CN1172227A - 燃烧器 - Google Patents

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Abstract

在一种用于燃烧液态(12)和气态燃料(16)的双锥体燃烧器中,至少两个部分锥体(1、2)至少部分地重叠,重叠角(δ)沿燃烧器的流动方向逐渐增加,并且随着重叠角(δ)的增加,燃料注入喷嘴(15)与进入燃烧器的空气进气平面(21)的距离也同时增大。因此,空气进气平面(21)与燃料注入平面(22)不再重合。采用本发明改善了气态燃料(16)与燃烧空气的混合,其结果是减少了燃烧器的NOX排出物,并降低燃烧器前部的热负荷。

Description

燃烧器
本发明涉及燃烧技术领域。它涉及一种双锥体结构形式的燃烧器，其中，在燃烧空气流流入燃烧器内腔之前，将气态燃料供入此燃烧空气流中。
由EP0321 809B1已知本发明所涉及的那种双锥体结构形式的燃烧器的基本结构。这种燃烧器主要由空心的互补成一体的部分锥体组成，它有切向空气进气缝和气态与液态燃料的供给装置，在此燃烧器中，空心的部分锥体的中轴线沿流动方向扩张成锥形并沿纵向互相错开地延伸。在由部分锥体构成的锥形内腔内，在燃烧器的头部装有一个燃料喷嘴。气态燃料在燃烧空气流流入燃烧器内腔前，通过沿空气进气缝排列的气体注入器供入燃烧空气流中。因此，直接在切向空气进气缝端部形成燃料/空气的混合物。因而，在此项已知的先有技术中，空气进气平面和进气体平面(有孔的平面)是重合的。
沿锥体轴线涡旋的增加，再加上燃烧器出口处横截面的突然扩大，导致燃烧器出口下游在燃烧器轴线上形成回流区，这一回流区可以使火焰稳定。只是在回流区的滞流点才进行点火。
在此已知的先有技术中，沿空气进气缝的气体注入喷嘴所在的位置非常靠近燃烧器出口，并因而也在火焰附近。因此在这些地点的预混段的长度很短，所以，从位于下游的最后一些喷嘴喷入的燃料，与空气的混合很差。由于燃料与空气混合得不好，局部区形成富燃料/空气混合物，它会导致较高的火焰温度和因而导致较高的NOX值。此外，在这些区内作用在燃烧器前部的附加负荷如此之高，以致导致过热以及该处的材料必须用昂贵的锆镀层来防护。
若要求延长沿燃烧器轴线的预混段以便减少NOX的排放，便需要在燃烧器与后续的部分，例如设在燃烧室前面的管之间有一个复杂的过渡段。由于在燃烧器下游产生的流场，在下游部分中或在边缘或在中心带来轴向速度问题。这会导致回火，以致燃烧器不能按此方式工作。
本发明试图克服所有这些缺点。本发明的目的是创造一种双锥体结构形式的燃烧器，这种燃烧器结构简单因而可以廉价地制成，在燃烧器中从位于下游的最后一些气体注入喷嘴喷出的气态燃料与燃烧空气能进行更好的混合，所以与已知的先有技术相比减少了NOX的排放，燃烧器前部所受的热负荷降低，从而可以取消燃烧器前部昂贵的特殊镀层。
按本发明为达到上述目的是通过，在按权利要求1前序部分所述的燃烧器中，部分锥体互相重叠，其中重叠角沿燃烧器的流动方向逐渐增加，并且随着重叠角的增加，燃料注入喷嘴与进入燃烧器的空气进气平面的距离同时增大。因此燃料注入平面与空气进气平面不再重合，燃料注入平面沿燃烧器相对于空气进气平面的位置发生变化。
此外本发明的优点在于，在位于下游的燃料注入喷嘴区域内由于增加了预混段长度，改善了气态燃料与燃烧空气的混合，所以减少了NOX的排放和燃烧器前部的热负荷。此燃烧器的特点在于有稳定的火焰位置和较小的脉动。
尤为合乎目的的做法是，重叠角在锥顶为0°，并连续增加直至燃烧器前部，在这种情况下最大重叠角为90°。
若在锥顶部分锥体没有重叠，就可以如在已知的先有技术中那样，在燃烧器内部在对称轴线上继续达到高的轴向速度。
在附图中借助于一个燃烧器表示本发明的实施例，该燃烧器由两个部分锥体组成。
其中：
图1双锥体燃烧器透视图；
图2按图1的燃烧器沿平面II-II的示意横剖面；
图3按图1的燃烧器沿平面III-III的示意横剖面；
图4按图1的燃烧器沿平面IV-IV的示意横剖面。
图中只表示了为理解本发明为重要的构件。用箭头表示不同介质的流动方向。
下面借助于实施例和图1至4详细说明本发明。
图1在透视图中表示了按本发明的燃烧器。为了更好地理解，最好与图1同时参见在图2至4中的剖面图。
图1的燃烧器由两个空心的部分锥体1、2组成，它们相互错开彼此重叠在一起。部分锥体1、2的各自中轴线3、4互相错开，在两侧按对称形态各提供一个切向的空气进气缝5、6，燃烧空气7通过它们进入燃烧器内腔8。这两个部分锥体1、2各有一个圆柱形起始部分9、10，它们同样互相错开延伸，所以在这一区域也存在着切向空气进气缝5、6。在此圆柱形起始部分9、19中装有一个喷嘴11，用于雾化液态燃料12。燃烧器也可以设计为没有圆柱形的起始部分9、10，所以它设计为单纯的锥形。于是燃料喷嘴11直接安置在锥顶内。这两个部分锥体1、2各有一根燃料导管13、14，导管上制有孔15，这些孔就是燃料注入喷嘴。通过燃料注入喷嘴15使气态燃料16与经切向空气进气缝5、6流入的燃烧空气7混合。
燃烧器在燃烧室一侧17有一个用于固定部分锥体1、2的其上制有一些孔19的前板18，在必要的情况下可通过这些孔19将稀释或冷却空气20供入燃烧室17或其壁的前部。
若使用液态燃料12使燃烧器工作，则液态燃料经喷嘴11喷入，并以锐角喷入燃烧器内腔17，在这种情况下形成一种均匀的燃料喷雾。此锥形的液态燃料剖面23被从切向流入的旋转的燃烧空气流7包围。液态燃料12的浓度沿轴向由于掺和燃烧空气7而不断减小。沿横截面的最佳燃料浓度，只是在涡流分离区亦即在回流区24内才达到。只有在这一地点才形成稳定的火焰前缘25。火焰的稳定通过增加沿锥体轴线在流动方向内的涡旋数达到。现在不再发生燃烧器内部火焰的逆燃。
若燃烧的是气态燃料16，那么与燃烧空气7的混合在空气进气缝5、6内完成。按本发明这两个部分锥体1、2部分重叠，重叠角δ在锥顶为0°(也就是在那里没有重叠)，然后δ角沿流动方向直至燃烧器出口亦即直至前板18不断增大。作为最大的重叠角δ可以为90°。
若两个部分锥体1、2在锥顶或在圆柱形起始部分9、10中的重叠角为0°，也就是说这两个部分锥体1、2在这一区域内不重叠，那么带来的优点是，在燃烧器内部对称轴线上由此可以继续达到一个大的轴向速度。
由于部分锥体1、2壁的重叠使空气流7通道化。
燃料注入喷嘴15按与重叠角δ的变化相同的方式在更靠上游处便错开。因此，空气进气平面21与燃料注入平面22便不再重合。燃料注入平面22沿双锥体燃烧器朝燃烧器前部的方向，改变了它的相对于空气进气平面21的位置到这样的程度，以致始终能获得一个从气态燃料16有关的燃料喷入装置直至空气进气平面21的较长的预混段。
由此达到气态燃料16与燃烧空气7均匀的混合，其结果是导致较低的火焰温度并因而较少的NOX排放。在燃烧器出口区内这种较低的火焰温度还可以降低作用在燃烧器前部材料上的热负荷，并使得本来必须的锆镀层成为多余。
此外，与迄今已知的部分锥体1、2不重叠以及燃料注入平面22与空气进气平面21一致的先有技术相比，则按本发明火焰有更稳定的位置。另有一个优点是，按本发明的燃烧器脉动的倾向也比较小。它的结构设计得非常简单(例如没有复杂的用于加长预混距离的过渡段)，并因而造价很低。
当然，本发明不局限于上面所介绍的实施例。按本发明的方案同样还可以应用于那些由两个以上的部分锥体组成的燃烧器，例如用于所谓的四缝式燃烧器。
                       符号表1    部分锥体2    部分锥体3    1的中轴线4    2的中轴线5    切向空气进气缝6    切向空气进气缝7    燃烧空气8    燃烧器内腔9    1的圆柱形起始部分10   2的圆柱形起始部分11   燃料喷嘴12   液态燃料13   16的燃料导管14   16的燃料导管15   16的燃料注入喷嘴16   气态燃料17   燃烧室18   前板19   孔20   稀释或冷却空气21   空气进气平面22   燃料注入平面23   液态燃料剖面24   流区25   火焰前缘δ   重叠角

Claims (2)

1.燃烧液态(12)和气态燃料(16)的燃烧器，它由至少两个空心的互补成一体的部分锥体(1、2)组成并有切向空气进气缝(5、6)，切向空气进气缝至少确定了一个进入燃烧器的空气进气平面(21)，燃烧器还有气态(16)和液态燃料(12)的供给装置(13、14)，在此燃烧器中，空心的部分锥体(1、2)的中轴线(3、4)沿流动方向有锥形扩张并沿纵向互相错开地延伸，在由部分锥体(1、2)构成的锥形内腔(8)内在燃烧器的头部装有液态燃料(12)的燃料喷嘴(11)，气态燃料的供给装置(13、14)设有燃料注入喷嘴(15)，它们至少确定一个燃料注入平面(22)，其特征为：部分锥体(1、2)至少部分重叠，重叠角(δ)沿燃烧器流动方向逐渐增加，并且随着重叠角(δ)的增加，燃料注入喷嘴(15)距进入燃烧器的空气进气平面(21)的距离也同时增大。
2.按照权利要求1所述的燃烧器，其特征为：重叠角(δ)在锥顶为0°，顺流而下连续增大直至燃烧器前部(18)，其中最大重叠角(δ)为90°。
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