CN117015681A - 暗辐射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种暗辐射器，其具有燃烧器(1、5、6、7)、鼓风机(2)和辐射管(3)，该辐射管与废气排出管路连接，其中，燃烧器(1)与燃料气体供应部连接，其中，鼓风机(2)设定用于给燃烧器(1)供应燃烧空气，其中，燃烧器(1)设定用于将火焰输出到辐射管(3、3`)中，其中，燃料气体供应部与氢气源连接。

Description

暗辐射器

技术领域

本发明涉及一种暗辐射器，其具有燃烧器、鼓风机和辐射管，其中，燃烧器与燃料气体供应部连接，其中，鼓风机设定用于，给燃烧器供应燃烧空气，其中，燃烧器设定用于将火焰输出到辐射管中。

背景技术

在商业和工业领域中，为了加热生产和存储设施而经常使用暗辐射器。暗辐射器具有一个或多个辐射管作为辐射元件，该辐射管分配有至少一个燃烧器。通过在燃烧器内燃烧来自燃料气体和空气的混合物而产生火焰，该火焰借助于鼓风机而能够分布在辐射管的整个长度的范围内。将天然气或液化气用作燃料气体，其在混合室中以预先给定的比例混合，而后通过喷嘴被导入到燃烧室中并且被点火。作为反冲阻断部将燃料-空气混合物引导通过栅格或编织物，该栅格或编织物同时具有的目的是保持住火焰。辐射管通常连续地在之后与燃烧器线性地或U形地连接，并且应该将通过火焰所产生的热量均匀地在整个管走向上进行辐射。辐射管被火焰均匀地加热并且产生热辐射，该热辐射会辐射到有待加温的区域上。为了提高效率而在此经常使用反射器。通过燃烧形成的废气借助于鼓风机从辐射管移除、例如通过废气管引出到外部空气处。

为了将在燃烧燃料时所形成的有害物质减少到最小程度，持续追求的是，在燃料气体与空气之间实现最佳的化学计量比例，以便实现尽可能完全的燃烧，其中有害物质排放得以减少到最小程度。为此，例如在DE102014019765A1中提出了，借助于调节装置来控制鼓风机和气阀，以便保证来自燃料气体和空气的混合物的完全燃烧。在EP2708814A1中进一步提出了，燃烧器装备有混合器和至少一个次空气通道，其中，燃烧器设定用于，将由鼓风机所供应的空气的一部分供应给混合器，并且将空气的其他部分供应给次空气通道，以便在没有燃料的情况下将所供应的燃烧空气的一部分供应给火焰。在DE102014019766A1中进一步提出了，通过传感器来检测当前的混合比例和/或气体类型、尤其在其他气体类型的混合情况方面进行检测，并且根据所测量的混合比例与必要的混合比例之间的比较结果来给燃烧器供应气体和/或空气，直至建立必要的混合比例。

前述的解决方案已经在实践中得以验证，由此暗辐射器目前在同时高效率的情况下具有相对少的有害物质排放。本发明所基于的目的是，提供一种暗辐射器，在至少相同的效率的情况下进一步降低该暗辐射器的有害物质排放。按照本发明，该目的通过权利要求1的特征部分的特征来解决。

发明内容

利用本发明提供了一种暗辐射器，其具有相比于现有技术至少不变的效率，并且其中降低了有害物质排放。通过燃料气体供应部优选仅与氢气源连接，因此在废气中理论上并不包含含碳的有害物质，如一氧化碳、二氧化碳或碳氢化合物，因为氢气不包括碳。

在本发明的改进方案中，鼓风机与喷射器连接，该喷射器的抽吸接口与氢气供应部连接，其中，通过鼓风机所吸入的燃烧空气用作推进介质，从而通过鼓风机给燃烧器供应氢气-燃烧空气-混合物。由此能够实现以规定的混合比例来供应氢气-燃烧空气-混合物，由此实现对火焰温度的设定。通过设定高空气系数，即利用高空气过量能够实现降低火焰温度。由于氢气的高易反应性，2.5至3的高空气系数是可行的。以这种方式，火焰温度于是能够低于氮氧化物形成的极限温度并且也能够低于辐射管的材料的极限温度。

在本发明的另外的设计方案中，燃烧器包括气体喷嘴和混合管，该混合管由气体喷嘴来馈送氢气，其中，通过鼓风机用燃烧空气来环绕冲扫混合管，其中，气体喷嘴与混合管构成喷射器，其中，喷射器的推进介质是通过气体喷嘴所引入的氢气，并且吸入到混合管中的介质是处于辐射管中的燃烧空气，并且其中，沿火焰方向与混合管间隔开地在后连接了用于对氢气-燃烧空气-混合物进行点火的点火设备。由此可以说能够实现以规定的比例来供应氢气-燃烧空气-混合物。通过氢气仅在混合管中与鼓风机外的燃烧空气混合，由此降低了对鼓风机材料的要求，因为这里不会发生到鼓风机中的火焰反冲的危险。优选在混合管中在其沿火焰方向指向的端部处布置了反冲阻断部。由此阻止了到混合管中的火焰反冲。

在本发明的另外的设计方案中，燃烧器包括气体喷嘴，其中，鼓风机设定用于用燃烧空气来环绕冲扫气体喷嘴，并且其中，并未布置用于预混合燃料气体和燃烧空气的燃料气体混合室，并且气体喷嘴仅馈送有燃料气体。由此得到了燃烧器的简单且成本低廉的结构。令人惊讶地已经表明了，由于氢气的高易反应性而在没有与燃烧空气预混合的情况下就实现了氢气的完全的燃烧。在此，直至氢气与环绕冲扫鼓风机的燃烧空气进行必需的混合，都存在相对于气体喷嘴的大的火焰距离，由此不会热损坏气体喷嘴。此外已经表明了，也不会存在火焰反冲的危险，因此不需要呈被冲孔的板或线材编织物的形式的、在现有技术中必需的火焰保持器。

在本发明的改进方案中，燃烧空气混合室以沿火焰方向连接在燃烧器之前的方式布置，该燃烧空气混合室与燃烧空气源和废气排出管路连接。通过向燃烧空气供应废气实现了氧气降低，由此能够实现降低火焰温度。此外，通过废气的再循环引起了氮氧化物排放的降低。

在本发明的改进方案中，鼓风机以沿火焰方向连接在燃烧器之前的方式布置，并且燃烧空气混合室布置在鼓风机内。由此实现了燃烧空气与废气在鼓风机内的良好的混合。

在本发明的设计方案中，废气排出管路与燃烧空气混合室之间的连接部包括分岔装置，通过该分岔装置确定了所分岔的废气体积流量相对于燃烧空气体积流量的比例。由此能够实现对燃烧空气-废气-混合物的氧气含量的设定。优选分岔装置包括调整装置，通过该调整装置能够设定所分岔的废气体积流量相对于燃烧空气体积流量的比例。

在本发明的改进方案中，燃烧器用作主燃烧器，在辐射管中沿火焰方向间隔开地在该主燃烧器之后连接了次燃烧器，该次燃烧器的燃料气体供应部与作为燃料气体源的氢气源连接，其中，将连接在前的主燃烧器的废气流作为燃烧空气供应给次燃烧器。由此实现了对主燃烧器的废气的后处理，由此氮氧化物的排放很大程度上得以最小化。已经表明了，由于氢气的高易反应性，主燃烧器的废气中残留的氧气含量对于次燃烧器的氢气的燃烧而言毫无疑问是足够的。此外，由于主燃烧器的废气流的温度而有利于次燃烧器中的燃烧过程。

在本发明的设计方案中，在主燃烧器与次燃烧器之间中间连接了补偿元件，该补偿元件呈用于补偿辐射管内的由热引起的长度变化的补偿器的形式。优选构造为轴向补偿器的这个补偿器吸收辐射管沿着轴线的运动，由此避免损害辐射管。

附图说明

本发明的其他的改进方案和设计方案在其余的从属权利要求中说明。本发明的实施例在附图中示出并且在下文中详细地描述。其中：

图1示出了暗辐射器的示意图；

图2以另外的实施方式示出了暗辐射器的示意图；

图3以第三实施方式示出了暗辐射器的示意图；

图4以具有主燃烧器和次燃烧器的第四实施方式示出了暗辐射器的示意图，

图5以具有主燃烧器和次燃烧器的另外的实施方式示出了暗辐射器的示意图。

具体实施方式

按照图1，选择为实施例的暗辐射器(Dunkelstrahler)包括燃烧器1，该燃烧器与鼓风机2连接，并且辐射管3与该燃烧器连接。在图1中仅勾画了辐射管3；辐射管3完全能够在几米的长度的范围内延伸并且由多个辐射管元件形成。在实施例中，辐射管3构造为抗高温的不锈钢管。替代地，也能够使用具有热施加的氧化铝层的特种钢。在实施例中，辐射管3由未被示出的反射器包围，该反射器在实施例中由经表面结构化的铝板构成，并且该反射器在两个侧部上具有用于降低对流损失的隔板。

燃烧器1包括用作气体空气混合喷嘴的气体喷嘴11，该气体喷嘴在实施例中设有反冲阻断部，并且该气体喷嘴与鼓风机2连接。与气体喷嘴11间隔开地在燃烧器1中布置了点火电极12。鼓风机2在其抽吸侧处与喷射器21连接，该喷射器的推进接口与燃烧空气供应部22连接，并且该喷射器的抽吸接口与氢气供应部23连接。通过鼓风机2所吸入的燃烧空气这里用作推进介质，通过该推进介质引起对氢气的吸入。在压力侧，通过鼓风机2给气体喷嘴11供应氢气-燃烧空气-混合物，该氢气-燃烧空气-混合物在通过气体喷嘴11逸出之后被点火电极12点燃，由此产生了延伸通过辐射管3的火焰。

在按照图2的实施例中布置了燃烧器4，该燃烧器又与鼓风机2连接并且与辐射管3连接。燃烧器4包括氢气喷嘴41，该氢气喷嘴与氢气供应部42连接，并且该氢气喷嘴又与辐射管3的纵向中轴线对准。氢气喷嘴这里被表示为仅用氢气进行施加的气体喷嘴。氢气喷嘴伸入到混合管43中，该混合管与辐射管3同轴地伸展，其中，在混合管43与氢气喷嘴41之间形成了通过氢气喷嘴41和混合管43所形成的喷射器的径向的抽吸间隙。混合管43通过将其张紧的、设有冲扫口的分隔板45来保持在燃烧器4中。在混合管43中在其与氢气喷嘴41对置的端部处布置了反冲阻断部431。此外，对于混合管43布置了用于检测可能的火焰反冲的热传感器432。

鼓风机2如此定向，使得该鼓风机用燃烧空气35来环绕冲扫氢气喷嘴41和混合管43。通过经由氢气喷嘴41引入到混合管43中的氢气流，经由抽吸间隙44吸入燃烧空气25，其与氢气混合。从混合管43逸出的氢气-燃烧空气-混合物通过与混合管43间隔开地布置的点火电极46被点燃，由此形成火焰，该火焰在辐射管3的长度的范围内延伸到该辐射管中。由鼓风机2吹入到燃烧器1中的燃烧空气35的一部分流动通过分隔壁45的冲扫口并且环绕冲扫延伸到辐射管3中的火焰，该火焰由此得以冷却。通过氢气喷嘴41和混合管43所形成的喷射器如此构造，使得在混合管中给氢气供应具有空气系数(Luftzahl)为2.5的燃烧空气，由此达到大约900℃的火焰温度。

在按照图3的实施例中，暗辐射器包括燃烧器5，该燃烧器与鼓风机2连接并且与辐射管3连接。辐射管3具有U形的走向，分岔管6与该走向连接，该分岔管通过抽吸管24与鼓风机2连接。燃烧器5又包括氢气喷嘴51，该氢气喷嘴与氢气供应部52连接。氢气喷嘴51沿辐射管3的纵向中轴线方向定向。用于点燃氢气的点火电极53与氢气喷嘴51间隔开地定位。

喷射器管6包括主管件61，辐射管3通过该主管件与抽吸管24连接。从主管件61分岔出废气排出管62并且与该废气排出管间隔开地分岔出燃烧空气供应管63。在废气排出管62与燃烧空气供应管63之间在主管件61中布置了再循环挡板64。通过鼓风机2经由抽吸管24所吸入的燃烧空气流631用作喷射器管6的推进介质，通过该推进介质借助再循环挡板64吸入了一部分的废气流621。如此产生的废气-燃烧空气-混合物通过鼓风机2被引入到燃烧器5中，在那里该废气-燃烧空气-混合物环绕冲扫氢气喷嘴51。通过再循环挡板64能够设定废气流在燃烧空气流中的份额，由此又确定出环绕冲扫氢气喷嘴51的废气-燃烧空气流-混合物的氧气含量。通过废气排出管62引出主废气流。

燃烧器5、辐射管3、喷射器管6以及与抽吸管24连接的鼓风机2分别通过法兰连接部与彼此连接。

在按照图4的实施例中，在辐射管3中布置了两个燃烧器，即主燃烧器7和沿火焰方向连接在该主燃烧器之后的次燃烧器8。主燃烧器7和次燃烧器8对应于在前述实施例中所阐释的燃烧器5。这两个燃烧器又包括氢气喷嘴71、81，该氢气喷嘴与氢气供应部72、82连接，其中，点火电极73、83与氢气喷嘴71、81间隔开地定位。主燃烧器7与鼓风机2连接，该鼓风机的抽吸接口与燃烧空气供应部22连接。U形构造的辐射管3与主燃烧器7连接，该辐射管通过补偿元件31与次燃烧器8连接。在实施例中再次U形构造的另外的辐射管3`又与次燃烧器8连接。

主燃烧器7的氢气喷嘴71由鼓风机2用燃烧空气来绕流。构造在氢气喷嘴71前方的氢气-燃烧空气-混合物被点火电极73点燃，由此在氢气喷嘴71前方间隔开地构造了第一火焰。这个第一火焰的废气流流动通过补偿元件32并且环绕冲扫次燃烧器8的氢气喷嘴81。构造在氢气喷嘴81前方的废气流-氢气-混合物表现出足够高的氧气含量，从而该废气流-氢气-混合物能够被点火电极83点燃，由此形成第二火焰，该第二火焰沿着第二辐射管3`延伸。这个第二火焰的废气流从第二辐射管3`导出。定位在辐射管3的由于次燃烧器8而经受高温度梯度的区段中的补偿元件31，用于补偿辐射管内的由热引起的长度变化。这个补偿元件在实施例中构造为轴向补偿器，其吸收管道沿着轴线的运动。

在本实施例中，通过鼓风机2给主燃烧器7供应燃烧空气，该燃烧空气环绕冲扫主燃烧器7的氢气喷嘴71。在变化的实施方式中，连接在主燃烧器7之前的鼓风机2也能够对应于第一实施例与喷射器连接，其中，所吸入的燃烧空气用作推进介质，通过该推进介质从第二辐射管3`吸入燃烧空气。在另外的变化的实施方式中，第二辐射管3`也能够通过喷射器管与鼓风机2的抽吸管路连接，如其在第三实施例中描述的那样。以这种方式也能够设定主燃烧器7的第一火焰的火焰温度。此外，以这种方式能够实现进一步降低所排出的废气的氮氧化物含量。

在按照图5的实施例中，主燃烧器7`根据按照图2的实施例的燃烧器来构造，其中，氢气喷嘴71又伸入到混合管74中，从而在氢气喷嘴71与混合管74之间形成了抽吸间隙75。在混合管74中在其与氢气喷嘴71对置的端部处又布置了反冲阻断部741。此外，这个实施例的暗辐射器的结构对应于按照图4的实施例的暗辐射器，其中，在这个实施例中在那里所提出的、用于将第二辐射管3`的废气流的一部分混合到由鼓风机2所吸入的燃烧空气中的实施方式也是可行的。

Claims (10)

1.暗辐射器，其具有燃烧器(1、5、6、7)、鼓风机(2)和辐射管(3)，该辐射管与废气排出管路连接，其中，所述燃烧器(1)与燃料气体供应部连接，其中，所述鼓风机(2)设定用于给燃烧器(1)供应燃烧空气，其中，所述燃烧器(1)设定用于将火焰输出到所述辐射管(3、3`)中，其特征在于，所述燃料气体供应部与氢气源连接。

2.根据权利要求1所述的暗辐射器，其特征在于，所述鼓风机(2)与喷射器(21)连接，该喷射器的抽吸接口与氢气供应部(23)连接，其中，通过所述鼓风机(2)所吸入的燃烧空气用作推进介质，从而通过所述鼓风机(2)给所述燃烧器(1)供应氢气-燃烧空气-混合物。

3.根据权利要求1所述的暗辐射器，其特征在于，所述燃烧器(4)包括气体喷嘴(41)和混合管(43)，该混合管由所述气体喷嘴(41)来馈送氢气，其中，通过所述鼓风机(2)用燃烧空气来环绕冲扫所述混合管(43)，其中，所述气体喷嘴(41)与所述混合管(43)构成喷射器，其中，所述喷射器的推进介质是通过所述气体喷嘴所引入的氢气，并且吸入到所述混合管(43)中的介质是处于所述辐射管(3、3`)中的燃烧空气，并且其中，沿火焰方向与所述混合管(43)间隔开地在后连接了用于对氢气-燃烧空气-混合物进行点火的点火设备。

4.根据权利要求1所述的暗辐射器，其特征在于，所述燃烧器(7)包括气体喷嘴，其中，所述鼓风机(2)设定用于用燃烧空气来环绕冲扫所述气体喷嘴(71)，并且其中，并未布置用于将燃料气体和燃烧空气进行预混合的燃料气体混合室，并且所述气体喷嘴仅馈送有燃料气体。

5.根据权利要求3或4所述的暗辐射器，其特征在于，以沿火焰方向连接在所述燃烧器(1、5、6)之前的方式布置了燃烧空气混合室，该燃烧空气混合室与燃烧空气源和所述废气排出管路连接。

6.根据权利要求5所述的暗辐射器，其特征在于，所述鼓风机(2)以沿火焰方向连接在所述燃烧器(1)之前的方式布置，并且所述燃烧空气混合室布置在所述鼓风机(2)内。

7.根据权利要求5或6所述的暗辐射器，其特征在于，所述废气排出管路(62)与所述燃烧空气混合室之间的连接部包括分岔装置(64)，通过该分岔装置来确定所分岔的废气体积流量相对于燃烧空气体积流量的比例。

8.根据权利要求7所述的暗辐射器，其特征在于，所述分岔装置(64)包括调整装置，通过该调整装置能够设定所述废气体积流量相对于所述燃烧空气体积流量的比例。

9.根据前述权利要求中任一项所述的暗辐射器，其特征在于，所述燃烧器用作主燃烧器(7)，沿火焰方向间隔开地在所述辐射管(3)中在该主燃烧器之后连接了次燃烧器(8)，该次燃烧器的燃料气体供应部与作为燃料气体源的氢气源连接，其中，将连接在前的所述主燃烧器(7)的废气流作为燃烧空气供应给所述次燃烧器(8)。

10.根据权利要求9所述的暗辐射器，其特征在于，在所述主燃烧器(7)与所述次燃烧器(7)之间对补偿元件(31)进行中间连接，该补偿元件用于补偿所述辐射管(3)内的由热引起的长度变化。