專利名稱：在燃燒器中燃燒氣態(tài)液態(tài)以及中卡路里或低卡路里燃料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在帶有旋流器(Drallerzeuger)的燃燒器中燃燒氣態(tài)、液態(tài)及中卡路里或低卡路里燃料的方法。此外，本發(fā)明還涉及實施上述方法的燃燒器。
DE19547913A1公開了一種用于發(fā)熱器的燃燒器，在該說明書的圖中示出了一個旋流器100，軸向液體燃料經(jīng)燃料噴嘴103以圓錐形液體燃料流的形式被噴入上述旋流器中。旋流器中的燃燒空氣流成切向地并與上述液體燃料流成一角度地導(dǎo)向旋流器的旋轉(zhuǎn)殼(Drallschalen)之間，最好通過相應(yīng)的噴出口117使上述燃燒空氣流與氣體燃料混合。上述噴射口117主要用于導(dǎo)入天然氣這種通常具有46MJ/kg高熱值的燃料。至于亦被稱為雙燃燒器(Dualbrenner)的使用兩類燃料的公知燃燒器的所有其它結(jié)構(gòu)詳情在上面提到的聯(lián)邦德國公開說明書中已有所強調(diào)。
例如正如從上述說明書中所得知的那樣，用于發(fā)熱器的燃燒系統(tǒng)優(yōu)選用于燃?xì)廨啓C的驅(qū)動。恰巧在未來的燃?xì)廨啓C應(yīng)用領(lǐng)域附帶可用天然氣和燃料油作為雙燃燒器燃料的設(shè)備也優(yōu)先使用中卡路里或低卡路里燃料(Mbtu-resp.LBtu-Bennstoffe)但這些傳統(tǒng)的燃料在燃燒后形成有害物質(zhì)場。這些例如從煤或重油氣化所得到的中卡路里或低卡路里燃料(Mbtu-resp.LBtu-Brennstoff)含有大量氫和一氧化碳，因此中卡路里燃料的熱值僅約為天然氣熱值的三分之一，即約15MJ/kg。
盡管原則上可通過切向噴入口使燃燒氣體流與類似于天然氣的氣態(tài)中卡路里燃料相混合，但卻可能形成下述不足即因此而使旋流器中存在混合的大體積流，從而使局部產(chǎn)生非常高的壓力損失，這將持續(xù)地影響所形成的氣體束流的穩(wěn)定性。此外，混合的中卡路里燃料中含有大量具有強反應(yīng)性能的氫，這對于燃燒器中火焰的回火而言具有很大的危險性。這種不正確的流動將進(jìn)一步導(dǎo)致輸入的燃料不正常燃燒，從而使燃燒過程明顯惡化，例如使廢氣中的NOx明顯增加。燃燒器中火焰的回火最終將導(dǎo)致燃燒器過熱，而使某些燃燒器構(gòu)件承受極大的熱負(fù)荷并接近它們的熱負(fù)荷臨界值。
盡管在燃燒器出口附近噴入中卡路里燃料本身對旋轉(zhuǎn)氣流的穩(wěn)定性影響不大，而且也避免了燃燒器中火焰的進(jìn)一步回火，但由于混合段短，使中卡路里燃料和燃燒氣體的混合不充分，因而燃燒過程類似于擴(kuò)散，產(chǎn)生非常多的NOx。雖然通過將中卡路里燃料與氮或水蒸汽適當(dāng)進(jìn)行充分混合(hohe Beimischung)可減少NOx的發(fā)射量，但燃料被如此稀釋又將導(dǎo)致燃?xì)廨啓C效率降低。出于同樣的考慮，在使用低卡路里燃料時也要增大輸入量。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種用于燃燒氣態(tài)、液態(tài)及中卡路里或低卡路里燃料、帶有旋流器的燃燒器和燃燒方法，在該方法中以圓錐形液體燃料柱形式的液態(tài)燃料被噴成霧狀，上述液體燃料柱被切向流入旋流器中的旋轉(zhuǎn)燃燒氣體流包圍，這樣，可以在使用單一一種燃料的情況下使上面所提到的燃料的燃燒取得下述幾方面效果a)明顯減少對環(huán)境有影響的物質(zhì)的發(fā)射量，尤其是減少NOx和CO的發(fā)射量；b)確保旋流器中建立的流動關(guān)系，尤其可避免或消除燃燒器中火焰回流的隱患；c)保證火焰穩(wěn)定；d)借助于燃料充分燃燒，增加能量的獲得；以及e)通過向燃燒器中噴入中卡路里非稀釋燃料提高燃?xì)廨啓C的效率。
權(quán)利要求1給出了完成本發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案，該權(quán)利要求描述了本發(fā)明的方法。權(quán)利要求6的主題是按照本發(fā)明方法進(jìn)行工作的燃燒器。
從屬權(quán)利要求的主題是按本發(fā)明構(gòu)思的優(yōu)選的另一些特征。本發(fā)明的主題思想在于氣體燃料(如天然氣)、液體燃料(如石油)以及中或低卡路里燃料(所謂的Mbtu-或LBtu-Brennstoffe)在帶旋流器的燃燒器中共同燃燒，其中中或低卡路里燃料沿軸向和/或同軸地被噴入燃燒器或旋流器中。最好在靠近液體燃料噴射口之處將上述燃料噴入旋流器的內(nèi)部，上述液體燃料在噴入狀態(tài)下在各燃燒器的旋流器內(nèi)部逐漸形成圓錐形液體燃料柱。用這種方式可保證噴入旋流器內(nèi)部的附加的細(xì)小霧狀液體燃料能非常充分地與中或低卡路里燃料混合。
將中或低卡路里燃料沿軸向或同軸地噴入旋流器內(nèi)部可導(dǎo)致燃燒器流場明顯改變，通過附加噴入中卡路里燃料可加大上述軸向流部分，而旋轉(zhuǎn)部分幾乎以同樣的方式減少。正如從上面所引用的聯(lián)邦德國公開說明書DE19547913A1尤其從第4欄55-66行所描述的實例那樣可用公知方式減少旋轉(zhuǎn)部分，從而使所謂的回流氣泡(Rückstrmblase)不穩(wěn)定，以便使回流區(qū)火焰穩(wěn)定。
與上面所提到的雙燃燒器原理不同的是由于增大了軸向流動部分可以正常地將回流區(qū)中所產(chǎn)生的回流氣泡吹掉，因此可顯著地消除回火的隱患。
正如本文開始所提到的那樣，當(dāng)中或低卡路里燃料含有大量的氫并具有很強的反應(yīng)性時，這些燃料仍確保燃燒所必需的火焰穩(wěn)定性，此時將形成穩(wěn)定火焰且不能有效地形成回流區(qū)。
還將中或低卡路里燃料逆流而上地送入液體燃料噴入口區(qū)域，以便與已噴入的燃料以及噴入旋流器中的燃燒氣體很好的混合。按照這種方式，由于預(yù)混燃燒的混合段長，具有比較理想的NOx發(fā)射值，在對天然氣進(jìn)行預(yù)混燃燒時可獲得上述發(fā)射值。
為了降低相應(yīng)的發(fā)射值還可以不使氮或水蒸汽混合。這樣做的特殊優(yōu)點是避免了因稀釋而引起的整個燃?xì)廨啓C的效率降低。
實施本發(fā)明方法的燃燒器看作是對在上述聯(lián)邦德國公開說明書DE19547913A1所描述的雙燃燒器的改進(jìn)，按照本發(fā)明，在用于天燃?xì)夂鸵簯B(tài)燃料的燃料系統(tǒng)上還附加將中或低卡路里燃料輸入旋流器的第三燃料系統(tǒng)。最好在中心噴入口區(qū)域附近，通過噴入旋流器內(nèi)部的液體燃料、通過旋流器的旋轉(zhuǎn)殼，通過噴入口將中或低卡路里燃料噴入旋流器的內(nèi)部。中或低卡路里燃料的輸入與液體燃料輸入沿軸向和/或同軸地進(jìn)行，它們分別以旋流器軸對稱。
下面參考附圖根據(jù)一個實施例對本發(fā)明進(jìn)行描述，本發(fā)明并不局限于這種一般的發(fā)明構(gòu)思。


圖1為按本發(fā)明建成的燃燒器的縱向剖面圖；圖2為噴入中卡路里燃料的旋流器的橫截面圖。
圖1中示出的燃燒器由一個旋流器1以及一個混合段2構(gòu)成，該混合段沿流動方向與旋流器1相連。在旋流器1中設(shè)置有供從切向流入的多個切向燃燒氣體流3(見圖2)進(jìn)入的圓錐形形成物。在西德公開說明書DE19547913A1圖1至圖5中詳細(xì)描繪了旋流器1的結(jié)構(gòu)和外形以及通過旋流器的形狀可形成的流體動力學(xué)現(xiàn)象，關(guān)于這些情況將在下面明確指出。與旋流器1鄰接的混合段2由帶過渡通道22的過渡部分21以及緊鄰的混合管23組成，這一點并非本發(fā)明的要點。提及這些燃燒器部件僅僅是希望對燃燒器裝置作完整描述，以便能供給燃燒過程所需要的燃料。
在上部區(qū)域為圓錐形的旋流器1中，中心軸上設(shè)置了一個將液體燃料送入旋流器1內(nèi)部的噴嘴4。圍繞噴嘴4同軸地設(shè)有輸入中卡路里燃料的輸入管道5(見前頭所示)，管道5穿過旋流器殼(Drallerzeugerschalen)6,7。通過相應(yīng)的噴嘴8使細(xì)小分布的中卡路里燃料在旋流器1中沿軸向或同軸地附加到旋流器1內(nèi)部所形成的氣流中(圖中未示出)并與之混合。
同樣，還設(shè)置了氣體燃料供給管9，氣體燃料沿切向從外部與燃燒空氣一道被送入旋流器中(見圖2)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，附加地同軸供給中卡路里燃料將使通過設(shè)置有過渡管道22的過渡部分21之后、以及通過混合管23后導(dǎo)入的那部分物流的軸向部分加大，因此在公知的雙燃燒器的情況下可正常地將燃燒室10范圍內(nèi)緊靠混合管23所形成的所謂“旋流破壞(Drall-Breakdown)”(回流氣泡)吹掉。
最好利用同軸通入旋流器殼6,6′,7,7′的燃料噴射口8將中卡路里燃料最高效率地輸入。可通過每個旋流器殼的一個或多個噴嘴噴入中卡路里燃料。
圖2為按本發(fā)明所構(gòu)成的旋流器1的橫斷面圖。在旋流器1的軸向設(shè)有液體燃噴嘴4，在該噴嘴的四周成角度地順序設(shè)有多個旋流器殼6,6’,7,7’。在各相鄰的旋流器外殼之間的切向上將燃燒氣體3沿切向輸入旋流器1的內(nèi)部，借助于帶有相應(yīng)噴入噴嘴的導(dǎo)管9使上述燃燒氣體與天然氣混合。在所示的例子中，旋流器殼6,6′,7,7′各有一個輸入中卡路里燃料的燃料噴嘴穿過。根據(jù)應(yīng)用情況的不同對每個旋流器殼也可設(shè)置多個噴嘴，因此，可以沿燃燒器方向在很寬的區(qū)域內(nèi)改變軸向供給的中卡路里燃料量。
權(quán)利要求
1.在帶有旋流器(1)的燃燒器中燃燒氣體、液體以及中、低卡路里燃料的方法，在該方法中，使液體燃料呈霧狀的圓錐形液體燃料柱(4′)該燃料柱被切向流入旋流器(1)的旋轉(zhuǎn)燃燒氣體流(3)包圍，將附加氣體和/或液體燃料噴入上述氣體流中，并通過旋流器內(nèi)部的至少一個噴入部件(8)將中或低卡路里燃料沿軸向和/或同軸地噴入。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將未稀釋的中或低卡路里燃料即不加入如氮和/或水蒸汽等附加材料的中或低卡路里燃料噴入。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于使噴入的中或低卡路里燃料與液體和氣體燃料以及燃燒氣體(3)在旋流器(1)內(nèi)部混合，以便能預(yù)混燃燒。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于軸向的、在燃燒器中分布的、由燃料和燃燒氣體3構(gòu)成的流場具有一股大的軸向流部分，借助于此可減小或避免回火的危險。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于上述中或低卡路里燃料氣是從煤或重油氣化而獲取的。
6.用于發(fā)熱器的實施權(quán)利要求1至5的方法的燃燒器，它有一個用于燃燒氣體流(3)的旋流器(1)和燃料噴入裝置，以及至少一個用于液體燃料的第一噴入裝置(4)，上述液體燃料在旋流器(1)中沿軸向呈霧狀的錐形的液體燃料柱(4′)，至少有一個用于氣體和/或液體燃料的第二噴入裝置(9)，上述氣體和/或液體燃料和燃燒氣體流(3)一起沿切向噴入旋流器(1)中，其特征在于在旋流器(1)中至少設(shè)有一個第三噴入裝置(8)，借助于此裝置可在液體燃料柱(4′)的軸向和/或同軸方向?qū)⒅谢虻涂防锶剂瞎┤胄髌?1)的內(nèi)部。
7.如權(quán)利要求6所述的燃燒器，其特征在于將上述第三噴入裝置(8)設(shè)置在逆流而上地靠近旋流器(1)上的第一噴入裝置(4)之處。
8.如權(quán)利要求6或7所述的燃燒器，其特征在于旋流器(1)由分開的幾個旋轉(zhuǎn)殼(6,6′,7,7′)構(gòu)成，通過這些殼可將中或低卡路里燃料噴入。
9.如權(quán)利要求8所述的燃燒器，其特征在于每個旋轉(zhuǎn)殼設(shè)有一個或幾個噴入裝置(8)。
10.如權(quán)利要求6至9所述的燃燒器，其特征在于上述噴入裝置(8)至少有一個噴射出口，通過上述出口燃料被分成微細(xì)部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及在帶有旋流器的燃燒器中燃燒氣體、液體以及中或低卡路里燃料的方法及燃燒器,在該方法中使液體燃料呈霧狀的圓錐形液體燃料柱,該燃料柱被切向流入旋流器(1)的旋轉(zhuǎn)燃燒氣體流包圍,將附加氣體和/或液體燃料噴入上述氣流中,并通過旋流器內(nèi)部的至少一個噴入部件將中或低卡路里燃料沿液體燃料柱的軸向和/或同軸方向噴入。
文檔編號F23D11/24GK1214430SQ9812458
公開日1999年4月21日 申請日期1998年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月8日
發(fā)明者K·德貝林, T·格里芬, D·溫克勒 申請人:Abb研究有限公司