CN107750319B - 具有燃烧空气驱动的喷射泵的燃烧器 - Google Patents

Abstract

本文描述了使用具有燃烧空气驱动的喷射泵的燃烧器的设备、方法和系统。一种燃烧器装置包括位于燃烧器壳体内的喷射泵，所述喷射泵具有接收燃烧空气的燃烧空气进口、用以从所述燃烧空气进口接收所述燃烧空气的腔室、和渐缩至出口的所述腔室的渐缩部，所述出口具有比所述进口的直径更小的直径。

Description

具有燃烧空气驱动的喷射泵的燃烧器

技术领域

本公开涉及使用具有燃烧空气驱动的喷射泵的燃烧器的设备、方法和系统。

背景技术

氮氧化物（即NO）和二氧化氮（NO₂）（氮氧化物通常可以被称为NO_x）形式的氮氧化物是通过燃烧化石燃料而产生的。除了来自车辆的氮氧化物，工业和商业加热设备（例如，炉子，烤箱等）所燃烧的化石燃料产生的氮氧化物也是造成空气质量差和烟雾的主要原因。

在化石燃料燃烧应用中，烟气再循环是实现低NO_x排放的行业可接受的方法。众多的现场和实验室研究已经证明了使用各种化石燃料燃烧器密封的燃烧腔室试验装置来回收烟气的有益效果。然而，在任何燃烧应用中增加烟气再循环需要增加设备复杂性、资金和/或运行费用。

一种使用预混燃烧器（使用燃烧空气和燃料气混合物）实现烟气再循环的方法是使烟气被输送回到靠近燃烧空气入口的位置，在那里它可以进入燃烧空气风扇从而与燃烧空气和燃料气混合。这种方法需要在燃烧器和锅炉（或其他密封的燃烧腔室）周围增加管道和装置。

还需要增大或扩大燃烧空气风扇来处理增加的烟气体积。更大的风扇增加了成本，并且每单位产生的热量使用更多的电力。此外，由于热的、腐蚀性的烟气，这些风扇会变脏，并且需要使用成本较高的合金材料，和/或额外的清洁和维护以保持风扇的运行。

另一种适用于非预混燃烧器的方法是使用辅助风扇从排气管或燃烧腔室抽吸烟气并将该烟气排入燃烧器壳体中，在那里烟气与燃烧空气风扇所提供的输入燃烧空气混合。这种方法需要额外的烟气管道和额外的耐腐蚀、高温额定风扇来运输热烟气。

附图说明

图1是根据本公开的一个或多个实施例的具有燃烧空气驱动的喷射泵的燃烧器的有角度的顶视图。

图2是根据本公开的一个或多个实施例的具有燃烧空气驱动的喷射泵的燃烧器的剖面侧视图。

具体实施方式

本文描述了使用具有燃烧空气驱动的喷射泵的燃烧器的装置、方法和系统。一种燃烧器装置包括位于燃烧器壳体内的喷射泵，该喷射泵具有连接到燃烧空气风扇的喷射泵进口，该燃烧空气风扇提供足以驱动喷射泵的燃烧空气的体积和燃烧空气的压力。

这样的喷射泵布置可以提供负压，用以从烟气进口抽出烟气从而与燃烧空气和燃料气混合物进行混合。如下文中将更详细描述的，这样的布置允许在无需增加管道或提供额外或改进的风扇部件的情况下将烟气引入烟气路径或燃烧空气路径中。

在下文的详细描述中，参考形成详细描述的一部分的附图。附图以示意的方式示出了如何实施本公开的一个或多个实施例。

这些实施例以充分详细的方式加以描述，以使得本领域普通技术人员能够实施本公开的一个或多个实施例。将会理解到的是，在不偏离本公开范围的情况下可以利用其它实施例并且可以进行过程变化。

将会意识到的是，在本文中各个实施例中所示的要素可以被增加、更换、结合和/或排除，从而提供本公开的数个更多实施例。在附图中提供的要素的比例和相对尺度意在示意本公开的实施例，而不应被认为具有限制意义。

本文中的附图遵循编号的惯例，其中第一位数字或第一多位数字对应于附图的编号而剩余位数字标识附图中的要素或部件。在不同附图之间的类似要素或部件可以通过使用类似的数字来识别。

图1是根据本公开的一个或多个实施例的具有燃烧空气驱动的喷射泵的燃烧器的有角度的顶视图。在图1的实施例中，燃烧器装置100包括燃烧空气进口102。燃烧空气是从装置外侧接收的用于燃烧过程的空气（例如周围空气）。

烟气还经过例如烟气进口104从排气管和/或燃烧腔室接收。烟气经由进口进入燃烧器装置中，并行进到烟气接收腔室112中。

烟气和燃烧空气在用以运送流体（例如烟气、燃烧空气）的腔室的狭窄部114中混合。燃料还经过数个燃料端口206-1、206-2、206-N在燃料气歧管116处被加入腔室中。

燃料和烟气-燃烧空气混合物被加以混合，以在腔室的混合部118中形成燃料-烟气-燃烧空气混合物。混合物被点燃，火焰和形成的烟气在出口108处离开该腔室。

本公开的实施例可例如由轧制成形的板材金属、管道和/或管构成。在各种实施例中，可以使用其它合适的材料。

图2是根据本公开的一个或多个实施例的具有燃烧空气驱动的喷射泵的燃烧器的剖面侧视图。图2提供了燃烧器组件（例如图1的实施例的燃烧器组件100）200内部的实例。

如在图1中那样，在图2的实施例中，燃烧器装置200包括燃烧空气进口202。燃烧空气进口包括具有渐缩部210的腔室，在其最里面的端部处形成具有直径（d）的空气喷嘴211。如本文中所使用的，术语“直径”可以是具有圆形截面的流体路径的直径或者可以是具有非圆形截面（例如椭圆形、矩形）的流体路径的最大宽度的测量值。

在一些实施例中，组件可以包括在空气喷嘴211的端部处或其附近（例如在空气喷嘴的最小直径处或其附近）的分布元件。例如，可以在空气喷嘴的狭窄端处设置多孔板（例如在其中形成有数个孔）。这例如可用来使烟气在被喷嘴211析出（educt）之前更均匀地分布在壳体212中。这样的机构可以导致烟气更均匀地被供给到喷射泵中，这可以在加入燃料气的地方提供更好（更均匀）的混合物进入混合管中。

烟气经过烟气进口204来接收。烟气经由进口进入燃烧器装置中并行进到烟气接收腔室212中，在本文中烟气接收腔室212通常指的是喷射泵钟形罩（bell），尽管钟形罩也包括渐缩部214。

在图2的实施例中，烟气和燃烧空气在用以运送流体（例如烟气、燃烧空气）的腔室的狭窄部214中混合。然而，在一些实施例中，腔室可以具有恒定的直径。例如，对于各部212、214和216，腔室可以具有直径D（参考图2）。

在图2的实施例中，燃料经过数个燃料进口206-1、206-2、206-3、206-4、206-N（总体上被称作进口206）在燃料混合腔室216的上游位置被加入腔室中。这些例如可以是燃料喷射口或燃料端口。

燃料和烟气-燃烧空气混合物被加以混合，以在具有直径（D）的腔室的混合部216中形成燃料-烟气-燃烧空气混合物。混合物被点燃，火焰和形成的烟气在出口208处离开该腔室。在一些实施例中，装置可包括火焰附接凸台（flame attachment ledge）218，其使得燃料-烟气-燃烧空气混合物位于其上的表面能够被点燃。

如上文所讨论，一种燃烧器装置包括位于燃烧器壳体内的喷射泵。在图2的实施例中，喷射泵（例如，元件202、210和212）具有连接到燃烧空气风扇（未示出）但可设置在燃烧器壳体（包括210、211、212、214、216的元件）的进口202上游的喷射泵进口202。燃烧空气风扇提供足以驱动喷射泵的燃烧空气体积和燃烧空气压力。

本公开的实施例可以利用被设计成且定位成在燃烧器壳体（例如，元件212、214和216）内侧的喷射泵布置。喷射泵进口202被连接至燃烧空气风扇，该燃烧空气风扇提供燃烧空气体积和压力来驱动泵。

当燃烧空气风扇运行时，从定位在中心的燃烧空气喷嘴211中接收空气的喷射泵钟形罩形成负压条件。这样的负压一旦被连接到烟气源（例如排气管和/或燃烧腔室）就可被用以从烟气源抽出烟气，而不必使用额外的风扇或者无需扩大燃烧空气风扇。

烟气进入位于喷射泵钟形罩212内侧的燃烧器壳体中。烟气被析出并且在腔室部214处与燃烧空气混合。混合物随后进入燃烧器喉部（即在图2的实施例中是腔室部216），在此处其能以各种方式与燃料混合，从而在燃烧器出口208处提供火焰。

例如，在一些实施例中，例如在图2的实施例中，燃烧器喉部216可包括数个燃料进口206，其设置在喷射泵的下游但是在燃烧器喉部的上游部上。通过这种方式，燃料可以在其被点燃之前在燃烧器喉部中被分散和混合。

通过使进口布置成围绕燃烧器喉部的周向，燃料可以被更好地分散到通过燃烧器喉部的烟气-燃烧空气混合物中。进一步地，如果进口被布置成大体均匀地彼此间隔，则燃料可以被更加平均地分配。

除了其它优点以外，将它们布置成围绕该周向并且平均间隔开的其它优点包括混合所需的时间段更短并且因此可能使腔室的喉部更短，由此，比起燃料从喉部的中心或者从沿着周向的一个位置分布，从喉部的外侧向内混合能够实现更完整的混合。

该燃料端口（进口）的布置还利用可用的燃料气压力和燃料端口速度来增加喷射泵所形成的负压。该燃料端口布置还提供用以使气态燃料与燃烧空气-烟气混合物混合的装置。除了其它优点以外，负压（吸力）的这种增加使得能够吸出更大体积的烟气，这改善了NO_x的减少机制，同时使用更小的运输导管（例如元件204、212、214、216）。

如图2中所图示，燃烧器装置200可包括燃烧空气进口202，其连通到位于喷射泵钟形罩212中心的截头锥形喷嘴211。喷射泵钟形罩212具有连接至烟气源204的直径较大的进口端，并在214处渐缩至连接到混合管216的直径较小的出口端，该混合管216向下游延伸至燃烧器排放端208。

在一个示例性实施例中，具有直径（d）的喷嘴211和具有直径（D）的混合管216的大小和位置根据以下比例来确定：

1）喷嘴直径与混合管的直径的比例满足0.2 < d/D < 0.9；

2）喷嘴排出口到混合管入口的距离满足0.8d - 2.0d。

混合管可以包括燃料气歧管，该燃料气歧管在混合管216的入口下游的某一距离处径向围绕该管。歧管的内侧壁（还是混合管壁）可例如包括一系列孔，这些孔以从0到90度变化的角度沿径向向内钻孔并且朝着燃烧器排出口208指向下游。这些孔的成角度的特性使得燃料能够沿下游方向被引入混合管中，这可以增加负压并且增加可以被吸入燃烧器装置200中的烟气的量。

燃烧空气进入喷嘴进口202、加速并喷射到喷射泵钟形罩212的中心中。喷射到喷射泵钟形罩中的速度较高的燃烧空气所产生的负压将烟气从烟气源中吸出。

在燃料气沿径向（在一些实施例中是沿下游呈一定角度，这产生了额外的负压来增加设备可以提供的总吸力）被注入气流之前，烟气和燃烧空气的混合物经过混合管达一定距离。

燃料气、燃烧空气和烟气混合物沿下游被携带至燃烧器排放端，混合物在该处首先由飞行员或其它点火装置所点燃。所形成的火焰可以通过本领域普通技术人员已知的各种火焰稳定方法来无限期地保持稳定。例如，可以设置稳定凸台218来提供可辅助稳定火焰的火焰附接表面。

下方提供的是根据本公开的理念的数个示例性实施例。例如，在一个示例性实施例中，燃烧器装置包括位于燃烧器壳体内的喷射泵。喷射泵具有接收燃烧空气的燃烧空气进口、用以从燃烧空气进口接收所述燃烧空气的腔室、和渐缩至出口的腔室的渐缩部，该出口具有比该进口的直径更小的直径。通过这种方式，燃烧空气从体积较大的区域运动到体积较小的区域，由此使气流朝着喷射泵的出口加速。

在各种实施例中，至少喷射泵出口位于喷射泵钟形罩内。离开喷射泵出口的快速运动的空气进入喷射泵钟形罩并形成负压。从喷射泵产生的在喷射泵钟形罩内的负压可被用于从例如排气管或燃烧腔室的一个或多个烟气源抽出烟气。

在一些实施例中，可以由数个燃料进口产生将燃料引导到喷射泵钟形罩下游的装置中的补充或可替代负压。例如，燃料进口可以成一定角度，从而沿下游方向（远离喷射泵钟形罩出口）喷射燃料，并由此产生可以将烟气抽入喷射泵钟形罩中的负压。

如上所述，燃烧器装置可具有位于喷射泵钟形罩下游的燃烧器喉部。燃烧器喉部可包括设置在喷射泵钟形罩下游但在燃烧器喉部的上游部上的数个燃料进口。

如上所述，这可以有助于燃料与燃烧空气-烟气混合物的混合。在这样的实施例中，烟气被析出并且与燃烧空气混合，以提供燃烧空气-烟气混合物。燃烧空气-烟气混合物随后通入燃烧器喉部中，其在该燃烧器喉部处与燃料混合，以在燃烧器出口处提供火焰。

在一些实施例中，喷射泵钟形罩包括渐缩至出口的渐缩部，该出口具有比喷射泵钟形罩的最大直径更小的直径。这一结构还可以有助于以类似于在喷射泵中朝向出口变窄的方式而形成负压。

在另一个示例性实施例中，燃烧器装置包括位于燃烧器壳体内的喷射泵。喷射泵具有接收燃烧空气的燃烧空气进口、用以从燃烧空气进口接收所述燃烧空气的腔室、和渐缩至出口的腔室的渐缩部，该出口具有比该进口的直径更小的直径。

在这样的实施例中，喷射泵钟形罩可以具有腔室，用来接收来自喷射泵的燃烧空气和来自烟气进口的烟气。燃烧空气和烟气随后混合以形成燃烧空气-烟气混合物。通过这种方式，喷射泵的设计使得燃烧空气能够提供负压，从而在不使用用于燃烧空气路径或烟气路径的更多或改进风扇的前提下将烟气吸入用在燃烧过程的装置中。

在各种实施例中，可以绕着燃烧器喉部的周向布置多个燃料进口。这可以使燃料与燃烧空气-烟气混合物更好地混合。在燃烧器喉部的边缘处尤其如此，在该处，更靠近喉部中心长轴线的喷射器也可能无法混合燃料。

可以使进口布置成大体均匀地彼此间隔。这也可以使燃料与燃烧空气-烟气混合物更好地混合。

在一些实施例中，燃料进口可以设置在喷射泵钟形罩的下游。例如，一旦这两种物质已经混合，这可以是有利的，从而允许燃料与燃烧空气-烟气混合物混合。

而且，燃料进口可以提供燃料气压和燃料速度，当燃料由燃料进口注入时，这补充了由存在于燃烧器喉部内的喷射泵所产生的负压。当进口指向下游时尤其如此。

另一个示例性实施例提供了包括位于燃烧器壳体内的喷射泵钟形罩的燃烧器装置。喷射泵钟形罩具有在其中接收燃烧空气和烟气的腔室。

示例性实施例还包括位于喷射泵钟形罩内的喷射泵。喷射泵包括接收来自燃烧空气风扇的燃烧空气的燃烧空气进口、用以接收燃烧空气的腔室和渐缩至出口的渐缩部，该出口具有比该进口的直径更小的直径。在这一实施例中，离开喷射泵的燃烧空气在喷射泵钟形罩中产生负压，以使得该负压将烟气吸入喷射泵钟形罩腔室中，烟气在其中与燃烧空气混合。

在一些实施例中，喷射泵钟形罩包括渐缩至出口的渐缩部，该出口具有比喷射泵钟形罩的最大直径更小的直径。在提供用于将烟气抽到喷射泵钟形罩的负压特性方面，这可以是有益的。

在各个实施例中，喷射泵的出口具有小于喷射泵钟形罩的出口直径的直径。在提供用于将烟气抽到喷射泵钟形罩的负压特性方面，这也可以是有益的。

在一些实施例中，喷射泵出口可以相对于喷射泵钟形罩的长轴线定位在喷射泵钟形罩的中心处。这可以例如是有益的，因为经过装置的流可以更具有对称性并且因此混合可以更均匀。

本公开的实施例提供了数种不同的方式，用以引起负压来将烟气抽到装置中，从而形成可以与燃料气结合的燃烧空气-烟气混合物。

本文所使用的“一个”或“数个”某种东西可以指代一个或多个这样的东西。例如，“数个源”可以指代一个或多个源。此外，本文中所用的（特别是关于附图标记的）标识符“N”表示：如此标识的数个特定特征可以被包括在本公开的数个实施例中。

尽管已经在本文中示意并且描述了特定实施例，本领域普通技术人员将意识到的是，用以实现相同技术的任何可行的布置方式可以替换所示的特定实施例。本公开意在涵盖本公开各个实施例的任何和所有改动和变型。

将理解的是，上述描述已经以示意而非限制的方式进行。在查阅上述描述时，上述实施例和没有特定描述的其它实施例的结合对于本领域技术人员来说是清楚的。

本公开的各种实施例的范围包括使用上述要素和方法的任何其它应用。因此，本公开的各种实施例的范围应该相对于随附权利要求连同享有这些权利要求权利的等同物的全部范围来限定。

在前述的具体实施方式中，出于精简本公开的目的，各种特征在附图中所示意的示例性实施例中被聚合在一起。本公开的此方法并非被解释为表现以下意图：即本公开的实施例需要比每个权利要求明确记载的更多的特征。

相反，如随附权利要求所表现的，所发明的主题在于少于单个所公开实施例中所有特征。因此，随附权利要求由此被结合到具体实施方式中，每个权利要求独立地作为单独的实施例。

Claims (10)

1.一种燃烧器装置（200），包括：

位于燃烧器壳体内的喷射泵，所述喷射泵具有接收燃烧空气的燃烧空气进口（202）、用以从所述燃烧空气进口（202）接收所述燃烧空气的腔室、和渐缩至出口的所述腔室的渐缩部（210），所述出口具有比所述燃烧空气进口（202）的直径更小的直径，其中，所述出口允许所述燃烧空气被泵送到混合腔室（216）中；

烟气进口（204），所述烟气进口（204）连接到所述混合腔室（216）的上游，以允许烟气与所述燃烧空气混合以形成烟气-燃烧空气混合物；以及

燃料进口（206），所述燃料进口（206）连接到所述混合腔室（216）以允许燃料与所述燃烧空气-烟气混合物混合以形成燃料-烟气-燃烧空气混合物。

2.如权利要求1所述的装置，其中，至少所述喷射泵出口位于喷射泵钟形罩（212）内。

3.如权利要求2所述的装置，其中，从所述喷射泵产生的在所述喷射泵钟形罩（212）内的负压能够用以从排气管或燃烧腔室中的至少一个中抽出烟气。

4.如权利要求2所述的装置，其中，将燃料引导到所述喷射泵钟形罩（212）下游的所述装置中的数个燃料进口（206）产生更多负压。

5.如权利要求4所述的装置，其中，所述烟气被析出并且与所述燃烧空气混合，以提供燃烧空气-烟气混合物。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述燃烧空气-烟气混合物进入燃烧器喉部（216），所述燃烧空气-烟气混合物在所述燃烧器喉部（216）处与燃料混合以在燃烧器出口（208）处提供火焰。

7.如权利要求2所述的装置，其中，所述喷射泵钟形罩（212）包括渐缩至出口的渐缩部，所述出口具有比所述喷射泵钟形罩的最大直径更小的直径。

8.如权利要求7所述的装置，其中，位于所述喷射泵钟形罩（212）下游的燃烧器喉部（216）包括设置在所述喷射泵钟形罩（212）的下游但在所述燃烧器喉部（216）的上游部上的数个燃料进口（206）。

9.如权利要求8所述的装置，其中，位于所述喷射泵钟形罩（212）下游的燃烧器喉部（216）包括布置成围绕所述燃烧器喉部（216）的周向的多个燃料进口（206）。

10.如权利要求9所述的装置，其中，所述燃料进口（206）布置为大体均匀地彼此间隔。

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