CN112189113A - 燃料喷嘴系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料喷嘴系统，燃料喷嘴系统布置成基本上圆形的并且设定成，在至少一个外部环上产生均匀的稀的混合物并且在至少一个内部环上产生均匀的较浓的混合物，尤其是燃料‑氧化剂混合物。

Description

燃料喷嘴系统
技术领域
本发明涉及一种具有降低的火焰温度的燃烧器。
背景技术
具有燃烧器头的燃烧器用于使与氧化剂混合的燃料燃烧，燃烧器头基本上具有管状的通道，氧化剂、例如空气通过鼓风机在管状的通道中流出并且在此与通过分配器系统被引导到管状的通道中的燃料，例如燃气混合。点火装置用于点燃由氧化剂和燃料组成的混合物，由此开始燃烧。
这种类型的燃烧器头构成对于环境的负担，因为燃烧器头将在燃烧时产生的氮氧化物NOX输出到大气中。因此，已经研发出具有其中可减少该氧化物产生的燃烧器头的燃烧器。
从意大利专利文献85 622-A/90已知一种燃烧器头，在其中，实现在输送燃料时借助于分配器装置减少氮氧化物。分配器位于用于燃烧空气的输送管的前部的内部，并且包括环形的中间空间，所述中间空间相对于输送管的轴线成直角地延伸并且通过彼此同轴的、通过间隔元件相互连接的环限定。
从另一意大利专利文献VI 91A 42中已知一种由块体组成的燃烧器，在其中，通过以下方式减少氮氧化物，即，在燃烧期间产生的烟气的一部分被引导回燃烧器头的内部中。
在另一意大利专利文献XI 91A 166中提出了一种燃烧器，在其中，为了减少氮氧化物产生，将一行开口加工到用于燃烧空气的输送通道的外周中。
从专利文献DE 195 42 73B4中已知一种用于燃烧器的燃烧器头，其具有用于将氧化剂输送到燃烧室中的管状的本体，在其中，设置一个或多个用于将燃料输送到燃烧室中的管路，其中，所述管路在管状的本体中延伸并且通过输送通道供给燃料。附加地，在管状的本体的端部上设置收敛的过渡件，过渡件伸入燃烧室中，其中，收敛方向指向燃烧室的内腔。此外，设置至少一个在管状的本体中位于收敛的过渡件附近的点火装置，其中，用于输送燃料的每个管路的排出开口位于管状的本体的如下区间之内，即，该区间通过过渡件的收敛部限定并且位于过渡件的倾斜的壁面中，由此，燃料流动基本上向外并且到达氧化剂流的更高的流动速度的区间中。以这种方式，气体流向着空气流的外部区域定向，在穿过收敛的过渡件时，空气流被加速并且由此将气体流继续带到燃烧室的内部中。同时，空气流动的加速引起在燃烧室的区域中的负压，从而在燃烧时产生的烟气的一部分被引导回火焰中。由此，实现了火焰温度的降低和更低的氮氧化物浓度。
这种类型的将在燃烧过程中的化学能转换成热能的燃烧装置原则上是已知的。在该燃烧过程中，至少一个氧化剂、优选地空气或氧气与燃料一起在燃烧室中在放热下的连续的反应中燃烧。被加热的废气通过开口被输出到外部环境中，并且例如可使用在所有类型的加热器，干燥设备，热的再燃烧装置，环境系统，热处理熔炉中或者其它方法技术的设备中。作为燃料，例如可考虑商业通用的、提纯的气体，例如民用煤气，远程煤气，天然气或液化气以及其混合物。燃料油、石油以及其它液态的或膏状的燃料也可燃烧。
从现有技术中普遍已知的燃烧器可分成两种类型。其中，氧化剂与燃料一起作为混合物被喷入燃烧室中的燃烧器属于第一类型。这种燃烧器也被称为预混合燃烧器。与此相反地，第二类型的燃烧器具有氧化剂以及燃料到燃烧室的分离的输送管路，从而在燃烧室中才进行两种物质的混合。虽然第一类型的燃烧器具有的优点是在燃烧室中以非常均匀的混合提供由氧化剂和燃料组成的混合物，但缺点是，没有防止火焰回闪的绝对安全性。在第二类型的燃烧器中，通过分离地输送氧化剂和燃料排除这种类型的火焰回闪。然而，在燃烧室中的混合物的均匀性不是最优的。无论如何，该混合物都比通过第一类型的燃烧室实现的混合物更差。
发明内容
因此，本发明的目的是，将第二类型的燃烧器的优点与第一类型的燃烧器的优点相结合，也就是说，一方面可靠地排除火焰回闪，然而同时保证混合物的高的均匀性，并且由此不仅降低火焰温度而且降低氮氧化物排放。
应实现在安全性和优化的燃烧之间尽可能优化的组合。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1所述的特征的开头所述类型的燃烧器实现。
提供一种燃料喷嘴系统，该燃料喷嘴系统布置成基本上圆形的并且设定成，在至少一个外部环上产生均匀的稀的混合物并且在至少一个内部环上产生均匀的较浓的混合物，尤其是燃料-氧化剂混合物。为此，在第一设计方案中规定，在至少一个外部环上存在较小的排出喷嘴，并且在至少一个内部环上存在较大的排出喷嘴。这两种混合物在燃烧期间应尽可能彼此分离地燃烧，以保持火焰温度低。为此进一步规定，在至少一个外部环上较稀的混合物以及在至少一个内部环上较浓的混合物流入共同的燃烧室中，在该燃烧室中进行优化的燃烧。
也规定，将在至少一个外部环上较稀的混合物以及在至少一个外部环上输送较浓的混合物共同输送用于在燃烧室中的燃烧。
在一种备选的设计方案中规定，通过控制和/或调节装置、阀、活门或类似物，在至少一个外部环上能调整出均匀的较稀的混合物，并且在至少一个内部环上能调整出均匀的较浓的混合物。
在另一有利的设计方案中，燃料喷嘴系统构造成，使得能有目的地影响物质、但是尤其是氧化剂的排出方向。由此产生的不同的涡流或不同地指向的质量流导致尽可能长时间的分离，也就是说在燃烧期间内部的均匀的浓的和外部的均匀的稀的混合物的分离，或者说不混合。由此，显著降低了火焰温度以及进而同样在两个区域中的氮氧化物形成，其中，尽管如此，相对于(在其中共同地考察内部区域和外部区域的)总过程，进行优化的几乎符合化学计算的燃烧。
此外规定，可通过排出喷嘴的斜置影响物质、尤其是燃料的方向。已表明，燃料或气体相对于空气涡流倾斜的流出同样尤其有利地作用于相应的燃料/氧化剂混合物的均匀性。
作为另一设计方案提出，在内部环和外部环之间设置至少一个被燃料穿流通过的双壁的管。该解决方案的优点在于，双壁的管的“避风面”防止内部的较浓的区域与外部的较稀的区域混合。
在另一设计方案中，设置两个被燃料穿流通过的至少双壁的同心的管。通过在内部的管中的第一气体通道和在外部的管中的第二气体通道实现，独立地通过阀或控制装置、活门或类似物操控所述气体通道，并且由此进一步优化结果。
在至少双壁的管的横截面中，设置用于点燃燃烧器的装置。在这种布置方案中，点火装置、尤其是点火电极最少地干扰气体和氧化剂的流动，并且因此不会导致均匀性不足。
此外，在至少双壁的管的横截面中也可布置用于监控火焰的装置，尤其是UV火焰探测器，IR火焰探测器或绝缘电极。这也导致，尽可能不妨碍流动。
此外规定，可有目的地影响物质、尤其是氧化剂在燃料喷嘴系统中的速度。有利地，外部空气或氧气能比内部略快地流动。
有目的地影响物质、尤其是燃料的速度也是合理的。通过更高的速度，得到更好的混匀。通过燃料喷嘴系统的多个排出开口分布在一个或多个平面上，同样可实现进一步的均匀性改善。
附图说明
为了实现新型燃烧器的尽可能简单且广泛的应用，规定，该燃烧器构造成与商业通用的工业燃烧器兼容。可通过添加式制造方法简化或者完全实现该燃烧器的制造。接下来根据附图示例性地详细解释本发明。其中：
图1示出了一半剖开的燃烧器的总视图；
图2从前部示出了燃料喷嘴系统的总视图；
图3从后部示出了燃料喷嘴系统的总视图；
图4示出了根据本发明的燃料喷嘴系统的横截面，其具有布置在外部环上的较小的和布置在内部环上的较大的排出喷嘴；
图5示出了燃料喷嘴系统的立体图；
图6示出了备选的设计方案；
图7示出了具有斜置的排出喷嘴的细节。
具体实施方式
整体以1表示的燃烧器1的燃料喷嘴系统5具有壳体2，壳体具有燃烧管3，燃烧管在背离壳体2的端部上具有开口4。壳体2具有两个彼此分离的通道6、7，在未详细示出的燃烧室8中混合的不同的物质、尤其是燃料和氧化剂穿流所述分离的通道。
燃料喷嘴系统5布置成基本上圆形的并且设定成，在至少一个外部环12上产生较稀的混合物，并且在至少一个内部环13上产生较浓的混合物，尤其是燃料/氧化剂混合物。为此，燃料喷嘴系统在至少一个外部环12上具有较小的排出喷嘴14并且在至少一个内部环13上具有较大的排出喷嘴15。
备选地，与在相应的另一环12、13上相比，在至少一个外部环12上存在更少的排出喷嘴14，并且在至少一个内部环13上存在更多的排出喷嘴15。
可通过排出喷嘴14、15的斜置或者以其他合适的方式例如通过涡流元件9和/或引导板11有目的地影响物质、尤其是燃料的排出方向。通过未详细示出的控制和/或调节装置、阀板等，也可在外部环12上调整出较稀的混合物并且在内部环13上调整出较浓的混合物。以相似的方式，可有目的地影响物质、尤其是氧化剂和/或燃料的速度。
在另一设计方案中，燃料喷嘴系统5的多个排出开口14、15分布在一个或多个平面16、17上。
在另一设计方案中，在内部和外部环12、13之间存在被燃料穿流的至少双壁的管18。也可设置被燃料穿流的两个至少双壁的、同心的管18、18'。
在至少双壁的管18、18'的横截面中，可布置用于点燃燃烧器1的装置20。同样，设置用于监控燃烧器1的火焰的装置21。最后可行的是，在圆形的布置结构的中心布置中央管22，用于将另外的燃料、惰性气体和/或还原剂、尤其是尿素直接喷入燃烧室8中。
当然，本发明不限制在所示出的实施例上。其它设计方案也是可行的，只要不离开本发明的基本思想。
附图标记列表
1 燃烧器
2 壳体
3 燃烧管
4 开口
5 燃料喷嘴系统
6 燃料通道
7 氧化剂通道
8 燃烧室
9 涡流元件
11 引导板
12 外部环
13 内部环
14 排出喷嘴
15 排出喷嘴
16 平面
17 平面
18 双壁的同心的管
18'双壁的同心的管
20 点火装置
21 火焰监控装置
22 中央管
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种燃烧器系统，该燃烧器系统包括燃烧器(1)，所述燃烧器具有壳体(2)和燃烧室(8)，在所述壳体上布置有燃烧管(3)，所述燃烧管(3)在背离壳体(2)的端部上具有开口(4)，并且所述壳体(2)具有至少两个彼此分离的通道(6、7)，所述通道设定成，使得在燃烧室(8)中混合的不同的物质、尤其是燃料和氧化剂穿流通过所述通道，其特征在于，物质通入燃料喷嘴系统(5)中，所述燃料喷嘴系统布置成基本上圆形的并且设定成，使得通过第一排出喷嘴在至少一个外部环(12)上产生较稀的混合物，并且通过第二排出喷嘴在至少一个内部环(13)上产生较浓的混合物，所述混合物尤其是燃料/氧化剂混合物。
2.如权利要求1所述的燃烧器系统，其特征在于，所述燃烧器系统设定成，使得在所述至少一个外部环(12)上产生的较稀的混合物以及在所述至少一个内部环(13)上产生的较浓的混合物流入共同的燃烧室(8)中。
3.如权利要求1和/或2所述的燃烧器系统，其特征在于，所述燃烧器系统设定成，使得将在所述至少一个外部环(12)上产生的较稀的混合物以及在所述至少一个外部环(13)上产生的较浓的混合物共同输送用于燃烧。
4.如权利要求1至3中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，所述燃烧器系统设定成，使得所述物质通入燃料喷嘴系统(5)中，所述燃料喷嘴系统布置成基本上圆形的，并且所述燃料喷嘴系统在至少一个外部环(12)上具有较小的排出喷嘴(14)并且在至少一个内部环(13)上具有较大的排出喷嘴(15)。
5.如权利要求1至4中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，所述物质通入燃料喷嘴系统(5)中，所述燃料喷嘴系统布置成基本上圆形的，并且与在相应另外的环(12、13)上相比，所述燃料喷嘴系统在至少一个外部环(12)上具有更少的第一排出喷嘴(14)并且在至少一个内部环(13)上具有更多的第二排出喷嘴(15)。
6.如权利要求1至5中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，所述物质通入燃料喷嘴系统(5)中，所述燃料喷嘴系统布置成基本上圆形的，其中，通过控制和/或调节装置、阀、活门，在至少一个外部环(12)上能调整出较稀的混合物，并且在至少一个内部环(13)上能调整出较浓的混合物。
7.如权利要求1至6中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，所述燃料喷嘴系统(5)构造成，使得能有目的地影响物质、尤其是氧化剂的排出方向。
8.如权利要求4和/或5中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，能通过所述第一排出喷嘴和第二排出喷嘴(14、15)的斜置影响所述物质、尤其是燃料的方向。
9.如权利要求1至8中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，所述燃料喷嘴系统(5)构造成，使得能有目的地影响物质、尤其是氧化剂的速度。
10.如权利要求1至9中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，所述燃料喷嘴系统(5)构造成，使得能有目的地影响物质、尤其是燃料的速度。
11.如权利要求1至10中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，所述燃料喷嘴系统(5)的多个排出开口(14、15)分布在一个或多个平面(16、17)上。
12.如权利要求4、5、8和/或11中的一项或多项所述的燃烧器系统，所述排出喷嘴(14、15)、尤其是较小的排出喷嘴(14)和较大的排出喷嘴(15)位于不同的平面(16、17)上。
13.如权利要求1至12中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，所述燃烧器系统设定成，使得在内部环和外部环(12、13)之间设有至少双壁的管(18)，燃料穿流通过所述至少双壁的管。
14.如权利要求1至13中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，所述燃烧器系统设定成，使得设有两个至少双壁的同心的管(18、18')，燃料穿流通过所述两个至少双壁的同心的管。
15.如权利要求1至14中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，在至少双壁的管(18、18')的横截面中设有用于点燃燃烧器(1)的装置(21)。
16.如权利要求1至15中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，在至少双壁的管(18、18')的横截面中设有用于监控燃烧器(1)的火焰的装置(21)。
17.如权利要求1至16中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，在圆形的布置结构的中心设有中央管(22)，该中央管用于将另外的燃料、惰性气体和/或还原剂、尤其是尿素直接喷入燃烧室(8)中。
18.如权利要求1至15中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，所述燃料喷嘴系统以添加式制造方法制造。
19.如权利要求1至18中的一项或多项所述的燃烧器系统，其特征在于，所述燃烧器构造成与商业通用的工业燃烧器兼容。

Claims (19)

1.一种燃烧器(1)，所述燃烧器具有壳体(2)，在所述壳体上布置有燃烧管(3)，所述燃烧管(3)在背离壳体(2)的端部上具有开口(4)，并且所述壳体(2)具有至少两个彼此分离的通道(6、7)，在燃烧室(8)中混合的不同的物质、尤其是燃料和氧化剂穿流通过所述通道，其特征在于，物质通入燃料喷嘴系统(5)中，所述燃料喷嘴系统布置成基本上圆形的并且设定成，使得在至少一个外部环(12)上产生较稀的混合物并且在至少一个内部环(13)上产生较浓的混合物，所述混合物尤其是燃料/氧化剂混合物。
2.如权利要求1所述的燃烧器(1)，其特征在于，在所述至少一个外部环(12)上的较稀的混合物以及在所述至少一个内部环(13)上的较浓的混合物流入共同的燃烧室中。
3.如权利要求1和/或2所述的燃烧器(1)，其特征在于，将在所述至少一个外部环(12)上的较稀的混合物以及在所述至少一个外部环(13)上的较浓的混合物共同输送用于燃烧。
4.如权利要求1至3中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述物质通入燃料喷嘴系统(5)中，所述燃料喷嘴系统布置成基本上圆形的，并且所述燃料喷嘴系统在至少一个外部环(12)上具有较小的排出喷嘴(14)并且在至少一个内部环(13)上具有较大的排出喷嘴(15)。
5.如权利要求1至4中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述物质通入燃料喷嘴系统(5)中，所述燃料喷嘴系统布置成基本上圆形的，并且与在相应另外的环(12、13)上相比，所述燃料喷嘴系统在至少一个外部环(12)上具有更少的排出喷嘴(14)并且在至少一个内部环(13)上具有更多的排出喷嘴(15)。
6.如权利要求1至5中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述物质通入燃料喷嘴系统(5)中，所述燃料喷嘴系统布置成基本上圆形的，其中，通过控制和/或调节装置、阀、活门或类似物，在至少一个外部环(12)上能调整出较稀的混合物，并且在至少一个内部环(13)上能调整出较浓的混合物。
7.如权利要求1至6中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述燃料喷嘴系统(5)构造成，使得能有目的地影响物质、尤其是氧化剂的排出方向。
8.如权利要求1至7中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，能通过排出喷嘴(14、15)的斜置影响所述物质、尤其是燃料的方向。
9.如权利要求1至8中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述燃料喷嘴系统(5)构造成，使得能有目的地影响物质、尤其是氧化剂的速度。
10.如权利要求1至9中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述燃料喷嘴系统(5)构造成，使得能有目的地影响物质、尤其是燃料的速度。
11.如权利要求1至10中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述燃料喷嘴系统(5)的多个排出开口(14、15)分布在一个或多个平面(16、17)上。
12.如权利要求1至11中的一项或多项所述的燃烧器(1)，所述排出喷嘴(14、15)、尤其是较小的排出喷嘴(14)和较大的排出喷嘴(15)位于不同的平面(16、17)上。
13.如权利要求1至12中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，在内部环和外部环(12、13)之间设有至少双壁的管(18)，燃料穿流通过所述至少双壁的管。
14.如权利要求1至13中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，设有两个至少双壁的同心的管(18、18')，燃料穿流通过所述两个至少双壁的同心的管。
15.如权利要求1至14中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，在至少双壁的管(18、18')的横截面中设有用于点燃燃烧器(1)的装置(21)。
16.如权利要求1至15中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，在至少双壁的管(18、18')的横截面中设有用于监控燃烧器(1)的火焰的装置(21)。
17.如权利要求1至16中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，在圆形的布置结构的中心设有中央管(22)，该中央管用于将另外的燃料、惰性气体和/或还原剂、尤其是尿素直接喷入燃烧室(8)中。
18.如权利要求1至15中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述燃料喷嘴系统以添加式制造方法制造。
19.如权利要求1至18中的一项或多项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述燃烧器构造成与商业通用的工业燃烧器兼容。
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