9I示出了可以是中心喷嘴22或任何或所有分级喷嘴24的喷嘴，其中喷嘴具有布置在喷嘴的下半部分直线排列的两个圆形的孔口26。在此必须指出的是，在此示出的孔口和喷嘴仅仅是可被用于根据本发明构造的燃烧器的种种形状和尺寸的一些例子。

作为本领域技术人员应该理解，本发明的燃烧器用于炉中具有特殊的效用。然而它的使用并不局限于这种应用。当用于炉时，本发明的燃烧器将通过形成类似活塞式流动的流动型式而消除高温回流区。随着高温回流区的消除，可以保持较高的点火速度。此外，使用根据本发明构造的燃烧器制成的炉的加工管将由于更低、且均匀的环境温度而延长寿命。更低的温度也将减少煤烟形成并且延长催化剂寿命。最后，因为氮氧化物形成与温度成正比，消除过热点将减小氮氧化物排放。

尽管本发明已经被详细描述并且参考了其中具体的例子，但是所属领域中的技术人员将会认识到在不脱离本发明的精神和范围的前提下能够作各种变化和改进。

Claims

1.一种在炉中用于形成类似活塞流的分级燃料燃烧器，所述分级燃烧器包括：中心喷嘴和多个分级喷嘴，所述中心喷嘴具有孔口，所述孔口用于产生沿着中心纵轴引导的包括空气的喷射，所述分级喷嘴围绕所述中心喷嘴，每个所述分级喷嘴具有用于产生包括燃料的分级喷射的至少一个孔口，每个所述分级喷射被沿着各自的纵轴引导，并且在平行于所述中心纵轴的方向具有矢量分量，由此平行于所述中心纵轴的所述分级喷射的所述矢量分量的动量总和，大约是沿着所述中心纵轴的中心喷射的动量的50％到150％。

2.根据权利要求1的分级燃料燃烧器，其中平行于所述中心纵轴的所本分级喷射的所述矢量分量的所述动量总和，大约是沿着所述中心纵轴的中心喷射的动量的80％到100％。

3.根据权利要求2的分级燃料燃烧器，其中平行于所述中心纵轴的所述分级喷射的所述矢量分量的所述动量总和，大约是沿着所述中心纵轴的中心喷射的动量的80％。

4.根据权利要求1的分级燃料燃烧器，还包括用于供应燃料到所述分级喷嘴的装置和用于供应空气到所述中心喷嘴的装置。

5.根据权利要求4的分级燃料燃烧器，还包括用于供应空气到所述分级喷嘴的装置，由此所述分级喷射包括燃料和空气。

6.根据权利要求4的分级燃料燃烧器，其中所述燃烧器还包括用于供应燃料到所述中心喷嘴的装置。

7.根据权利要求4的分级燃料燃烧器，其中所述燃烧器还包括用于提供燃烧产物到所述中心喷嘴的装置。

8.根据权利要求1的分级燃料燃烧器，其中每个孔口包括各自的出口平面，并且其中平行于所述中心纵轴的所述分级喷射的矢量分量的动量总和与沿着所述中心纵轴的中心喷射的动量的比率，是以下公式定义的比率(MR)：

MR = \frac{Σ {\overset{\cdot}{m}}_{s, i} V_{i} \cos θ_{i}}{\overset{\cdot}{m_{c}} V_{c}}

其中是经识别的喷射的质量流量，V是在喷射喷出的孔口出口平面的经识别的喷射速度，θ是中心纵轴和所述分级喷嘴的各自纵轴之间的夹角，并且下标s、c、i代表分级、中心和第i个分级喷嘴的号码。

9.根据权利要求1的分级燃料燃烧器，其中所述分级喷射的所述各自纵轴平行于所述中心纵轴延伸。

10.根据权利要求1的分级燃料燃烧器，其中所述分级喷射的至少一个的所述纵轴相对于所述中心纵轴以向外扩散的角度延伸。

11.根据权利要求10的分级燃料燃烧器，其中所有所述分级喷射的所述纵轴相对于所述中心纵轴以向外扩散的角度延伸。

12.根据权利要求1的分级燃料燃烧器，其中所述分级喷射的至少一个的所述纵轴相对于所述中心纵轴以向内、汇集的角度延伸。

13.根据权利要求10的分级燃料燃烧器，其中所有所述分级喷射的所述纵轴相对于所述中心纵轴以向内、汇集的角度延伸。

14.根据权利要求1的分级燃料燃烧器，其中所述分级燃烧器的所述孔口具有共同的出口平面。

15.根据权利要求14的分级燃料燃烧器，其中所述中心喷嘴的所述孔口具有设置在所述分级燃烧器的所述共同出口平面前方的出口平面。

16.根据权利要求14的分级燃料燃烧器，其中所述中心喷嘴的所述孔口具有设置在所述分级燃烧器的所述共同出口平面后方的出口平面。

17.根据权利要求14的分级燃料燃烧器，其中所述中心喷嘴的所述孔口具有与所述分级燃烧器的所述共同出口平面共面的出口平面。

18.根据权利要求1的分级燃料燃烧器，其中所述分级喷嘴的所述孔口具有相同的尺寸和形状。

19.根据权利要求1的分级燃料燃烧器，其中所述分级喷嘴的所述孔口具有不同的尺寸和/或形状。

20.一种在炉中形成燃烧燃料的类似活塞流的方法，包括：

(A)提供包括中心喷嘴和围绕所述中心喷嘴的多个分级喷嘴的分级燃烧器，所述中心喷嘴具有孔口，所述孔口设置用于产生沿着中心纵轴引导的包括空气的喷射，所述分级喷嘴围绕所述中心喷嘴，每个所述分级喷嘴具有至少一个孔口，并且设置用于产生包括燃料的分级喷射，每个所述分级喷射被沿着各自的纵轴引导，并且在平行于所述中心纵轴方向具有矢量分量，

(B)提供包括空气的流体到所述中心喷嘴，由此所述中心喷嘴产生沿着所述中心纵轴引导的包括空气的喷射，和

(C)提供包括燃料的流体到所述分级喷嘴，由此所述分级喷嘴产生包括燃料的沿着所述各自的纵轴的各分级喷射，由此平行于所述中心纵轴的所述分级喷射的所述矢量分量的动量总和，大约是沿着所述中心纵轴的中心喷射的动量的50％到150％。

21.根据权利要求20的方法，其中平行于所述中心纵轴的所述分级喷射的所述矢量分量的所述动量总和，大约是沿着所述中心纵轴的中心喷射的动量的80％到100％。

22.根据权利要求21的方法，其中平行于所述中心纵轴的所述分级喷射的所述矢量分量的所述动量总和，大约是沿着所述中心纵轴的中心喷射动量的80％。

23.根据权利要求20的方法，还包括供应空气到所述分级喷嘴，由此所述分级喷射包括燃料和空气。

24.根据权利要求20的方法，其中还包括供应燃料到所述中心喷嘴，由此所述中心喷射包括空气和燃料。

25.根据权利要求20的方法，还包括提供燃烧产物到所述中心喷嘴，由此所述中心喷射包括空气和燃烧产物。

26.根据权利要求20的方法，其中每个孔口包括各自的出口平面，并且其中平行于所述中心纵轴的所述分级喷射的矢量分量的动量总和与沿着所述中心纵轴的所述中心喷射的动量的比率，是以下公式定义的比率(MR)：

MR = \frac{Σ {\overset{\cdot}{m}}_{s, i} V_{i} \cos θ_{i}}{\overset{\cdot}{m_{c}} V_{c}}

其中

是经识别的喷射的质量流量，V是在喷射喷出的孔口出口平面的经识别的喷射速度，θ是中心纵轴和所述分级喷嘴的各自纵轴之间的夹角，并且下标s、c、i代表分级、中心和第i个分级喷嘴的号码。