燃烧器组件和燃烧方法技术

本发明专利技术涉及一种用于在燃烧区内分开喷射燃气和氧化剂的可变动量燃烧器组件，其包括至少两个燃气导管（１００）、至少一个氧化剂导管和燃气分配器（１１０），其中所述至少两个燃气导管包括形成内部燃气出口的内部燃料传导通道（１０１）和形成外部燃气出口的外部燃料传导通道（１０２），所述内部和外部燃气传导通道同轴地设置；并且其中所述燃气分配器包括与所述至少两个燃气导管的内部燃料传导通道流体连接的第一燃气室（１１１）和与所述至少两个燃气导管的外部燃料传导通道流体连接的第二燃气室（１１２）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种燃烧工艺及用于该燃烧工艺的设备，该设备用于容纳分离的燃料 喷射器和氧化剂喷射器，以将燃气和氧化剂分开引入炉的燃烧室，使得燃料与氧化剂在宽 而发光的火焰中燃烧，并且由此燃料与氧化剂的燃烧所产生的氮氧化物(NOx)的量减少。
技术介绍
诸如玻璃或釉料熔融、黑色金属和有色金属材料熔炼之类的工业高温工艺使用 大量能量以将各种原料转化为随后在工业工艺的更多阶段中铸造、成型或被处理的热产 品。该操作一般在每天能够生产多达500吨(公制的)熔融材料的大型炉中执行。高卡值 (calorific value)燃料如天然气、丙烷或可能地低卡值燃料如一些高炉气与含氧的氧化 剂在炉内燃烧是一种供应能量的优选方法。在一些情况下，通过电加热补充燃烧。燃料和 氧化剂在绝大部分时间经燃烧器引入炉内以产生火焰。能量从火焰传递至待被加热或熔融 的材料是在材料表面的对流与对表面的辐射或在材料可透辐射的情况下对材料内部的辐 射相结合的结果。高辐射性火焰(通常称为发光焰)通常是优选的，这是因为它们提供更 好的热传递并因而提供更高的燃料效率。对于火焰加热而言，使来自火焰的能量均勻地分布在待被加热或熔融的材料表面 上方也很重要。否则，热区域和冷区域可在炉内共存，这通常是不希望的，因为它会影响使 用在这种炉内加热或熔融的材料制造的产品的质量。例如，在熔融玻璃浴中，冷区域中可能 存在玻璃结石，而热区域中的挥发增加。优选宽火焰，这是因为它们产生更好和更均勻的覆至ΓΤΠ ο许多国家颁布了关于NOx排放的日益严格的规定。因此已开发限制NOx形成的燃 烧技术。在很高温度的工艺中，氧分子和氮分子在火焰和炉的热区域中的长时间停留促进 了 NOx的形成。已证实使用大致纯氧(90% O2或更高)代替空气作为氧化剂很成功地降低 多达90%的NOx排放，这是因为几乎消耗了所有氮。但是，用大致纯氧代替空气提高了火焰温度，并因而在炉内形成氮与氧反应率高 并且NOx的形成可成正比地增加的区域，即使当与使用空气燃烧相比时NOx的形成整体上 减少。实际上，在实践中，通常不可能从炉排除所有氮，因为工业炉并非是不漏气的，燃料通 常含有一些氮，并且从非低温源供应的氧例如通过真空变压吸附装置(VSA，Vacuum Swing Adsorption plant)生产的氧含有少量残余氮浓度。特别是对于氧化剂气体而言能够在低压下操作同时以减少的NOx排放产生宽、 平、发光的火焰并且提供控制火焰长度以便使火焰与使用它们的炉相匹配的燃烧器组件从 US-A-5984667 和US-A-6068468 已知，并由申请人以商品名 Alglass FC和 Albatch FC商 业化。所述燃烧器组件的一个重要方面在于使燃料和氧化剂物理分离(即间隔开)，并 且在几何形状上设置成赋予燃料流体流和氧化剂流体流允许燃料流体与氧化剂在稳定、宽而发光的火焰中燃烧的角度。更具体地，US-A-5984667公开了一种燃烧器组件，其包括至少两个燃料流体腔、至 少一个氧化剂流体腔和至少一个出口面，燃料流体腔中的至少一个和氧化剂流体腔中的至 少一个在该出口面处终止。所述燃烧器组件包括a)用于供应氧化剂流体流的装置；b)用于将所述氧化剂流体流喷入所述至少一个氧化剂流体腔以形成至少一股喷 射的氧化剂流体流的装置；c)用于供应燃料流体流的装置；以及d)用于将所述燃料流体流喷入所述至少两个燃料流体导路以形成至少两股喷射 的燃料流体流的装置；其中氧化剂流体流和燃料流体流的喷射方向大致汇聚并在燃烧区处相交，同时至 少两个相邻的燃料流体导路的方向发散。此类燃烧器的已论证的优点为·通过将火焰能量引向装料而非炉结构而提高了燃料效率，·通过增强的装料覆盖提高了加热均勻度并消除了热点，·引起向例如在玻璃熔炉内的装料有效传热的高发光度， 低污染物排放。此类燃烧器在一定工艺条件范围内、特别是在一定燃烧速度(firing rate)范围 内可靠地操作，但是当燃烧器在所述范围之外操作时可能产生问题。例如，此类燃烧器存 在的一个问题是在低燃烧速度下(例如，低于标称燃烧速度的30% )，燃烧器所产生的火 焰呈“惰性”并趋于朝炉顶上升，从而增加在炉顶中形成热点的风险。在很高的燃烧速度下 (例如，超过标称燃烧速度的200% )，火焰控制变得越来越困难并且火焰的长度可能导致 损坏相对的炉壁。需要增加以上已知类型的燃烧器的灵活性。举例而言，在玻璃熔炉内，必须提高炉的提拉速度(pull rate)，这通常必须提高 安装在炉内的燃烧器中的至少一个的燃烧速度。在一定情形下，还可能需要降低炉的提拉 速度，这可使得必须降低其燃烧器中的至少一个的燃烧速度。希望提供炉的燃烧速度的更 大灵活性，而在炉内生产的产品的质量不恶化并且基本上不加速或增加炉损坏的风险。本专利技术的一个目的是提供燃烧器组件及燃烧方法，其可靠地在更宽的工艺条件、 特别是燃烧速度的范围内具备以上已知类型的燃烧器的优点。联合喷射燃料和氧化剂(即，与分开喷射相比未间隔开的燃料和氧化剂喷射)并 且能够在高和低动量下操作的燃烧器在本领域中是公知的。EP-A-0563793公开了一种可变动量的氧-燃料(oxy-fuel)燃烧系统，其包括 氧-燃料燃烧器，该燃烧器具有大体柱形的壳体，燃料管道与所述壳体间隔开并同心地布 置在所述壳体内，其中-燃料管道沿着所述壳体的主要部分共同延伸并具有在与所述壳体的火焰端相同 的平面中终止的火焰端；-同心地布置在燃料管道内的燃料盖，所述燃料盖与所述燃料管道配合以在所述 壳体的所述火焰端产生环状燃料流；-氧化剂管道在所述燃料管道与所述壳体之间同心地布置在所述壳体内，所述氧 化剂管道在所述壳体内共存地延伸；-在所述燃烧器上安装预燃烧器；并且其中-燃料管道适合于沿着纵向轴线相对于所述氧化剂管道可变地定位，包括它们在 由所述壳体的火焰端限定的部位终止以限定出包围所述燃料管道的环状氧化剂通道孔口 的位置；并且-燃料管道和所述燃料盖适合于沿着纵向轴线相对于彼此可变地定位，包括它们 在由所述壳体的火焰端限定的部位终止以限定出用于将燃料引导到所述燃料通道和将氧 化剂引导到所述氧化剂通道的环状燃料通道的位置。根据EP-A-0563793的可变动量燃烧系统的一个主要不便之处在于通过改变诸如 燃料管道、氧化剂管道和/或最接近壳体的火焰端的燃料盖之类的组件的构件的位置而使 氧-燃料火焰的动量改变。该组件在承受氧-燃料火焰的诸如高温和燃烧产物或挥发材料 的可能沉积之类的效应的位置存在可动件影响所述燃烧系统在操作中的可靠性。EP-A-763692公开一种氧-燃料燃烧器，其包括与被布置在内部和外部氧化剂管 之间的燃料管同轴地设置的外部氧化剂管、中间燃料管和内部氧化剂管，并且可以通过改 变内部和外部氧化剂流的相对流量来控制由该燃烧器所产生的火焰的特性。提供给内部氧 化剂管的总氧化剂的百分比的增大导致火焰的长度和发光度减小并且火焰动量增加。此类 燃烧器由申请人以商品名Alglass VM和Albatch VM商业化。如已在玻璃熔炉中论证的此类燃烧器技术的优点是-调节炉内气氛的可能性，-特别是在有氧增压的情况下调节火焰动量的可能性，-根据炉几何形状(在交叉燃烧的情况下为炉宽度)调节火焰长度的可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃烧器组件，包括：·至少两个燃气导管（１００）；·至少一个氧化剂导管；以及·至少一个出口面，所述至少两个燃气导管或者所述氧化剂导管中的至少一个或者所述至少两个燃气导管和所述氧化剂导管中的至少一个二者在该出口面处终止，其中所述燃烧器组件还包括：ａ）用于供应氧化剂流的装置；ｂ）用于将所述氧化剂流喷入所述至少一个氧化剂流体导管以形成至少一股喷射的氧化剂流的装置；ｃ）用于供应燃气流的装置（１２０）；ｄ）用于将所述燃气流喷入所述至少两个燃气导管（１００）以形成至少两股喷射的燃气流的装置；并且其中所述至少一股喷射的氧化剂流和所述至少两股喷射的燃气流的喷射方向大致汇聚并在所述燃烧器组件下游的燃烧区相交，其特征在于：·所述至少两个燃气导管（１００）包括形成内部燃气出口的内部燃料传导通道（１０１）和形成外部燃气出口的外部燃料传导通道（１０２），所述内部燃料传导通道和所述外部燃料传导通道被同轴地布置；和·所述用于喷射所述燃气流的装置包括燃气分配器（１１０），所述燃气分配器用于从所述用于供应燃气流的装置（１２０）接收燃气流并具有：ｉ）与所述至少两个燃气导管（１００）的所述内部燃料传导通道（１０１）流体连接的第一燃气室（１１１），所述第一燃气室具有第一入口（１３１），所述第一入口用于接收由所述用于供应燃气流的装置供应的燃气；ｉｉ）与所述至少两个燃气导管（１００）的所述外部燃料传导通道（１０２）流体连接的第二燃气室（１１２），所述第二燃气室具有第二入口（１３２），所述第二入口用于接收由所述用于供应燃气流的装置供应的燃气；以及ｉｉｉ）用于控制分别流向所述第一入口和所述第二入口的所述燃气流的流量的燃气流量控制装置（１４０，１４１，１４２，１５０，１６０，１６２）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·安拉特，
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