CN102317685B - 引燃器 - Google Patents

Abstract

示出了一种用于点燃可燃流体流的引燃器(10)。引燃器包括用于将包括燃料和空气/氧气混合物的燃料气体(14)接收到引燃器内的入口(12)。点火装置(16)例如火花点火器或点火电极被设置用于点燃燃料气体(14)。基本为环形的管路(18)沿环形范围开口形成圆孔(20)。管路(18)从入口向圆孔输送燃料气体。在流出圆孔(20)的燃料气体被点燃时，沿管路径向生成连续的环形引燃火焰。

Description

引燃器

技术领域

本发明涉及一种用于点燃可燃流体流的引燃器以及包括这种引燃器的燃烧器。

背景技术

燃烧器已知可用于燃烧破坏流体流中的有害物质。燃烧可以通过明火式装置或者辐射式燃烧装置在燃烧室内进行。

在如图6中部分示出的明火式燃烧器50内，流体流52与燃料气体58一起作为混合物通过燃烧室56的入口54被引入。混合物由引燃器62中的引燃火焰60点燃并作为燃烧有害物质的明火64燃烧。引燃器62包括喷射管66，具有靠近燃烧室入口的一端用于引入燃料气体，燃料气体由点火器68点燃并随后在混合物通过入口54被引入燃烧室时点燃混合物。

这种燃烧器50存在不少问题。相对于火焰64仅在一个位置设有引燃火焰60并且因此火焰的燃烧更容易在靠近引燃火焰的区域内实现，而在远离引燃火焰的区域可能就无法实现或者无法充分地实现。由此，进入燃烧室内的混合物可能就无法完全燃烧，结果导致有害物质从燃烧器中被排出。而且，引燃器中的喷射管通常相对较细，并且因此燃料气体被通过该管以细浓缩射流喷射，这就有可能会干扰火焰64，从而造成混合物的不完全燃烧。如果设有多于一个入口(图6中未示出)例如用于从多于一个有害物质来源引入流体流，那么对每一个入口都需要有引燃器，除上述问题以外还造成了额外费用。

在如图7所示的辐射式燃烧器70中，燃烧室72由围绕的基本为圆柱形的多孔壁部74构成。燃料气体76通过入口80被引入外腔78并流过多孔壁部74。引燃器82生成引燃火焰84用于在壁部的内表面点燃燃料气体以形成高温反应区86。堰装置88形成低温液体90(通常是水)的堰用于溶解燃烧的流体流中的成分并且用于洗掉颗粒物。低温液体还冷却从燃烧器排出的流体以便于对其进行处置。含有至少一种有害物质的流体流92通过入口94被引入燃烧室72内并且通过在壁部74的表面附近与来自高温反应区86的气体相接触而燃烧。燃烧也可以通过由壁部74的相对表面生成并反射的热量实现。EP0694735中更加详细地示出了一种辐射式燃烧器。

燃烧器70会遇到很多问题。首先，火焰86在被充分点燃时是圆柱形，并且由于引燃火焰84仅被设置在一个位置，因此高温反应区86的点燃在该区域内得到保证。火焰86在壁部74远离引燃器的区域可能就无法燃烧或者无法充分燃烧。壁部表面中没有保持在高温反应区的区域可能会易于沉积颗粒物从而对多孔壁部造成损坏。而且，冷却塔附近会冷却壁部74，特别是在壁部下部的表面。另外，不会从进一步用于冷却燃烧室72的冷却水中反射热量。因此，流体流92的完全燃烧可能会随着燃料/空气混合物76的不完全燃烧而无法实现。另外，提供单一的相对高能量集中的火焰可能会破坏燃烧器脆弱的需要昂贵更换费用的多孔壁部。

发明内容

本发明提供了一种用于点燃可燃流体流的引燃器，该引燃器包括用于将燃料气体接收到引燃器内的入口；用于点燃燃料气体的装置；以及基本为环形的管路，沿环形范围开有圆孔，用于从入口输送燃料气体并且使得在燃料气体被点燃时生成环形的引燃火焰。

从属权利要求中定义了本发明其他的优选和/或可选内容。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在参照附图介绍本发明仅作为示例给出的实施例，在附图中：

图1a示出了沿图2中的线I-I截取的穿过引燃器的截面；

图1b示出了沿图2中的线J-J截取的穿过引燃器的截面；

图2示出了引燃器的正视图，标出了截面线I-I和J-J；

图3示出了包括图1中所示引燃器的明火式燃烧器；

图4示出了包括图1中所示引燃器的辐射式燃烧器；

图5示出了包括图1中所示引燃器的另一种明火式燃烧器；

图6示出了现有技术中的明火式燃烧器；

图7示出了现有技术中的辐射式燃烧器；

图8和9示出了与燃烧器中的堰装置整体制成的另一种引燃器。

具体实施方式

参照图1a,1b和2，示出了用于点燃可燃流体流的引燃器10。引燃器包括入口12，入口12可以包括用于将燃料气体14接收到引燃器内的文氏管装置，燃料气体包括燃料和空气/氧气的混合物。点火装置16例如火花点火器或点火电极被设置用于点燃燃料气体14。基本为环形的管路18沿环形范围开口形成圆孔20。管路18从入口向圆孔输送燃料气体。在流出圆孔20的燃料气体被点燃时，沿管路径向生成连续的环形引燃火焰。

环形管路如图所示为圆形，但是也可以被成形为其他形状例如正方形、矩形或六边形。在此，环形管路通过360度地输送燃料气体并允许气体从入口流动，以使得在将其点燃时生成环形的火焰。类似地，生成的环形火焰不必为环形，而是可以改为基本对应于管路的形状。例如，如果管路是矩形，那么即可生成基本为矩形的火焰。

如图1a,1b和2中所示的管路沿其环形范围开有圆孔20。孔延伸通过360度以允许燃料气体从管路近似等量地围绕其圆周流动。确定孔的尺寸以确保等流量的燃料气体被围绕圆周分配以生成稳定的火焰。

燃料气体通常包含燃料例如烃类和氧气或空气的混合物。

如图1和2中所示，管路18沿径向内部的环形范围开口以使得圆孔20径向向内。在通过点火装置16点燃燃料气体14时，在管路中径向向内地生成环形的引燃火焰用于围绕要被点燃的流体流。在其他的设置方式中，管路可以沿轴向开口，例如在图2中面朝上的表面上开口或者从页面向外开口。

尽管生成的引燃火焰为环形，但是只需要一个点火器16，原因在于一旦在点火器区域内点燃火焰，火焰就可以轻易地围绕引燃器的圆周扩散。因此，点火装置16如图所示被设置在引燃器圆周内的单个位置并且在使用时点燃燃料气体以形成连续的环形引燃火焰。引燃火焰可能在点燃之后并不始终都是完整的环形，原因在于燃料气体的流量可能不会围绕圆周完全等量地分配或者流体流偶尔可能会熄灭部分环形火焰。但是，通常在使用中引燃器都能够生成连续的环形引燃火焰。

检测或测量装置可以围绕引燃器间隔设置用于检测或测量引燃器的特性例如火焰的存在性或者燃料气体的流量或压力。这样的测量装置可以反馈至用于引燃器的可以被连接至燃料气体供给阀或点火装置的控制装置。

图1a,1b和2中基本为环形的管路18包括用于从入口14接收燃料气体的充气室22以及用于从充气室向圆孔20输送燃料气体以形成连续环形引燃火焰的圆形通道24。在使用中充气室22围绕管路18的环形范围在等压下基本等量地分配燃料气体以使得在被点燃时连续的环形引燃火焰以大致相同的强度和尺寸基本上均匀地围绕管路的环形范围燃烧。这种设置方式有助于生成环形和完整的引燃火焰。

管路18内的气体压力可以在接近入口12的区域内达到最大。所以，离开圆孔20的气体量可以在入口附近达到最大并且因此环形火焰可以在入口12附近达到最大。如上所述的充气室装置用于围绕管路等量地分配气体。另外可以看出入口12并未与通道部分24对齐。相反通过入口进入的气体在通过圆孔离开引燃器之前必须沿曲折的路径流动。用这种方式，如图1a和1b中所示的与入口相对的充气室表面以及挡板的上表面就用作燃料气体流动的挡板。

引燃器可以由单片或者随后被固定在一起的两片或多片金属材料模制而成。通道部分24或者引燃器中与引燃火焰接触或紧密地靠近的其他部分可以由耐热或耐火材料例如陶瓷材料或金属譬如不锈钢构成。优选的要避免金属表面与引燃火焰相接触，原因在于这样可能会生成不合需要的氮氧化物。

在使用时，燃料气体被引入管路22并围绕管路输送以使其能够从圆孔20流出。在建立起通过孔的流动之后，点火装置16点燃燃料气体，从而生成从孔径向向内延伸并且基本为环形结构的引燃火焰。向管路内引入燃料气体的速率以及孔的尺寸被选择用于降低向充气室22内逆燃的可能性。在这方面，火焰速度应该小于燃料气体的前进速度。火焰速度就是火焰向其源燃料和氧化剂返回的速度。前进速度就是基本上沿径向向内的方向输送气体通过孔并且在速率上应该大于火焰速度的速度。在气体混合物离开孔时，它会扩散开(扇状)，由此减小前进速度。前进速度与火焰速度相等的固定区域因此就恰好在孔的出口以外。如果制成引燃器主体部分的材料是金属，那么例如由陶瓷制成的耐火部分可以被设置在孔20的区域内。

引燃器在该实例中包括第一或下方的引燃器面板116，其和第二或上方的引燃器面板117一起形成了充气室22、通道部分24和圆孔20。第一和第二引燃器面板可以通过任意合适的方式例如螺栓被固定在一起。垫片121被围绕引燃器面板间隔设置，用于将第一引燃器面板与第二引燃器面板隔开。垫片确保通道部分24和圆孔20得以围绕引燃器被准确和均匀地成形。在该实例中为点火电极的点火装置16延伸穿过第一引燃器面板的壁部并通过锻造系统被制成为不透气的。点火电极伸入圆孔内以在燃料气体流过孔时提供点火源。入口12被成形在第一引燃器面板116内，可以用接头锁紧螺母部件将其密封。

明火式燃烧器27包括图3中部分示出的引燃器10。为了简单起见，在图3中并未详细示出引燃器10。

流体流29与燃料气体35一起作为混合物通过燃烧室33的入口31被引入。混合物由引燃器10中的引燃火焰37点燃并作为燃烧有害物质的明火39燃烧。尽管在图3中仅示出了火焰37中的半圆形部分，但是引燃火焰37是环形并且因此在流体流和燃料气体的混合物通过入口31进入燃烧室33时围绕流体流和燃料气体的混合物。如本文中所用的术语“水平引燃器”被用于描述图示的装置，其中引燃器基本上垂直于进入燃烧器内的气流方向延伸。通常燃烧器如图所示为立式，并且在此情况下引燃器通常是水平的。因此，混合物被从所有侧面侧向暴露给引燃火焰，从而确保了混合物的相对完全燃烧。这种设置方式构成了对上述现有技术的改进，在现有技术中只有靠近引燃火焰的流体流部分可以稳定地燃烧。另外，由于圆孔20相对较大并且火焰因此是低能量分布的火焰，所以流过孔的燃料气体不会明显地干扰主火焰39。参照图4，示出了包括引燃器10的辐射式燃烧器26，用于从流体流28中去除有害物质。燃烧器26包括燃烧区域，燃料气体可以在其中燃烧以用于使流体流燃烧。在这种设置方式中，燃烧区域由被基本为圆柱形的壁部32围绕的腔室30构成。壁部32是多孔的以允许燃料气体由此通过进入燃烧室内用于在壁部的内表面上燃烧。燃料气体34通过入口38被引入外腔室36并流过壁部32。壁部可以构成直圆柱体、椭圆柱体、抛物柱体或双曲柱体，以使壁部形成燃料气体34可以在其上燃烧径向向内辐射热量并使流体流燃烧的表面。还应该理解引燃器10被设置为远离燃烧器空间有限的顶部或头部。

堰装置44形成低温液体46(通常是水)的堰用于溶解燃烧的流体流中的成分并且用于洗掉颗粒物。低温液体还冷却从燃烧器排出的流体以便于方便地对其进行处置。

引燃器10在图4中以简化形式示出并且位于壁部36下方以及燃烧室30和堰装置44之间。在使用时，引燃器10生成环形火焰40，不过在图4中仅示出了环形火焰的半圆形部分。引燃火焰40在壁部的内表面上点燃燃料气体以形成火焰42。含有至少一种有害物质的流体流28通过入口48被引入燃烧室30内并且通过在壁部74的表面附近与高温反应区42相接触而燃烧。

引燃器10被设置为使得在被点燃时连续的环形引燃火焰40和基本为圆柱形的壁部32沿其各自的环形范围接近，从而使得流过基本为圆柱形的壁部的燃料气体34能够被有效地点燃并且保持表面上的火焰。由于环形引燃火焰40确保了火焰42下部所有的圆周范围都被点燃并保持燃烧，因此壁部32整个内表面上的燃料气体34的燃烧就得以增强。

另外，引燃器10被设置为使得在被点燃时连续的环形引燃火焰40热隔离主燃烧反应区42的底部免受由堰装置上流过的相对低温液体46产生的冷却效果的影响。因此，得以在反应区42底部更加有效地生成热量，从而在最接近堰的底部改善来自于燃烧室的排放，例如一氧化碳和烃类(CxHy)排放。表1示出了在测试本发明实施例时观测到的改进。

表1

状态	残留氧气	一氧化碳	CxHy
				图7中示出的现有技术	5.2%	196ppm	0.34%
图4中示出的具有水平引燃器的实施例	5.0%	100ppm	0.17%

改进是由于实施例中多方面的内容造成的。例如，加热辐射式燃烧器垫板的底部就改善了在底部的燃烧。

粉末可能会由于燃烧室垫板32/反应区在底部的温度降低而在燃烧室的底部形成。提供水平引燃器热隔离垫板的底部，从而提高了垫板的效率，以允许其承受更高的温度。另外，水平引燃器降低了粉末粘附至垫板32中脆弱的多孔结构的可能性。粉末沉积的问题仍会发生，但是在本实施例中是在垫板32的下游发生。然而，引燃器面板相对坚固，并且引燃器上沉积粉末并不被视为严重问题。固体可以包括通过由压缩空气或水流轻微冲洗引燃器表面即可轻易去除的硅石。而且，引燃器可以通过就地清洗的方法用水洗清洗进行清洁(以下参照图8和9进行更加详细地介绍)。

有利地，引燃器10提供了低能量分布的火焰表面，这样就使损坏脆弱的多孔壁部32的可能性更低。

尽管并未示出，但是图4中所示的辐射式燃烧器可以与图3中所示的明火式燃烧器结合使用，以用于使流体流中某些类型的有害物质燃烧。在这种设置方式中，图4中所示燃烧室30上游的入口适合用于如WO2006/013355中所示将流体流和燃料气体作为混合物引入燃烧区域内，因此通过引用将其内容并入。混合物在入口处可以通过在基本为圆柱形的壁部表面上形成的火焰42点燃，该火焰自身由引燃器10在圆柱形壁部的底部点燃。可选地，引燃器10位于壁部32和入口(如图4中所示位于壁部的顶部)之间，用于在入口处点燃混合物以及在壁部表面上点燃燃料气体。

图5示出了图3中所示明火式燃烧器的一种变形。燃烧器45适合用于从例如来自相应的多个半导体片处理室的多股流体流47中去除有害物质。燃烧器45包括用于每一股流体流47的入口41,43。尽管仅示出了两个入口，但是燃烧器可以包括多于两个入口。入口41,43将多股流体流47和燃烧气体49作为相应的混合物引入燃烧室33内。引燃器10被设置为使得在被点燃时连续的环形引燃火焰37围绕要被燃烧的混合物，从而使得所有的混合物都可以由单个引燃器点燃。

通常，引燃器10的清洗需要拆除燃烧器装置26并且这种拆除很繁琐并且导致较长的设备停机时间。

但是，可以进行引燃器面板的就地清洗。清洗通过泵送加压流体例如水或空气流过引燃器的入口12、流过充气室并从圆孔20流出来实现。有利地，流体是液体，因为液体会在重力作用下向下流动，从下方引燃器面板116的外壁上移除颗粒物。

而且，引燃器面板10可以与堰44成为整体。如图8和9中所示，在引燃器面板充气室105和堰容积107之间机械加工有通道112。塞子106可以从堵塞通道112的第一位置以及通道打开的第二位置移动。当通道打开时，通过引燃器入口12喷射的水可以流入引燃器充气室105内并通过圆孔109流出，向下流过下方引燃器面板102的整个外壁，以通过物理和化学(溶解)作用去除固体残留物。在清洗之后将水关闭并允许充气室排水。一旦排干，塞子106即可被重新插入。通过经入口吹送空气来干燥引燃器。一旦干燥完成，引燃器即可进行点火。应该意识到上述的就地清洗过程与拆解燃烧器、断开各种管路、清洗燃烧器并且随后重新组装燃烧器和重新连接管路相比更为有效而且耗时较少。另外，就地清洗降低了操作人员接触到可能有危险性的燃烧副产物(也就是AsH3过程中的砷氧化物)的可能性。

因此，在燃烧器中就地清洗引燃器10的方法包括：断开从入口至引燃器的燃料源；将清洗流体源连接至入口；然后用所述流体清洗引燃器。

Claims (13)

1.一种用于点燃可燃流体流的引燃器，所述引燃器包括用于将燃料气体接收到引燃器内的入口；用于点燃燃料气体的点火装置；以及基本为环形的管路，所述基本为环形的管路包括充气室，所述充气室延伸通过360度以将燃料气体从所述入口输送到沿所述管路的环形范围形成的径向向内的圆孔，

所述入口未与所述圆孔对齐，用于围绕所述环形的管路以基本上相同的压力通过360度分配燃料气体，使得在燃料气体被点燃时在管路中径向向内地生成基本上均匀的、连续的环形引燃火焰。

2.如权利要求1所述的引燃器，其中所述点火装置由火花点火器构成。

3.如权利要求2所述的引燃器，其中点火装置由单个点火器构成并且在使用时点燃燃料气体以形成连续的环形引燃火焰。

4.一种用于从流体流中去除有害物质的燃烧器，所述燃烧器包括：

燃烧区域，燃料气体可以在其中燃烧以用于使流体流燃烧；以及

如权利要求1至3任一项所述的引燃器，用于点燃燃烧室内的燃料气体。

5.如权利要求4所述的燃烧器，其中所述燃烧区域由腔室构成，具有围绕的基本为圆柱形的壁部，用于经壁部将燃料气体引入燃烧室内以在由引燃器点燃时在所述壁部的表面上燃烧，从而能够使流过所述腔室的流体流燃烧。

6.如权利要求5所述的燃烧器，其中所述引燃器被设置为使得在被点燃时环形的引燃火焰和壁部沿其各自的环形范围接近，从而使得流过壁部的燃料气体能够被有效地点燃并且保持表面上的火焰。

7.如权利要求6所述的燃烧器，包括位于燃烧室下游的堰装置，用于接收燃烧的燃料流，其中引燃器被设置为使得在被点燃时环形的引燃火焰热隔离基本为圆柱形的壁部免受堰装置上流过的相对低温液体的影响。

8.如权利要求4所述的燃烧器，所述燃烧区域包括燃烧室上游的入口，用于将流体流和燃料气体作为混合物引入燃烧区域内。

9.如权利要求8所述的燃烧器，其中所述混合物在所述入口处由在基本为圆柱形的壁部表面上形成的火焰点燃。

10.如权利要求9所述的燃烧器，其中所述引燃器位于基本为圆柱形的壁部和入口之间，用于在入口处点燃混合物以及在基本为圆柱形的壁部表面上点燃燃料气体。

11.如权利要求4所述的燃烧器，其中所述燃烧区域包括燃烧室上游的入口，用于将流体流和燃料气体作为混合物引入燃烧区域内，并且所述引燃器被设置为使得在被点燃时环形引燃火焰围绕要被燃烧的混合物。

12.如权利要求10所述的燃烧器，其中包括通往燃烧室的多个入口，用于将多股流体流和燃料气体作为相应的混合物引入燃烧室内，并且所述引燃器被设置为使得在被点燃时环形引燃火焰围绕要被燃烧的混合物，从而使得所有的混合物都能够由所述引燃器点燃。

13.如权利要求7所述的燃烧器，其中堰装置的一部分与引燃器整体形成，并且其中引燃器包括可关闭通道，在打开时用于清洗引燃器的水流过所述通道并在堰上流动，并且在关闭时引燃器能够形成所述环形火焰。

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