用于分级地燃烧燃料的方法和燃烧头技术

通过将燃烧空气(28)输入燃烧管(12)中分级地燃烧燃料的方法。输入第一燃料量以在燃烧管内形成初级火焰(24)。在下游输入第二燃料量以形成主火焰前沿(26)。主火焰前沿(26)在燃烧管(12)的下游稳定并且与燃烧管(12)间隔开。燃料输入部设计成，使得初级火焰(24)以大于1.5、尤其大于2.0的化学计量比燃烧。尤其大于2.0的化学计量比燃烧。尤其大于2.0的化学计量比燃烧。

【技术实现步骤摘要】
用于分级地燃烧燃料的方法和燃烧头


[0001]本专利技术涉及一种用于分级地燃烧燃料的方法以及用于分级地燃烧燃料的燃烧头。

技术介绍

[0002]在燃烧设备中燃烧化石燃料时，处理其他的燃烧产物以外也产生氮氧化物，例如NO、NO2。下面仅统称为NO。这些和其他的有害物质排放可通过在燃烧器中的结构措施影响和降低。导致这种氮氧化物的反应机制是基本已知的并且一般区分为热的NO形成和瞬发的NO形成，以及描述为由于在燃料中化学键合的氮氧化的NO形成。
[0003]对此已知的是，根据所谓的泽尔多维奇(Zeldovich)机制，热的NO一方面与反应组分在燃烧区中的停留时间相关并且另一方面很大程度地与燃烧温度本身相关。燃烧温度与燃料/空气比λ相关联。将最大的燃烧温度设定在燃料/空气比λ＝1。该燃料/空气比也称为化学计量比比例。燃烧空气中有恰好如此多的氧气，使得燃料完全地燃烧。燃料/空气比λ＜1称为浓的混合物，因为有过多的燃料。燃料/空气比λ＞1称为稀的混合物，因为空气过量。在两种情况下，燃烧温度再次下降，因此也形成较少的热的NO。
[0004]除了热的NO之外，形成瞬发的NOx也是重要的。瞬发的NO由在火焰内中间形成的烃基CH产生，该烃基作为燃烧含碳的化石燃料时的中间产物。CH基与空气氮气反应形成氢氰酸(HCN)，氢氰酸在非常快速的形成反应中继续转化为NO。为了抑制形成自由的CH基且因此形成瞬发的NO，有效方法是稀薄燃烧或高于化学当量比的燃烧。稀薄燃烧表示用过量空气燃烧，即λ＞1。
[0005]与热的NO相比，瞬发的NO产生更少的量，但是对于尤其在超低NO应用中使NO形成最小是决定性的。
[0006]还已知的是，在燃烧时产生的废气的再循环或回收有利于降低氮氧化物形成。对此，再循环的经冷却的废气降低了火焰温度本身，也降低了燃烧区中的O2分压。这两种效应都有助于降低NO形成。但是混入越来越多的废气将趋于使得连续的燃烧过程不稳定。
[0007]EP 1 754 937B1和EP 2 037 173B1示出用于实现NO还原的燃烧头。其中主要是单级的燃烧方法，该燃烧方法仅在有限的程度上实现了进一步的NO优化以及使火焰稳定。DE 195 09 219A1示出一种用于在第一级中使用高于化学当量比的空气
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气体混合物并且在第二级中使用低于化学当量比的空气
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气体混合物的两级燃烧的燃烧头。
[0008]燃烧头通常可在所谓的混合区和所谓的燃烧区之间区分。
[0009]在混合区中不同的流体混合，流体(还)未燃烧。在混合区中通常没有满足对于燃烧所必需的条件。这例如在可点燃的混合物的流动速度显著高于火焰速度时可为这种情况。
[0010]燃烧区为存在燃烧所需条件的区域。在存在可点燃的混合物(例如燃料
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燃烧空气
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混合物、燃料
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燃烧空气
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废气
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混合物、燃料
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氧化剂
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混合物、燃料
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氧化剂
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废气
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混合物)，可点燃的混合物的流动速度和火焰速度基本相等并且存在等于或大于可燃的混合物的点火温度的温度时提供燃烧区。一般术语“氧化剂”包括术语“燃烧空气”，但是也包括例
如富含额外氧气的环境空气。在不满足这些条件的区域中不能点燃或燃烧。通常混合区在没有显著的空间分离的情况下过渡到燃烧区。

技术实现思路

[0011]因此需要本专利技术。本专利技术的目的可为，能够取消用于NO还原的外部措施、例如取消外部的再循环。本专利技术的目的可为，使得能量应用保持尽可能低。本专利技术的目的可为，提供具有最小化NO排放的能量有利的燃烧。
附图说明
[0012]本专利技术的目标和特征在下面对参考附图的实施例的描述中阐述，其中：
[0013]图1高度示意性地示出了燃烧头的侧视图；
[0014]图2从燃料输入侧以示意性立体图示出了燃烧头的部件；
[0015]图3从火焰侧以示意性立体图示出了图2的燃烧头的部件；
[0016]图4示意性地示出了燃烧头的侧视图；
[0017]图5示意性地示出了燃烧头的前区段的剖视图；以及
[0018]图6示意性地示出了燃烧头的前视图。
具体实施方式
[0019]下面参考附图描述各方面和实施方式，其中相同的或相似的附图标记一般性地用于指代相同的或相似的元件。在下面的描述中阐述诸多特定细节，以提供对实施方式的一个或更多个方面的基本理解。但是对于技术人员显而易见的是，可使用较少的特定细节实施实施方式的一个或更多个方面。在其他情况下以示意性的形状示出元件，以便简化对实施方式的一个或更多个方面的描述。因此下面的描述不应看作是限制性的。需要注意的是，附图中的不同元件不是一定按尺寸比例表示的。
[0020]在参考附图描述中使用的方向性术语，例如“上”、“下”、“上侧”、“下侧”、“左”、“右”、“前侧”、“后侧”、“垂直”、“水平”等不可限制性地理解。实施方式的组成部分可以多个不同取向定位，方向性术语仅用于描述。应理解的是，可使用其他的实施方式并且可想到结构或逻辑的变化，而不脱离本专利技术的构思。
[0021]在实际中多级的燃烧过程早已熟知。但是至今已知的方案目前不足以能够长期继续满足对燃烧设备运行的持续增加的NO要求。根据本公开，通过分级的燃烧可更显著地降低NO。通过相应的可调节性，也可在宽泛的载荷范围上和/或针对不同的燃料和/或针对不同的燃烧室确保NO降低。
[0022]提供了根据权利要求1所述的通过将燃烧空气输入燃烧管中来分级地燃烧燃料的方法。燃料可为气体或液体燃料。输入第一燃料量以在燃烧管内形成初级火焰。可在下游输入第二燃料量以形成主火焰前沿。主火焰在燃烧管下游稳定并且与燃烧管间隔开。燃料输入部构造成，使得初级火焰以大于1.5、尤其大于2.0的化学计量比燃烧。由此可实现非常低的火焰温度。实际上没有形成瞬发NO。主火焰略微高于化学计量比。化学计量比可在1.03和1.18之间。主火焰的温度可通过燃烧室内部再循环的废气显著降低。
[0023]在一种实施方式中，第一燃料量独立于第二燃料量调节。由此可在宽泛的载荷范
围上确保高于化学计量比的初级火焰。
[0024]在一种实施方式中，输入的第一燃料量可显著地低于输入的第二燃料量。第一燃料量例如可在总燃料量、即第一燃料量和第二燃料量的总和的大约3％和15％之间。优选地，第一燃料量处于第一燃料量和第二燃料量的总和的5％和10％之间。
[0025]在另一实施方式中，一部分燃烧空气发生扭曲。由此产生旋流的燃烧空气。第一燃烧量的第一部分输出到空气涡流的区域中。由此产生旋流的稀薄的空气/燃料混合物。可实现非常好的混合。在该区域中，流动速度高并且混合物稀薄，从而没有提供点燃条件。旋流的稀薄的空气/燃料混合物的流动速度在下一步骤中降低。将第一燃料量的第二部分输送给减速的旋流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.通过将燃烧空气(28)输入燃烧管(12)中分级地燃烧燃料的方法，所述方法包括：
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输入第一燃料量以在所述燃烧管(12)内形成明显高于化学计量比的初级火焰(24)、优选化学计量比大于1.5、尤其大于2.0；
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在下游输入第二燃料量以在燃烧室中形成略微高于化学计量比的主火焰(26)、优选化学计量比在1.03和1.18之间，其中，所述主火焰(26)的温度通过燃烧室内部再循环的废气而下降，并且其中，所述主火焰(26)在所述燃烧管(12)的下游并且与所述燃烧管(12)间隔开地实现稳定。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
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与所述第二燃料量无关地调节所述第一燃料量，其中，按如下方法进行调节，使得第一燃料量约在所述第一燃料量和所述第二燃料量的总和的3％和15％之间、优选5％和10％之间。3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
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使得所述燃烧空气(28)的一部分旋流以产生有涡流的燃烧空气；
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将所述第一燃料量的第一部分量输入有涡流的燃烧空气的区域中以形成有涡流的稀薄的空气/燃料混合物；
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降低有涡流的稀薄的空气/燃料混合物的流动速度；以及
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将第一燃料量的第二部分量输入变慢的、有涡流的稀薄的空气/燃料混合物中。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，沿径向方向向内输入第一燃料量的第一部分量的至少一部分。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，沿切向方向随着旋流的燃料/燃烧空气混合物的流动输入第一燃料量的第二部分量的至少一部分。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
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在输入所述第二燃料量的区域中形成涡流、尤其是静止的涡流，由此将废气回引到所述主火焰前沿(26)的热区中。7.用于分级地燃烧燃料的燃烧头(10)，其中，所述燃烧头(10)设计成，在燃烧管(12)内在高于化学计量比的初级火焰(24)中燃烧第一输入的燃料的量，并且在燃烧室中与所述燃烧管(12)间隔开地在略微高于化学计量比的、优选化学计量比在1.03和1.18之间的主火焰(26)中燃烧第二输入的燃料的量，其中，燃料输入部设计成，使得所述初级火焰(24)以大于1.5、尤其大于2.0的化学计量比燃烧，其中，所述燃烧头(10)还设计成，通过燃烧室内部再循环的废气使得所述主火焰(26)的温度下降，并且使得所述主火焰(26)在所述燃烧管(12)的下游并且与所述燃烧管(12)间隔开地实现稳定。8.根据权利要求7所述的燃烧头(10)，其中，能使得第一量燃料的输入和第二量燃料的输入彼此独立地调节，其中，按如下方法进行调节，使得第一燃料量约在第一燃料量和第二燃料量的总和的3％和15％之间、优选5％和10％之间。9.根据权利要求8所述的燃烧头(10)，其中，所述燃料头设计成，将第一量燃料的第一部分输送给燃烧空气的产生强涡流的部分以形成燃料/燃烧空气混合物并且将第一量燃料的第二部分输送给经减速的燃料/燃烧空气混合物。10.用于分级地燃烧燃料的燃烧头(10)，具有：燃烧管(12)，所述燃烧管构造为被燃烧空气(28)流过，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：欧科燃烧器有限公司，
类型：发明
国别省市：