CN103842724B - 高效低NOx排放的燃烧器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效低NOx排放的热氧化器燃烧器装置。该装置包括进气室，该进气室具有用于引入燃烧空气的进口；还包括燃烧室，该燃烧室与所述进气室流体连通。第一废气管以叶瓣式末端喷嘴终止，穿过进气室以将废气引入燃烧室。第一燃料气体管线与进气室连通，以引入第一燃料气体。

Description

高效低NOx排放的燃烧器装置
优先权声明
本申请要求2012年3月19日提交的美国申请No.13/423,311的优先权。
技术领域
本发明涉及一种高效低NOx排放的燃烧器装置和方法。特别地，本发明涉及一种热氧化器燃烧器装置和方法，其利用来自独立源的废气或尾气以实现高效和低氮氧化物排放。
背景技术
氮的氧化物作为燃烧产物从燃烧器中排出。在过去，各种已有构型和设计被用于提高热氧化器燃烧器的效率和降低烟道气排放物中氮氧化物的含量。在烟道气排放物中有多种氮的氧化物，例如一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）和通常一起用NOx表示的其它氮氧化物。
已知高的氧气含量可以增加氮氧化物的形成。同样已知增加燃烧温度可以增加NOx的产生。
在至少一个过去已有的方法中，由燃烧产生并从燃烧器中排出的烟道气、废气或尾气的一部分与进入的燃烧空气混合和再循环。
欧洲专利No.1,203,188说明了一种将燃料与内部再循环的废气预混合的例子，所述废气从炉腔抽出然后再循环。
美国专利No.5,135,387公开了一种燃烧器中的烟道气收集元件，其形成一通道以使燃烧空气和再循环的烟道气结合。
在过去的烟道气再循环系统中，废气的量和百分比将取决于炉中发生的燃烧和各种其它因素。在使废气或尾气与燃烧空气再循环的尝试中已出现了另外的问题。
废气或尾气的成分将会变化，在一非限制性例子中是98%的氮和剩余的诸如甲烷、一氧化碳、氢和各种硫化物的可燃物。由于废气或尾气几乎不含或不含氧气含量，因此将废气或尾气引入燃烧空气中将影响其氧气含量。已知一部分废气或尾气的再循环将降低和/或控制燃烧空气中的氧气含量。降低氧气含量将降低氧气的分压力，从而降低形成氧化物的反应速率。
因此，本发明的一目标和目的是提供一种利用来自外部源的烟道气的热氧化器燃烧器装置，所述外部源和与燃烧器相关联的燃烧室中的正在进行的燃烧相分离。
本发明的另一目标和目的是提供一种高效低NOx排放的热氧化器燃烧器装置，其在混合室中具有叶瓣式末端喷嘴（lobedtipnozzole），以使燃烧空气与来自独立源的废气或尾气彻底地混合。
本发明的另一目标和目的是控制燃烧器所使用的废气或尾气的成分和含量。
本发明的另一目标和目的是提供一种热氧化器燃烧器，其中废气或尾气穿过燃烧器进气空间（plenum）被分阶段地引入燃烧室。
发明内容
本发明涉及一种高效低NOx排放的燃烧器装置。进气室包括一进口，该进口用于引导进入并穿过所述进气室的燃烧空气。
燃烧室与进气室流体连通并相连接。一进口与一个或多个第一废气管连通，以将废气或尾气穿过进气室引入燃烧室。废气或尾气将从独立的、不与这里的燃烧相关联的外部源输送出。
在一优选布置中，第一废气管以叶瓣式末端喷嘴终止，所述喷嘴从废气管处的一端延伸到相对端，以围绕中心轴线对称布置的多个径向延伸的叶瓣终止。
第一燃料气体体管线提供了用于燃烧反应的燃料源。
废气进口还与第二废气管连通，以将一部分废气或尾气引入燃烧室，从而废气的引入是分阶段的。
此外，在一优选实施例中，第二燃料气体体管线与燃烧室连通，以分阶段地将第二燃料气体体引入燃烧室。
附图说明
图1示出了根据本发明构造的高效低NOx排放的燃烧器装置的一优选实施例的简化示意图；
图2A示出了图1中所示燃烧器装置从燃烧室到混合进气空间的简化视图，图2B和2C示出了燃烧器装置的外部视图；
图3、4和5示出了图1中所示燃烧器装置的叶瓣式末端喷嘴的不同视图；
图6示出了燃烧器装置的一可选择的优选实施例；和
图7示出了燃烧器装置的另一可选择的优选实施例。
具体实施方式
本文讨论的实施例仅仅是制造和使用本发明的说明性的特殊方式，不应解释为限制本发明的范围。
尽管已经用一定程度的特殊性描述了本发明，但是应当注意的是，可以对本发明的构造及其部件的布置的细节进行修改，而不背离本发明的精神和范围。应当理解，本发明不受本文为举例说明而提出的实施例的限制。
详细地参考附图，图1示出了根据本发明构造的高效低NOx排放的热氧化器燃烧器装置10的第一优选实施例的剖视图。在一优选实施例中，设有大体上管状或圆筒形的进气室12——尽管其它构型也是可能的。进气室12包括进口14，如箭头16所示，该进口14用于引入燃烧空气。燃烧空气可以通过多种方式穿过进气室12被吸入或强迫进入燃烧室。如箭头18所示，燃烧空气进入并穿过进气室12。可以使用各种风扇或其它带有控制器的机构来强迫或促使燃烧空气穿过进气室12。
燃烧室20与进气室12流体连通并相连接。热氧化在燃烧室中进行。燃烧室20可以是圆筒形或管状或采用其它构型。在一优选布置中，燃烧室与进气室12同轴——尽管其它构型也是可能的。
一进口28与一个或多个第一废气管或管道30连通，从而如箭头32所示将废气或尾气穿过进气室12引入燃烧室20。废气或尾气可以从独立的、不与燃烧室中的燃烧相关联的外部源输送出。来自独立源的尾气或废气的非限制性例子可以是来自硫回收单元的废气或尾气，所述硫回收单元作为石化或天然气加工厂的一部分。
第一废气管30的至少一部分可以与圆筒形的进气室12同轴。第一废气管30以叶瓣式末端喷嘴34终止（这将在本文中详细描述），或以端部开口装置或其它混合装置终止。因此，第一废气穿过进气室12被输送并与燃烧空气混合。
第一燃料气体管线40为燃烧反应提供燃料源。在本发明的精神和范围内可以使用天然气或各种其它类型的燃料。
在一优选实施例中，废气进口28与第二废气管或管道50连通，以将一部分废气或尾气引入燃烧室20。因此，废气或尾气的引入是分阶段的。
此外，在一优选实施例中，第二燃料气体管线60与燃烧室20连通，以将第二燃料气体引入燃烧室20。因此，燃料气体的引入是分阶段的。在本发明的精神和范围内可以使用天然气或各种其它类型的燃料。
燃料气体管线之间可以使用耐火材料或耐火砖52。
图2A示出了从图1中所示装置10的燃烧室20向进气室12看到的端视图，图2B和2C示出了装置10的外部视图。
图3、4和5示出了从装置10分离的叶瓣式末端喷嘴34的不同的视图。叶瓣式末端喷嘴34在进口端42处连接到第一废气管30上。叶瓣式末端喷嘴34从第一废气管处的进口端42延伸到相对的出口端44，以围绕中心轴线对称布置的多个径向延伸的叶瓣（lobe）36终止。叶瓣36是从所述轴线径向向外突出的圆化的突出部。
如箭头46所示，第一废气流过喷嘴34。
叶瓣式喷嘴34的进口端42的横截面积与喷嘴的出口端44的横截面积相同，而出口端44的周长比进口端42的周长长，因此增加了通过或围绕喷嘴的流体流——这里分别是废气或尾气和燃烧空气两者——的接触表面积，因此增加了两种流体流的混合速率。
在图1中所示的布置中，在引入第二废气之前，来自第二燃料气体管线60的第二燃料气体与燃烧空气以及第一燃料气体和第一废气混合。
因此，本发明的布置使得燃烧空气、燃料气体和废气彻底地混合，从而更好地调整、控制和预测从燃烧室中排放的NOx、一氧化碳和未燃烧的氢。图1至5中公开的布置将趋向于使一氧化碳（CO）和未燃烧的氢的排放最小化。
图6公开了燃烧器装置10的一可选择的优选实施例70。该布置与图1至5中的布置类似——除了第二燃料气体和第二尾气或废气的引入与耐火砖62的可选择的布置相结合之外。在图6中所示的可选择的实施例中，被输送穿过第二燃料气体管线60的第二燃料气体与穿过第二废气管线50的第二尾气或废气混合，接着同时与燃烧空气、第一燃料气体和第一废气混合。
图7示出了本发明的另一可选择的优选实施例80。图7中所示的可选择的实施例与前述布置类似——除了第二燃料气体和第二废气的引入与耐火砖72的另一可选择的布置相结合之外。在图7中所示的可选择的实施例中，被输送穿过第二废气管50的第二尾气或废气在与燃烧空气、通过第一燃料气体管线40的第一燃料气体和来自第一废气管30的第一废气混合之前，完全或部分地与被输送穿过第二燃料气体管线60的第二燃料气体混合。图7中公开的布置将趋向于使NOx的排放最小化。
尽管已结合附图和权利要求描述了所述装置和方法，但应当理解的是，可以在本发明的精神和范围内进行除了本文所示或所提出的装置和方法之外的其它进一步修改。

Claims (10)

1.一种高效低NOx排放的热氧化器燃烧器装置，该装置包括：
进气室，该进气室具有用于引入燃烧空气的进口；
燃烧室，该燃烧室与所述进气室流体连通；
至少一个第一废气管，该第一废气管穿过进气室并在该室中终止，以将第一废气引入所述燃烧室；和
第一燃料气体管线，该第一燃料气体管线穿过所述进气室，以将第一燃料气体引入所述燃烧室，导致内部和外部流体流的改善的混合。
2.根据权利要求1所述的高效低NOx排放的热氧化器燃烧器装置，包括：
第二废气管，该第二废气管与所述燃烧室流体连通，以将第二废气引入所述燃烧室。
3.根据权利要求1所述的高效低NOx排放的热氧化器燃烧器装置，包括：
第二燃料气体管线，该第二燃料气体管线在所述燃烧室处终止，以将第二燃料气体引入其中。
4.根据权利要求1所述的高效低NOx排放的热氧化器燃烧器装置，其中，所述第一废气管以叶瓣式末端喷嘴终止。
5.根据权利要求4所述的高效低NOx排放的热氧化器燃烧器装置，其中，所述叶瓣式末端喷嘴包括围绕中心轴线对称布置的多个径向延伸的叶瓣。
6.根据权利要求5所述的高效低NOx排放的热氧化器燃烧器装置，其中，所述多个径向延伸的叶瓣中的每个叶瓣从所述第一废气管锥形地延伸。
7.根据权利要求5所述的高效低NOx排放的热氧化器燃烧器装置，其中，所述喷嘴的横截面面积始终保持一致，而横截面周长增加。
8.根据权利要求4所述的高效低NOx排放的热氧化器燃烧器装置，包括多个叶瓣式末端喷嘴。
9.根据权利要求4所述的高效低NOx排放的热氧化器燃烧器装置，其中，具有多个径向延伸的叶瓣的所述叶瓣式末端喷嘴位于所述进气室的中央。
10.一种导致低NOx排放的高效热氧化方法，该方法包括：
将燃烧空气引入进气室；
通过叶瓣式末端喷嘴穿过所述进气室引入第一废气；
将所述燃烧空气与所述第一废气混合；
将第一燃料气体穿过所述进气室引入，以与所述燃烧空气和所述废气混合；和
在燃烧室中燃烧所述燃料气体、所述燃烧空气和所述废气。
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