CN106197010A - 用于再生式燃炉的选择性氧‑燃料增强喷燃器系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于再生式燃炉的氧‑燃料增强喷燃器，再生式燃炉具有成对的再生器端口，其构造成交替地喷火到燃炉中和从燃炉排气，氧‑燃料增强喷燃器包括：至少一个喷燃器元件，其通过定位成喷火到燃炉的补充区域中而对应于各个再生器端口，各个喷燃器元件包括构造成流出第一反应物的选择性分配喷嘴，以及构造成流出第二反应物的比例分配喷嘴；以及控制器，其编程成识别哪个再生器端口当前在喷火和哪在当前在排气，以及独立地控制通往各个选择性分配喷嘴的第一反应物流量，使得对应于当前喷火的再生器端口的至少一个喷燃器元件具有大于平均数的第一反应物流量，并且对应于当前排气的再生器端口的至少一个喷燃器元件具有小于平均数的第一反应物流量。

Description

用于再生式燃炉的选择性氧-燃料增强喷燃器系统和方法

技术领域

本申请涉及在再生式燃炉中采用一个或多个氧-燃料喷燃器的系统和在再生式燃炉中运行这样的喷燃器的方法，以提供增强的热传递，同时改进加热的均匀性和减少可能形成的氮氧化物(NOx)。

背景技术

在传统的再生式燃炉系统中，空气-燃料喷燃器以交替地喷火的对的方式用来通过预热运行第二成对的喷燃器期间使用的空气，从第一成对的喷燃器的烟道气回收能量。具体而言，大容量热交换器(例如，耐热材料)用来从烟道气吸收能量(作为热)，而第一喷燃器喷火且然后将能量(作为热)释放给通往第二喷燃器的空气流，并且反之亦然。在各个喷燃器喷火时，另一个喷燃器的空气通道用作烟道气管道，并且包括大容量热交换器，并且喷燃器周期性地在作为喷燃器喷火和用作烟道气管道之间前后循环。

图9中显示端部端口再生式燃炉100的构造的一个示例。燃炉典型地使用交替地用作喷燃器和烟道的两个喷燃器端口110、130再生式地运行。燃炉由前壁102、后壁120和各自从前壁102延伸到后壁120的第一侧壁114和第二侧壁134，以及顶部(未显示)包围。要熔化的填料材料(诸如玻璃或金属)加载到燃炉100中且定位在燃炉100内。

在端部端口构造中，第一再生器端口110和第二再生器端口130安装在前壁102中。在第一运行模式中，燃料和空气供应到第一再生器端口110且在燃炉10中燃烧，而热燃烧产物通过第二再生器端口130的空气供应开口作为烟道气排出。燃烧气体在燃炉100中以大体U-形路径行进。在第二运行模式中，燃料和空气供应到第二再生器端口130且在燃炉100中燃烧，而热燃烧产物作为烟道气通过第一再生器端口110的空气供应开口排出。烟道(未显示)可定位在燃炉100中，以协助产生气流来保持U形流型。燃炉运行在第一模式和第二模式之间交替，使得再生器端口110、130循环地用作喷燃器端口和排气端口，在两个模式之间的切换以设定时间比例进行，诸如每隔10到30分钟。热交换器(还称为再生器)定位在各个再生器端口110、130中，使得向内流过再生器端口的空气和向外流过再生器端口的排气穿过热交换器，从而利用从离开的排气回收的热预热进入的空气。

在给定再生式燃炉的成对的或交替喷火构造的情况下，有时难以在熔化/加热过程中最佳地定位成对的喷燃器，以便获得均匀加热。为了确保在第一再生器端口在喷火时大部分烟道气通过第二再生器端口离开，引入气流，这可导致烟道气的抄近路和潜在的能量分配不均匀性。例如，冷点122可存在于燃炉100中，这导致延长的循环时间。这样的冷点普遍特别是在燃炉100中的U-形路径的基部处，基部与其宽度相比且与从再生器端口喷燃器110、130发出的火焰达到的区域相比，较长。

策略性地定位的氧-燃料喷燃器可在燃炉中提供瞄准那些冷点的能量增强，以改进加热均匀性、效率和生产率，而不显著增加烟道气的体积。由于氧富化在空气-燃料燃炉中的其它使用，增加燃烧效率和更高火焰温度可为有益的。但是，将氧-燃料喷燃器引入燃烧空气-燃料的燃炉中还可不利地增加NOx排放。参见Charles E. Baukal, ed.的(1998年的CRC Press，第48页，图2.1)“氧-增强燃烧”，其描述了在氧化剂中的45-50%氧附近的NOx的峰值，在氧化剂中高于55%的氧下NOx会降低，因为氧化剂中的氮浓度较低。之前尝试在燃烧空气-燃料的再生式燃炉中使用的氧富化未克服这个问题。

发明内容

提供一种选择性增强喷燃器系统和方法，以增强燃炉中的火焰覆盖范围和视角因数，并且使得能够减少冷点和因而进行较均匀的燃炉加热。如本文限定，氧-燃料增强喷燃器可将1%到90%的燃烧能量提供给燃炉，或在多个实施例中，将至少5%、至少10%、至少20%、至少30%或至少40%；或小于90%、小于80%、小于70%、小于60%或小于50%；或前述上限和下限的组合的燃烧能量提供给燃炉。喷燃器的构造使得能够在空间上和在时间上有最佳热通量输送，使得可在燃炉中实现和保持均匀温度分配。均匀热通量通过将热通量引导到基于燃炉几何结构或基于来自一个或多个传感器的实时反馈例如通过算法确定的合适的位置达某个时间量来实现。喷燃器和方法使得能够有选择性地较长和较具穿透性的火焰可冲击燃炉中的填料，以提供改进的熔化，同时最大程度地减少氧化性熔料损失。具体而言，多个高动量被以循环方式引导向熔料。避免了过热且较均匀地将能量分配在熔料浴池上。喷燃器具有多个单独的喷燃器元件，其位于一个壳体中或在不止一个壳体之间分开。各个喷燃器元件使其自己的火焰处于被动或主动状态，这可以多个型式和频率调节，以实现期望热通量分布。各个主动火焰与燃炉中的火焰区域相关联。

如本文描述，选择性增强喷燃器输送的氧-燃料燃烧调节成模仿再生式燃炉的循环运行或与其同步。这可使用单个增强喷燃器或多个增强喷燃器实现，其在燃炉中相对于再生器喷燃器策略性地安装，以根据燃炉的需要输送能量，同时最大程度地减小燃炉中的氧-燃料增压火焰和空气-燃料再生器火焰之间的影响。

描述增强喷燃器系统的多个实施例。

方面1：一种用于再生式燃炉的氧-燃料增强喷燃器，再生式燃炉具有成对的再生器端口，其构造成交替地喷火到燃炉中和从燃炉排气，增强喷燃器包括：至少两个喷燃器元件，其中至少一个喷燃器元件对应于各个再生器端口，使得再生器端口和其对应的至少一个喷燃器元件定位成喷火到燃炉的补充区域中，各个喷燃器元件包括：选择性分配喷嘴，其构造成流出第一反应物；和比例分配喷嘴，其构造成流出第二反应物；以及控制器，其编程成：识别哪个再生器端口当前在喷火和哪个再生器端口当前在排气；和独立地控制通往各个分配喷嘴的第一反应物流量，使得对应于当前喷火的再生器端口的至少一个喷燃器元件为主动的，而对应于当前排气的再生器端口的至少一个喷燃器元件为被动的，其中主动喷燃器元件的选择性分配喷嘴中的第一反应物流量大于通往选择性分配喷嘴的平均第一反应物流量，并且被动喷燃器元件的选择性分配喷嘴中的燃料流量小于通往选择性分配喷嘴的平均第一反应物流量，并且其中第一反应物为燃料和氧化剂中的一个，并且其中第二反应物为燃料和氧化剂中的另一个。

方面2：根据方面1的增强喷燃器，其中比例分配喷嘴为包围选择性分配喷嘴的环形喷嘴。

方面3：根据方面1或2的增强喷燃器，其中第一反应物为燃料而第二反应物为氧化剂。

方面3a：根据方面1或2的增强喷燃器，其中第一反应物为氧化剂而第二反应物为燃料。

方面4：根据方面3的增强喷燃器，进一步包括：至少一个分级喷嘴，其与各个喷燃器元件间隔开且构造成流出二级氧化剂；其中控制器还编程成将分级比率控制为小于或等于大约75%，其中分级比率为包含在二级氧化剂流量中的氧与流过比例分配喷嘴和分级喷嘴的氧化剂的总和的比率。

方面5：根据方面1到4的增强喷燃器，其中再生器端口安装在燃炉的端壁中，并且其中增强喷燃器安装在燃炉的相反的端壁中。

方面6：根据方面1到4的增强喷燃器，其中再生器端口定位在相反的侧壁中，靠近燃炉的端壁，各个再生器端口相对于其相应的侧壁处于非垂直角度，并且其中增强喷燃器安装在燃炉的相反的端壁中。

方面7：根据方面1到4的增强喷燃器，其中再生器端口定位在相反的侧壁中，靠近燃炉的端壁，各个再生器端口相对于其相应的侧壁处于非垂直角度，并且其中增强喷燃器安装在燃炉的顶部中。

方面8：根据方面1的增强喷燃器，其中喷燃器元件安装在同一壳体中。

方面9：根据方面1的增强喷燃器，其中至少一个喷燃器元件与至少一个其它喷燃器元件安装在单独的壳体中。

方面10：根据方面1的增强喷燃器，其中控制器编程成将通往被动选择性分配喷嘴的第一反应物流量控制为大于零且小于或等于主动选择性分配喷嘴的第一反应物流率的一半。

方面11：根据方面1的增强喷燃器，其中流过喷燃器元件的氧化剂具有的氧浓度等于或大于大约70%。

方面12：根据方面1的增强喷燃器，其中主动喷燃器元件的选择性分配喷嘴具有主动射流流率，并且其中被动喷燃器元件的选择性分配喷嘴具有被动射流流率；并且其中控制器编程成将主动射流流率与被动射流流率的比率控制为大约5到大约40。

方面13：根据方面1的增强喷燃器，其中被动喷燃器元件具有大约0.2到大约1的当量比率，并且其中主动喷燃器元件具有大约1到大约10的当量比率，其中当量比率为燃烧通过喷燃器元件的实际燃料流量所需要的比率理论化学计算氧化剂流量与通过喷燃器元件的实际氧化剂流量的比率。

方面14：一种再生式燃炉，具有第一和第二端壁、连结端壁的第一和第二侧壁、顶部和由端壁、侧壁和顶部包围的腔室，燃炉包括：成对的再生器端口，其构造成交替地喷火到腔室中和从腔室排气，各个再生器端口限定从所述再生器端口延伸到腔室中的火焰区；氧-增强喷燃器，其包括至少两个喷燃器元件，各个喷燃器元件限定从所述喷燃器元件延伸到腔室中的火焰区，使得至少一个喷燃器元件限定基本不与各个一个再生器端口限定的火焰区重叠的火焰区，各个喷燃器元件包括：选择性分配喷嘴，其构造成流出第一反应物；和比例分配喷嘴，其构造成流出第二反应物；和控制器，其编程成：识别哪个再生器端口当前在喷火和哪个再生器端口当前在排气；将具有基本不与当前喷火的再生器端口的火焰区重叠的火焰区的至少一个喷燃器元件规定为主动的且将其余喷燃器元件规定为被动的；和将通往各个主动喷燃器元件的选择性分配喷嘴的第一反应物流量独立地控制为大于通往选择性分配喷嘴的平均第一反应物流量和将通往各个被动喷燃器元件的选择性分配喷嘴的第一流量控制为小于通往选择性分配喷嘴的平均第一反应物流量，并且其中第一反应物为燃料和氧化剂中的一个，并且其中第二反应物为燃料和氧化剂中的另一个。

方面15：一种运行增再生式燃炉中的压喷燃器的方法，再生式燃炉具有成对的再生器端口，其构造成交替地喷火到燃炉中和从燃炉排气，喷燃器具有至少两个喷燃器元件，其各自包括邻近比例分配喷嘴的选择性分配喷嘴，喷燃器还具有控制器，其编程成独立地控制通往各个喷燃器元件的选择性分配喷嘴的第一反应物流量，方法包括：使第二反应物以第二反应物流率流过各个比例分配喷嘴；识别哪个再生器端口当前在喷火和哪个再生器端口当前在排气；将至少一个选择性分配喷嘴选择为主动和将至少一个选择性分配喷嘴选择为被动，至少一个主动选择性分配喷嘴具有补充当前喷火的再生器端口的火焰区的火焰区；使第一反应物以主动射流流率流过至少一个主动选择性分配喷嘴；和使第一反应物以被动射流流率流过至少一个被动选择性分配喷嘴；其中主动射流流率大于通过选择性分配喷嘴的平均第一反应物流率并且被动射流流率小于通过选择性分配喷嘴的平均第一反应物流率，并且其中第一反应物为燃料和氧化剂中的一个并且其中第二反应物为燃料和氧化剂中的另一个。

方面16：根据方面1的增强喷燃器，其中喷燃器元件共线地定位。

方面17：根据方面16的增强喷燃器，进一步包括在各个成相邻对的喷燃器元件之间的分级喷嘴，各个分级喷嘴基本等距地定位在两个喷燃器元件之间。

下面描述的本发明的其它方面。

附图说明

图1A为具有氧化剂分级的选择性增强喷燃器的实施例的端部透视图。

图1B为没有氧化剂分级的选择性增强喷燃器的实施例的端部透视图。

图2A为图1A中的具有分级的选择性增强喷燃器的实施例的控制示意图。

图2B为图1B中的没有分级的选择性增强喷燃器的实施例的控制示意图。

图3为图1A和1B中的选择性增强喷燃器的实施例的运行顺序示意图。

图4为端视示意图，其显示选择性增强喷燃器的两个实施例的喷嘴定向。

图5A(a)-5A(e)为具有分级的选择性增强喷燃器的多个实施例的端视图。图5A(a)显示具有由沿径向向外成角度的四个喷燃器元件包围的中心分级喷嘴的喷燃器；图5A(b)显示具有由沿着外接圆沿切向成角度的四个喷燃器元件包围的中心分级喷嘴的喷燃器；图5A(c)显示具有共线布置的交替的喷燃器元件和分级喷嘴的喷燃器，其中除了中心分级喷嘴以外的所有分级喷嘴向外成角度；图5A(d)显示具有四个共线喷燃器元件的喷燃器，喷燃器元件邻近开槽分级喷嘴的主要轴线且基本平行于开槽分级喷嘴的主要轴线；并且图5A(e)显示成对的对准的扁平火焰喷燃器元件和成对的共线分级喷嘴，共线分级喷嘴邻近各个喷燃器元件的主要轴线且基本平行于各个喷燃器元件的主要轴线。

图5B(a)-5B(f)为没有分级的选择性增强喷燃器的多个实施例的端视图。图5B(a)显示具有沿径向向外成角度的四个喷燃器元件的喷燃器；图5B(b)显示具有沿着外接圆沿切向成角度的四个喷燃器元件的喷燃器；图5B(c)显示具有各个远离另一个喷燃器向外成角度的两个共线喷燃器元件的喷燃器；图5B(d)显示具有四个共线喷燃器元件的喷燃器，相邻对相对于另一个相邻对向外成角度；和图5B(e)显示成对的对准的扁平的火焰喷燃器元件。图5B(f)显示具有多排共线喷燃器元件的喷燃器。

图6显示各个喷燃器元件内的选择性分配喷嘴的多个可行几何结构。

图7为一个类型的燃炉的透视图，其显示选择性增强喷燃器的两个可行安装定向。

图8为比较以发光和非发光模式运行的诸如图7中的燃炉中的传统的氧-燃料喷燃器、传统的分级氧-燃料喷燃器和选择性增强喷燃器的相对比例NOx产量数据的曲线图。

图9为示例性燃烧空气-燃料的端部端口再生式燃炉的示意平面图。

图10为端部端口再生式燃炉的示意平面图，其显示连续燃烧式氧-燃料增强喷燃器的比较性构造。

图11为端部端口再生式燃炉的示意平面图，其显示具有包含在单个壳体中的多个喷燃器元件的端壁安装式选择性增强喷燃器的运行。

图12为端部端口再生式燃炉的示意平面图，其显示具有在两个或更多个单独的壳体之间分开的多个喷燃器元件的端壁安装式选择性增强喷燃器的构造。

图13为成角度的侧端口再生式燃炉的示意平面图，其显示具有包含在单个壳体中的多个喷燃器元件的端壁安装式选择性增强喷燃器的构造。

图14为成角度的侧端口再生式燃炉的示意平面图，显示具有在两个或更多个单独的壳体之间分开的多个喷燃器元件的端壁安装式选择性增强喷燃器的构造。

图15为成角度的侧端口再生式燃炉的示意平面图，其显示顶部安装式选择性增强喷燃器的构造。

具体实施方式

图1A描绘具有一种反应物的分级的选择性增强喷燃器10的实施例(即，“分级喷燃器”)，而图1B描绘没有任一反应物的分级的选择性增强喷燃器11的实施例(即，非分级喷燃器”)。喷燃器10和11各自包括本体12，其具有面14，其中当喷燃器10或11安装在燃炉中时(例如如图7或图11-15中)，面14暴露于燃炉中的燃烧区。

非分级喷燃器11包括多个喷燃器元件20，其定向成限定外接圆(参见图4)，喷燃器元件20优选地围绕外接圆相等地间隔开。分级喷燃器10进一步包括至少一个分级喷嘴30，其定位在外接圆内。为了参照，描绘主动射流(A)和被动射流(P)，以显示主动射流具有比被动射流更大的火焰。

分别在图1A和1B中描绘的喷燃器10和11各自具有四个喷燃器元件20，其以大约90°间隔而间隔开。但是，要理解，喷燃器10或11可包括任何数量n个喷燃器元件20，n等于或大于2。例如，喷燃器10或11可具有间隔开以便沿直径相反的两个喷燃器元件20(如图5A(d)和5B(d)中显示)，或备选地，以大约120°间隔而间隔开的三个喷燃器元件20，或以大约均匀间隔而间隔开的五个或更多个喷燃器元件20。还要理解，对于一些燃炉几何结构、构造或运行状况，可为合乎需要的是具有喷燃器10或11，其具有围绕外接圆不相等地间隔开的多个喷燃器元件20。在另一个备选方案中，喷燃器10或11可具有多个喷燃器元件20，其定位成限定圆以外的几何结构形状，例如椭圆或不规则多边形，这取决于燃炉几何结构和构造。

另外，非分级喷燃器11可包括两个或更多个喷燃器元件20，其定位在处于燃炉中的不同的位置的多个壳体中，不是所有喷燃器元件20在同一壳体中，而是以协调的选择性方式运行，如本文所描述。

图1A的分级喷燃器10具有一个居中地定位的分级喷嘴30。但是，要理解，可提供多个分级喷嘴30，其中分级喷嘴30可都为相同尺寸或为不同的尺寸。另外，取决于燃炉几何结构、期望的火焰特性、单独的喷燃器元件20的定向和其它因素，分级喷嘴30可偏心地定位成在喷燃器元件20限定的外接圆内。分级喷嘴30可为任何形状。

在分级喷燃器10和非分级喷燃器11中，各个喷燃器元件20包括选择性分配喷嘴22，其由环形比例分配喷嘴24包围。选择性地分配的反应物流过选择性分配喷嘴22，而成比例地分配的反应物流过环形比例分配喷嘴24，其中一种反应物为燃料而另一种反应物为氧化剂。在分级喷燃器10中，一部分成比例地分配的反应物还流过分级喷嘴30。在喷燃器10或11的一个实施例中，燃料作为选择性地分配的反应物流过选择性分配喷嘴22，而氧化剂作为成比例地分配的反应物流过环形比例分配喷嘴24。在喷燃器10或11的另一个实施例中，氧化剂为流过选择性分配喷嘴22的选择性地分配的反应物，并且燃料为流过环形比例分配喷嘴24的成比例地分配的反应物。而且，在喷燃器元件20的备选实施例中，比例分配喷嘴24不需要为环形，而是相反，可包括一个或多个喷嘴，其定位成紧邻选择性分配喷嘴22。例如，一个比例分配喷嘴24可邻近选择性分配喷嘴22，或多个比例分配喷嘴24可定位成邻近选择性分配喷嘴22且沿周向围绕选择性分配喷嘴22。在任何构造中，比例分配喷嘴24(或喷嘴24)应当足够靠近选择性分配喷嘴22，使得燃料和氧化剂相互影响且燃烧而形成稳定的火焰。

在分级喷燃器10中，可调节通过环形比例分配喷嘴24引入的成比例地分配的反应物与分级喷嘴30的比例，以便保持稳定喷燃器运行和/或控制火焰属性，诸如热释放分布。用语“分级比率”表示通过分级喷嘴30的成比例地分配的反应物流的量除以通过组合的分级喷嘴30和环形比例分配喷嘴24的比例地分配的反应物流的总量。

如本文中使用，用语“燃料”表示可在燃烧反应中用作燃料的任何含烃物质。优选地，燃料为气体燃料，诸如天然气，但是燃料还可为雾化液体燃料或在载气中的粉碎固体燃料。如本文使用，用语“氧化剂”表示可在燃烧反应中氧化燃料的任何含氧物质。氧化剂可为空气、受损空气(即，具有大约20.9%氧的气体)、富氧空气(即，具有大于大约20.9%氧的气体)或基本纯氧(即，具有大约100%氧的气体)。在多个实施例中，氧化剂为富氧空气，其具有的氧浓度为至少大约23%、至少大约26%、至少大约40%、至少大约70%或至少大约98%。

选择性分配喷嘴22可为任何形状。图6中显示的可行示例性形状的子集，包括开槽喷嘴(图6a)、单槽喷嘴(图6b)、圆形喷嘴(图6c)和多孔喷嘴(图6d)。可行喷嘴形状的更详细论述可在US 6,866,503中发现，其通过引用而整体地结合在本文中。例如，为了产生具有高辐射性传递性能的发光火焰，可使用具有小于10的形状因素的选择性分配喷嘴22，而为了产生可具有较低NOx的非发光火焰，可使用具有10或更大的形状因素的选择性分配喷嘴。发光模式对于熔化运行可为优选的，而非发光模式对于再加热运行可为优选的。注意，高形状因素喷嘴可包括多孔喷嘴。如US 6,866,503中详细描述，形状因素σ限定为周长P的平方除以两倍的横截面积A，或为以下等式：

σ=P²/2A。

图2A显示分级喷燃器10的简化控制示意图，并且图2B显示非分级喷燃器11的简化控制示意图，如上面描述。第一流体F1以由控制阀23控制的总流率供应到选择性分配喷嘴22。单独地控制通往各个选择性分配喷嘴22的第一流体F1的流量。在一个实施例中，各个选择性分配喷嘴22上游的控制阀26在高流量和低流量位置之间进行调节，高流量和低流量位置分别对应于包含选择性分配喷嘴22的喷燃器元件20的主动状态和被动状态。在备选实施例中，控制阀26定位成平行于旁通通道27。在这个实施例中，控制阀26在打开位置和关闭位置之间进行调节，打开位置和关闭位置再次分别对应于喷燃器元件20的主动和被动状态，而旁通通道27允许较小量流绕过控制阀26，使得一些第一流体F1始终流到选择性分配喷嘴22，甚至是在被动状态中。通往各个选择性分配喷嘴22的流率可设定成使得通往各个选择性分配喷嘴22的第一流体F1的主动状态流率可为不同的或相同的，并且通往各个选择性分配喷嘴22的第一流体F1的被动状态流率可为不同的或相同的，这取决于特定燃炉或应用的需要。

任一种布置的作用在于在较高主动流率和较低被动流率之间调节通过选择性分配喷嘴22的流。例如，主动流率可限定为大于通往选择性分配喷嘴22的平均流率的流率，而被动流率可限定为小于通往选择性分配喷嘴22的平均流率的流率。通过将第一流体F1的总流率除以选择性分配喷嘴22/喷燃器元件20的总数n来确定平均流率。可使用主动流率和被动流率之间的其它关系，其中主动流率始终大于被动流率。

不管如何确定主动和被动流率，被动流率必须大于零流量。被动流率足以在各个喷燃器元件20中保持燃烧，以便在喷燃器元件20从被动状态切换到主动状态时，提供立即点燃的机制。非零被动流率还保护选择性分配喷嘴22，以防异物的进入。在一个实施例中，被动流率小于或等于主动流率的一半。在另一个实施例中，主动流率与被动流率的比率为至少大约5而不大于大约40。在又一个实施例中，主动流率与被动流率的比率为至少大约15而不大于大约25。

第二流体F2供应到环形比例分配喷嘴24。控制阀28控制通往环形比例分配喷嘴24的第二流体F2的总流率，并且歧管29在n个环形比例分配喷嘴24上大致相等地分配流。

在分级喷燃器10(图2A)中，但不在非分级喷燃器11(图2B)中，第三流体F3供应到分级喷嘴30，并且第三流体F3的流率由控制阀32控制。分级喷嘴30可包括旋流导叶或其它机构(未显示)，以对离开分级喷嘴30的第三流体F3施加旋流。在第三流体F3上施加的旋流将导致那个流体射流的破碎，这可协助第三流体F3射流由主动射流携带。但是，剧烈的旋流是不合乎需要的，因为它可主导流结构和改变火焰形状。

第二流体F2和第三流体F3包含相同类型的反应物，要么是燃料或是氧化剂。例如，当第一流体F1为燃料时，第二流体F2和第三流体F3各自为氧化剂，并且当第一流体F1为氧化剂时，第二流体F2和第三流体F3各自为燃料。在一个实施例中，第二流体F2和第三流体F3为不同的流体，即，各自具有相同反应物(燃料或氧化剂)，但是处于不同的浓度。在这个情况下，控制阀28和控制阀32必须为单独的阀，以控制两个流体F2和F3。在备选实施例(未显示)中，当第二流体F2和第三流体F3为具有相同浓度的相同反应物的相同流体时，分级阀可用来代替控制阀28和控制阀32，以将流的一部分大致相等地分配到n个比例分配环形喷嘴24，并且其余流分配给分级喷嘴30。

在图2A和2B中描绘的实施例中，不独立地控制通往各个环形比例分配喷嘴24的第二流体F2的流率。因此，当控制阀28打开时，各个环形比例分配喷嘴24始终流出大约平均流率的第二流体F2。通过将第二流体F2的总流率除以环形比例分配喷嘴24/喷燃器元件20的总数n来确定平均流率。备选地，可独立地控制通往各个环形比例分配喷嘴24的第二流体F2的流率。

在图2A和2B中描绘的实施例中，通往各个环形比例分配喷嘴24的第二流体F2的流率大约相同，各个喷燃器元件20在化学计算量的任一侧运行，这取决于喷燃器元件20在那时是主动还是被动。当喷燃器元件20处于主动状态时，喷燃器元件20不以化学计算量运行，并且有时，在一个方向上，远离化学计算量，并且当喷燃器元件20处于被动状态时，喷燃器元件20不以化学计算量运行，并且有时，在相反的方向上，远离化学计算量。例如，当第一流体F1为燃料而第二流体F2为氧化剂时，处于主动状态的喷燃器元件20将以富燃料运行，并且处于被动状态的喷燃器元件20将以贫燃料运行。备选地，当第一流体F1为氧化剂而第二流体F2为燃料时，处于主动状态的喷燃器元件20将以贫燃料运行，而处于被动状态的喷燃器元件20将以富燃料运行。但是，因为燃料和氧化剂的总流量由控制阀23和28控制(且还由分级控制阀32控制)，所以喷燃器10的整体化学计算量保持相同，而不管哪个和多少喷燃器元件20处于主动状态和处于被动状态。

各个喷燃器元件20运行的化学计算量的特征可为当量比率。对于给定燃料流率，当量比率确定为理论化学计算氧流量与实际氧流量的比率。对于为100%氧的氧化剂，氧流量等于氧化剂流量。对于氧百分比X小于100%的氧化剂，氧化剂流中的氧流量通过将氧化剂流率除以氧百分比X来确定；例如，为了使用包含40%氧的氧化剂满足100 SCFH的氧需求，需要250 SCFH的氧化剂。

以下论述涉及其中第一流体F1为燃料而第二流体F2为氧化剂(非分级喷燃器)，以及其中第一流体F1为燃料并且第二流体F2和第三流体F3两者为氧化剂(分级喷燃器)的实施例。当喷燃器元件20处于被动状态时，当量比率小于大约1，并且优选地为至少大约0.2。这表示，被动喷燃器元件20以贫燃料运行，具有高达完全燃烧所需要的氧的五倍。相反，当喷燃器元件20处于主动状态时，当量比率大于大约1，并且优选地不大于大约10。这表示主动喷燃器元件20以富燃料运行，具有小至完全燃烧所需要的氧的10%。

在分级喷燃器的情况下，分级比率限定为流过分级喷嘴30的反应物的量与流过环形比例分配喷嘴24和分级喷嘴30的反应物的总量的比率。例如，当第二流体F2和第三流体F3为氧化剂时，分级比率为分级喷嘴30提供的氧的量除以分级喷嘴30和环形比例分配喷嘴24一起提供的氧的总量。如果第二流体F2和第三流体F3为相同流体(即，具有相同氧浓度)，然后分级比率仅为第三流体F3流率除以第二流体F2流率和第三流体F3流率的总和。但是如果第二流体F2和第三流体F3为不同的流体(即，分别具有不同的氧浓度X2和X3)，则将分级比率计算为 来考虑浓度差异，如本领域技术人员将理解的那样。

分级喷燃器10优选地以等于或小于大约75%的分级比率运行。例如，当氧化剂分级时，即，当第二流体F2和第三流体F3为氧化剂时，通往喷燃器10的氧的至少大约25%流过环形比例分配喷嘴24而不超过大约75%的氧流过分级喷嘴30。更优选地，分级喷燃器10以等于或小于大约40%的分级比率运行。而且，如上面所论述，因为各个喷燃器元件20的主动或被动运行，所以与化学计算量相比，在一个时间主动的一个或多个喷燃器元件20以过量第一流体F1运行，而与化学计算量相比，同时被动的一个或多个喷燃器元件20以过量第二流体F2运行，从而提供某个量的分级，甚至不考虑分级喷嘴30提供的第三流体F3。

而且，即使非分级喷燃器11以某个量的“分级”运行，其中主动喷燃器元件20 以富第一流体F1运行且被动喷燃器元件以贫第一流体F1运行，使得来自主动喷燃器元件20的一些第一流体F1与来自被动喷燃器元件20的一些第二流体F2以较延迟且扩散的方式燃烧。例如，当第一流体F1为燃料而第二流体F2为氧化剂时，主动喷燃器元件20为富燃料，且一些过量燃料与来自贫燃料的被动喷燃器元件20的氧化剂燃烧。

离开主动选择性分配喷嘴22的第一流体F1具有主动射流速度，其由第一流体F1流率和选择性分配喷嘴22的横截面积确定。离开环形比例分配喷嘴24的第二流体F2具有环形射流速度，其由第二流体F2流率和环形比例分配喷嘴24的横截面积确定。在分级喷燃器10中，离开分级喷嘴30的第三流体F3具有分级射流速度，其由第三流体F3流率和分级喷嘴30的横截面积确定。对于分级喷燃器10和非分级喷燃器11，主动射流速度优选地大于环形射流速度。

另外，为了获得分级喷燃器10的最佳性能，分级射流速度应当小于或等于主动射流速度，并且大于或等于主动射流速度的大约0.05倍。在一个实施例中，分级射流速度与主动射流速度的比率小于或等于大约0.4。在另一个实施例中，分级射流速度与主动射流速度的比率大于或等于大约0.1。

在竖向喷火布置(顶部安装的)中测试的一个示例性实施例中，通过主动选择性分配喷嘴22的第一流体F1射流速度为至少大约250 ft/s和优选地至少大约300 ft/s，并且通过被动选择性分配喷嘴22的速度为主动射流速度的大约20%。对于水平喷火布置，主动射流速度可显著更低，因为不那么需要对抗浮力作用来避免喷燃器块过热。

所有控制阀23、26、28和32连接到控制器105且由控制器105控制，控制器特别地编程成或构造成运行喷燃器10。控制器105可包括传统的电子构件，诸如CPU、RAM、ROM、I/O装置，并且控制器105的编程或构造可通过下者中的一个或多个的组合实现：硬件、固件、软件和现在已知或以后开发的用于将运行指令编程到控制器中的任何其它机构。

如上面描述，流体F1和F2中的一个必须为燃料或包含燃料，而流体F1和F2中的另一个为氧化剂或包含氧。在分级喷燃器10中，第三流体F3应当为与第二流体F2相同类型的流体(燃料或氧化剂)。燃料可为气态燃料、液体燃料或在载气中的粉碎固体燃料。在非分级喷燃器11的一个实施例中、F1为燃料而F2为氧化剂。在分级喷燃器10的一个实施例中，F1为燃料而F2和F3为氧化剂。在这个情况下，F2和F3可为相同氧化剂，或F2和F3可为不同的氧化剂。例如，在一个优选的实施例中，对于分级喷燃器10或非分级喷燃器11，F1为气态燃料诸如天然气，F2为氧化剂，其具有的氧浓度等于或大于大约70%。对于这个实施例中的分级喷燃器10，F3为氧化剂，其具有的氧浓度等于或大于大约20.9%。在另一个类似实施例中，F1为气态燃料诸如天然气，F2为氧化剂，其具有的氧浓度大于空气，而在分级喷燃器方案中，F3为空气。

在备选实施例中，F1为氧化剂而F2(以及在分级情况下的F3)为燃料。在这个情况下，F1具有的氧浓度等于或大于大约26%，优选地等于或大于大约40%，并且更优选地等于或大于大约70%。

图3显示图1A和1B中示出的喷燃器10和11的一个可行运行顺序。为了论述，四个喷燃器元件20标为a、b、c和d。如显示，仅一个喷燃器元件20在一个时间为主动的，其余喷燃器元件20为被动的，并且当之前主动的喷燃器元件20返回被动状态时，各个喷燃器元件20连续地切换到主动状态。

具体而言，在描绘的实施例中，喷燃器元件20a为主动，而喷燃器元件20b、20c和20d为被动的。换句话说，各个喷燃器元件20中的各个环形喷嘴24接收大致相等流量的第二流体F2，并且仅喷燃器元件20a中的选择性分配喷嘴22接收较高主动流量的第一流体F1，而另一个喷燃器元件20b、20c和20d中的选择性分配喷嘴22接收较低被动流量的第一流体F1。这导致较长的穿透性火焰从主动喷燃器元件20a发出且较短(先导)火焰从被动喷燃器元件20b、20c和20d发出。如还在描绘的实施例中显示，当喷燃器元件20b变得主动时，喷燃器元件20a返回到被动状态而喷燃器元件20c和20d保持被动。接下来，当喷燃器元件20c变得主动时，喷燃器元件20b返回到被动状态而喷燃器元件20c和20a保持被动。最终，当喷燃器元件20d变得主动时，喷燃器元件20d返回到被动状态而喷燃器元件20a和20b保持被动。

图3中显示和上面描述的顺序仅为一个基本无限制性的变型。在一个非限制性示例中，一个喷燃器元件20在一个时间以重复顺序处于主动，诸如a-b-c-d或a-b-d-c或a-c-b-d或a-c-d-b。在另一个非限制性示例中，一个喷燃器元件20在一个时间以随机顺序处于主动。在又一个非限制性示例中，一个喷燃器元件20在一个时间为主动的，但是各自达相同或不同的时间长度。

而且，在其它示例中，不止一个喷燃器元件20在一个时间为主动的。例如，对于具有三个或更多个喷燃器元件20的喷燃器10，两个喷燃器元件20可为主动的且其余为被动的。大体上，对于具有n个喷燃器元件的喷燃器10， 从1到n-1的任何数量的喷燃器元件可为主动的且其余为被动。

各个喷燃器元件20可基于预先编程的时间顺序，根据预先确定的算法，根据随机顺序(这取决于燃炉状况)，或与燃炉中的其它循环或周期性事件同步从被动切换到主动状态。一个或多个传感器110可定位在燃炉中，以感测可与确定需要更多或更少燃烧热的位置相关的任何参数。例如，传感器可为温度传感器，使得当温度传感器低于阈值设定时，定向成在那个温度传感器的区域中加热燃炉的喷燃器元件20可更频繁地变得主动或达更长时段。或如果温度传感器检测到一部分燃炉或填料接收不够热，则定位在燃炉的那部分附近或朝向那部分填料成角度的一个或多个喷燃器元件20可切换到主动状态，而接收过量热的燃炉部分中的喷燃器元件20可切换到被动状态。更具体地关于再生式燃炉，诸如光学传感器的温度传感器可检测多个燃炉部分中的填料的温度和检测需要额外的热的区域，诸如所有或一部分冷点122，并且瞄准那些区域的喷燃器元件20可变得主动，达更长时段或更频繁，以增加那些区域的温度。

温度传感器可包括接触传感器，诸如位于燃炉壁中的热电偶或RTD，或非接触传感器，诸如红外传感器、辐射传感器、光学传感器、摄像头、颜色传感器或本领域技术人员可获得的其它传感器。其它类型传感器还可用来指示燃炉中的熔化或加热的水平，包括但不限于接近传感器(例如，感测还未熔化的固体填料的距离)或传导性传感器(例如，与互连不良的固体形成的块相比，感测液体的更高传导性)。

可通过运行本文描述的喷燃器10或喷燃器11实现若干益处。因为热可优选引导到某些位置和达更长或更短时段，所以可识别和消除燃炉中的冷点，导致更均匀加热和熔化。特别是对于图7或图15中的竖向喷火布置(即，指向下的顶部安装式喷燃器)，将喷燃器运行成不是所有喷燃器元件20处于主动模式会减少或消除浮力火焰的危险，从而避免喷燃器块和燃炉顶部的过热。主动喷燃器元件20得到的富燃料燃烧(其中，通过环形比例分配喷嘴24提供的氧显著小于通过选择性分配喷嘴22提供的燃料所需要的化学计算氧)在熔料浴池附近产生非氧化气氛，以帮助保护填料，以防不合乎需要的氧化。另外，以重复循环型式启用喷燃器元件20可用来产生旋流加热型式，这增加燃烧气体的驻留时间、增加热传递速率和改进加热的均匀性，如例如US2013/00954437中显示。而且，选择性启用喷燃器元件20和改变分级比率可用来调节从燃烧反应发出的最大热通量的位置和调节火焰覆盖范围，以适应多个燃炉几何结构、状况和填料水平。

分级喷燃器10和非分级喷燃器11的多个可行构造包括图5A和5B中显示的那些。在图5A(a)和5B(a)中显示的类型的实施例中，一个或多个喷燃器元件20可相对于喷燃器元件20包围的圆或相对于垂直于喷燃器块12的轴线或分级喷嘴30限定的轴线以角度α沿径向向外成角度。虽然描绘的实施例显示所有四个喷燃器元件20以相同角度α沿径向向外成角度，但是要理解，各个喷燃器元件20可以不同的角度α_n成角度，这取决于燃炉几何结构和喷燃器10的期望运行特性。角度α可等于或大于大约0°且优选地非零且等于或小于大约60°。更优选地，角度α为至少大约10°且不大于大约40°。

在图5A(b)和5B(b)中显示的类型的实施例中，一个或多个喷燃器元件20可相对于外接圆以角度β沿切向成角度，以产生旋流。虽然描绘的实施例显示所有四个喷燃器元件20以相同角度β沿切向成角度，但是要理解各个喷燃器元件20可以不同的角度β_n成角度，这取决于燃炉几何结构和喷燃器10的期望运行特性。角度β可等于或大于大约0°且优选地等于或小于大约60°。更优选地，角度β为至少大约10°且不大于大约40°。

在图5A(c)和5B(d)中显示的类型的实施例中，多个喷燃器元件20定位成大体彼此共线，以限定具有中点和端点的线。虽然显示四个喷燃器元件20，但是这个实施例可应用于具有至少两个喷燃器元件20(例如如图5B(c)中针对非分级喷燃器显示)和可在特定燃炉中需要的那么多的喷燃器元件20的构造。在分级喷燃器中，分级喷嘴30定位在各个相邻的对的喷燃器元件20之间，使得喷燃器元件20和分级喷嘴30交替。例如，具有两个喷燃器元件20的布置具有一个分级喷嘴30，其定位在两个喷燃器元件20之间，并且具有三个喷燃器元件20的布置具有两个分级喷嘴30，其各自定位在成对的相邻喷燃器元件20之间。喷燃器元件20可都定向成垂直于喷燃器面14，或一些或所有喷燃器元件20可从线中点朝向一个线端点以小于或等于大约45°的角度γ向外成角度。类似地，分级喷嘴30可定向成垂直于喷燃器面14，或一些或所有分级喷嘴30可沿着线在一个方向或在另一个方向上成角度。在描绘的实施例中，中心分级喷嘴30定向成垂直于喷燃器面14，并且连续的三个共线元件(喷燃器元件20、分级喷嘴30和另一个喷燃器元件20)在任一侧沿直径相对地定位，并且远离中心分级喷嘴30且朝向它们相应的线端点成角度。

在图5A(d)和5B(d)中显示的类型的实施例中，多个喷燃器元件20定位成彼此共线，以限定具有中点和端点的线。虽然显示四个喷燃器元件20，但是这个构造适用于具有至少两个喷燃器元件20和特定燃炉中可能需要的那么多的喷燃器元件20的构造。在分级喷燃器中，具有的主要轴线为次要轴线的至少1.5倍长的伸长或大体矩形的分级喷嘴30定位成邻近喷燃器元件20且与喷燃器元件20间隔开固定距离，主要轴线基本平行于喷燃器元件20限定的线。喷燃器元件20可都定向成垂直于喷燃器面14，或一些或所有喷燃器元件20可从线中点朝向一个线端点以小于或等于大约45°的角度γ向外成角度。

在图5A(e)和5B(e)中显示的类型的实施例中，各个喷燃器元件20具有扁平火焰构造，其中选择性分配喷嘴22和环形喷嘴24都具有伸长或大体矩形构造，其具有的主要轴线为次要轴线的至少1.5倍长。这个类型的扁平火焰喷燃器详细描述在例如US 5,611,682中。在分级喷燃器中，至少两个分级喷嘴30定位成邻近喷燃器元件20且与喷燃器元件20间隔开，并且定向成大体共线，以限定基本平行于喷燃器元件20的主要轴线的线。至少两个喷燃器元件20用于这个构造中。

在图5A和5B中的任何上面描述的任何构造中，选择性运行方案可类似于上面针对图1A和1B的构造的描述来实施。特别地，在任何给定时间，至少一个喷燃器元件20在主动状态中运行，其中通过主动选择性分配喷嘴22的流体流量大于通过所有选择性分配喷嘴22的平均流体流量，而至少一个喷燃器20在被动阶段中运行，其中通过被动选择性分配喷嘴22的流体流量小于通过所有选择性分配喷嘴22的平均流体流量。

如图7和图15中显示，一个或多个喷燃器10或11可安装在燃炉200的顶部中(竖向安装)或燃炉200的侧壁中(水平安装)。在竖向安装中，喷燃器元件20优选地布置成诸如图5A(a)或图5B(a)或图5A(b)或图5B(b)中的构造，以提供最佳热通量给填料，同时阻止喷燃器块过热。例如，如上面所论述，喷燃器元件20可定向成相对于喷燃器元件20限定的外接圆沿径向向外成角度，并且将分级喷嘴30包围在分级喷燃器10中(图5A(a))。备选地，喷燃器元件20可定向成旋流构造(相对于外接圆沿切向成角度)(图5A(b)或图5B(b))。在水平构造中，喷燃器元件20可布置成任何阵列，并且具体而言可布置成图5A(c)-5A(e)或图5B(c)-5B(e)中的任一个，这取决于燃炉的几何结构。另外，可使用多排共线元件，特别是在非分级喷燃器11中，如图5B(f)中显示。

如图8的数据中显示，分级喷燃器10与传统的氧-燃料喷燃器相比展现减少的NOx排放。注意，图8的比例尺是相对的，针对传统的氧-燃料喷燃器的峰值NOx进行标准化。当喷燃器10如本文描述的那样选择性地运行在发光模式中(即，具有低形状因素选择性分配喷嘴22)时，峰值NOx排放仅为传统的氧-燃料喷燃器排出的NOx排放的大约40%。当分级喷燃器10如本文描述的那样选择性地运行在非发光模式中(即，具有高形状因素选择性分配喷嘴22)，峰值NOx排放甚至更低，仅为传统的氧-燃料喷燃器发出的NOx排放的大约35%。在两种情况下，分级喷燃器10在燃料为分配的流体而氧化剂为分级流体的情况下运行。这个令人惊讶的结果看作为喷燃器10产生的燃烧的高度分级性质的结果，这产生第一富燃料火焰区，其由于有限氧可用性而产生低NOx，并且产生第二贫燃料火焰区，其由于其低燃烧温度而产生低NOx。

选择性增强分级喷燃器10或非分级喷燃器11可包括两个或更多个喷燃器元件20的组合，其在燃炉100中共同定位(在一个或多个壳体中)或定位在不同的位置处(在两个或更多个单独的壳体中)且以选择性增强方式运行，如本文描述的那样，并且用来有效地提供增强加热给再生式燃炉，同时保持烟道气中的较低NOx排放。

大体上，延迟空气、氧和燃料之间的混合可降低局部(峰值)火焰温度，并且因而减少产生NOx的可能性。实现延迟的一种方式为至少在引入燃炉时的空气、氧和燃料的空间分隔。换句话说，与空气-燃料喷燃器分开来安装氧-燃料喷燃器往往具有比一般氧富化(即，在单个空气-氧-燃料喷燃器中使用富氧空气)更低的NOx可能性，因为一般氧富化往往具有氧和空气的更密切的混合。

但是，可实现的分隔程度可由燃炉中的喷燃器的相对物理布置、空间的可用性、能量(增强)需要和其它因素约束。例如，如果安装两个氧-燃料增强喷燃器140、150来消除冷点122，如图10的比较性示例中显示，并且那些增强喷燃器140、150由于空间限制而位于燃炉的任一横向侧，则各个氧-燃料火焰将往往在各个运行模式期间影响来自再生器端口喷燃器110、130的对应的一个火焰。更具体而言，增强喷燃器140的氧-燃料火焰142将在第一运行模式期间影响第一再生器端口喷燃器110的空气-燃料火焰112，而增强喷燃器150的氧-燃料火焰152将在第二运行模式期间影响第二再生器端口喷燃器130的空气-燃料火焰132。这不仅增加NOx产生的可能性，而且产生火焰的碰撞，这可导致烟道气流的停滞和产生烟囱效应，这可使顶部过热。

更一般地，端壁102中的各个再生器端口110、130分别限定火焰区112、132，使得当再生器端口用作喷燃器时，燃料和空气混合且在火焰区中进行最强烈的燃烧。对于端部端口再生器端口喷燃器110，这个火焰区典型地沿着燃炉100的一侧114的纵向区域(即，在U中的弯曲部之前的U形流型的第一半部)定位，使得在燃烧产物在燃炉100的远端120处进行U形弯曲时，燃烧大部分完成，并且沿着燃炉100的相反的侧134的平行纵向区域的U形流型的返回流131主要是正在从另一个端部端口再生器端口130排出的燃烧产物。当再生器端口110、130切换时，这个流型反过来，但是在别的方面是相同的，使得火焰区132沿着燃炉100的一个侧134的纵向区域，在燃烧产物在远端120处进行U形弯曲时，燃烧大部分完成，并且在从另一个端部端口再生器110排出燃烧产物时，返回流111沿着燃炉100的相反的侧114的平行纵向区域进行。因而，较冷点122保持在燃炉100的远端120处。在使用持续喷火的增强喷燃器140、150将提供额外的热给冷点122时，增强喷燃器140、150各自限定它们自己的火焰区。当增强喷燃器140、150中的一个的火焰区与来自再生器端口喷燃器110、130中的任一个的火焰区重叠或影响该火焰区，可出现诸如增加NOx和局部过热的问题，如上面所论述。

本文描述的若干构造可减轻与图10的比较性示例相关联的问题，同时高效地提供热来减少或消除燃炉100中的冷点122。

在图11的构造中，选择性氧-燃料增强喷燃器240安装在燃炉的与端壁102相反的端壁120中，再生器端口110、130位于端壁102中。增强喷燃器240可构造成上面针对增强喷燃器10和11描述的任何构造，并且具体而言，增强喷燃器240优选地构造有至少两个喷燃器元件20，其如例如图5B(c)或5B(d)中显示的那样向外成角度，或具有至少两个喷燃器元件20，其沿侧向间隔开且定向成基本垂直于端壁120。在任一种定向中，不管是向外成角度或垂直，喷燃器元件可为任何形状。另外，在任一种定向中，在期望的情况下，喷燃器元件还可朝向填料向下成角度或远离填料而向上成角度。还可使用多排共线喷燃器元件20，如图5B(f)中那样。

图11的增强喷燃器240具有多个火焰区，一个火焰区与各个喷燃器元件20相关联。例如，在具有两个火焰元件20的增强喷燃器240中，一个喷燃器元件20定向成具有火焰区242，其相对于再生器端口喷燃器110喷火到燃炉100的补充区域，并且因而基本不影响再生器端口喷燃器110的火焰区112。并且另一个喷燃器元件20定向成具有火焰区244，其相对于再生器端口喷燃器130喷火到燃炉100的补充区域，并且因而基本不影响再生器端口喷燃器130的火焰区132。

控制器105构造和编程成使增强喷燃器240中的相应的喷燃器元件20的选择性主动/被动喷火与再生器端口110、130的交替喷火/排气同步。在任何给定时间，控制器105首先识别哪个再生器端口110、130当前在喷火和哪个当前在排气。然后，控制器105将火焰区相对于当前喷火的再生器端口的火焰区喷火到燃炉的补充区域的一个或多个喷燃器元件20设定或保持在主动模式，并且将火焰区与当前喷火的再生器端口的火焰区重叠或影响该火焰区的一个或多个喷燃器元件20设定或保持在被动模式。

更具体而言，如上面所论述，成比例地分配的反应物(第二流体F2)的流率在各个喷燃器元件20的环形比例分配喷嘴24中保持恒定，而选择性地分配的反应物(第一流体F1)的流率通过规定为主动的至少一个喷燃器元件20的选择性分配喷嘴22调节到较高主动流率，并且通过规定为被动的至少一个喷燃器元件20的选择性分配喷嘴22调节到较低被动流率。控制器反复地进行这个规程，使得当当前喷火的再生器端口切换时，喷燃器元件20响应于此而快速切换，之前被动的喷燃器元件20典型地变得主动，并且之前主动的喷燃器元件20典型地变得被动。但是，要注意，在一些燃炉构造中，一个或多个喷燃器元件20可连续保持主动和/或一个或多个喷燃器元件20可连续保持被动，而不管哪个再生器端口当前在喷火。例如，在一些构造中，特定喷燃器元件20可具有不与任一个再生器端口的火焰区重叠的火焰区，而另一个特定喷燃器元件20可具有将与两个再生器端口的火焰区重叠的火焰区。

在图11中的构造的一个实施例中，第一流体F1为燃料而第二流体F2为氧化剂。优选地，氧化剂为至少26%摩尔氧、至少40%摩尔氧、至少70%摩尔氧、至少98%摩尔氧或商用纯氧。因此，处于主动模式的选择性增强喷燃器240的各个喷燃器元件20以富燃料运行(即，当量比率大于1且高达大约10)，而处于被动模式的各个喷燃器元件20以贫燃料运行(即，当量比率小于1且低到大约0.2)。因此，离开喷火的再生器端口的火焰区的燃烧产物在进入U弯曲部时将首先影响来自一个或多个被动喷燃器元件20的低动量贫燃料火焰区，并且然后在传送通过U弯曲部之后影响来自一个或多个主动喷燃器元件20的高动量富燃料火焰区。这个先贫后富燃烧顺序避免化学计算峰值NOx产量，同时仍然将大量燃烧热输送到燃炉100的远端120处的冷点122。

图12的实施例基本与图11的实施例相同地运行，只是增强喷燃器240的喷燃器元件20可安装在两个单独的壳体248、250中，至少一个喷燃器元件20在各个壳体248、250中，而非在图11中的公共壳体中。喷燃器元件20在其它方面以与图11的实施例相同的方式运行。

图13和14显示再生式燃炉100中的选择性增强喷燃器240的备选应用，再生式燃炉100具有成角度侧壁再生器端口310、330，其定位在燃炉100的一个端壁102附近。再生器端口110定位在侧壁114中而再生器端口130定位在侧壁134中。来自相应的再生器端口310、330的空气-燃料火焰312、332大体斜对地被引导穿过燃炉100，而来自再生器端口310的火焰312以具有朝向远端壁120的轴向分量以及朝向相反的侧壁114的横向分量的角度延伸，并且来自再生器端口110的火焰112以具有朝向远端壁120的轴向分量以及朝向相反的侧壁134的横向分量的角度延伸。

在图13和14的构造中，选择性氧-燃料增强喷燃器240安装在端壁120中，在包含所有喷燃器元件20的单个壳体中(图13)或在各自包含至少一个喷燃器元件20的两个单独的壳体248、250中(图14)。如图11和12的构造中，增强喷燃器240可构造成上面针对增强喷燃器10和11描述的任何构造，并且具体而言，增强喷燃器240优选地构造成具有如例如图5B(c)或5B(d)中显示的那样向外成角度的至少两个喷燃器元件20，或具有沿侧向间隔开且定向成基本垂直于端壁120的至少两个喷燃器元件20。在任一个定向中，不管向外成角度或垂直，喷燃器元件可为任何形状。另外，在任一个定向中，喷燃器元件还可朝向填料向下成角度或远离填料向上成角度，在期望的情况下。还可使用多排共线喷燃器元件20，如图5B(f)中那样。

图13和14的增强喷燃器240各自具有多个火焰区，一个火焰区与各个喷燃器元件20相关联。例如，在具有两个火焰元件20的增强喷燃器240中，一个喷燃器元件20定向成具有火焰区242，其相对于再生器端口喷燃器110喷火到燃炉的补充区域100，并且因而基本不影响再生器端口喷燃器110的火焰区112。并且另一个喷燃器元件20定向成具有火焰区244，其相对于再生器端口喷燃器130喷火到燃炉的补充区域100，并且因而基本不影响再生器端口喷燃器130的火焰区132。

控制器105构造和编程成使增强喷燃器240中的相应的喷燃器元件20的选择性主动/被动喷火与再生器端口110、130的交替喷火/排气同步。在任何给定时间，控制器105首先识别哪个再生器端口110、130当前在喷火和哪个当前在排气。然后，控制器105将火焰区相对于当前喷火的再生器端口的火焰区喷火到燃炉的补充区域的一个或多个喷燃器元件20设定或保持在主动模式中，并且将火焰区与当前喷火的再生器端口的火焰区重叠或影响该火焰区的一个或多个喷燃器元件20设定或保持在被动模式中。

类似于参照图11和12论述的燃炉构造，图13、14和15中的燃炉100具有在远端壁120附近的冷点122。另外，二级冷点121可存在于近端壁102附近，在不接收来自再生器端口喷燃器110、130的燃烧产物流的区域中。虽然图13和14的构造显著有效地处理二级冷点121，但是图15中的顶部-安装式喷燃器可同时将氧-燃料燃烧的热供应到冷点121、122。对于图15的顶部-安装式应用，图1A或1B中的增强喷燃器240为一个优选的布置。

本发明在范围方面不受示例中公开的特定方面或实施例限制，示例意图示出本发明的几个方面，并且在功能上等效的任何实施例在本发明的范围内。本发明对本文显示和描述的那些的多个修改对于本领域技术人员将变得显而易见，并且意图落在所附权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于再生式燃炉的氧-燃料增强喷燃器，所述再生式燃炉具有成对的再生器端口，所述成对的再生器端口构造成交替地喷火到所述燃炉中和从所述燃炉排气，所述增强喷燃器包括：

至少两个喷燃器元件，其中所述喷燃器元件中的至少一个对应于所述再生器端口中的各个，使得再生器端口和其对应的至少一个喷燃器元件定位成喷火到所述燃炉的补充区域中，各个喷燃器元件包括：

选择性分配喷嘴，其构造成流出第一反应物；以及

比例分配喷嘴，其构造成流出第二反应物；以及

控制器，其编程成：

识别哪个再生器端口当前在喷火和哪个再生器端口当前在排气；

控制第二反应物流量，使其基本成比例地分配到所述比例分配喷嘴；和

独立地控制通往各个选择性分配喷嘴的第一反应物流量，使得对应于当前喷火的再生器端口的至少一个喷燃器元件为主动的，并且对应于当前排气的再生器端口的至少一个喷燃器元件为被动的，其中主动喷燃器元件的选择性分配喷嘴中的第一反应物流量大于通往所述选择性分配喷嘴的平均第一反应物流量，并且被动喷燃器元件的选择性分配喷嘴中的第一反应物流量小于通往所述选择性分配喷嘴的平均第一反应物流量；

其中所述第二反应物基本成比例地分配到所述比例分配喷嘴；以及

其中所述第一反应物为燃料和氧化剂中的一个，并且其中所述第二反应物为燃料和氧化剂中的另一个。

2.根据权利要求1所述的增强喷燃器，其特征在于，所述比例分配喷嘴为包围所述选择性分配喷嘴的环形喷嘴。

3.根据权利要求1所述的增强喷燃器，其特征在于，所述第一反应物为燃料而所述第二反应物为氧化剂。

4.根据权利要求3所述的增强喷燃器，其特征在于，进一步包括：

至少一个分级喷嘴，其与所述喷燃器元件中的各个间隔开且构造成流出二级氧化剂；

其中所述控制器还编程成控制分级比率，使其小于或等于大约75%，其中所述分级比率为包含在二级氧化剂流中的氧与流过所述比例分配喷嘴和所述分级喷嘴的氧化剂的总和的比率。

5.根据权利要求1所述的增强喷燃器，其特征在于，所述再生器端口安装在所述燃炉的端壁中，并且其中所述增强喷燃器安装在所述燃炉的相反的端壁中。

6.根据权利要求1所述的增强喷燃器，其特征在于，所述再生器端口定位在相反的侧壁中，靠近所述燃炉的端壁，各个再生器端口与其相应的侧壁处于非垂直角度，并且其中所述增强喷燃器安装在所述燃炉的相反的端壁中。

7.根据权利要求1所述的增强喷燃器，其特征在于，所述再生器端口定位在相反的侧壁中，靠近所述燃炉的端壁，各个再生器端口与其相应的侧壁处于非垂直角度，并且其中所述增强喷燃器安装在所述燃炉的顶部中。

8.根据权利要求1所述的增强喷燃器，其特征在于，所述喷燃器元件安装在同一壳体中。

9.根据权利要求1所述的增强喷燃器，其特征在于，所述喷燃器元件中的至少一个喷燃器元件与所述喷燃器元件中的至少一个其它喷燃器元件安装在单独的壳体中。

10.根据权利要求1所述的增强喷燃器，其特征在于，所述控制器编程成控制通往被动选择性分配喷嘴的第一反应物流量，使其大于零且小于或等于主动选择性分配喷嘴的第一反应物流率的一半。

11.根据权利要求1所述的增强喷燃器，其特征在于，

流过所述喷燃器元件的氧化剂具有等于或大于大约23%的氧浓度。

12. 根据权利要求1所述的增强喷燃器，其特征在于，

主动喷燃器元件的选择性分配喷嘴具有主动射流流率，并且其中被动喷燃器元件的选择性分配喷嘴具有被动射流流率；以及

所述控制器编程成将所述主动射流流率与所述被动射流流率的比率控制为大约5到大约40。

13.根据权利要求1所述的增强喷燃器，其特征在于，被动喷燃器元件具有大约0.2到大约1的当量比率，并且其中主动喷燃器元件具有大约1到大约10的当量比率，其中所述当量比率为燃烧通过所述喷燃器元件的实际燃料流量所需要的理论化学计算氧化剂流量与通过所述喷燃器元件的实际氧化剂流量的比率。

14.一种再生式燃炉，其具有第一和第二端壁、连结所述端壁的第一和第二侧壁、顶部和由所述端壁、所述侧壁和所述顶部包围的腔室，所述燃炉包括：

成对的再生器端口，其构造成交替地喷火到所述腔室中和从所述腔室排气，各个再生器端口限定从所述再生器端口延伸到所述腔室中的火焰区；

包括至少两个喷燃器元件的氧-增强喷燃器，各个喷燃器元件限定从所述喷燃器元件延伸到所述腔室中的火焰区，使得至少一个喷燃器元件限定基本不与所述再生器端口中的各个限定的火焰区重叠的火焰区，各个喷燃器元件包括：

选择性分配喷嘴，其构造成流出第一反应物；以及

比例分配喷嘴，其构造成流出第二反应物；以及

控制器，其编程成：

识别哪个再生器端口当前在喷火和哪个再生器端口当前在排气；

将具有基本不与当前喷火的再生器端口的火焰区重叠的火焰区的至少一个喷燃器元件规定为主动的而将其余喷燃器元件规定为被动的；和

将通往各个主动喷燃器元件的选择性分配喷嘴的第一反应物流量独立地控制为大于通往所述选择性分配喷嘴的平均第一反应物流量，并且将通往各个被动喷燃器元件的选择性分配喷嘴的第一反应物流量控制为小于通往所述选择性分配喷嘴的平均第一反应物流量；

其中所述第二反应物基本成比例地分配到所述比例分配喷嘴；以及

其中所述第一反应物为燃料和氧化剂中的一个，并且其中所述第二反应物为燃料和氧化剂中的另一个。

15.一种运行再生式燃炉中的增强喷燃器的方法，所述再生式燃炉具有成对的再生器端口，所述成对的再生器端口构造成交替地喷火到所述燃炉中和从所述燃炉排气，所述喷燃器具有至少两个喷燃器元件，其各自包括邻近比例分配喷嘴的选择性分配喷嘴，所述喷燃器还具有控制器，其编程成独立地控制通往各个喷燃器元件的选择性分配喷嘴的第一反应物流量，所述方法包括：

使第二反应物以第二反应物流率流过所述比例分配喷嘴中的各个；

识别哪个再生器端口当前在喷火和哪个再生器端口当前在排气；

将所述选择性分配喷嘴中的至少一个选择为主动的且将所述选择性分配喷嘴中的至少一个选择为被动，所述至少一个主动分配喷嘴具有补充当前喷火的再生器端口的火焰区的火焰区；

使所述第二反应物基本成比例地流到所述比例分配喷嘴中的各个；

使所述第一反应物以主动射流流率流过所述至少一个主动选择性分配喷嘴；以及

使所述第一反应物以被动射流流率流过所述至少一个被动选择性分配喷嘴；

其中所述主动射流流率大于通过所述选择性分配喷嘴的平均流率而所述被动射流流率小于通过所述选择性分配喷嘴的平均流率；以及

其中所述第一反应物为燃料和氧化剂中的一个，并且其中所述第二反应物为燃料和氧化剂中的另一个。