采用分级雾化的液体燃料燃烧方法技术

本发明专利技术涉及一种液体燃料燃烧方法和一种实施该燃烧方法的燃烧器，所述方法包括通过喷射与液体燃料（４）接触的主雾化气体流（３）而产生液体燃料喷雾（１０）的步骤，所述方法的特征在于，在所述喷雾（１０）附近喷射至少一支次雾化气体流（１），以便在所述喷雾（１０）与氧化剂射流接触以实现燃料燃烧前产生喷雾（１０）的二次雾化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种液体燃料燃烧方法和一种实施该方法的燃烧器。
技术介绍
例如在安装工业炉用燃烧系统的过程中，一个主要关心的问题是通过最佳地控制火焰特性而使燃烧效率最优，同时满足加热方法在热传递方面的需要并使空气污染物排放最少。 液体燃料的利用氧化气体的两相燃烧在实际燃烧发生前包括两个主要步骤。在第一步骤中，需要利用喷射的雾化气体使液体燃料雾化，以便使得液体燃料流不稳定并形成与氧化剂具有较大接触表面积的燃料喷雾以促进燃烧。所使用的雾化气体可以是例如空气、氧气、蒸汽或者甚至天然气。然后，这样形成的液体燃料液滴需要在燃料利用氧化剂燃烧之前蒸发。由于燃料液滴的蒸发时间比反应时间长，所以反应物的混合物以及由此得到的燃烧特性本质上取决于燃料喷雾的特性，尤其是所形成的燃料液滴的尺寸。 喷雾特性取决于所使用的喷射器的类型。大多数喷射器利用雾化气体和液体燃料之间的大的速度差来使得燃料不稳定并形成喷雾。根据燃料或雾化气体是否高速流动，存在两种类型的喷射器，即，其中燃料承受高压并高速流过小直径孔的机械喷射器，以及其中燃料射流以较低速度流动并通过雾化气体的高速流动而变得不稳定的、称作“双流体”喷射器的喷射器。但是，很少使用机械喷射器，因为一方面它们存在沉积物阻塞燃料喷射孔的较高危险，另一方面，由于达到较高液体压力所需的压缩机成本较高，流动范围受到限制。 双流体喷射器可以允许非常高的雾化气体流速。在这种类型中，空气助喷雾化器和喷淋雾化器之间存在差别，其中，空气助喷雾化器在气体以非常高的速度喷射而流量较低的情况下操作，而喷淋雾化器的特征则在于雾化气体流速较低但流量较高。两种流体可以在封闭的环境中混合(内部混合喷射器)或者在喷射系统外部混合(外部混合喷射器)。 此外，可以使液体燃料流可选地定向为在与雾化气体流接触之前在一适当的表面上形成薄膜。在这种情况下，将喷射器称为预先形成液体膜的预成膜雾化器，而在相反的情况下，喷射器为普通的喷射雾化器，其中完全是液体流。 在有氧燃烧中最常用的喷射器是以低于200m.s-1的雾化气体速度喷雾、进行外部混合的双流型喷射器和普通的射流喷射器。 主要通过改变雾化气体和液体燃料的相对速度来控制由这种喷射器产生的喷雾的燃烧特性。这样做可改变燃料喷雾的平均液滴尺寸，并且由此蒸发时间与燃烧反应时间相比也发生变化。液滴尺寸和蒸发时间控制蒸发的燃料和氧化剂的混合，因此是非常重要的燃烧参数，尤其是决定了燃烧是否充分。然而，尽管控制喷射速度有助于调节喷雾和两相燃烧的特性以使它们适应加热过程，但是这种喷射器仍然缺乏适应性。 例如，难以有效地控制喷射器的冷却。事实上，雾化气体流量的增加导致平均液滴尺寸减小，并由此导致较为接近的反应区域，因此喷射器过热。 此外，对于过高的雾化气体流量，雾化模式可从具有充分发展的液体锥的纤维模式转换到具有较短的截头液体锥的超脉冲模式。在这种情况下，反应区域易于在紧邻燃烧器处变稳定并使其受损。此外，过高的雾化气体速度还可引起火焰的不稳定。事实上，已经证明，火焰的稳定性可能与混合时间和燃烧化学的特征时间的比率有关，当该比率大于1时火焰是稳定的。在雾化气体速度过度增加的情况下，混合时间变得比燃烧化学的特征时间短，由此不再满足稳定性条件。 另一缺陷在于，喷雾特征影响若干个参数，由此不能彼此独立地控制这些参数。因此，不能独立地控制喷雾液滴尺寸和喷射角度，这两个特征都依赖于雾化气体的动量和燃料动量的比率。更具体地，如果该动量比率低于5，则雾化气体流量的增加将同时导致液滴尺寸的减小和喷射角度的扩大，火焰容易与相邻燃烧器的火焰互相影响。 另一缺陷出现在使用高粘性燃料的情况下。在这种情况下，以围绕液体燃料流的环状喷射的单一雾化气体流不允许产生具有均匀液滴尺寸的喷雾的均匀雾化。这导致不规律的燃烧和火焰稳定性问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述缺陷，并因而包括一种液体燃料燃烧方法，该方法包括通过喷射与液体燃料接触的主雾化气体流而产生液体燃料喷雾的步骤，所述方法的特征在于，在喷雾附近喷射至少一支次雾化气体流，以便在所述喷雾与氧化剂射流接触以实现燃料燃烧前产生所述喷雾的二次雾化。 这样，对于相同的雾化气体总流量，第一雾化气流的流量减小，导致形成这样的喷雾，其在喷射器附近形成的液滴的尺寸较大。然后，第一喷雾的燃料液滴进行二次雾化，产生具有较小液滴的改善的喷雾。在已经形成第一喷雾的情况下，二次雾化更加有效，尤其是在高粘性燃料的情况下，并且二次雾化将改善的喷雾的液滴从喷射器拖曳得较远。由于液体燃料的分级雾化，燃烧反应在距离喷射器较远处发生，由此降低了燃烧器过热和损坏的危险。重要的是，可以观察到，在燃烧器具有可缩进的喷射头的情况下，二次雾化允许其以较高的收缩力工作。而且，雾化气流因而加倍地允许更有效的燃烧器冷却。由此增加了喷射器的使用寿命并且减少了对喷射器的维护。 在所使用的雾化气体是氧气-一种具有较高的过热危险的气体-的情况下，这种在冷却喷射器方面的改善尤其有利。 此外，第二雾化气流的存在通过限制喷射角度的增加而减少了液滴尺寸(火焰长度)和喷射角度(火焰宽度)之间的相关性。由此可以更容易地控制火焰长度，同时限制与相邻燃烧器的火焰相互影响的危险。 本专利技术的另一个优点在于NOx化合物排放的减少。事实上，所获得的火焰温度较均匀，因此减少了NOx的形成。由于次雾化气体流所产生的较好的反应物稀释和燃烧产物，这一过程得到加强。 根据本方法的第一示例性实施例，沿与液体燃料的喷射方向平行的方向喷射所述次雾化气体流。 根据本方法的第二示例性实施例，沿朝向液体燃料的喷射方向会聚的倾斜方向喷射所述次雾化气体流。这使得可以更精确地控制喷射角度，改善的喷射角度等于次雾化气体流的喷射方向和燃料流动方向之间的角度的两倍。有利地，以0°和60°之间的角度、优选地以0°和30°之间的角度喷射次雾化气体流。 可选地，可以设置调节装置以用于相对于液体燃料的喷射方向确定次雾化气体流的喷射方向，以增大火焰宽度，并且如果需要的话，由此增加加热过程的热传递。 有利地，喷射次雾化气体流以产生湍流。因此，湍流改善了反应物的稀释和燃烧产物，并进一步减少NOx化合物的排放。 优选地，次雾化气体流量在雾化气体总流量的20％和70％之间。 有利地，将所述次雾化气体流分成多股气流，所述多股气流以均匀分布的方式喷射并且等距地围绕所述液体燃料流。其中，可以通过围绕燃料喷射的同心流动或者通过终止于燃烧器头部并且均匀地分布在燃料喷射周围的多个开口完成所述喷射。更确切地说，围绕液体燃料同轴地喷射主雾化气体流，而经由所述多个开口喷射次流。 根据本专利技术的方法对于分级燃烧过程是理想的，在所述分级燃烧过程中，氧化剂被喷射并且被分成在离燃料喷雾不同距离处引入的几支(氧化剂)流，具体如WO2004/094902所述。因此，氧化剂射流可被分成第一氧化剂射流和第二氧化剂射流，第一氧化剂射流在燃料喷雾附近喷射，以引起不完全的第一燃烧，该第一燃烧产生的气体仍然包括至少部分燃料，而第二氧化剂射流在离燃料喷雾距离I1处喷射，以便与存在于第一燃烧所产生气体中的部分燃料燃烧，其中，所述距离I1比燃料喷雾和最靠近燃料喷雾的第一氧化剂射流之间的距离大。本专利技术还包本文档来自技高网...

【技术保护点】
液体燃料燃烧方法，该方法包括通过喷射与液体燃料（４）接触的主雾化气体流（３）而产生液体燃料喷雾（１０）的步骤，所述方法的特征在于，在所述喷雾（１０）附近喷射至少一支次雾化气体流（１，５），以便在所述喷雾（１０）与氧化剂射流接触以实现燃料燃烧前产生喷雾（１０）的二次雾化。

【技术特征摘要】
FR 2005-8-4 05524311.液体燃料燃烧方法，该方法包括通过喷射与液体燃料(4)接触的主雾化气体流(3)而产生液体燃料喷雾(10)的步骤，所述方法的特征在于，在所述喷雾(10)附近喷射至少一支次雾化气体流(1，5)，以便在所述喷雾(10)与氧化剂射流接触以实现燃料燃烧前产生喷雾(10)的二次雾化。2.根据权利要求1所述的液体燃料燃烧方法，其特征在于，沿与液体燃料的喷射方向平行的方向喷射所述次雾化气体流(1)。3.根据权利要求1所述的液体燃料燃烧方法，其特征在于，沿朝向液体燃料的喷射方向会聚的倾斜方向喷射所述次雾化气体流(5)。4.根据权利要求1-3中任一项所述的液体燃料燃烧方法，其特征在于，喷射所述次雾化气体流(1，5)以产生湍流。5.根据权利要求1-4中任一项所述的液体燃料燃烧方法，其特征在于，所述次雾化气体流(1，5)中的雾化气体流量在雾化气体总流量的20％和70％之间。6.根据权利要求1-5中任一项所述的液体燃料燃烧方法，其特征在于，将所述次雾化气体流(1，5)分成多股气流，所述多股气流以均匀分布的...

【专利技术属性】
技术研发人员：B勒鲁，PJM勒库特，M阿米拉特，G康斯坦丁，RP特斯阿瓦，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]