專利名稱：燃燒器和用于運(yùn)行燃燒器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃燒器，它包括一個通道，通道有一個混合區(qū)和一個氧化劑輸入件，尤其空氣輸入件，以及有至少一個用于噴入燃料的燃料輸入件。此外本發(fā)明還涉及這種燃燒 器的工作方法。
背景技術(shù)：
干天然氣預(yù)混燃燒利用于低有害物排放的天然氣燃燒。預(yù)混燃燒器典型地包括一個預(yù)混區(qū)，空氣和燃料在其中混合，然后將混合物引入燃燒室?；旌衔镌谌紵胰紵?，與此同時產(chǎn)生處于高壓狀態(tài)的燃?xì)?。這種燃?xì)膺M(jìn)一步引向渦輪機(jī)。預(yù)混合尤其對于氮氧化物排放是有利的，因?yàn)樵陬A(yù)混火焰中基于均勻的混合形成均勻的火焰溫度。氮氧化物的生成隨火焰溫度成指數(shù)關(guān)系增加。因此，與預(yù)混燃燒器的工作相結(jié)合，尤為重要的是保持低的氮氧化物排放量和避免失控燃燒，例如火焰反沖。合成氣燃燒器的特征在于，在其中使用合成氣作為燃料。與傳統(tǒng)的渦輪機(jī)燃料， 亦即基本上由碳?xì)浠衔锝M成的天然氣和石油相比，合成氣的可燃成分主要是一氧化碳和氫。取決于氣化方法和整個設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，合成氣的熱值比天然氣大約小5至10倍。除了合成氣的化學(xué)計(jì)量的燃燒溫度外，在火焰前緣合成氣與空氣之間的混合質(zhì)量，對于避免溫度峰值并因而對于將高溫氮氧化物的生成減小到最低程度是重要的影響參數(shù)。合成氣的主要組成部分，除一氧化碳和氫外還有惰性成分。惰性成分涉及氮和/ 或水蒸氣以及可能還有二氧化碳。因?yàn)闊嶂档?，所以必須在燃燒室?nèi)引入大容積流量的可燃?xì)怏w。當(dāng)前的合成氣燃燒室基于高的反應(yīng)性設(shè)計(jì)為擴(kuò)散燃燒室。蒸汽或氮通常用作稀釋齊U，目的是減少熱NOx生成。在合成氣燃燒時使用蒸汽/氮作為稀釋劑，降低總設(shè)備的最高效率。為了降低峰值溫度并因而降低NOx排放量，迄今所有合成氣燃燒器要求添加或混合一種惰性介質(zhì)(蒸汽)。但是由于合成氣燃燒器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是以合成氣作為主燃料，所以需要量很大的惰性介質(zhì)，這使得用天然氣工作在經(jīng)濟(jì)上并沒有吸引力，因?yàn)槔缭谟锰烊粴夤ぷ鲿r，使用擴(kuò)散燃燒的設(shè)計(jì)方案也要添加一種惰性介質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種燃燒器，它不僅可以用可燃的天然氣， 尤其天然煤氣工作，也可以用合成氣工作，并且克服上面提及的那些缺點(diǎn)。另一個要解決的技術(shù)問題是提供一種用于運(yùn)行這種燃燒器的方法。第一個技術(shù)問題通過按權(quán)利要求1的燃燒器得以解決。涉及方法的技術(shù)問題通過提供一種按權(quán)利要求12所述的方法得以解決。從屬權(quán)利要求包含本發(fā)明其他有利的設(shè)計(jì)。按本發(fā)明的燃燒器包括一個通道，它具有混合區(qū)，尤其預(yù)混區(qū)和氧化劑輸入件，尤其空氣輸入件，以及具有至少一個用于噴入燃料的燃料輸入件，其中，在通道內(nèi)設(shè)隔離裝置，它將通道沿通道的縱長區(qū)分成至少兩個隔開的通道，亦即第一通道和第二通道。因此，按本發(fā)明單個通道分成至少兩個通道，亦即第一和第二通道。形成的每個這種通道有比總通道小的容積?，F(xiàn)在附加地通過隔離裝置形成的第二通道，優(yōu)選地容積較小的通道，可根據(jù)工作類型供給燃料。當(dāng)在此第二通道內(nèi)噴入合成氣時，在這里是空氣的氧化劑在此第二通道內(nèi)基本上被置換。這種置換是可能的，因?yàn)樯婕暗氖且环N所謂開放的第二通道。此時它通過隔開的第一通道流動。由此基本上形成一種擴(kuò)散式合成氣工作模式。 在第二通道中的合成氣/或合成氣氧化劑混合物，以與在第一通道內(nèi)氧化劑相同的速度排出。由此避免不希望的切變。此外，第二通道和第一通道可以加入氧化劑，優(yōu)選地空氣。除此之外，緊接著可以在兩個通道內(nèi)都噴入天然氣，它們在預(yù)混區(qū)內(nèi)預(yù)混合。這與傳統(tǒng)的用天然氣工作和預(yù)混合一致。因此借助本發(fā)明燃燒器既可以用合成氣也可以用天然氣工作。此外本發(fā)明還可以使合成氣的工作基本上相當(dāng)于擴(kuò)散式工作模式，而天然氣工作基本上相當(dāng)于預(yù)混合原則。由此使例如合成氣燃燒器的工作，在經(jīng)濟(jì)上對于用天然氣工作有吸引力。優(yōu)選地，規(guī)定一條中軸線，以及隔離裝置同心于該中軸線。按優(yōu)選的設(shè)計(jì)，隔離裝置基本上處于一條流線上。由此不形成在流動技術(shù)上認(rèn)為是失控的紊流。此外，與傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒器相比，實(shí)現(xiàn)所述方式僅相當(dāng)于有微小的改變，這又帶來突出的經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選地，隔離裝置由金屬或金屬合金，尤其金屬板制成。這可以非常簡單和便宜地實(shí)現(xiàn)，而且還有必要的耐熱強(qiáng)度。按優(yōu)選的設(shè)計(jì)，設(shè)一個或多個用于燃料，尤其合成氣的進(jìn)口。它們可以在預(yù)混通道內(nèi)設(shè)置在面朝中軸線的那個通道側(cè)。此外優(yōu)選地，設(shè)一個帶有渦旋葉片的渦旋發(fā)生器，尤其空氣渦旋發(fā)生器。在這里，所述一個或多個燃料進(jìn)口配置在沿主流方向的渦旋葉片上游。通過這種配置方式，得到一個開放的第二通道。優(yōu)選地，設(shè)至少一個燃料噴嘴，以及燃料，尤其天然氣，可通過所述至少一個燃料噴嘴，噴入在混合區(qū)，尤其預(yù)混區(qū)內(nèi)被渦旋發(fā)生器，尤其空氣渦旋發(fā)生器形成渦旋的氧化劑質(zhì)量流內(nèi)，尤其空氣內(nèi)。在這方面優(yōu)選地，所述至少一個燃料噴嘴按一排或處于前后位置的多排，配置在渦旋發(fā)生器，尤其空氣渦旋發(fā)生器下游。在這里，為了使氧化劑尤其空氣更好地渦旋，渦旋發(fā)生器有渦旋葉片。在這些渦旋葉片上配置至少一個燃料噴嘴是特別有利的， 因?yàn)閲娙氲娜剂峡膳c氧化劑形成良好的混合。優(yōu)選地，第二通道就其容積而言小于第一通道。當(dāng)合成氣工作時若在第二通道內(nèi)流入合成氣，則基于所選擇的容積，氧化劑，亦即空氣基本上被置換。當(dāng)然余留的第一通道相對于原先未分割的通道也有較小的容積。就對于合成氣機(jī)器的要求而言這是非常有利的。也就是說，為了制造合成氣，根據(jù)設(shè)計(jì)方案從燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)出口處抽取空氣，并分解為其主要成分，氧和氮。緊接著，氧使用于合成氣制造。由于空氣被抽取，所以最終可供使用的空氣較少。按照本發(fā)明的燃燒器運(yùn)行方法，燃燒器具有一個通道，通道包括一個混合區(qū)，尤其預(yù)混區(qū)，氧化劑質(zhì)量流和燃料噴入其中，其中，借助一個在通道內(nèi)的隔離裝置以及至少兩個借此構(gòu)成的隔開的第一和第二通道，形成兩個基本上獨(dú)立的流動路徑。這些流動彼此分開。在這里，其中一個現(xiàn)在附加形成的流動路徑，現(xiàn)在正好根據(jù)工作類型利用；所述附加的導(dǎo)引較小流動的流動路徑，優(yōu)選地用作合成氣流動路徑。于是，基于這一配置，在這一部分預(yù)混路段內(nèi)置換氧化劑流并沿第二流動路徑流向燃燒室。兩種流動以同樣的速度剖面從預(yù)混區(qū)流出，從而不出現(xiàn)不希望的切變。這種情況與傳統(tǒng)的合成氣工作一致。在用其他燃料，在這里尤其用天然氣工作時，彼此分開的路徑導(dǎo)致形成傳統(tǒng)的天然氣工作模式，也就是說，兩個流動路徑將一種燃料/氧化劑混合物導(dǎo)向燃燒室。附加的那個或作為合成氣流動路徑或作為天然氣流動路徑的流動路徑，現(xiàn)在有利地與傳統(tǒng)的天然氣預(yù)混燃燒器有相同的空氣動力學(xué)特性。按優(yōu)選的設(shè)計(jì)，混合區(qū)，尤其預(yù)混區(qū)包括錐體側(cè)和轂側(cè)和/或渦旋發(fā)生器，尤其空心的空氣渦旋發(fā)生器。燃料，尤其天然氣，在錐體側(cè)和/或轂側(cè)和/或通過渦旋發(fā)生器，尤其空氣渦旋發(fā)生器，噴入混合區(qū)，尤其預(yù)混區(qū)內(nèi)。 優(yōu)選地，燃料通過渦旋發(fā)生器，尤其空氣渦旋發(fā)生器的至少一個渦旋葉片，噴入混合區(qū)，尤其預(yù)混區(qū)內(nèi)。按優(yōu)選的設(shè)計(jì)，燃料，尤其合成氣，通過一個或多個進(jìn)口輸入。這些進(jìn)口可例如在通道內(nèi)的轂側(cè)上設(shè)在渦旋葉片前。


下面參見附圖借助實(shí)施例說明本發(fā)明的其他特征、特性和優(yōu)點(diǎn)。其中圖1表示部分按本發(fā)明燃燒器的剖面圖；以及圖2表示按本發(fā)明燃燒器另一種實(shí)施例的一部分的剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面參見圖1詳細(xì)說明本發(fā)明。圖1示意表示部分具有通道1的燃燒器剖面圖。 通道1主要包括一個混合區(qū)2、一個在這里設(shè)計(jì)為空氣渦旋發(fā)生器10的渦旋發(fā)生器10以及一個或多個燃料噴嘴11?；旌蠀^(qū)2圍繞中軸線12徑向?qū)ΨQ地設(shè)置。區(qū)域2從中軸線12 出發(fā)看的外側(cè)，下文稱為錐體側(cè)3。預(yù)混區(qū)2面朝中軸線12的那一側(cè)，下文稱為轂側(cè)4?！N氧化劑質(zhì)量流，尤其空氣質(zhì)量流5，通過輸入件，尤其空氣輸入件16，到達(dá)空氣渦旋發(fā)生器10 ；用箭頭5表示供給的空氣質(zhì)量流的流動方向。在這里它也可能已經(jīng)涉及一種富集的空氣/燃料混合物?？諝鉁u旋發(fā)生器10使空氣質(zhì)量流5形成渦旋并將其進(jìn)一步引入?yún)^(qū)域2。從那里起，空氣質(zhì)量流5沿主流方向9進(jìn)一步導(dǎo)向燃燒室(未表示)。一個或多個燃料噴嘴11處于混合區(qū)2的轂側(cè)4。燃料，尤其天然氣，或垂直于主流方向9或沿相對于主流方向9的任何不同的角度引入預(yù)混區(qū)2內(nèi)。原則上，燃料噴嘴11既可以處于預(yù)混區(qū)2錐體側(cè)3也可以處于其轂側(cè)4，或還可以處于渦旋葉片10內(nèi)。除此之外，按本發(fā)明的燃燒器100還包括一個或多個用于氣態(tài)燃料，在這里優(yōu)選地用于合成氣的進(jìn)口 14 (只表示在燃燒器100上部)，它們優(yōu)選地沿主流方向9處于渦旋葉片10的上游。在燃燒器100內(nèi)，在通道1中同心于中軸線12設(shè)隔離裝置15 (只表示在燃燒器 100上部)，它將通道1沿通道1的縱長區(qū)分成至少兩個隔開的通道3a和3b。在這里，隔離裝置15優(yōu)選地由金屬板制成。在這種情況下隔離裝置15設(shè)計(jì)為，使轂側(cè)的通道3b形成容積較小的通道，也就是說，轂側(cè)通道3b沿軸A的橫截面17，小于通道3a的橫截面18。若燃燒器用合成氣工作，則通道3b正好加入所述的合成氣。由于所選擇的這些橫截面，因此空氣5在通道3b內(nèi)基本上被置換，以及此時它主要通過外部較大的通道3a流動。由此基本上造成一種擴(kuò)散式合成氣工作模式。但與傳統(tǒng)的沒有隔離裝置15的通道相比，通道3a也有一個較小的橫截面18，這同樣有利于合成氣燃燒器的工作，因?yàn)樵诤铣蓺馊紵鲀?nèi)由空氣析取的氧使用于制造合成氣。為此優(yōu)選地從壓縮機(jī)抽取空氣。除此之外，有 利地，極富集燃料的合成氣/空氣混合物，以與通道3a中的空氣大體相同的速度剖面從通道3b排出。這導(dǎo)致避免不希望的切變。在正常的可燃?xì)夤ぷ鲿r，尤其天然氣工作時，轂側(cè)的通道3b加入空氣，以及可以與通道3a —樣與燃料預(yù)混合。優(yōu)選地，隔離裝置15定位在其中一條流線(在流動技木上為分界線)上。與傳統(tǒng)的可燃?xì)馊紵飨啾龋@種定位方式在工作時只發(fā)生最小的改變。因此它們也可以集成在現(xiàn)有的燃燒器內(nèi)。圖2表示按本發(fā)明燃燒器100的另一種實(shí)施例。它在通道3b的上游有一個管道 20。管道20例如是一根管子。一個活門或調(diào)節(jié)閥21可處于管道20內(nèi)部。管道20的上游端與燃?xì)廨啓C(jī)連接為，使得在這里同樣可以流過空氣質(zhì)量流5。因此管道20的上游端例如與全機(jī)和/或與壓縮機(jī)和/或壓縮機(jī)出口連接，從而可以流過所述的空氣質(zhì)量流5。若圖2所示按本發(fā)明的燃燒器現(xiàn)在用合成氣工作，則關(guān)閉活門或閥20，所以空氣流5不能流過。因此通道3b唯一地加入合成氣。但除此之外通道3a仍與圖1中一樣，力口入空氣質(zhì)量流5。閥或活門20可以手操縱或自動控制。若圖2所示按本發(fā)明的燃燒器現(xiàn)在例如用天然氣工作，則打開活門/閥20。因此空氣質(zhì)量流5也通過通道3b流動。高熱量的燃料通過標(biāo)準(zhǔn)的天然氣進(jìn)口噴入。因此燃燒器重新相當(dāng)于一個低NOx值的標(biāo)準(zhǔn)天然氣預(yù)混燃燒器。由此按這種燃燒器設(shè)計(jì)，可以有控制地在合成氣與天然氣之間做出非常迅速的選擇。按本發(fā)明可以將一個設(shè)有隔離裝置的通道分成至少兩個通道，其中兩個通道之一，優(yōu)選地按容積較小的通道，可用作合成氣通道，或可用作第二空氣通道。有利地，在天然氣工作時這種隔離裝置有與在傳統(tǒng)的燃燒器內(nèi)相同的空氣動力學(xué)特性。因此燃燒器可以按本發(fā)明同時用作合成氣燃燒器和天然氣(預(yù)混)燃燒器進(jìn)行工作。取代天然氣也可以使用其他任何高熱量燃料，例如石油。因此通過按本發(fā)明的隔離裝置公開了一種燃燒器，它不僅在合成氣工作時，而且在正常的天然氣預(yù)混工作時，可以產(chǎn)生低NOx值。
權(quán)利要求
1.一種燃燒器(100)，包括一個通道(1)，該通道具有混合區(qū)、尤其預(yù)混區(qū)(2)和氧化劑輸入件、尤其空氣輸入件(16)，以及具有至少一個用于噴入燃料的燃料輸入件，其特征為 在通道(1)內(nèi)設(shè)隔離裝置(15)，它將通道(1)沿通道的縱長區(qū)分成至少兩個隔開的通道，亦即第一通道(3a)和第二通道(3b)。
2.按照權(quán)利要求1所述包括一個通道(1)的燃燒器(100)，其特征為，規(guī)定一條中軸線 (12)，所述隔離裝置(15)同心于該中軸線(12)。
3.按照權(quán)利要求2所述包括一個通道(1)的燃燒器(100)，其特征為，所述隔離裝置 (15)基本上處于其中一條流線上。
4.按照權(quán)利要求1-3之一所述包括一個通道⑴的燃燒器(100)，其特征為，所述隔離裝置(15)由金屬或金屬合金，尤其金屬板制成。
5.按照前列諸權(quán)利要求之一所述包括一個通道(1)的燃燒器(100)，其特征為，設(shè)有一個或多個用于燃料、尤其合成氣的進(jìn)口(14)。
6.按照權(quán)利要求5所述包括一個通道(1)的燃燒器(100)，其特征為，設(shè)有帶有渦旋葉片的渦旋發(fā)生器，以及沿主流方向9在渦旋葉片(10)上游配置一個或多個燃料進(jìn)口(14)。
7.按照前列諸權(quán)利要求之一所述包括一個通道(1)的燃燒器(100)，其特征為，設(shè)有渦旋發(fā)生器，尤其空氣渦旋發(fā)生器(10)。
8.按照權(quán)利要求7所述包括一個通道(1)的燃燒器(100)，其特征為，設(shè)有至少一個燃料噴嘴(11)，以及燃料、尤其天然氣可通過所述至少一個燃料噴嘴(11)，噴入在混合區(qū)、尤其預(yù)混區(qū)(2)內(nèi)被渦旋發(fā)生器、尤其空氣渦旋發(fā)生器(10)形成渦旋的氧化劑質(zhì)量流內(nèi)，尤其空氣(5)內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求8所述包括一個通道(1)的燃燒器(100)，其特征為，所述至少一個燃料噴嘴(11)按一個或多個前后相繼的位置設(shè)置在渦旋發(fā)生器，尤其空氣渦旋發(fā)生器(10) 內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求8或9所述包括一個通道(1)的燃燒器(100)，其特征為，至少一個燃料噴嘴(11)處于渦旋發(fā)生器，尤其空氣渦旋發(fā)生器(10)內(nèi)。
11.按照前列諸權(quán)利要求之一所述包括一個通道(1)的燃燒器(100)，其特征為，通道 (3b)就其容積而言小于通道(3a)。
12.按照前列諸權(quán)利要求之一所述包括一個通道(1)的燃燒器(100)，其特征為，通道 (3b)下游包括一個管道(20)，尤其一根管子。
13.按照權(quán)利要求12所述包括一個通道(1)的燃燒器(100)，其特征為，管道(20)包括一個閥/活門(21)。
14.一種具有按照前列諸權(quán)利要求之一所述燃燒器(100)的燃?xì)廨啓C(jī)。
15.一種用于運(yùn)行燃燒器(100)的方法，所述燃燒器具有一個通道(1)，該通道(1)包括一個混合區(qū)，尤其預(yù)混區(qū)(2)，氧化劑質(zhì)量流和燃料噴入其中，其特征為借助一個在通道(1)內(nèi)的隔離裝置(15)以及至少兩個借此隔離裝置構(gòu)成的隔開的第一和第二通道(3a)、 (3b)，形成兩個基本上獨(dú)立的流動路徑。
16.按照權(quán)利要求15所述的用于運(yùn)行燃燒器(100)的方法，其特征為，所述氧化劑是空氣(5)。
17.按照權(quán)利要求15-16之一所述的用于運(yùn)行燃燒器(100)的方法，其特征為，所述混合區(qū)、尤其預(yù)混區(qū)⑵包括錐體側(cè)⑶和轂側(cè)⑷和/或渦旋發(fā)生器、尤其空氣渦旋發(fā)生器 (10)；以及，燃料、尤其天然氣在錐體側(cè)(3)和/或轂側(cè)(4)和/或通過渦旋發(fā)生器、尤其空氣渦旋發(fā)生器(10)噴入預(yù)混區(qū)(2)內(nèi)。
18.按照權(quán)利要求17所述的方法，其特征為，燃料(6)通過渦旋發(fā)生器、尤其空氣渦旋發(fā)生器(10)的至少一個渦旋葉片噴入混合區(qū)內(nèi)、尤其預(yù)混區(qū)(2)內(nèi)。
19.按照權(quán)利要求15-18之一所述的方法，其特征為，燃料(6)、尤其合成氣通過一個或多個進(jìn)口 14輸入。
20.按照權(quán)利要求15-19之一所述的方法，其特征為，在用合成氣工作時，其中一個通道(3b)加入合成氣，而另一個通道(3a)加入氧化劑。
21.按照權(quán)利要求15-20之一所述的方法，其特征為，在用天然氣工作時，兩個通道 (3a)、(3b)加入天然氣和一種氧化劑，尤其空氣(5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃燒器(100)和一種用于運(yùn)行燃燒器(100)的方法。燃燒器(100)包括一個通道(1)，該通道具有一個混合區(qū)(2)和一個氧化劑輸入件，尤其空氣輸入件(16)，以及具有至少一個用于噴入燃料的燃料輸入件，其中，在通道(1)內(nèi)設(shè)隔離裝置(15)，它將通道(1)沿通道的一個縱長區(qū)分成至少兩個隔開的通道，亦即第一通道(3a)和第二通道(3b)。這種燃燒器(100)的運(yùn)行方法，其中燃燒器(100)包括一個通道(1)，它有一個預(yù)混區(qū)(2)，氧化劑質(zhì)量流和燃料噴入其中，按本方法，借助一個在通道(1)內(nèi)的隔離裝置(15)以及至少兩個借此隔離裝置構(gòu)成的隔開的第一和第二通道(3a)、(3b)，形成兩個基本上獨(dú)立的流動路徑。
文檔編號F23R3/36GK102171515SQ200980138879
公開日2011年8月31日 申請日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月1日
發(fā)明者伯恩德.普拉德 申請人:西門子公司