CN101715529A - 辅助的flox-操作以及用于此的燃烧器 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的方法涉及对至少一个具有用于
Figure 200880016985.X_AB_0
-操作的第一燃料和空气供应装置(11)以及用于附加加热操作的第二燃料和空气供应装置(25)的燃烧器的操作。该燃烧器设有控制装置(14)，以便控制所述燃料和空气供应装置(11，25)，更确切地说，通过直接在燃烧器(1)之前的区域中的附加加热获得对于
Figure 200880016985.X_AB_0
-操作而言所需的温度。

Description

辅助的FLOX-操作以及用于此的燃烧器
技术领域
本发明涉及一种用于在回流的废气流中发生燃料-氧化以对容积尤其是在该容积的温度低于燃料的点燃温度的情况下进行加热的方法以及一种为此而设置的燃烧器。
背景技术
由EP 0 685 683 B1公开了借助燃料的无焰氧化来加热诸如炉膛或喷射管的内部空间之类的要被加热的容积。为了发生无焰氧化，在有关的容积中发生燃烧气体的强烈回流。预加热的空气和燃料被注入这些燃烧气体中。在此，在低于1500℃的反应温度下在热氮氧化物形成降低的情况下在较大的容积部分中进行均匀的热量释放。然而，其前提是在炉膛中具有足够的温度。为此，必须首先加热炉膛。根据EP 0 685 683 B1以及根据例如WO 2007/017056 A1，这是借助整合在燃烧器中的燃烧室进行的，燃料和燃烧空气都可以被引入该燃烧器。在燃烧器中，所形成的混合物被点燃。产生的热气体离开燃烧室并且到达要被加热的容积。此类燃烧器是为两种操作状态设置的：
1.在燃烧室中带有稳定火焰的燃烧，只要要被加热的容积中的温度低于所使用的燃料的点燃温度。
2.在要被加热的容积中在燃烧室的外部燃烧，一旦要被加热的容积的温度高于点燃温度。空气的高的排出推动力引起容积中燃烧气体的所期望的强烈回流，由此防止了高温和热的氮氧化物的形成。
存在如下应用场合，即要被加热的容积例如由于其容量的大小或特性仅可以或者应当被缓慢地加热。还可能出现因过程而引起所期望的最终温度相对较低的现象，例如低于燃料的点燃温度。
如果在这些情形中借助火焰来加热炉膛，则会产生局部(在火焰中和火焰旁)的高温，这会导致氮氧化物的形成。
发明内容
本发明的任务在于，即使在加热空间中的温度低于点燃温度的情况下也减少氮氧化物的形成。
该任务是用根据权利要求1的方法以及根据权利要求4的燃烧器来解决的：
为了执行根据本发明的方法，燃烧器具有用于
Figure G200880016985XD00021
-操作(FLOX是WS热技术有限责任公司的注册商标)的第一燃料和空气供应装置以及用于加热操作的第二燃料和空气供应装置。此外，属于该燃烧器的还有用于调节所提及的燃料和空气供应装置的控制装置。该控制装置是为维持辅助的-操作而布置的，第一燃料和空气供应装置以及第二燃料和空气供应装置在该
Figure G200880016985XD00023
-操作中都是有效的。任选的是，控制装置还可以被设计成用于
Figure G200880016985XD00024
-操作与加热操作之间的转换机构。
如果要被加热的容积的温度低于所使用的燃料的点燃温度，则可以使用根据本发明的辅助的
Figure G200880016985XD00025
-操作方式。因此，被维持在要被加热的容积中的回流不够热，从而不足以可靠地维持燃料的稳定的无焰氧化。缺乏的热能量从热源送出，该热源同时由第二燃料和空气供应装置供应。此热源例如是燃烧室，在该燃烧室中燃烧着稳定的火焰。此燃烧室的热废气作为射流进入容积并与要被加热的容积的较冷的回流气体混合。这产生(废)气流，在该(废)气流中尽管容积温度较低但仍可进行
Figure G200880016985XD00026
-操作。就燃烧室或者其他热源中由于可能存在的火焰而发生氮氧化物的形成而言，这仅涉及全部所使用的燃料流和空气流的一小部分，从而使得与对容积的完全由火焰支持的加热相比产生更少的氮氧化物。所述方法还适用于在其中不应当完全地在
Figure G200880016985XD00027
-操作与火焰操作之间进行转换的情形。由此，炉膛中的温度分布在-操作与火焰操作时可以接近。此外，可以例如通过用第一燃料对预加热源(燃烧室)的操作以及用另一种第二燃料对另一燃料供应装置的操作来实现多燃料操作。
优选的是，根据本发明的方法不仅包括所提及的辅助的
Figure G200880016985XD00029
-操作，而且还附加地包括加热操作，该加热操作发生在第一温度阈值以下并且例如是通过仅激活第二燃料和空气供应装置达成的。在此例如仅燃烧室在工作。
根据本发明的方法可附加包括的是，通过仅激活第二燃料和空气供应装置的方式在高于第二温度阈值的另一操作方式中使用纯
Figure G200880016985XD000210
-操作。
因此，根据本发明的燃烧器和根据本发明的方法尤其适用于针对那些在较低温度下发生的或经历长久加热阶段的过程产生热量。在此，尤其在加热或过渡阶段中降低了氮氧化物的排放。
所述方法和燃烧器不仅适用于气态燃料而且也适用于液态燃料并且在必要时还适用于颗粒燃料，例如通过空气或废气液化的固体燃料。
附图说明
从附图、说明书和权利要求中得到本发明的其他细节。在此，说明书限于本发明的重要方面以及其他事实情况。附图示出了其他细节并且是对说明书的补充。附图中：
图1在示意性的纵向截面图中示出了根据本发明的燃烧器，
图2示出了根据图1的燃烧器的前视图，
图3示出了燃烧器的另一种实施方式的前视图，以及
图4作为借助分别启用或激活两个空气和燃料供应装置11和25(下方的两个图示)的曲线图示出了根据图1的燃烧器的操作方式。
具体实施方式
图1中示出了燃烧器1，其用于对炉膛2或者诸如喷射管的内部空间之类的其他容积进行加热。炉膛2被具有开口4的炉壁3包围，燃烧器1被放入该开口4内。燃烧器1具有套管5，该套管5通过法兰6或者间接地通过其他装置被密封地固定在炉壁3上。套管5大致在炉壁3的内表面的高度处具有排气孔7，空气可通过该排气孔7流入炉膛2。连接端8用于供应相应的被套管5包围的空气供应管道，优选通过阀9或者其他调节机构来调节该连接端8。
与套管5同心地设置燃料供应管10，该燃料供应管10也可以被称为燃料喷枪。该燃料供应管的出口近似位于炉壁3的内表面的高度上或者在从其中燃料可作为射流引入炉膛2的相应位置处。套管5和中心的燃料供应管10构成第一燃料和空气供应装置11。燃料供应管10例如通过阀12或者其他合适的调节机构与燃料供应连接端13相连接。阀9、12与控制装置14相连接，该控制装置14因此控制第一燃料和空气供应装置11。控制装置14可以例如是基于微控制器的装置或者类似物。
在套管5内设有燃烧室15，燃料供应管10优选延伸通过该燃烧室15。燃烧室15的出口优选位于炉壁3的内表面的高度处。燃烧室15与套管5的排气孔7一起确定环形喷嘴16。然而，燃烧室15的出口17还可以朝着套管5的开口收缩。同样，燃料供应管10在其开放的末端处配备有喷嘴18，该喷嘴18也可以位于燃烧室15内，以便指引燃料射流通过燃烧室15及其出口17进入炉膛2。
优选的是，通过可被设置为例如与套管5同心的空气供应管19向燃烧室15供应燃烧空气。该空气供应管19还可由一个或更多个偏心的管子构成。空气供应管19通向被供应了优选未预加热的新鲜空气的连接端20。空气的流入可通过阀21或就其而言再次由控制装置14控制的其他调节机构来调节。作为替换方案，在阀21的位置处还可以设置节流板、节流阀、可手动调节的阀等等。在此情形中，即使在纯-操作时也总有一些空气流过燃烧室15，但这是可以容许的或者在许多情形中还是所期望的。
此外，通过燃料供应管22供应燃烧室15，该燃料供应管22例如通过阀23与燃料供应连接端24相连接。阀23优选与控制装置14相连接并由其控制。
空气供应管19和燃料供应管22构成由控制装置控制的、即受控地或受调节地工作的第二燃料和空气供应装置25。空气供应管19可通过炉膛2外部的法兰26气密地与套管5相连接并且通过另一法兰27与燃烧器头28密封地相连接并且因此被封闭。
优选的是，将具有由控制装置14控制的点火发生器30的点火电极29配设给燃烧室15。此外，可设置一个或多个例如通过炉壁3或者还通过燃烧器1延伸的温度探头，以检测炉膛2中的温度。在此，该温度探头尤其被如此设置，以使得其温度灵敏部分32检测炉膛2中回流33的温度。
不同于根据图1的燃烧器1，还可以在环形喷嘴16的位置处设置一系列例如单独的圆形排气孔16a、16b等。此外，可以在套管5的位置处设置换热器，该换热器例如在其外侧与从炉膛2导出的废气流相接触。这样的换热器-套管在其内侧及外侧都可以配备有凸起、翼片等等，以改善热交换。此外，可以从连接端8出发通过由轮圈压扁的换热器管即所谓的缝隙式管来引导供气，这些缝隙式管的外部被废气环绕流过并且它们的开口(例如开口16a、16b)将单独的但现在经预加热的新鲜空气射流引入炉膛2。
描述至此的燃烧器1的操作允许至少一种辅助的
Figure G200880016985XD00051
-操作方式，但是在本实施例中总共允许三种不同的操作方式，即a)预加热操作方式，b)辅助的
Figure G200880016985XD00052
-操作方式以及c)纯
Figure G200880016985XD00053
-操作方式。参照图4以便对此进行说明。在时刻t＝0时，假定在操作开始时的温度低于例如300℃的第一温度界限T1。控制装置14现在通过打开阀21、23并使阀9、12保持关闭的方式仅激活第二燃料和空气供应装置25。此外，在点火电极29处产生点火脉冲。现在，在燃烧器15中例如形成稳定火焰的情况下发生燃烧。此燃烧的热废气在出口17处离开并进入炉膛2。这些热废气对炉膛2加热一定的时间段。该操作方式在图4中被标记为针对时间区间t1的操作方式A。在此，炉膛2中的温度T迅速上升。在整个时间段t1期间，第一燃料和空气供应装置11是无效的，而仅第二燃料和空气供应装置25是有效的。
一旦达到第一温度阈值T1，就开始辅助的
Figure G200880016985XD00054
-操作B。为此，控制装置14开始激活第一燃料和空气供应装置11并使第二燃料和空气供应装置25无效，这可以通过对阀9、12、21、23的相应控制进行。如图4中所示，这可以在从0或100％开始的情况下连续地或者逐级地进行。在辅助的-操作方式B中，所供应的空气中的一部分以及所供应的燃料在燃烧室15中燃烧，以产生热的废气射流。其他部分通过环形喷嘴16和喷嘴18射入炉膛2。在此，优选借助所测得的回流33的温度来确定分配，以使得燃烧室15的热气体与回流33的相对较冷的气体的混合产生温度刚好超过点火温度T2的混合气体射流。因此，燃料的通过燃料喷枪或喷嘴18射入的部分由废气/空气射流携带，在该废气/空气射流中可以发生无焰氧化，尽管回流33的温度低于为发生该无焰氧化所需的界限T2。
如图4中借助用粗线绘制的曲线I和II所示，通过燃烧器15的热气体对无焰氧化的支持可随着温度T的升高而连续降低。作为替换方案，该过程可按一个或多个阶梯的方式进行转换，如图4中用虚线曲线III、IV所示的那样，或者在连续调节的开始和结束时表明阶梯。在这两种情形中，可将燃料的在燃烧室15中所燃烧的部分的份额限制为总量的10～50％。
如果控制装置14确定回流33的温度超过了例如由所使用的燃料的点燃温度确定的并且在所示的示例中例如为800℃的温度界限值T2，那么控制装置14彻底关闭燃料和空气供应装置25并且现在完全依靠炉膛2内的
Figure G200880016985XD00061
-操作。在此操作方式C中，空气继续流过空气和燃料供应装置11。
所介绍的本发明不仅允许在
Figure G200880016985XD00062
-操作(操作方式C)中而且还尤其允许在炉膛中的温度较低的情况下获得低的氮氧化物值，该较低的温度要么是所期望的要么是在加热时不可避免地出现的(操作方式A并且尤其是操作方式B)。较低的氮氧化物值的获得是通过如下方式实现的：借助诸如燃烧室15的热源来加热对于
Figure G200880016985XD00063
-操作本身而言太冷的回流33，以便能够在炉室2中或者在另一容积中无焰地、尤其是在局部温度峰值不超过1500℃的情况下将所使用的燃料中的一(大)部分转换成被加热的气流。
根据本发明的方法涉及对至少一个具有用于
Figure G200880016985XD00064
-操作的第一燃料和空气供应装置11以及用于附加加热操作的第二燃料和空气供应装置25的燃烧器的操作。该燃烧器设有控制装置14，以便控制燃料和空气供应装置11、25，更确切地说，通过直接在燃烧器1之前的区域中的附加加热获得对于
Figure G200880016985XD00065
-操作所需的温度。
附图标记列表：
1     燃烧器
2     炉膛
3     炉壁
4     开口
5     套管
6     法兰
7     排气孔
8     连接端
9     阀
10    燃料供应管
11    第一燃料和空气供应装置
12    阀
13    燃料供应连接端
14    控制装置
15    燃烧室/燃烧空间
16        喷嘴
17        燃烧室15的出口
18        喷嘴
19        空气供应管
20        连接端
21        阀
22        燃料供应管
23        阀
24        燃料供应连接端
25        第二燃料和空气供应装置
26、27    法兰
28        燃烧器头
29        点火电极
30        点火发生器
31        温度探头
32        温度灵敏部分
33        回流

Claims (10)

1.用于操作至少一个燃烧器的方法，所述燃烧器具有用于
Figure F200880016985XC00011
-操作的第一燃料和空气供应装置(11)、用于加热操作的第二燃料和空气供应装置(25)以及用于调节所述燃料和空气供应装置(11，25)的控制装置(14)，其特征在于，所述控制装置(14)为维持辅助的
Figure F200880016985XC00012
-操作(B)而设，在所述辅助的
Figure F200880016985XC00013
-操作(B)中所述第一燃料和空气供应装置(11)和所述第二燃料和空气供应装置(25)都是有效的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制装置(14)预先规定：
-在第一温度阈值以下的加热操作(A)，
-在所述第一温度阈值以上并且在较高的第二温度阈值以下的所述辅助的
Figure F200880016985XC00014
-操作(B)，以及
-在所述第二温度阈值以上的
Figure F200880016985XC00015
-操作(C)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述第一燃料和空气供应装置(11)供应的气体量和/或空气量与通过所述第二燃料和空气供应装置(25)供应的气体量和/空气量之间的比例是变化的。
4.一种燃烧器(1)，尤其是换热燃烧器，包括：
为将燃料供应到反应容积(2)中的第一燃料供应装置(10)，
为将燃烧空气供应到所述反应容积(2)中的第一空气供应装置(5)，
与所述反应容积(2)相连接并且为保持氧化反应而设的燃烧空间(15)，
为将燃料供应到所述燃烧室(15)中而设的第二燃料供应装置(22)，
为将燃烧空气供应到所述燃烧空间(15)中的第二空气供应装置(25)，以及
控制装置(14)，设置所述控制装置(14)用于对至所述燃烧空间和所述反应容积(2)的空气供应和/或燃料供应进行调节，以使得在所述燃烧空间中产生用于支持所述反应容积(2)中的反应的热气体。
5.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧空间(15)是燃烧室。
6.根据权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧空间(15)为保持火焰而设。
7.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，至少所述第一空气供应装置(5)具有用于借助废气热量来加热燃烧空气的热交换器。
8.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述第一空气供应装置(5)以及所述第二空气供应装置(19)分别被供应给未经加热的新鲜空气。
9.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述第一空气供应装置(5)设有第一调节机构(9)并且所述第二空气供应装置(19)设有第二调节机构(21)。
10.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述第一调节机构(9)能够无关于所述第二调节机构(21)地得到调节。
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