CN110100133A - 用于具有减少的NOx排放的燃烧器的混合设备和燃烧器头 - Google Patents

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Abstract

为了进一步减少NOx排放，本发明提供一种用于具有减少的NOx生成的燃烧器(16)的混合设备(10)，包括：布置在中央的第一混合装置(18)，用于产生用于主火焰区(120)的第一燃料‑空气混合物，其中第一混合装置(18)具有至少一个第一燃料喷嘴(38)和一个聚集板(40)；第二混合装置(20)，用于产生用于包围主火焰区(120)的次级火焰区(122)的第二燃料‑空气混合物，其中第二混合装置(20)具有多个第二燃料喷嘴(70)，其特征在于包括：用于在密封空气区中产生密封空气流的密封空气生成装置(24)，密封空气区包围第一混合装置(18)的设置在聚集板(40)下游的主火焰区(120)，其中第二混合装置(20)构造为用于将第二燃料‑空气混合物输出到包围密封空气区(126)的次级火焰区(122)中，并且其中，第二混合装置(20)围绕密封空气生成装置(24)布置；以及第三混合装置(22)，其在径向上布置在密封空气生成装置(24)和第二混合装置(20)之间，并且具有涡旋生成器(76)和至少一个第三燃料喷嘴(74)，第三燃料喷嘴在涡旋生成器(76)的上游设置在预混合区(78)中，涡旋空气流经过预混合区(78)流到涡旋生成器(76)，以将来自第三燃料喷嘴(74)的燃料在产生涡旋之前与涡旋空气流预混合。

Description

用于具有减少的NOx排放的燃烧器的混合设备和燃烧器头
技术领域
本发明涉及一种用于具有减少的NOx排放的燃烧器的混合设备，包括：布置在中央的第一混合装置，用于将第一燃料-空气混合物输出到主火焰区中，其中，第一混合装置具有至少一个第一燃料喷嘴和聚集板；以及第二混合装置，用于将第二燃料-空气混合物输出到包围主火焰区的次级火焰区中，其中，第二混合装置具有多个第二燃料喷嘴。此外，本发明涉及一种设有这种混合设备的燃烧器头以及一种设有这种燃烧器头的燃烧器。此外，本发明涉及一种燃烧方法，其可以使用这种混合设备、这种燃烧器头和这种燃烧器来执行。
背景技术
这种混合设备、这种燃烧器头、这种燃烧器以及由此可以执行的燃烧方法从以下现有技术文献中已知：
D1EP0913631A2，
D2公司出版物"Weishaupt WKGL70 dual fuel burner Version 3LN(Low Nox)"，Weishaupt公司，Mississauga，印刷号83204616，2004年3月，
D3公司出版物"WeishauptWM-GL10"，印刷号83192001，2009年3月，和
D4公司出版物"Weishaupt Produkt InformationüberGas-undZweistoffbrenner(关于油、气和双燃料燃烧器的产品信息)"，印刷号83211401，2015年11月。
在上述文献中，已知具有燃烧器头和容纳在其中的混合设备的燃烧器，该燃烧器具有用于向中央主火焰供应第一燃料-空气混合物的第一混合装置和用于向次级火焰供应第二燃料-空气混合物的第二混合装置，并且能够实现具有特别低的氮氧化物生成的燃烧。对于已知燃烧器和燃烧器头的作用原理和构造的进一步细节，可清楚地参考上述文献D1至D3。特别地，中央主火焰以由聚集板支持的方式产生，其中，燃烧器功率的大部分经由外部次级火焰实现。主火焰使燃烧稳定，而燃烧室内废气再循环通过次级火焰实现。
发明内容
从该现有技术出发，本发明的目的是，在甚至更低的氮氧化物生成的情况下，也以特别高的燃烧器功率实现燃烧。
为了实现该目的，本发明提供了一种根据权利要求1所述的混合设备和一种根据并列方法权利要求所述的方法。此外，根据本发明的另外的并列权利要求，本发明提供了一种设有这种混合设备的燃烧器头，并且还提供了一种设有这种混合设备的燃烧器。
有利的构型是从属权利要求的主题。
根据一个方面，本发明提供了一种用于具有减少的NOx生成的燃烧器的混合设备，包括：
布置在中央的第一混合装置，用于产生用于主火焰区的第一燃料-空气混合物，其中，第一混合装置具有至少一个第一燃料喷嘴和聚集板，
第二混合装置，用于产生用于包围主火焰区的次级火焰区的第二燃料-空气混合物，其中，第二混合装置具有多个第二燃料喷嘴，
密封空气(阻隔空气)生成装置，用于在密封空气区中产生密封/阻隔空气流，所述密封空气区包围第一混合装置的布置在聚集板下游的主火焰区，
其中，第二混合装置构造为用于将第二燃料-空气混合物输出到包围密封空气区的次级火焰区中，
以及第三混合装置，用于使第三燃料-空气混合物预混合和产生涡旋(打旋、产生旋流)，并且用于将预混合和涡旋的第三燃料-空气混合物输出到涡旋火焰区中，该涡旋火焰区布置在密封空气区和次级火焰区之间。
聚集板可以是单独的部件或较大主体或结构的一个区域。
优选地，在与运行混合设备时占优势的空气流动方向相反的俯视图中——该空气流动方向优选地基本上在燃烧器头的燃烧器管的轴向方向上流动——设置各混合装置的环形布置，其中，第一混合装置设置在中央，第二混合装置设置在外侧，并且第三混合装置设置在它们之间。密封空气生成装置优选地布置在第一和第三混合装置之间。该优选的布置涉及在径向方向上观察的布置，在轴向方向上各装置可以相对于彼此偏移。
优选地，第三混合装置尤其在径向上设置在密封空气生成装置和第二混合装置之间，并且具有涡旋生成器和至少一个第三燃料喷嘴，该第三燃料喷嘴在预混合区中设置在涡旋生成器的上游，空气流经过该预混合区流到涡旋生成器，以将来自第三燃料喷嘴的燃料在涡旋产生之前与空气流预混合。
优选地，设置一种聚集板结构，该聚集板结构从混合设备的中央向外看依次具有：
a)聚集板，其具有至少一个用于第一燃料喷嘴的开口，
b)密封空气通道，用于产生密封空气流；
c)涡旋生成器，和
d)引导装置，其用于界定用于第二混合装置的外部空气间隙。
密封空气通道优选地设置有至少一个第一分隔壁，用于相对于主火焰区分隔密封空气流。
密封空气通道优选地设置有第二分隔壁，用于相对于涡旋生成器的出口分隔密封空气流。
优选地，聚集板构造为用于在主火焰区中产生涡旋。因此，用于主火焰区的第一混合装置的第一涡旋生成装置可设置在中央，其优选地与在其间的密封空气生成装置一起被用于第三混合装置的第二涡旋生成装置包围。
聚集板优选地负责比涡旋生成器和/或外部空气间隙(基本上)更大的空气阻力。
优选地，设置有调节装置，用于增大或减小空气间隙，其中，调节装置构造为用于根据负载运行状态来改变空气间隙的大小。
调节装置优选地构造成改变密封空气生成装置和/或涡旋生成器和/或空气引导装置和/或第一混合装置的至少一部分的轴向位置。
本发明的一种优选构型涉及一种用于具有减少的NOx生成的燃烧器的混合设备，包括：
布置在中央的第一混合装置，该第一混合装置用于产生用于主火焰区的第一燃料-空气混合物，其中，该第一混合装置具有至少一个第一燃料喷嘴和聚集板；第二混合装置，该第二混合装置用于产生用于次级火焰区的第二燃料-空气混合物，该次级火焰区优选环形地包围主火焰区，其中，该第二混合装置具有多个第二燃料喷嘴；密封空气生成装置，用于在密封空气流区中产生空气密封流，所述密封空气流区优选环形地包围第一混合装置的布置在聚集板下游的主火焰区，其中，第二混合装置构造为用于将第二燃料-空气混合物输出到优选环形地包围密封空气区的次级火焰区中，并且其中，第二混合装置优选设置成环形地包围密封空气生成装置；以及第三混合装置，其在径向上布置在密封空气生成装置和第二混合装置之间并且具有涡旋生成器和至少一个第三燃料喷嘴，该第三燃料喷嘴在预混合区中设置在涡旋生成器的上游，涡旋空气流经过该预混合区流到涡旋生成器，以将来自第三燃料喷嘴的燃料在涡旋产生之前与涡旋空气流预混合。
混合设备的一个优选构型包括用于向第一、第二和第三混合装置供应燃料的燃料供应装置，其中，燃料供给是可控制的，使得供应到第二和第三混合装置的燃料的量比是可变的。
混合设备的一个优选构型包括用于控制燃料供应装置的燃料供应控制装置，其中，燃料供应控制装置被构造成使得向第三混合装置的燃料供应在部分负载运行中被减小(节流)或关闭，并且在全负载运行中被打开。
优选地，燃料供应装置具有用于改变至少一个第三燃料喷嘴的燃料供应管道的流动横截面的控制阀。
优选地，设置有调节装置，用于改变密封空气生成装置和/或第一混合装置的至少一部分的轴向位置，该调节装置构造为用于根据负载运行状态来改变轴向位置。
优选地，控制阀与调节装置耦接。
优选地，密封空气生成装置具有环形体，该环形体具有用于密封空气的环形通道。
优选地，环形通道构成在聚集板环形体上，该聚集板环形体构成聚集板和环形体。
优选地，涡旋生成器具有围绕环形通道布置的涡旋生成环，其具有涡旋生成叶片的环形布置。
优选地，涡旋生成环构成在环形体上。
根据另一方面，本发明提供一种用于具有减少的NOx生成的燃烧器的燃烧器头，其包括燃烧器管和根据上述构型之一的、布置在燃烧器管中的混合设备。
优选地，用于输出第二混合装置的第二燃料-空气混合物的外部空气间隙在外侧由燃烧器管的区域界定。
根据另一方面，本发明提供一种燃烧器，其具有根据上述构型之一的混合设备和/或如上所述的燃烧器头。
根据另一方面，本发明提供了一种用于燃烧燃料的、具有减少的NOx生成的方法，包括：
借助于第一中央燃料喷嘴和聚集板在中央主火焰区中产生中央主火焰；
在外部的次级火焰区中产生次级火焰，该次级火焰区优选环形地包围主火焰区，
在主火焰区和次级火焰区之间产生密封空气流，其优选环形地包围主火焰区，以及
使燃料和空气在预混合区中预混合，使预混合的燃料-空气混合物产生涡旋，并且将涡旋的预混合的燃料-空气混合物输出到涡旋空气区中，涡旋空气区设置在次级火焰区和包围主火焰区的密封空气流之间。
该方法优选使用根据上述构型之一的混合设备、燃烧器头或根据上述构型之一的燃烧器来实施。
本发明的其它有利构型通过将上述构型中的一种或多种与来自文献D1、D2、D3和D4的特征相组合而产生。
附图说明
下面将基于附图更详细地说明实施例。在附图中示出：
图1示出了用于具有减少的NOx生成的燃烧器的混合设备的一个实施方式的中部剖视图；
图2示出了图1的混合设备的透视图；
图3示出了具有图1的混合设备的燃烧器头的剖视图，其中说明了在运行设置有燃烧器头的燃烧器时的不同火焰区；
图4示出了部分负载设定中的燃烧器头的剖视图；
图5示出了全负载设定时图4的图示；
图6示出了图4的部分负载设定中的混合设备的透视图；并且
图7示出了在如图5中的全负载设定中与图6相对照的透视图。
具体实施方式
图1和2中示出了用于具有减少的NOx生成的燃烧器的混合设备10，如图3至5所示，该混合设备被布置在燃烧器16的燃烧器头14的燃烧器管12中。
混合设备10具有第一混合装置18、第二混合装置20和第三混合装置22，以及密封空气生成装置24和燃料供应装置26。
燃料供应装置26具有中央燃料供应给送装置28、特别是气体供应管道30，用于向第一混合装置18供应燃料的第一燃料供应管道32、用于向第二混合装置20供应燃料的第二燃料供应管道34、以及用于向第三混合装置22供应燃料的第三燃料供应管道36从所述中央燃料供应给送装置分支出来。
第一混合装置18具有至少一个第一燃料喷嘴38和聚集板40。至少一个第一燃料喷嘴38可布置在中央。在所示的实施例中，第一燃料喷嘴38是具有多个第一燃料喷嘴38(例如，三个第一燃料喷嘴，两个、四个、五个或六个也是可能的)的第一燃料喷嘴单元39的一部分，所述多个第一燃料喷嘴通过开口50输出燃料，这些开口50在聚集板40的中间区域中沿周向方向均匀地分布。
此外，点火设备37设置在第一混合装置18上，以点燃由第一混合装置18产生的第一燃料-空气混合物。
第一燃料喷嘴38连接到第一燃料供应管道32，该第一燃料供应管道线性地且居中地延伸穿过混合设备10。为此，在第一燃料供应管道32的朝向燃烧室的端部上设置承载体42，第一燃料喷嘴38的设有供空气进入的开口的燃料管道分支从该承载体通入到聚集板中的开口50。
聚集板40具有外环形凸缘44、板区域45和倾斜布置的多个径向延伸的叶片46，叶片通过从板区域开槽而构成。聚集板40具有中央开口48和一些叶片46中或板区域45中的用于第一燃料喷嘴38的多个另外的开口50。
密封空气生成装置24具有环形体52，该环形体从聚集板40向下游轴向地延伸，即延伸到图1中的左侧，并且在运行时向燃烧室的方向延伸，并且具有内壁54和外壁56，在内壁和外壁之间形成环形通道58。环形通道58在径向方向上布置在聚集板40的外部，即，在从图1的左侧观察的俯视图中，环形通道58包围聚集板40。换句话说，在径向方向上观察，密封空气生成装置24围绕第一混合装置18布置。环形通道58具有沿下游方向窄缩的区域60和沿下游方向且倾斜向外定向的嘴部区域62。通过窄缩的区域实现用于增大密封空气的流速的文丘里喷嘴，该密封空气通过嘴部区域62被定向成稍微向外倾斜地输出。
壁54和56在流动方向上、即在运行时同时形成伸入到燃烧室中的分隔壁，用于将第一混合装置18的嘴部区域与第三混合装置20的嘴部区域分隔开。
环形体52和聚集板40可以构成在共同的构件——聚集板环形体64上，或者可以单独实施。它们优选地彼此连接并且通过撑杆66共同地紧固在承载体42上。因此，环形体和聚集板是聚集板结构132的一部分，这将在下文中更详细地说明。
第二混合装置20具有多个燃料喷嘴单元68，所述多个燃料喷嘴单元以均匀的间隔围绕第一混合装置18布置，每个燃料喷嘴单元具有至少一个第二燃料喷嘴70。在所示的实施例中，每个燃料喷嘴单元68具有多个第二燃料喷嘴70，例如，它们彼此相邻地布置。例如，每个燃料喷嘴单元68设置有两个第二燃料喷嘴70，其中，例如设置有三个燃料喷嘴单元68。每个燃料喷嘴单元68与一个第二燃料供应管道34连接，该第二燃料供应管道具有叉状件72以向每个燃料喷嘴单元68的多个第二燃料喷嘴70供应燃料。第二燃料喷嘴70的嘴部向下游且倾斜向外定向。
第三混合装置22在径向上布置于设置在外部的第二混合装置20和密封空气生成装置24之间，并且具有多个第三燃料喷嘴74——或者在未示出的设计中具有多个第三燃料喷嘴单元，每个第三燃料喷嘴单元具有多个第三燃料喷嘴74，其中，第三燃料喷嘴74或具有它们的第三燃料喷嘴单元优选地围绕中央的第一混合装置18以均匀的间隔分布地布置。在一个实施例中，例如，设置有三个第三燃料喷嘴74，其也可为两个、四个、五个或更多。
此外，第三混合装置22具有涡旋生成器76。第三燃料喷嘴74在涡旋生成器76的上游间隔地布置，使得在第三燃料喷嘴74和涡旋生成器76之间形成预混合区78。
涡旋生成器76具有涡旋生成叶片88的环形组件82。组件82具有内承载环84和外承载环86，在它们之间，各单个涡旋生成叶片80沿径向并且相对于流动方向倾斜定向地延伸。
涡旋生成器76在径向方向上观察时围绕密封空气生成装置24布置。
涡旋生成器76优选地是聚集板结构132的一部分。在所示的实施例中，涡旋生成器76构造在或从外部紧固在密封空气生成装置24的环形体52上。在所示的实施例中，内承载环84由环形体52的外壁56形成，其中，外承载环86同时形成用于第二混合装置20的燃烧空气的引导装置88。在其它实施例(未更详细地示出)中，引导装置88被设置为单独的元件。
引导装置88在朝向下游指向的端部上具有基本上沿轴向方向延伸的环形区域90和倾斜向外延伸的环形区域92。
此外，混合设备10具有用于将混合装置10紧固在燃烧器管12中的支撑结构94。支撑结构94具有固定的中央管状支撑体96，该支撑体在其向上游定向的端部上紧固在燃料供应给送装置28上，并且具有用于将燃料分配到燃料供应管道32、34、36上的管道分支98。
布置在中央的第一燃料供应管道32由可移动地容纳在支撑体96内的管形成。调节装置100接合在可移动的中央单元99上，所述中央单元具有承载体42、第一燃料供应管道32和至少所述引导装置88，中央单元99的轴向位置可借助于所述调节装置改变。在所示的实施例中，可移动的中央单元99还包括具有聚集板40、用于环形通道58的环形体52以及涡旋生成器76的聚集板结构132，引导装置88布置或形成在所述涡旋生成器上。
支撑体96的指向上游的端部可借助于紧固撑杆102紧固。
在管道分支98上设置有控制阀104，利用该控制阀可以减小或开通或切断向混合装置18、20、22中的至少一个的燃料供给，在此例如为向第三混合装置22的燃料供给，或向混合装置20、22之一的一部分的燃料供给。
在这里所示的实施方式中，控制阀104控制向第三混合装置22的燃料供给。在其它变型中，控制阀104控制向第二燃料喷嘴74的子组的燃料供给，而第二燃料喷嘴74的其余组保持不受控制阀104的影响。在其它变型中，设置有多个控制阀104，优选地，它们被共同操控。
在所示的实施方式中，控制阀104具有紧固在第一燃料供应管道32的指向上游的端部上的调节元件106以及对于待控制的每个燃料供应管道36具有一个封闭体107，所述封闭体在此为具有窄缩末端的突出部的形式，该封闭体可通过调节元件106在轴向方向上的移位而移动到相对应的第三燃料供应管道36的进入口108中，以减小第三燃料供应管道36的流动横截面或完全关闭进入口108，并且可在发生沿相反方向的移位时从进入口108移出，以扩大第三燃料供应管道36的流动横截面，直到进入口108在另一设定中完全释放。
调节装置100具有推杆110，推杆以未示出的方式与承载体42连接，以轴向移动混合设备的中央单元。该轴向移位同时进行对控制阀104的调节元件106的调节。推杆110在运行时连接到未示出的致动器，例如用致动马达操纵的杆，该致动器又可由未示出的、用于控制燃料供应装置26的燃料供应控制装置来致动。
图3至5示出了燃烧器16的燃烧器头14，其中，混合设备10安装在燃烧器头14的燃烧器管12中。燃烧器16是具有这里未示出的鼓风机的鼓风机燃烧器，所述鼓风机确保燃烧空气的空气流在轴向上从图3中的右侧到图3中的左侧穿过燃烧器管12。因此，强烈的轴向定向的空气流在运行时施加到整个燃烧器管12上。
鼓风机还由控制装置控制，以根据负载设定空气流的强度。在空气流动路径的区域中的窄缩部用作文氏装置，以用于局部地提高流动速度。
燃烧器管12构造成基本上圆柱形的，并且在中间区域具有第一窄缩部位112，在燃烧室上定向的端部区域处具有第二窄缩部位114。在窄缩部位112上，燃烧器管的壁116构造为沿下游方向看向内倾斜地延伸。此外，在下游的端部上构造有向内突出的、环形的端部凸缘116，其内边缘限定或形成燃烧器管开口118。燃烧室开口118大于引导装置88的燃烧室侧的端部或边缘的外径。因此，在端部凸缘116和引导装置88的边缘之间形成了环形间隙119形式的外部空气间隙，该外部空气间隙构造为用于输出由第二混合装置20产生的第二燃料-空气混合物。第二燃料喷嘴70在该环形间隙119的上游靠近第二窄缩部位处通入，从而通过在这里占优势的高的空气流动提供来自第二燃料喷嘴70的燃料与燃烧空气的良好混合。
通过混合设备10的在此示出的结构，在燃烧室开口118的区域中分配燃烧空气，其中，燃烧空气通过聚集板40积聚在中央区域中，并流过中央开口48、通过叶片46之间的槽缝、以及通过环形凸缘44和环形体52之间的内环形间隙。该气流被叶片46旋动。优选地，通过至少一个第一燃料喷嘴38将气态燃料添加到燃烧空气的该部分中，从而在沿径向方向观察时由环形体52的内室限定的中央区域中形成主火焰，由此该区域被称为主火焰区120。在该主火焰区120处借助于点火设备37进行点火，以便使燃烧器开始工作。
燃料通过第二混合装置20经由第二燃料喷嘴70在燃烧空气流的外环形区域中混合，使得由此产生的第二燃料-空气混合物穿过端部凸缘116和引导装置88之间的外环形间隙119，以在次级火焰区122中产生次级火焰，所述次级火焰区围绕主火焰区120在外侧呈环形地延伸。次级火焰的点火通过主火焰进行。为此，在部分负载范围内，聚集板结构132进一步移动到燃烧室中，使得主火焰区进一步延伸到燃烧室中，并且主火焰负责可靠地支持次级火焰。
特别地，在全负载范围内，通过第三混合装置22将燃料经由第三燃料喷嘴74在预混合区78中与位于其中的燃烧空气预混合，以产生第三燃料-空气混合物，该第三燃料-空气混合物通过涡旋生成器76打旋并且以涡旋状态输出到涡旋火焰区124中，以在此产生预混合涡旋火焰。
密封空气由密封空气生成装置输出到密封空气区126中，该密封空气区环形地包围主火焰区120并且布置在主火焰区120和涡旋火焰区124之间。
如从图3中明显看出的，多个不同的区域由此在运行时在燃烧器头14的面向燃烧室的端部上如下形成：
在中央区域中，由聚集板支持的主火焰形成在中央主火焰区120中；这由密封空气区126中的环形的密封空气保护和支持，该密封空气区126由涡旋火焰区124包围，在涡旋火焰区中形成预混合涡旋火焰。在涡旋火焰区124周围在外侧形成有次级火焰区122，在该次级火焰区中形成次级火焰。
由于预混合涡旋火焰，在高的燃烧器负载下可以实现燃料与空气的更有利的混合比；其中，次级火焰区122同时负责燃烧室内部的废气循环。
作为附加措施，可以设置内部废气循环。为此，可以使来自燃烧室的废气与燃烧器的空气供给混合，从而废气成分已经位于由鼓风机在燃烧器管中产生的空气流中。
通过火焰支持的措施，特别是密封空气和预混合涡旋火焰，可以实现更大的火焰稳定性，从而可以混合更高比例的废气，并因此可以降低火焰温度。
图4和6示出了燃烧器头14和混合设备10在部分负载运行下的设定，而图5和7示出了在全负载运行下的设定。
对于部分负载运行，调节装置100通过燃料供应控制装置以这样的方式操纵，即，具有承载体42、聚集板环形体64和涡旋生成器76的可移动的中央单元99向下游移动。在所示的端部位置，引导装置88和端部凸缘116之间的外环形间隙119因此变小，并且燃料供给仅通过第一混合装置和第二混合装置18、20进行。
此外，环形体52和聚集板40进一步移动到燃烧室中。
相比之下，在图5和7所示的全负载位置中，向第三混合装置22的燃料供给也被打开，并且用于第二混合装置20的环形间隙119增大。此外，环形体52和聚集板40布置在燃烧器管12的更内部。
在燃料供应给送装置28中，从气体供应管道30的混合壳体128分支出用于主气体的管道作为第一燃料供应管道32，分支出用于次级气体的管道作为第二燃料供应管道34，并且分支出用于涡旋气体的管道作为第三燃料供应管道36，其中，涡旋气体的量可经由涡旋气体控制装置来控制。这可以通过驱动杆来控制。
例如，在全负载下，可以设置40:60至60:40之间的涡旋气体与次级气体的燃料量；例如，设置大约50:50的量比。
在此示出的混合设备和由此可以实施的具有不同区燃烧的燃烧方法的显著优点是稳定性的提高。因此，可以使更大量的废气再循环。因此，即使在高功率下也可以实现较低的火焰温度。
在主火焰中，优选产生至多10％的燃烧器功率或者说燃烧至多10％的燃料；90％作为次级气体或作为次级气体和涡旋气体来供应。
在全负载时，聚集板结构被移动到燃烧器头14中以允许更大的空气通路。因此，也可以同时进行涡旋气体和次级气体之间的燃料量比率的改变；在部分负载运行中，优选完全阻抑将涡旋气体供应至涡旋空气。因此，可以将向不同的混合设备18、20、22或其区域的燃料供应用作燃烧器16的各功率级，所述功率级可以根据负载需求而接通或切断。
例如，在全负载下，40％至70％、优选50％的燃料可以在次级火焰中燃烧，30％至60％、优选45％的燃料可以在预混合涡旋气体火焰中燃烧，1％至10％、优选5％的燃料可以在主火焰中燃烧。相应的燃料分布可通过燃料供应管道32、34、36的流动横截面的相对尺寸设定来实现，以及通过在不同的燃料喷嘴38、70、74处借助于相应的流动引导措施和/或聚集板构造的不同区域的流阻的尺寸设定而建立不同的局部低压区来实现。
尽管用于燃烧气态燃料、例如特别是天然气的气体燃烧器在此作为优选的实施例进行了描述，但是在此示出的构造因此也适用于其它类型的燃烧器、特别是适用于用于燃烧气态燃料和液态燃料的组合燃烧器。
对于燃烧器的可能结构的更具体细节，可清楚地参考上述引用文献D1、D2、D3和D4，它们代表本发明的一部分。此外，在一个特定的实施方式中，提供废气再循环管道，该废气再循环管道一方面连接到燃烧室，另一方面连接到用于燃烧空气的进气口，以将来自燃烧室的废气混合至燃烧空气流。
参考标记列表：
10 混合设备
12 燃烧器管
14 燃烧器头
16 燃烧器
18 第一混合装置
20 第二混合装置
22 第三混合装置
24 密封空气生成装置
26 燃料供应装置
28 燃料供应给送装置
30 气体供应管道
32 第一燃料供应管道
34 第二燃料供应管道
36 第三燃料供应管道
37 点火设备
38 第一燃料喷嘴
39 燃料喷嘴单元
40 聚集板
42 承载体
44 环形凸缘
45 板区域
46 叶片
48 中央开口
50 叶片中的开口
52 环形体
54 内壁
56 外壁
58 环形通道
60 窄缩区域
62 嘴部区域
64 聚集板环形体
66 撑杆
68 燃料喷嘴单元
70 第二燃料喷嘴
72 叉状件
74 第三燃料喷嘴
76 涡旋生成器
78 预混合区
80 涡旋叶片
82 涡旋叶片组件
84 内承载环
86 外承载环
88 引导装置
90 轴向延伸的环形区域
92 倾斜向外定向的环形区域
94 支撑结构
96 支撑体
98 管道分支
99 可移动的中央单元
100 调节装置
102 紧固撑杆
104 控制阀
106 调节元件
107 封闭体
108 进入口
110 推杆
112 第一窄缩部位
114 第二窄缩部位
116 端部凸缘
118 燃烧室开口
119 环形间隙
120 主火焰区
122 次级火焰区
124 涡旋火焰区
126 密封空气区
128 混合壳体
130 涡旋气体控制装置
132 聚集板结构

Claims (15)

1.一种用于燃烧器(16)的混合设备(10)，所述燃烧器具有减少的NOx生成，所述混合设备包括：
布置在中央的第一混合装置(18)，用于产生用于主火焰区(120)的第一燃料-空气混合物，其中，第一混合装置(18)具有至少一个第一燃料喷嘴(38)和聚集板(40)，
第二混合装置(20)，用于产生用于包围主火焰区(120)的次级火焰区(122)的第二燃料-空气混合物，其中，第二混合装置(20)具有多个第二燃料喷嘴(70)，
其特征在于，所述混合设备还包括：
密封空气生成装置(24)，用于在密封空气区(126)中产生密封空气流，所述密封空气区包围第一混合装置(18)的布置在聚集板(40)下游的主火焰区(120)，
其中，第二混合装置(20)构造为用于将第二燃料-空气混合物输出到包围密封空气区(126)的次级火焰区(122)中；
以及第三混合装置(22)，用于使第三燃料-空气混合物预混合和产生涡旋，并用于将预混合和涡旋的第三燃料-空气混合物输出到涡旋火焰区(124)中，该涡旋火焰区布置在密封空气区(126)和次级火焰区(122)之间。
2.如权利要求1所述的混合设备，
其特征在于，
第三混合装置尤其在径向上布置在密封空气生成装置(24)和第二混合装置(20)之间，并且具有涡旋生成器(76)和至少一个第三燃料喷嘴(74)，该第三燃料喷嘴在涡旋生成器(76)的上游布置在预混合区(78)中，空气流经过该预混合区流到涡旋生成器(76)，以将来自第三燃料喷嘴(74)的燃料在涡旋产生之前与空气流预混合。
3.如权利要求2所述的混合设备，
其特征在于，
设置有聚集板结构(132)，该聚集板结构从混合设备(10)的中央向外看依次具有：
3.1聚集板(40)，其具有至少一个用于第一燃料喷嘴(38)的开口(50)，
3.2用于产生密封空气流的密封空气通道，其优选地设置有至少一个第一分隔壁(54)和/或第二分隔壁(56)，所述第一分隔壁用于相对于主火焰区分隔密封空气流，所述第二分隔壁用于相对于涡旋生成器的出口分隔密封空气流；
3.3涡旋生成器(76)，和
3.4用于界定用于第二混合装置(20)的外部空气间隙(119)的引导装置(88)。
4.如前述权利要求中任一项所述的混合设备，
其特征在于，
聚集板(40)构造为用于在主火焰区(120)中产生涡旋。
5.如前述权利要求中任一项所述的混合设备(10)，
其特征在于，
设置有调节装置(100)，用于增大或减小空气间隙(119)，其中，调节装置(100)构造成根据负载运行状态来改变空气间隙(119)的大小。
6.如权利要求5所述的混合设备，
其特征在于，
调节装置构造成通过改变密封空气生成装置(24)和/或涡旋生成器(76)和/或空气引导装置(88)和/或第一混合装置(18)的至少一部分的轴向位置来改变空气间隙的大小。
7.如前述权利要求中任一项所述的混合设备(10)，
其特征在于，
还包括燃料供应装置(26)，用于向第一、第二和第三混合装置(18，20，22)供应燃料，其中，燃料供应装置(26)被构造成使得流到第二和第三混合装置(20，22)的燃料量的比率是可变的。
8.如权利要求7所述的混合设备(10)，
其特征在于下列多个特征中的至少一个或所有下列特征：
8.1设置有用于控制燃料供应装置(26)的燃料供应控制装置，其中，燃料供应控制装置构造成使得在部分负载运行中减小或关闭向第三混合装置(22)的燃料供应(28)而在全负载运行中打开向第三混合装置(22)的燃料供应(28)；
8.2燃料供应装置(26)具有用于改变至少一个第三燃料喷嘴(74)的燃料供应管道(36)的流动横截面的控制阀(104)；并且/或者
8.3控制阀(104)的调节元件(106)与调节装置(100)耦接以便共同运动。
9.如前述权利要求中任一项所述的混合设备(10)，
其特征在于，
密封空气生成装置(24)具有环形体(52)，该环形体具有用于密封空气的环形通道(58)。
10.如权利要求9所述的混合设备(10)，
其特征在于下列多个特征中的至少一个或所有下列特征：
10.1在构成聚集板(40)和环形体(52)的聚集板环形体(64)上构成环形通道(58)；
10.2涡旋生成器(76)具有围绕环形通道(58)布置的、涡旋生成叶片(80)的环形组件(82)；并且/或者
10.3在环形体(52)上构成涡旋生成叶片(80)的所述组件(82)。
11.一种用于具有减少的NOx生成的燃烧器(16)的燃烧器头(14)，包括燃烧器管(12)和布置在燃烧器管(12)中的根据前述权利要求中任一项所述的混合设备(10)。
12.根据权利要求11所述的燃烧器头(14)，具有根据权利要求3或5或6或者引用权利要求3或5或6时的权利要求7至9所述的混合设备，
其中，用于输出第二混合装置(20)的第二燃料-空气混合物的外部空气间隙(119)在外侧由燃烧器管(12)的区域界定。
13.一种燃烧器(16)，其具有根据权利要求1至10中任一项所述的混合设备(10)和/或根据权利要求11或12所述的燃烧器头(14)。
14.一种用于燃烧燃料的、具有减少的NOx生成的方法，包括：
借助于第一燃料喷嘴(38)和配属于第一燃料喷嘴(38)的聚集板(40)在中央主火焰区(120)中产生中央主火焰；
在包围主火焰区(120)的外部的次级火焰区(122)中产生次级火焰，
在主火焰区(120)和次级火焰区(122)之间产生包围主火焰区(120)的密封空气流，以及
在预混合区(78)中预混合燃料和空气，使预混合的燃料-空气混合物产生涡旋，并且将涡旋的预混合的燃料-空气混合物输出到涡旋空气区中，涡旋空气区布置在次级火焰区(122)和包围主火焰区(120)的密封空气流之间。
15.根据权利要求14的方法，
使用根据权利要求1至10中任一项所述的混合设备(10)或根据权利要求11或12所述的燃烧器头(14)或根据权利要求13所述的燃烧器(16)来进行。
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