CN106415127A - 燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种在无焰燃烧下操作的燃烧器，包括用于借助于被供给助燃物的注射器(1)直接从燃烧室抽吸再循环烟道气的系统、位于在再循环烟道气与助燃物之间的热交换系统、用于将燃料直接喷射到再循环烟道气中的系统，后者包括或不包括助燃物，其中在助燃物注射器的出口周围的区中形成燃料‑再循环烟道气‑助燃物的混合物且接下来将该混合物引入燃烧室中。

Description

燃烧器

技术领域

本发明涉及用于燃料的燃烧器及其工作过程。

背景技术

燃烧器是用于产生用于各种工业应用的热量的装置，诸如用于产生蒸汽或电功率的工业锅炉、用于金属熔融的熔炉等。

燃烧器中的燃烧通常通过火焰而发生，且液态、固态或气态燃料借助于合适的装置被供给，由此获得受控的燃烧。

现有技术的火焰燃烧器在图4中在示意性纵向截面视图中示出。在图中，23是燃烧器的内部部分，21是燃料喷射器或燃料喷射喷嘴，22是火焰稳定器，20是燃料供给喷嘴，24是燃烧器护套。在图中，白色箭头示出助燃物(通常为空气)的流动。该图具体示出，燃烧器内的助燃物流被火焰稳定器22偏转，以致于在喷嘴下游与通过喷射喷嘴21喷射的燃料(由黑色箭头表示)混合。在竖直线25左侧有燃烧室，在图中未记录，在该燃烧室中发生由火焰触发的燃烧过程。现有技术的这些燃烧器具有若干缺点：火焰前缘不确保均匀的燃烧，并且必须使用过量的助燃物以确保所供给的燃料的完全燃烧。此外，在燃烧室内侧不能避免热峰的形成。在任何情况下，在这些现有技术燃烧器中产生污染排放物。此外，因为如所述的，需要使用过量的空气助燃物来操作，所以燃烧效率受到限制，过量是按照体积计8％的最小值，对应于等于1.6％的烟道气体中的残余氧的百分比。然而一般来说，助燃物过量较高，由此具有按照体积计至少3％的烟道气体中的残余氧的百分比。

专利申请US 2012/0186,265涉及一种具体而言在低负载条件下使燃气涡轮的火焰稳定的燃烧器。在背景技术中，声明已知通过混入热再循环气体而使喷射火焰稳定。然而，在燃气涡轮操作期间，尤其在低负载下，不一定可保证适于使火焰稳定的再循环气体温度。因此，需要在这些条件下获得喷射火焰稳定性的装置。如图4中所示，上述专利申请通过配备有围绕喷嘴定位的环形间隙8的喷嘴解决了这个问题。环形间隙8通过置于喷嘴出口区段22上游的开口与流体射流2连通。再循环气体以与喷嘴中流体流相反的方向被吸入并输送到环形间隙8中。再循环气体穿过位于喷嘴上游的开口并与喷嘴内侧的喷射流体混合：以此方式，根据该专利申请，火焰的稳定性得到保证。为了抽吸再循环气体，利用存在于燃烧室与在喷嘴中以高速流动的流体之间的静态压力的差。在另一个实施例中，参见相同专利申请的图5，第二环形通道20位于第一环形间隙8的外部并与其同轴，以在燃烧器中输送空气和/或燃料。在优选实施例中，流体射流是与燃料预混合或部分预混合或未预混合的压缩空气。在低负载操作中，流体优选地由燃料/压缩空气混合物形成。在满负载操作中，流体由包含或不包含燃料的压缩空气形成。该燃烧器的使用允许避免在基本负载操作期间产生的NO_x增加，因为不使用扩散稳定性“引燃器”(扩散稳定器)以避免火焰前缘波动(燃烧室卷边(combustion chamber hamming))。事实上众所周知，这些火焰稳定剂导致NO_x增加的排放。在任何情况下，在这些燃烧器中，所产生的NO_x量也是高的。

认为需要获得一种燃料燃烧器，其能够通过使用相对于现有技术大大减少的助燃物过量而使用不同的助燃物(包括大气空气)操作，例如以具有接近化学计量的燃烧反应平衡，以获得更高的燃烧效率，并同时获得锅炉中燃烧温度的均匀分布，从而避免形成具有高温度峰的区域，并且产生相对于上述现有技术燃烧器具有更低污染排放物(特别是NO_x和CO)的烟雾。

发明内容

申请人意外且惊讶地发现了一种解决以上指示的技术问题的燃烧器。

本发明的对象是燃烧器，在该燃烧器中发生MILD(温和与剧烈低氧稀释)燃烧，也称为无焰燃烧，包括用于通过注射器或者被供给助燃物的助燃物喷射系统直接从燃烧室抽吸再循环烟道气的系统、适合用于在再循环烟道气与助燃物之间的热交换的热交换系统、用于将燃料直接喷射到再循环烟道气中的系统，后者包括或不包括助燃物，并在助燃物注射器的出口周围的区中形成燃料-再循环烟道气-助燃物的混合物且接下来将该混合物引入所述燃烧室中。

更具体地，参照本文用于本发明的详细描述所附的示范而非限制性的图。

优选地，助燃物喷射系统相对于燃料喷射系统位置在燃烧器中布置在不同位置。

在图0中记录了纵截面中的本发明的燃烧器的示意图，其中12是包括在直接来自燃烧室的再循环烟道气的抽吸系统中的环形管道，2是转变或混合室，5和8是燃料喷射系统，1是由管1a形成的被供给助燃物的注射器或喷射系统1，管1a在它们朝向出口锥体11的它们的输出部分中相互平行，11是燃烧器出口锥体。

用于抽吸再循环烟道气的系统除了环形管道12之外还包括抽吸进口，抽吸进口用于从燃烧室抽吸再循环烟道气，未在图0中表示，相对于环形管道12位于前面。

在图0中，未示出的燃烧室位于出口锥体11的左侧并且与再循环烟道气的抽吸系统的抽吸进口连通。

在本发明的燃烧器中，助燃物是曳出或驱动流体，再循环烟道气或燃烧烟雾是被曳出的流体。

图0中未记录的燃烧器的热交换系统由界定助燃物流的导管壁形成，导管壁具有与再循环烟道气接触的表面或表面的一部分；助燃物流相对于到环形管道12中的输入烟道气逆流。

申请人意外且惊讶地发现，通过利用本发明的燃烧器操作，获得了具有高效率的燃烧，且输出自燃烧器的烟道气显示非常低的量的污染物，特别是CO和NO_x，与现有技术的燃烧器相比低。鉴于上述现有技术，这是完全出乎意料的。

更具体地，燃烧器包括环形管道12、适合用于在再循环烟道气与助燃物之间的热交换的热交换系统、在转变室2内侧和外侧二者的用于将燃料直接喷射到再循环烟道气体中的系统，它们与形成注射器的管1a的出口部分同轴，其中在形成注射器1的管1a的输出部分的前区段周围的区中形成燃料-再循环烟道气-助燃物的混合物，且接下来将混合物引入燃烧室中。形成注射器1的管1a的出口部分的前区段也称为注射器1的出口前区段或注射器1的前区段。

优选地，本发明的燃烧器具有以下结构，通过该结构，环形管道12、再循环烟道气与助燃物和之间的热交换系统和转变室2相对于燃烧器的纵向或对称轴线基本上同轴。

附图说明

附图具体示出以下：

图1是根据本发明优选实施例的燃烧器的纵向截面图；

图1a是根据本发明的更优选实施例的燃烧器的纵向截面图；

图2是详细示出根据图1a的燃烧器的该更优选实施例的燃烧器的助燃物回路的透视图。

具体实施方式

在下面的描述中，“前面”或“在前面”是指燃烧器构件的朝向或放置为朝向燃烧室的部分。“后面”或“在后面”则相反。

下文中记录以上图中的各个的详细描述。

图1是燃烧器的示意图，该燃烧器包括用于从燃烧室抽吸再循环烟道气的抽吸进口7、环形管道12、助燃物环形分配室13、示出出口的径向管道14(径向管道14在图2中完全示出)、转变室2、燃料喷射系统5和8、助燃物的注射器1、出口锥体11、壳体20；

其中，通过抽吸进口7与所述燃烧室连通的环形管道12在外部且在后面界定环形分配室13；

环形分配室13在前面与注射器1连通并在后面与径向管道14连通，并在外部界定转变室2；

转变室2在前面由注射器1的出口前区段限定，且在后面由壳体20的壁限定；

注射器1的出口前区段相对于分配室13垂直，分配室13在前面与出口锥体11或突出锥体11接触；燃料喷射系统5在注射器1上游定位在燃烧器的壳体20的后壁上，燃料喷射系统8定位在注射器1出口前区段的下游；其中，通过抽吸进口7从所述燃烧室直接抽吸的再循环烟道气流动穿过环形管道12并加热逆流地流入环形分配室13的助燃物，且再循环烟道气进入转变室2并被由输出自注射器1前区段的助燃物形成的低压驱动，它们在注射器1的出口前区段的下游与助燃物混合，助燃物是曳出或驱动流体，且再循环烟道气是被曳出流体，燃料被通过喷射系统5在注射器1的上游直接喷射到再循环烟道气中并且/或者被通过喷射系统8在注射器1出口前区段的下游喷射到助燃物-再循环-烟道气混合物中，在后一情况下，当还使用喷射系统5时，再循环烟道气已含有燃料。

优选地，燃料被通过喷射系统5供给到燃烧器。

事实上，已意外且惊讶地发现，通过用喷射系统5操作，燃烧烟道气显示甚至更低的污染物CO和NO_x含量。

当供给到燃烧器的燃料是液态燃料时，燃料喷射系统5也是优选的。

优选地，出口锥体11、抽吸进口7、环形管道12和助燃物环形分配室13围绕燃烧器纵向轴线周向地和纵向地定位，在图1中通过将燃烧器分成两个对称部分的分段线表示。

优选地，转变室2沿着燃烧器纵向轴线定位。

在图1中，再循环烟道气与助燃物之间的热交换系统基本上由环形分配室13的径向管道14的壁和形成注射器1的管1a的壁形成。所述壁将助燃物流与再循环烟道气流分开。

如所述地在其出口前区段相对于环形分配室13垂直的情况下放置的注射器1优选地沿着燃烧器的纵向轴线定位，以便具有良好的流体动态。

注射器1包括管1a，管1a具有连接到助燃物分配室13并相对于其径向地定位的入口；所述管1a的出口部分或喷嘴平行于燃烧器的纵向轴线，并且它们的出口指向出口锥体11。所述出口部分优选地相对于燃烧器纵向轴线同轴且圆形地定位。

喷射燃料系统5和8可包括沿着且围绕燃烧器纵向轴线定位的更多喷射器，优选为多喷嘴的。

优选地，喷射系统8的燃料喷射器围绕燃烧器纵向轴线圆形地放置并且定位在优选地平行于燃烧器纵向轴线地布置的管的端部，管从燃烧器的壳体20的后壁纵向地跨过转变室2和助燃物注射器1的出口前区段。

定位在燃烧器的壳体20的后壁上的喷射器系统5布置在燃烧器纵向轴线上并且相对于其圆形地布置。

壳体20通常由金属或钢或陶瓷材料形成，在其内部分中朝燃烧器轴线是耐火材料或陶瓷内衬的。

出口锥体11由耐火材料或陶瓷材料形成。

所使用的耐火材料优选为含有铬和/或锆的铝质类型，并且其通常按重量百分数计含有约10％的铬和约4％的锆。

注射器1的出口前区段或前区段是平面，该平面包括管1a的朝向出口锥体11的周边边缘。

图1a例示根据本发明的燃烧器的更优选实施例，还包括以下部分：助燃物的加成凸缘(adduction flange)3、助燃物的环形供给鼓4、去往喷射系统5的燃料的加成凸缘6。

在图1a中，套筒(muffle)9和护套(机套)10形成图1的壳体20(在图1a中未表示出)。

套筒9和环形供给鼓4优选地围绕燃烧器纵向轴线(图1a中未表示出)圆形地并纵向地定位。

优选地，抽吸进口7由套筒9在外部限定。通常，套筒9固定(连结于锅炉壁)且允许将燃烧器与锅炉断开。

护套10和套筒9由与对壳体20指出的相同的材料制成。

加成凸缘6相对于燃烧器的壳体20的后壁定位在外部并且与燃料喷射系统5连通。

如图2所示，凸缘3提供进入环形供给鼓4中的助燃物入口，环形供给鼓4通过径向管道14与燃料环形分配室13连接。

燃烧器构件的圆形纵向布置意味着构件具有与具有在燃烧器轴线方向上的纵向轴线的圆柱形壳的形状基本相似的形状。

出口锥体11位于助燃器的注射器1的下游，以在喷射器1的出口前区段中限制燃烧气体的空气动力流。出口锥体11在其前端部分中优选地配备有空气动力扰流件11a，空气动力扰流件11a中的一些示于图1a中。

出口锥体11和套筒9在前面界定燃烧器并将其与燃烧室分开。

助燃物指含氧的气态流体。

取决于负载且取决于燃烧室的加热条件，环形管道12中的再循环烟道气的温度优选在从1000℃至1500℃的范围内。

助燃物通常选自大气空气、浓缩空气、氧和工业氧。优选地，助燃物是大气空气。在大气压下或达略高于大气压的压力(优选直到0.2 bar、更优选直到0.15 bar)下使用大气空气作为助燃物是本发明相对于现有技术的优点。如果需要，也可以使用加压助燃物。

大气空气平均来说含有(在干燥时按照体积计％)78.09％的氮、20.95％的氧、0.93％的氩、0.039％的CO₂和较低量的其他气体。大气空气还可以含有可变量的水蒸气，通常约1％。

浓缩空气通常是含有较高氧百分比、按照体积计高于20.95％直至约55％的大气空气，与100％的差异是由一种或更多种不活泼气体例如氮形成。

工业氧指氧与不活泼气体的混合物，其中，氧具有按照体积计高于80％、甚至90％的百分比。也可以使用具有92-94％VSA(真空摆动吸收)和88-92％VPSA(真空压力摆动吸收)的滴定度的氧，到100的补充至由惰性气体和/或氮形成。

如所述的，优选的助燃物是大气空气，因为使用其允许提高注射器1的效率，因而增加再循环烟道气流动速率。以此方式，获得在本发明的方法中指示的范围内的流动速率比再循环烟道气/助燃物，以致于不需要使用再循环风扇。这是优点，因为这允许避免与使用所述再循环风扇相关的投资和消耗成本，再循环风扇也应在再循环烟道气的高温条件下操作。这也将需要专门设计的风扇。

优选的燃料是固态和/或气态燃料。也可以使用在本发明的燃烧过程的操作条件下能够以液态形式或气态状态获得的固态燃料，例如烃。

可使用的气态燃料的实例是氢、天然气、炼厂气、丙烷、己烷、戊烷、丁烷。

作为液态燃料，可提及柴油、甲醇、2号油、汽油。

图2具体地例示了径向管道14，径向管道14将助燃物从入口3输送到环形分配室13中，并最终输送到形成喷射器1的管1a。

本发明的另一对象是用于操作本发明的燃烧器的过程，其中，进行MILD(温和与剧烈低氧稀释)燃烧或无焰燃烧，包括以下步骤：通过被供给助燃物的注射器从燃烧室直接抽吸再循环烟道气；通过与再循环烟道气的热交换来加热助燃物；通过一个或更多个喷射系统将燃料直接喷射到再循环烟道气中；形成燃料-再循环烟道气-助燃物混合物；将该混合物引入燃烧室中。

申请人意外且惊讶地发现，通过用上述过程操作本发明的燃烧器，获得了高效燃烧以及输出自燃烧器的烟道气中的非常低的污染物浓度，特别是CO和NO_x的浓度，低于现有技术燃烧器的燃烧烟道气中发现的那些污染物浓度。事实上，通过使用气态燃料，NO_x的排放量低于10 ppmv(按体积计的百万分之一)且CO的排放量低于20 ppmv。例如当在相同功率条件下操作并使用相同的燃料和助燃物时，通过使用液态燃料，CO和NO_x排放量是使用现有技术的火焰燃烧器在相同条件下获得的CO和NO_x排放量的至多1/3-1/4。参见实例。

这表明，通过根据上述燃烧过程操作本发明的燃烧器，如上所述，相对于上述现有技术，获得了非常意外和令人惊讶的结果。

在图3a中示意性地例示出操作图0的燃烧器的过程，其包括以下步骤：

a) 再循环烟道气被从燃烧室直接抽吸到环形管道12中，参见灰色箭头，由输出自注射器1的助燃物驱动，

b) 在再循环烟道气与助燃物之间的热交换，

c) 借助于喷射系统5和/或8将燃料直接喷射到转变室2内侧或外侧的烟道气中，见黑色箭头，

d) 形成燃料-再循环烟道气-助燃物混合物，助燃物由喷射器1喷射到燃烧器中，参见白色箭头，

e) 将混合物输入燃烧室中。

在步骤a)中，助燃物是曳出或驱动流体，且再循环烟道气或燃烧烟雾是被曳出的流体。

在步骤b)中，助燃物流相对于流入环形管道12的输入烟道气逆流。

喷射器1在燃烧器中布置在相对于喷射系统5和8不同的位置。

图3表示适用于图1的优选实施例的燃烧器的本发明的过程。

在图中示出，再循环烟道气通过抽吸进口7进入燃烧器，由通过输出自喷射器1的助燃物的流动形成的低压抽吸，参见灰色箭头，它们流动通过环形管道12且通过热交换加热通过径向导管14进入的助燃物，助燃物相对于再循环烟道气逆流地流入环形分配室13中，然后再循环烟道气进入转变室2中，且在喷射器1的入口前区段的下游，它们与助燃物混合；燃料被通过喷射系统5和/或喷射系统8直接喷射到再循环烟道气中，参见黑色箭头。

图3b表示当使用喷射系统5和8二者时操作图1a的燃烧器的过程。该图还例示出具有相关燃料加成凸缘6(也参见图1a)的喷射系统5。在图中，详细地示出了助燃物供给系统和其内侧的助燃物流，参见白色箭头。

如所述的，优选地在本发明的过程中，燃料通过喷射系统5供给。

更具体地，当对燃烧器供给气态燃料时，可使用喷射系统5或喷射系统8，可选地使用二者；当供给液态燃料时，优选地使用喷射系统5，可选地使用喷射系统8。

对本发明的燃烧器，可同时独立地供给液态燃料和气态燃料，液态燃料优选地通过喷射系统5喷射，气态燃料优选地通过喷射系统8喷射。

申请人惊讶且意外地发现，以此方式，可能在再循环烟道气的抽吸进口7附近获得仍较高的温度。这有助于通过喷射系统5喷射的液态燃料的基本上瞬时的蒸发。

在转变室2内侧形成再循环烟道气的均匀流动速率场，从而导致在喷射器1的出口前区段的区中形成由烟雾和助燃物形成的气态团，这结果为在其所有点中都是基本上均质的。

当燃料通过喷射系统5喷射时，也发生相同的情况。

申请人惊讶且意外地发现，在燃料喷射系统8的水平处发生的燃烧反应关于反应物的温度和浓度都不显示不均质性，且在气体流的所有点中都是基本上均匀的。此外，在输出自燃烧器(锥体11)的气态团中没有热峰或较冷区，因为燃料和助燃物二者在被喷射到气体流中之前通过分别流入喷射系统8的管(见上文)中而被预热，且对于助燃物流入环形分配室13的径向管道14中，管1a形成注射器1。

申请人惊讶且意外地发现，在本发明的燃烧器中，可能通过适当地调节助燃物和燃料的相应流动速率来获得化学计量或接近化学计量的燃烧反应平衡。具体地，助燃物以等于化学计量的或略高于化学计量的量被供给，以便在燃烧烟道气中具有一定量的氧(助燃物过量)，在干燥时按％体积计，通常当使用液态燃料时等于或低于1.2％且当使用气态燃料时低于0.4％。这意味着在排气管处损失的能量的量相当低并且减少到最小值。助燃物和燃料的流动速率可通过依靠相关供给压力操作而得到控制。这显示出相对于常规燃烧器的优点，常规燃烧器示出如所述的数量级的烟道气中的氧浓度值，如按照体积计1.6％且更通常为至少3％的最小值。事实上，当在现有技术燃烧器中，通过利用接近化学计量的氧浓度来操作燃烧时，获得非常高的CO排放量，远高于在欧洲由对烟雾排放的规定所设定的限制。

当燃料被通过喷射系统5在喷射器1的上游喷射时，在转变室2中，再循环烟道气与处于气态状态的燃料混合，但不发生燃烧。

该实施例优选地与液态燃料一起使用，因为处于高温(例如包括在850°-1050℃之间的温度)的再循环烟道气在转变室2中的存在有助于液态燃料到气态状态的几乎瞬时的转变。已经发现，以此方式，当通过喷射系统5供给液态燃料时，可能在转变室2内侧形成气体的均匀流动速率场且获得当到达喷射器1的出口前区段时均质的气态混合物，以便不产生热峰或较冷区。

这允许相对于常规燃烧器获得显著的优点，在常规燃烧器中，如已知的，液态燃料的燃烧产生显著量的污染物质。相反，如所述的，在本发明的过程的情况下，也通过使用液态燃料，与烟道气一起输出自燃烧器的CO和NO_x的量大大减少。此外，在使用液态燃料时，也不需要提供用于烟道气的再循环或用于对供给进行预热的专用机械，诸如风扇。此外，如所述的，在本发明的燃烧器中，还可以使用具有突出的经济效益的大气空气。

再循环烟道气/助燃物之间的流动速率比按体积百分比计优选为在从约30％直到约60％、更优选为从40至45％的范围。利用本发明的燃烧器，当使用再循环风扇时，还可能获得达到100％的这些流动速率之间的比率。

用于本发明燃烧器中的气态和液态燃料的喷射压力是现有技术燃烧器中已知的喷射压力。

助燃物在优选为包括在1000和15000 Pa之间的压力下被注入喷射器1中。

申请人已惊讶且意外地发现，在本发明的燃烧器中，即使当将负载从最大负载(100％负载)降低到在工业应用中通常使用的最小负载(20-15％负载)时，不需要增加维持燃烧所需的过量空气。因此，在燃烧器中，在低负载下也维持最大负载的接近化学计量/化学计量的相同燃烧条件(在燃烧烟雾中的助燃物过量低于上述限制)。

申请人已惊讶和意外地发现，通过使用由管1a的组形成的注射器1，助燃物与来自转变室2的气相之间的混合是非常有效率的。申请人已发现，通过使用注射器1，用于燃烧所需的助燃物过量大大减少并低于上述限制。

在燃烧器操作开始时，燃料优选地通过喷射系统8喷射，且然后，当燃烧器在稳定状态下操作时，使用喷射系统5和/或喷射系统8。

本发明的另一对象是使用本发明的燃烧器来操作工业蒸汽发生器，以通过使用上述用于操作燃烧器的过程来产生过程蒸汽或电功率。

以下实例仅是用于例示目的而给出的，并且它们不限制本发明的范围。

实例

空气过量

按照％体积计的空气过量由下式定义：

[(W_燃烧空气/W_{化学计量空气})-1)]×100，其中，W_燃烧空气是实际使用的空气流动速率，W_{化学计量空气}是燃烧反应的化学计量平衡所需的空气流动速率。

实例1

燃烧过程在如图1a中表示的根据本发明并连接于工业耐火锅炉的燃烧器中进行。燃烧器在其热功率的100％(100％负载)下使用。供给燃料是天然气(按％体积计约95％的甲烷、2.5％的乙烷、0.2％的丙烷、0.06％的丁烷、0.02％的戊烷+C₁₀H₂₂的混合物、1.6％的氮、0.7％的CO₂、H₂O微量和H₂S)。助燃物是室温下的大气空气。

空气供给压力为12000 Pa。气态燃料通过喷射系统8在喷射器1的下游供给。燃料供给压力为250000Pa。

空气过量为1.5％。基于干燥气体计算，烟道气中所含的氧为0.3％体积。输出自锅炉的烟道气的温度为1320℃。

再循环烟道气/助燃物的体积比为45％。CO的排气管排放量≤20 ppmv且NO_x≤15ppmv。

实例2

重复实例1，但天然气的喷射是通过喷射系统5在喷射区段1的上游进行的。

CO的排气管排放量≤10 ppmv且NO_x≤10 ppmv。

比较实例3

使用现有技术常规火焰燃烧器(参见图4)。燃烧器在其热功率的100％时下被使用。使用的燃料和助燃物与实施例1中的相同。

空气供给压力为2000 Pa。燃料在200000 Pa的压力下供给。

空气过量为10％。烟道气中的氧基于干燥气体为2％体积。输出自锅炉的烟道气的温度为1300℃。

排气管CO排放量包括在50和100 ppmv之间且NO_x排放量为从90到130 ppmv。

实例4

燃烧过程在根据本发明的连接于工业锅炉的燃烧器中进行。燃烧器在其热功率的100％下被使用。使用具有0.2％重量的氮含量的燃料油。使用的助燃物与实例1中的相同。

空气供给压力为12000 Pa。燃料在喷射区段1的上游通过喷射系统5供给。燃料供给压力包括在10和15 bar(10000-15000 KPa)之间。空气过量为5％。烟道气中所含的氧基于干燥气体为1％体积。输出自锅炉的烟道气的温度为1250℃。

再循环烟道气/助燃物的体积比为42％。CO的排气管排放量为≤40 ppmv且NO_x为≤80ppmv。

比较实例5

使用先前描述的常规现有技术火焰燃烧燃烧器(参见图4)。燃烧器在其热功率的100％下工作。燃料和助燃物与实例4中的相同。

空气供给压力为2000 Pa。燃料在10-15 bar的压力下供给。

空气过量包括在15和20％之间。烟道气中所含的氧基于干燥气体下为约3-4％体积。输出自锅炉的烟道气的温度为1230℃。

CO的排气管排放量包括在70和170 ppmv之间且NO_x排放量为从190到250 ppmv。

Claims (27)

1.一种其中发生MILD燃烧的燃烧器，包括用于借助于被供给助燃物的注射器直接从燃烧室抽吸再循环烟道气的系统、适合用于在再循环烟道气与助燃物之间的热交换的热交换系统、用于将燃料直接喷射到再循环烟道气中的系统，后者包括或不包括助燃物，并在助燃物注射器的出口周围的区中形成燃料-再循环烟道气-助燃物的混合物且接下来将该混合物引入所述燃烧室中。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，包括为再循环烟道气的抽吸系统的环形管道12、转变室2、燃料喷射系统5和8、由管1a形成的助燃物注射器1、和燃烧器的出口锥体11，管1a在它们的出口部分中平行。

3.根据权利要求2所述的燃烧器，包括环形管道12、与环形管道12同轴的适合用于在再循环烟道气与助燃物之间的热交换的热交换系统、定位在转变室2的内侧和外侧二者并且与形成注射器1的管1a的出口部分同轴的用于将燃料直接供给到再循环烟道气中的燃料喷射系统，其中在形成注射器1的管1a的出口部分的前区段周围的区中形成燃料-再循环烟道气-助燃物的混合物且接下来将该混合物引入燃烧室中。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的燃烧器，其中，环形管道、烟道气与助燃物之间的热交换系统以及转变室相对于纵向燃烧器轴线同轴。

5.根据权利要求4所述的燃烧器，包括用于从燃烧室抽吸再循环烟道气的抽吸进口7、环形管道12、助燃物环形分配室13、径向管道14、转变室2、燃料喷射系统5和8、助燃物注射器1、出口锥体11、壳体20；其中，通过抽吸进口7与所述燃烧室连通的环形管道12在外部和后面界定助燃物环形分配室13；

助燃物环形分配室13在前面与注射器1连通且在后面与径向管道14连通并在外部界定转变室2；

转变室2在前面由注射器1的出口前区段界定且在后面由通过壳体20形成的壁界定；

注射器1的出口前区段相对于助燃物环形室13垂直，助燃物环形室13在前面与出口锥体11接触；燃料喷射系统5在注射器1的上游定位在燃烧器的壳体20的后壁上，燃料喷射系统8定位在注射器1的出口前区段的下游；其中，通过抽吸进口7从所述燃烧室直接抽吸的再循环烟道气流动穿过环形管道12并加热逆流地流入助燃物环形分配室13中的助燃物，再循环烟道气进入转变室2并由通过输出自注射器1的前区段的助燃物形成的低压驱动，它们在注射器1的出口前区段的下游与助燃物混合，助燃物是曳出流体且再循环烟道气是被曳出的流体，燃料通过喷射系统5在注射器1的上游直接喷射到再循环烟道气中并且/或者通过喷射系统8在注射器1出口前区段的下游直接喷射到助燃物-再循环-烟道气混合物中，在后一情况下，当也使用喷射系统5时，再循环烟气已含有燃料。

6.根据权利要求5所述的燃烧器，其中，燃料由喷射系统5供给。

7.根据权利要求6所述的燃烧器，其中，所供给的燃料是液态燃料。

8.根据权利要求5-7中的任一项所述的燃烧器，其中，出口锥体11、抽吸进口7、环形管道12和助燃物环形分配室13围绕燃烧器轴线周向且纵向地定位。

9.根据权利要求5-8中的任一项所述的燃烧器，其中，转变室2和注射器1沿着燃烧器的纵向轴线定位。

10.根据权利要求5-9中的任一项所述的燃烧器，其中，注射器1的管1a包括连接到燃料环形分配室13并相对于其径向地定位的入口，且所述管的出口部分平行于燃烧器的纵向轴线，其中它们的出口指向出口锥体11；管1a的所述出口部分相对于纵向燃烧器轴线轴向且圆形地定位。

11.根据权利要求5-10中的任一项所述的燃烧器，其中，喷射系统8围绕燃烧器纵向轴线圆形地定位，且位于从燃烧器的后壁跨过转变室2和注射器1的出口前区段与燃烧器轴线平行的管的端部处。

12.根据权利要求5-11中的任一项所述的燃烧器，其中，喷射系统5在燃烧器的壳体20的后壁上，且定位在燃烧器纵向轴线上并且相对于其圆形地定位。

13.根据权利要求5-11中的任一项所述的燃烧器，其中，壳体20在其内部分中是耐火材料或陶瓷内衬的。

14.根据权利要求5-12中的任一项所述的燃烧器，包括加成凸缘3、助燃物的环形供给鼓4、去往喷射系统5的燃料的加成凸缘6。

15.根据权利要求5-12中的任一项所述的燃烧器，其中，壳体20由套筒9和护套10形成；套筒9和环形供给鼓4围绕燃烧器轴线圆形地且纵向地定位；抽吸进口7由套筒9在外部界定；加成凸缘6相对于燃烧器的壳体20的后壁定位在外部，凸缘3提供进入环形供给鼓4中的助燃物入口，环形供给鼓4通过径向管道14连接到燃料环形室13。

16.根据权利要求1-15中的任一项所述的燃烧器，其中，助燃物选自大气空气、浓缩空气、氧和工业氧。

17.根据权利要求1-16中的任一项所述的燃烧器，其中，所使用的燃料是液态和/或气态的，或者是在燃烧器的操作条件下变为液态或气态的固态燃料。

18.一种操作根据权利要求1-17中的任一项的燃烧器的过程，包括以下步骤：借助于被供给助燃物的注射器直接从燃烧室抽吸再循环烟道气；通过与再循环烟道气的热交换来加热助燃物；通过一个或更多个喷射系统将燃料直接喷射到再循环烟道气中；形成燃料-再循环烟道气-助燃物混合物；将该混合物引入燃烧室中。

19.根据权利要求18所述的过程，包括以下步骤：

a) 通过被供给助燃物的注射器1从燃烧室抽吸再循环烟道气，

b) 再循环烟道气与助燃物之间的热交换，

c) 借助于喷射系统5和/或8将燃料喷射到与助燃物供给系统同轴的转变室2的内侧和/或外侧的烟道气中，

d) 形成燃料-再循环烟道气-助燃物混合物，助燃物由喷射器1喷射到燃烧器中，

e) 将该混合物输入燃烧室中。

20.根据权利要求18-19所述的过程，其中，再循环烟道气通过抽吸进口7进入燃烧器，由通过输出自注射器1的助燃物流形成的低压抽吸，它们流动通过环形管道12并通过热交换加热助燃物，助燃物从径向管道14进入且相对于再循环烟道气逆流地流入助燃物环形分配室13中，然后它们进入转变室2且在注射器1下游它们与助燃物混合；燃料通过喷射系统5和/或喷射系统8直接喷射到再循环烟道气中。

21.根据权利要求18-20所述的过程，其中，当对燃烧器供给气态燃料时，使用喷射系统5和/或喷射系统8。

22.根据权利要求18-20所述的过程，其中，当对燃烧器供给液态燃料时，使用喷射系统5，可选地使用喷射系统8。

23.根据权利要求18-20所述的过程，其中，当对燃烧器同时供给液态燃料和气态燃料时，喷射系统5用于液态燃料，且喷射系统8用于气态燃料。

24.根据权利要求18-23所述的过程，其中，当使用液态燃料时，烟道气中的氧量(干燥时的％体积)等于或低于1.2％，且当使用气态燃料时低于0.4％。

25.根据权利要求18-24所述的过程，其中，以体积百分比表示的再循环烟道气/助燃物的流动速率比的范围从30％直到约60％。

26.根据权利要求18-25所述的过程，其中，在燃烧器操作开始时，通过喷射系统8喷射燃料，当燃烧器在稳定状态下操作时，使用喷射系统5和/或喷射系统8。

27.一种根据权利要求1-17的燃烧器的通过使用根据权利要求18-26的方法来操作工业蒸汽发生器以产生过程蒸汽或电功率的用途。