專利名稱：用于產(chǎn)生活塞流的低氮氧化物分級(jí)燃料噴射燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于爐的燃燒器，特別是用于具有低氮氧化物(NOx)排放的
產(chǎn)生活塞式流動(dòng)型式的^^燃燒器。
背景技術(shù)：
用于乙烯裂解及其l虹業(yè)生產(chǎn)過程的爐，例如蒸汽甲驢整爐，典型地使
用禾u用燃料的燃燒器，這些燃料例如是天然氣、丙烷、氫、煉油廠廢氣及其他
具有多種發(fā)熱值的燃料氣體的組合。例如，蒸汽甲烷重整爐用于M重整烴進(jìn)
料和蒸汽而產(chǎn)生氫和一氧化碳，并且有時(shí)候在高溫下產(chǎn)生二氧化碳。用于蒸汽
甲烷重整的爐可以以一些不同的結(jié)構(gòu)配置。用于這種重整爐最常使用的配置之 一具有成行布置的垂直轉(zhuǎn)化爐管。爐的燃燒器可以位于爐的底板、它的頂板或 壁上。如已知的，高于要求溫度運(yùn)行的轉(zhuǎn)化爐管可能造成管的壽命大幅縮短。 這又將不利地影響發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)狀況，因?yàn)楣苁前l(fā)電廠總成本重要的一部分， 并且更換毀壞的管需要大量的工時(shí)消耗和工作。管的過熱點(diǎn)可能從不符合要求 的爐的流動(dòng)型式中產(chǎn)生，該爐的流動(dòng)型式會(huì)弓胞火焰的沖擊。這在具有相對(duì)較 少行的燃燒器和加工管的緊湊結(jié)構(gòu)的爐中是特別正確的，其中爐的幾何結(jié)構(gòu)使 煙道氣排出系統(tǒng)產(chǎn)生煙道氣穿過加工管。當(dāng)然在火焰區(qū)域之內(nèi)的任何交叉都應(yīng) 該避免，以保持設(shè)備壽命和發(fā)電廠可靠性。所以，建立適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)型式對(duì)于統(tǒng) 一的爐供暖和伴隨的 >加工管過熱是很關(guān)鍵的。因此，對(duì)于其中關(guān)注加工管 過熱的燃燒器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是，設(shè)置固有地產(chǎn)生通常稱為類似活塞流的 燃燒器。
對(duì)于燃燒器設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是低氮氧化物排放。如已知的氮氧化物
是在iAM燒過程排放的主要空氣污染物之中。氮氧化物排放已經(jīng)確定會(huì)造成環(huán) 境退化，特別是大氣質(zhì)量退化，形成污霧和酸雨。因此，各種TO機(jī)構(gòu)正在強(qiáng) 加空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，其限定可以排放到大氣中的氮氧化物氣體的數(shù)量。降低氮氧 化物排放的一個(gè)通常的方法題過燃料/氧化齊吩級(jí)技術(shù)，例如4頓利用許多外 部噴射和圍繞中心空氣噴射的燃料分級(jí)燃燒器。用于產(chǎn)生來自燃燒器的低氮氧
化物排放的其它技術(shù)是公知的。以下是一對(duì)氐氮氧化物燃燒器領(lǐng)嫩目關(guān)的典型
參考美國專利Nos.4,531,904 (Sato等)，4,946,382 (Kobayashi等)和5,823,764 (Albert等)和美國公開的申請(qǐng)2006/0040223Al (Ghani等)。在此引用的所有 參考以它們的鄉(xiāng)結(jié)合掛匕作為參考。
雖然戰(zhàn)現(xiàn)有技術(shù)可以適用于它們計(jì)劃的目的，然而，根據(jù)產(chǎn)生具剤氐氮 氧化糊防文的統(tǒng)一的^l似活塞流的觀點(diǎn)，它們還有些地方不能令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明形成了用于，類似活塞流的分級(jí)燃料燃燒器，并且特別在爐內(nèi)有 用，這些爐例如是乙烯裂化器、重整爐等。分級(jí)燃燒器包括中心噴嘴和多個(gè)分 級(jí)噴嘴。中心噴嘴具有孔口，該孔口產(chǎn)生沿著中心縱軸弓l導(dǎo)的空氣的噴射。分 級(jí)噴嘴圍繞中心噴嘴，并且每個(gè)噴嘴具有產(chǎn)生分級(jí)噴射的至少一個(gè)孔口。每個(gè) 分級(jí)噴射包括燃料，被從噴嘴沿著相應(yīng)縱軸引導(dǎo)，并且具有平行于中心縱軸方 向的矢量分量。平行于中心縱軸的分級(jí)噴射的矢量分量的動(dòng)量總和，大約是沿 著中心縱軸中心噴射的動(dòng)量的50%到150% (優(yōu)^j:也是100。/。，并且最im地是 80%)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了在爐內(nèi)建立it^fPM^i以活塞流的方法。 所述方法要求提供包括中心噴嘴和圍繞中心噴嘴的多個(gè)分級(jí)噴嘴的分級(jí)燃燒 器。中心噴嘴具有孔口，所述孔口布置用于產(chǎn)生沿著中心縱軸弓i導(dǎo)的空氣噴射。 分級(jí)噴嘴圍繞中心噴嘴，并且^噴嘴具有至少一個(gè)孔口，所述孔口布置用于 產(chǎn)生分級(jí)噴射。每個(gè)分級(jí)噴射包括燃料，被沿著相應(yīng)縱軸引導(dǎo)，并且具有平行 于中心縱軸方向的矢量分量?？諝獗惶峁┑街行膰娮?，因此中心噴嘴產(chǎn)生沿著 中心縱軸引導(dǎo)的空氣噴射。燃料被提供到每個(gè)分級(jí)噴嘴，因此每個(gè)分級(jí)噴嘴沿 著相應(yīng)的縱軸產(chǎn)生相應(yīng)的燃料分級(jí)噴射。平行于中心縱軸的分級(jí)噴射的矢量分
量的動(dòng)量總和大約是沿著中心縱軸的中心噴射動(dòng)量的50%到150% (優(yōu)選地是
100%。并且最^1^:也是80%)。


本發(fā)明將結(jié)合下面的附圖一起被描述，其中相同的附圖標(biāo)記表示同樣的元
件，并且其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的一個(gè)典型實(shí)施例的端視圖； 圖2是沿圖1的線2-2得到的沒有按比例的典^M燒器的剖面亂
圖3A是與圖2相似的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的另一個(gè)典型實(shí)施例的剖
面圖3B是與圖3A相似的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的另一個(gè)典型實(shí)施例的剖
面圖3C是與圖3A相似的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的另一個(gè)典型實(shí)施例的剖
面圖4A是與圖2相似的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的另一個(gè)典型實(shí)施例的剖
面圖4B是與圖4A相似的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的另一個(gè)典型實(shí)施例的剖
面圖4C是與圖4A相似的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的另一個(gè)典型實(shí)施例的剖
面圖5A是與圖2相似的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的另一個(gè)典型實(shí)施例的剖
面圖5B是與圖5A相似的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的另一個(gè)典型實(shí)施例的剖
面圖5C是與圖5A相似的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的另一個(gè)典型實(shí)施例的剖
面圖6A是與圖2樹以的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的另一個(gè)典型實(shí)施例的剖
面圖6B是與圖6A相似的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的另一個(gè)典型實(shí)施例的剖
面圖6C是與圖6A相似的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的另一個(gè)典型實(shí)施例的剖
面圖7是與圖2相似但,出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的其它典型實(shí)施例的 剖面圖8A-8D是本發(fā)明一些典M燒器的不同的典型孔口的配置和形狀的示意 圖，并且
圖9A-9I是可以與本發(fā)明燃燒器一起使用的不同形沃孔口的放大端視圖。 發(fā)明的
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖l，其中相同的新己表示同樣的部件，20描述了一個(gè)根據(jù)本發(fā) 明的分級(jí)燃料燃燒器結(jié)構(gòu)的典型的實(shí)施例。這個(gè)燃燒器顯示出很好的活塞式流 動(dòng)特性和低氮氧化物排放，并且通常稱作分級(jí)燃燒器。所以，燃燒器20包括通 過多個(gè)逐級(jí)分級(jí)或分級(jí)的噴嘴24圍繞的中心噴嘴22。在圖1的典型實(shí)施例中， 提供了十個(gè)這種分級(jí)噴嘴24-1到24-10。這種配置是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的許多可 能的燃燒器的典型示例。特別地，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器可以包括圍繞中心 噴嘴的任意數(shù)量的分級(jí)噴嘴。^噴嘴可以包括單個(gè)孔口或多個(gè)孔口。此外， 孔口可以是任何糊犬和尺寸，如隨后參考圖8A-8D和9A-9I所示。在圖1和2 示出的典型實(shí)施例中，針噴嘴包括對(duì)蟲的、圓形的孔口26。齡孔口26布置 成從孔口的出口平面28沿著縱軸產(chǎn)生流體物流或噴射(即孔口的下游端的平 面)。由此，中心噴嘴的孔口 26沿著燃燒器的中心縱軸產(chǎn)生空氣噴射，并且如 果需要?jiǎng)t產(chǎn)生一些燃料和MM燒產(chǎn)品。空氣、燃料和/^M燒產(chǎn)品被從裝置(沒 有示出)提供到中心噴嘴。在圖2中，這種"中心噴射"的方向MVc表示的 箭頭示出。在這個(gè)結(jié)合點(diǎn)應(yīng)該指出，中心噴射的方向不需要平行^M燒器的中 心縱軸，例如圖2示出的，而是可以以某一角度延伸，如圖6A-6C所示(在后 鵬述)。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器針分級(jí)噴嘴的每個(gè) L口 26,從它相應(yīng)的出口平 面^孔口的縱軸產(chǎn)生流體噴射(分級(jí)噴射)，其包括Jt料并且如果需要可以包 括一些空氣和/^it燒產(chǎn)物。燃料、空氣和ME燒產(chǎn)物被由裝置提供到分級(jí)噴嘴 (沒有示出)。分級(jí)噴射可以全部在相同方向上被引導(dǎo)(例如，平行于中心縱軸， 與中心縱軸呈匯集角度或與中心縱軸呈擴(kuò)散角度)，或可以在互相不同的方向被 引導(dǎo)到不同方向。例如，在圖1和2的典型實(shí)施例中，噴嘴中的四個(gè)，即24-l、 24-2、 24-6和24-9的齡以向中心匯集的角度導(dǎo)向軸線30，所述軸線30平行 于中心噴嘴22的縱軸32，而其它六個(gè)噴嘴24-2、 24-3、 24-5、 24-7、 24-8和24-10 的每一個(gè)被導(dǎo)向與中心噴嘴22的縱軸32平行。在圖2中，由噴嘴24-1的孔口 產(chǎn)生的噴射由、表示的箭頭示出，并且它以相對(duì)于軸線30的角度e i延伸，而 噴嘴24-7的孔口產(chǎn)生的噴射由V7表示的箭頭示出，并且平行于縱向中心軸線 延伸。
如圖2中清楚所見的，燃燒器20的所有分級(jí)噴嘴24-1到24-10互相相對(duì) 于中心噴嘴22等距離布置。而且，分級(jí)噴嘴24-l到24-10的孔口的出口平面設(shè)
置在組成中心噴嘴22的孔口 26的出口平面28的后部。這種布置還僅僅是根據(jù) 本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器噴嘴位置的許多布置中典型的示例。因此，分級(jí)噴嘴24不 需要互相等距離間隔設(shè)置。而且，中心噴嘴孔口到分級(jí)噴嘴孔口的出口平面的 相對(duì)位置不需要類似圖2所示出的。例如，如圖4A-4C所示，所有燃燒器噴嘴 的孔口26的出口平面可以在相同平面上?？蛇x擇地，如圖5A-5C所示，組成分 級(jí)噴嘴的孔口 26的出口平面可以設(shè)置在中心噴嘴孔口的出口平面的 。實(shí)際 上，能夠預(yù)料到不同的孔口相比其它孔口具有不同的出口平面。然而進(jìn)一步地， 用于任何給定燃燒器內(nèi)的分級(jí)噴嘴的數(shù)目也是設(shè)計(jì)選擇的問題，這取決于燃燒 器的應(yīng)用。因此，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器可以包括在中心噴嘴周圍延伸的任 意數(shù)量的復(fù)數(shù)分級(jí)噴嘴。而且進(jìn)一步地，從燃燒器中心縱軸的每個(gè)分級(jí)噴嘴的 徑向距離不需要相同。相應(yīng)地， 一個(gè)或更多分級(jí)噴嘴24可以有從中心縱軸32 比另一個(gè)，,觜更大或更小的徑向距離。
不考慮噴嘴/ L口的布置、數(shù)量、尺寸和方向，存在著重要的燃燒器設(shè)計(jì)參 數(shù)，該參數(shù)導(dǎo)致在爐的總體流動(dòng)型式上的巨大改變，很像層流到湍流的轉(zhuǎn)變。 這種設(shè)計(jì)參數(shù)是分級(jí)噴射24對(duì)于中心噴射22的動(dòng)量比率(在下文中有時(shí)稱為 "MR")。特別是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)燃燒器20構(gòu)造成使分級(jí)噴射的動(dòng)量總和幾乎等于 中心噴射的動(dòng)量時(shí)，可以觀察到均勻的或類似活塞流的輪廊。最^it地，這種 比率是0.8 (即，分級(jí)噴射的動(dòng)量總和是中心噴射的動(dòng)量的80%)。然而，己經(jīng) 確定如果比率在0.5至U1.5 (即50%到150%)的范圍之內(nèi)，可以得到活塞式流 動(dòng)。
再次回到圖2，由燃燒器20噴嘴22產(chǎn)生的中心B賁射的動(dòng)量由&e表示，而 由噴嘴24-1到24-10產(chǎn)生的^圍繞的分級(jí)噴射動(dòng)量由A ^i^，其中s 動(dòng)量是分級(jí)噴射，并且i代表特定的分級(jí)噴射，例如，在圖2示出的實(shí)施例中i ="7"，因?yàn)榉旨?jí)噴射由組成噴嘴24-7的孔口產(chǎn)生。
如上所述，分級(jí)噴射不需要全部都被沿著平行于中心噴射縱軸的軸線引導(dǎo)。 實(shí)際上，在圖1和2中示出的典型的伏選方案中，一些分級(jí)噴射，即由噴嘴24-1 、 24_4、 24-6和24-9產(chǎn)生的噴射，以相對(duì)于中心噴射的縱軸向內(nèi)匯集的角度延伸。 其它分級(jí)噴射，即由噴嘴24-2、 24-3、 24-5、 24-7、 24-8和24-10產(chǎn)生的噴射， 平行于中心噴射的縱向中心軸線延伸。因此，由根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器顯示 出的動(dòng)量比率考慮了有角度地引導(dǎo)的噴射。特別是，由本發(fā)明燃燒器產(chǎn)生的動(dòng)
量比率是被弓l導(dǎo)平行于中心噴射縱軸的分級(jí)噴射部件的組合動(dòng)量與中心噴射的 動(dòng)量的比率。眾所周知，動(dòng)量是質(zhì)量流量和噴射速度的乘積，并且是在速度方 向上的矢量。這里噴射速度是指，根據(jù)從產(chǎn)生噴射的孔口排出時(shí)實(shí)際物流的熱
力學(xué)狀態(tài)(如ffl51鵬、壓力、組成等限定)，和通過 L口傳送噴射的孔口的面 積，例如噴射 L口26的出口平面28的面積，得出的均值或平均驗(yàn)。對(duì)于分 級(jí)燃料噴射，這種速度可以容易確定，例如根據(jù)在試驗(yàn)或操作時(shí)觀懂的孔口面 積和設(shè)計(jì)速度的壓力計(jì)算。對(duì)于中心噴射，速度是根據(jù)孔口面積和燃燒空氣溫 度，或通向爐的燃燒器開口和燃燒空氣與主要燃料的絕熱火焰溫度，按兩者中
較高新十算。數(shù)11±， MR艦以下公式限定
雄=^-
其中A是經(jīng)識(shí)別的噴射的質(zhì)量流量，v是在噴射噴出的孔口出口平面的經(jīng)
識(shí)別的噴射鵬，e是中心縱軸和分級(jí)噴嘴縱軸之間的夾角，并且下標(biāo)s、 c、 ！ < 分級(jí)、中心和第i個(gè)分級(jí)噴嘴的號(hào)碼，因?yàn)槿紵靼ǘ鄠€(gè)分級(jí)噴射，它們 的孔口具有可以相對(duì)于中心嗍觜的中心縱軸在不同角度延伸的縱軸。
已經(jīng)注意到，較小的MR比率意瞎更低的分級(jí)燃料餾分，并且燃燒器更
接近于單獨(dú)的中心噴射。火焰M中心空氣噴射控制，并由此產(chǎn)生舌焰。當(dāng)這 種燃燒器用于典型的爐時(shí)，在由此產(chǎn)生的火焰和加工管或爐的壁之間的間隔將 被再循環(huán)煙道氣體充滿。微小的擾動(dòng)可能導(dǎo)致火焰接觸到加工管。在極限情況 下，it燒器由單個(gè)點(diǎn)熱源代表。因?yàn)辄c(diǎn)熱源具有高速度，而相鄰火墻具有零速 度，鵬差別和由此的壓力差形成緊鄰噴射的回流區(qū)，其變成爐中大規(guī)模回流 區(qū)的起點(diǎn)。
隨著MR比率增加，更多燃料被分級(jí)，并且燃燒器遠(yuǎn)離與蟲的中心噴射。 當(dāng)MR比率達(dá)到大約一致時(shí)，燃料(分級(jí))噴射和空氣(中心)噴射具有類似 的動(dòng)量。組合燃料和來自燃燒器的空氣噴射具有產(chǎn)生活塞式流動(dòng)型式并保持沿 著燃燒器軸線向前方向的最好時(shí)機(jī)。如果MR;^大，火焰類似于空心噴射并且 將向內(nèi)彎曲到中心并變成短和濃密的火焰。這種火焰會(huì)弓胞燃燒器附近加工管 的過熱。
所需的火焰必須平衡在中心向前噴出的大量空氣噴射的功率和圍繞它的燃
料(分級(jí))噴射的熱釋方爐。如先itr^啲，這種平衡以動(dòng)量比率接近i的形 式表現(xiàn)，具有的最優(yōu)比率是o.s。當(dāng)火焰用于爐中沿著點(diǎn)火軸線以直線進(jìn)行時(shí)，
最優(yōu)的MR比率附近，組合的中心空氣噴射和分級(jí)噴射實(shí)現(xiàn)壓力平衡并且產(chǎn)生 火焰。當(dāng)流動(dòng)將趨向于改變方向并且與橫穿加工管時(shí)，在一些點(diǎn)上(例如由于 煙道氣體排出系統(tǒng))這種動(dòng)作在距燃燒器足夠的距離發(fā)生，以使?fàn)t氣溫度在它
穿過加工管時(shí)足夠低，iSra工管不存在過熱危險(xiǎn)。在燃燒區(qū)的活塞式流動(dòng)防止 在加工管上的火焰沖擊并阻止大規(guī)模高溫回流區(qū)的形成。只要燃燒完全，燃燒 氣體可以進(jìn)入任何其傾向的地方而不弓l起加工管過熱?；钊搅鲃?dòng)能夠使管不 過熱而使每立方英尺燃燒空間能夠具有較高的熱釋放強(qiáng)度。高溫回流區(qū)的消除 也降低了氮氧化物的排放，因?yàn)榈趸锏男纬膳c 鵬和保留時(shí)間成正比。更 低的^M也增力盯管和催化劑的絲，并且斷^n工管中的傲因形成。
在圖3A中，示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的可選擇的燃燒器。除了所有分級(jí)噴
嘴被弓l導(dǎo)成以使它們的孔口 26形成平行于中心噴嘴22的縱軸32延伸的分級(jí)噴 射之外，這種實(shí)施例類似于圖2的實(shí)施例。由此，為了簡潔，圖2和圖3實(shí)施 例的相同部件使用相同的參考標(biāo)號(hào)。如圖3中可看見的燃燒器具有產(chǎn)生中心噴 射的中心噴嘴22，中心噴射的流動(dòng)方向由Vc表示的箭頭示出，而示出的雙分 級(jí)噴嘴24-1和24-2產(chǎn)生各自的分級(jí)噴射由Vi和V2表示的箭頭示出。在圖3B 中示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的另一個(gè)可選擇的燃燒器。除了它的分級(jí)噴嘴被引導(dǎo)
成以使每個(gè) L口在相對(duì)于軸線30以向內(nèi)匯集的角度e延伸的分級(jí)噴射之外，這
1^燃燒器在結(jié)構(gòu)上類似于圖3A所示的燃燒器，所述軸線30平行于中心噴嘴22 的縱軸32。圖3B中來自分級(jí)噴嘴孔口的噴射方向由Vi和V2表示的箭頭示出。 圖3B的燃燒器結(jié)構(gòu)的其它細(xì)節(jié)類似于圖3A燃燒器的細(xì)節(jié)，并且因此具有相同 的參考標(biāo)號(hào)，并且不在此重復(fù)。在圖3C中示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的另一個(gè)可選擇 的燃燒器。除了它的分級(jí)噴嘴被引導(dǎo)成以使旨孔口產(chǎn)生相對(duì)于軸線30以向外 擴(kuò)散的角度e延伸的分級(jí)噴射之外，這個(gè)燃燒驗(yàn)結(jié)構(gòu)上類似圖3A所示的燃燒 器，所述軸線30平行于中心噴嘴22的縱軸。圖3C中來自分級(jí)噴嘴孔口的噴射 的方向由Vi和V2，的箭頭示出。圖3C的燃燒器結(jié)構(gòu)的其它細(xì)節(jié)類似于圖 3A燃燒器的細(xì)節(jié)，并且因此具有相同的參考標(biāo)號(hào)，并且:W虛就比。
圖4A-4C示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的進(jìn)一步的實(shí)施例。除了所有噴 嘴的孔口的出口平面是共面的之外，圖4A4C的實(shí)施例分別類似于圖3A-3C的
ii
實(shí)施例。由此，為了簡潔，圖4A、 4B和4C和圖3A、 3B和3C的實(shí)施例的相 同部件，分別具有相同的參考標(biāo)號(hào)并且沒有進(jìn)一步iMM燒器的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。
圖5A-5C示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的進(jìn)一步的實(shí)施例。除了分級(jí)噴 嘴的孔口的出口平面是共面的，并設(shè)置在中心噴嘴的孔口的出口平面的前方之 外，圖5A-5C的實(shí)施例分別對(duì)以于圖3A-3C的實(shí)施例。由此，為了簡潔，圖5A、 5B和5C和圖3A、 3B和3C的實(shí)施例的相同部件，分別具有相同的參考標(biāo)號(hào)， 并且沒有進(jìn)一步i^t燒器的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。
圖6A-6C示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的進(jìn)一步的實(shí)施例。除了中心噴 嘴和它的孔口相對(duì)于燃燒器中心縱軸32以某一角度延伸，以使中心噴射在如 Vc表示的箭頭所示的那個(gè)角度延伸之外，圖6A-6C的實(shí)施例分別類似于圖 4A-4C的實(shí)施例。由此，為了簡潔，圖5A、 5B和5C和圖4A、 4B和4C的實(shí) 施例的相同部件，分別具有相同的參考標(biāo)號(hào)，并且沒有進(jìn)一步論述燃燒器的結(jié) 構(gòu)細(xì)節(jié)。
圖7仍然示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器的進(jìn)一步的實(shí)施例。除了在互相 不同的角度延伸的分級(jí)噴嘴之外，圖7對(duì)以于圖4B和4C的實(shí)施例。特別是， 單級(jí)噴嘴24-1以相對(duì)于軸線30以向內(nèi)匯集的角度A延伸，所述軸線30平行于 中心噴嘴22的縱軸，而另一個(gè)分級(jí)噴嘴24-2以相對(duì)于軸線30以向外匯集的角 度92延伸，戶;M軸線30平行于中心噴嘴22的縱軸。
如前所述，組成中心噴嘴和/或任何分級(jí)噴嘴的孔口 (多個(gè) L口)可以是任 何皿或尺寸。例如，如圖8A所示，中心噴嘴22可以具有圓 面的單獨(dú)孔 口26，并被四個(gè)分級(jí)噴嘴24-l、 24-2、 24-3和244圍繞。^分級(jí)噴嘴具有單 獨(dú)的圓形孔口 26，它的直徑基本上小于中心孔口的直徑。而且，孔口 24-1、 24-2、 24-3和244是互相等距離間隔，并且距中心孔口等距離。圖犯示出了另一種 噴嘴布置。除了中心噴嘴包括正方形孔口26之外，這種布置類似于圖8A的布 置。圖8C示出了另一種噴嘴布置。除了中心噴嘴包括六角形 L口26之外，這 種布置類似于圖8A的布置。圖8D示出了另一種噴嘴布置。除了中心噴嘴包括 長方形孔口26之外，這種布置類似于圖8A的布置。圖9A-9H示出了可被用于 本發(fā)明燃燒器的孔口的各種其它開m，例如圖9A的圓形孔口，圖9B的正方形 孔口，圖9C的六角形孔口，圖9D的矩形孔口，圖9E的多交叉槽孔口，圖9F 的十字形 L口，和圖9G的雙交叉槽 L口。圖9H示出了可以是中心噴嘴22或任何^0f有分級(jí)噴嘴24的噴嘴，其中噴嘴具有布置在噴嘴的下半部分三角形排
列的三個(gè)圓形的孔口 26。圖91示出了可以是中心噴嘴22或任何^ff有分級(jí)噴 嘴24的噴嘴，其中噴嘴具有布置在噴嘴的下半部分直線排列的兩個(gè)圓形的孔口 26。在此必須指出的是，在此示出的孔口和噴嘴僅僅是可被用于根據(jù)本發(fā)明構(gòu) 造的燃燒器的種種^1^和尺寸的一對(duì)列子。
作為本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的燃燒器用于爐中具有特殊的效用。 然而它的使用并不局限于這種應(yīng)用。當(dāng)用于爐時(shí)，本發(fā)明的it燒器將通過形成 類似活塞式流動(dòng)的流動(dòng)型式而消除高溫回流區(qū)。隨著高溫回流區(qū)的消除，可以 保持較高的點(diǎn)火速度。此外，使用根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的燃燒器制成的爐的加工管 將由于更低、且均勻的環(huán)境、鵬而延長壽命。更低的 鵬也將減少煤煙形成并 且延長催化劑壽命。最后，因?yàn)榈趸镄纬膳c溫度成正比，消除過熱點(diǎn)將減 小織化娜文。
盡管本發(fā)明已經(jīng)被詳細(xì)描述并且參考了其中具體的例子，但是所屬領(lǐng)域中 的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下能夠作各種變化 和艦。
權(quán)利要求
1、一種在爐中用于形成類似活塞流的分級(jí)燃料燃燒器，所述分級(jí)燃燒器包括中心噴嘴和多個(gè)分級(jí)噴嘴，所述中心噴嘴具有孔口，所述孔口用于產(chǎn)生沿著中心縱軸引導(dǎo)的包括空氣的噴射，所述分級(jí)噴嘴圍繞所述中心噴嘴，每個(gè)所述分級(jí)噴嘴具有用于產(chǎn)生包括燃料的分級(jí)噴射的至少一個(gè)孔口，每個(gè)所述分級(jí)噴射被沿著各自的縱軸引導(dǎo)，并且在平行于所述中心縱軸的方向具有矢量分量，由此平行于所述中心縱軸的所述分級(jí)噴射的所述矢量分量的動(dòng)量總和，大約是沿著所述中心縱軸的中心噴射的動(dòng)量的50％到150％。
2、 根據(jù)豐又利要求1的分級(jí)燃料燃燒器，其中平4亍于所述中心縱軸的所述分級(jí)噴射的所述矢量分量的所述動(dòng)量g、和，大約是髓所述中心縱軸的中心噴射的動(dòng)量的80%到100%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的分級(jí)燃料燃燒器，其中平行于所述中心縱軸的所述分級(jí)噴射的所述矢量分量的所述動(dòng)量總和，大約是^所述中心縱軸的中心噴射 的動(dòng)量的80%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1的分級(jí)燃料燃燒器，還包括用于供應(yīng)燃料至U所述分級(jí)噴 嘴的，和用于供應(yīng)空氣至IBM中心嚇觜的^S。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的分級(jí)燃料燃燒器，還包括用于供應(yīng)空氣到所述分級(jí)噴 嘴的^g，由lt浙述，噴射包括燃料和空氣。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4的分級(jí)燃料燃燒器，其中所^)t燒器還包括用于供應(yīng)燃 料到戶皿中心,觜的，。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4的分級(jí)燃料燃燒器，其中所^)t燒器還包括用于提供燃 ^t/到戶，中心ufif的^S。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1的分級(jí)燃料燃燒器,其中齡 L口包括各自的出口平面， 并且其中平行于所述中心縱軸的所述分級(jí)噴射的短分量的動(dòng)量總和與沿著所 述中心縱軸的中心噴射的動(dòng)量的比率，是以下公^a義柳匕率(MR):細(xì)=^-其中^是經(jīng)識(shí)別的噴射的質(zhì)量流量，v是在噴射噴出的孔口出口平面的經(jīng) 識(shí)別的噴射皿，e是中心縱軸和所述分級(jí)噴嘴的各自縱軸之間的夾角，并且下 標(biāo)s、 c、 ifi^條、中心和第i個(gè)鄉(xiāng)tfff的號(hào)碼。
9、 根據(jù)權(quán)利要求i的分級(jí)燃料燃燒器，其中所述分級(jí)噴射的所述各自縱軸 平行于所述中心縱軸延伸。
10、 根據(jù)權(quán)利要求i的分級(jí)燃料燃燒器，其中所述分級(jí)噴射的至少一個(gè)的所述縱軸相對(duì)于戶;M中心縱軸以向夕Mr散的角度延伸。
11、 根據(jù)權(quán)利要求io的分級(jí)燃料燃燒器，其中所有所述分級(jí)噴射的所述縱 軸相對(duì)于所述中心縱軸以向夕FT散的角度延伸。
12、 根據(jù)權(quán)利要求i的分級(jí)^i料燃燒器，其中所述分級(jí)噴射的至少一個(gè)的 戶，縱軸相對(duì)于所述中心縱軸以向內(nèi)、匯集的角度延伸。
13、 根據(jù)權(quán)利要求io的分級(jí)燃料燃燒器，其中所有所述分級(jí)噴射的所述縱 軸相對(duì)于所述中心縱軸以向內(nèi)、匯集的角度延伸。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1的分級(jí)燃料燃燒器，其中所述分級(jí)燃燒器的所述孔口具有共同的出口平面。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14的分級(jí)燃料燃燒器，其中所述中心噴嘴的所述 L口具有i^s^;M分^^燒器的戶;M共同出口平面前方的出口平面。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14的分級(jí)燃料燃燒器，其中所述中心噴嘴的所述孔口具 有設(shè)置^EI5做分級(jí)燃燒器的所述共同出口平面后方的出口平面。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14的分級(jí)燃料燃燒器，其中所述中心噴嘴的所述孔口具有與所述併及燃燒器的戶;M共同出口平面共面的出口平面。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1的分級(jí)燃料燃燒器，其中所述分級(jí)噴嘴的所述孔口具 有相同的尺寸和微。
19、 根據(jù)權(quán)利要求1的分級(jí)燃料燃燒器，其中所述分級(jí)噴嘴的所述孔口具 有不同的尺寸稱鄉(xiāng)娥。
20、 一種在爐中形鵬臓斗的類似活塞流的方法，包括(A)提供包括中心噴嘴和圍繞所述中心噴嘴的多個(gè)分級(jí)噴嘴的分級(jí)燃燒 器，所述中心噴嘴具有孔口，所述孔口設(shè)置用于產(chǎn)生沿著中心縱軸弓l導(dǎo)的包括 空氣的噴射，所述分級(jí)噴嘴圍繞所述中心噴嘴，每個(gè)所述分級(jí)噴嘴具有至少一 個(gè)孔口，并且設(shè)置用于產(chǎn)生包括Jt料的分級(jí)噴射，每^^所述分級(jí)噴射被沿著各 自的縱軸引導(dǎo)，并且在平行于所述中心縱軸方向具有矢量分量， (B) 提供包括空氣的流體至U所述中心噴嘴，由ltl^f述中心噴嘴產(chǎn)生髓所述中心縱軸引導(dǎo)的包括空氣的噴射，禾口(C) 提供包括燃料的流體至U所述分級(jí)噴嘴，由if^f述分級(jí)噴嘴產(chǎn)生包括燃料的沿著所述各自的縱軸的各分級(jí)噴射，由此平行于所述中心縱軸的所述分級(jí) 噴射的所述矢量分量的動(dòng)量總和，大約是沿著所述中心縱軸的中心噴射的動(dòng)量的50%到150%。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中平行于所述中心縱軸的所述分級(jí)噴射的 所述矢量分量的所述動(dòng)量總和，大約是沿著所述中心縱軸的中心噴射的動(dòng)量的 80%到100%。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中平行于所述中心縱軸的所述分級(jí)噴射的 所述矢量分量的所述動(dòng)量總和，大約是沿著所述中心縱軸的中心噴射動(dòng)量的 80%。
23、 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，還包括供應(yīng)空氣到所述分級(jí)噴嘴，由此所述條噴射包括鵬口空氣。
24、 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中還包括供應(yīng)燃料至l術(shù)述中心噴嘴，由此 所述中心噴射包括空氣和跳
25、 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，還包括提供燃燒產(chǎn)物至lj所述中心噴嘴，由此 所述中心噴射包括空氣和燃^m
26、 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中^孔口包括各自的出口平面，并且其中平行于所述中心縱軸的所述分級(jí)噴射的矢量分量的動(dòng)量總和與沿著所述中心 縱軸的所述中心噴射的動(dòng)量的比率，是以下公式定義的比率(MR):<formula>formula see original document page 4</formula>其中^是經(jīng)識(shí)別的噴射的質(zhì)量流量，V是在噴射噴出的孔口出口平面的經(jīng)識(shí)另啲噴射鵬，e是中心縱軸和所述分級(jí)噴嘴的各自縱軸之間的夾角，并且下標(biāo)s、 c、 H^^分級(jí)、中心和第i個(gè)微,的號(hào)碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生類似活塞流和低氮氧化物排放的燃燒器。燃燒器具有中心空氣噴射和圍繞中心噴射的多個(gè)分級(jí)燃料噴射。沿平行于中心噴射的中心縱軸的各自軸線方向的分級(jí)噴射的矢量分量的動(dòng)量總和與沿著所述軸線的中心噴射的動(dòng)量的比率，是在0.5到1.5的范圍之內(nèi)，并且最優(yōu)選為0.8。
文檔編號(hào)F23D11/38GK101182922SQ20071019298
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日
發(fā)明者A·G·斯拉維科夫, M·L·喬施, X·J·李 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司