CN1118859A

CN1118859A - 燃烧器

Info

Publication number: CN1118859A
Application number: CN95108624A
Authority: CN
Inventors: K·德布林; H·P·克诺费尔
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Priority date: 1994-07-25
Filing date: 1995-07-24
Publication date: 1996-03-20
Also published as: US5562441A; DE4426353A1; JPH08189611A; DE59509959D1; EP0694730B1; EP0694730A2; EP0694730A3

Abstract

一种燃烧器(100)，其主要由至少两个沿流动方向相互交叉套入的空心圆锥分体(101、102)组成，分体(101、102)的各自纵向对称轴线(101b、102b)相互偏置设置，这样，分体(101、102)在其纵向延伸段的相邻壁在燃烧器内腔(114)中构成燃烧用空气流(115)的切向进气槽口(119、120)。切向进气槽口(119、120)的通流的有效断面沿燃烧器(100)流动方向是逐渐减小的，这样，就可对燃烧器(100)出口处的回流区(106)的稳定产生有利的影响。

Description

燃烧器

本发明涉及一种燃烧器。其包括至少两个沿流动方向相互交叉套入的空心圆锥分体，且其各自的纵向对称轴线是相互偏置设置，分体的相邻壁沿其纵向延伸构成燃烧用空气流的切向通道，而由分体构成的圆锥空腔内至少有一个燃料喷嘴。

由欧洲专利文件EP-A1-0,321,809可知一种双圆锥结构形式的预混式燃烧器，该预混式燃烧器主要由两个沿流动方向交叉套入的空心锥形分体组成，其各自的纵向对称轴线是相互交错偏置设置的。上述相对偏置的设置沿相邻分体壁构成纵向延伸的切向通道或进气槽口，燃料用空气流经由上述通道流入圆锥空腔内。在该圆锥空腔内设有至少一个燃料喷嘴。这种燃烧器相对于现有技术在火焰稳定、效率和排放有害物等方面存在着一个质的飞跃。然而，这种燃烧器例如在改变工作方式时必须改变负载范围，这在一定的临界条件下则可能出现这样的情况，即本来稳定向前的焰锋逆流向上流动，并稳定在一个对燃烧器本身以及对形成排放不利的部位上。由此就出现一些金属燃烧器过热、有害物排放恶化并出现脉动等问题。一旦出现了这种情况，必然使可能的负载范围受到限制。

本发明在这里提出改进措施。即使切向通道的通流有效断面沿燃烧器的流动方向逐渐减小。本发明的任务在于对文章开头所述的一种燃烧器提出一些改进措施，以保证甚至在过渡负载范围内也能达到火焰稳定。

与标准燃烧器比较，切向通道的几何尺寸已作了改动：这些通道沿通往燃烧器出口的流动方向呈锥形布置，此时就燃烧器出口来说其通流的有效断面是逆流而上增加的。通过这个措施，使涡旋常数沿相对于一个相同的通流的有效断面的切向通道形成一个较陡的走向，涡旋常数定义为切向分速与轴向分速之比率。为使火焰可靠地稳定在燃烧器出口，该部位通流的有效断面具有的数值通常作为原始数值。

本发明的主要优点在于可使整个负载范围、特别是在较低负载范围内有较好的火焰稳定性。只要焰锋前部百分之百地保持稳定，就可以不再担心燃烧器由于火焰逆流而上流动而可能产生的过热。

上述在最佳部位上的火焰稳定性还保证了整个有害污染物质的排放，特别是氧化氮、不饱和碳氢化合物和一氧化碳的排放减至最低程度。

由于达到上述最大程度的火焰稳定，燃烧器不大容易引起振动，而振动则例如可以是由燃烧过程所激起的而通过燃烧室和烟囱系统而增大。

本发明另一个主要优点在于，不再需要考虑对负载范围的限制。

按本发明任务提出的其他有利而合宜的结构均标明在各项权利要求内。

下面借助于附图对本发明的一个实施例作详细阐述。所有对直接理解本发明不重要的特征均被删去。在各个图中相同的构件标有相同的标号。各种介质的流动方向用箭头表示。其中：

图1为一个设置成“双圆锥式燃烧器”结构的预混式燃烧器的适当的切掉部分的透视图；

图2至图4为按图1通过预混式燃烧器的各个不同平面的相应剖面图；以及

图5为锥形走向的进气槽口的一个示意图。

要是在对图1考虑的同时还考虑图2至图4的各个剖面以及图5，就可以更好地理解预混式燃烧器100的结构。此外，为使图1易于看懂，该图中仅显示示意性地表示在图2至图4中的导流片121a、121b。下面在图1的说明过程中只有在需要时才参考其余的附图。

图1的预混式燃烧室100由两个以相对偏置的方式相互交叉套入的空心圆锥分体101、102组成。圆锥分体101、102的各自中心轴线或纵向对称轴线201b、202b相互偏置在两侧，呈镜像对称布置，各自形成一个敞口的切向进气槽口119、120(见图2至图4)，燃烧气115经上述进气槽口流入预混式燃烧器100的内腔中，也就是流入到圆锥空腔114内。进气槽口119、120的通流的有效断面沿流动方向逐渐减小，且其走向可以是呈连续的圆锥形或呈断续的圆锥形。图5表示进气槽口119、120的圆锥形走向。这样一种设置，即所示分体101、102的圆锥形状沿流动方向具有一个固定角度。当然，按照使用情况，分体101、102沿流动方向可以有一个增大的或减小的锥度，相似于喇叭形或花瓣状。

上述一些形状未能用图示表示出，因为这些形状可以毫无困难地想像出来。两个圆锥分体101、102各有一个圆柱形前置部101a、102a，相互呈偏置配置，类似于分体101、102的配置方式，因此切向进气槽口119、120是出现在预混式燃烧器100的整个长度上。在圆柱形前置部的范围内设有一个喷嘴103，其燃烧喷出大致与由圆锥分体101、102所构成的圆锥空腔114的最窄断面重合。喷嘴103的喷射量和其型式取决于相应预混式燃烧器100所规定的参数。当然，预混式燃烧器可以制做成完全锥形的，即没有圆柱形前置部101a、102a。圆锥分体101、102还各有一根燃料管108、109，这些燃料管沿着切向进气槽口119、120配置，而且设有一些喷射孔117。如箭头116所示，最好是使一种气态燃料113经由上述喷射孔喷入到流过此处的燃烧用空气115中。燃料管108、109最好是在设置在于进入圆锥空腔114之前最接近切向流入端的末端位置处，这样可使空气/燃料有最佳的混合。在燃烧室一侧122处，预混式燃烧器100的排出口过渡成一个前壁110，其上设有一些孔110a。这些孔在需要时即发挥作用而通过其向燃烧室122的前部供给稀释空气或冷却空气110b。此外，上述供气有助于预混式燃烧器100的排出口的火焰稳定。要是此时关系到火焰因径向变平而有利于密集的情况，上述火焰稳定就变得很重要。经过喷嘴103引入的燃料是一种液态燃料112时，该燃料也许可使返回废气的含量增加。液态燃料112以一个锐角喷入到圆锥空腔114中。因此由喷嘴103出来形成一个圆锥形燃料轮廓105，圆锥形燃料轮廓105由在切向上流入的旋转的燃烧用空气115所围绕。液态燃料112的浓度在轴线方向上连续地因流入的燃烧用空气115而减少，以得到一个最佳的混合比例。要是预混式燃烧器100是用一种气态燃料113来操作的，这样最好通过喷射孔117来进行供给，此时形成这种燃料/空气混合物就直接在进气槽口119、120的端部完成。当液态燃料112通过喷嘴103喷入时，在涡流形成区域内，即在预混式燃烧器100的端部的回流区106的范围内通过上述断面使燃料浓度达到最佳而且均匀。点火是在回流区106的顶端进行。首先在该部位可能形成一个稳定的焰锋107。此时不用担心火焰的逆燃进入到预混式燃烧器100的内部，而现有的预混区段对这种潜在的逆燃则是在该部位用复杂的火焰稳定器这种补救办法来消除。此外，设置进气槽口119、120总是提供有利的帮助：进气槽口119、120的通流的有效断面沿流动方向即从燃烧器的头部至燃烧器的出口呈锥形走向减小，这可从图5中一目了然。图2至图4也清楚地示出进气槽口119、120沿流动方向的断面是逐渐减小的。这一措施使切向速度分量与轴向速度分量之间的比率，即涡旋常数，沿相对于一个相同通流的有效断面的切向进气槽口形成一个较陡的走向。对圆锥分体101、102的构型来说，切向进气槽口119、120的圆锥角和通流的有效断面在所有情况下均须保持在窄的范围，以便可用预混式燃烧器100的出口处的回流区106来形成理想的燃烧用空气流场。切向进气槽口119、120沿流动方向上逐渐减小的通流的有效断面在燃烧器的出口区内提高了焰锋保持稳定的能力。此外，还要考虑到，在切向进气槽口119、120内减小通流的有效断面必须逆流而上地移动回流区，因而，虽然可使混合气提前点火，但用前面评价的观点来看，则是不理想的。要是对燃烧用空气115补充预热或是增加回流废气含量，这样就使其在到达燃烧区之前有利于持续汽化液态燃料112。要是通过管路108、109不是供给气态而是液态燃料，则同样的考虑也适用。现在再回到切向进气槽口119、120的设计构型上，一般可以确定的是，一次定位的回流区106本来位置是稳定的，因为涡旋常数在预混式燃烧器100的圆锥状区域内沿流动方向是不断增大的，这种不断的增大通过沿流动方向逐渐减小的切向进气槽孔119、120的通流的有效断面而获得了附加支持，这在过渡区内会引人注目的处于特别有利形式中。此外，可通过输入一股适当的轴向燃烧用空气(图中来示)来改变预混式燃烧器100内的轴向速度，也就是说可以增大上述轴向流动以利于稳定燃烧器出口处的回流区106。此外，预混式燃烧器100的结构与切向进气槽口119、120的大小和走向十分匹配，由此可以具有较大的工作使用范围，而不需要改变预混式燃烧器100的整个结构长度。当然分体101、102还可在另一平面内作相对移动，因而甚至可以同样控制其重叠。而且在需要时可以通过呈螺旋状的反向旋转运动使分体101、102相互交错套入。

从图2至图4可看出导流片121a、121b的几何构形。这些导流片具有导流作用，这些导流片按照其长度沿燃烧用空气115流动方向相反的方向加长圆锥分体101、102的各自端部。由通道将燃料用空气115导入圆锥空腔114可以通过打开或关闭导流片121a、121b来达到，此时最好使导流片围绕一个设置在圆锥空腔114内的上述通道入口的范围内的枢轴123来进行，这在按照图2至图4来设置切向进气槽口119、120的流动断面时就可能特别需要。当然这些动态辅助装置也可设置为静态的，通过按需设置的导流片与圆锥分体101、102构成一个固定的整体构件。同样，开动预混式燃烧器100时也可以没有导流片，或是可以设置其他的辅助装置。

多次提及的图5只表示切向进气槽口119、120的一个优选走向示意图。采用另一种结构也可达到切向进气槽口119、120逐渐减小通流的有效断面的效果，此时按照已提及的喇叭形状来构成预混式燃烧器100的分体101、102。

很明显，根据上述描述，本发明可以有多种变型与改进，因此，应当认识到在所附权利要求范围，上述变型与改进均属本发明的精神范围。

Claims

1.一种燃烧器，其包括至少两个沿流动方向相互交叉套入的空心圆锥分体，且其各自的纵向对称轴线是相互偏置设置的，这样，分体的相邻壁沿其纵向延伸构成燃烧用空气流的切向通道，且在此由分体构成的圆锥空腔内至少有一个燃料喷嘴，其中，切向通道(119、120)的通流的有效断面沿燃烧器(100)的流动方向是逐渐减小的。

2.按照权利要求1所述的燃烧器，其中，在切向通道(119、120)的纵向延伸段范围内设有另一些燃料喷嘴(117)。

3.按照权利要求1所述的燃烧器，其中，切向通道(119、120)的通流的有效断面沿燃烧器(100)的流动方向呈圆锥形。

4.按照权利要求1所述的燃烧器，其中，分体(101、102)沿流动方向按一个固定角度呈圆锥形扩展。

5.按照权利要求1所述的燃烧器，其中，分体(101、102)沿流动方向具有一个逐渐增大的锥度。

6.按照权利要求1所述的燃烧器，其中，分体(101、102)沿流动方向具有一个逐渐减小的锥度。

7.按照权利要求1所述的燃烧器，其中，分体(101、102)是呈螺旋状相互交叉套入的。