TW546453B - High capacity/low NOx radiant wall burner - Google Patents

Description

546453 五、發明說明（1) 【相關申請案的對照】 按照美國法典第35章119(幻條規定，本申請案主張享 有於2000年9月7日提出之第⑽/ 23〇，952號臨時申請案的優 先權丄：申請案之技術公開部份的全部内容茲以提及方式 併入本木。此外，本案係2 0 0 1年6月4日提出之第 09/874，、383號待決申請案的部份繼續申請案（C-I-P)，於 ^按照美國法典第35章12〇條規定，對其主張享有優先 f另外，本案亦是2001年3月12日提出之第09/803, 808 號申請案的部份繼續申請案，於此按照美國法典第Μ章 120條規定，對其主張享有優先權。該等第〇9/874,38 =第0 9/80 3，808號申請案之技術公開部份的全部内容亦&以 提及方式併入本案。 【發明背景】 發明範疇 本發明係指工業用燃燒器的領域，尤指可經由 對火爐等之壁面常以燃燒器耐火磚構成的圍繞部份加埶， 然後利用這火爐中的輻射而以這些受熱的圍繞部份二’ 熱的輻射式燃燒器。更具體的說，本發明係指藉以提:輛 射式燃燒器之效能以及減低氮氧化物之能力的方田 置。 久叙 習用技藝狀態 降低和/或減少輻射式燃燒器中的氮氧化物，—直曰 個令人希望達成的目標。另外，如何在氮氧化物不增加疋 情況下，卻可增加工業用輻射式燃燒器的熱產生能^，ϋ也

第9頁 546453 五、發明說明（2) U^ ί所希望達成的目標。已知輻射式燃燒器係使用 二：吸'丨空氣流所產生的-次預混合物，但習用的 ϋΓ二此、、、法生產含量約低於總燃料8 〇%以下的燃料/空氣 &=二^ ^孩等預混合物是在高溫下燃燒，以致產生過量 箱：：你七f其它的污染物。此外，因為-次燃料/空氣 途，例如將煙道氣;份燃料，所以可供用於它 式，以便在初始辦,4門一次預混合物屬於貧燃料 声，知古士旦μ二、几肩間有大$的空氣可用以降低燃燒溫 孝界也需要且；^ ^1預此a ，精以進一步降低燃燒溫度。 ΐ=:ΪΓ大熱產生能力的輕射式燃燒器。 本發明係提供一種古At 總成，據以解決前述：；b:低虱氧化物輻射式燃燒器 裝，其中-次燃料/空°，問二並人，強輻射式議 士以往所可能想到更言;'二/入勿具有比熟悉本項技藝人 發明的燃燒器也能產和更低的燃料含量。本 的概念及原理，所提供的依據本發明 個具有隔開之入口及出口浐的，此田，式燃燒器包括一 器管件結構。該導管適於;^ 3器導管構成的燃燒 準備燃燒之總流體燃料的一二彳八二’ f其全長而將一種由 體混合物從入口端輪送到出“:。以^ 第10頁 546453

燃燒器喷嘴，㉟噴嘴具有—中間軸線，—道繞著_居 室延伸的壁面’和一個與導管出口端隔開的下游端。主： ，器喷嘴係設成和適於可將導管送來的貧燃料式燃料/空、' 氣此合物谷置在隔室内，再經由壁面上所設的若干孔口， 使該混合物朝著—個橫斷軸線的方向，和以—個大 混合物之火焰速率的速度，在無實質回流與壓降極小條 :巧向流入燃燒區。㈣孔口繞著壁面分佈，據以使經 忒等孔口導入燃燒區的混合物大致屬於一個圓平

形式，該型樣係與喷嘴分離，並圍繞壁面，並往外延伸越 過一燃燒器耐火磚的輻射表面。貧燃料式氣體混合物最好 包括輸送到火爐内之總燃料燃燒所需的全部氧氣。 本發明的燃燒器亦包括一個大致朝著與喷嘴軸線平行 之方向延伸的長形燃料管件。該燃料管件具有一個下游端 j ,在戎燃料官件下游端部上設有一個二次燃料喷嘴，該 二次燃料喷嘴包括至少一個二次燃料通孔。各通孔係位在 和設成能將二次燃料輸送到圓平型樣與輻射表面相對的對 側上，且與燃燒區相隔夠遠的一個位置，以便使二次燃料 可在進入燃燒區之前先與煙道氣掺混。 依據本發明，該長形揪袓戽从π, 面，二次燃料通孔各可= 位在主燃料喷嘴外

方向能讓至少-部份二次二次燃料的速度及 位置。或*，該長形燃料管=而抵達前綱當 其下游端伸出’以便將二次燃料 二過主燃料喷嘴广從 樣與輻射表面相對之對側上的1個位=出到燃料/空氣型

546453 五 、發明說明（4) ' ~ ' -- 該燃燒器官件結構較佳包括一支使用氣體燃々吸 弓丨空氣流，據以產生貧燃料式燃料/空氣混合物的' /;L 管。該混合物最好包括一種氣體燃料與空氣的、、曰、文 ^ A匕/Wn 〇 在本發明的另一形式中，燃燒器管件結構可勺 + 支設成可供平行流動的文氏管，各該文氏管適於^ #右。 使用氣體燃料流來吸引空氣流，據以產生該混合二3 Ζ 種超貧燃料式燃料與空氣混合物。 胃卞一 =依本發明構成的高能率/低氮氧化物輻射 Ϊϊΐί 可供安裝在傲入一火爐壁面之燃燒器耐 、磚二/、一燃燒區鄰接的中間通道内的長形噴嘴裝置。 ^磚較佳具有一個圍繞住該通道並位在燃燒區鄰接處的 射表面。喷嘴裝置可包括一長形燃燒器管件，該管件包J :個設成延伸穿過通道的長形下游部，和一長形上游部， =:游及上游部各具有設於中間的縱向延伸軸線。噴嘴聿 可包括二燃料/空氣混合物供應系統，用以提供一種又 广燃燒，管件内的貧燃料式可燃燃料/空氣混合物 系、统：:: Γ上游部的一個上游端被連接成與燃料供應 供容置貧燃料式可燃燃料/空氣混 空氣混：：：“；；： =便使貧燃料式可 下游端。 /、而k上游端流到燃燒器管件之下游部的

本發明的喷嘴,番A 射表面鄰接之下游部=Z包括一個設在燃燒器管件與輻 個與燃燒器管件下游j 了游端的主喷嘴，該主喷嘴具有— 下游立而保持流體相通的内隔室， 546453 五、發明說明（5) 以供容置沿著該管件流過來的貧燃料式町燃燃料/空氣混 合物。主喷嘴係被安排和設成讓隔室内的燃料/空氣混合 物轉向，並使其朝著燃燒器管件下游部的軸線徑向往外的 方向流入燃燒區和大致越過輻射表面。主喷嘴設有一道繞 著隔室延伸的壁面，在該壁面則設有一連串徑向延伸的開 孔。该專開孔係安排和設成能朝著徑向而以超過可燃燃料 /空氣混合物之火焰速率的初始速度，和以一個實質徑向 圍住喷嘴的圓形型樣配送該混合物，據以在該混合物燃燒 時即產生一分離的圓形火焰。最後，燃燒器總成較佳包括 一個二次燃料噴嘴系統，該系統包括一個從燃燒器管件下 游部縱向延伸和具有至少一個燃氣通孔的長形燃料管件 該通孔 燒區與 成由燃 到燃燒 依 系統包 體燃料 通並設 出流體 燃燒器 設成可 導入燃 在 料流導送到火爐内的燃 個位置。該二次燃料構 二次燃料喷嘴系統提供 Ο 燒器的燃料/空氣供應 一個可連接到一加壓流 成與該入口保持流體相 持流體相通之空間而射 大致為鐘形並被安裝在 。該鐘形接頭具有一個 之帶來的空氣，並將其 之上游和下游二部的軸 一 ^ ^ ^ ^ m 輻射表面相對之對側上的一 料/空氣混合物供應系統與二 區之總燃料相當大的一部份 據本發明的一較佳形式，燃 括噴射器，該噴射器設有 ::燃料入口，一個被連接 揪祖經由一個與一空氣源保 燃料的流體燃料噴管， f部之上游端的接頭 出之流體燃料和隨 k 官件的上游端。 本發明的^一 ^ I式中，燃燒器

五、發明說明（6) 線係疊置，以致燃燒器管件實質 燃燒器管件與喷射器實質沿 等I。是以，主嘴嘴、 另-形式t，亡游部的抽線可設】在本發明的 角度，以致主噴嘴與燃燒器管件 / ΰ的軸線保持一 的軸線實質對齊，噴射器與燃燒器管侔=设，沿著下游部 著上游部的軸線實質對齊。 9上游部則設成沿 在本發明的一形式Φ， 外面。就這形式而t，二次燃料； = 在”嘴 在主喷嘴外面的長形燃料管件。二次燃料二包括若干位 佳配置和設成能使至少一邱— “、、/斗官件的各通孔較 口物型樣而不燃燒地抵達火爐中的意 卫乳此 在本發明的另一形式中，主喷 口的端蓋，其中燃料管件延伸穿。括㈤具有-孔 蓋孔口伸A。燃料管件下游部的則:至’其下游部則從端 鄰接處。燃料管件的下游部較佳設有中意欲位置的 的意欲位置則可圍繞該燃料管件的下游：Y ，而火爐中 依據本發明的概念及原理’輻射表面實質可為平整狀 或杯形。相對於隔室，端蓋較佳係為凸形。 b在本發明的又一形式中，二次燃料噴嘴延伸穿過主喷 嘴，有個排放器用來預混合一次燃料/空氣混合物，二次 燃料系統較佳被女排成繞過排放器。如前所述般將燃燒器 管件之上游和下游部的軸線設成彼此保持一角度，即可達 成此舉。或者，二次燃料系統可包括_個延伸穿過燃燒器 管件下游部之壁面的管件區段，該區段係被連接成與燃料 第14頁 546453 五、發明說明（7) 管件的上游端保持流體相通 在本發明的一較佳形式中， 干朝著實質與燃燒管件下游部軸線 行：：：：括若 個設在隔室内並具有燃燒器最好包括一 :鐘形部在與壁面的鄰接處具有—個；：：：：J板。 外，狹孔具有-上游端和-下游端，另：。此 比，鐘形部外緣的位置較接近狹孔的上游 ^端相 下游端之距離的 止在隔室内形宜朝著流體流動的方向偏斜，以防 在本發明的一較佳形式中，該、 系統及二次燃料系統宜被安排成二二、^、、二曰氣此a物供應 燒區之總燃料的約20%以上，㈣交佳人為1 料里1成提供給燃 少賴遍時更佳。在本發-上 燃料/空氣混合物離開狹孔的速度與混 ―: 間的關係係被設成讓分離火焰上游頂端的位置與噴速嘴辜相之 約1至3吋之間，以確使輻射式耐火磚均勻受熱了 、 m 依據本發明的另一較佳方面，當燃哭典 一個使下游部與上游部互相連接的彎曲部，二次辦料 可包括一個延伸穿過燃燒器管件彎曲部之壁面的管件區 m 第15頁 546453

五、發明說明（8) Γ Lt區段被連接成與燃料件的切端保持流體相 ί;=Γ非是讓管件區；；燃料管件實質沿著燃燒管 件下游口ρ的軸線延伸，而排放器則偏置一 V> ^ 4,L 用度。以此種方 次燃料系統即繞過-次燃料/空氣混合物的排 放器’以致減小燃燒器的縱向總尺寸。 進一步提供一種操作高能率/低氮氧化物輻射 式燃燒器的方法。該方法包括：（1)將—種由準備燃燒之 總流體燃料的一部份及空氣構成的貧燃料式可燃混合物從 一個具有中間軸線的長形喷嘴朝徑向輪送到一個採^圍繞 壁面的圓平型樣來圍繞該喷嘴的燃燒區，同時該混合物ς 成分係設成在該混合物離開喷嘴時，其火焰速率低於其速 度，而燃燒區則是在一輻射面的鄰接處；（2)點燃該混合 物而產生一種朝徑向圍繞喷嘴和位在輻射表面鄰接處的圓 平分離火焰；和（3 )從火焰與輻射表面相對的對側上，且 與該火焰相隔夠遠的一個位置，提供二次燃料的供料源， 以便使二次燃料可在進入該火焰之前先與煙道氣摻混。 更具體的洗’该方法較佳包括：（1 )提供一種貧燃料 式可燃燃料/空氣混合物；（2)致使該燃料/空氣混合物以 一個實質朝徑向圍繞住主噴嘴的圓形型樣從主喷嘴往外流 出’再流入燃燒區和大致越過輻射表面；（3 )致使燃料/空 氣混合物以一個超過該混合物火焰速率的初始速度從主嘴 嘴往外流出，據以在該混合物燃燒時產生一個分離的圓火 焰；和（4)在火爐中的燃燒區與輻射表面相對之對侧上的 一個位置提供二次燃料，該二次燃料構成由燃料/空氣混

第16頁 546453 五、發明說明（9) 合物供應系統及二次錄 相當大的一部份。“、、枓噴噹糸統提供給燃燒區之總燃料 依據本發明，-4 料的約20%以上，但一如_人杜”；；料量宜構成提供給燃燒區之總燃 60%時更佳。 乂土為至少約30%，若為至少約50%至 在本發明的一形彳 型樣對侧的一個位置\田二X燃料係從—次燃料/空氣 料噴嘴而提供。或者：吏？「個延伸穿過主喷嘴的二次燃 、古廿你甘丁 V /者一—人燃料係從使用一個射出嬅料斛 /瓜並使其不燃燒地貫穿 ®从科射 供。 貝牙型樣的二次燃料噴嘴的位置而提 【圖式簡單說明】 “圖1所7^者係具體實現本發明之概念及原理和相關 種低氮氧化物輕射式燒燒器的側視圖，“目二 有部Γ呈疋剖=所示燃燒器之某些重要組件的侧視圖，其中 圖3疋:著圖2中線3 — 3所截取的剖面圖； 圖4所不者係具體實現本發明之概念及原理和相 件的另-種低氮氧化物輕射式燒燒 圖關配 份呈剖面； 異中有部 圖5是沿著圖2中線5-5所截取的剖面圖； 圖6疋與圖5相似的一視圖，差別在於主喷 有略為不同的形狀； 〈、蓋具 圖7是圖6中圈出部份的放大細部圖；

第17頁 546453 五、發明說明（ίο) 圖8是與圖7類似的細部 置； 圖’差別在於狹孔入口處的配 圖9所示者係具體實現 件的再一種低氮氧化物輻射★明之概念及原理和相關配 份呈剖面； 、x繞燒器的侧視圖，其中有部 圖1 0所示者係具體實 件的又一種低氮氧化物輕;ί發明之概念及原理和相關配 份呈剖面； Θ、式燒燒器的侧視圖，其中有部 圖11係一放大剖面圖， 一 ^ ^ ^ ^ u 共中顯示出可用於本發明久在舌 實施例之一次燃料喷嘴的下游告· 个i a各種 圖1 2所示者係具體眘 P， 燒器示意圖； 、 發明之概念及原理的一種燃 圖1 3係一示音® 、 理； 心… 用以顯示出圖1之燃燒器的操作原 件的另一種低ί，具體實現本發明之概念及原理和相關配 氧化物輻射式燒燒器的側視圖； 及：：一Γ意目’用以顯示出具體實現本發明之概念 及原理的另一燃燒器的操作原理； 圖1 β係一放大南1 τ¥» Θ 4+ 次燃料輸送噴管盘ϋ =其中顯示出圖9之燃燒器的一 Jg, 1 7 、 /、 火九、：料輸送系統的細節；和 m!:疋圖10中圈出部份的放大細部圖。 【較佳實施例詳細說明】 太菸11明提供一種高能率/低氮氧化物輻射式燃燒器。 不發明的一個舌科七μ 重點在於所提供的一種高能率/低氮氧化物

546453 五、發明說明（11)

輻射式燃燒器係使用一種貧燃料式燃料/空氣混合物作為 一次火焰的燃料。貧燃料式一次燃料/空氣混合物由於燃 燒慢和燃燒速率低’因而至少在改善調節比方面盡到一部 伤助力。另外’該等混合物亦可降低，甚或完全消除常會 增加氮氧化物之產量的二次空氣的需求。然而，較貧的燃 料/空氣燃燒混合物易於減低主燃燒器的整體能力，以致 過去認為喷嘴外徑約為5· 5吋的該等燃燒器，其最高可能 能力應不超過1· 2 MMBtu/小時。不過，依據本發明，通常 可在不對氮氧化物產率造成不良影響的情況下達到約2 · 〇 MMBtu/小時以上的能力。事實上，以本發明的燃燒器用於 達到高產率時，往往已改善氮氧化物量。因為能力增加和 $焰速率減低，本發明的燃燒器縱使在燃料以氫氣為主的 情況下，也能對輻射耐火磚提供均勻的加熱，並降低產生 回火的趨勢。就此而言，燃燒器所採用的燃料型式並無嚴 格限制。依據本發明的概念與原理，燃燒器可跟任一種類 的商用可燃式流體燃料或燃料混合物合用，包括但不侷限 於天然氟、氫氣、天燃氣與氫氣的混合物等。

圖1所示者係以本發明之概念及原理為基礎而具體實 現的一種燃燒器20。該燃燒器20宜包括一個設有一長形燃 燒器官件2 4的長形喷嘴裝置2 2，一主燃燒器喷嘴2 6，一二 一人燃料系統2 8，和一燃料/空氣混合物供應系統3 0，該供 應系統宜將一種貧燃料式一次可燃燃料/空氣混合物提供 給燃燒器管件24，以便輸送到喷嘴26，最後再分配到一個 大致朝徑向圍繞住喷嘴26的燃燒區32。至少有一部份如圖

第19頁 546453 、發明說明（12) 1所不，燃燒器2 0亦可包括一些與工業用燃燒器相關的習 T、、且件’例如/肖音器3 4、風門3 6和包括進氣口 4 〇在内的燃 氣歧&瓜置3 8，以便從供應源（圖中未顯示）和燃料供應管 $ 3 9接收一種較佳為氣體燃料的流體，並將其輸送到燃燒 2 0。為求方便，二次系統2 §亦可如所示般連接到進氣口 4〇 °氣體燃料較佳為天然氣或天然氣與氫氣混合物。 提供一導管以便將一股貧燃料式燃料與空氣混合物從 供應系統30導至噴嘴26的燃燒器管件24，如圖1所示，包 括一長形上游部4 2及一長形下游部4 4。該等部位4 2及4 4分 別具有沿著本身縱長延伸的中間軸線46和48。下游部44設 成貫穿一中間通道54，該通道則設在火爐等之類壁面58所 配置的燃燒器耐火磚56中。 耐火磚5 6具有圍繞住通道5 4並與燃燒區3 2鄰接的輻射 表面60，以便可由運轉期間在燃燒區32發生的燃燒予以加 熱。如圖1所示，表面6 0實質平整，但舉凡熟悉本項技藝 之人士均知亦可採用其它形狀。因此，從圖1可以看出， 主喷嘴26係位在下游部44與輻射表面60鄰接的下游端52。 請再參閱圖1，其中可看出燃燒器管件24較佳包括一 個使部位4 2和4 4互相連接的彎曲部（肘管）6 2。因此，軸線 4 6、4 8彼此設成保持一角度，使噴嘴2 6和下游部4 4沿著軸 線48對齊，而上游部42與供應系統30則沿著軸線46對齊。 從圖2可以看出，喷嘴2 6設有一個向内彎曲和大致為 喇9\形的端蓋6 4，該端蓋則具有一個位在中間的孔口 6 6。 喷嘴26亦包括一道繞著其周邊延伸的壁面68。是以，端蓋

第20頁 546453 五、發明說明（13) 6 4及壁面6 8在喷嘴2 6内部界定出一個隔室7 〇，該隔室與燃 燒器管件24之下游部44的下游端52保持流通相通，以便容 置從燃燒器管件24送來的貧燃料式燃料/空氣混合物。如 圖2所示，相對於隔室7〇，端蓋64係為凸形。是以，喷嘴 26係被設成與安排成實質無回流的讓貧燃料式一次燃料/ 空氣混合物轉向，並使其朝著軸線48徑向往外的方向從 嘴26往外流出。於是，該一次混合物便流入燃燒區32和越 過輻射表面60。為此，喷嘴26設有沿著圓周延伸的一 開孔72，該等開孔較佳係為軸向延伸的細長狹孔。如圖/ 所示，這些朝冑實冑與軸線48保持平行之方向延伸的 :孔7 2太？佳係由一連串沿著圓周分隔的桿狀部7 4界定而 ,R , ^ ,貝枝重要的應用中，喷嘴26較佳為外徑 、、、勺5· 5吋的固柱形。桿狀部以朝著徑向 隔室70的内徑約為4· 5吋。喰 二丁見 U致 該狹孔則長和0.055;寬喷有^ 尺寸等對現有的一種岸二ί刖f:容而言，雖然這些 的尺寸並非本發明的；、女':但，瞭解，喷嘴及狹孔 嘴口徑大體是受現有噴嘴：！ G用為例，喷 小與形狀則受火燐能力及嫉=^、、限制，而狹孔的大 若建造新爐時便2燃：：各:員特性與參數的限制。 於狹孔的大小與形狀，、口徑也無特別的限制。關 合物之火焰速率的排出、♦、、 耠仏個超過該混 成可讓輻射表面均勻受埶二：：：的火焰上游端定位 …、舉凡燕悉本項技藝之人士均 546453

知，最合宜的尺__Γ、 項特性與參數，火焯：;重=:而疋’例如可用燃料的各 物的總容積。、结加；” ’和-次燃料/空氣混合 口禾，任一特定應用的狹孔 =定，以便讓厂聖降和喷嘴内存有回流區的情形減H 經 76，二二包括-段利用接頭78連接的管件 ，、』、，工甶肘官62進入管件24。在管件24内部，其放 2相1被ΐΪί Ϊ:長形二次燃料管件8°的上游端保持L 才 口…、枓吕件則是沿著軸線48從管件24的下游部44朝 縱向延伸而成。如圖2所示，燃料管件80延伸穿過朝

70，並具有一個從端蓋64之孔口66穿出的下游端82。嘖夂 閱圖11，&圖中可看出端部82設有—個以上的通㈣，二 便將一次燃料流往外導入火爐内的空間。管件8〇亦可設有 内孔8 5據以控制二次燃料的流動，該二次燃料則宜構 成供應給燃燒區之總燃料相當大的一部份。

現請參閱圖5，圖中可看出燃燒器總成2 2宜包括一個 安瓜在喷嘴2 6之隔室7 〇内的擋板8 4。擋板8 4可設有一連串 襟片86(圖中僅顯示出一個），該等襟片可用熔接之類方式 固接到壁面6 8的内表面8 8，以致使擋板8 4正確置於中間和 安善定位。擋板8 4較佳具有一鐘形下游部8 9，該鐘形部的 環周延伸外緣9 0則位在壁面β 8之内表面8 8的鄰接處。狹孔 72宜各具有一上游端92和一下游端94，而擋板84的軸線部 位則宜設成若與下游端9 4相比，外緣9 0較接近上游端9 2。 外緣90的位置最好是在上游端92到下游端94之距離的約

第22頁 五 、發明說明（15) 1/4處。也就是說，杏 緣90的位置好户， 時’以軸向為準，外 90的軸t t 狹孔72的上游端92相隔半吋。就外緣 是有舉凡熟悉本項技藝之人士均知這也不 置屬』能ί】Ϊ !的重要限制。尸、要外緣9〇的最佳軸向位 那個位^即^ :發展出回流區這兩者的情形減至最低的 氏管ί :Γ上氣混/物供應系統30可以是習用喷射器或文 —個盥一二^诉;包括一個一次喷嘴或喷管96，以便經由 ϋ &二工軋，原和—文氏管鐘形入口（inlet bell) 1〇〇相 戶it二=f98而將氣體射流射出。這些組件係被安裳在圖1 =音器3““里面，因而看不見。然 口 ;中顯示出喷管96、空間98和鐘形入口1〇 τ η 燒器2“剩 。 圖17 也顯示 出一適當喷管 96 的細公， 39(夫1包括一個被連接到燃料供應管線 ( >閱圖1)的内燃料隔室118，和若干，但以三個為較佳 、噴射孔120 :可在噴管96之端板1 21鑽出的該等噴射孔 12 0」其，大小係設成能對喷嘴26提供適當的流率為原則。 噴官9 6係被連接到一壓縮氣體供應處，經由噴射孔1 2 〇和 空間98射出該氣體，並在空間98内夾帶空氣。燃氣與夾帶 的空氣係朝著一個大致與軸線46保持平行的方向噴射。$ 自燃氣的動能提供了用以將周圍燃燒空氣吸入鐘形入口 1 0 0和流過燃燒器之文氏管區段的能量。接著，較佳為貧 燃料式的這種燃料與夾帶空氣混合物流進並由鐘形入口 1 0 0之口部9 9的開口端予以容置。

546453 五、發明說明（16) 芦射：Ϊ二管件的上游部42可包括—文氏管喉部50與-=^叩邓2。鐘形入口丨〇 〇係設計成能對從空間g 8流入文 s侯部5 0的燃燒空氣提供一個平滑均勻的流動路徑。正 =位在釦形入口 1 0 0下游的文氏管喉部5 0，實質係由一直 二件構成。該管件的設計參數，尤其是長度及直徑，因為 二氣的吸入性能上扮演重要的角色，所以彳艮重要。 ^管喉部50的下游端係被固接到漫射器52。漫射器52較 ^採用長錐形剖面的形式，以便從喉部5〇到長半徑肘管Μ 提供漸，=轉變。長半徑肘管62具有二種功能。第一，它 使文氏I旎偏置，因而方便地定位二次燃料系統2 8，以繞 過文氏I喉部區段5 〇。相較於沿著喉部中心線設置二次燃 $升流管的設計，這種設計組態顯著改善了空氣吸入性 二。另外’這種設計也增進燃燒空氣的吸入性能，致使火 ^溫度降低’從而顯著減低氮氧化物的排放量。其次，肘 管提供一種減低燃燒器總長的方法。在許多應用中，燃 $堯器總長受到火爐空間的限制。採用各種不同角度的肘 吕’此使設計符合特定的客戶需求。可以屬於具有特定長 度之官件形式的下游部4 4，係被固接到肘管的下游端。當 空氣/燃料混合物從長半徑肘管流出時，這空氣/燃料混合 物的流動型樣即高度偏斜。下游部44使氣體在進入燃燒器 喷嘴2 6之如’能讓其流動型樣變成均勻分佈。這種通過燃 燒器喷嘴的均勻流動分佈是促成良好火焰品質的重要因 素。 運作時，與擋板84相關的狹孔72，便朝著徑向而以超

第24頁 546453 五、發明說明（17) 過貧燃料式一次燃料/空氣混合物之火焰速率的初始速 度，在實質無回流和壓降減至最低的情況下配送該混合 物。取決於狹孔所提供的總流動面積，燃料/空氣混合物 的總流動容積，和該混合物的壓力，這種合意的火焰速率 條件可憑經驗確定。狹孔72也被安排成可將一次燃料/空 氣混合物從喷嘴2 6徑向往外導送，以便在燃燒區3 2中形成 一個徑向圍住喷嘴26的圓形型樣102。經由狹孔72配送的 貧燃料式一次燃料/空氣混合物，在燃燃區3 2中所占的份 量，較佳係低於準備燃燒之總燃料的80%，約低於7〇%時為 更佳。另在理想的情況下，貧燃料式一次燃料/空氣混合 物在燃燒區3 2中所占的份量，約可低於準備燃燒之總燃料 的5 0 %。因為這混合物的初始速度，結果在燃燒時，圓形 型樣1 0 2所提供的火焰較佳係與喷嘴2 6分開，且其最上游 端1 04的位置宜與噴嘴26相隔約1到3吋之間。 在一次燃料/空氣混合物從喷嘴26徑向導送的同時， 通過從喷嘴2 6之端蓋6 4軸向伸出的管件8 〇之下游端8 2的二 次燃料’則由通孔83導送到一個鄰接位置1〇6，該位置在 火爐係圍繞住燃料管8 〇的下游端8 2，但是在型樣1 〇 2的下 游和輕射表面60的對側。這流向即為圖13中以箭頭1〇8所 :者。，燃料循環通過遠離燃燒區3 2的火爐空間時，即夾 常煙道氣，最後再回到一次燃燒區3 2，並於該處開始進行 ，燒反應。這夾帶即為箭頭11 0所示者。存有夾帶煙道氣 日守’即可促使火焰溫度降低，因而連帶減低氮氧化物的生 產依據本务明’二次燃料宜占供應給燃燒區之總燃料的

第25頁 546453 五、發明說明（18) 20%以上’若為至少3〇%更佳，最好是5〇%至6〇%以上。 圖6中顯示出一種具有另一形狀的端蓋丨64。該端蓋 1 6 4大體為錐形形狀。除了端蓋1 6 4的形狀及其尺寸外，圖 6中的喷嘴126實質與圖5中的喷嘴26相同。在本發明的另 一極重要的應用中，喷嘴1 2 6宜為外徑約3. 3 7 5吋的圓柱 形。桿狀部1 7 4朝著徑向約為1 / 4吋寬，以致隔室1 7 0的内 徑約為2 · 8 7 5吋。喷嘴1 2 6可有大約6 〇個狹孔，各該狹孔約 2吋長和0 · 0 5 8吋寬。 在圖5和圖6這二圖中，所示之狹孔7 2、1 7 2的上游端 表面92、192係為扁平狀，並位在一個與壁面68、168實質 保持垂直的平面上。或者，如圖8所示，這些端表面可朝 著流體流向偏斜，其中該等斜端表面係以參照號碼2 9 2表 示。這些斜表面292有助於在隔室70中防止形成回流區。 同樣地，請參閱圖3，桿狀部7 4的内緣11 2宜弄圓，如此亦 有助於在隔室7 0中防止形成回流區。 因此，主燃燒器喷嘴2 6包括一連串狹孔，使可燃空氣 /燃料混合物朝著大致與火爐壁面保持平行的徑向，以噴 嘴2 6中實質無回流和僅有極小壓降的情況，從燃燒器噴嘴 2 6流出和越過輕射表面6 〇。舉凡熟悉本項技藝之人士均可 將該等狹孔的寬度、深度和長度予以最佳化，從而提供燃 燒器規定燃燒能力所需的出口面積，同時確保燃燒器運作 時不會產生回火。設在燃燒器噴嘴26内的内擋板84，係以 一種能在燃燒器噴嘴26内防止形成回流區的方式協助空氣 /燃料混合物轉向。這種防止在燃燒器喷嘴2 6附近形成回

546453 五、發明說明（19)

流區的作法，因為有助於使一次火焰與燃燒器噴嘴2 6分 離，連帶有助於減低氮氧化物排放量，所以报重要。一次 火焰與主燃燒器喷嘴26分離時，可讓更多的爐内氣體被夾 f到火焰中。此舉導致火焰溫度的降低，因而減低氮氧化 物的排放量。如美國第4, 7〇2, 691號專利案即揭示與擋板 8 4類似的内招板。然而，依本發明的原理及概念，内擋板 84的用法不同。也就是說，擋板84的用法是將喷嘴“中的 J =和存有回流區的情形減至最低，據以減少經由燃燒器 喷^26吸入空氣/燃料混合物所需的能量。因此，整體設 計提供一種能吸入更多燃燒空氣而產生較貧乏一次空氣/ 物的燃燒11喷嘴與排放器系統。該種較貧乏空氣 1枓〜合物則可降低焰溫度，連帶減低氮氧化物排放 便 排放量 對側的 下游區 段燃料 流管的 分隔的 進入^一 爐内煙 排放量 主燃燒 用前述的分 。分段燃料 一個位置。 段中心和喷 噴嘴從燃燒 $孔較佳被 &置射出分 次火焰之前 道氣的混合 it確的射 區相隔一段 段燃料 係被輸 利用一 嘴的升 器喷嘴 設計成 段燃料 先與其 ，可降 出角度 足可夾 概念，更 送到火爐 支插過文 流管，便 之端板的 能從一個 。分段燃 混合。燃 低火焰溫 並不重要 帶相當數 可進一 中的燃 氏管肘 可讓燃 中心伸 與火爐 料係在 燒前的 度，連 ’只要 量之氮 步減低氮 燒區輕射 管區段， 料分段。 出。分段 壁面及一 爐内氣體 這種分段 帶減低氮 能使二次 氧化物的 氧化為 耐火z 燃壤c 有個$ 燃料$ 次火4 被夾$ 燃料| 氧化4 燃料| 時間：

第27頁

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從而減低爐内氣體I1 ^ P & π π 即可。實務上，二次燃料可用一個從 θα + α内或與其保持平行之角度離開升流管。 圖4所不者倍佑姑士 v ^ ^ Ab 节依據本發明之概念及原理而具體實現的 另一種南月匕率/低氣备儿i .9〇 ^ Pa ΛΑ 虱虱化物輻射式燃燒器220。燃燒器220 與20之間的唯一番士笔口丨丄 ^ β 大差別在於燃燒器管件2 4 a的上游部4 2 a 疋1主^而^錐开）。此外，喷嘴2 6 a設有一連串孔口 11 4， 加向：!送之一次貧燃料式燃料/空氣混合物的流動 Γ二2示本發明之燃燒器與具有凹形或杯形輻射 表面60a之耐火磚56a合用的情形。

圖9所示者係依據本發明之概念及原理而具體現的 =齊 a麂器官件24b為直管。於此種愔讶下， 二次燃料系統28b包括一個從噴管96b延伸穿 ==段76,。圖16所示者即為喷管961)與=段 19Π,兮公相通噴e96bδ又有若干一次燃料射出通 :上：:9§=通孔係在一個可將空氣流引入鐘形接頭· 之上游知99b的位置排成圍繞住管件區段76b的上 76b’。管件區段76b係被連接到二次燃料管件8()b

則具有一個設置若干通孔83b的下游部82b。該等= 可將二次燃料輸送到燃燒區32b與輻射表面6〇b相 上的一個位置。這實施例就功能而言完全可運作， 點在於官件區段76b延伸穿過喷射器的喉部，因而減少/其、

546453 、發明說明（21) 流動面積。結果，如前所述，喷射器引入空氣流的能力就 減低’因而以這實施例較難產生超貧燃料式預混合料。

圖1 0所示者係依據本發明之概念及原理而具體實現的 又一種南能率/低氮氧化物輻射式燃燒器42〇。在這燃燒器 420中’就像如圖9所示的燃燒器32〇，燃燒器管件24c的上 游部4 2 c係沿著軸向與下游部4 4 c對齊。也就是說，軸線 46c和48c係疊置，燃燒器管件24c為直管，而主喷嘴26c、 燃燒器管件24c、鐘形接頭1〇(^以及喷管96c實質沿著疊置 ，，線46c及48c對齊。為此，系統28c包括一個設在燃燒 器官件2 4 c之上游部4 2 c外面的二次燃料管件區段7 6 c。如 圖1 0所不，管件區段76C可包括一直線段丨丨6和一彎角段 11 8。彎角段11 8設成與直線段丨丨6保持一角度，並延伸穿 過下游部4 4 c的壁面1 2 0。彎角段11 8的下游端（在圖丨〇中未 顯不）係被連接成與二次燃料管件8 〇c保持流體相通。管件 8jc係與圖11所示的管件8〇相同。關於前述内容應注意的 疋’圖1中之燃燒器2 〇和圖4中之燃燒器2 2 〇的二次燃料系 統28和28a也分別完全繞過喷射器系統而消除圖9中之燃燒 器320的缺點。 圖1 2所示的裝置，與圖1 〇所示燃燒器4 2 〇的裝置相 似。在圖1 2的燃燒器裝置中，二次燃料系統28d包括若干 繞過上游部42d的區段76d。該等區段76d各包括直線段 11 6d與彎角段11 8d。如圖1 2所示，彎角段j i 8d延伸穿過下 游部4jd的壁面120d，彎角段U8d的下游端U8d，係被連接 成與管件80d的上游端保持流體相通，該管件的下游端82d

第29頁 546453 則延伸穿過噴嘴26d與端蓋64(1。 圖^ f不者係依據本發明之概念及原理而具體實現的 另一種高能率=低氮氧化物輻射式燃燒器520。該燃燒器 5 2 0在/斤有&功能方面可與圖1的燃燒器2 〇實質相同，唯一的 $ 疋將貝燃料式一次可燃燃料/空氣混合物提供給燃燒 吕件24e以便輪送到噴嘴266，最後再分配至燃燒區32e 的燃料/空氣混合物供應系統3 〇 e，其可包括一個以上的上 =喷射或文氏管95^。可跟燃燒器52〇合用的這種多文氏 吕系統在與本案同時提出的第09/874, 383號專利申請案中 =有詳細說明，並可包括各種文氏管。也就是說，可經結

合而共同將一次燃料/空氣混合物輸送到可以是集流器形 式之下游部44e的文氏管，其數量可以是2、3、4甚或8支 以上’且其正碟數量僅受使用燃燒器之空間的實際尺寸所 限制。原則上’多文氏管的使用只要能縮短整體系統的長 ，和生產超貧乏一次燃料/空氣混合物即可。另應注意的 疋’在燃燒器52 0中，設於中間的二次燃料系統28e完全繞 過文氏管95e。

圖所示者係依據本發明之概念及原理而具體實現的 再=種向能率/低氮氧化物輻射式燃燒器620，其中二次燃 料系統28f的長形燃料管件80f係設在喷嘴26f外面。各管 f 8 〇 f的下游端部8 2 f與圖1 1所示的端部8 2相似。也就是 =丄各端部82f可設有一個以上通孔83f，該等通孔被設計 /、定位成至少能將一部份的二次燃料輸送到一個位於火爐 内仁在噴嘴2 6 f以配合圖1之燃燒器2 〇所述方式產生的型

第30頁 546453 五、發明說明（23) 樣1_〇 2 f下游處，且在該型樣1 0 2 f與輻射表面（在圖1 5中未 ，示）相對之對側上的一個位置1〇6f。二次燃料係以能使 朝適當方向和以充分速度輸送，以致不燃燒地貫穿型樣 i〇2f，從而可在不燃燒狀況下達到位置l〇6f的方式，由通 孔83f輪送到該位置1〇6f。這種貫穿流即為圖15中以箭頭 l〇8f所示者。當燃料循環通過遠離燃燒區32f但與位置 1 0 6 f，接的火爐空間時，即夾帶煙道氣，最後再回到一次 燃燒區32f，並於該處開始進行燃燒反應。這夾帶即為箭 頭11 Of所示者。分段燃料升流管較佳係被設計成能以範圍 在2至15 psig的壓力，和從水平開始的一個角度將分段燃 料射入火爐内。射入的燃料有一部份會一人 但相當大-部份則是穿過一次火焰封包和進入火一 次火焰的下游，並於該處與爐内氣體混合後，再被夾帶到 一次火焰内。如美國第5, 18〇, 3〇2號專利案所揭示的習用 類似外接二次燃料噴嘴屬於開口式管件，而二次燃氣僅與 -人火=此合。但在這種情況下，二次氣體係由通孔 仔細計量，並由燃料壓力予以加速度，使一次火焰 穿情形。 簡，言之，本發明提供一種高能率/低氮氧化物和部 份預混&的分段燃料燃燒器。該燃燒器較佳包括一個最佳 ΐ的上氏Λ區，，目而能充分將一種貧燃料式預混合的燃 枓/二軋此δ物輪送到燃燒器的主噴嘴。設在文氏管區段 = 燃燒器噴嘴具有徑向的出口狹孔，因而能 使可…扣口勿朝著大致與火爐壁面保持平行的徑向離開主

第31頁 M6453 五、發明說明（24)' —"'

噴鳴。依據本發明的概念及原理，該等狹孔的寬度、深度 和長度予以最佳化，從而提供燃燒器高燃燒能力所需的適 當總出口面積，同時確保燃燒器在使用常含有高量氫氣之 燃料混合物運作時，不會產生回火的問題。由主燃燒器喷 嘴所建立的火焰稱為一次火焰。主燃燒器喷嘴出口狹孔的 設計，和使用至少一個内部擋板而有助於預混合燃料/空 氣流在不形成回火區之情況下轉向的作法，將會導致一種 通常在與燃燒器相隔一段距離仍能存續的火焰。一次火焰 的這種「分離」可使較大數量的爐内煙道氣被夾帶進入一 次火焰’因而減低氮氧化物排放量。對一次火焰使用貧燃 料式燃料/空氣混合物，是讓該火焰與主燃燒器「分離 '」 的一個重要參數。貧燃料式一次氣體混合物較佳係在火焰 難以附著到燃燒器喷頭的可燃性條件範圍内。以分段燃料 補充一次火焰封包’則提供了使可燃混合物保持在穩定燃 燒之適當範圍内所需的額外燃料。 μ

此外，射入分段燃料可進一步減低氮氧化物排放量。 燃料可使用配備分段燃料喷頭的侧裝升流管予以分段，亦 可使用穿過文氏管/燃燒器喷頭總成和從燃燒器喷頭端板 伸出的中間升流官予以分段。然而，燃料宜使用一個繞過 燃燒器文氏管部但仍穿過主喷嘴和從噴嘴端板伸出的二次 燃料管件予以分段。 分段燃料宜從一次燃燒區與輻射耐火砗相對之對側上 的一個位置，和用一種範圍在2到1 5 psig的壓力射入火爐 内。此外，二次燃料係以一個從水平開始的角度和遠離一

第32頁 546453 I II —— 五、發明說明（25) _____ 次火愁的地方射入火爐内。因為二次 及在其過程中所用的壓力，以致建立的’、「〒一射入的方式以 是分段的燃料即短促（尤其是對較重的、煙類^次」或一不如說 J分明，和遠離爐内耐火磚’從而對爐内耐火磚二)’界 勾加熱。中間升流管因為使用多個通孔 面均 主燃燒器喷頭，以致降低噪音的排 人t科輪送到 孔時虚：使喷射所產生的噪音轉成較；的多個燃料通 與本案所述的新設計相比，典 j， 利的同時運用這麼多技術與基本理誇=口，燒器無法壙 極低的氮氧化物排放量，以及在範^廣二南燃燒能率， 料方面均有高度的穩定性。此種；力及燃 特性·· t具有下列各項操作 1.=必增加燃燒器直徑即可達到 2 ·氮氧化物極低； “、、粍此率， 3 ·短促的火焰輪廓·， 4.分離的一次火焰； 火碑與火爐壁面的加熱極 6二因為使用較貧乏的一次 句勾’ 節比高； 工虱此合物，以致調 7.作條件下的穩定性均高； Ϊ· a 3有尚量氫氣的燃料混合物運作. 9·產生的噪音低； 4， 1 〇 ·對大邛份商用耐火碑均能有效及古4玄 u.使用分段燃料以降低及以率的運作； 第33頁 546453 五、發明說明（26) 1 2 ·讓二次燃料引入的煙道氣回流以降低氮氧化物 13.簡易。 【圖式員件標號說明】 燃燒器 20 喷嘴裝置 22 燃燒器管件 24 主燃燒器喷嘴 26 二次燃料系統 28 燃料/空氣混合物供應系統 30 燃燒區 32 消音器 34 風門 36 燃氣歧管裝置 38 燃料供應管線 39 進氣口 40 上游部 42 下游部 44 軸線 46 軸線 48 文氏管喉部 50 下游端 52 通道 54 耐火磚 56 壁面 58 輻射表面 60 肘管 62 端蓋 64 孔口 66 壁面 68 隔室 70 開孔 72 桿狀部 74 管件 76 接頭 78 二次燃料管件 80 下游端 82 通孔 83 擋板 84 内孔 85 襟片 86 内表面 88 下游部 89 外緣 90 上游端 92 下游端 94

第34頁 546453 五、發明說明（27) 喷嘴或喷管 96 空間 98 口部 99 鐘形入口 100 圓形型樣 102 上游端 104 鄰接位置 106 箭頭 108 箭頭 110 内緣 112 燃料隔室 118 喷射孔 120 端板 121 喷嘴 126 端蓋 164 壁面 168 隔室 170 狹孔 172 桿狀部 174 上游端表面 192 斜表面 292 燃燒器 220 燃燒器管件 24a 喷嘴 26a 上游部 42a 财火磚 5 6a 韓射表面 6 0a 孔π 114 燃燒器 320 燃燒器管件 24b 二次燃料系統 28b 燃燒區 32b 上游部 42b 下游部 44b 輻射表面 60b 管件區段 76b 上游端 76b’ 二次燃料管件 80b 下游部 82b 通孔 83b 喷管 96b 上游端 99b 鐘形接頭 100b 隔室 118b 通孔 120b 燃燒器 420 燃燒器 420 燃燒器管件 24c

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546453 五、發明說明（28) 主 喷 嘴 26c 二 次 料 糸統 28c 上 游 部 42c 下 游 部 44c 軸 線 46c 轴 線 48c 管 件 區 段 76c 二 次 /一、、、 料 管件 80c 喷 管 96c 鐘 形 接 頭 100c 直 線 段 116 彎 角 段 118 壁 面 120 喷 嘴 26d 二 次 / φ\\\ 料 系 統 28d 上 游 部 42d 下 游 部 44d 端 蓋 64d 管 件 區 段 76d 二 次 料 管件 80d 下 游 端 82d 直 線 段 116d 彎 角 段 118d 下 游 端 118d， 壁 面 120d 妒A. 燒 器 520 燒 器 管 件 24e 噴 嘴 26e 妙大 燒 區 32e pM 料/空氣混合物供應系統 30e 下 游 部 44e 上 游 噴 射 器或文氏管 95e ·}欲 / φ\\\ 燒 器 620 喷 嘴 26f 二 次 燃 料 系 統 28f px 燒 區 32f 燃 料 管 件 80f 下 游 端 部 82f 通 孔 83f 型 樣 102f 位 置 106f 箭 頭 108f 箭 頭 llOf

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Claims (1)

1. 546453 六、申請專利範圍 "一""' --- σ址^ :種高能率/低氮氧化物輻射式燃燒器，其包括一 =^ ί衣在火爐中與一燃燒區鄰接之壁面的通道中的長形 口*衣置，該火爐壁面提供一個圍繞住該通道並位在燃燒 區鄰接處的輻射表面，該喷嘴裝置則包括： ^形燃燒器管件，其包括一個設成延伸穿過通道的 形下游部，和一長形上游部，該下游及上游部各具有設 於中間的縱向延伸軸線； 有 一燃料/空氣混合物供應系統，用以提供一種可導入 燃，器管件内的t _料式可燃燃料/空氣混合物源，燃燒 器管件上游部的一個上游端被連接成與燃料供應系統保持 流體相通，以供容置貧#料式可燃燃料/空氣混合物，燃 燒器管件提供一導管以/便使貧燃料式玎燃燃料/空氣混合 物/士著其而從上游端流到燃燒器管件之下游部的下游端； 一主喷嘴，係設在燃燒器管件與輻射表面鄰接之下游 部的下游端，該主噴嘴具有一個與燃燒器管件下游部之下 游端保持流體相通的内隔室，以供容置沿著該管件流過來 的貧燃料式可燃燃料/空氣混合物，該主喷嘴係被安排及 設成讓隔室内的燃料/空氣混合物轉向，和使其朝著燃燒 器管件下游部的軸線徑向往外的方向流入燃燒區和大致越 過輻射表面，該主喷嘴包括一道繞著隔室延伸的壁面，在 該壁面則設有一連串徑向延伸的開孔，該等開孔係安排及 設成能朝著徑向而以超過可燃燃料/空氣混合物之火焰速 率的初始速度，和以一個實質徑向圍住喷嘴的圓形型樣配 送該混合物，據以在該混合物燃燒時即產生一分離的圓形

   第37頁 546453 六、申請專利範圍 火焰；和 一二次燃料噴嘴系統，其包括一個從燃燒器管下游部 縱向延伸和具有至少一個燃氣通孔的長形燃料管件，該通 孔係設成和安排成能將二次燃料流導送到火爐内的燃燒區 與輻射表面相對之對側上的一個位置，該二次燃料構成由 燃料/空氣混合物供應系統與二次燃料噴嘴系統提供到燃 燒區之總燃料相當大的一部份。 I 2 ·如申請專利範圍第1項所述之高能率/低氮氧化物輻 射式燃燒器，其中該燃料/空氣供應系統包括一噴射器， 1其設有一個可連接到一加壓流體燃料源的燃料入口，一個 1被連接成與該入口保持流體相通並設成可經由一個與一空 j氣源保持流體相通之空間而射出流體燃料的流體燃料喷 j管，和一大致為鐘形並被安裝在燃燒器管件上游部之上游 j立而的接頭，该鐘形接頭具有一個設成可供容置射出之流體 燃料和隨之帶來的空氣，並將其導入燃燒器管件之上游端 的口部。 、3 ·如申請專利範圍第2項所述之高能率/低氮氧化物輻 =式燃燒器，其中所述之軸線係疊置，以致燃燒器管件實 質為直官，同時主噴嘴、燃燒器管件與喷射器實質沿該 等轴線對齊。 、、 4.如申請專利範圍第2項所述之高能率/低氮氧化物輻 、工燃燒，其中該上游部的軸線係設成與下游部的轴線 '、夺角度以致主喷嘴與燃燒器管件的下游部設成著 下游部的軸線實質料，喷射器與燃燒器管件的上游名;則 546453 六、申請專利範圍 ' ' — 設成沿著上游部的軸線實質對齊。 射义5二'請：：範圍第Γ項所述之高能率/低氮氧化物輻 射式燃&器，其中該長形燃料管件係位在主 射式6二請：：範圍第1項所述之高能率/低氮氧化物輕 η ，其中該二次燃料喷嘴系統包括若干長形燃料 官件’该專燃料管件係位在主噴嘴外面。 、7·如申請專利範圍第5項所述之高能率/低氮氧化物輻 射式燃燒器，其中通孔係配置及設成能使至少一部份二次 燃料貝牙燃料/空氣混合物型樣而不燃燒地抵達火爐中的 所述之位置。 | 8 ·如申請專利範圍第1項所述之高能率/低氮氧化物輻 射式燃燒器，其中該主噴嘴包括一個具有一孔口的端蓋， 燃料管件延伸穿過隔室，其下游部則從端蓋之孔口伸出， 通孔則在燃料管件的下游部和位於火爐中所述之位置的鄰 接處。 9 ·如申請專利範圍第8項所述之高能率/低氮氧化物輻 射式燃燒器，其中若干通孔係設在燃料管件的下游部，火 爐中所述之位置則圍繞該燃料管件的下游部。 I 0 ·如申請專利範圍第1項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該輻射表面實質為平整狀。 II ·如申請專利範圍第1項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該輻射表面係為凹形。 輪射式燃燒器，其中該韓射表面係為杯形 1 2·如申請專利範圍第11項所述之高能率/低氮氧化物

   第39頁 546453 、申請專利範圍 1 3 ·如申睛專利範圍第8項戶斤述之高能率/低氮氧化物 輪射式燃燒器’其中該二次燃料系統包括一個延伸穿過燃 燒為'管件下游部之壁面的管件匾段，該區段係被連接成與 燃料管件的上游端保持流體相通。 一 1 4·如申請專利範圍第8項所述之高能率/低氮氧化物 輪射式燃燒器，其中相對於隔室，該端蓋係為凸形。 一 1 5.如申請專利範圍第丨項所述之高能率/低氮氧化物 輪射式燃燒器，其中該等開孔包括朝著一個實質與燃燒管 件下游部軸線保持平行之方向延伸的細長狹孔。 1 6·如申請專利範圍第1 5項所述之高能率/低氮氧化物 輪射式燃燒器，其中該主喷嘴的璧面包括一連串環周隔開 並於其彼此間產生狹孔的桿狀部，該等桿狀部在與隔室鄰 接處的表面弄圓，以防止在隔室内形成回流區。 1 7 ·如申請專利範圍第1項所述之尚能率/低氮氧化物 輪射式燃燒器，其中該燃燒器包括一個設在隔室内並具有 一個大致為鐘形之下游部的擋板，該鐘形部在與主喷嘴壁 面的鄰接處具有一個環周延伸的外緣。 1 8.如申請專利範圍第丨5項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該燃燒器包栝一個設在隔室内並具有 一個大致為鐘形之下游部的擋板，該鐘形部在與主喷嘴壁 面的鄰接處具有一個環周延伸的外緣。 1 9·如申請專利範圍第丨5項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該等狹孔具有一上游端和一下游端， 另與狹孔的下游端相比，鐘形部外緣的位置較接近狹孔的

   第40頁 546453 六、申請專利範圍 上游部。 2 0.如申請專利範圍第1 9項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該鐘形部外緣係設在從狹孔上游端到 下游端之距離的約1 / 4處。 2 1.如申請專利範圍第1 8項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該等狹孔的上游端表面朝著流體流動 的方向偏斜，以防止在隔室内形成回流區。

   2 2.如申請專利範圍第1項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該燃料/空氣混合物供應系統及二次 燃料系統係被安排成二次燃料量構成提供給燃燒區之總燃 料的約2 0 %以上。 2 3.如申請專利範圍第22項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該燃料/空氣混合物供應系統及二次 燃料系統係被安排成二次燃料量構成提供給燃燒區之總燃 料的約3 0 %以上。 2 4.如申請專利範圍第23項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該燃料/空氣混合物供應系統及二次 燃料系統係被安排成二次燃料量構成提供給燃燒區之總燃 料的約5 0 %以上。

   2 5.如申請專利範圍第1項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該二次燃料喷嘴系統係被安排成在至 少約2 p s i g的壓力下使長形燃料管件連接到一燃氣源。 26.如申請專利範圍第25項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該二次燃料喷嘴系統係被安排成在至

   第41頁 546453 六、申請專利範圍 少約3 ps i g的壓力下使長形燃料管件連接到一燃氣源。 2 7·如申請專利範圍第2 6項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該二次燃料喷嗅糸統係被安排成在至 少約5 p s i g的壓力下使長形燃料管件連接到一燃氣源。 2 8·如申請專利範圍第27項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該二次燃料喷嘴系統係被安排成在至 少約1 0 p s i g的壓力下使長形燃料管件連接到一燃氣源。 2 9·如申請專利範圍第28項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該二次燃料喷嘴系統係被安排成在至 少約1 5 p s i g的壓力下使長形燃料管件連接到一燃氣源。 3 0 ·如申請專利範圍第1項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該分離火焰上游頂端的位置與噴嘴至 少相隔約1吋。 ' 31·如申請專利範圍第3〇項所述之高能率/低氮氧化物 輕射式燃燒器，其中該分離火焰上游頂端的位置與喷嘴至 少相隔約3忖。 3 2·如申請專利範圍第4項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該主噴嘴包括一個具有一孔口的端 蓋，燃料管件延伸穿過隔室，其下游部則從端蓋之孔口伸 出，通孔係在燃料管件的下游部和設在與火爐中所述之位 置鄰接處。 3 3 ·如申請專利範圍第3 2項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該燃燒器管件包括一個使下游部與上 游部互相連接的彎曲部，二次燃料管件包括一個延伸穿過

   第42頁 六、申請專利範圍 六、申請專利範圍

   之壁面的管件该段’該區段被連接成與 保持流體相通。 一 、·如申睛專利範圍第3 3項戶斤述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該管件區段與燃料管件實質係沿著燃 燒器管件下游部的軸向延伸。 一 3 $ ·如申呀專利範圍第3項戶斤述之高能率/低氮氧化物 ，射式燃，器，其中該主喷嘴包栝一個具有一孔口的端 ^ Μ料苔件延伸穿過隔室，其下游部則從端蓋之孔口伸 出’通孔係在燃料管件的下游部和設在與火爐中所述之位 置鄰接處。 一 3 6 ·如申請專利範圍第3 5項所述之高能率/低氮氧化物 輻射^燃燒器，其中該二次燃料系統包括一個被連接成與 燃料官件上游端保持流體相通的管件區段，該區段延伸穿 過鐘形接頭及喷管，該喷管包括若干用以射出流體燃料的 射出孔’該等射出孔被安排成圍繞管件區段。 輻射式燃燒器’其中燃料包括天然氣。 3 8 ·如申请專利範圍第1項所述之高 項所述之南此率/低氣童.化物

   3 7·如申請專利範圍第丨項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃^ 39. 一 對鄰接一燃燒區之輻射表面加熱《 提供一種貝燃料式可燃辦 致使該燃料/空氣混合物 喷嘴的圓形型樣從主喷嘴往外流出 546453

   六、申請專利範圍 越過輻射表面； 致使燃料/空氣混合物以一個超過該混合物火焰速率 的初始速度從主噴嘴往外流出，據以在該混合物燃燒時產 生一個分離的圓火焰； 在火爐中的燃燒區與輻射表面相對之對侧上的一個位 置提供二次燃料，該二次燃料構成由燃料/空氣混合物供 應系統及二次燃料噴嘴系統提供給燃燒區之總燃料相當大 的一部份。 一 4 0 ·如申清專利範圍第3 Q項所述之用以操作兩能率/低 氮氧化物輻射式燃燒器的方法，其中該二次燃料構成提供 給燃燒區之總燃料的約2〇%以上。 一 4 1 ·如申請專利範圍第4 〇項所述之用以操作高能率/低 氮氧化物輻射式燃燒器的方法，其中該二次燃料構成提供 給燃燒區之總燃料的約3 0%以上。 氮氧化物輻射式燃燒器的方法 給燃燒區之總燃料的約5 0%以上 4 2 ·如申請專利範圍第41項所述之用以操作高能率/低 '，其中該二次燃料構成提供 4 3 ·如申請專利範圍第3 9項所述之用以操作咼能率/低 氮氧化物輻射式燃燒器的方法，其中該二次燃料係從所述 之位置使用一個延伸穿過主喷嘴的二次燃料噴嘴而提供。 4 4.如申請專利範圍第3 9項所述之用以，作尚能率/低 氮氧化物輻射式燃燒器的方法，纟中該二^料係從所述 之位置使用-個射出燃料射流旅使其不燃燒地貫穿所述之 型樣的二次燃料喷嘴而提供。

   546453 六、申請專利範圍 4 5 · —種輻射式燃燒器之燃燒器總成 一燃燒器管件結構，其包括一個具有 口端的長形燃燒器導管，該導管適於和設 而將一種由準備燃燒之總流體燃料的一部 貧燃料式氣體混合物從入口端輸送到出口 一個設在該導管出口端的主燃燒器噴 嘴具有一中間軸線，一道繞著一居中隔室 一個與導管 成可將導管 設的若干孔 以一個大於 與壓降極小 壁面分佈， 屬於一個圓 壁面’和 <主 一個沿 件，該燃料 嘴伸出，該 的下游端部 料喷嘴，該 通孔的位置 的對側上’ 料，以便使 混0 出口端隔 送來的混 口，使該 氣體混合 的條件下 據以使經 平火焰的 外延伸越 著軸線而 管件係朝 燃料管件 ’而在該 —次燃料 係設成能 且與燃燒 二次燃料 開的下游 合物容置 混合物朝 物之火焰 改向流入 由該等孔 形式，該 過一輕射 延伸穿過 著軸向經 具有一個 燃料管件 噴嘴具有 從火爐中 區相隔夠 可在進入 端，主燃燒 在隔室内5 著一個橫斷 速率的速度 燃燒區，該 口導入燃燒 火焰係與喷 表面； 主噴嘴的長 由下游端的 設成與燃燒 下游端部上 至少一個二 '其包括：隔開之入口及 成可沿著其全： :及氣氣構成的 嘴’該燃燒器嘖 延伸的壁面，和 器噴嘴適於和設 再經由壁面上戶 軸線的方向， ，在無實質回； ^孔口則是繞著 區的混合物大致 嘴分離，並園繞 形中間燃料管 了孔〇而從主噴 區保持分隔關係 設有一個二次燃 次燃料通$彳目ί 的圓平火焰與輻射表I燃 遠的一個位置輸送二=4參 道氟 燃燒區之前先與燻

   第45頁 546453 六、申請專利範圍 φ 4 6 ·如申請專利範圍第4 5項所述之燃燒器總成^其 該混合物包括一種氣體燃料與空氣混合物’燃燒器甞1 = 構包括一支使用氣體燃料流來吸弓丨空氣流’據以產生$此 合物的文氏管。 4 7 ·如申請專利範圍第4 5項戶斤述之燃燒器總成’其中 該混合物包括一種氣體燃料與空氣混合物，燃燒器管件結 構包括若干支設成可供平行流動的文氏管，各該文氏管適 於和設成可使用氣體燃料流來吸引空氣流’據以產生該混 合物當作一種超貧燃料式燃料與空氣混合物。 4 8 · —種輻射式燃燒器之燃燒器總成，其包括： 一燃燒器管件結構，其包括一個具有隔開之入口及出 口端的長形燃燒器導管，該導管適於和設成可沿著其全長 而將一種由準備燃燒之總流體燃料的一部份及氧氣構成的 貧燃料式氣體混合物從入口端輸送到出口端； 一個設在該導管出口端的主燃燒器喷嘴，該燃燒器喷 嘴具有一中間軸線，一道繞著一居中隔室延伸的壁面，和 一個與導管出口端隔開的下游端，主燃燒器噴嘴適於和設 成可將導管送來的混合物容置在隔室内，再經由壁面上所 設的若干孔口，使該混合物朝著一個橫斷軸線的方向，和 以一個大於氣體混合物之火焰速率的速度，在無實質回流 與壓降極小的條件下改向流入燃燒區，該等孔口則是繞著 壁面分佈，據以使經由該等孔口導入燃燒區的混合物=致 屬於一個圓平火焰的形式，該火焰係與喷嘴分離，並圍繞 壁面，和往外延伸越過一輻射表面；

   546453 " 1 1 ' 丨丨丨· 一 — 六、申請專利範圍 一個大致朝著與所述之軸線平行之方向延伸的長形燃 料管件，該燃料管件具有一個下游端部，而在該燃料管件 下游端部上設有一個二次燃料喷嘴，該一次燃料喷鳴具有 一個二次燃料通孔，該通孔係位在及設成能將二次燃料輸 送到火爐中的圓平火焰與輻射表面相對的對側上’且與燃 燒區相隔夠遠的一個位置，以便使二次燃料可在進入燃燒 區之前先與煙道氣摻混。 4 9 ·如申請專利範圍第4 8項所述之燃燒器總成’其中 該混合物包括一種氣體燃料與空氣浪合物’燃燒器管件結 構包括一支使用氣體燃料流來吸引空氣流’據以產生該混 合物的文氏管。 5 〇 ·如申請專利範圍第4 8項所述之燃燒器總成，其中 該混合物包括一種氣體燃料與空氣混合物，燃燒器管件結 構包括若干支設成可供平行流動的文氏管’各該文氏管適 於和設成可使用氣體燃料流來吸引空氣流，據以產生該混 合物當作一種超貧燃料式燃料與空氣混合物。 5 1 ·如申請專利範圍第4 8項所述之燃燒器總成，其中 該長形燃料管件係位在主燃料喷嘴外面，二次燃料通孔係 位在和設成輸送二次燃料的速度及方向能讓至少一部份二 次燃料貫穿所述之型樣而抵達所述之位置。 5 2 · —種操作輻射式燃燒器的方法，其包括： 、將一種由準備燃燒之總流體燃料的一部份及空氣構成 $負燃料式可燃混合物從一個具有中間軸線的長形噴嘴朝 從向輪送到一個採用圍繞所述之璧面的圓平型樣來圍繞該

   第47頁 546453 六、申請專利範圍 喷嘴的燃燒區，同時該混合物的成分係設成在該混合物離 開喷嘴時，其火焰速率低於其速度，而燃燒區則是在一輻 射表面的鄰接處， 點燃該混合物而產生一種朝徑向圍繞所述之喷嘴和位 在韓射表面鄰接處的圓平分離火焰；和 從所述之火焰與輻射表面相對之對側上，且與該火焰 相隔夠遠的一個位置，提供二次燃料的供料源，以便使二 次燃料可在進入該火焰之前先與煙道氣摻混。 53·如申請專利範圍第1項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該燃料/空氣混合物系統係被設成及 適於在該混合物中供應所述之總燃料燃燒所需的全部空 · 氣。 54·如申請專利範圍第2項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該燃料/空氣混合物系統係被設成及 適於在該混合物中供應所述之總燃料燃燒所需的全部空 氣。 5 5 ·如申請專利範圍第3 9項所述之用以操作高能率/低 氮氧化物輻射式燃燒器的方法，其中該燃料/空氣混合物 系統包括所述之總燃料燃燒所需的全部空氣。 5 6 ·如申請專利範圍第4 5項戶斤述之燃燒器總成，其中 該貧燃料式氣體混合物包括所述之總燃料燃燒所需的全部 _ 氧氣。 5 7 ·如申請專利範圍第4 7項所述之燃燒器總成，其中 該貧燃料式氣體混合物包括所述之總燃料燃燒所需的全部

   第48貢 546453 六、申請專利範圍 空氣。 5 8 ·如申請專利範圍第4 8項戶斤述之燃燒器總成，其中 該貧燃料式氣體混合物包括所述之總燃料燃燒所需的全部 氧氣。 5 9 ·如申請專利範圍第5 0項所述之燃燒器總成，其中 該貧燃料式氣體混合物包括所述之總燃料燃燒所需的全部 空氣。 6 0 ·如申請專利範圍第5 2項所述之方法，其中該貧燃 料式可燃混合物包括所稱總燃料燃燒所需的全部空氣。 6 1 ·如申請專利範圍第1項所述之高能率/低氮氧化物 輻射式燃燒器，其中該輻射表面係嵌入所述之火爐壁面之 燃燒器耐火磚的一部份，所述之通道則延伸穿過該耐火 蹲。 6 2 ·如申清專利範圍第& 5項所述之燃燒器總成，其中 該輻射表面係嵌入一火爐壁面之燃燒器耐火磚的_部份， 所述之主燃燒器噴嘴則延伸穿過該耐火磚的一通道。 6 3 ·如申請專利範圍第4 8項所述之燃燒器總成，其中 5亥輪射表面係嵌入一火爐壁面之燃燒器耐火磚的一部份， 所述之主燃燒器噴嘴則延伸穿過該耐火磚的一通道。 6 4·如申請專利範圍第52項所述之方法，其中該輻射 表面係嵌入一火爐壁面之燃燒器耐火磚的一部份，所述之 長形喷嘴則延伸穿過該耐火碑的一通道。

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