分布燃烧方法和燃烧器技术

在加热阶段，来自燃料-氧化剂喷嘴的燃料和氧化剂喷射流（燃料环形地裹罩氧化剂或者氧化剂环形地裹罩燃料）的喷射在燃烧空间中燃烧。在从加热阶段向分布燃烧阶段转变期间，将一定量的燃料或氧化剂的第二部分作为喷射流喷射到燃烧空间中，同时减少来自燃料-氧化剂喷嘴的相同反应物的第一部分。在转变阶段期间的某一点处，朝向来自燃料-氧化剂喷嘴的喷射流和/或朝向反应物的第二部分的喷射流以一定角度喷射驱动流体的喷射流。使反应物的第一部分和/或反应物的第二部分的喷射流朝向两股喷射流中的另一股弯曲/偏转。增加反应物的第二部分的分级，直到实现所需的分级程度，并且开始分布燃烧阶段。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分布燃烧方法和燃烧器
技术介绍
相对于基于空气的燃烧，燃料的氧燃烧是用于在工业炉内增加热量利用(热效率)的公知策略。氧燃料燃烧器具有更高的火焰温度，这增加了从火焰到负载的辐射传热。但是较高的火焰温度在某些情况下可能具有负面的后果，尤其是对于较低温度的炉子(例如用于再生铝熔化)而言。由于高的火焰温度，增大了 NOxB成的可能性。因此，如果N2通过燃料或者由于空气渗流到炉中而进入燃烧区，则可以显著增加NO5^A形成。另外，较高温度的火焰可在炉中造成热点或者对产品质量具有不利影响。在某些情况下，像铝的熔化，高火焰温度还可以增加金属氧化物的比率，从而导致金属损失。为了克服上面的问题，已经开发了分布燃烧作为用于以较低的但是非常均匀的温度执行氧燃烧的策略。也称作稀释燃烧、温和燃烧或者无焰燃烧(在某些情况下当火焰不再可见时)，该策略的中心思想是在燃烧之前用炉气体(大多数是H2O和CO2的混合物)来稀释反应物，以便在炉内获得较低的并且更均匀的温度分布。被稀释混合物的温度应该保持在自动点火温度以上以维持无焰模式。不像在传统燃烧方法中观察到的物质传输和化学反应之间的复杂的相互作用，高度稀释的反应物通过增加燃烧反应的时间比例使得燃烧成为动态受限的过程。这种缓慢的燃烧 过程在通过高度分布的反应区时特别明显，在所述反应区中，峰值温度很低从而显著减少了 N0X。许多(现有技术)已经提出了用于分布燃烧的燃烧器。W02004/029511利用由燃烧器的氧喷嘴产生的喷射器效果来实现炉气体的内部再循环。燃料的下游喷射使得氧能够在到达燃料之前与炉气体混合。W02004/029511包括围绕燃料喷射器放置成圆形的6个氧供应管。这些氧供应管优选地以超音速传送氧。与W02004/029511燃烧器一样，U.S.专利N0.6，007, 326涉及低浓度燃料和低浓度氧在炉内的燃烧。反应物的稀释是利用它们在高速下的空间分离喷射获得的。可以将燃料和氧化剂预先加热到环境温度以上的任何温度。U.S.公布专利申请US20070254251披露了为无焰燃烧方式设计的燃烧器。其包括起到不同作用的多个燃料和氧化剂喷射器。用于将燃料和气态氧化剂喷射到炉或燃烧区中的多个喷嘴环绕一可能的中央火焰稳定器。可以使用空气或氧作为氧化剂。—些利用氧的分布燃烧燃烧器必须依赖反应物的高速喷射。高速喷射通常需要高压氧和天然气用于操作。因为这种缺陷，存在对于利用使用相对较低压力下的氧的燃烧器实现分布燃烧的需要。不管氧化剂供应压力如何，分布燃烧通常通过燃料和氧化剂向炉内的分开喷射实现的。将一种或两种反应物喷射流喷射到炉中，其喷射方式使得便于将炉气体带入所述喷射流中一例如通过使用高速度梯度、涡流或不良流线体。根据两种反应物流彼此相互作用/混合之前实现一种或这两种反应物的充分稀释的目标来确定喷射流之间的距离。例如，U.S.专利N0.5，961，312披露了一种燃烧器设计，其中，燃料与空气喷射流之间的距离L由公式(L/Da)X>10给出，其中Da是空气喷嘴的直径，Va是空气的速度，V。是空气的单位速度(lm/s)。类似地，U.S.专利N0.6，007，326要求，为了产生低的NOx，在燃料与氧化剂喷射流之间有至少6英寸并且优选地是24英寸的距离，以获得稀释的燃烧条件。喷射流之间的这些间距要求通常会使燃烧器特别巨大和庞大。有时，还使用反应物喷嘴之间的非零角度喷射来延迟反应物的混合，直到它们被炉气体稀释。例如，U.S.专利N0.5，772，421披露了一种燃烧器设计，其中将燃料和氧化剂排出成使得它们起初彼此远离分散、但是最终在炉内混合。但是，分散的喷射流的混合取决于炉的几何形状、燃烧器操作和燃烧器在炉内的位置。结果，这些燃烧器通常仅在某些特定的炉中和在特定的操作条件下才是有效的。另一种实现分布燃烧的策略是通过使用多个喷嘴将其中一种反应物分布在炉中。另一种反应物通常作为高速或高漩涡喷射流被供应，以夹带炉气体。例如，U.S.专利N0.6，773，256披露了一种燃烧器，其中少量燃料被供应到氧化剂流中以获得贫燃料火焰。余下的燃料经由多个燃料喷嘴、在距离所述火焰固定距离处被供应。所述燃料喷嘴可以设计成根据希望的分级相对于所述火焰以不同的角度喷射燃料。这种设计策略会导致相对较大的复杂的燃烧器，其制造相对昂贵并且难于控制。由于上述缺陷，存在对于利用简单、紧凑的燃烧器获得分布燃烧的需要。用于获得高度分级燃烧的其中一个重要条件是高的炉温。对于高度分级燃烧，为了保持燃烧室内部的完全燃烧，必须将炉预先加热到自动点火温度以上，一般高于700°C或高于800°C。大多数的高度分级燃烧器需要预热燃烧器，以用于在分阶段之前获得所需的炉温。例如，W02006/031163披露了一种可以在火焰和分级模式下操作的燃烧器。起初，当炉子冷的时候，将燃料和氧化剂从同轴开口(管套管)喷射，以具有稳定的火焰。一旦炉温达到燃料的自动点火温度，则将燃料和氧化剂从在空间上彼此分开的开口喷射，以在炉内部具有分布燃烧。几乎所有分级燃烧器设计的问题在于，除了在名义设计功率下之外，它们在燃烧器功率下通常具有差的性能。这些燃烧器一般在名义功率条件下操作得非常好，但是在燃烧器功率从名义功率改变到某一其他功率的瞬间，它们的燃烧效率和发射特性通常显著下降。燃烧器功率的这种变化对于大多数的工业炉来讲是非常普遍的情况。由于上面描述的缺陷，还存在对于在多种燃烧器功率下都能获得令人满意的分布燃烧的燃烧器的需要。
技术实现思路
本专利技术公开了一种分布燃烧的方法，其包括如下步骤。将包括第一反应物R1的第一部分和第二反应物R2的第一部分的第一喷射流从燃料-氧化剂喷嘴喷射到燃烧空间中。将R1或R2的第二部分的第二喷射流从至少一个次级喷枪喷射到所述燃烧空间中。靠近所述第一喷射流和/或第二喷射流喷射驱动流体的第三喷射流，以使所述第一喷射流朝向所述第二喷射流弯曲、使所述第二喷射流朝向所述第一喷射流弯曲、或者使所述第一和第二喷射流朝向彼此弯曲。R1是燃料、R2是氧化剂，或者R1是氧化剂、R2是燃料。如果第二喷射流是R1的喷射流，则在第二喷射流喷射开始之后，减少R1的第一部分并且增加R1的第二部分，直到在第一部分与第二部分之间获得所需的R1的分级程度。如果第二喷射流是R2的喷射流，则在第二喷射流的喷射开始之后，减少R2的第一部分并且增加R2的第二部分，直到在第一部分与第二部分之间获得所需的R2的分级程度。本专利技术还公开了另一种分布燃烧的方法，其包括如下步骤。将包括氧化剂的第一部分和燃料的第一部分的燃烧反应物的第一喷射流从动态燃料-氧化剂喷嘴喷射到燃烧空间中。将包括其中一种燃烧反应物的第二部分的第二喷射流从至少一个次级喷枪喷射到所述燃烧空间中。靠近所述第一喷射流喷射燃料的第三喷射流，以使第一喷射流朝向第二喷射流弯曲。氧化剂的第一部分裹罩燃料的第一部分，或者燃料的第一部分裹罩氧化剂的第一部分。第二喷射流的燃烧反应物与第一喷射流中的环形地围绕另一种反应物进行喷射的燃烧反应物相同。在第二喷射流的喷射开始之后，减少环形裹罩的燃烧反应物的第一部分并且增加相同反应物的第二部分，直到在第一部分与第二部分之间获得该种反应物的所需的分级程度。本专利技术还公开了另一种分布方法，其包括如下步骤。将包括氧化剂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布燃烧的方法，包括如下步骤：将包括氧化剂的第一部分和燃料的第一部分的燃烧反应物的第一喷射流从燃料‑氧化剂喷嘴喷射到燃烧空间中，其中所述氧化剂的第一部分裹罩所述燃料的第一部分、或者所述燃料的第一部分裹罩所述氧化剂的第一部分；将包括其中一种燃烧反应物的第二部分的第二喷射流从至少一个动态喷枪喷射到所述燃烧空间中，所述第二喷射流的所述燃烧反应物与所述第一喷射流中的环形地围绕另一种燃烧反应物进行喷射的燃烧反应物相同；靠近所述第二喷射流喷射驱动流体的第三喷射流，以使所述第二喷射流朝向所述第一喷射流弯曲，其中：如果所述第二喷射流是氧化剂的喷射流，则在所述第二喷射流的喷射开始之后，减少所述氧化剂的第一部分，并且增加氧化剂的第二部分，直到在所述第一部分与所述第二部分之间获得总氧化剂的所需的分级程度；和如果所述第二喷射流是燃料的喷射流，则在所述第二喷射流的喷射开始之后，减少所述燃料的第一部分，并且增加燃料的第二部分，直到在所述第一部分与所述第二部分之间获得总燃料的所需的分级程度。

【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：R·S·普拉巴卡尔，R·P·齐阿瓦，M·默特贝里，B·格朗德，B·勒鲁，V·乔达摩，
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：法国;FR