CN108884997A - 燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于气态、流体或粉末燃料的燃烧器，三个成分引入燃烧器中：燃料(40)；氧化气体(10)，例如，空气；以及惰性气体(20)，例如，由燃烧产生的气体、氮气或水蒸气。两个成分，例如，空气和惰性气体，混合在一起，且由关于燃料的移动布置在不同位置处的至少一个喷射级(95)推进。

Description

燃烧器
技术领域
本发明涉及用于气态或可气化燃料的燃烧器。根据重要方面，本发明的燃烧器允许在中等温度下燃烧，而没有可见的火焰，且特征在于特别低的排放率，特别是关于CO、固体颗粒和氮氧化物(NOx)。本发明适合与大量燃料一起使用。
背景技术
本领域中已知燃烧器的若干变型，使得有可能使用任何类型的燃料。火焰燃烧器引起局部的高温，这导致不需要的污染物如NOx的形成。
无火焰燃烧器也是已知的，其将良好的能效与低排放组合。在也称为FLOX®燃烧器的这些燃烧器中，烟道气体的部分在燃烧区中再循环。以此方式，混合物耗尽，且获得扩散燃烧，其温度比常规装置中更均匀。然而，这些优点需要燃烧参数的正确调整。在这些燃烧器中，燃料和氧化气体在同一时间和同一地点喷射到燃烧室中，使得理想地获得这些成分的最佳且均匀的浓度。如果未达到最佳条件，则可发生失衡，这导致不完全燃烧。
为了达到最佳燃烧条件，更有效率的已知燃烧器是复杂的构造，需要具有以紧公差组装的大量零件的精确制造。这显然对产品的成本且有时还对其可靠性有不利影响。
本发明的燃烧器可适于使用大量可燃物质，例如，可燃气体、易燃液体、固体也或气体，以及由热解反应产生的挥发性产物。在该后一应用中，本发明的燃烧器特别有效率，且可有利地联接到热解炉上，以由木材或植物产品产生炭和能量。当炭用于土壤改良或以任何方式隔离时，这些设施可产生具有正CO2平衡的可再生能源。
文献EP2184538公开了具有烟道气体的再循环的FLOX燃烧器。
文献EP2669575公开了燃烧器，其中氧化剂流定期变化。然而，该文献并不描述相对于燃料移动的阶梯式喷射器。类似地，EP1486729公开了具有沿侧向布置的空气和水喷射器的燃烧器，但没有烟道气体的再循环。此外，该燃烧器为PCB的热降解来优化，且在很高温度下操作。DE19619919、DE19613777、DE102004034211、EP0413104和US6155818描述了相关其它解决方案作为技术背景。
发明内容
本发明的一个目的在于提供没有已知装置的限制的燃烧器。
本发明的另一个目的在于提供一种允许清洁燃烧的燃烧器，该燃烧器有能量效率，且伴随低水平的NOx和CO排放。
根据本发明，这些目的具体借助于由所附权利要求限定的具有在燃烧区中的惰性气体或燃烧气体的再循环以及分级喷射的燃烧器来实现。
附图说明
本发明的实施方式的示例在由附图图示的描述中指出，其中：
图1示意性地图示了与燃料源相关联的根据本发明的一个方面的燃烧器。图1a图示了从其的放大细节‘A’。
图2、3、4和5图示了本发明的燃烧器的变型。
零件清单
10 氧化气体的流入
13 风扇
15 氧化气体的直接喷射
20 惰性气体或烟道气体的流入
22 蒸汽发生器
30 气体混合物
35 喷射器/混合器
40 燃料的流入
45 燃料源，例如，热解炉
60 转移燃烧产物
70 壁，燃烧室
77 燃烧区
80 氧化气体导管
85 耗尽的混合物的导管
90 惰性气体导管
95 喷射喷嘴
101 第一喷射组
102 第二喷射组
120 冷气体
130 惰性气体源
140 混合气体混合物
160 换热器
195 第二组的喷射喷嘴
具体实施方式
在由图1和1a图示的本发明的实施例中，燃烧室70是垂直圆柱体70，其可由钢或任何其它适合的材料制成。当然，本发明可由不同形状和/或定向的燃烧室实施：这些特征对于本发明不是必需的。
在图示的示例中，燃料气体40由热解炉45产生，在其中木材或类似材料转换成炭，同时产生了可燃气体和蒸气。由热解产生和预热的燃料通过下开口进入，且由自然对流向上移动，通过燃烧区77，在燃烧区77中，燃料转化成燃烧产物60，且通过上开口离开。
本装置已特别设计成用于燃烧热解产物，且在此应用中提供了很令人满意的结果，能够有具有低排放的高能效。然而，本发明可适于燃烧任何燃料，不论是气态的、挥发性的、雾化液体或喷射固体物质。燃料的移动可通过自然对流，如本示例中的情况，或例如由吹风机推动。
管80用于将燃烧空气引入燃烧容积77，燃烧容积77对于燃烧是必需的。在图示的示例中，其下降到燃烧区中，同时保持在外围位置。这不是本发明的不可缺少的特征。管80实际上可在中心位置，或还在燃烧室77外。空气10由风扇13或产生压差的任何其它适合的装置吸入。本发明还包括变型，其中燃烧空气通过在下游产生的低气压来吸入燃烧室中，低气压例如通过自然对流或强制对流烟囱产生。
氧化气体10的主要部分未直接地排入燃烧区中。管80至少部分地由惰性气体20的导管90包绕，在此情况下在燃烧区77下游取得的烟道气体，因此相比于氧化气体10的氧化能力，是具有零氧化能力或氧化能力至少极大降低的气体。氧化剂10由喷射器35与惰性气体20混合，且混合物30通过喷嘴95喷射到燃烧区77中。由喷射器35喷射空气10的速度通过文丘里效应生成低气压，其吸入惰性气体20以降入管路90中。
重要的是，已燃烧的空气/气体混合物30的喷射是多级的，相对于燃料的移动(在此示例中是垂直的)一个接一个布置在燃烧区中，使得实现垂直燃烧分布。此外，脉冲空气的速度引起强效的横向混合。技术测试示出，该装置使得有可能获得最佳且低排放的气体40燃烧。此外，其调整非常简单，因为其减少到风扇13的速度选择。此外，该参数不是非常关键，并且所进行的测试示出，通风速度的广泛变化对本发明的燃烧器的操作具有非常有限的影响，因此其特别适合于简单的安装并且不需要敏锐的监测。
燃烧器的构造也特别简单，且不需要精确的加工和配合。值得注意的是，如由本领域中已知的大量文丘里喷射器所证实的，喷射器35的几何形状可比所示出的更精致。然而，所图示的结构提供了相当令人满意的结果，且具有简单且廉价构造的优点。
可选地，将空气15直接喷射入燃烧室可提供在喷射器95的上游，且在燃烧区中较高处。该喷射使得有可能燃烧不会在燃烧区77中完全消耗的任何可燃产物。
图2示出了本发明的燃烧器的变型，其中惰性气体导管布置在氧化气体管路内。在此变型中，惰性气体加压，例如由泵或风扇(未示出)，且在喷射器35中与氧化气体(例如，空气)混合，喷射器35置于导管90的侧壁上，相对于空气管80的喷嘴95。该变型在燃烧质量方面具有与图1的优点相同的优点，其中差别在于，惰性气体从外部取得，且其为喷射器35的驱动流体，使得空气10(氧化剂)由文丘里效应吸入。
若干类型的惰性气体可在此变型中使用，例如，氮气、二氧化碳或加压水蒸气。图2具体图示了特别有利的变型，其中惰性气体20是由蒸汽发生器22(这里非常示意性地图示)产生的加压水蒸气，优选由燃烧器本身加热。
图3涉及本发明的另一个变型，其中驱动流体是加压惰性气体，其通过文丘里效应吸入空气(燃烧气体)。与上文呈现的示例的差别在于，空气和惰性气体的混合物不在级95的高度处，而是在置于更高处的文丘里单元35中。尽管附图示出了单个单元35，但很清楚的是，在不超出本发明的范围的情况下，多个单元35可在喷射级95上游。
类似地，图4示出了变型，其中氧化流体10是脉冲空气，其也用作置于喷射级95上游的文丘里单元35中的驱动流体，其中空气与从燃烧产生的惰性气体20混合。同样在此情况下，示出单个喷射器以简化附图，但本发明可包括若干个。
图5的实施例包括置于燃烧室中的不同高度处的两个喷射组101和102。在图示的示例中，喷射组101和102位于外围且彼此相对，但这不是必要特征。喷射组101和102由如图示的两个吹风机13,130，或由单个公共吹风机，或由如上文提到的自然吸气供有燃烧气体。
在第一喷射组101中，惰性气体导管90升高到燃烧区的上方区域，例如，第二喷射组的喷射喷嘴195上方，或大致到所述喷嘴相同的高度，以便在最高温度下吸入惰性气体。
第二喷射组在其它功能中具有降低燃烧器的上方区域中的燃烧温度的功能。出于此目的，外部管路120未与热烟道气体连接，而是与冷的且惰性的气体源连接，例如，水蒸气，或燃烧气体，但冷却的。在图示的示例中，外部管路与换热器160下游的燃烧气体连通。还有可能组合两种类型的气体，以将冷却的或未冷却的燃烧气体再循环至外部管路中，且将蒸发或雾化的水喷射到其中。
图5的燃烧器使得有可能获得最佳的垂直温度分布并且有利于完全和清洁的燃烧。第一喷射组101将室的最热点附近取得的非常热的气体再循环到燃烧区中，其允许完全燃烧，且还使得有可能消耗低挥发性燃料，例如，燃料油。
然而，经验示出，具有单个喷射器组的燃烧器可在顶部处达到太高且对材料有害的温度，且引起NOx的产生。该缺点由第二喷射器组102克服，其在燃烧区中在比由第一组再循环的那些的温度更低的温度下再循环气体。例如，第一喷射器组可再循环具有800℃的温度的烟道气体，且第二组102可仍再循环冷却到200-300℃的烟道气体。
呈现的本发明不限于借助附图描述的示例。具体而言，其还包括变型，其中以所要求的方式以分级方式喷射包括可燃气体和惰性或氧化气体的混合物。在其它实施例中，这里示为同轴的导管80和90可简单地平行，具有对应于喷射级的通路，而没有一个完全包绕另一个。此外，如图所示，这些导管不必需是直的。其它变型是可能的，并且本发明包括具有由所附权利要求限定的特征的所有那些。

Claims (12)

1.燃烧器，其包括燃烧区(77)，三个成分由第一喷射组引入所述燃烧区(77)中：
i. 燃料(40)；
ii. 氧化气体(10)，例如，空气；
iii. 惰性气体(20)，例如，来自燃烧的气体、氮气或水蒸气；
其特征在于：
两个成分混合在一起，且所得的混合物在多个级处喷射和脉冲到所述燃烧区中的第三成分中，且其中所述燃料(40)在运动，且横穿所述燃烧区，同时所述氧化气体(10)和所述惰性气体(20)由一个或多个喷射器(35)混合在一起(30)，使得由此获得的混合物在相对于所述燃料的移动布置在不同位置处的多个喷射级(95)处吸入所述燃烧区中。
2.根据前述权利要求中的一项所述的燃烧器，其特征在于，所述燃料包括以下的一个或多个：烃类气体、矿物油、固体燃料。
3.根据权利要求1至权利要求3中的一项所述的燃烧器，其特征在于，所述燃料包括由热解炉排出的气态和/或挥发性产物。
4.根据前述权利要求中的一项所述的燃烧器，其特征在于，所述两个成分的混合和所述混合物到所述第三成分中的喷射基于文丘里效应在喷射器中发生。
5.根据前述权利要求中的一项所述的燃烧器，其特征在于，所述氧化气体是空气，并且所述惰性气体是来自所述燃烧的烟道气体的部分，所述空气(10)在超压下引入设有多个喷射器(35)的所述氧化气体的导管(80)中，其中用于所述氧化气体的所述导管(80)由惰性气体导管(90)至少部分地包绕，所述惰性气体导管(90)配备有与所述喷射器相对的喷射级(95)。
6.根据权利要求1至权利要求5中的一项所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器中所述氧化气体是空气，并且所述惰性气体是引入设有多个喷射器的惰性气体导管(90)中的加压水蒸气或加压惰性气体，所述惰性气体导管(90)由配备有与所述喷射器相对的喷射级(95)的用于所述氧化气体的导管(80)至少部分地包绕。
7.根据权利要求1至权利要求5中的一项所述的燃烧器，其特征在于，其中所述氧化气体是空气，并且所述惰性气体是引入设有多个喷射器的惰性气体导管(90)中的加压水蒸气或加压惰性气体，所述惰性气体导管(90)由配备有与所述喷射器相对的喷射级(95)的用于所述氧化气体的导管(80)至少部分地包绕。
8.根据前述权利要求中的一项所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器包括一个或若干孔口(15)，所述孔口用于所述燃烧区(77)下游的燃烧气体的喷射。
9.根据权利要求1至权利要求5或权利要求7至权利要求9中的一项所述的燃烧器，其特征在于，所述惰性气体(20)是由蒸汽发生器(22)产生的水蒸气。
10.根据权利要求1至权利要求6或权利要求9中的一项所述的燃烧器，其特征在于，所述惰性气体(20)是来自所述燃烧区中的燃烧的所述烟道气体的部分，以及所述氧化气体(10)是由风扇(13)吸入的空气。
11.根据前述权利要求中的一项所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器包括第二喷射单元，其连接到由第一喷射器再循环的所述惰性气体的较冷的惰性气体源上。
12.根据前述权利要求所述的燃烧器，其特征在于，所述第一喷射组喷射惰性气体，所述惰性气体由从所述燃烧室的上方区域取得的燃烧烟道气体的部分构成，所述上方区域大致与第二喷射组在相同高度或更高。
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