CN104870895B - 燃烧燃料的方法和用于燃烧燃料的燃烧器 - Google Patents
燃烧燃料的方法和用于燃烧燃料的燃烧器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104870895B CN104870895B CN201380066340.8A CN201380066340A CN104870895B CN 104870895 B CN104870895 B CN 104870895B CN 201380066340 A CN201380066340 A CN 201380066340A CN 104870895 B CN104870895 B CN 104870895B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- burner
- block
- main
- injector
- fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
- F23D1/04—Burners producing cylindrical flames without centrifugal action
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/12—Radiant burners
- F23D14/16—Radiant burners using permeable blocks
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
- F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
- F23D14/64—Mixing devices; Mixing tubes with injectors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/70—Baffles or like flow-disturbing devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2203/00—Gaseous fuel burners
- F23D2203/10—Flame diffusing means
- F23D2203/101—Flame diffusing means characterised by surface shape
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2212/00—Burner material specifications
- F23D2212/10—Burner material specifications ceramic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2212/00—Burner material specifications
- F23D2212/20—Burner material specifications metallic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
- F23D2900/00006—Liquid fuel burners using pure oxygen or O2-enriched air as oxidant
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
- F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
- F23L2900/07002—Injecting inert gas, other than steam or evaporated water, into the combustion chambers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
- F23M2900/05021—Wall blocks adapted for burner openings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
- Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)
Abstract
一种用于使主燃料与主氧化剂燃烧的方法和燃烧器,其中,主燃料流和主氧化剂流经由喷射端喷射,该燃烧器包括至少一个金属喷射器,所述喷射端(100)位于耐火块体的主通路(260)的上游区段中,并且其中多股流喷射到主通路(260)的下游区段(270)中以增强主燃料流和主氧化剂流的混合和扰动。
Description
技术领域
本发明涉及一种特别是工业炉中的燃烧器及其用途。
背景技术
许多通过使燃料与氧化剂燃烧而被加热的工业炉在很高的温度下工作。一些工业炉还在高压力下工作。
许多用来使燃料与氧化剂燃烧的燃烧器包括用于将燃料和氧化剂喷射到燃烧区中的非耐火金属喷射器。
当金属喷射器承受高温或高温度梯度时,它们的工作时间(使用寿命)会显著缩短。这引起炉运营商的增加的成本和甚至增加的停炉时间。
为了保护金属喷射器以防由于炉燃烧区中的高温而引起的过热和来自所述区域的热辐射,已知为燃烧器配备耐火陶瓷燃烧器块体(block),该燃烧器块体在使用中一体形成在燃烧区周围的炉壁中,并且使金属喷射器在设置于所述燃烧器块体中的贯通通路中相对于炉燃烧区凹进。因此,所述贯通通路包括围绕所述一个或多个金属喷射器的上游区段和位于一个或多个金属喷射器下游的下游区段。这样,金属喷射器被部分地屏蔽燃烧区中的高温和来自燃烧区的热辐射。
为了限制可能经由所述通路的下游区段到达金属喷射器的来自燃烧区的热辐射,所述下游区段的面向炉燃烧区的开口一定不能过大。
此外,通常希望限制或避免燃烧气氛朝向金属喷射器再循环到燃烧器块体中,特别是在所述气氛包含可凝结的和/或腐蚀性的污染物和/或磨蚀性的固体时。这是限制所述贯通通路的下游区段的开口的又一个原因。
使金属喷射器在燃烧器块体中凹进的需求在没有另外的措施的情况下会引起燃料和氧化剂在贯通通路内的不充分混合,由此降低燃烧过程的效率。
这种不充分的混合会引起过长的火焰和/或燃料与氧化剂的不充分燃烧。它还可能引起分离和不稳定的火焰。
因此,本领域中已知将诸如旋流器和叶片的混合装置定位在喷射器或通路内,以便促进燃料和氧化剂的混合。但是,此类装置增大了由金属喷射器喷射的射流的立体角,从而又要求增大下游区段的宽度以便避免射流与下游区段之间的有害影响,由此增加了从燃烧区到金属喷射器的热辐射,提高了金属喷射器的热损伤风险,并且还提高了气氛再循环到通路中的风险。
由于颗粒固体燃料的磨蚀性质,在输送固体燃料的喷射器或通路中使用混合装置也不是工业燃烧器中的一项选择。混合装置同样不会适合于输送液体燃料的喷射器或通路。
发明内容
本发明的一个目的至少部分在于克服现有技术的上述问题。
根据本发明,提供了一种借助于包括主喷射器组件和耐火燃烧器块体的燃烧器使燃料与氧化剂燃烧的方法。该主喷射器组件终止于喷射端中,该喷射端包括用于喷射燃料和/或氧化剂的至少一个金属喷射器。由于成本和生产容易性(机械加工性)的原因,金属喷射器通常由非耐火金属制成,尽管由于安全原因,它们也可以由耐火金属制成。
该耐火燃烧器块体包括沿纵向轴线从块体的冷面延伸到块体的与冷面相对的热面并且限定主喷射方向X的主通路。在本文中,术语“热面”指的是燃烧器块体的预期在燃烧器被安装在炉中时指向燃烧区的面,且燃料和氧化剂经该面喷射到燃烧区中。另一方面,燃烧器块体的“冷面”指的是燃烧器块体的与“热面”相对的面,该面在燃烧器被安装在炉中时背离燃烧区。
耐火燃烧器块体的主通路以耐火材料的周围表面为边界。
该主通路具有与冷面邻接的上游区段和位于上游区段的下游并与热面邻接的下游区段。该下游区段终止于块体的热面中的主喷射开口中。
所述下游区段具有比主通路的上游区段大的截面。应该指出的是,主通路的下游区段的截面(该截面垂直于纵向轴线)可以是恒定的或可变的。
主喷射器组件的喷射端在主通路的上游端中定位成使得上游区段包围该至少一个金属喷射器。
借助主喷射器组件的喷射器端,主燃料流和主氧化剂流朝向主通路的下游端喷射到其中。
根据本发明,燃烧器块体还包括经由主通路的周围表面中的n个辅助开口终止于下游区段中的多个辅助通路,其中n至少为2。n股搅动气体的射流经由n个辅助开口喷射到下游区段中,以便与主燃料流和主氧化剂流交互并增加主燃料流和主氧化剂流的扰动和混合。
由US2009/0220900得知一种使用具有燃烧器本体和燃烧器块体的燃烧器的燃烧方法。该燃烧器块体依次并以共轴构型包括延伸穿过块体的第一通道。所述第一通道包括从块体的背面延伸到块体中的桶形部段、喉部段、锥形部段和延伸到块体的正面的端口部段。燃烧器本体包括从块体的背面延伸并具有平行或共轴的轴线且可经其喷射燃料和气体的第一管、第二管和第三管。第一管、第二管和第三管分别终止于位于喉部段的上游或内部的通道内的第一管端、第二管端和第三管端中。多个第二通道也从块体的背面中的输入开口穿过燃烧器块体延伸到块体正面中的排出开口。每个第二通道都在其在块体的正面中的排出开口处具有轴线,该轴线会聚至第一通道的轴线,从第一通道的轴线发散,或平行于第一通道的轴线。因此,经第二通道喷射的流体与经燃烧器本体喷射的流体之间的任何接触不会在第一通道内发生,而是仅在燃烧器的下游发生,以便通过燃烧器本体喷射的流体在该通道内的扰动或混合不受经第二通道喷射的流体影响,更不用说增加。
US4622007描述了一种烃流体燃料燃烧器,该燃烧器包括上游燃料和氧化剂供给组件和位于该供给组件下游的液体冷却的燃烧器。设置了贯通燃烧器块体的通路以从供给组件接收烃燃料、第一氧化剂和第二氧化剂并且将所述燃料和氧从供给组件的出口输送到位于燃烧器块体内的燃烧室。第一氧化气体因此沿燃烧室的中心轴线在射流中被引导,烃燃料在围绕中央射流的多股射流中被引导到所述燃烧室中,以便与第一氧化气体混合以使燃烧室内的燃烧稳定。具有与第一氧化气体不同的氧浓度的第二氧化气体被引导到燃烧室中以与火焰芯部中的烃燃料混合并与所述燃烧室外部的烃燃料混合而形成最终火焰图案。
根据本发明,通过使用喷射到该通路的下游区段中的至少一股搅动气体射流来增加主燃料与主氧化剂的混合,本发明可以利用燃烧器以有限的火焰长度来实现主燃料与主氧化剂的有效燃烧,所述燃烧器包括金属喷射器组件,该金属喷射器组件的喷射端在燃烧器块体内凹进以便保护它以免承受来自燃烧区的高温和热辐射,并且同时保持炉气氛受控地再循环到通路中。
在许多情形中,这可以在不使用如上所述的混合装置的情况下实现,尽管不排除例如在用于喷射主氧化剂流的通路或喷射器中使用混合装置。
通过这样减少对混合装置的依赖性,可以将金属喷射器下游的喷射的射流的立体角保持在可接受的极限内。
当希望限制火焰长度(即限制发生燃料与氧化剂的燃烧的离燃烧器的距离)时,喷射搅动气体射流以便减小主燃料流和主氧化剂流在主喷射方向X上的动量/冲力。n股搅动气体射流于是减慢燃料和主氧化剂在所述方向X上的流动,以便允许主燃料与主氧化剂在更短的在方向X上测定的燃烧区内离燃烧器热面的距离(即长度)上的更充分燃烧。这样,主燃料流和主氧化剂流能以高动量喷射,同时确保主燃料与主氧化剂在预定火焰长度内的充分燃烧程度。
根据一个优选实施例,n股搅动气体喷射成不偏离火焰,即与不包含n股搅动气体射流的火焰的传播方向相比不改变火焰的传播方向。
这通过搅动气体射流的数量n、主通路的轴线周围的n个辅助开口的位置、搅动气体射流的流量、它们的速率等的适当选择来实现。
所述多个辅助通路的n个辅助开口优选定位成围绕所述轴线轴向对称,即该n个辅助开口围绕所述轴线均匀地分布以便通过该n股搅动气体射流来使主燃料流和主氧化剂流的覆盖范围最大化。
随着n股搅动气体射流喷射到主通路的下游区段中以便与主燃料流和主氧化剂流交互并由此增加主燃料流和主氧化剂流的扰动和混合,n股搅动气体射流以容许这种效果的喷射方向和速率喷射。特别地,为了增加主燃料流和主氧化剂流的扰动和混合,搅动气体射流沿冲击所述流的方向并以充分的喷射速率喷射以便穿透到主燃料流和主氧化剂流中。
特别地,搅动气体射流可沿朝向纵向轴线的方向喷射。
搅动气体射流也可沿未处于由搅动气体射流和轴线限定的平面内的方向喷射。
在后一种情况下,搅动气体射流与主燃料流和主氧化剂流之间的交互可引起或增强所述流在由搅动气体射流限定的旋转方向上围绕所述轴线的涡旋移动。这样,不仅改善了主燃料与主氧化剂的混合,而且还增加了主燃料在主氧化剂流中的停留时间,由此两种效果都提高了主燃料与主氧化剂的燃烧的效率。
n股搅动气体射流可围绕所述轴线根据相同的旋转方向喷射,即n股搅动气体射流在从热面侧看时可围绕所述轴线顺时针喷射,使得n股搅动射流的组合效果增强主燃料和主氧化剂围绕该轴线的顺时针旋转。替代地,n股搅动气体射流可围绕所述轴线逆时针喷射。在这些情况下以及为了增强搅动气体射流的动量减小效果,它们有益地沿具有朝向所述轴线的矢量分量的喷射方向(与垂直于由所述轴线和对应的辅助开口限定的平面的喷射方向相对)喷射。当不同搅动气体射流沿围绕所述轴线的相对旋转方向喷射时,主燃料和主氧化剂围绕所述轴线旋转的效果未增强,但扰动却增加。
下游区段可具有比上游区段大的截面。这种实施例可用于限制由至少一个金属喷射器喷射的主燃料流和主氧化剂流与块体的耐火材料的任何碰撞,该碰撞可能引起至少一个金属喷射器下游的贯通通路的表面的腐蚀和/或侵蚀。当主燃料与主氧化剂的燃烧在该贯通通路内开始时,这种更宽的区段同样基本限制了火焰对该贯通通路的耐火表面的潜在破坏性冲击。
下游区段的截面可以是恒定的或可变的。
当下游区段的截面更宽且可变时,它通常朝向块体的热面增加。
替代地,下游区段可在块体的热面附近或热面处存在变窄部,由此为至少一个金属喷射器提供防止来自炉的燃烧区的热辐射的附加热屏蔽。当n个辅助开口位于下游区段的变窄部内时,n股搅动气体射流对主燃料流和主氧化剂流的撞击在有限的空间中发生,这可以增强搅动气体射流对所述流的影响。
根据燃烧过程的性质和目标,可以使用不同气体作为搅动气体。
辅助开口的数量在实践中可受下游区段的周长和/或受制造成本制约。由于这些原因,辅助开口的数量n通常将不超过12,优选不超过10。优选地,n至少为3,更优选地至少为4、至少为5或至少为6。
搅动气体射流的喷射方向与主喷射方向X之间的不同角度是可能的。
搅动气体射流的喷射方向与主喷射方向之间的夹角通常为30°至105°,优选45°至105°。
当人们例如为了增加主燃料在火焰中的停留时间而试图减小主氧化剂流和主燃料流在流动方向X上的动量时,n股气体射流不应当主要沿所述主流动方向X喷射。于是优选根据与主喷射方向X形成60°与105°之间、优选65°与85°之间的夹角的喷射方向来喷射搅动气体射流。
耐火块体可以是耐火陶瓷块体。该耐火块体也可以是金属耐火块体。
根据第一实施例,搅动气体为基本惰性气体。在本文中,“惰性气体”是不参与燃烧过程的气体。“基本惰性气体”是包含75vol%以上、优选85vol%以上的气体。适合于用作搅动气体的惰性气体的示例为蒸汽、CO2和回收的燃烧气体。在后一种情形中,来自炉的燃烧区的燃烧气体可利用或不利用诸如除尘、蒸气凝结等处理来作为搅动气体喷射。
替代地,可以使用副氧化剂作为搅动气体。所述副氧化剂可与主氧化剂相同或可与主氧化剂不同。在后一种情况下,副氧化剂特别是可具有比主氧化剂高的氧含量,例如用以确保主燃料的基本彻底的燃烧。这种情况下,副氧化剂有利地具有至少50vol%、优选至少80vol%、更优选至少90vol%且最优选100vol%的氧含量。
搅动气体也可以是副燃料。副燃料可以与主燃料相同或不同。对于某些应用而言,优选选择具有比主燃料高的热值的副燃料。这在主燃料难以燃烧或彻底燃烧时特别有用。例如,主燃料可以是重石油馏分、可燃废液、废固体颗粒、固体颗粒含碳燃料等,并且搅动气体可以是诸如甲烷、丙烷、天然气等气态燃料。固体颗粒含碳燃料的示例为固体化石含碳燃料和固体生物质。
当主燃料为固体颗粒燃料时,它可以是呈浆料例如固体颗粒燃料在水中的浆料的形式喷射。替代地,固体颗粒燃料也可呈夹杂气体的固体燃料的形式喷射。
不同构型可用于将主燃料和主氧化剂喷射到主通路的下游区段中。
根据一个实施例,主燃料或主燃料的至少一部分喷射到主氧化剂周围。该实施例对于部分燃烧过程而言会是有利的,在部分燃烧过程中人们试图避免或限制主氧化剂与燃烧区内的炉气氛中的部分燃烧产物之间的接触。这种情况下,搅动气体优选不是氧化剂。本发明的部分燃烧方法的一个有利的示例是使主燃料部分地燃烧以便产生发生炉煤气的方法。这种包含大量CO和H2的发生炉煤气可有益地用作用于化学合成过程的原始产品或作为下游燃烧过程中的替代燃料。
主氧化剂也可完全或部分喷射到主燃料周围。此实施例对于希望主燃料的彻底燃烧的燃烧过程而言特别有利。
也可设想其它构型。例如,主喷射器组件可包括多个主燃料喷射器和/或多个主氧化剂喷射器。
根据本发明的一个优选实施例,主燃料和主氧化剂以同心方式喷射。为了改善主燃料与主氧化剂的接触和混合,内喷射器可朝端部稍微加宽(例如与主喷射方向X成最多12°的角)。出于相同的目的,外喷射器可被制成稍微朝其喷射端变窄。替代地,内喷射器和/或外喷射器可具有朝向其喷射端一致的截面。
本发明还涉及适合用于上述燃烧方法中的燃烧器。这种燃烧器包括金属喷射器组件和耐火燃烧器块体。该喷射器组件终止于包括用于喷射燃料和氧化剂的至少一个金属喷射器的喷射端中。该燃烧器块体包括沿纵向轴线从块体的冷面延伸到块体的与冷面相对的热面并且限定主喷射方向X的主通路。主通路以耐火材料的周围表面为边界。主通路具有与冷面邻接的上游区段和与热面邻接并位于上游区段的下游的下游区段。喷射器组件的喷射端位于主通路的上游端中以用于将燃料和氧化剂朝向主通路的下游端喷射到其中。上游区段围绕喷射器组件的喷射端。下游区段终止于块体的热面中的主喷射开口中。
根据本发明,该燃烧器块体还包括用于输送搅动气体通过燃烧器块体并用于将n股搅动气体射流喷射到主通路的下游端中的多个辅助通路,其中n至少等于2。多个辅助通路经由位于主通路的围绕面中的n个辅助开口终止于该通路的下游区段中。多个辅助通路更具体地定位和定向成使得,当燃烧器工作时,经由所述n个辅助开口喷射的n股搅动气体射流撞击由位于下游区段内或直接下游的喷射器组件喷射的主燃料和主氧化剂。
当该撞击不是在该通路的下游区段中发生时,认为所述撞击已在它在离主喷射开口的一定距离(在方向X上测定)内发生时在所述下游区段的紧下游发生,所述距离最多等于主喷射开口的直径D,优选最多直径D的一半,且更优选最多直径D的四分之一。
所述多个辅助通路的n个辅助开口优选定位成围绕所述轴线轴向对称,即n个辅助开口围绕所述轴线均匀地分布以便使n股搅动气体射流与主燃料流和主氧化剂流的撞击最大化,例如围绕纵向轴线间隔60°的6个辅助开口。
多个辅助通路和n个辅助开口可定位和定向成沿朝向该轴线的方向喷射n股搅动气体射流。
多个辅助通路和n个辅助开口也可定位和定向成以围绕所述轴线的相同旋转方向(例如顺时针或逆时针)喷射n股搅动气体射流,以便产生主燃料和主氧化剂围绕所述轴线的涡旋移动。在这些情况下并且为了增强搅动气体射流的动量减小作用,多个辅助通路和n个辅助开口优选定位和定向成使得n股搅动气体射流根据具有朝向所述轴线的矢量分量的喷射方向(与垂直于由所述轴线和对应的辅助开口限定出的平面的喷射方向相反)而喷射。
优选多个辅助通路和n个辅助开口定位和定向成用于根据与主喷射方向X形成30°与105°之间、通常45°与105°之间的夹角的喷射方向来喷射n股搅动气体射流。
对于某些应用而言,优选多个辅助通路和n个辅助开口定位和定向成用于根据与主喷射方向X形成60°与105°之间、优选65°与85°之间的夹角的喷射方向来喷射n股搅动气体射流。
耐火块体可以是陶瓷或金属耐火陶瓷块体。
根据本发明的燃烧器的更多实施例包括如上文关于本发明的燃烧过程所述的燃烧器的可选特征中的一个或组合。
本发明还涉及方法和燃烧器在炉中的用途和一种适合于用在上述方法中的炉。
这种炉包括根据上述实施例中的一个的燃烧器。所述燃烧器在炉壁中安装成使得燃烧器块体的热面面向炉的燃烧区并且燃烧器块体的冷面背离燃烧区。当借助于主喷射器组件的喷射端将主燃料流和主氧化剂流朝向主通路的下游端喷射到其中时,主燃料与主氧化剂的燃烧在炉的燃烧区中发生,其中,视工艺而定,所述燃烧可以是彻底的或部分的。
该炉例如可以是玻璃或金属熔融炉、锅炉、气化炉等。
燃烧器的燃烧器块体中的多个辅助通路和n个辅助开口和n股搅动气体射流经其的喷射使得能在使至少一个金属喷射器与燃烧区中的高温和来自燃烧区的热辐射隔离的情况下改善主燃料与主氧化剂的混合并控制火焰长度和主燃料滞留时间,同时限制或避免燃烧气氛再循环到燃烧器块体中。
附图说明
下文参考附图说明本发明,在附图中:
·图1是根据本发明的燃烧器的部分截面的示意性表示,以及
·图2是图1的燃烧器的示意性的热侧正视图。
·图3是根据本发明的燃烧器的一个替代实施例的局部截面的示意性表示,以及
·图4是图3的燃烧器的示意性的热侧正视图。
具体实施方式
图示的燃烧器包括主喷射器组件,其喷射端100被示出。
喷射端100包括用于喷射作为主氧化剂的与回收的烟气混合的工业纯氧(至少90vol%O2)的中央金属氧化剂喷射器120和用于喷射作为主燃料的夹杂气体的固体颗粒燃料的围绕的金属燃料喷射器110。
各种输送气体可在进行或不进行氧增浓的情况下用于固体颗粒燃料,例如空气、蒸汽或回收的烟气。
燃烧器还包括安装在炉壁300中的金属或陶瓷的耐火块体200。从块体200的冷面201穿过所述燃烧器块体200到块体200的热面202设置有沿轴线252延伸的主通路250。热面202面向炉的燃烧区400。耐火周围表面251在主通路250跨越块体200时成为主通路250的边界。
主通路具有与冷面201邻接的上游区段260和位于上游区段260的下游(在主燃料和主氧化剂的流动方向上)并与热面202邻接的下游区段270。
主喷射器组件的喷射端100在主通路250的上游区段中定位成使得上游区段260围绕金属喷射器110、120。
在使用中,夹杂气体的固体颗粒燃料流和主氧化剂流借助于主喷射器组件的喷射端100朝向主通路250的下游区段270喷射到其中,使得两股流在所述下游区段270中相接触并混合。
在图1和2所示的实施例中,燃烧器块体200包括4个辅助通路281、283。每个所述辅助通路都经由主通路250的周围表面251中的辅助开口291、292、293、294终止于扩宽的下游区段270中。4个辅助开口围绕限定出两个连续的辅助开口291、292、293和294之间的90°角的轴线252轴向对称。
4个辅助通路281、283定位和定向成使得经辅助开口291、292、293和294喷射到下游区段270中的气体射流相对于轴线252沿顺时针方向(当从燃烧器块体200的热面202看时)喷射。
4股对应的搅动气体射流具有相等的速率和流量。
这些气体射流撞击由主喷射器组件的喷射端100喷射的燃料流和氧化剂流并起搅动气体射流作用,从而增强所述燃料流和氧化剂流的扰动和混合。更具体地,搅动气体射流向主燃料流和主氧化剂流赋予旋流作用,由此延长固体颗粒燃料在主氧化剂流中的滞留时间。在本例中,气态燃料作为搅动气体射流喷射并且因此还确保点燃主燃料与主氧化剂的燃烧。由于搅动气体射流的相等速率和流量,火焰的传播方向保持不变。
图示的燃烧器为自冷却式燃烧器,其中燃烧器且特别是燃烧器的金属喷射器110、120由流经其中的介质冷却。考虑到燃烧器200对金属喷射器110、120的热屏蔽,不必设置另外的冷却回路。
在图1和2所示的实施例中,主通路250的下游区段270具有比上游区段260大的截面并具有朝向热面202扩宽的漏斗形状,以便在火焰的根部位于下游区段270中的耐火表面上的通路内时限制主燃料流和主氧化剂流以及得到的火焰的撞击。
4个辅助通路281、283定位和定向成使得经辅助开口291、292、293和294喷射的气体射流相对于轴线252沿顺时针方向(当从燃烧器块体200的热面202看时)喷射,但具有朝向轴线252的矢量分量,并且使得经所述辅助开口291至294喷射的搅动气体射流撞击主通路250的下游区段270内的主燃料流和主氧化剂流。
在图3和4所示的实施例中,主通路250的下游区段270最初具有与上游区段260相同的截面,然后朝向热面202(即朝向炉的燃烧区)变窄,并且终止于颈部273中。该颈部273限制可穿透到主通路250中的来自燃烧区的辐射量和燃烧气体。
因此,防止了来自炉气氛的可凝结物质到达更冷的喷射器。
燃烧器块体200包括6个辅助通路281、283。每个所述辅助通路都经由主通路250的周围表面251中的辅助开口291、292、293、294、295、296终止于区段270的颈部273中。6个辅助开口围绕在两个连续的辅助开口291、292、295、293、294、296之间限定出60°角的轴线252轴向对称。
6个辅助通路281、283定位和定向成使得经辅助开口291至296喷射的搅动气体射流相对于轴线252沿逆时针方向(当从燃烧器块体200的热面202看时)喷射并且基本在主通路250的主喷射开口处或其紧上游或下游撞击主燃料流和主氧化剂流。
由于搅动气体射流的定向,不需要涡旋装置来确保颗粒燃料在主氧化剂流中的足够长的滞留时间,而同时夹杂气体的固体燃料流和主氧化剂流的立体角保持小。这样,实现了燃料和主氧化剂的充分混合。如果为了增强涡旋作用,燃烧器还配备有如上所述的混合装置,则该混合装置优选位于主氧化剂喷射器120内或其紧下游以避免所述涡旋装置由于固体颗粒燃料的撞击而侵蚀。
Claims (16)
1.一种借助于燃烧器来使燃料与氧化剂燃烧的方法,所述燃烧器包括主喷射器组件和耐火燃烧器块体(200),其中
·所述主喷射器组件终止于包括至少一个金属喷射器(110,120)的喷射端(200)中,
·所述块体包括主通路(250),所述主通路以周围通路表面为边界并且从所述块体的冷面(201)沿轴线(252)延伸到所述块体的与所述冷面相对的热面(202),
·所述主通路(250)限定出平行于所述轴线(252)的主喷射方向X并且具有与所述冷面(201)邻接的上游区段(260)和位于所述上游区段(260)的下游并与所述热面(202)邻接的下游区段(270),所述下游区段终止于所述块体的热面中的主喷射开口中,并且
·所述主喷射器组件的喷射端(100)在所述主通路(250)的上游区段(260)中定位成使得所述上游区段(260)围绕所述至少一个金属喷射器(110,120),
在所述方法中:
·借助于所述主喷射器组件的喷射端(100)按照主喷射方向X将主燃料流和主氧化剂流朝向所述主通路(250)的下游区段(270)喷射到下游区段(270)中,
所述方法的特征在于:
·所述燃烧器块体还包括经由所述主通路(250)的周围表面中的n个辅助开口(291,292,293,294)终止于所述下游区段(270)中的多个辅助通路(281,283),其中n≥2,并且
·经由所述n个辅助开口(291,292,293,294)将n股搅动气体射流喷射到所述下游区段(270)中以便与所述主燃料流和所述主氧化剂流相互作用并且增强其扰动和混合;
其中,所述主喷射器组件的喷射端包括氧化剂喷射器和燃料喷射器,其中所述主喷射器组件的喷射端包括(a)围绕燃料喷射器的氧化剂喷射器或者(b)围绕氧化剂喷射器的燃料喷射器,所述主燃料流和所述主氧化剂流以同心方式喷射。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,喷射所述n股搅动气体射流以便减小所述主燃料流和所述主氧化剂流在所述主喷射方向X上的动量。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述n个辅助开口(291,292,293,294)定位成围绕所述轴线(252)轴对称。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其中:
·所述n股搅动气体射流定向成朝向所述轴线(252),或
·所述n股搅动气体射流按照围绕所述轴线(252)的相同旋转方向喷射。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其中,按照与所述主喷射方向X形成在30°与105°之间的夹角的喷射方向来喷射所述搅动气体射流。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,按照与所述主喷射方向X形成在60°与105°之间的夹角的喷射方向来喷射所述搅动气体射流。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述耐火块体是耐火陶瓷块体或耐火金属块体。
8.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述搅动气体选自:基本惰性气体、副氧化剂和副气态燃料。
9.根据权利要求1或2所述的方法,其中:
·将所述主燃料的至少一部分喷射到所述主氧化剂周围,或
·将所述主氧化剂的至少一部分喷射到所述主燃料周围。
10.一种燃烧器,包括金属喷射器组件和耐火燃烧器块体(200),
·所述喷射器组件包括喷射端(200)并且终止于至少一个金属喷射器(110,120)中,
·所述块体包括主通路(250),所述主通路以周围表面为边界并且从所述块体的冷面(201)沿轴线(252)延伸到所述块体的与所述冷面相对的热面(202),
·所述主通路(250)具有纵向轴线(252)、与所述冷面(201)邻接的上游区段(260)和与所述热面(202)邻接并位于所述上游区段的下游的下游区段(270),所述下游区段终止于所述块体的热面中的主喷射开口中,
·所述喷射器组件的喷射端(100)位于所述主通路(250)的上游区段(260)中以将燃料和氧化剂朝向所述主通路(250)的下游区段(270)喷射到下游区段(270)中,所述上游区段(260)围绕所述至少一个金属喷射器(110,120),
其特征在于:
·所述燃烧器块体还包括用于输送搅动气体通过所述燃烧器块体并用于将搅动气体射流喷射到所述主通路(250)的下游区段(270)中的多个辅助通路(281,283),所述多个辅助通路(281,283)经由所述主通路(250)的周围表面中的n个辅助开口(291,292,293,294)终止于所述主通路的下游区段(270)中,其中n≥2,所述多个辅助通路定位和定向成使得,在运行中,经由所述n个辅助开口(291,292,293,294)喷射的n股搅动气体射流与由位于所述下游区段(270)内或所述下游区段(270)下游的喷射器组件喷射的主燃料和主氧化剂相互作用以便产生增强的所述主燃料与所述主氧化剂的扰动和混合;
其中,所述主喷射器组件的喷射端包括氧化剂喷射器和燃料喷射器,其中所述主喷射器组件的喷射端包括(a)围绕燃料喷射器的氧化剂喷射器或者(b)围绕氧化剂喷射器的燃料喷射器,所述主燃料流和所述主氧化剂流以同心方式喷射。
11.根据权利要求10所述的燃烧器,其中,所述n个辅助开口(291,292,293,294)围绕所述纵向轴线(252)均匀地分布。
12.根据权利要求10或11所述的燃烧器,其中,所述多个辅助通路定位和定向成使得,在运行中,所述n股搅动气体射流经由所述n个辅助开口(291,292,293,294)喷射:
·其中喷射方向定向成朝向所述纵向轴线(252),或
·其中喷射方向呈现围绕所述轴线(252)的相同旋转方向。
13.根据权利要求10或11所述的燃烧器,其中,所述多个辅助通路定位和定向成使得,在运行中,所述n股搅动气体射流经由所述n个辅助开口(291,292,293,294)以与所述主喷射方向X形成30°与105°之间的夹角的喷射方向喷射。
14.根据权利要求13所述的燃烧器,其中,所述n股搅动气体射流以与所述主喷射方向X形成60°与105°之间的夹角的喷射方向喷射。
15.根据权利要求10或11所述的燃烧器,其中,所述耐火块体是耐火陶瓷块体或耐火金属块体。
16.一种炉,包括至少一个根据权利要求10至15中任一项所述的燃烧器,所述燃烧器在炉壁中安装成使得所述燃烧器块体的热面面向所述炉的燃烧区并且所述燃烧器块体的冷面背离所述燃烧区。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP12306624.3A EP2746657A1 (en) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | Method for combusting fuel and burner therefor |
EP12306624.3 | 2012-12-19 | ||
PCT/EP2013/077195 WO2014096072A1 (en) | 2012-12-19 | 2013-12-18 | Method and combusting fuel and burner therefor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104870895A CN104870895A (zh) | 2015-08-26 |
CN104870895B true CN104870895B (zh) | 2018-08-07 |
Family
ID=47678540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201380066340.8A Active CN104870895B (zh) | 2012-12-19 | 2013-12-18 | 燃烧燃料的方法和用于燃烧燃料的燃烧器 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10101025B2 (zh) |
EP (2) | EP2746657A1 (zh) |
CN (1) | CN104870895B (zh) |
WO (1) | WO2014096072A1 (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2993397A1 (en) * | 2014-09-02 | 2016-03-09 | Linde Aktiengesellschaft | Low-NOx-burner |
JP6102009B2 (ja) | 2015-02-27 | 2017-03-29 | 大陽日酸株式会社 | 気体燃料バーナ、及び気体燃料バーナによる加熱方法 |
US10890329B2 (en) | 2018-03-01 | 2021-01-12 | General Electric Company | Fuel injector assembly for gas turbine engine |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2075742U (zh) * | 1989-10-23 | 1991-04-24 | 冶金部武汉钢铁设计研究院 | 高炉热风炉陶瓷燃烧器的直缝喷嘴 |
CN101201163A (zh) * | 2006-12-04 | 2008-06-18 | 普莱克斯技术有限公司 | 用可变氧化剂以及低NOx燃烧器的燃烧 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4622007A (en) * | 1984-08-17 | 1986-11-11 | American Combustion, Inc. | Variable heat generating method and apparatus |
CN1007920B (zh) * | 1985-07-15 | 1990-05-09 | 美国氧化公司 | 烃类流体燃料燃烧、控制方法及装置 |
US5554022A (en) * | 1994-10-14 | 1996-09-10 | Xothermic, Inc. | Burner apparatus and method |
DE10160325A1 (de) * | 2001-12-07 | 2003-06-26 | Messer Griesheim Gmbh | Mit flüssigem Brennstoff betriebener Flachflammenbrenner |
CN2769700Y (zh) * | 2004-12-29 | 2006-04-05 | 杨文俊 | 多功能高压高效燃烧器 |
US20070037106A1 (en) * | 2005-08-12 | 2007-02-15 | Kobayashi William T | Method and apparatus to promote non-stationary flame |
US7549858B2 (en) * | 2006-12-04 | 2009-06-23 | Praxair Technology, Inc. | Combustion with variable oxidant low NOx burner |
CN203375455U (zh) * | 2013-03-14 | 2014-01-01 | 洛阳新普石化设备开发有限公司 | 预置式辅助燃烧室燃烧器 |
-
2012
- 2012-12-19 EP EP12306624.3A patent/EP2746657A1/en not_active Withdrawn
-
2013
- 2013-12-18 WO PCT/EP2013/077195 patent/WO2014096072A1/en active Application Filing
- 2013-12-18 CN CN201380066340.8A patent/CN104870895B/zh active Active
- 2013-12-18 US US14/654,284 patent/US10101025B2/en active Active
- 2013-12-18 EP EP13808047.8A patent/EP2941594B1/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2075742U (zh) * | 1989-10-23 | 1991-04-24 | 冶金部武汉钢铁设计研究院 | 高炉热风炉陶瓷燃烧器的直缝喷嘴 |
CN101201163A (zh) * | 2006-12-04 | 2008-06-18 | 普莱克斯技术有限公司 | 用可变氧化剂以及低NOx燃烧器的燃烧 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104870895A (zh) | 2015-08-26 |
US10101025B2 (en) | 2018-10-16 |
US20150330624A1 (en) | 2015-11-19 |
WO2014096072A1 (en) | 2014-06-26 |
EP2746657A1 (en) | 2014-06-25 |
EP2941594A1 (en) | 2015-11-11 |
EP2941594B1 (en) | 2020-07-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2212001C2 (ru) | Кислородно-нефтяная центробежная форсунка | |
JP4264004B2 (ja) | NOx低放出の改良型バーナーシステム | |
JP5551633B2 (ja) | 液体燃料の燃焼方法及び燃焼装置 | |
CN104654306B (zh) | 一种低氮氧化物燃烧器 | |
CN101360952B (zh) | 双燃料气-液燃烧器 | |
CA2447635A1 (en) | Method and system for feeding and burning a pulverized fuel in a glass melting furnace, and burner for use in the same | |
KR19990068227A (ko) | 미분탄 연소 버너 및 그에 의한 연소 방법 | |
JP5386230B2 (ja) | 燃料バーナ及び旋回燃焼ボイラ | |
CN104870895B (zh) | 燃烧燃料的方法和用于燃烧燃料的燃烧器 | |
EP1335163B2 (en) | Ultra low NOx burner for process heating | |
US11353212B2 (en) | Low NOxburner apparatus and method | |
US3385527A (en) | Oil burner head | |
WO2018074166A1 (ja) | 電気炉用助燃バーナー | |
EP3152490B1 (en) | Non-symmetrical low nox burner apparatus and method | |
JPH01500049A (ja) | 環状のノズル・バ−ナ−とその環状のノズル・バ−ナ−を使用する方法 | |
JP2012255600A (ja) | 固体燃料バーナ及びそれを備えた燃焼装置 | |
US20140329187A1 (en) | Device and method for spraying a combustible liquid | |
KR100738863B1 (ko) | 저 NOx 작동을 위한 개선된 연료 스테이징 방법 | |
US10684010B2 (en) | Burner assembly and method for combustion of gaseous or liquid fuel | |
CN118302635A (zh) | 燃烧装置、燃烧系统及燃烧方法 | |
CN108700287B (zh) | 用于喷射微粒状固体燃料和氧化剂的方法及其喷射器 | |
KR20210020861A (ko) | 가연성 폐기물 분사장치 및 그 운전방법 | |
US20240159392A1 (en) | FREE-JET BURNER AND METHOD FOR LOW CO2, NOx, AND CO EMISSIONS | |
JP2000346318A (ja) | 球状粒子製造用バーナ | |
Zink et al. | Low NOx burner apparatus and method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |