CN111819394A - 燃烧器及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供了燃烧器(10)及其使用方法。燃烧器(10)包括至少一个空气管路(13)、至少一个燃料管路(14)和设置在燃烧器(10)的下游端的多组混合单元。多组混合单元中的每一组同轴且彼此相邻地布置，并且每组混合单元包括连接到至少一个燃料管路(14)的至少一个燃料通道(24)以及连接到至少一个空气管路(13)的至少一个空气通道(23)。至少一个燃料通道(24)的出口和至少一个空气通道(23)的出口相对于彼此成角度，使得从至少一个燃料通道(24)的出口流出的燃料与从至少一个空气通道(23)的出口流出的空气相混合，从而实现空气和燃料的多级混合。

Description

燃烧器及其使用方法
交叉引用
本申请要求于2017年9月25日提交的PCT申请号PCT/CN2017/103135的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
背景技术
本公开的实施例总体上涉及燃烧器及其使用方法。
工业炉可用于多种工艺处理，例如石油裂解、金属原料熔化、原料烧结和热处理等。这些炉可以包括燃烧器作为核心部件，用于使用可燃燃料作为能源向炉提供热量。燃烧器可以包括多个相同类型的燃烧单元，每个燃烧单元可以独立于其他燃烧单元而产生燃烧。燃烧单元的燃烧条件对于节能是至关重要的。常规工业炉的燃烧单元的空气供应喷嘴通常与燃料喷嘴平行地布置。因此，燃料(或气体燃料)和空气从各自管路前方的喷嘴沿相同的方向排出，导致燃料和空气在燃烧器的燃烧头的外部相混合。这种结构的主要缺点是空气和燃料的混合不充分，导致燃料的燃烧不充分。此外，燃烧燃料的热效率相对较低，并且从炉中排出的废气具有较高的氮含量，这不仅可能造成能量浪费，而且还会污染环境。
发明内容
存在对能够充分混合、节能且减少对环境污染的改进的燃烧器的需求。本文的燃烧器可以具有布置在燃烧器的下游部分的多级混合单元。该多级混合单元中的每一个可以包括连接到燃烧器的至少一个燃料管路的至少一个燃料通道和连接到燃烧器的至少一个空气管路的至少一个空气通道。至少一个燃料通道的出口和至少一个空气通道的出口可以相对于彼此成一特定角度，使得从燃料通道的出口排出的燃料能够与从空气通道的出口排出的空气充分混合。可以将空气通道的空气流速配置为大于燃料通道的燃料流速，从而可以在空气和燃料的混合位置处产生负压。以这种方式产生的负压可以吸引更多从燃料通道的出口排出的燃料，从而增加混合物中的燃料空气比，同时使所得的混合物更加均匀。在空气通道和燃料通道的出口处的多级混合以及这些混合物在中央混合室内的进一步混合有利于防止在常规燃烧器中由于过度混合而易于发生的回火和爆燃。
根据本公开的一个方面，提供了一种燃烧器。该燃烧器可以包括：至少一个空气管路；至少一个燃料管路；设置在燃烧器的下游端的多组混合单元，其中多组混合单元中的每一组同轴且彼此相邻地布置，并且每组混合单元包括连接到至少一个燃料管路的至少一个燃料通道以及连接到至少一个空气管路的至少一个空气通道，其中，至少一个燃料通道的出口和至少一个空气通道的出口相对于彼此成角度，使得从至少一个燃料通道的出口流出的燃料与从至少一个空气通道的出口流出的空气相混合，从而实现空气和燃料的多级混合。
在一些实施例中，多组混合单元沿着燃烧器的中心纵轴竖直地布置。
在一些实施例中，每组混合单元包括多个燃料通道、多个空气通道或它们的组合。
在一些实施例中，多组混合单元包括第一组混合单元和第二组混合单元。
在一些实施例中，第一组混合单元和第二组混合单元布置在具有三个级的燃烧盘上，并且其中三个级包括第一级、第二级和第三级。
在一些实施例中，第一组混合单元包括布置在燃烧盘的第一级上的第一多个空气通道和布置在燃烧盘的第二级上的第一多个燃料通道，并且第一多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成角度。
在一些实施例中，第一多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成在大约45度至120度范围内的角度。
在一些实施例中，第一多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成大约90度的角度。
在一些实施例中，第一多个空气通道围绕燃烧盘的第一级周向地布置。
在一些实施例中，第一多个空气通道围绕燃烧盘的第一级的周边均匀地间隔开。
在一些实施例中，第一多个空气通道围绕燃烧盘的第一级的周边不均匀地间隔开。
在一些实施例中，第一多个燃料通道布置成从燃烧器主体的中心纵轴径向向外延伸。
在一些实施例中，第一多个燃料通道的数量与第一多个空气通道的数量成比例或不成比例。
在一些实施例中，第一多个燃料通道的数量等于第二多个空气通道的数量。
在一些实施例中，第一多个空气通道中的每个空气通道的出口的横截面是圆形的，并且出口的半径等于空气通道的底表面到燃烧盘的第二级的外边缘的垂直距离。
在一些实施例中，第二组混合单元包括布置在燃烧盘的第二级上的第二多个空气通道和布置在燃烧盘的第三级上的第二多个燃料通道，并且第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成角度。
在一些实施例中，第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成在大约45度至120度范围内的角度。
在一些实施例中，第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成大约90度的角度。
在一些实施例中，第二多个空气通道中的每个空气通道被布置成一通路，通路穿过燃烧盘的第一级和第二级从而与至少一个空气管路连接。
在一些实施例中，第二多个燃料通道围绕燃烧盘的第三级的周边周向地布置。
在一些实施例中，第二多个燃料通道的数量与第二多个空气通道的数量成比例或不成比例。
在一些实施例中，第二多个燃料通道的数量等于第二多个空气通道的数量。
在一些实施例中，第二多个燃料通道中的每个燃料通道的出口的横截面是圆形的，并且出口的半径等于第二级上的每个空气通道的底表面到燃烧盘的第三级的外边缘的垂直距离。
在一些实施例中，多组混合单元包括第一组混合单元、第二组混合单元和第三组混合单元。
在一些实施例中，第一组混合单元、第二组混合单元和第三组混合单元布置在具有三个级的燃烧盘上，并且其中三个级包括第一级、第二级和第三级。
在一些实施例中，第一组混合单元包括布置在燃烧盘的第一级上的第一多个空气通道和布置在燃烧盘的第二级上的第一多个燃料通道，并且第一多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成角度。
在一些实施例中，第一多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成在大约45度至120度范围内的角度。
在一些实施例中，第一多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成大约90度的角度。
在一些实施例中，第一多个空气通道围绕燃烧盘的第一级周向地布置。
在一些实施例中，第一多个空气通道围绕燃烧盘的第一级的周边均匀地间隔开。
在一些实施例中，第一多个空气通道围绕燃烧盘的第一级的周边不均匀地间隔开。
在一些实施例中，第一多个燃料通道被布置成从燃烧器主体的中心纵轴径向向外延伸。
在一些实施例中，第一多个燃料通道的数量与第一多个空气通道的数量成比例或不成比例。
在一些实施例中，第一多个燃料通道的数量等于第二多个空气通道的数量。
在一些实施例中，第一多个空气通道中的每个空气通道的出口的横截面是圆形的，并且出口的半径等于空气通道的底表面到燃烧盘的第二级的外边缘的垂直距离。
在一些实施例中，第二组混合单元包括布置在燃烧盘的第二级上的第二多个空气通道和布置在燃烧盘的第三级上的第二多个燃料通道，并且第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成角度。
在一些实施例中，第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成在大约45度至120度范围内的角度。
在一些实施例中，第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成大约90度的角度。
在一些实施例中，第二多个空气通道中的每个空气通道被布置成一通路，通路穿过燃烧盘的第一级和第二级从而与至少一个空气管路连接。
在一些实施例中，第二多个燃料通道围绕燃烧盘的第三级的周边周向地布置。
在一些实施例中，第二多个燃料通道的数量与第二多个空气通道的数量成比例或不成比例。
在一些实施例中，第二多个燃料通道的数量等于第二多个空气通道的数量。
在一些实施例中，第二多个燃料通道中的每个燃料通道的出口的横截面是圆形的，并且出口的半径等于第二级上的每个空气通道的底表面到燃烧盘的第三级的外边缘的垂直距离。
在一些实施例中，第三组混合单元包括布置在燃烧盘的第三级上的第一多个空气通道和布置在燃烧盘的第二级上的第一多个燃料通道，并且第一多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成角度。
在一些实施例中，第三组混合单元的第一多个空气通道被在燃烧器主体的中心处的至少一个燃料管路或其一部分所代替。
在一些实施例中，第三组混合单元的第二多个燃料通道围绕第三级的内表面环形地布置。
在一些实施例中，第二多个燃料通道中的每个燃料通道的中央纵轴相对于燃烧器主体的中央纵轴成锐角。
在一些实施例中，第二多个燃料通道中的每个燃料通道的中央纵轴相对于燃烧器主体的中央纵轴成从30度至90度的范围内选择的角度。
在一些实施例中，在燃烧盘的第一级上的空气通道的总截面积占在燃烧盘的三个级上的所有空气通道的总截面积的约50％-80％。
在一些实施例中，在燃烧盘的第一级上的空气通道的总截面面积占在燃烧盘的三个级上的所有空气通道的总截面面积的约60％。
在一些实施例中，燃烧器可以进一步包括燃烧器壳体，燃烧器壳体构造成包围在燃烧器内部的多组混合单元。
在一些实施例中，燃烧器可以进一步包括布置在多组混合单元的前面的渐缩喷嘴，其中渐缩喷嘴被配置为聚拢在混合区产生的火焰并将火焰喷射出燃烧器。
在一些实施例中，渐缩喷嘴相对于燃烧器主体的中心纵轴的收敛角度为20度至70度。
在一些实施例中，在渐缩喷嘴的外表面和燃烧器壳体的内表面之间填充有耐火材料。
根据本公开的另一方面，提供了一种使用燃烧器的方法。该方法可以包括：提供燃烧器的至少一个空气管路和至少一个燃料管路；在燃烧器的下游端设置多组混合单元，其中多组混合单元中的每一组同轴且彼此相邻地布置，并且每组混合单元包括连接到至少一个燃料管路的至少一个燃料通道以及连接到至少一个空气管路的至少一个空气通道；布置至少一个燃料通道的出口和至少一个空气通道的出口，使得至少一个燃料通道的出口和至少一个空气通道的出口相对于彼此成角度；向至少一个空气管路供应空气；向至少一个燃料管路供应燃料；通过多组混合单元，将从至少一个燃料通道的出口流出的燃料与从至少一个空气通道的出口流出的空气相混合，从而实现空气和燃料的多级混合。
根据本公开的另一方面，提供了一种燃烧器。该燃烧器可包括：至少一个空气管路；至少一个燃料管路；设置在燃烧器的下游端的多组混合单元，其中多组混合单元中的每一组同轴且彼此相邻地布置，并且每组混合单元包括连接到至少一个燃料管路的至少一个燃料通道以及连接到至少一个空气管路的至少一个空气通道，其中，至少一个燃料通道的出口和至少一个空气通道的出口相对于彼此成角度，使得从至少一个燃料通道的是出口流出的燃料与从至少一个空气通道的出口流出的空气相混合，并且其中，从至少一个空气通道流出的空气的空气速度被配置为大于从至少一个燃料通道流出的燃料的燃料速度，使得在空气和燃料的混合位置处形成至少一个负压。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于产生受控火焰的燃烧器。燃烧器可以包括：燃烧器壳体，该燃烧器壳体布置成包围燃烧器的燃烧器主体；渐缩喷嘴，该渐缩喷嘴设置在燃烧器的出口处；中央火焰形成机构和外周火焰形成机构，中央火焰形成机构和外周火焰形成机构沿着燃烧器主体的下游布置为邻近渐缩喷嘴，其中，中央火焰形成机构包括相对于燃烧器主体的轴向成角度的多个中央空气通道和多个中央燃料通道，以及其中，外周火焰形成机构包括相对于燃烧器主体的轴向成角度的多个外周空气通道和多个外周燃料通道，从而，燃料和空气的混合物通过中央火焰形成机构和外周火焰形成机构从渐缩喷嘴喷出，从而形成具有内部火焰和外周火焰的受控火焰，其中内部火焰被外周火焰包围，从而形成受控火焰的期望形状。
通过阅读说明书、权利要求书和附图，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。
援引并入
本说明书中所提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用而并入于此，其程度如同具体地和个别地指出要通过引用而并入每一单个该出版物、专利或专利申请。
附图说明
本发明的新颖特征特别地在后附权利要求项中阐述。通过参考下面阐述了示例性实施例(在这些示例性实施例中应用了本发明的原理)的详细说明及附图，可以更好地理解本发明的特征和优势，在附图中：
图1示出了根据本公开的一些实施例的燃烧器的立体图；
图2示出了根据本公开的一些实施例的燃烧器的截面图；
图3示出了根据本公开的一些实施例的图2所示的燃烧器的燃烧盘(firingplate)的截面图；
图4A示出了根据本公开的一些实施例的图3所示的燃烧盘的侧视图；
图4B示出了根据本公开的一些实施例的图3所示的燃烧盘的局部截面图；
图5示出了根据本公开的一些其他实施例的燃烧器的截面图；
图6示出了根据本公开的一些实施例，图5所示的燃烧器的燃烧盘的截面图；
图7A示出了根据本公开的一些实施例的图6所示的燃烧盘的侧视图；
图7B示出了根据本公开的一些实施例的图6A所示的燃烧盘的局部截面图；
图8示出了根据本公开的一些实施例的使用燃烧器的方法的流程图；
图9是与常规燃烧器相比，使用根据本公开的一些实施例的燃烧器获得的天然气的热负荷的图表；和
图10是与常规燃烧器相比，使用根据本公开的一些实施例的燃烧器的火焰长度和燃料流速的关系的图表。
具体实施例
本文所述的设备、系统和方法涉及能够提供空气和燃料的均匀混合、具有较低氮氧化物(NOx)排放并提高热效率的燃烧器。为此，在一些实施例中设计了具有潜在变化的燃烧盘，并将该燃烧盘放置在燃烧器沿燃料流动方向的下游。借助于燃烧盘，分别从空气通道和燃料通道排出或喷射出的空气和燃料能够彼此充分混合以形成均匀的混合物。由于燃烧盘具有多级形状的横截面并且空气和燃料的混合可以在每个级进行，因此可以实现空气和燃料的多级混合，而无需可能增加制造成本和复杂性的额外机械机构或组件。通过适当地控制空气速度和燃料速度，当空气速度大于燃料速度时可以产生负压，从而导致燃料速度增加。因此，可以将更多的燃料吸入进行混合，从而带来更均匀的混合和更高的燃料空气比。本文中所讨论的技术效果和优点仅出于示例性目的，如在下文中将详细讨论的，基于本公开的实施例还可以理解到其他效果或优点。
应该理解，可以单独地、共同地或彼此结合地理解本公开的不同方面。本文描述的本公开的各个方面可以应用于以下阐述的任何特定应用，或者可以应用于任何其他类型的炉或燃烧器。
在下文中将参考附图阐述本公开的实施例的详细描述。
图1示出了根据本公开的一些实施例的燃烧器10的立体图。为了说明的目的并且为了清楚起见，在移除了燃烧的外壳或壳体的情况下示出图1的燃烧器。本文所述的燃烧器可用于多种应用，例如石油裂解、金属原料熔化、原料烧结和热处理等。作为示例，本文所述的燃烧器可以用于工业炉中，并且可以提供诸如节能和低氮释放的优点。
如图1所示，燃烧器10包括燃烧器主体12，该燃烧器主体12可以是圆柱形的，尽管也可以应用其他几何形状。至少一个空气管路(或通路)13位于燃烧器主体的内部并且沿着燃烧器主体的中心纵轴设置。空气管路被配置成接收来自周围环境的空气，并允许空气从中流过。在空气管路13的外表面13-1与燃烧器主体12的内表面12-1之间设置有中空且环形的燃料管路(例如图2所示的燃料管路14)，该燃料管路可允许来自燃料入口15的燃料从中流过。燃烧器10可以由燃烧器壳体(例如图2所示的燃烧器壳体16)支撑。在燃料管路14的外表面14-1与燃烧器壳体16的内表面16-1之间设有环形空气室(例如图2所示的环形空气室17)。环形空气室包括布置在燃烧器壳体上的空气入口18。在一些实施例中(未示出)，环形空气室可以与空气管路13连接。相应地，在那些实施例中，从空气入口18接收的空气可以流过空气管路和环形空气室这二者。
燃烧盘19布置在燃烧器主体的前端，该燃烧盘被配置为提供进入的空气和燃料的均匀和多级混合。燃烧盘可以包括多个级，例如燃烧盘的第一级20、燃烧盘的第二级21和燃烧盘的第三级22。在一些实施例中，该多个级可以形成为三个圆台，例如图2所示。这些级可以同轴地彼此相邻，并且可以沿着燃烧器的下游方向具有逐渐减小的直径。在一些实施例中，一个或多个空气通道23可以布置在第一级20的外边缘的外周上。例如，空气通道可以形成为围绕第一级20的外周均匀地间隔开的狭缝或凹槽。空气通道可以形成在燃烧盘的第一级的外表面与燃烧器壳体的内表面之间。在一些实施例中，空气通道的中心纵轴可以平行于燃烧器主体的中心纵轴。在一些实施例中，空气通道的中心纵轴可以相对于燃烧器主体的中心纵轴倾斜。
在图1中进一步示出了径向布置在燃烧盘的第二级21上的一个或多个燃料通道24的一个或多个出口。燃料通道24的数量可以与布置在燃烧盘的第一级20上的空气通道23的数量相同或不同。在一些实施例中，燃料通道24的数量可以或可以不与空气通道23的数量成比例。例如，燃料通道和空气通道可以是一对一的关系。在一些情况下，布置在燃烧盘的第一级上的空气通道和布置在燃烧盘的第二级上的燃料通道共同构成一混合单元。因此，环形布置的空气通道和燃料通道可以形成第一组混合单元，用于当从相应的通道排出燃料和空气时混合该燃料和空气。
在一些实施例中，燃烧盘的第一级上的多个空气通道中的每一个的中央纵轴相对于燃烧盘的第二级上的多个燃料通道中的相应一个的中央纵轴成一角度。空气通道的中心轴线与相应的燃料通道的中心轴线之间的角度可以在大约45度至120度的范围内。在一些优选实施例中，该角度可以为大约90度，使得从燃料通道流出的燃料和从空气通道流出的空气彼此垂直，这促进了空气和燃料的混合。
如图1所示，在燃烧盘的第二级上可以布置一个或多个空气通道，该空气通道具有相应的出口25。在一些情况下，在燃烧盘的第二级上的空气通道可以在平行于并且环形地围绕燃烧盘的第二级的中心纵轴的方向上延伸，例如图2所示的空气通道26。类似于燃烧盘的第一级和第二级，燃烧盘的第三级可以包括布置在其上的一个或多个燃料通道，其具有如图1所示的相应出口27。
布置在燃烧盘的第三级上的燃料通道的数量可以与布置在燃烧盘的第二级21上的空气通道的数量相同或不同。在一些实施例中，布置在第三级上的燃料通道的数量可以与或者可以不与布置在第二级上的空气通道的数量成比例。例如，燃料通道和空气通道可以是一对一的关系或一对多的关系。在一些情况下，布置在燃烧盘的第二级上的空气通道和布置在燃烧盘的第三级上的燃料通道共同构成一混合单元。因此，环形布置的空气通道和燃料通道可以形成第二组混合单元，用于在从相应通道排出燃料和空气时混合该燃料和空气。
在一些实施例中，燃烧盘的第二级上的多个空气通道中的每一个的中央纵轴相对于第三级上的多个燃料通道中的相应一个的中央纵轴成一角度。该角度可以在大约45度至120度的范围内。在一些优选实施例中，该角度可以为大约90度，使得从燃料通道流出的燃料和从空气通道流出的空气彼此垂直，这促进了空气和燃料的混合。在图1中进一步示出燃烧盘的第三级22，其具有在中央的空气管路13和环形地环绕空气管路的一个或多个燃料通道。燃料通道的出口28的中心纵轴相对于空气管路的中心纵轴具有一角度，该角度例如在大约30度至大约90度的范围内。
在一些实施例中，多个燃料通道28可以围绕空气管路13均匀地间隔开。在一些情况下，布置在燃烧盘的第三级上的燃料通道和在第三级上还用作空气通道的空气管路共同构成第三组混合单元，用于在从相应通道排出燃料和空气时混合该燃料和空气。
从以上参照图1的描述中可以理解，本公开的实施例可以用于通过具有多个级的燃烧盘实现燃料和空气的多级混合。通过逐级混合，空气和燃料可以在空气通道和燃料通道的相应出口处充分地预混合，并且可以在位于空气管路的出口的前方的主混合室29(见图2)内进一步混合。因此，可以产生具有期望的浓度和混合比的燃料混合物，这防止了在常规燃烧器中观察到的由于过度混合而引起的回火或爆燃。
可以理解的是，本文所述的燃烧盘的形状和布置仅用于说明性目的，在不脱离本公开的范围和精神的情况下可以进行任何适当的改变。例如，尽管燃烧盘及其每个级被显示为圆形，但是燃烧盘及其每个级的横截面可以被设计和制造成具有其他形状，例如椭圆形、矩形、三角形、梯形、五边形或任何其他规则或不规则多边形。此外，尽管根据本公开的实施例的燃烧盘在本文中被描述为具有三个级的圆台(或三个不同的圆台)，但基于本公开的教导，本领域技术人员还应想到其他多面体，诸如长方体、立方体等。
另外，尽管通过布置为一系列轴向相邻的级的多个空气通道和燃料通道(以孔或开口的形式)将空气和燃料引入到混合室中，空气和燃料也可以通过轴向间隔的级被引入到混合室中。在一些实施例中，空气通道和燃料通道是倾斜的或者相对于彼此倾斜以产生气体混合物的涡流，从而增强燃料-空气的相互混合、点火控制和火焰保持。根据本公开的实施例，可以根据制造要求来确定空气通道和燃料通道的各种参数。这些参数可以包括但不限于所公开的燃烧器的一个或多个组件的尺寸(包括直径、半径、长度、高度和宽度)、形状、位置、朝向、相对于一个或多个轴或平面的相对距离。
应当理解，本公开中的术语“空气”可以包括任何合适的氧化剂，该氧化剂(例如，周围空气或供应的氧气)可以引起或促进其他材料的燃烧，这允许着火和燃烧。此外，本公开中的术语“燃料”可包括任何燃料气体(例如乙炔、天然气或丙烷)，该燃料气体在与氧化剂混合后会产生用于石油裂解、金属原料熔化、原料烧结和热处理的可控火焰。
还应理解，图1仅示出了根据本公开的实施例的燃烧器的一些主要部件，还可以根据需要在本文公开的燃烧器中添加其他部件或可选部件。例如，可以引入一个或多个控制器或控制机构来控制空气和燃料的压力、体积或流速。这些控制器可以在燃烧器之外或燃烧器之内(例如，布置在燃烧器内部)，并且可以由用户手动控制。在一些实施例中，可以在燃烧器内布置一个或多个传感器，因此燃烧器的操作状态可以由用户监控并且可以根据需要进行调节。
图2示出了根据本公开的一些实施例的燃烧器的截面图。特别地，类似于参照图1示例性地讨论的那些，图2示出了燃烧器内部的额外细节以及燃烧器主体内部的燃烧盘的示例性结构。在一些实施例中，参考图2所讨论的燃烧器可以具有与参照图1所讨论的燃烧器相同或相似的(外部或内部)结构。在一些其他实施例中，如本领域技术人员基于本公开的教导能够设想的那样，在此所讨论的燃烧器可以被配置或制造为具有与图1所示的燃烧器不同的结构。在下文中，仅出于易于理解和讨论的目的，将参考与图1中讨论的那些相同或相似的部件、元件或组件来对图2中所示的燃烧器进行详细描述。
如图2所示，燃烧器具有圆柱形形状，并且空气管路13布置成沿着燃烧器主体的中心纵轴朝着布置有燃烧盘的燃烧器的下游端延伸。在一些实施例中，空气管路可以平行于燃烧器主体的中心纵轴布置。在一些其他实施例中，空气管路可以布置成相对于燃烧器主体的中心纵轴倾斜。可以从空气入口18提供流过空气管路道的空气，该空气入口18可以与空气源或用于将一定体积的加压空气供应到空气入口18的装置连接。例如，该空气源可以包括具有进气口和排气口的离心风扇单元，该离心风扇单元连接到空气入口18，用于将空气注入到空气管路中。在图2中进一步示出燃料管路，该燃料管路与空气管路同轴，并且在燃料管路14的内表面和空气管路13的外表面之间形成中空通路。在一些实施例中，燃料入口15可以连接至燃料源，该燃料源可以被调节为经由燃料入口15将一种或多种压缩燃料输送到燃料管路14中。可以在燃料管路的外表面和燃烧壳体16的内表面之间形成环形空气室17。如本文其他部分所述，环形空气室可以与空气管路13连接，并且两者都可以与相同的空气源流体连通。在某些情况下，环形空气室可以连接到单独的空气源。
如图所示，燃烧盘布置在空气管路和燃料管路的下游端。在一些实施例中，根据本公开的实施例的燃烧盘可以与空气管路和燃料管路或它们的至少一部分一体地形成。在一些实施例中，空气管路和燃料管路的下游端可以通过螺纹与燃烧盘连接。在一些实施例中，空气管路和燃料管路的下游端可以耦接(例如焊接)到燃烧盘上。如上文参考图1所讨论的，燃烧盘可以是三级圆柱结构。空气通道23围绕燃烧盘19的第一级的周边环形地布置。在一些实施例中，空气通道可以围绕燃烧盘的第一级的周边均匀地间隔开。在一些实施例中，空气通道不必围绕燃烧盘的第一级的周边均匀地间隔开。空气通道的数量可以是奇数或偶数。例如，空气通道的数量可以是4、6、8、12、14、16、18、20、24、28、30个或更多。在一些情况下，空气通道的数量可以是3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、33个或更多。可以基于一个或多个因素来确定空气通道的数量，诸如如第一级的尺寸或大小(例如，第一级的宽度或半径)、期望的空气量、空气速度等。在一些实施例中，每个级的半径可以是30mm(毫米)、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、1m(米)、1.1m、1.2m、1.3m、1.5m、1.6m、1.8m、1.9m、2.0m、2.2m、2.4m、2.5m、2.6m、2.7m、2.8m、2.9m、3.0m、3.2m、3.4m、3.6m、3.0m、3.5m、4.0m。该半径可以大于或小于在此示例性列出的任何值，以满足实际应用的要求。此外，该半径可以从在此示例性列出的两个值之间的范围内选择。
本文的空气通道23可以由燃烧器壳体的内表面和燃烧盘的第一级的外表面限制，从而形成一个或多个中空的空气通路，来自空气管路的空气流过该空气通道从而被排放至主混合室29。空气通道23的横截面可以是矩形的，从而在围绕着燃烧盘的第一级的周边形成一个或多个狭缝或凹槽。在一些实施例中，狭缝或凹槽的中心纵轴可以平行于燃烧器主体的中心纵轴和空气管路的中心纵轴之一。在一些实施例中，狭缝的中心纵轴相对于空气管路的中心纵轴具有例如约30度至约85度范围内的角度。
空气通道26可以是中空的空气通路，其沿着平行于燃烧器主体的中央纵轴的各个中央轴线在燃烧盘的第一级和第二级内穿过。通过这种布置，环形空气室17内的空气可以通过内部地穿过燃烧盘的第一和第二级而直接流入主混合室29。燃料通道24设置在燃烧盘的第二级内，且燃料通道24的出口靠近空气通道23的出口。在一些实施例中，燃料通道可布置成从燃料管路14的内表面径向延伸。如本文其他部分所述，燃料通道24的中心纵轴可以相对于空气通道23的中心纵轴成角度。在一些实施例中，燃料通道24的中心纵轴可以相对于空气通道23的中心纵轴成大约45度到120度范围内的角度。在某些情况下，该角度可以是大约90度。借助于这种成角度布置，燃料和空气可以被充分地混合以获得预混合的可燃燃料，可以认为该预混合的可燃燃料是根据本发明的实施例的第一级混合物。
在燃烧盘的第三级上还示出了燃料管路15的环形燃料出口27和空气管路13的环形空气出口28。燃料管路和空气管路分别用作燃料通道和空气通道，且具有环形排列的出口。从图2可以看出，空气通道26的中心纵轴可以相对于出口27的中心纵轴成一角度，例如大约为90度。这样，从燃料管路排出的燃料和从环形空气室排出的空气可以在出口处彼此切向地混合，从而形成合适的预混物，其构成第二级混合物。
空气管路13的环形燃料出口28可以围绕着第三级的杯形(即，碗状)部分均匀地间隔开，并且相对于空气管路的中心纵轴具有一角度。在一些实施例中，燃料出口28的中心纵轴与空气管路的中心纵轴之间的角度可以在大约30度至大约90度的范围内。以这种方式，从燃料管路流出的燃料和从空气管路流出的空气可以在空气管路的出口的前方(即在主混合区)混合，从而产生合适的预混物，该预混物共同构成根据本公开的实施方案的第三级混合物。
在一些实施例中，在燃烧盘的第一级上的空气通道的总截面积可以占在燃烧盘的三个级上的所有空气通道的总截面积的大约50％-80％。在一些实施例中，在燃烧盘的第一级上的空气通道的总截面积可以占在燃烧盘的三个级上的所有空气通道的总截面积的大约60％。根据本公开的实施例的燃料压力或空气压力可以为1kg/cm2、1.5kg/cm2、1.6kg/cm2、1.8kg/cm2、2.0kg/cm2、2.2kg/cm2、2.4kg/cm2、2.5kg/cm2、2.7kg/cm2、2.8kg/cm2、3.0kg/cm2、3.2kg/cm2、3.5kg/cm2、3.8kg/cm2、4.0kg/cm2、4.1kg/cm2、4.2kg/cm2、4.4kg/cm2、4.5kg/cm2、4.6kg/cm2、4.7kg/cm2、4.8kg/cm2、4.9kg/cm2或5.0kg/cm2。替代地或另外地，燃料压力或空气压力可以为500Pa、600Pa、650Pa、700Pa、750Pa、800Pa、850Pa、900Pa、1000Pa、1100Pa、1200Pa、1300Pa、1500Pa、1600Pa、1700Pa、1800Pa、2000Pa、2200Pa、2300Pa、2500Pa、2700Pa、2800Pa、3000Pa、3100Pa、3200Pa、3500Pa、3600Pa、3800Pa、4000Pa、4200Pa、4300Pa、4400Pa或4500Pa。本文的燃料压力或空气压力可以大于或小于在此示例性地列出的任何值。此外，燃料压力或空气压力可以选自在此示例性地列出的任意两个值之间的范围。
可以在燃烧器壳体内部并且在燃烧盘的前方形成渐缩喷嘴30，从而限定混合室29。渐缩喷嘴可以由耐火的和非金属的材料制成。在某些情况下，可以在渐缩喷嘴的外表面和燃烧器壳体的内表面之间填充耐火材料31。从而，可以保护燃烧器壳体免于被燃烧的空气-燃料混合物(即，可燃燃料)损坏或变形。在一些实施例中，为了获得期望的火焰形状，渐缩喷嘴30可以布置成相对于燃烧器主体的中心纵轴以预定角度渐缩。例如，渐缩喷嘴30可以相对于燃烧器主体的中心纵轴以约20度至约70度的角度渐缩。在一些实施例中，渐缩角可以是大约45度。
在操作中，操作人员可以使用点火装置来点燃燃烧器。点火装置可以包括小型燃烧器，该小型燃烧器能够接收来自燃料源的燃料和来自空气源的空气以形成可燃混合物，随后可通过点火装置将该可燃混合物点燃。在一些实施例中，点火装置可以是火花塞或类似装置。根据本公开的实施例的燃烧器的点火可以发生在从空气通道的出口流出的空气和从燃料通道的出口流出的燃料彼此混合的任何位置处。因此，操作人员容易选择和配置燃烧器的点火位置。燃烧器的点火可能会在空气和燃料的多级混合之后的几秒钟内发生。取决于多级布置以及空气通道和燃料通道的外部和内部环形设计，根据本公开的实施例的燃烧器可以用来产生用于许多不同应用的受控火焰。在主混合室内搅动可燃气体之后燃烧的火焰的不同部分可以具有不同的温度。在某些情况下，火焰的中心温度可以在1000℃-1800℃、1200℃-2000℃或1500℃-2200℃的范围内。火焰的中心温度可以在由在此示例性地列出的任何值限定的范围内。在一些实施例中，火焰的中心温度可以大约为1400℃。此外，火焰的边缘温度可以在800℃-1100℃、900℃-1200℃或950℃-1300℃的范围内。火焰的边缘温度可以在由在此列出的任何值限定的范围内。在一些实施例中，火焰的边缘温度可以为850℃。
图3示出了根据本公开的一些实施例的图2所示的燃烧器的燃烧盘的截面图。为了清楚起见，图3仅示出了图2所示的燃烧盘，而省略了燃烧器壳体16和渐缩喷嘴30。
如图3所示，燃料可以穿过燃料管路14并经由布置在燃烧盘的每一级上的燃料通道的出口而进入混合区域。同样地，空气也可以穿过空气管路13并经由布置在燃烧盘的每一级上的空气通道的出口而进入混合区域。空气和燃料相混合的混合区域位于空气出口和相应的燃料出口附近，例如围绕燃烧盘的第二级的所示区域32和围绕燃烧盘的第三级的所示区域33，或者在中央空气管路前方的区域。以这种方式，可以通过根据本公开的实施例的燃烧盘实现空气和燃料的多级混合。
在一些实施例中，当燃料通道24的横截面是圆形时，可以考虑空气通道23的底表面到燃烧盘的第二级的外边缘的垂直距离H1来设定该燃料通道24的半径R1。在一些情况下，可以将半径R1设置为R1≤H1≤2R1。在一些实施例中，R1的大小可以被设置为等于H1的大小。类似地，当在燃烧盘的第三级上的燃料出口27的横截面是圆形时，可以考虑空气通道26的底表面到燃烧盘的第二级的外边缘的垂直距离H2来设定该燃料出口27的半径R2。在某些情况下，可以将半径R2设置为R2≤H2≤2R2。在一些实施例中，R2的大小可以被设置为等于H2的大小。
图4A示出了根据本公开的一些实施例的图3所示的燃烧盘的侧视图。从图4A可以看出，根据本公开的实施例的燃烧盘包括多个级，例如第一级20、第二级21和第三级22，该多个级被示例性地示为沿着燃烧器主体的中心纵轴34彼此相邻。
如图4A所示，空气通道23围绕燃烧盘的第一级20的周边环形地布置。例如图4A中所示的那样，空气通道的中心轴线可以相对于燃烧盘的中心纵轴成角度或倾斜。替代地或附加地，空气通道23的中心轴线可以布置成平行于燃烧器主体的中心纵轴。尽管示为围绕第一级的周边均匀地间隔开，但是空气通道23也可以围绕第一级的周边不均匀地环形地间隔开。
在燃烧盘的第二级21处还示出了燃料通道24的燃料出口35。从该图示中可以看出，燃料出口是围绕第二级21的周边圆周地布置的孔或开口，根据本公开的实施例，通过该燃料出口将燃料排放到用于第一级混合物的混合区域中。如先前所讨论的，燃料出口35的中心轴线相对于空气通道23的中心轴线成角度。在一些实施例中，燃料出口35的中心轴线可以垂直于空气通道的中心轴线，从而进一步促进空气和燃料在混合区域的混合。尽管如图所示的燃料出口35围绕燃烧盘的第二级的周边均匀地间隔开，但是燃料出口35也可以围绕燃烧盘的第二级的周边不均匀地间隔开。在一些情况下，一个燃料出口35可以对应于一个空气通道23。可替代地，一个燃料出口35可以对应于两个或更多个空气通道23。在一些情况下，一个空气通道23可以对应于两个或更多个燃料出口35。
在图4A中进一步示出了围绕燃烧盘的第三级22的周边环形地布置的燃料出口27。燃料出口被形成为围绕第三级的孔或凹槽。在操作时，从燃料出口27流出的燃料可以与从空气出口25流出的空气相混合，从而形成根据本公开的实施例的第二级混合。如前所述，燃料出口27的中心纵轴相对于相应的空气出口25的中心纵轴具有一角度。在一些实施例中，该角度可以是90度。另外，燃料出口27的数量可以与空气出口25的数量相同。可替代地，燃料出口27的数量可以大于或小于空气出口25的数量。在一些实施例中，燃料出口27的数量可以与空气出口25的数量成比例。
图4B示出了根据本公开的一些实施例的从图4A中的截面线36截取的燃烧盘的截面图。如图4B所示，燃烧盘的第一、第二和第三级彼此同轴。空气通道23围绕燃烧盘的第一级周向地布置。燃料通道24从燃烧盘的中心径向地延伸，并且在围绕燃烧盘的中心圆形地布置的空气通道26的空气出口25之间均匀地间隔开。在燃烧盘的中心处是空气管路13，该空气管路13用作将空气供应到燃烧盘的各个级上的空气通道的通路。
从参考图1至图4进行的前述描述中，本领域技术人员可以理解，本公开的实施例还公开了一种用于产生受控火焰的燃烧器。燃烧器可以包括燃烧器壳体，该燃烧器壳体布置成包围燃烧器的燃烧器主体，例如如上所述的燃烧器壳体16和燃烧器主体12。燃烧器可以进一步包括布置在燃烧器的出口处的渐缩喷嘴，在燃烧时，空气和燃料的混合物可以在该渐缩喷嘴处被加速从而从燃烧器的出口喷出。在一些实施例中，燃烧器可以具有中央火焰形成机构，该中央火焰形成机构包括多个中央空气通道和多个中央燃料通道。例如，如先前参考图2所描述的，中央火焰形成机构可以是燃烧盘的第三级22，其中多个中央空气通道可以是沿着燃烧器主体的中央纵轴的空气管路，而多个中央燃料通道可以是燃料通道或燃料出口27。如前所述，空气通道的中央纵轴和燃料通道的中央纵轴可以相对于彼此成角度。在一些情况下，空气通道的中央纵轴和燃料通道的中心纵轴可以相对于燃烧器主体的中心纵轴成角度。
在一些实施例中，如上所述的燃烧器可以进一步包括外周火焰形成机构，该外周火焰形成机构包括多个外周空气通道和多个外周燃料通道。外周火焰形成机构可以包括燃烧盘的第一级和第二级，其中燃烧盘的第一级和第二级上的空气通道对应于外周空气通道，而燃烧盘的第一级和第二级上的燃料通道对应于外周燃料通道。空气通道的中心纵轴和燃料通道的中心纵轴可以相对于彼此成角度，以促进空气和燃料的预混合。
本文所述的中央火焰形成机构和外周火焰形成机构可以沿着燃烧器主体的下游端布置以与渐缩喷嘴相邻。以这种方式，燃料和空气的混合物可以在通过中央火焰形成机构和外周火焰形成机构之后从渐缩喷嘴中喷出，从而形成具有内部火焰和外周火焰的受控火焰，其中内部火焰被外周火焰包围，以形成受控火焰的期望形状。在实践中，火焰可以在燃烧器的轴向上从燃烧器的出口延伸出一段距离(例如，一或两米)。鉴于此，可以将目标物体预先定位在距燃烧器出口一米或两米处，从而实现良好的加热效果。
图5示出了根据本公开的一些实施例的燃烧器50的截面图。燃烧器50的功能类似于参照图1-图4讨论的燃烧器10。例如，燃烧器50可用于多种应用，例如石油裂解、金属原料熔化、原料烧结和热处理等。
如图5所示，燃烧器50具有整体上为圆柱形的燃烧器主体，其中至少一个燃料管路(或通路)51位于燃烧器主体中并沿着圆柱的中心纵轴设置。燃烧器50可以由燃烧器壳体(诸如燃烧器壳体52)支撑，并且可以在燃料管路的外表面与燃烧器壳体的内表面之间形成环形空气室53，并且空气入口54布置在燃烧器壳体上。在一些实施例中，环形空气室可经由空气入口54与空气管路连通。因此，从空气入口54注入的空气可以沿着空气管路和环形空气室这二者流动。
在燃料管路51的下游端布置有燃烧盘55，该燃烧盘55能够均匀且多级地混合空气和燃料。如图所示，燃烧盘可以包括与燃烧盘的第一级56、燃烧盘的第二级57和燃烧盘的第三级58相对应的三个圆台，这三个圆台同轴地彼此相邻，并沿着燃烧器的下游具有逐渐减小的直径。在一些实施例中，一个或多个空气通道59可以布置在第一级56的外边缘的外周上。例如，一个或多个空气通道可以由狭缝或凹槽形成，这些狭缝或凹槽可以围绕第一级56的外周均匀地间隔开，从而在燃烧盘的第一级的外表面与燃烧器壳体的内表面之间形成空气通道。在一些实施例中，空气通道的中心纵轴可以平行于燃烧器主体的中心纵轴。在一些实施例中，空气通道的中心纵轴可以相对于燃烧器主体的中心纵轴倾斜。
图5进一步示出了径向布置在燃烧盘的第二级57上的一个或多个燃料通道60的一个或多个出口。燃料通道60的数量可以与布置在燃烧盘的第一级56上的空气通道59的数量相同或不同。在一些实施例中，燃料通道60的数量可以与空气通道60的数量成比例或不成比例。例如，燃料通道和空气通道可以是一对一的关系。在一些情况下，布置在燃烧盘的第一级上的空气通道和布置在燃烧盘的第二级上的燃料通道共同构成一混合单元。因此，环形布置的空气通道和燃料通道可以形成第一组混合单元，用于在从相应的通道排出燃料和空气时混合该燃料和空气。
在一些实施例中，燃烧盘的第一级上的多个空气通道中的每一个的中心纵轴相对于燃烧盘的第二级上的多个燃料通道中的相应一个的中心纵轴具有一角度。该角度可以在大约45度至120度的范围内。在某些情况下，该角度可以是大约90度。这样，从燃料通道流出的燃料和从空气通道流出的空气可以彼此垂直，从而有利于空气和燃料的充分混合。
燃烧盘的第二级也可以在其上布置一个或多个空气通道61，其相应的出口示为62。在一些情况下，一个或多个空气通道61的一部分也可以形成在燃烧盘的第一级的内部。环形空气室53中的空气可以沿着空气通道进入第二级并从出口63流出。类似于燃烧盘的第一级和第二级，可以在第三级上布置一个或多个燃料通道，该一个或多个燃料通道具有图5所示的相应出口63。在一些实施例中，一个或多个燃料通道可以是具有预定长度的中空通路。在某些情况下，当燃料管路起到第三级的燃料通道的作用时，一个或多个燃料通道可以被简化为围绕燃烧盘的第三级的外周环形地布置的一个或多个孔或开口，如在图5中示出。
在一些实施例中，布置在第三级58上的燃料通道的数量可以与布置在燃烧盘的第二级57上的空气通道的数量相同或不同。在一些实施例中，布置在第三级上的燃料通道的数量可以与或者可以不与布置在第二级上的空气通道的数量成比例。例如，燃料通道和空气通道可以是一对一的关系或一对多的关系。在某些情况下，布置在燃烧盘的第二级58上的空气通道和布置在燃烧盘的第三级57上的燃料通道可以共同构成一混合单元。因此，环形布置的空气通道和燃料通道可以形成第二组混合单元，用于在从相应的通道排出燃料和空气时混合该燃料和空气。
在一些实施例中，燃烧盘的第二级上的多个空气通道中的每一个的中心纵轴相对于燃烧盘的第三级上的多个燃料通道中的相应一个的中心纵轴具有一角度。该角度例如在大约45度至120度的范围内。在某些情况下，该角度可以是大约90度。这样，从燃料通道流出的燃料和从空气通道流出的空气可以彼此垂直，从而有利于空气和燃料的充分混合。
从以上参考图5所作的前述描述中，可以理解的是，本公开的实施例通过具有多个级的燃烧盘(例如本文所述的三个级)实现燃料和空气的多级混合。通过逐级混合，空气和燃料可以在空气通道和燃料通道的相应出口处充分地预混合，并且可以在位于空气管路的出口前方的主混合室64中进一步混合。以这种方式，所得的可燃燃料混合物可以具有适当的浓度和混合比，从而避免了在常规燃烧器中观察到的由于过度混合而引起的回火或爆燃。
根据图5中的图示，很清楚的是，除了图5中的燃烧盘没有提供第三级混合而是仅提供了两级混合外，在此示出的燃烧盘与图1-图4所示的燃烧盘是类似的。这是因为，在第三级上没有布置用于第三级混合的附加的空气通道和燃料通道。换言之，本公开的多级混合可以从如图1-图4所示的三级混合简化为如图5所示的两级混合。因此，本领域技术人员可以想到，可以根据各种应用要求容易地选择和设置燃烧盘的级数。例如，为了降低燃烧盘的成本，可以应用两级燃烧盘。相反，当燃烧盘的成本不是问题时，可以应用三级燃烧盘甚至具有多于三个级的燃烧盘。此外，为了获得燃料和空气的更充分的预混合，可以应用多于两级或三级的燃烧盘。
此外，应当理解，本文所公开的燃烧盘的形状和布置仅用于说明性目的，在不脱离本公开的范围和精神的情况下可以进行任何适当的改变和修改。例如，燃烧盘和每个级的横截面可以被设计和制造为具有各种形状，例如椭圆形、矩形、三角形、梯形、五边形或任何其他规则或不规则多边形。此外，尽管根据本公开的实施例的燃烧盘在本文中被描述为具有三个级的圆台(或三个不同的圆台)，但基于本公开的教导，本领域技术人员还应想到其他多面体，诸如长方体、立方体等。
另外，尽管通过布置为一系列轴向相邻的级的多个空气通道和燃料通道(特别是以孔或开口的形式)将空气和燃料引入到混合室中，空气和燃料也可以通过轴向间隔的级被引入到混合室中。在一些实施例中，空气通道和燃料通道是倾斜的或者相对于彼此倾斜以产生气体混合物的涡流，从而增强燃料-空气的相互混合、点火控制和火焰保持。在某些情况下，在燃烧器的制造过程中，可以考虑空气通道和燃料通道的各种参数，这些参数包括但不限于尺寸(包括直径、半径、长度、高度和宽度)、形状、位置、朝向、相对于一个或多个轴或平面的相对距离。因此，可以获得更适合实际使用的定制化燃烧器。
此外，尽管未在图5中示出，可以理解的是，可以在燃烧器壳体的下游并在燃烧器壳体的内部在燃烧盘55的前面布置渐缩喷嘴。以此方式，可以形成主混合室64，并且可以在混合室中进一步混合燃烧盘的每个级处的混合可燃气体，从而在点燃可燃气体时，可以产生受控的火焰，并且受控的火焰可以从喷嘴中喷射出来进行诸如加热处理。
图6示出了根据本公开的一些实施例的图5所示的燃烧器的燃烧盘的截面图。为了清楚起见，图6仅示出了图5所示的燃烧盘，而省略了燃烧器壳体53。
如图6所示，燃料可以穿过燃料管路51并经由布置在燃烧盘的每一级上的燃料通道的出口进入混合区域。同样，空气也可以穿过空气管路，并通过布置在燃烧盘的每一级上的空气通道的出口进入混合区。空气和燃料相混合的混合区域位于空气出口和匹配的燃料出口附近，例如围绕燃烧盘的第二级的所示区域65和围绕燃烧盘的第三级的所示区域66。以这种方式，可以通过根据本公开的实施例的燃烧盘实现空气和燃料的两级混合。
在一些实施例中，当燃料通道60的横截面是圆形时，可以考虑空气通道59的底表面到燃烧盘的第二级的外边缘的垂直距离H3来设定该燃料通道的半径R3。在某些情况下，可以将半径R3设置为R3≤H3≤2R3。在一些实施例中，R3的大小可以被选择为等于H 3的大小。类似地，当在燃烧盘的第三级上的燃料出口63的横截面是圆形时，可以考虑空气通道61的底表面到燃烧盘的第二级的边缘的垂直距离H4来设定该燃料出口63的半径R4。在某些情况下，可以将半径R4设置为R4≤H4≤2R4。在一些实施例中，R4的大小可以被选择为等于H4的大小。
图7A示出了根据本公开的一些实施例的图5所示的燃烧盘的侧视图。从图7A可以看出，根据本公开的实施例的燃烧盘可以包括多个级，例如第一级56、第二级57和第三级58，该多个级示例性地示为沿着燃烧器主体的中心纵轴67彼此相邻。
如图7A所示，空气通道59围绕燃烧盘的第一级56的周边环形地布置。空气通道的中心轴线可以相对于燃烧盘的中心纵轴成角度或倾斜，例如图7A中所示的那些。替代地或附加地，空气通道59的中心轴线可以布置成平行于燃烧器主体的中心纵轴。尽管示出为围绕第一级的周边均匀地间隔开，但是空气通道59也可以围绕第一级的周边不均匀地环形地间隔开。
在燃烧盘的第二级57处还示出了燃料通道的燃料出口60。从图示中可以看出，燃料出口是围绕第二级57的周边圆周地布置的孔或开口，根据本公开的实施例，通过该孔或开口将燃料排放到用于第一级混合物的混合区域中。如先前所讨论的，燃料出口60的中心轴线可以相对于空气通道59的中心轴线具有预定角度。在一些实施例中，燃料出口60的中心轴线可以垂直于空气通道的中心轴线，从而进一步促进空气和燃料在混合区域的混合。尽管如图所示的燃料出口60围绕燃烧盘的第二级的周边均匀地间隔开，但是燃料出口60也可以围绕燃烧盘的第二级的周边不均匀地间隔开。在一些情况下，一个燃料出口60可以对应于一个空气通道59。可替代地，一个燃料出口60可以对应于两个或更多个空气通道59。在一些情况下，一个空气通道59可以对应于两个或更多个燃料出口60。
在图7A中进一步示出了围绕燃烧盘的第三级58的周边环形地布置的燃料出口63。燃料出口可以形成为围绕第三级的孔或凹槽。在操作时，从燃料出口63流出的燃料可以与从空气出口62流出的空气相混合，从而形成根据本公开的实施例的第二级混合。如前所述，燃料出口63的中心纵轴可以相对于相应的空气出口62的中心纵轴具有预定角度。在一些实施例中，该角度可以为大约90度。另外，燃料出口63的数量可以与空气出口62的数量相同。可替代地，燃料出口63的数量可以大于或小于空气出口62的数量。在一些实施例中，燃料的数量出口63可以与空气出口62的数量成比例。
图7B示出了根据本公开的一些实施例的从图7A中的截面线68截取的燃烧盘的局部截面图。如图7B所示，燃烧盘的第一、第二和第三级彼此同轴。空气通道59围绕燃烧盘的第一级周向地布置。燃料通道60从燃烧盘的中心径向地延伸，并且在围绕燃烧盘的中心圆形地布置的空气通道之间均匀地间隔开。在燃烧盘的中心处是空气管路51，该空气管路51可以用作将空气供应到燃烧盘的各个级上的空气通道的通路。
图8示出了根据本公开的一些实施例的使用燃烧器的方法80的流程图。应当理解，此处的燃烧器可以是先前参照图1-图7讨论的或者在本公开其他地方讨论的任何燃烧器。例如，图8中所讨论的燃烧器可以是参照图1所讨论的燃烧器10或者参照图5所讨论的燃烧器50。因此，在此之前或在说明书中其他地方做出的燃烧器的任何描述也可以适用于在此参考图8所讨论的燃烧器。
如图8所示，在步骤S81，提供燃烧器的至少一个空气管路和至少一个燃料管路。空气管路可以被构造成将空气供应到至少一个空气通道。同样，燃料管路可以被构造成将燃料供应到至少一个燃料通道。然后，在步骤S82，将多组混合单元布置在燃烧器的下游端。在一些实施例中，多组混合单元中的每一组同轴布置并且彼此相邻，并且每组混合单元包括连接至至少一个燃料管路的至少一个燃料通道和连接至至少一个空气管路的至少一个空气通道。
在步骤S83，布置至少一个燃料通道的出口和至少一个空气通道的出口，使得至少一个燃料通道的出口和至少一个空气通道的出口相对于彼此成角度。在步骤S84，在燃烧器的操作期间，将空气和燃料分别从空气源和燃料源供应到至少一个空气管路和至少一个燃料管路。当空气和燃料流过空气管路和燃料管路时，它们逐级地进入多组混合单元中的每一组，空气和燃料通过该多组混合单元进行混合，从而实现空气和燃料的多级混合。
如前所述，在一些实施例中，多组混合单元沿着燃烧器的中央纵轴竖直地布置。在一些情况下，每组混合单元可以包括多个燃料通道、多个空气通道或它们的组合。例如，多组混合单元可以包括第一组混合单元和第二组混合单元。在一些情况下，多组混合单元可以进一步包括第三组混合单元。这些混合单元组可以布置在具有多级的燃烧盘上。在一些实施例中，所述级可以包括三个级，即，第一级、第二级和第三级。
在某些情况下，当多级是两级(即，第一级和第二级)时，燃烧盘可以具有如先前在图5、图6、图7A和图7B中所示的结构。在其他情况下，当多级是三级(即，第一级、第二级和第三级)时，燃烧盘可以具有如先前在图1-3、图4A和图4B所示的结构。因此，之前关于燃烧盘的任何描述都可以等同地应用于参考图8所讨论的燃烧盘。
下表是示出与常规燃烧器相比，使用根据本公开的实施例的燃烧器所获得的增加的节能率的表。
Figure BDA0002497740200000271
这里的常规燃烧器可以是具有燃料通道和空气通道的燃烧器，该燃料通道在其端部具有一个或多个排放出口。在操作时，空气和燃料可以在燃料通道的排放出口处混合。换言之，这里的常规燃烧器不具有如根据本公开的实施例所讨论的多级混合布置。
如上表中所示，在给定的氧气含量下进行比较，并且使用三种类型的燃料进行比较，即，液化石油气、天然气和人造气(例如，煤气)。可以看出，与常规燃烧器相比，根据本发明实施例的燃烧器可以显着提高节能率。例如，当排出气中的氧气含量为以体积百分比计1％时，在燃料为液化石油气时，与常规燃烧器相比，根据本公开实施例的燃烧器可以将节能率提高30％。类似地，当燃料是天然气和人造气时，与常规燃烧器相比，根据本公开实施例的燃烧器可以将节能率分别提高28％和25％。从上表中可以看出，根据本发明的实施例的燃烧器与常规燃烧器相比可以实现更高的节能率，从而降低燃料成本并减少环境污染。
图9是与常规燃烧器相比，使用根据本公开的实施例的燃烧器获得的天然气的热负荷的图表。从图9可以看出，当燃料流和氧气含量相同时，使用根据本公开的实施例的燃烧器产生的天然气的热负荷显著大于使用常规燃烧器产生的天然气的热负荷。例如，当燃料流速为80立方米/小时(m3/h)且氧气含量为3％时，使用常规燃烧器产生的热负荷达到300千瓦(kW)。然而，使用根据本公开的实施例的燃烧器产生的热负荷达到700kW。换言之，使用本公开的燃烧器获得的热负荷是使用常规燃烧器获得的热负荷的两倍以上。相似地，当燃料流速为80m3/h且氧气含量为2％时，使用常规燃烧器产生的热负荷达到近420kW。然而，使用根据本公开的实施例的燃烧器产生的热负荷达到近800kW。对于本领域技术人员显而易见的是，使用本公开的燃烧器实现的热负荷显著大于常规燃烧器，从而带来更高的燃烧效率、燃烧温度和有效加热。
图10是与常规燃烧器相比，使用根据本公开的实施例的燃烧器获得的火焰长度和燃料流速的关系图。通过多次实验测量和比较，可以看出，当两种类型的燃烧器的燃料流速相同时，使用根据本公开的实施例的燃烧器产生的火焰长度比使用常规燃烧器产生的火焰长度短。例如，当燃料流速为60m3/h时，不管氧气含量如何，使用根据本公开的实施例的燃烧器产生的火焰长度都比使用常规燃烧器产生的火焰长度短。特别地，当氧气含量为1％时，根据本公开的实施例的燃烧器可以产生0.8米(m)的火焰长度，而常规燃烧器可以产生1.4m的火焰长度。显然，使用常规燃烧器获得的火焰长度比使用根据本公开实施例的燃烧器获得的火焰长度要长得多。如本领域技术人员所知，火焰长度可以体现或反映燃烧强度，并且较短的火焰长度意味着较高的燃烧温度和燃烧强度。可以理解，使用根据本公开的实施例的燃烧器产生的混合效果允许以相当短的火焰长度实现完全燃烧。
应当理解，可以以任何合适的配置来布置燃烧器的部件。例如，根据设计要求，燃烧器的一个或多个部件可以位于不同的位置。此外，如本文中所使用的，A和/或B涵盖A或B中的一个或多个及其组合(诸如A和B)。应理解，尽管在本文中使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、部件、区域和/或部分，这些元件、部件、区域和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件、部件、区域或部分与另一元件、部件、区域或部分。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、级、组、区域或部分可以被称为第二元件、部件、区域或部分。
本文使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一种”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”(comprises)和/或“包括”(comprising)或“包含”(includes)和/或“包含”(including)是指存在所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组。
此外，本文中可以使用相对性术语，例如“下”或“底”、“内”或“外”、以及“上”或“顶”来描述如附图中所示的一个元件与其他元件的关系。应理解的，除附图中描绘的取向之外，相对性术语旨在还包含元件的不同取向。例如，如果将其中一个附图中的元件翻转，则描述为在其他元件的“下”侧的元件将定向在其他元件的“上”侧。因此，根据附图的特定方向，示例性术语“下”可以包含“下”和“上”这两个方向。类似地，如果将其中一个附图中的元件翻转，则描述为在其他元件“之下”或“下方”的元件将定向为在其他元件“之上”。因此，示例性术语“之下”或“下方”可以包含“之上”和“之下”这两个方位。
尽管本文已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施例仅作为示例提供。本领域技术人员现将会在不偏离本发明的情况下想到许多改变、变化和替代。应当理解，在实施本发明的过程中可以采用对本文所描述的发明的实施例的各种替代方案。本文描述的实施例可以有许多不同的组合，并且这样的组合被认为是本公开的一部分。另外，结合本文的任何一个实施例讨论的所有特征可以在本文的其他实施例中被容易地适用。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并从而覆盖这些权利要求及其等同项的范围内的方法和结构。

Claims (91)

1.一种燃烧器，包括：
至少一个空气管路；
至少一个燃料管路；
设置在所述燃烧器的下游端的多组混合单元，其中所述多组混合单元中的每一组同轴且彼此相邻地布置，并且每组所述混合单元包括连接到所述至少一个燃料管路的至少一个燃料通道以及连接到所述至少一个空气管路的至少一个空气通道，
其中，所述至少一个燃料通道的出口和所述至少一个空气通道的出口相对于彼此成角度，使得从所述至少一个燃料通道的所述出口流出的燃料与从所述至少一个空气通道的所述出口流出的空气相混合，从而实现空气和燃料的多级混合。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述多组混合单元沿着所述燃烧器的中心纵轴竖直地布置。
3.根据权利要求1所述的燃烧器，其中每组所述混合单元包括多个燃料通道、多个空气通道或它们的组合。
4.根据权利要求3所述的燃烧器，其中所述多组混合单元包括第一组混合单元和第二组混合单元。
5.根据权利要求4所述的燃烧器，其中所述第一组混合单元和所述第二组混合单元布置在具有三个级的燃烧盘上，并且其中所述三个级包括第一级、第二级和第三级。
6.根据权利要求5所述的燃烧器，其中所述第一组混合单元包括布置在所述燃烧盘的所述第一级上的第一多个空气通道和布置在所述燃烧盘的所述第二级上的第一多个燃料通道，并且所述第一多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成角度。
7.根据权利要求6所述的燃烧器，其中所述第一多个空气通道中的每个空气通道的所述中心纵轴相对于所述第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的所述中心纵轴成在大约45度至120度范围内的角度。
8.根据权利要求7所述的燃烧器，其中所述第一多个空气通道中的每个空气通道的所述中心纵轴相对于所述第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的所述中心纵轴成大约90度的角度。
9.根据权利要求6所述的燃烧器，其中所述第一多个空气通道围绕所述燃烧盘的所述第一级周向地布置。
10.根据权利要求6所述的燃烧器，其中所述第一多个空气通道围绕所述燃烧盘的所述第一级的周边均匀地间隔开。
11.根据权利要求6所述的燃烧器，其中所述第一多个空气通道围绕所述燃烧盘的所述第一级的周边不均匀地间隔开。
12.根据权利要求6所述的燃烧器，其中所述第一多个燃料通道布置成从燃烧器主体的中心纵轴径向向外延伸。
13.根据权利要求6所述的燃烧器，其中所述第一多个燃料通道的数量与所述第一多个空气通道的数量成比例或不成比例。
14.根据权利要求13所述的燃烧器，其中所述第一多个燃料通道的数量等于所述第二多个空气通道的数量。
15.根据权利要求6所述的燃烧器，其中所述第一多个空气通道中的每个空气通道的出口的横截面是圆形的，并且所述出口的半径等于所述空气通道的底表面到所述燃烧盘的所述第二级的外边缘的垂直距离。
16.根据权利要求6所述的燃烧器，其中所述第二组混合单元包括布置在所述燃烧盘的所述第二级上的第二多个空气通道和布置在所述燃烧盘的所述第三级上的第二多个燃料通道，并且所述第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成角度。
17.根据权利要求16所述的燃烧器，其中所述第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成在大约45度至120度范围内的角度。
18.根据权利要求17所述的燃烧器，其中所述第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成大约90度的角度。
19.根据权利要求16所述的燃烧器，其中所述第二多个空气通道中的每个空气通道被布置成一通路，所述通路穿过所述燃烧盘的所述第一级和所述第二级从而与所述至少一个空气管路连接。
20.根据权利要求16所述的燃烧器，其中所述第二多个燃料通道围绕所述燃烧盘的所述第三级的周边周向地布置。
21.根据权利要求16所述的燃烧器，其中所述第二多个燃料通道的数量与所述第二多个空气通道的数量成比例或不成比例。
22.根据权利要求16所述的燃烧器，其中所述第二多个燃料通道的数量等于所述第二多个空气通道的数量。
23.根据权利要求16所述的燃烧器，其中所述第二多个燃料通道中的每个燃料通道的出口的横截面是圆形的，并且所述出口的半径等于所述第二级上的每个所述空气通道的底表面到所述燃烧盘的所述第三级的外边缘的垂直距离。
24.根据权利要求3所述的燃烧器，其中所述多组混合单元包括第一组混合单元、第二组混合单元和第三组混合单元。
25.根据权利要求24所述的燃烧器，其中所述第一组混合单元、所述第二组混合单元和所述第三组混合单元布置在具有三个级的燃烧盘上，并且其中所述三个级包括第一级、第二级和第三级。
26.根据权利要求25所述的燃烧器，其中所述第一组混合单元包括布置在所述燃烧盘的所述第一级上的第一多个空气通道和布置在所述燃烧盘的所述第二级上的第一多个燃料通道，并且所述第一多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成角度。
27.根据权利要求26所述的燃烧器，其中所述第一多个空气通道中的每个空气通道的所述中心纵轴相对于所述第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的所述中心纵轴成在大约45度至120度范围内的角度。
28.根据权利要求27所述的燃烧器，其中所述第一多个空气通道中的每个空气通道的所述中心纵轴相对于所述第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的所述中心纵轴成大约90度的角度。
29.根据权利要求26所述的燃烧器，其中所述第一多个空气通道围绕所述燃烧盘的所述第一级周向地布置。
30.根据权利要求29所述的燃烧器，其中所述第一多个空气通道围绕所述燃烧盘的所述第一级的周边均匀地间隔开。
31.根据权利要求29所述的燃烧器，其中所述第一多个空气通道围绕所述燃烧盘的所述第一级的周边不均匀地间隔开。
32.根据权利要求26所述的燃烧器，其中所述第一多个燃料通道被布置成从燃烧器主体的中心纵轴径向向外延伸。
33.根据权利要求26所述的燃烧器，其中所述第一多个燃料通道的数量与所述第一多个空气通道的数量成比例或不成比例。
34.根据权利要求26所述的燃烧器，其中所述第一多个燃料通道的数量等于所述第二多个空气通道的数量。
35.根据权利要求26所述的燃烧器，其中所述第一多个空气通道中的每个空气通道的出口的横截面是圆形的，并且所述出口的半径等于所述空气通道的底表面到所述燃烧盘的所述第二级的外边缘的垂直距离。
36.根据权利要求26所述的燃烧器，其中所述第二组混合单元包括布置在所述燃烧盘的所述第二级上的第二多个空气通道和布置在所述燃烧盘的所述第三级上的第二多个燃料通道，并且所述第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成角度。
37.根据权利要求36所述的燃烧器，其中所述第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成在大约45度至120度范围内的角度。
38.根据权利要求37所述的燃烧器，其中所述第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成大约90度的角度。
39.根据权利要求36所述的燃烧器，其中所述第二多个空气通道中的每个空气通道被布置成一通路，所述通路穿过所述燃烧盘的所述第一级和所述第二级从而与所述至少一个空气管路连接。
40.根据权利要求36所述的燃烧器，其中所述第二多个燃料通道围绕所述燃烧盘的所述第三级的周边周向地布置。
41.根据权利要求36所述的燃烧器，其中所述第二多个燃料通道的数量与所述第二多个空气通道的数量成比例或不成比例。
42.根据权利要求36所述的燃烧器，其中所述第二多个燃料通道的数量等于所述第二多个空气通道的数量。
43.根据权利要求42所述的燃烧器，其中所述第二多个燃料通道中的每个燃料通道的出口的横截面是圆形的，并且所述出口的半径等于所述第二级上的每个所述空气通道的底表面到所述燃烧盘的所述第三级的外边缘的垂直距离。
44.根据权利要求36所述的燃烧器，其中所述第三组混合单元包括布置在所述燃烧盘的所述第三级上的第一多个空气通道和布置在所述燃烧盘的所述第二级上的第一多个燃料通道，并且所述第一多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成角度。
45.根据权利要求44所述的燃烧器，其中所述第三组混合单元的所述第一多个空气通道被在所述燃烧器主体的中心处的所述至少一个燃料管路或其一部分所代替。
46.根据权利要求45所述的燃烧器，其中所述第三组混合单元的所述第二多个燃料通道围绕所述第三级的内表面环形地布置。
47.根据权利要求46所述的燃烧器，其中所述第二多个燃料通道中的每个燃料通道的所述中央纵轴相对于所述燃烧器主体的所述中央纵轴成锐角。
48.根据权利要求47所述的燃烧器，其中所述第二多个燃料通道中的每个燃料通道的所述中央纵轴相对于所述燃烧器主体的所述中央纵轴成从30度至90度的范围内选择的角度。
49.根据权利要求36所述的燃烧器，其中在所述燃烧盘的所述第一级上的所述空气通道的总截面积占在所述燃烧盘的所述三个级上的所有空气通道的总截面积的约50％-80％。
50.根据权利要求49所述的燃烧器，其中在所述燃烧盘的所述第一级上的所述空气通道的总截面面积占在所述燃烧盘的所述三个级上的所有空气通道的总截面面积的约60％。
51.根据权利要求1所述的燃烧器，还包括燃烧器壳体，所述燃烧器壳体构造成包围在所述燃烧器内部的所述多组混合单元。
52.根据权利要求51所述的燃烧器，还包括布置在所述多组混合单元的前面的渐缩喷嘴，其中所述渐缩喷嘴被配置为聚拢在混合区产生的火焰并将所述火焰喷射出所述燃烧器。
53.根据权利要求52所述的燃烧器，其中所述渐缩喷嘴相对于所述燃烧器主体的所述中心纵轴的收敛角度为20度至70度。
54.根据权利要求53所述的燃烧器，其中在所述渐缩喷嘴的外表面和所述燃烧器壳体的内表面之间填充有耐火材料。
55.一种使用燃烧器的方法，所述方法包括：
提供所述燃烧器的至少一个空气管路和至少一个燃料管路；
在所述燃烧器的下游端设置多组混合单元，其中所述多组混合单元中的每一组同轴且彼此相邻地布置，并且每组所述混合单元包括连接到所述至少一个燃料管路的至少一个燃料通道以及连接到所述至少一个空气管路的至少一个空气通道；
布置所述至少一个燃料通道的出口和所述至少一个空气通道的出口，使得所述至少一个燃料通道的所述出口和所述至少一个空气通道的所述出口相对于彼此成角度；
向所述至少一个空气管路供应空气；
向所述至少一个燃料管路供应燃料；
通过所述多组混合单元，将从所述至少一个燃料通道的所述出口流出的燃料与从所述至少一个空气通道的所述出口流出的空气相混合，从而实现空气和燃料的多级混合。
56.根据权利要求55所述的方法，其中所述多组混合单元沿着所述燃烧器的中心纵轴竖直地布置。
57.根据权利要求55所述的方法，其中每组所述混合单元包括多个燃料通道、多个空气通道及其组合。
58.根据权利要求57所述的方法，其中，所述多组混合单元包括第一组混合单元和第二组混合单元。
59.根据权利要求58所述的方法，还包括：
将所述第一组混合单元和所述第二组混合单元布置在具有三个级的燃烧盘上，其中所述三个级包括第一级、第二级和第三级。
60.根据权利要求59所述的方法，其中所述第一组混合单元包括布置在所述燃烧盘的所述第一级上的第一多个空气通道和布置在所述燃烧盘的所述第二级上的第一多个燃料通道，并且所述第一多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成角度。
61.根据权利要求60所述的方法，其中所述第一多个空气通道中的每个空气通道的所述中心纵轴相对于所述第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的所述中心纵轴成大约90度的角度。
62.根据权利要求60所述的方法，其中所述第一多个空气通道围绕所述燃烧盘的所述第一级周向地布置。
63.根据权利要求60所述的方法，其中所述第一多个燃料通道布置成从燃烧器主体的中心纵轴径向向外延伸。
64.根据权利要求60所述的方法，其中所述第一多个空气通道中的每个空气通道的出口的横截面是圆形的，并且所述出口的半径等于所述空气通道的底表面到所述燃烧盘的所述第二级的外边缘的垂直距离。
65.根据权利要求60所述的方法，其中所述第二组混合单元包括布置在所述燃烧盘的所述第二级上的第二多个空气通道和布置在所述燃烧盘的所述第三级上的第二多个燃料通道，并且所述第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成角度。
66.根据权利要求65所述的方法，其中所述第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成大约90度的角度。
67.如权利要求65所述的方法，还包括将所述第二多个空气通道中的每个空气通道布置成一通路，所述通路穿过所述燃烧盘的所述第一级和所述第二级从而与所述至少一个空气管路连接。
68.根据权利要求65所述的方法，其中所述第二多个燃料通道围绕所述燃烧盘的所述第三级的周边周向地布置。
69.根据权利要求65所述的方法，其中所述第二多个燃料通道中的每个燃料通道的出口的横截面是圆形的，并且所述出口的半径等于所述第二级上的每个所述空气通道的底表面到所述燃烧盘的所述第三级的外边缘的垂直距离。
70.根据权利要求57所述的方法，其中所述多组混合单元包括第一组混合单元、第二组混合单元和第三组混合单元。
71.根据权利要求70所述的方法，还包括：
将所述第一组混合单元、所述第二组混合单元和所述第三组混合单元布置在具有三个级的燃烧盘上，其中所述三个级包括第一级、第二级和第三级。
72.根据权利要求71所述的方法，其中所述第一组混合单元包括布置在所述燃烧盘的所述第一级上的第一多个空气通道和布置在所述燃烧盘的所述第二级上的第一多个燃料通道，并且所述第一多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成角度。
73.根据权利要求72所述的方法，其中所述第一多个空气通道中的每个空气通道的所述中心纵轴相对于所述第一多个燃料通道中的相应一个燃料通道的所述中心纵轴成大约90度的角度。
74.根据权利要求71所述的方法，其中所述第一多个空气通道围绕所述燃烧盘的所述第一级周向地布置。
75.根据权利要求71所述的方法，其中所述第一多个空气通道中的每个空气通道的出口的横截面是圆形的，并且所述出口的半径等于所述空气通道的底表面到所述燃烧盘的所述第二级的外边缘的垂直距离。
76.根据权利要求71所述的方法，其中所述第二组混合单元包括布置在所述燃烧盘的所述第二级上的第二多个空气通道和布置在所述燃烧盘的所述第三级上的第二多个燃料通道，其中所述第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成角度。
77.根据权利要求76所述的方法，其中所述第二多个空气通道中的每个空气通道的中心纵轴相对于所述第二多个燃料通道中的相应一个燃料通道的中心纵轴成大约90度的角度。
78.根据权利要求76所述的方法，其中所述第二多个燃料通道围绕所述燃烧盘的所述第三级的周边周向地布置。
79.根据权利要求76所述的方法，其中所述第二多个燃料通道中的每个燃料通道的出口的横截面是圆形的，并且所述出口的半径等于所述第二级上的每个所述空气通道的底表面到所述燃烧盘的所述第三级的外边缘的垂直距离。
80.根据权利要求76所述的方法，其中所述第三组混合单元包括布置在所述燃烧盘的所述第三级上的第一多个空气通道和布置在所述燃烧盘的所述第二级上的第一多个燃料通道，并且所述第一多个燃料通道中的每个燃料通道的中心纵轴相对于所述第一多个空气通道中的相应一个空气通道的中心纵轴成角度。
81.根据权利要求80所述的方法，其中所述第三组混合单元的所述第二多个燃料通道围绕所述第三级的内表面环形地布置。
82.根据权利要求81所述的方法，其中所述第二多个燃料通道中的每个燃料通道的所述中央纵轴相对于所述燃烧器主体的所述中央纵轴成锐角。
83.根据权利要求82所述的方法，其中所述第二多个燃料通道中的每个燃料通道的所述中央纵轴相对于所述燃烧器主体的所述中央纵轴成从30度至90度的范围内选择的角度。
84.根据权利要求71所述的方法，其中在所述燃烧盘的所述第一级上的所述空气通道的总截面积占在所述燃烧盘的所述三个级上的所有空气通道的总截面积的约50％-80％。
85.根据权利要求84所述的方法，其中在所述燃烧盘的所述第一级上的所述空气通道的总截面面积占在所述燃烧盘的所述三个级上的所有空气通道的总截面面积的约60％。
86.根据权利要求55所述的方法，还包括提供燃烧器壳体，所述燃烧器壳体构造成包围在所述燃烧器内部的所述多组混合单元。
87.根据权利要求86所述的方法，还包括提供布置在所述多组混合单元的前面的渐缩喷嘴，其中所述渐缩喷嘴被配置为聚拢在混合区产生的火焰并将所述火焰喷射出所述燃烧器。
88.根据权利要求87所述的方法，其中所述渐缩喷嘴相对于所述燃烧器主体的所述中心纵轴的收敛角度为20度至70度。
89.根据权利要求87所述的方法，还包括在所述渐缩喷嘴的外表面和所述燃烧器壳体的内表面之间填充耐火材料。
90.一种燃烧器，包括：
至少一个空气管路；
至少一个燃料管路；
设置在所述燃烧器的下游端的多组混合单元，其中所述多组混合单元中的每一组同轴且彼此相邻地布置，并且每组所述混合单元包括连接到所述至少一个燃料管路的至少一个燃料通道以及连接到所述至少一个空气管路的至少一个空气通道，
其中，所述至少一个燃料通道的出口和所述至少一个空气通道的出口相对于彼此成角度，使得从所述至少一个燃料通道的是出口流出的燃料与从所述至少一个空气通道的所述出口流出的空气相混合，并且
其中，从所述至少一个空气通道流出的空气的空气速度被配置为大于从所述至少一个燃料通道流出的燃料的燃料速度，使得在空气和燃料的混合位置处形成至少一个负压。
91.一种用于产生受控火焰的燃烧器，包括：
燃烧器壳体，该燃烧器壳体布置成包围所述燃烧器的燃烧器主体；
渐缩喷嘴，该渐缩喷嘴设置在所述燃烧器的出口处；
中央火焰形成机构和外周火焰形成机构，所述中央火焰形成机构和所述外周火焰形成机构沿着所述燃烧器主体的下游布置为邻近所述渐缩喷嘴，
其中，所述中央火焰形成机构包括相对于所述燃烧器主体的轴向成角度的多个中央空气通道和多个中央燃料通道，以及
其中，所述外周火焰形成机构包括相对于所述燃烧器主体的所述轴向成角度的多个外周空气通道和多个外周燃料通道，
从而，燃料和空气的混合物通过所述中央火焰形成机构和所述外周火焰形成机构从所述渐缩喷嘴喷出，从而形成具有内部火焰和外周火焰的受控火焰，其中所述内部火焰被所述外周火焰包围，从而形成所述受控火焰的期望形状。
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