CN111386428B

CN111386428B - 辐射壁燃烧器

Info

Publication number: CN111386428B
Application number: CN201880074874.8A
Authority: CN
Inventors: 吉勒斯·泰斯; 瓦列里·斯米尔诺夫; 钟一萍; 艾哈迈德·卡迪; 哈吉·阿里·格尼什
Original assignee: John Zink Co LLC
Current assignee: John Zink Co LLC
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2038-11-16
Also published as: EP3714208B1; RU2020118517A3; US11585529B2; EP3714208A1; US20200400308A1; RU2768639C2; WO2019097483A1; CN111386428A; US20230014871A1; RU2020118517A

Abstract

本发明提供了一种燃烧器和方法，该燃烧器和方法利用燃烧器砖，该燃烧器砖具有沿着炉壁延伸的外表面和限定通路的内表面。燃料导管至少部分地延伸穿过该通路，并且将燃料排出到燃烧器头上。该燃烧器头形成柯恩达弯曲表面，其中燃料被引导至该柯恩达弯曲表面上，使得燃料沿着该柯恩达弯曲表面流动到该燃烧器砖的外表面。存在由该柯恩达弯曲表面的外边缘限定并与该通路流体流动地连通的空气通道，使得空气从该通路流动通过该通道以与燃料混合，以便产生可燃混合物。

Description

辐射壁燃烧器

技术领域

本公开涉及工业燃烧器领域，并且特别地涉及辐射壁燃烧器，该燃烧器操作用于加热炉或类似物的壁的周围部分。

背景技术

辐射壁燃烧器在工业应用中用于加热炉或类似物的壁的周围部分。例如，辐射壁燃烧器在石油化学工业中用于诸如氢重整、氨重整、乙烯裂解和二氯化乙烯(EDC)裂解之类的过程。当前用于这些应用的大多数燃烧器由预混燃烧器组成，其特征在于燃料气体和燃烧空气在进入炉并燃烧之前在文丘里管中混合在一起。此外，燃烧器通常与各种燃料气体诸如天然气、液化石油气(LPG)、炼厂气及其混合物一起使用。燃料气体可以包含变化量的氢，具体取决于该燃料气体的混合物组成。

上述预混概念适用于具有低至中等火焰速度的燃料气体，诸如在燃料气体中含有低至中等量的氢的气体。然而，将预混概念用于具有较高火焰速度的燃料气体可能存在问题。例如，较高量的氢显著增加了离开燃烧器喷嘴的预混混合物的火焰速度，同时增加了例如火焰逆燃的风险，例如，火焰进入燃烧器、损坏或破坏燃烧器。在最低限度的情况下，这种火焰逆燃降低了设备的性能，并且如果火焰逆燃导致燃烧器损坏，修理或更换的成本相当巨大，尤其是在设备必须停机的情况下。在炉中存在多个燃烧器、通常数百个燃烧器的情况下，这些燃烧器中的至少一个燃烧器中的逆燃风险可能相当大。

另外，用于防止逆燃的燃烧器设计还必须满足其他设计规范诸如NO_X排放。减少和/或消除辐射燃烧器中的NO_x是期望的目标。因此，工业上需要避免逆燃并且仍然允许减少总NO_X生成和排放的燃烧器。

发明内容

本发明的实施方案提供了一种新颖的系统和方法，用于以较低总NO_X生成和排放防止系统中的逆燃。下面描述一些示例性实施方案。

在一组实施方案中，描述了一种用于在炉中燃烧可燃混合物以产生火焰的燃烧器。该可燃混合物包括燃料和空气。该燃烧器包括燃烧器砖和燃烧器头。该燃烧器砖具有外表面和内表面。外表面沿着炉的炉壁延伸。内表面限定垂直于外表面延伸的通路，其中该通路终止于外表面处的远侧端部中。燃料导管至少部分地延伸穿过通路，并且终止于至少一个燃料喷嘴中。

燃烧器头被定位在通路的远侧端部处并形成柯恩达弯曲(coanda-curved)表面。喷嘴将燃料引导至柯恩达弯曲表面上，使得燃料沿着柯恩达弯曲表面流动到燃烧器砖的外表面。空气通道由柯恩达弯曲表面的外边缘限定。空气通道与通路流体流动地连通，使得空气从通路流动通过空气通道以与燃料混合，以便产生可燃混合物，并且使得火焰在燃烧器砖的外表面处产生，其中火焰沿着围绕燃烧器砖的炉壁扩散。

一般来讲，产生火焰使得火焰锚定在燃烧器头的柯恩达弯曲表面的外部。在一些实施方案中，用于可燃混合物的所有燃料均通过燃料喷嘴引入。在前述实施方案中，多个稳定器可以从柯恩达弯曲表面的外边缘延伸到空气通道中。

在上述一些实施方案中，柯恩达弯曲表面还包括与通路流体流动地连通的多个空气口，使得沿柯恩达弯曲表面流动的燃料在该燃料与通过空气通道的空气混合之前与来自空气口的空气混合。将燃料与来自空气口的空气混合产生富燃料预混物。来自空气通道的空气与富燃料预混物的混合产生了可燃混合物。在以上实施方案中，燃料导管可延伸穿过燃烧器头，使得燃料喷嘴被定位在通路外部并位于炉内，并且喷嘴可被构造成将燃料径向向外地引导并引导至柯恩达弯曲表面上。同样在以上实施方案中，富燃料预混物可与通过空气通道的空气混合，使得在火焰锚定发生在柯恩达弯曲表面的外部的情况下产生火焰。

上述实施方案可包括从柯恩达弯曲表面的外边缘延伸到空气通道中的多个稳定器。此外，在一些上述实施方案中，用于可燃混合物的所有燃料均通过燃料喷嘴引入。

在一组上述实施方案中，燃烧器头罩住通路的远侧端部，其中柯恩达弯曲表面是位于通路的远侧端部上方的圆顶状表面。燃料导管延伸穿过燃烧器头，使得燃料喷嘴被定位在通路外部并位于炉内。喷嘴被构造成将燃料径向向外地引导并引导至柯恩达弯曲表面上。

在另一组上述实施方案中，将柯恩达弯曲表面的第一部分压入到通路的一部分中，以便围绕柯恩达弯曲表面的第一部分限定通路的环形部分，并且第一部分被构造成形成内部发散的锥形表面。燃料喷嘴可被定位在第一部分内，并且可以被构造成切向地引导燃料，以便沿着第一部分旋回地移动。

另外，柯恩达弯曲表面的第二部分可被构造作为从通路向外弯曲且朝向燃烧器砖的外表面弯曲的凸形柯恩达表面。第二部分可从柯恩达弯曲表面的第一部分延伸到砖的外表面。燃料在沿第一部分旋回地移动之后，在第二部分上径向向外扩散并扩散到燃烧器砖的外表面上。

在这组实施方案中，次级燃料喷嘴可被定位在通路外部并位于炉内。次级燃料喷嘴可被构造成大致径向向外地引导燃料。

在另一组实施方案中，公开了一种操作燃烧器的方法，该燃烧器用于在炉中燃烧可燃混合物以产生火焰。该可燃混合物包括燃料和空气，并且该炉具有炉壁。该方法可以包括以下步骤：

将燃料引入到柯恩达弯曲表面上，使得燃料沿着柯恩达弯曲

表面流动到燃烧器砖的外表面；

通过由柯恩达弯曲表面的外边缘限定的空气通道引入空气，使得空气与燃料混合，以便产生可燃混合物；

点燃可燃混合物以产生火焰，使得在柯恩达弯曲表面的外边缘处产生火焰，并且火焰沿着围绕燃烧器砖的炉壁扩散，其中火焰锚定发生在柯恩达弯曲表面的外部。

该方法可以包括用稳定器使通过空气通道的空气湍流化。在一些实施方案中，用于可燃混合物的所有燃料被引入到柯恩达弯曲表面上。

在一些实施方案中，该方法还可以包括通过柯恩达弯曲表面中的多个空气口引入预混空气的步骤，使得沿着柯恩达弯曲表面流动的燃料在燃料与通过空气通道的空气混合之前与来自空气口的预混空气混合。该燃料与来自空气口的空气的混合产生了富燃料预混物，而该富燃料预混物随后与通过空气通道的空气混合以产生可燃混合物。

在一些实施方案中，燃料被径向向外地引导并引导至柯恩达弯曲表面上。在其他实施方案中，燃料被引入到柯恩达弯曲表面下方和之上。可以通过一个或多个气体喷嘴引入燃料。

在该方法的一组实施方案中，柯恩达弯曲表面的第一部分被压入到通路的一部分中，以便限定通路的环形部分，并且该第一部分被构造成形成内部发散的锥形表面。燃料喷嘴被定位在第一部分内并被构造成切向地引导燃料的第一部分，以便沿着内部发散的锥形表面旋回地移动。

另外，在这组实施方案中，柯恩达弯曲表面的第二部分可被构造作为从通路弯曲且朝向燃烧器砖的外表面弯曲的凸形柯恩达表面，其中该第二部分从柯恩达弯曲表面的第一部分延伸到燃烧器砖的外表面。在此类实施方案中，燃料的第一部分在沿着内部发散的锥形表面旋回地移动之后，在柯恩达弯曲表面的第二部分上径向向外扩散并扩散至燃烧器砖的外表面上。来自通路的环形部分的空气被引入到空气通道中。

同样在这组实施方案中，可以从次级燃料喷嘴大致径向地向外引导燃料的第二部分，与主喷嘴相比，该次级燃料喷嘴被定位在炉腔中更深处。

附图说明

图1是根据第一实施方案的燃烧器的示意性透视图。

图2是图1的燃烧器的前视图。

图3是图1的实施方案的燃烧器的侧视图。

图4是图3的燃烧器的侧面剖视图。

图5是根据第二实施方案的燃烧器的示意性透视图，其包括稳定器和预混空气口。

图6是图5的燃烧器的剖面侧视图。

图7是根据第三实施方案的燃烧器的剖面侧视图。

图8是根据第四实施方案的燃烧器的剖面侧视图。

具体实施方式

通过参考以下描述可以更容易地理解本公开。另外，阐述了许多具体细节以便提供对本文所述的实施方案的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文所述的实施方案。在其他情况下，未详细描述方法、程序和部件以免混淆所描述的相关特征。另外，该描述不应被认为是限制本文所述的实施方案的范围。

将参考附图描述当前燃烧器的特征和与其相关的方法，其中在各个视图中，相同的附图标记在此用于表示相同的元件，示出并描述了不同的实施方案。附图未必按比例绘制，并且在一些情况下，有几处绘图已被放大和/或简化，仅为了进行示意性的说明。在采用相对熟知的设计的组件的情况下，将不详细描述它们的结构和操作。本领域的普通技术人员将会知道基于以下描述的本发明的许多可能的应用和变型。

本发明的辐射壁燃烧器构造利用一种设计来将燃料与燃烧空气和惰性炉气混合，同时将它们沿着其中安装有燃烧器的炉壁引导。更具体地，该设计使用柯恩达弯曲表面沿着燃烧器砖表面和炉壁引导燃料。惰性炉气在行进跨过柯恩达弯曲表面时混入燃料中。随着燃料(与任何惰性炉气混合)从柯恩达弯曲表面移动到燃烧器砖的表面，燃烧空气被引入到燃料中。在一些实施方案中，所有燃料被引入以移动跨过柯恩达弯曲表面，并且在燃料从柯恩达弯曲表面移动到燃烧器砖的表面时所有燃烧空气被引入。因此，在燃料从柯恩达弯曲表面移动到燃烧器砖的表面时，至少产生了近化学计量的可燃混合物。“近化学计量的”是指具有基本上接近主燃料的化学计量燃烧所需的燃料和氧化剂比。一般来讲，本文所述的实施方案将产生近化学计量的燃料-空气可燃混合物，通常在约-5％至约10％过量氧化剂或空气的范围内，但更典型地在0％至5％或1％至3％过量氧化剂或空气的范围内。当使用次级燃料喷嘴时，在可燃混合物被认为是贫燃料混合物的情况下，产生较高燃料与空气比率(高于10％过量氧化剂或空气)在本发明的范围内。

然而，在一些实施方案中，当燃料仍然在柯恩达弯曲表面上流动时，少量的燃烧空气或预混空气将被混合到燃料(包括任何惰性炉气)中。这种少量的燃烧空气小于制备化学计量的混合物所需的量，也就是说，预混空气和燃料混合物将不具有燃料的化学计量燃烧所需的燃料和氧化剂的比例。相反，将引入预混空气以便产生富预混物。“富”预混物表示包含比完全燃烧燃料所需量更少的氧化剂的燃料/氧化剂混合物。一般来讲，本文所述的实施方案可以在完全燃烧燃料所需的氧化剂或空气的0％至75％的范围内，但更典型地在10％至50％的范围内。因此，在具有预混空气的实施方案中，在燃料行进在柯恩达弯曲表面上时，产生富燃料预混物，并且在富燃料预混物从柯恩达弯曲表面移动到燃烧器砖的表面时，将至少产生化学计量的混合物。在一些实施方案中，在富燃料预混物从柯恩达弯曲表面移动到燃烧器砖的表面时，将产生近化学计量的可燃混合物。在其他实施方案中，在富燃料预混物从柯恩达弯曲表面移动到燃烧器砖的表面时，将产生贫可燃混合物

上述设计可以用包括100％氢气的任何燃料气体组合物进行操作，而不会将火焰逆燃到燃烧器内部。此外，本文描述的设计可以在低、中或高燃料压力或火焰速度下运行，并且实现低NO_x排放，并且还避免了逆燃问题。例如，本文所述的燃烧器可以在燃烧器入口处以3巴(表压)至几百毫巴(表压)的燃料气体压力操作。此外，所公开的燃烧器能够以高惰性含量诸如惰性炉气操作。燃烧器设计允许均匀地加热炉壁，使得壁开始均匀地辐射到位于与一个或多个燃烧器相对的炉壁处的处理管。此外，包括惰性炉气的至少一种化学计量的可燃混合物的产生允许燃烧器产生相对低水平的NO_X。

参照附图可以更好地理解燃烧器设计的上述特征。具体地，在图1和图2中，示出了燃烧器10，该燃烧器是当前燃烧器设计的一个实施方案。一般来讲，燃烧器10包括燃烧器砖20，该燃烧器砖被构造成具有暴露于炉18内侧的外表面22。一般来讲，燃烧器砖20安装在炉的壁12中，使得外表面22以基本上平行的方式沿着炉壁12的内表面14延伸，但是可以包括台阶24，使得中心区域26从炉壁12的内表面14略微升高，而外部区域28与炉壁12基本上共面。

更典型地，燃烧器砖20至少部分地安装成穿过炉壁12，使得内表面30限定穿过炉壁12的通路32的至少一部分或全部。通路32具有近侧端部36和远侧端部38，近侧端部邻近炉壁12的外表面，远侧端部终止于燃烧器砖20的外表面22，在内表面30与外表面22相交的内表面边缘34处，通常在中心区域26中。近侧端部36与具有空气调节器40的充气室39流体流动地连通。因此，可以通过空气调节器40将强制或自然通风的燃烧空气提供到通路32中。一般来讲，自然通风用于燃烧器10。为了限制空气和风流的影响，可以使用自然通风空气阻尼器系统诸如空气调节器40(在图3和图6中示出)。可以使用其他合适的空气阻尼器系统。例如，合适的系统是在授予Platvoet等人的美国专利号9,134,024和美国专利号9,423,127两者中公开的自然通风空气阻尼器系统，所述专利申请通过引用方式并入本文。

另外，燃料导管42延伸穿过通路32。燃料导管42的第一端部44连接到燃料源(未示出)，该燃料源通常是气体燃料。第二端部46终止于燃料喷嘴48中。在图1和图2的实施方案中，燃料导管42延伸穿过通路32并穿过燃烧器头50，以便比燃烧器头50更远地进入炉腔18中；也就是说，喷嘴48比燃烧器头50更靠近炉内侧的中心。该定位允许喷嘴48将燃料引导至燃烧器头50的表面上，如下文进一步详细描述的。图1和图2示出了单个燃料导管和燃料喷嘴；然而，使用多个燃料导管和/或多个燃料喷嘴也在本公开的范围内。

如图所示，该燃烧器头50位于覆盖通路32的远侧端部38的中心区域26上。燃烧器头50形成为盘形形状，其具有指向通路32的平坦表面52和面向炉腔18的柯恩达弯曲表面54。燃烧器头50的下部部分53可以具有类似文丘里管的空气偏转器55。该空气偏转器55减小了流过的空气的压降并使空气流均衡。因此，空气以最小的投射风险平行于壁离开燃烧器。从图中将显而易见的是，燃烧器头50可从通路32移除。燃烧器头50滑动地接合在通路32中，以便即使在燃烧器的操作期间也可移除。

对于图1至图4的实施方案以及图5至图6的实施方案(如下文进一步讨论的)，柯恩达弯曲表面54从燃烧器的中心线51发散至燃烧器砖20的内表面边缘34的外侧。换句话讲，柯恩达弯曲表面54是在邻近燃料导管42的中心边缘56(大致为燃烧器的中心线51)处从炉壁12的平面向外延伸地最远的凸形柯恩达表面。因此，柯恩达弯曲表面54的外边缘58是柯恩达弯曲表面54的最接近炉壁12的平面的部分。以这种方式，燃烧器头50罩住通路32，其中柯恩达弯曲表面54是位于通路32的远侧端部38上方的圆顶状表面。柯恩达弯曲表面54可以从中心边缘56到外边缘58一直是平滑的，或者具有位于表面上中心边缘56和外边缘58之间任何位置处的至少一个台阶60。

柯恩达弯曲表面54的外边缘58和燃烧器砖20的内表面边缘34限定了围绕燃烧器头延伸的空气通道62。空气通道62与通路32流体流动地连通，使得空气从通路32通过空气通道62流入炉腔18中，以便与跨过柯恩达弯曲表面54流动的燃料混合，如下文进一步描述的。

如图5至图6所示的实施方案所示，燃烧器头50可以包括位于柯恩达弯曲表面54的外边缘58上的稳定器64。稳定器64朝向燃烧器砖20的内表面边缘34向外延伸到空气通道62中。通常，稳定器64不到达内表面边缘34，而是留出一个小的间隙，该间隙大约是空气通道62的宽度的四分之一或更小。然而，稳定器64到达内表面边缘34也在本发明的范围内。稳定器64可以是正方形、矩形、椭圆形或其他合适的形状，并且可以包括用于特定应用的合适尺寸和数量的孔。稳定器64用于使通过空气通道62的气流湍流化，以便更好地将空气与在柯恩达弯曲表面54上流动的燃料混合。

同样如图5至图6的实施方案所示，燃烧器头50可包括一行空气口66，该一行空气口延伸穿过燃烧器头50以便与通路32流体流动地连通。空气口66被定位在中心边缘56和外边缘58之间，通常大约在中间。如果柯恩达弯曲表面54包括台阶60，则相对于跨过柯恩达弯曲表面54的燃料流，空气口66可位于台阶60的下游并与之相邻。燃烧器头50可具有周向地定位的一行、多行或不成行的空气口66，具体取决于燃料组合物的细节和应用的具体情况。成行的空气口66的数量、直径或形状、钻通燃烧器头50的角度、相对于台阶60或燃烧器头50的中心的定位可取决于燃料组合物和燃烧器需求而变化。尽管图5至图6的实施方案示出为具有稳定器64和空气口66两者，但是本领域技术人员将认识到，稳定器64可以在不具有空气口66的燃烧器头50上使用，并且同样地，空气口66可以在不具有稳定器64的情况下使用。

如从图1至图6的实施方案的上述内容中可以认识到的，燃料导管42被定位成穿过燃烧器头50的中心，以便喷嘴48处于距柯恩达弯曲表面54的一定距离处。喷嘴48可具有多个口，用于燃料从燃烧器头中心线51沿径向方向向外排出到柯恩达弯曲表面54上。虽然燃料口距柯恩达弯曲表面54的距离和与燃烧器头中心线51的角度可以变化，但是它们应该选择为允许排出的燃料附着到柯恩达弯曲表面54并且沿着该表面一直扩散到柯恩达弯曲表面54的外边缘58。所示的燃烧器头50具有完全360°的空气和燃料排出；然而，一些实施方案可以使用较少度数排出燃料和/或空气两者。通常，100％的燃料将通过喷嘴48排出到柯恩达弯曲表面54的顶部；然而，对于某些实施方案，少于100％的燃料被排出到该处，并且剩余的燃料可以例如通过位于空气通道62或空气口66处的喷射器喷射到燃烧器头50的下方。如图1至图6的实施方案所示，使用具有单个燃料喷嘴48的单个燃料导管42引入燃料；然而，使用多个燃料导管和/或多个燃料喷嘴也在本发明的范围内。例如，可以存在延伸穿过通路32的两个或更多个燃料导管，其中每个燃料导管终止于一个或多个燃料喷嘴中。通常，这些燃料喷嘴中的每个燃料喷嘴将燃料引入燃烧器头50的柯恩达弯曲表面54上。另选地，可以仅存在一个燃料导管，该燃料导管终止于两个或更多个燃料喷嘴中，其中每个喷嘴将燃料引入到柯恩达弯曲表面54上。

燃烧器10的操作方法具有与燃烧空气和燃料在燃烧器砖20的外表面22和燃烧器头50下游的炉壁12的内表面14上输送、混合、稳定和燃烧相关的独特特征。这种设计和方法消除了即使在100％氢燃料下不稳定的燃烧器操作(逆燃)的可能性。在操作中，燃烧空气通过充气室39的空气调节器40输送到通路32(典型地圆柱形通路)中。空气流被燃烧器头50的内表面(图2和图6中的平坦表面52)偏转，以通过空气通道62并沿着燃烧器砖20的外表面22并进一步沿着炉壁12的内表面14流出。燃料从喷嘴48径向喷射到柯恩达弯曲表面54的中心。燃料沿着并在柯恩达弯曲表面54上扩散，以大致从中心边缘56流动到外边缘58。因此，燃料在柯恩达弯曲表面54上，然后沿着燃烧器砖20的外表面22，并且进一步沿着炉壁12的内表面14流动。

随着燃料在柯恩达弯曲表面上流动，其与来自炉膛的惰性气体混合。沿柯恩达弯曲表面54行进的高动量燃料射流暴露于炉气氛，该高动量燃料射流主要由惰性气体如CO₂、H₂O和N₂组成。这导致在燃料与来自空气通道62的主空气流汇聚并混合之前，惰性气体与流动的燃料射流充分混合。添加到火焰中的惰性气体显著减少了热NO_X形成，并且因此燃烧器10作为低NO_X排放燃烧器操作。

如上所述，随着燃料跨过空气通道62流动并流动到燃烧器砖20上，燃料与来自空气通道62的空气混合以产生可燃混合物。如果使用，则位于燃烧器头50的外圆周上的稳定器64(图5至图6)产生湍流区域，在该湍流区域中燃料被捕集并稳定火焰。该特征提高了启动稳定性，并且降低了炉“冷”启动条件下的CO排放。使气流湍流化还导致火焰直径的缩短，这对于在炉壁上有效地定位多个燃烧器非常重要。如果燃烧器砖包括台阶24，则该台阶有助于增加燃料与燃烧空气之间的混合并且因此也缩短了火焰直径。

如果如图5至图6所示使用空气口66，则在燃料在空气口66上流动时，燃料可以与来自空气口66孔的第一级空气部分地预混。与来自空气口66的空气混合产生富燃料预混物。此后，燃料与从由燃烧器头50和燃烧器砖20形成的空气通道62出来的主空气流汇聚并进一步混合，以产生可燃混合物。柯恩达弯曲表面54上的空气口66允许燃料和空气进行某种预混，从而增加了“冷”炉启动期间(特别是对于天然气)的燃烧器稳定性，并且限制了这种冷启动期间的CO排放。

点燃可燃混合物以产生火焰，使得在燃烧器头50的柯恩达弯曲表面54外侧的燃烧器上发生火焰锚定。一般来讲，火焰锚定在从柯恩达弯曲表面54的外边缘58处开始并从其向下游延伸到燃烧器砖20的外表面22上的区域处。更典型地，火焰锚定位于柯恩达弯曲表面54的外边缘58处。因此，可燃混合物在燃烧器砖20的外表面22上燃烧，并且继续在炉壁12的内表面14上扩散和燃烧。因此，火焰具有盘形形状——在燃烧器砖20的外表面22和炉壁12的内表面14上的平焰。火焰加热燃烧器砖的耐火表面和炉壁，其均匀地辐射热，从而将热通量从燃烧器10跨过炉输送到处理管。

现在转到图7，示出了燃烧器10的另一实施方案。在图7中，柯恩达弯曲表面54的第一部分70被压入到通路32的一部分中。在通路32的该部分处，第一部分70和通路32限定通路32的环形部分74，通过该环形部分将空气提供至空气通道62并提供至如果使用的空气口66。将会注意到，第一部分70被构造作为发散的锥形表面，其最窄部分凹入通路32中，并且其最宽部分邻近通路32的远侧端部38。因此，第一部分70被压入到通路32的一部分中以便限定通路32的环形部分74，并且第一部分被构造成形成内部发散的锥形表面，如图7所示。换句话讲，第一部分70的内表面限定了发散的锥形表面，该发散的锥形表面大致面对中心线51并且发散，使得发散的锥形表面的至少一部分面对炉的内部。

柯恩达弯曲表面54的可选第二部分72被构造作为凸形柯恩达表面。从图7中可以看出，第二部分72的凸形柯恩达弯曲表面从通路32向外弯曲并朝向燃烧器砖20弯曲，使得凸形弯曲部面向或朝向炉腔18的内部。第二部分72从第一部分70延伸到燃烧器砖20的外表面22并在其上方延伸。燃料喷嘴48被定位在第一部分70内，并被构造成切向地引导燃料，以便沿第一部分70旋回地移动，并且在第二部分72上径向向外扩散，然后扩散到燃烧器砖20的外表面22上(如图7中的箭头所示)。

对于该实施方案，燃料喷嘴48被置于燃烧器头20的第一部分70的较深的内部，并且已经切向地钻取了燃料口80，以将高动量燃料射流切向地输送到第一部分70的发散的圆柱形表面。第一部分70平滑地过渡到第二部分72的凸形柯恩达弯曲表面。因此，燃料在内部涡旋并逐渐膨胀，以跟随第一部分70和第二部分72的柯恩达弯曲表面54至柯恩达弯曲表面54的外边缘58，以在空气通道62处与燃烧空气混合。燃料的涡旋沿着燃烧器中心线51产生负压区域，这允许惰性炉气被吸入燃烧器头并与涡旋燃料混合。这在与燃烧空气混合之前用惰性气体稀释燃料，从而导致抑制火焰中热NO_X的形成。

图7的实施方案被示出为不具有稳定器；然而，稳定器能够以与图5至图6的实施方案中所示的稳定器64类似的方式使用。

图8示出了一个实施方案，其中通过使第一级喷嘴76位于第一部分70中的下部，并且与主喷嘴相比，使第二级喷嘴78被定位在炉腔中更深处，燃料的径向排出可以与燃料的切向排出相结合。可选地，第二级喷嘴78可至少与第二部分72齐平或比第二部分72更远地进入炉腔18中。因此，第一级喷嘴76提供燃料的切向排出，并且第二级喷嘴78提供燃料的径向或大致径向地排出。因此，该实施方案允许燃料在多于一个位置处被引入到柯恩达弯曲表面上，诸如将燃料引入到柯恩达弯曲表面下方和之上。

虽然方法根据“包含”、“含有”或“包括”各种步骤来描述，但是方法也可以“基本上由各种步骤组成”或“由各种步骤组成”。每当公开具有下限和上限的数值范围时，具体公开了落入该范围内的任何数字和任何其中包括的范围。具体而言，本文公开的每个值范围(形式为“从约a至约b”或等同地“从大约a至b”或等同地“从大约a-b”)应被理解为列出范围更广的值范围内包含的每个数字和范围。另外，在术语“约”相对于范围使用的情况下，除非上下文指示适用“约”的另一定义，否则一般是指加或减该范围值的最后一个有效数字的一半。

另外，权利要求中的术语具有其清晰的普通含义，除非专利权人另外明确和清楚地定义。此外，如权利要求中所用的不定冠词“一个”或“一种”在本文中被定义为是指其引入的元件中的一者或多者。如果本说明书和可以引用方式并入本文的一个或多个专利或其他文献中的词语或术语的用法有任何冲突，应采用符合本说明书的定义。

Claims

1.一种用于在炉中燃烧可燃混合物以产生火焰的燃烧器，其中所述可燃混合物包括燃料和空气，所述燃烧器包括：

燃烧器砖，所述燃烧器砖具有外表面和内表面，所述外表面沿所述炉的炉壁延伸，并且所述内表面限定垂直于所述外表面延伸的通路，其中所述通路终止于所述外表面处的远侧端部中；

燃料导管，所述燃料导管至少部分地延伸穿过所述通路并终止于至少一个燃料喷嘴中；

燃烧器头，所述燃烧器头被定位在所述通路的所述远侧端部处并形成柯恩达弯曲表面，其中所述燃料喷嘴将燃料引导至所述柯恩达弯曲表面上，使得所述燃料沿着所述柯恩达弯曲表面流动到所述燃烧器砖的所述外表面，其中所述燃料喷嘴和燃烧器头被构造成使得所述燃料在沿所述柯恩达弯曲表面流动期间与来自所述炉的惰性气体混合，以在与来自所述通路的空气混合之前产生燃料-惰性气体混合物；以及

空气通道，所述空气通道由所述柯恩达弯曲表面的外边缘限定并与所述通路流体流动地连通，其中所述空气通道被构造成使得所述空气从所述通路流动通过所述空气通道以与来自所述柯恩达弯曲表面的所述燃料-惰性气体混合物混合，以便产生所述可燃混合物，并且使得在所述燃烧器砖的所述外表面处产生所述火焰，使得火焰沿着围绕所述燃烧器砖的所述炉壁扩散。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，还包括多个稳定器，所述多个稳定器从所述柯恩达弯曲表面的所述外边缘延伸到所述空气通道中。

3.根据权利要求1所述的燃烧器，其中产生所述火焰使得火焰锚定位于所述柯恩达弯曲表面的外部。

4.根据权利要求1所述的燃烧器，其中用于所述可燃混合物的所有所述燃料是通过所述燃料喷嘴引入的。

5.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述柯恩达弯曲表面还包括与所述通路流体流动地连通的多个空气口，其中所述空气口被定位在已经产生所述燃料-惰性气体混合物的地方并且使得沿所述柯恩达弯曲表面流动的燃料-惰性气体混合物在所述燃料-惰性气体混合物与通过所述空气通道的空气混合之前与来自所述空气口的空气混合，并且其中燃料-惰性气体混合物与来自所述空气口的空气的所述混合产生富燃料预混物。

6.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述燃烧器头罩住所述通路的所述远侧端部，其中所述柯恩达弯曲表面是位于所述通路的所述远侧端部上方的圆顶状表面，并且所述燃料导管延伸穿过所述燃烧器头，使得所述燃料喷嘴被定位在所述通路外部并位于所述炉内，并且其中所述燃料喷嘴被构造成将燃料径向向外地引导并引导至所述柯恩达弯曲表面上。

7.根据权利要求6所述的燃烧器，还包括多个稳定器，所述多个稳定器从所述柯恩达弯曲表面的所述外边缘延伸到所述空气通道中，并且其中用于所述可燃混合物的所有所述燃料是通过所述燃料喷嘴引入的，并且所述柯恩达弯曲表面还包括与所述通路流体流动地连通的多个空气口，其中所述空气口被定位在已经产生所述燃料-惰性气体混合物的地方并且使得沿所述柯恩达弯曲表面流动的燃料-惰性气体混合物在所述燃料-惰性气体混合物与通过所述空气通道的空气混合之前与来自所述空气口的空气混合，并且其中燃料-惰性气体混合物与来自所述空气口的空气的所述混合产生富燃料预混物，并且其中所述富燃料预混物与通过所述空气通道的空气混合，使得在火焰锚定发生在所述柯恩达弯曲表面的外部的情况下产生所述火焰。

8.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述柯恩达弯曲表面的第一部分被压入到所述通路的一部分中，以便围绕所述柯恩达弯曲表面的所述第一部分限定所述通路的环形部分，并且所述第一部分被构造成形成内部发散的锥形表面，并且其中所述燃料喷嘴被定位在所述第一部分内并被构造成切向地引导所述燃料沿着所述内部发散的锥形表面旋回地移动。

9.根据权利要求8所述的燃烧器，其中所述柯恩达弯曲表面的第二部分被构造作为从所述通路向外弯曲且朝向所述燃烧器砖的所述外表面弯曲的凸形柯恩达表面，其中所述第二部分从所述第一部分延伸到所述燃烧器砖的所述外表面，并且其中所述燃料在沿所述第一部分旋回地移动之后，在所述第二部分上径向向外扩散并扩散到所述燃烧器砖的所述外表面上。

10.根据权利要求9所述的燃烧器，还包括多个稳定器，所述多个稳定器从所述柯恩达弯曲表面的所述外边缘延伸到所述空气通道中，并且其中用于所述可燃混合物的所有所述燃料是通过所述燃料喷嘴引入的，并且所述柯恩达弯曲表面还包括与所述通路流体流动地连通的多个空气口，其中所述空气口被定位在已经产生所述燃料-惰性气体混合物的地方并且使得沿所述柯恩达弯曲表面流动的燃料-惰性气体混合物在所述燃料-惰性气体混合物与通过所述空气通道的空气混合之前与来自所述空气口的空气混合，并且其中燃料-惰性气体混合物与来自所述空气口的空气的所述混合产生富燃料预混物，并且其中所述富燃料预混物与通过所述空气通道的空气混合，使得在火焰锚定发生在所述柯恩达弯曲表面的外部的情况下产生所述火焰。

11.根据权利要求9所述的燃烧器，其中所述燃料喷嘴包括主喷嘴和次级燃料喷嘴，与主喷嘴相比，次级燃料喷嘴被定位在炉腔中更深处，并且其中所述次级燃料喷嘴被构造成大致径向向外地引导燃料。

12.一种操作燃烧器的方法，所述燃烧器用于在炉中燃烧可燃混合物以产生火焰，其中所述可燃混合物包括燃料和空气，并且所述炉具有炉壁，所述方法包括：

将所述燃料引入到柯恩达弯曲表面上，使得所述燃料沿着所述柯恩达弯曲表面流动到燃烧器砖的外表面，其中当所述燃料沿所述柯恩达弯曲表面流动时所述燃料与来自所述炉的惰性气体混合，以在与来自空气通道的空气混合之前产生燃料-惰性气体混合物；

通过由所述柯恩达弯曲表面的外边缘限定的所述空气通道引入空气，使得所述空气与所述燃料-惰性气体混合物混合，以便产生可燃混合物；以及

点燃所述可燃混合物以产生火焰，使得在所述燃烧器砖的所述外表面处产生所述火焰，并且火焰沿着围绕所述燃烧器砖的所述炉壁扩散，其中火焰锚定发生在所述柯恩达弯曲表面的外部。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括使通过所述空气通道的所述空气湍流化。

14.根据权利要求12所述的方法，其中将用于所述可燃混合物的所有所述燃料引入到所述柯恩达弯曲表面上。

15.根据权利要求12所述的方法，其中将所述燃料引入到所述柯恩达弯曲表面下方和引入到所述柯恩达弯曲表面上。

16.根据权利要求12所述的方法，其中引入到所述空气通道的所述空气是自然通风空气，所述自然通风空气通过所述燃烧器砖中的通路流动到所述空气通道，并且其中所述自然通风空气从自然通风空气阻尼器类型控制件被引入到所述通路中。

17.根据权利要求12所述的方法，还包括下述步骤：通过所述柯恩达弯曲表面中的多个空气口引入预混空气，使得沿着所述柯恩达弯曲表面流动的燃料-惰性气体混合物在所述燃料-惰性气体混合物与通过所述空气通道的空气混合之前与来自所述空气口的所述预混空气混合，并且其中燃料-惰性气体混合物与来自所述空气口的空气的所述混合产生富燃料预混物，其中所述富燃料预混物与通过所述空气通道的所述空气混合以产生所述可燃混合物。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括使通过所述空气通道的所述空气湍流化。

19.根据权利要求18所述的方法，其中燃料被径向向外地引导并引导至所述柯恩达弯曲表面上。

20.根据权利要求12所述的方法，其中所述柯恩达弯曲表面的第一部分被压入到通路的一部分中，以便限定所述通路的环形部分，并且所述第一部分被构造成形成内部发散的锥形表面，并且其中燃料喷嘴被定位在所述第一部分内并被构造成切向地引导所述燃料的第一部分沿着所述内部发散的锥形表面旋回地移动。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述柯恩达弯曲表面的第二部分被构造作为从所述通路向外弯曲且朝向所述燃烧器砖的所述外表面弯曲的凸形柯恩达表面，其中所述燃料的所述第一部分在沿着所述柯恩达弯曲表面的所述第一部分旋回地移动之后，在所述柯恩达弯曲表面的所述第二部分上径向向外扩散并扩散到所述燃烧器砖的所述外表面上，并且其中来自所述通路的所述环形部分的空气被引入到所述空气通道中。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括下述步骤：通过所述柯恩达弯曲表面中的多个空气口将来自所述通路的所述环形部分的预混空气引入到所述燃料，使得沿着所述柯恩达弯曲表面流动的燃料-惰性气体混合物在所述燃料-惰性气体混合物与通过所述空气通道的空气混合之前与来自所述空气口的所述预混空气混合，并且其中燃料-惰性气体混合物与来自所述空气口的空气的所述混合产生富燃料预混物，其中所述富燃料预混物与通过所述空气通道的所述空气混合以产生所述可燃混合物。

23.根据权利要求21所述的方法，还包括使通过所述空气通道的所述空气湍流化。

24.根据权利要求21所述的方法，其中将所述燃料引入到所述柯恩达弯曲表面下方和引入到所述柯恩达弯曲表面上。

25.根据权利要求21所述的方法，其中所述燃料喷嘴包括主喷嘴和次级燃料喷嘴，从次级燃料喷嘴大致径向地向外引导所述燃料的第二部分，与主喷嘴相比，所述次级燃料喷嘴被定位在炉腔中更深处。