CN101297160B - 利用燃烧器进行无支持的贫燃气燃烧的方法和设备及相应燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用至少一个燃烧器进行贫燃气燃烧的方法，该燃烧器包括在中心轴(x)上的燃烧嘴，所述方法包括创建燃气与绕中心轴旋转助燃空气的混合。该方法的特征在于包括下列步骤：在燃烧嘴前喷射包括预混合空气和燃气的混合气的不可燃的预混合气流以及补充气流，以实现燃烧嘴前的混合物的不可燃阈值，该气流通过中心补充气流在预混合气流的中心喷射以及/或者经由周缘补充气流围绕预混合气流喷射。本发明还涉及用于执行该方法的燃烧器以及使用该燃烧器的燃烧设备。

Description

利用燃烧器进行无支持的贫燃气燃烧的方法和设备及相应燃烧器

技术领域

本发明涉及用于利用燃烧器实现无辅助火焰支持的贫燃气燃烧的方法，该燃烧器包括处于中心轴上的燃烧嘴，其中在燃烧嘴前创建燃气与绕中心轴旋转的助燃空气的混合。

本发明还涉及一种燃烧器结构，尤其是用于实施本方法的高功率燃烧器，以及使用本燃烧器的燃气燃烧设备。

背景技术

本发明特别应用于下列不同设备：

-利用极弱热能燃气、回收的燃气(高炉燃气......)、天然气和沼气、各种来源燃气的锅炉；

-贫燃气、残余燃气和天然气的燃烧塔和燃烧台；

-各种材料和产品的炉子、烘箱和干燥箱；

-各种方式的残余泥浆炉和干燥处理装置；

-挥发性有机合成物“COV”的燃烧设备。这些合成物来自于各种方式的干燥或焙烧；这些合成物常常是溶剂或油的蒸气，并且在中性媒介气体或空气中的浓度很低(百分之几到百万分之几或微量)。它们可能被专用滤清器阻挡或被热通路破坏。低的浓度使之不能直接燃烧，并且携带它们的空气的量极大地扰乱了传统燃烧器内的燃烧。

所有低于3000Kcal/m³的低热能燃气(PCI)的贫燃气，特别是所有PCI低于1000Kcal的极贫燃气都特别涉及本发明的目标。

然而，本发明燃烧器仍可使用较富燃气或带有支持燃气。

贫燃气或残气燃烧器一般包括通向燃烧器喷嘴的不同可燃流体供应导管，这些导管特别构造成同轴的形式，以便实现一个或多个与燃烧器轴线对中的燃料环。

这些可燃流体一般被分配到助燃空气流中或助燃空气流周围。

上述布置的目的是实现空气/可燃气的充分混合，使燃烧能够定位并稳定在燃烧器的喷嘴处。

对于包含多个燃烧器(＞4个燃烧器)的高功率锅炉(＞100MW)来说，一般是将助燃空气从一共同的箱体分配到不同燃烧器，并通过利用换向机构和连杆偏压外部的可调叶片组来使助燃空气旋转。

助燃空气一般以单股或甚至双股气流的形式被带到燃烧器的喷嘴(后面称为燃烧)。

这些燃烧器一般包括圆周分布的富燃气分配管和扰动空气流旋转的附属管(燃烧器点火器管、火焰控制管......)。

大部分贫燃气或残气燃烧器都是结构复杂的、需要不时地校准和调整、使用条件恶劣，并且会因燃烧的不稳定性、设备意外停机产生火焰不稳而引起重大事故。

这些燃烧器需要将燃料以及尤其是将助燃空气加热到较高的温度(250-350℃)以改善燃烧，这意味着需要适应性更好的材料和成本的增加。

贫燃气一般极难燃烧，因为其主要成份为中性气体，而且所占体积很大而压力很低。

很难将贫燃气与助燃空气混合而得到能够起作用的适当体积比例，这就极大地约束了燃烧，并且不利于所产生火焰的稳定性和火焰结构。

所产生火焰的不稳定性在炉内造成很大的压力变化，这将引起锅炉构件或相关设备的振动。

同时，燃烧器总是需要占燃烧器总功率的10-20％的支持火焰，以用于确保主火焰的稳定性并保证设备的安全性。运行规范EN746-2强制要求在燃烧器内设置支持火焰系统。

这些支持火焰通过富燃气(天然气、液化石油气(CPL)：丁烷和丙烷)获得。

这种要求不仅使燃烧器的复杂性增加，而且考虑到富燃气的价格，还不可避免地导致很高的使用成本。

这种燃烧器常常需要利用大量的额外空气，以便所有可燃成份都能与氧接触而完全燃烧并确保燃烧物的质量，这就大大降低了生产率、增加了富燃气的消耗并因此而增加了使用成本，还不可避免地加重了环境污染的程度。

发明内容

本发明的目的是消除上述缺陷。

本发明特别涉及一种燃烧器设计，该燃烧器允许：

-尽可能地取消富燃气助燃；

-取消对助燃空气或燃气的加热；

-减少废气中氧气的含量；

-消除振动；

-减少空气和废气鼓风机的耗电量。

本方法重要的基本原理是最大限度地分散需要进入燃烧的空气量，并将其尽可能早和尽可能深入地掺入到燃气流中(或反之将燃气流掺入到空气中)，通过高速喷射的碰撞而改善混合、创建湍流并使混合气以最高速旋转，以减少混合气的轴向速度并确保燃烧的密集性和持续性。

为减少火焰的轴向速度而增加火焰的表面积，通过叶片和燃烧器出口周围所携带的助燃空气支流的特殊流动使贫燃气处于旋转状态。

贫燃气体积很大，燃气内的可燃成份很难与助燃空气中的氧充分混合。为克服这个难点，本发明的特点在于打散助燃空气并将其逐渐掺入到贫燃气流的取出量中。

因此本方法包括优选在燃烧器体部内实现空气-燃气的预混合(在可燃极限值外)，并且只是将混合的一部分和另一部分补充空气带入到燃烧器端部，通过极高速(超过80m/s)的倾斜喷射将燃气卷入“夹层结构”。

被带到燃烧器的喷嘴的助燃空气处于高速特别流动：

-中心空气以旋转和发散状态喷射，以穿入到贫燃气中；

-周缘(外围)空气向中心聚拢并强制性旋转。

这两个空气流在设备转速很低或停机时，都各有防止可能出现的“火焰收缩”的作用。

为此，本发明提出一种借助于至少一个燃烧器实现贫燃气燃烧的方法，该燃烧器包括处于中心轴上的燃烧嘴或燃烧头，在该方法中，形成燃气与绕中心轴旋转的助燃空气的混合。

该方法的特征在于它包括下列步骤，该步骤在燃烧头前喷射：

-不可燃的预混合气流，它包括预混合空气和燃气的混合气，

-补充气流，以使燃烧嘴前的混合气达到可燃极限值，通过中心补充气流的倾斜向预混合气流的中心喷射补充气流，和/或通过周缘补充气流的倾斜围绕预混合气流喷射补充气流。

根据本方法的具体实施例：

-补充气流是空气流；

-通过将预混合空气掺入(混入)到燃气中得到预混合气流；

-在与燃烧器相连的箱体内进行的掺入；

-掺入是在燃烧器的燃气入口处实施的，该掺入通过将预混合空气喷注到燃气中以带动预混合区的燃气实现，通过激起喷注的涡流实现预混合，以及使预混合气绕中心轴转动而将其全部引导到燃烧嘴方向；

-燃气与助燃空气的混合是通过将分流的、一定量的一种气体通过多方向的多个喷射而掺入到另一种气体中实现的。

根据本方法的其它具体实施例：

a)以旋转的状态在燃烧嘴前喷射中心补充空气流，并使之以发散状流动穿入预混合气流，

b)以会聚流动和强制螺旋转动的状态喷射周缘补充空气流。

本发明还涉及一种用于贫燃气的燃烧器，它包括位于中心轴上的燃烧嘴以及绕中心轴转动的助燃空气与燃气的混合气的供应装置，该燃烧器的特别显著之处在于，它既没有混合室也没有燃烧室。

本燃烧器的主要特征在于该燃烧器构造成向燃烧嘴前喷射：

-不可燃的预混合气流，它包括预混合空气和燃气的混合气，

-补充气流，以使燃烧嘴前的混合气达到可燃极限值，通过中心补充气流的倾斜向预混合气流的中心喷射补充气流，和/或通过周缘补充气流的倾斜围绕预混合气流喷射补充气流。

根据一种具体实施形式，燃烧器构造成将空气流至少分出预混合空气流和补充空气流，该补充空气流至少包括中心补充空气流和/或周缘补充空气流。

本发明还涉及使用本方法或包括至少一个符合本发明的燃烧器的燃气燃烧设备。

根据一种有利特征，该设备使用或包括至少两个燃烧器，这些燃烧器构造成相接合以在燃烧嘴前形成整体沿共同方向转动的混合气流。

附图说明

下面将结合附图通过以非限定性形式给出的描述来说明本发明的其它特征和更多优点，在附图中：

-图1示出设有一符合本发明的实施例的燃烧器的贫燃气燃烧设备；

-图2示出沿图1中A-A轴线的剖视图；

-图3示出沿图1中B向的燃烧器后部；

-图4示出沿图2中C-C剖面的梁的局部视图；

-图5示出沿图4中D-D剖面的局部底视图；

-图6示出图1燃烧器的箱体7的单体视图；

-图7、8、9分别示出图6中的不同视图：沿E-E的剖视图、沿F向右的视图和沿G向左的视图；

-图10、11和11A分别示出图1中燃烧器的中心管13的单体视图、沿H向左的视图和向右的视图；

-图12示出图1中的中心杆50的单体主视图；

-图13示出中心杆燃烧锥的变型实施例的视图；

-图14示出图9中的细部I；

-图15、16分别示出沿图14中的L-L和K-K的剖面。

具体实施方式

图1中示出利用燃烧器2进行贫燃气燃烧的设备1，该燃烧器布置在由三个隔板3、4、5所分隔的四个主要部分ZA、ZB、ZC、ZD之间。

这些部分分别代表实施燃烧的炉区ZA、与可燃贫燃气连通的容纳区ZB、与助燃空气连通的容纳区ZC、供人员接近该设备的外部区ZD。

该设备例如为其中燃烧高炉燃气的40吨/小时的过热蒸汽生产设备，在环境温度下，(湿度＝2.5％，H₂O的体积)供气压力为低压(＜300mm CE相对压力)，干燥燃气中的平均成份为：N₂＝58％、H₂＝1.7％、CO₂＝20.3％、CO＝20％(PCI＝660Kcal/m3n)。在其废气中，前部燃烧产物含有小于50ppm的CO以及小于1％的氧。

在混合气中，当燃气占35％至73％时就达到可燃。

燃烧器包括通向炉区A的燃烧嘴6，该燃烧嘴定中心在该区的中心轴X上，中心轴是燃烧器的主轴，燃烧器为绕主轴的回转体形状。

燃烧器还包括燃烧嘴的供气装置，所述供气装置适于喷射围绕燃烧嘴中心轴旋转的空气和燃气流。

这个构成燃烧器前端的燃烧嘴用于在前面或其上-图中的左侧-接纳围绕中心轴旋转的燃气和助燃空气流，其中旋转由燃烧嘴的供气装置形成，这将在后面说明。

燃烧器还包括与燃烧嘴相连并位于该燃烧嘴上游(相对于气流的流动方向)的中心箱体7，该中心箱体布置在隔板3和4之间的区域ZB中，并具有至少一个通向该区域ZB的孔口8。

区域ZC中设有与箱体7相连的燃烧器后端部7B，该后端部处在箱体的上游并具有至少一个通向区域ZC的至少一个助燃空气进气口的通路。

本例中的空气供应优选完全通过燃烧器后表面实现，以具有多个优点：

-保证总体密封性，

-便于对预混合空气进行控制，

-能够将燃烧器安装到空气箱体，

-根据实际应用，能够实现不同助燃空气的分别供气。

区域ZD通有不同的导管，它们在炉子和外部之间延伸并穿过燃烧器，在这些导管中可以看到富燃气引入管、火焰控制管、点火管或其它管或者本领域技术人员已知的装置(未示出)。

根据本发明的实施例，该方法可包括第一阶段，在该第一阶段中，将用于助燃的空气流分成至少一个预混合空气流和一补充空气流。补充空气流由至少一个中心空气流和/或一周缘空气流构成。

在所示示例中，同时使用了中心气流和周缘气流，以用于通过空气在燃烧器后部的不同引入或者空气在燃烧器内的不同行进来实现更好的效率、使用灵活性和气流分化。

因此，在所示的实施例中，燃烧器构造成用于将来自区域ZC的空气分散成多个气流。燃烧器的后端包含多个进气口或通道：用于接纳中心空气流进入的中心通道9、用于接纳周缘空气进入的周缘通道10和用于接纳预混合空气进入的主通道10A。可能还要加上后面提到的其它通道。

在一种变型实施例中，这个气流划分阶段可通过其它方式实现，例如通过燃烧器外部的外导管进行，每个空气流都能由这些独立外导管引入。

在本实施例的第二阶段，向燃烧嘴的前面喷射绕中心轴转动的预混合气流，该预混合气流包含预混合空气与燃气的混合气，该预混合气流不可燃，因为它是按超出可燃范围的比例例如以可燃极限值以外的比值混合的。事实上，在本例中，将贫燃气的比例(在燃气+空气的混合气中的比例)从100％改变到80-85％，而可燃极限值范围是燃气在混合气中的比例为30-73％。

这意味着预混合气以及使其旋转要预先实施，如下所述。

为了改善燃烧并确保火焰良好，尽可能充分和尽可能早地实施预混合是十分有利和重要的。

在本例中，为了该第二阶段，燃烧器构造成预先在燃烧器内部实施预混合，即在所述箱体7的预混合区域16内进行。

燃烧器还构造成使预混合气流旋转。在所示出的示例中，该旋转还优选在燃烧嘴上游处在箱体中实施。

因此，预混合空气的通道10A通向所述的还与燃气进气口8连通的箱体中，从而二者在箱体内借助后面将要说明的混合装置11进行预混合。

不过，在一种变型中，预混合也可预先在燃烧器外部进行，例如在为此准备的封闭件中进行，以从中获得高于可燃率的混合比例。

对于本例中所涉及的燃气，在可燃极限处以高于5-20％的比例混合，其具有不充分的空气比例(比例为燃气占混合气的78-95％)。

为安全和高效起见，优选采用小于待供应空气总量的10-20％的比例。

在一种变型中，对于某些应用，可利用本方法实现其中不足燃气占混合气的5-20％或为其它比例的预混合，以用于天然气或COV燃烧的特定应用场合。

在实施例的第三阶段，通过中心补充空气流的倾斜向预混合气流的中心喷射补充气流，以及/或者通过周缘补充空气流的倾斜围绕预混合气流喷射补充气流，以便在燃烧嘴处达到可燃极限值。

在本例中，补充气流同时喷射到中心和周围，以达到更佳的最终混合。

因此，燃烧器构造成用于使预混合气流在箱体前端的中心导管13和周缘14之间形成环冠12的形式。

根据本方法的一种实施例，该预混合气流是通过将预混合空气与燃气相结合而得到的。

实际上，通常残留的贫燃气的分布压力极低而占有的体积很大，通过机械驱动的作用使这类燃气易于流动是非常重要的。

为此，燃烧器包括前面提到过的混合装置11，以将空气喷注到燃气中。

该混合是在箱体封闭区内直接实现的，该箱体带有界定在中心导管13和箱体内壁31之间的预混合空间16(图2)。

根据一种实施方式，混合是通过将预混合空气向燃烧器内的燃气进气口喷注来实施的，从而：

-将燃气携带到预混合区16中，

-通过由喷注引起的湍流来实现预混合，

-并通过激起预混合气流围绕中心轴旋转，而将其完全引导到燃烧嘴方向。

因此，燃烧器包括喷注装置，该喷注装置包括布置在混合装置1内的强力定向量孔或管道17，所述管道和量孔的指向固定，朝向与孔口8同高的预混合空间16。

位于孔口8附近和周围的燃气由导管出口的气流喷射而产生的压降所携带，沿喷射的方向流动，并通过喷射的湍流而进行混合。同时在预混合空间内沿气流喷射方向，激起该高度处的混合气流的旋转运动。

所述喷注装置优选具有稳定的转速。

混合装置还可优选包括预混合空气的二级喷注装置。所述喷注装置设置成能实现平行于中心轴的空气的混入，并将预混合气流引导向燃烧嘴。

这些喷注装置优选根据使用功率的程度而提高转速。

如所示出的示例，二级喷注装置可由围绕燃烧器的后端壁23上的开口22的管21构成(图3、10、11)。这些管优选长度不同，至于数量，在本例中为五个。它们与进气口或开口22隔开地分布在预混合空间内，所述进气口或开口布置在壁23上或燃烧器的后面。

开口22优选通过阀(未示出)封闭，该阀由单向弹簧或电控装置控制。

阀可布置在带管道或不带管道的开口上。所述管道一方面防止各流互相干扰，另一方面可借助其气流分配的保障而将空气带到不同位置。

该开口具有限定的尺寸，以避免大量气体处于可燃极限内，并限制可能损坏燃烧器的燃烧状态。

在变型中，还可将燃气混入到空气中，例如通过调换不同的进气口以及通过调节各自的流量来进行混合。这种变型特别适用于大量空气的再加热(干燥应用)或COV燃烧器。

在这种情况下，预混合燃气将取代预混合空气，而预混合气流将变化，例如，中心气流和周缘气流可能涉及的是燃气而不是助燃空气。

根据一实施例，中心补充空气流在燃烧嘴前方旋转并发散流动地喷射出，以穿入到汇聚流动并强制螺旋转动地喷射的预混合气流和周缘补充空气流中。

因此，本例中的燃烧器构造成具有一位于中心导管13的出口处的锥形导流板18，并且设置在导管内的叶片19使中心气流旋转。也可采用其它等效装置，例如方向标定开口或壁上的定向孔口。

优选中心空气流是发散的，其相对于燃烧器轴线成60-180°或者30-90°的角。

因此这种喷射产生允许空气更好地穿入预混合气的效果，以便更好地补充空气缺乏的量。

本例中的中心空气流已预先穿过导管13的内管道中的进气口9进入到中心杆51周围的环形区域中。

这时，该中心空气能够具有另一个作用，下面对此说明，这就是当使用富燃气时，尤其是当启动时或贫燃气不足时，向中心气流喷射的底部供给富燃气，富燃气将呈花冠状分布在中心空气周围。

至于周缘补充空气，燃烧器构造成带有喷注管20a、20b，所述喷注管分布在端部环冠14或箱体前表面26a上。这些喷注管定向成与围绕中心轴的中心圆相切并朝向前方。螺旋式转动通过这些喷注管的双向倾斜管实现。

周缘空气包围贫燃气流并且增强旋转。该气流高速分散并且使混合最优化。

所述管20a、20b由位于箱体前面的箱体双壁(隔板)上的周缘预喷射区域30供气，而该区域择由布置在箱体后端26b附近的进气装置10A供气。

下面参照相关附图说明燃烧器的子部件，即箱体、中心管和中心杆。

燃烧器箱体：

参见图6至图9，箱体7整体为回转体形并且包括：

-形成外壁24和内壁25的周向双壁；

-前端部或表面26a，它形成包括周缘喷注装置20a、20b的环冠14；

-后端部或表面7B，它包括至少用于周缘和预混合气流的不同进气口或供气口10、10A；

-由所述双壁限定的空气循环区域27，以允许两个端部26a和26b连通；

-位于周向双壁上的进气孔口8，所述孔口用于预混合区箱体内的内部区域16与外部之间的接通；

-形式为凹形(中空)梁的导管11，其位于双壁的厚度内，这些导管在孔口8之间、空气流接收区10A或布置在后端部7B的进气口与前端部的周缘空气预喷射区域30之间延伸；

-设置在导管11内的预混合空气喷注管道17。这些管道构造成可实现预混合空气的持续一级喷注；这些导管和管道形成前述混入装置的一部分。

这些管道是布置在环冠上的排气孔，其作用之一是关闭箱体双壁的前端；双壁的后端是由壁23B封闭的。

这些排气孔与双壁内的预喷射区域30相通，并穿过箱体内壁通向外部；这些管道布置在环冠上，相对于箱体的径向轴R偏移，并相对于与箱体垂直的平面向前倾斜。

这些管道交替地以不同方式偏移和倾斜。(倾斜的)角度具体对应于燃烧器的功率，对于燃烧器的其它尺寸就必须更改。确定这些角度以用于使连续开口的射流不会互相干涉，并且即不会喷射到管13的端部，又不会妨碍所有气流从固定在13和56之间的燃气环冠中流出，也不会妨碍中间补充空气的发散。发散锥角应几乎与聚拢的周缘补充喷射完全“吻合”，其中聚拢角是完全合拢的(此时为15°)。随后的开口的角度更张开一些，以便持续喷射到更远的由前述开口形成的旋转气流中。

一级组管20a可向前倾斜5°到45°(在本实施例中优选15°)，并与径向轴线R的夹角为30°到65°(本例中优选44°)，而二级组管20b向前倾斜25°到65°(本例中优选45°)，并与径向轴线的夹角为30°到70°(本例中优选53°)。

箱体也可包括在预喷射腔30的高度处布置在内壁25上的开口55。这些开口允许对出自喷射腔30的叶片装置37供气，以改善叶片之间的空气/贫燃气的混合。

中心管：

参见图10和11，用于在中心轴上居中安装的中心管13的长度设计成使其在箱体两端之间沿纵向延伸并使两端连通。

该中心管包括：

-外表面35，用于与箱体双壁的内壁25或内表面31和一内表面52一起限定预混合区域；

-设置在管后部的箱体固定和空气或燃气容纳装置36；

-设置在管前部的一级叶片装置37；所述叶片37在管的外壁35和箱体内壁25或内表面31之间的预混合气流动区域内延伸；这些叶片成型为使预混合气流在向箱体出口流动时旋转；箱体和管之间的区域形成环冠形导管38(图1)，以用于输送预混合空气流；

-形成中心管的径向阻挡的壁23，该壁将预混合区域与使箱体连通到空气的中心管后部分隔开。

中心杆：

参见图12，中心杆51用于布置在中心管13内并定中心在中心轴上。

燃烧器还包括设置在中心管内并靠近中心管前部的二级叶片装置19。

在本例中这些叶片固定在穿过中心管的中心杆51上；这些叶片从杆50的表面一直伸展到中心管的内壁52。

燃烧器还可包括一形成导流器的“燃烧锥”18，它位于中心管的下游并与中心管隔开，以便实现中心气流的发散流出。在所示示例中，该燃烧锥布置在轴向杆51的前端。

燃气根据由一组校准开口54限定的分散角被喷射到该杆的端部，所述校准开口设置在围绕锥形导流器18的环冠上，该导流器使得燃气可喷射到最大圆周上，以使富燃气的有效喷射达到最接近中心助燃空气处，并最大程度地推动与贫燃气流的碰撞。

优选地，为实现更好的结果，锥形导流器可为包括周向齿52的导流器18b，该导流器具有通向中心杆的导管内的中心开口53。

燃烧器的尺寸以通常的方式设计成用于在正常运行状态下接纳以超过100m/s的极高速度喷射的补充气流喷射，而预混合气流是以40-80m/s的速度喷射的。

在变型实施例中，如有必要，燃烧器可包括富燃气的供应。在本例中，富燃气在中心管周缘的压力作用下直接进入到预混合区。

对于极高功率(高于20兆瓦)的燃烧器来说，优选将富燃气分配到中心管的周围，以便与预混合气进行紧密混合。

为实现这一结果，中心管可包括：

-接收和分配围绕多个开口的燃气的环形箱体36，所述开口穿过形成中心管圆周阻挡的后壁23；

-管部分56，它设置在局部围绕中心管的双壁处，以便将气流输送进入预混合室，直至基本到达该室的中心；

-通过肩部连接箱体双壁以便收集富燃气的锥体57；

-附加地，放置在双壁端部一定距离处的环形导流器58，以使富燃气发散并有利于与空气混合；

-作为上述导流器的替换或补充，一组穿过中心管的校准开口59，它们环形地布置在导流器58的上游，以便允许中心补充空气流喷射到富燃气流中，并因此协助其发散。

根据一变型实施例，箱体36可与富燃气供给管(开口10A2是封闭的)或与另一包围箱体36的箱体36B(未示出)相通，并与一供给管相通。这些校准开口按一定发散角布置在与前端的两个管13和56B相关的圆环上。

如有必要，管部分56(双壁)可延伸到中心管13端部，从而形成中心双壁56B，以便将富燃气围绕中心空气直接喷射到燃烧嘴。

相反，对于低功率(例如低于20兆瓦)的燃烧器来说，富燃气总是在压力的作用下但在中心杆内移动。富燃气沿预定的分散角通过设置在特定装置(带有周向齿的导流器52)周围圆环处的一组校准开口53喷射，该特定装置使燃气可喷射到最大圆环处，以使富燃气的有效喷射达到最接近中心助燃空气处，并最大程度地推动与贫燃气流的碰撞。

以上这些配置可得到稳定、结构不变且表面最大(炉内热传递最佳)的火焰。因此，富燃气供给到助燃空气中，这时其主要成份中有可燃物成份/比例：单一燃气以及纯燃气或混合燃气。

燃烧器为通过焊接加工的模制件，从而使设计、适应性、结构、安装和保养都能最大限度地达到灵活性和易于实现，需要注意的是：

-助燃空气可能很热或不太热，

-为并列安装多个燃烧器，气流的转动方向应相互衔接才不会扰乱炉内的燃烧和流动，

-要能够使现有燃烧器容易更换，

-富燃物质的燃烧品质可能会不同。

现在将就一种燃烧器运行模式对不同气流的可能流动进行描述。

可通过点火器的燃烧器导管60(图1)使燃烧器的喷嘴前产生点燃的火焰。然后，通过泵(未示出)形成连续的空气循环，将助燃空气送到燃烧器后部，在空气供给箱ZC处建立气压。

助燃空气的一个分支透过箱体的双壁27(图6)，穿过例如为矩形并且布置在环形壁23B上的进气口10，所述环形壁从后部封闭该双壁；而另一分支直接穿透相对的箱体，流向管20a、20b。

这个分支的一部分进入到梁11(图8)，而另一部分则经由所谓拐折箱体的局部双壁直接供应到周缘空气预喷射室30(图7)，拐折箱体不是直通的，在径向壁32和33之间的夹角约为90°。

这些梁是在压力下安装的，而且助燃空气沿以中心轴为圆心的中心圆切线方向流出(图7)该管，并流向转动安装的一级叶片装置。

燃气可在较低压力(一般低于200mm CE)作用下横向返回到箱体内，这是空气喷射到梁11之间开口8高度时的驱动作用；湍流在箱体的预混合区域16实施预混合或搅拌，特别是经拐折壁31的拐折而进入叶片装置(图7)。

因为这些梁还通向周缘空气预喷射室30，它们起到将空气导入预喷射室的作用，甚至比拐折双壁或导管24、25导入的空气还多。

助燃空气还穿过中心管13的入口9(图10、11)，并在流经二级叶片装置19(图2)的叶片之间的空间以便旋转之后，直接流向燃烧嘴6的高度。这部分空气重新从燃烧嘴前方出来，以便经位于燃烧嘴前面的锥形导流器18而发散。

在此期间，周缘空气从室30喷出(图9、14-16)，形成两个旋涡，经过环形管20a、20b喷射到燃烧嘴前面。

预混合气在到达燃烧器前的出口时是以环形旋涡状喷出的，这是由中心气流和周缘气流这两个气流的深入穿过时的绕动和搅拌而形成。

不同气流的转动方向可与预混合气流的转动方向相反，但优选所述方向相同。

如有必要，补充空气流可通过管21或布置在环形壁23上的阀(图10、11)返回预混合室，以到达中心管阻挡处并增加混合气中的空气。

空气也可通过开口10A2从箱体后部36出来，并增加预混合气中的空气。

如有必要(图6)，空气可脱离箱体，从预混合室30出来，穿过布置在箱体内壁中的开口55，然后以幅射状进入叶片装置37的叶片之间。这可改善燃气与空气的混合。

当设备的燃烧室内使用多个并列放置的燃烧器时，应该注意不同旋涡的互相衔接。在这种情况下，不同管子和叶片的方向应匹配。例如，在两个燃烧器之间，外围旋涡应该方向相反。

因此，本发明具有下列优点：

-火焰稳定而持久，完全消除了燃烧不稳定时管的振动；

-不需要进行任何调整；

-助燃空气的分流可超过两个，甚至超过三个支流；

-在贫燃气缺乏的情况下，既不需要辅助燃料来补偿混合气的不一致性和燃气的贫乏度，也不需要有关富燃料经济性要求的装置和设备；

-能够以纯净和单一的富燃气正常运行；

-取消了燃气或助燃空气的加热，这是指在冷燃气和冷空气时燃烧器正确燃烧极稀薄燃气PCI(＜750Kacl/m³)的能力而引起的加热；通常，20兆瓦燃烧器的助燃空气可加热到200℃；

-极好燃烧时所生成废气中氧含量的减少得益于最佳的空燃混合。废气中氧含量已从2％降低到0.6-1％；

-火焰温度增加了60-80℃，引起炉内热传递的极大增加(+15％)；如果能够持续再加热，锅炉的生产能力取决于所进行的改进；

-废气损耗大大减少(在恒定温度)，因为在同样空气系数比值时废气体积小，为10-15％。锅炉功率提高至少一个百分点。对于100MW(兆瓦)的锅炉来说，这就代表超过10000兆瓦小时/年的燃料；

-可测量出用于搅扰的空气和废气鼓风机耗电量减少，因为要搅扰的空气和废气体积大大减少，这还带来鼓风机型号尺寸和通风序列减小15-20％，并降低成本超过10％。

Claims (26)

1.利用至少一个燃烧器实现贫燃气燃烧的方法，所述燃烧器包括处于中心轴(x)上的燃烧嘴，在该方法中，创建包括用于预混合的空气和贫燃气的预混合气，该方法的特征在于，预混合气是不易燃的，该方法包括下列步骤，即，在燃烧嘴前：

-以形成预混合气流的方式喷射该预混合气，该预混合气流围绕中心轴旋转，

-喷射补充气流，以便在燃烧嘴前形成达到可燃极限值的混合气，该补充气流是作为中心补充气流向该预混合气流的中心喷射的，以及/或者是作为周缘补充气流围绕该预混合气流喷射的。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，补充气流是空气流。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，通过将用于预混合的空气掺入到贫燃气中而得到预混合气流。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，在与燃烧器相连的箱体内进行掺入。

5.根据权利要求3的方法，其特征在于，通过喷注用于预混合的空气以使该用于预混合的空气的喷注带动预混合区域中的贫燃气而在燃烧器内的燃气入口(8)处实施所述掺入，通过引起喷注的涡流实现预混合，以及使预混合气绕中心轴转动而将其全部引导到燃烧嘴方向。

6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，以超过100m/s的极高速度喷射补充气流，以40-80m/s的速度喷射预混合气流。

7.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：

a)在燃烧嘴前旋转喷射中心补充空气流，并使之发散地流动以进入预混合流中，

b)以会聚式流动和强制的螺旋式转动喷射周缘补充空气流。

8.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过将分流的、一定量的一种气体通过多方向的多个喷射掺入到另一种气体中来实现贫燃气与助燃空气的混合。

9.用于贫燃气的燃烧器，该燃烧器包括位于中心轴上的燃烧嘴，其特征在于，该燃烧器包括用于创建含有用于预混合的空气和贫燃气的不易燃预混合气的装置，该燃烧器构造成在燃烧嘴(6)前：

-以形成预混合气流的方式喷射该不易燃预混合气，该预混合气流围绕中心轴旋转，

-喷射补充气流，以便在燃烧嘴前形成达到可燃极限值的混合气，该补充气流是作为中心补充空气流向预混合气流的中心喷射的，以及/或者是作为周缘补充空气流围绕预混合气流喷射的。

10.根据权利要求9的燃烧器，其特征在于，该燃烧器构造成将空气流分开成至少一个用于预混合的空气流和一补充空气流，该补充空气流包括至少一个中心补充空气流和/或一周缘补充空气流。

11.根据权利要求10的燃烧器，其特征在于，该燃烧器构造成在正常运行状态下接纳以超过100m/s的极高速度喷射的补充气流喷射，而预混合气流是以40-80m/s的速度喷射的。

12.根据权利要求9或10的燃烧器，其特征在于，该燃烧器构造成：

a)以在燃烧嘴前旋转并以发散流动的方式喷射中心补充空气流，以用于进入预混合气流中，

b)以会聚式流动并以强制螺旋式旋转的方式喷射周缘补充空气流。

13.根据权利要求9或10的燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括掺入装置(11、17、21)，以用于将用于预混合的空气掺入到贫燃气中，并获得预混合气流。

14.根据权利要求13的燃烧器，其特征在于，掺入装置包括喷注装置(17)，该喷注装置用于实施将用于预混合的空气喷注到燃烧嘴上游的预混合区域(16)中的一级持续喷注，该预混合区域用于与含有贫燃气的封闭区域(ZB)连通，实施所述喷注以带动预混合区域(16)中的贫燃气，通过引起喷注的涡流实现预混合，以及使预混合气绕中心轴(x)转动而将其全部引导到燃烧嘴(6)的方向。

15.根据权利要求14的燃烧器，其特征在于，掺入装置包括用于预混合的空气的二级喷注装置(21)，所述二级喷注装置设置成根据所使用的功率级别实现与中心轴平行的空气的逐渐掺入，以及沿燃烧嘴的方向引导预混合气流。

16.根据权利要求9或10的燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括柱形箱体(7)，该箱体具有：

-周向双壁(24、25)，构造成通向燃烧嘴上的周缘空气流的前端部(26a)，以及构造成至少接纳空气流的后端部(26b)，这两个端部之间至少通过由双壁界定的空气循环区域(27)的倾斜连通，

-周向双壁上的进气口(8)，所述进气口用于预混合区域的箱体内部区域(16)与含有贫燃气的封闭区域的外部(ZB)之间的接通，

-形式为凹形梁的导管(11)，所述导管位于双壁的厚度内，并在进气口(8)之间、在设置于后端(26b)的空气流接纳区域(10)与位于前端的周缘空气预喷射区域(30)之间延伸，所述导管包括用于预混合的空气的喷注管(17)，该喷注管构造成实现用于预混合的空气的一级持续喷注。

17.根据权利要求16的燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括中心管(13)，该中心管在柱形箱体(7)内定中心在中心轴(x)上，并在箱体的两个端部(26a、26b)之间延伸，该中心管包括：

-外表面(35)，其用于与箱体双壁的内壁(31)一起限定预混合区域(16)，

-设置在管子后部的箱体固定和空气或贫燃气接收装置(36)，

-设置在管子前部的一级叶片装置(37)，其中叶片成型为在预混合气流向箱体出口流动时使该预混合气流旋转，所述叶片在管子的外壁(35)和箱体内壁(31)之间的预混合气的流动区域内延伸。

18.根据权利要求17的燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括布置在中心管内并靠近中心管前部的二级叶片装置(19)，其中叶片固定在中心杆(51)上，并在该中心杆的表面(50)与中心管的内壁(52)之间延伸。

19.根据权利要求17的燃烧器，其特征在于，掺入装置包括用于预混合的空气的二级喷注装置(21)，所述二级喷注装置设置成根据所使用的功率级别实现与中心轴平行的空气的逐渐掺入，以及沿燃烧嘴的方向引导预混合气流；空气的二级喷注通过位于形式为中心管凸肩的壁(23)上的开口(22)实施，所述壁将预混合区域(16)分隔出与空气箱体(ZC)连通的中心管后部，所述开口由通过弹簧或操作指令操纵的阀封闭。

20.根据权利要求16的燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括形成在喷注管(20a、20b)中的排气孔，所述排气孔与双壁内的预喷射区域(30)相通，并经过箱体内壁(25)通向外部，所述喷注管设置在箱体前端的环冠上、相对于箱体的径向轴线(R)偏移并向前延伸。

21.根据权利要求20的燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括一级组管(20a)和二级组管(20b)，所述一级组管向前倾斜5°到45°，并与径向轴线(R)成30°到65°的角，所述二级组管向前倾斜25°到65°，并与径向轴线成30°到70°的角。

22.根据权利要求18的燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括形成锥形导流器(18)的“燃烧锥”，该锥形导流器位于中心管(13)的下游并与中心管隔开，以便实现中心空气流的发散流出。

23.根据权利要求22的燃烧器，其特征在于，该锥形导流器(18)设置在穿过中心管的轴向杆(51)的端部。

24.根据权利要求23的燃烧器，其特征在于，该锥形导流器(18)包括周向齿(52)和通向中心杆的导管内的中心开口(43)。

25.燃气的燃烧设备，其使用根据权利要求1至8之一的方法或包括至少一个根据权利要求9至24之一的燃烧器。

26.根据权利要求25的燃烧设备，其特征在于，该燃烧设备使用或包括至少两个燃烧器，所述燃烧器相接合以在燃烧嘴前形成整体沿共同方向旋转的混合气流。

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