專利名稱：稀釋燃燒的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及稀釋燃燒的方法和裝置。無焰燃燒的燃燒器是現(xiàn)有技術(shù)已知的。如在http://www. bmwl.de/BMWi/ Redaktion/PDF/B/bine-themeninfo-flammenIose-verbrennung, property = pdf, bereich = bmwi, sprache = de, rwb = true, pdf可供在線下載的BINE信息服務(wù)的信息表“projektinfo 07/06”中所述，在這樣的燃燒器中，燃氣和燃燒空氣以高流速流入燃燒室中。與常規(guī)火焰燃燒器的主要區(qū)別在于所述燃燒室中廢氣的強內(nèi)部再循環(huán)，并且所述廢氣與燃燒空氣混合。由此造成的在燃燒空氣以及空氣和燃氣的延遲混合物(delayed mixture)中氧氣含量的減少，防止形成火焰前鋒(flame front)。在至少450°C至500°C的足夠高的溫度下，燃料在整個燃燒室體積中氧化。因此出現(xiàn)非常均勻的溫度。避免了主要發(fā)生在火焰極限(flame limit)下的熱氮氧化物(NOx)的形成。更均勻的溫度分布不僅引起氮氧化物排放下降，而且可以保持較高的平均燃燒室溫度。在常規(guī)燃燒器中，最經(jīng)常使用UV測量儀器監(jiān)測燃燒過程。在無焰操作中這不一定都可行。通常，測量有用的空間溫度，而不是測量UV信號。如果超過溫度極限，確保點火和完全燒盡。DE 44 00 831 Al描述具有減少的腐蝕性氣體的燃燒器。這種燃燒器包括用于主氧氣流(primary oxygen stream)的中央供給通道，所述中央供給通道置于用于燃料流的水冷式供給通道的中心軸上，因而被所述供給通道同心包封。主氧氣流的溫度小于等于 30°C，并且在化學(xué)計量所需的氧氣量中，主氧氣流的百分比小于1%。還提供了再循環(huán)燃燒廢氣，以確保無焰燃燒。例如，提供環(huán)形包封所述供給通道的八個主氧氣噴嘴。再循環(huán)燃燒廢氣的目的在于防止火焰根部(flame root)中的溫度峰(temperature spikes)，從而防止污染物排放。因此，火焰在出口處保持穩(wěn)定，并且在低火焰溫度下燃燒。主氧氣流的冷卻以及相關(guān)的小于等于30°C的低溫產(chǎn)生具有少量主氧氣的穩(wěn)定點火火焰，這生成用于監(jiān)測所述燃燒器的足夠的UV信號。從US 4907961中已知一種氧氣燃燒器。這種燃燒器使用氧氣或者富氧空氣。在這種燃燒器中，將含有至少30% (體積/體積)氧氣的第一氧化劑送入燃燒器。高速供應(yīng)所述氧化劑。此外，即將供應(yīng)第二氧化劑，測得所述第二氧化劑部分為送入到燃燒室的總氧氣量的至少1%。所述第二氧化劑還含有至少30% (體積/體積)的氧氣，并且以低速供給。例如，可以通過混合純氧和空氣而生成富氧空氣。在氣體之間的界面上將獲得穩(wěn)定的火焰。US 5104310描述在降低的火焰溫度下操作的燃燒器。這種燃燒器包括中央氧氣噴嘴，以及同心包封所述氧氣噴嘴、用于供應(yīng)燃料的至少一個噴嘴。至少一個額外的噴嘴與所述氧氣噴嘴徑向間隔設(shè)置，并設(shè)計成de Laval噴嘴。在這種燃燒器中，應(yīng)該以非常高的速度供應(yīng)氧氣，特別是在來自氧氣噴嘴的氧氣與燃料反應(yīng)前，吸入溫度比火焰低的環(huán)境空氣。 還可提供數(shù)個外周氧氣噴嘴，所述外周氧氣噴嘴同心地置于所述中央氧氣噴嘴周圍，并且與所述中央氧氣噴嘴徑向間隔。通過所述外周噴嘴供應(yīng)的氧氣的體積百分比經(jīng)測量為供給至所述燃燒器的全部氧氣量的60 %至90 %之間，優(yōu)選75 %至85 %之間。這樣，通過外周布置的氧氣噴嘴供應(yīng)燃燒燃料所必需的大部分含氧氣體。在氧氣與火焰反應(yīng)前，這些氧氣流吸入額外的環(huán)境空氣。環(huán)境空氣比火焰溫度低。環(huán)境空氣的吸入降低了外周氧氣流中的氧氣含量和溫度。在其與燃料接觸前制備這種混合物。這種氣體混合物由含有至少50%氧氣的富氧空氣組成。EP 0 685 683 A2描述具有低NOx排放的燃燒器。在這種燃燒器中，可以通過氣體供給裝置將燃燒室暴露于高的空氣通量，從而從所述燃燒室的噴嘴狀出口排出的燃燒廢氣在噴射器的作用下被吸入，從而再次被送入燃燒空氣。在加熱室中溫度超過600°C至800°C 后，將切換燃料供應(yīng)，使所述燃燒器進入正常操作狀態(tài)，其中，保持高輸出脈沖，尤其是來自所述燃燒室的燃燒空氣的輸出脈沖，從而大大地抑制噴嘴出口前區(qū)域的燃料和空氣的反應(yīng)進入燃燒室，且將其移入加熱室中。這種燃燒器可以包括被共軸燃料噴槍包封的燃料噴嘴， 其中提供了流入燃燒室的燃燒空氣供給管座(feed pipe socket)，所述燃燒空氣供給管座與燃燒閥門一起形成空氣供給裝置。從EP 1 355 111 A2中已知用于無焰燃燒的燃燒器。這種燃燒器包括通過燃燒器向其供給燃料-氣體混合物的反應(yīng)室。所述燃燒器包括延伸直至進入被燃燒器頭部包封的內(nèi)部空間中的空氣供給通道。燃料管穿過所述空氣供給通道，延伸直至所述內(nèi)部空間中。 所述燃料管在所述內(nèi)部空間中居中設(shè)置，因而被所述空氣供給通道包封。所述燃燒器把燃料-空氣射流橫向發(fā)射至其縱軸。廢氣通道置于所述燃燒器中或燃燒器上，與所述燃燒器的縱軸同心或平行。所述燃燒器的出口方向與廢氣通道方向相互交叉。在這種燃燒器中， 將燃料引入平行于爐壁或相對于所述爐壁傾斜的爐室中。優(yōu)選地，以這種方式配置所述燃燒器頭部使燃料-空氣混合物在出口孔處具有足夠高的速度以清除任何火焰。這允許無焰操作模式，其中燃料與空氣之間的反應(yīng)遍布反應(yīng)室的大部分。此外，燃料-空氣射流吸入大量特別是鄰近所述廢氣通道的入口孔的熱廢氣，并且夾帶所述熱廢氣，進一步支持無焰操作。例如，可提供同流換熱器(recuperator)或者再生器(regenerator)以預(yù)加熱燃料、 空氣或燃料-空氣混合物。這種燃燒器為空氣燃燒器。本發(fā)明的目的在于提供成本效率高、低排放且過程優(yōu)化的盡可能采用無焰燃燒的方法以及相應(yīng)的燃燒器。本發(fā)明具有權(quán)利要求1中詳細說明的特征以實現(xiàn)這個目的。在其他權(quán)利要求中顯示了其有利的實施方案。根據(jù)本發(fā)明提供了稀釋燃燒的方法，在所述方法中，將燃料流、空氣流和氧氣流供給至具有燃燒器的燃燒室。所述空氣流和氧氣流以空間上彼此分離的方式供給，并且可以彼此獨立地調(diào)節(jié)。因此，在燃燒過程中，可以在使用空氣的純操作和使用氧氣的純操作以及使用氧氣和空氣的混合操作之間進行切換。在本發(fā)明的框架內(nèi)，稀釋燃燒意指很大程度上的無焰燃燒，其中通過廢氣再循環(huán)避免了局部熱溫度峰。廢氣再循環(huán)可以包括內(nèi)部或外部再循環(huán)。術(shù)語“很大程度上”表示可存在永久燃燒的輔助火焰。但是，通過常規(guī)火焰獲得的溫度峰在整個燃燒室中不能到達。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，氧氣和空氣在空間上分離，以防形成具有高氧氣濃度同時伴隨高氮氣濃度的區(qū)域。所述區(qū)域尤其在使用富氧空氣作為氧化劑的燃燒器中形成。在這些區(qū)域中，在燃燒期間形成氮氧化物(NOx)。因為氧氣和空氣與很大程度上相互分離的燃料反應(yīng)，顯著降低了 NOx排放。
由于在燃燒過程中可以在使用空氣的純操作和使用氧氣的純操作以及使用氧氣和空氣的混合操作之間進行切換，因此所述方法可以高效地適應(yīng)各個過程。與使用空氣的操作相比，在使用純氧氣的操作中，將較小量氣體供給至燃燒室，以提供化學(xué)計量所需量的氧化劑。這里，幾乎全部量的氣體用于燃燒目的。因為供應(yīng)較少氣體，所以廢氣量小。由于氧化劑僅含有氧氣，因此相同量的燃料輸入了更多的能量。在氧化劑中幾乎沒有無氧組分，所以隨廢氣損失的能量更少。因此，在使用純氧的操作中，能量輸入非常高。實際上不存在像氮氣之類的氣體。因而不形成有害的NOx氣體。因此，在這種操作狀態(tài)下，廢氣僅具有百分比非常小的污染物。這可以使實施所述方法的相應(yīng)裝置非常緊湊，但仍提供高熱容量。與使用純氧的操作相比，在使用空氣的操作中，較大量的氣體引入用于氧化的燃燒室中，從而提供化學(xué)計量所需量的氧化劑。這里，不是全部量的氣體用于燃燒目的，因為除了氧氣外，該氧化劑還含有氮氣和不能用于燃燒的其他組分。因為供應(yīng)更多氣體，所以廢氣量更多，以提供足夠的氧化劑。伴隨更多量的廢氣，損失的能量更多，并且輸入的能量更少?？諝庵泻械牡獨庖矊?dǎo)致有害NOx氣體的形成。因此，在這種操作狀態(tài)下，廢氣具有更高的污染物百分比。另一方面，可以非常高的成本效率實施所述方法，因為與氧氣相比，空氣顯然產(chǎn)生更低的成本。所述燃燒器可以用來將另一氧氣流供給至位于燃料流中央的燃燒室。因此，這種中央氧氣流被燃料流包封，并且同燃料流中部分燃料一起形成輔助火焰。這種輔助火焰永久地生成可用UV探測器檢測的UV信號。當(dāng)這些流離開燃燒器時，它們可顯示相同方向，大致平行于所述燃燒器的縱向。尤其是在使用氧氣和空氣的操作中，這尤其確保在與燃料反應(yīng)時，空氣和氧氣將接近在空間上分離。在起轉(zhuǎn)(runup)時，可僅使用氧氣操作燃燒器。與使用富氧空氣進行操作的燃燒器相比，更大量的能量輸入顯著縮短了達到標稱溫度所需的時間。此外，NOx的排放量低得
^^ ο然后，在標稱操作中，燃燒器可僅使用空氣進行操作。這里，不需要渦漩體使空氣中含有的氧氣與燃料接觸。在標稱操作中由再循環(huán)廢氣引起的漩渦對于此目的是足夠的。 必然需要安裝空間并且使燃燒器設(shè)計布局復(fù)雜化的渦旋體是不需要的。這使得可以使用更加緊湊的裝置，以更高成本效率實施所述方法。因此，緊湊的裝置可以使用空氣進行操作。如果在使用空氣的操作中沒有導(dǎo)入足夠的熱量，那么根據(jù)需要，可以計量輸入氧氣、可以啟動混合模式、或者可以完全使用純氧再次實施該過程。因此，燃燒性能可最佳地適應(yīng)于燃燒過程的要求，且可在任何時候被優(yōu)化。此外，廢氣可以在燃燒室中再循環(huán)，其中這種再循環(huán)可在內(nèi)部或外部進行。這進一步減少NOx排放。在所述方法中，氧氣和/或空氣各自以高速度供給至燃燒室。氧氣流的高速度是指至少50m/s的速度，優(yōu)選80m/s和200m/s之間的速度?？諝饬鞯母咚俣仁侵钢辽?0m/s 的速度，優(yōu)選80m/s和150m/s之間的速度。與現(xiàn)有技術(shù)已知的空氣“直接”富含氧氣的燃燒器不同，這里，“直接”不富含氧氣，因為空氣和氧氣作為分開的流供應(yīng)或通過分開的噴嘴供應(yīng)。但是，在包含氧氣和空氣的操作狀態(tài)下，整個過程仍然可以視為“富氧”。用于根據(jù)本發(fā)明的稀釋燃燒的燃燒器包括將燃料供給至燃燒室的燃料噴嘴、將空氣供給至燃燒室的至少一個空氣噴嘴、以及將氧氣供給至燃燒室的至少一個氧氣噴嘴。所述空氣噴嘴和氧氣噴嘴在空間上彼此分離。下面將基于附圖更詳細地說明本發(fā)明。

圖1中為根據(jù)本發(fā)明的燃燒器，沿A-A線切割部件的側(cè)視示意圖，圖2中為來自圖1根據(jù)本發(fā)明的燃燒器，從前面看的頂視示意圖，圖3中為具有燃燒器和燃燒室的根據(jù)本發(fā)明的爐，示意圖，圖4中為噴嘴陣列，示例性頂視圖，圖5中為另一個噴嘴陣列，示例性頂視圖，圖6中為另一個噴嘴陣列，示例性頂視圖，圖7中為另一個噴嘴陣列，示例性頂視圖，圖8中為另一個噴嘴陣列，示例性頂視圖，并且圖9中為另一個噴嘴陣列，示例性頂視圖。根據(jù)本發(fā)明的爐1基本上包括燃燒器2和燃燒室3(圖3)。下面將僅僅示意性地描述整個爐1，以說明根據(jù)本發(fā)明的裝置的原理設(shè)計。燃燒器2顯示圓柱形燃燒器殼體4，所述燃燒器殼體具有指定為燃燒器側(cè)7的前壁、后壁12和夾套壁9 (圖1)。把垂直于所述前壁7和所述后壁12并從所述后壁12移動到所述前壁9的方向稱作所述燃燒器2的縱向5。所述燃燒器2的燃燒器殼體4包含在所述燃燒器2的縱向5上大致同心地延伸的中央氧氣噴嘴管(central nozzle tube) 6。所述氧氣噴嘴管6的一端在所述燃燒器的燃燒器側(cè)7終止。中央氧氣噴嘴37位于這個端區(qū)域中。UV傳感器8置于處于所述燃燒器殼體4中的氧氣噴嘴管6的端部。所述氧氣噴嘴管6與氧氣口 10通過氧氣管38相連。所述氧氣口 10包含在所述燃燒器殼體4的后壁12上。在所述燃燒器殼體4中，還提供了同心包封中央氧氣噴嘴6的燃料噴嘴管11。所述燃料管11的一端在所述燃燒器側(cè)4終止。燃料噴嘴40形成在這個端區(qū)域中。所述燃料噴嘴管11的另一端與燃料口 13通過燃料管39連接。所述燃料口 13形成在所述燃燒器殼體4的后壁12上。所述燃燒器2的燃燒器本體4包含六個主氧氣噴嘴管(primary oxygen nozzle tube) 14。所述六個主氧氣噴嘴管14同心置于圍繞所述中央氧氣噴嘴管6的圓上，各自以相同的角距間隔。所述主氧氣噴嘴管14的一端與氧氣環(huán)通道15通過各自的主氧氣管41連接，并且另一端在所述燃燒器側(cè)7內(nèi)終止。主氧氣噴嘴42分別置于所述主氧氣噴嘴管14的燃燒器側(cè)端上。所述氧氣環(huán)通道15在所述燃燒器本體4中大致平行于燃燒器側(cè)7延伸。所述氧氣環(huán)通道15與主氧氣口 17通過管段(tube section) 16連接。所述主氧氣口 17形成在所述燃燒器殼體4的夾套壁9上。在所述燃燒器2的燃燒器本體4內(nèi)設(shè)置了六個空氣噴嘴管19。所述空氣噴嘴管 19同心置于圓上，各自以相等的角距間隔，所述圓圍繞所述主氧氣噴嘴管14之間的空隙中的所述中央氧氣噴嘴管6或燃料噴嘴管11。所述空氣噴嘴管19的一端與空氣環(huán)通道20通過空氣管43連接，而另一端在所述燃燒器側(cè)7內(nèi)終止。各自的空氣噴嘴44形成在所述空氣噴嘴管19的燃燒器側(cè)端。所述空氣環(huán)通道20設(shè)計為在一個平面內(nèi)大致平行于所述后壁9。所述空氣環(huán)通道20與空氣口 21 通過空氣管段36連接。所述空氣口 21形成在所述燃燒器殼體4的夾套壁9上。在所述燃燒器側(cè)7的頂視圖中(圖2)，主氧氣噴嘴42和空氣噴嘴44以彼此偏移 30°角的方式布置。所述爐1包括氧氣供應(yīng)源22。所述氧氣供應(yīng)源22與所述氧氣口 10通過氧氣管路25連接。氧氣閥門沈置于所述氧氣管路25中。所述氧氣供應(yīng)源與主氧氣口 17通過主氧氣管路23連接。主氧氣閥門M置于所述主氧氣管路23中。所述爐進一步顯示有鼓風(fēng)機或通風(fēng)機27。所述鼓風(fēng)機27與所述空氣口 21通過空氣管路觀連接?？諝忾y門四置于所述空氣管路洲中。所述爐1顯示有燃料供應(yīng)源30。所述燃料供應(yīng)源30與燃料口 13通過燃料管路 31連接。燃料閥門32置于所述燃料管路31中。所述爐進一步顯示有控制器33。所述控制器33通過控制線路34與UV傳感器8、 所述燃料閥門32、所述空氣閥門29、所述氧氣閥門沈和所述主氧氣閥門M連接。所述燃燒器2的燃燒器側(cè)7進入燃燒室3中(圖3)。所述氧氣噴嘴37和/或所述燃料噴嘴40和/或所述空氣噴嘴44和/或所述主氧氣噴嘴42可以設(shè)計成朝向出口呈錐形并使氣體流加速的噴嘴，或者設(shè)計成de Laval噴嘴或文丘里管。在所述燃燒器殼體4中可設(shè)置同流換熱器或者熱交換器，以在用燃料氧化前預(yù)加熱相應(yīng)管道中的空氣流?？梢允褂萌紵龔U氣的熱量進行這種預(yù)加熱。下面描述基于根據(jù)本發(fā)明的爐1的稀釋燃燒的方法。首先提供輔助火焰。所述控制器33首先通過控制線路34開啟所述氧氣閥門26。氧氣從所述氧氣供應(yīng)源22流出，并經(jīng)由所述氧氣管路25、氧氣口 10和氧氣管38流入所述中央氧氣噴嘴管6。 這使所述中央氧氣噴嘴37暴露于氧氣中。當(dāng)離開所述燃燒器2時，測得中央氧氣流的速度為15m/s至50m/s之間，優(yōu)選在 25m/s至30m/s之間。氧氣流在所述燃燒器2的縱向5上離開所述中央氧氣噴嘴37。測得中央氧氣流的百分比為化學(xué)計量需氧量的至5%之間。在整個操作中，所述控制器33控制中央氧氣流不變。同時，所述控制器33經(jīng)由控制線路34啟動所述燃料閥門32，并且打開所述燃料閥門，從而提供形成輔助火焰所需的燃料。這樣，燃料從所述燃料供應(yīng)源30流出，并且經(jīng)由所述燃料管路31和燃料口 13流入所述燃料管。所述燃料噴嘴40經(jīng)由所述燃料管路39暴露于燃料。在燃料流離開所述燃燒器2時，測得其速度為50m/s至150m/s之間，優(yōu)選在70m/ s至90m/s之間。燃料流在所述燃燒器的縱向5上離開所述燃料噴嘴11。
在借助點火裝置點火后，所供應(yīng)的燃料與從所述中央氧氣噴嘴37出來的氧氣一起燃燒。這導(dǎo)致輔助火焰形成。這種輔助火焰產(chǎn)生足夠的可被UV傳感器8檢測的UV輻射。所述UV傳感器8通過控制線路34通知所述控制器33輔助火焰的存在。在整個操作中保持輔助火焰，因此也可在整個操作中檢測輔助火焰。在750°C的過程溫度下啟動，可使 UV監(jiān)測器失效。根據(jù)EN 746-2，在這個溫度下啟動包括高溫過程。那么，輔助火焰不再是絕對需要的，且所述輔助火焰產(chǎn)生不必要的氮氧化物。所述UV監(jiān)測器是否失效取決于過程和火焰監(jiān)測器的種類。然后應(yīng)該用溫度傳感器監(jiān)測過程溫度，其中現(xiàn)有的溫度傳感器不能用于過程控制。然而，在整個操作中，可經(jīng)由所述燃料噴嘴44將少量但恒定量的燃料供給至燃燒室3，并且經(jīng)由所述中央氧氣噴嘴37將恒定的少量氧氣供給至所述燃燒室3。為了起轉(zhuǎn)目的，所述控制器33隨后經(jīng)由控制線路34并行地致動主氧氣閥門M和燃料閥門32。另外，向現(xiàn)在進一步打開的燃料閥門32額外提供起轉(zhuǎn)所需的燃料量。在燃料流離開所述燃燒器2時，測得其速度仍然在50m/s至150m/s之間，優(yōu)選在70m/s至90m/s之間。 燃料流也依然在所述燃燒器2的縱向5上離開所述燃料噴嘴40。通過所述打開的氧氣閥門M，所述燃燒器2起轉(zhuǎn)或者燃燒所需的化學(xué)計量氧氣量經(jīng)由所述主氧氣管路23流出所述氧氣供應(yīng)源22，流入所述主氧氣口 17，并且從那里進入所述氧氣環(huán)通道15。所述六個主氧氣噴嘴管14以及因此所述主氧氣噴嘴42經(jīng)由所述氧氣環(huán)通道15和所述主氧氣管41暴露于氧氣中。另外，在所述主氧氣噴嘴42中橫截面變窄的區(qū)域額外加速主氧氣流。在所述主氧氣流離開所述燃燒器2時，測得其速度在50m/s至324m/s之間，優(yōu)選在80m/s至200m/s之間。所述主氧氣流大致在縱向5上離開所述主氧氣噴嘴42。離開所述主氧氣噴嘴的氧氣有利地顯示至少90-95%的氧氣含量，優(yōu)選至少99%，以減少氮氧化物的生成。所述主氧氣流和燃料流的速度引起爐廢氣再循環(huán)，所述爐廢氣轉(zhuǎn)而與所述主氧氣流和燃料流混合。下面說明所述燃燒器的標稱操作(nominal operation)。可根據(jù)過程和程序步驟， 采用空氣和/或氧氣進行標稱操作。一旦所述燃燒室3已經(jīng)達到約800°C至900°C的標稱溫度，所述燃燒器可以切換到使用空氣的標稱操作。為此，所述控制器33經(jīng)由控制線路34致動所述空氣閥門29，并且打開所述空氣閥門四。于是，由所述鼓風(fēng)機27提供的空氣經(jīng)由空氣管路觀流入所述空氣口 21，經(jīng)由空氣管段36流入所述空氣環(huán)通道20，從而流入所述空氣管43和所述空氣噴嘴管19。這樣，所述空氣噴嘴44暴露于環(huán)境空氣。當(dāng)空氣離開時，它顯示有低于lbar (g)的壓力，優(yōu)選低于200mbar(g)至300mbar(g)的壓力。關(guān)閉所述主氧氣閥門M的同時打開與所述空氣閥門29。因此，不再有氧氣流出所述主氧氣噴嘴42?？諝庖?0m/s至330m/s，優(yōu)選80m/s至150m/s之間的速度離開所述空氣噴嘴44 或所述燃燒器2。所述空氣噴嘴44的橫截面變窄的區(qū)域使離開所述空氣噴嘴的空氣流加速。這些空氣流大致在所述燃燒器的縱向5上離開。因此，在使用空氣的標稱操作中，所述燃燒器2可以僅使用空氣中含有的氧氣進行操作。
例如，使用空氣的標稱操作可以用于保持和鑄造目的(holding and casting purposes)。如果隨著操作繼續(xù)必須輸入更多的能量，所述主氧氣閥門沈的控制器33打開，并且通過所述主氧氣噴嘴42計量加入供燃燒的氧氣，直到已經(jīng)達到所需的能量輸入。離開所述空氣噴嘴的空氣量以與所供應(yīng)的氧氣相同的化學(xué)計量比減少。在所述燃燒室3已經(jīng)達到其約800 0C至900 °C的標稱溫度后，在使用氧氣的標稱操作中，所述燃燒器也可以繼續(xù)操作。對于需要更高能量輸入的過程，可以提供使用氧氣的標稱操作。例如，對于熔煉，情況就是這樣。然后，所述燃燒器僅使用氧氣作為氧化劑進行操作。對于使用氧氣的標稱操作，所述裝置在設(shè)計上可以更加緊湊，但是同時仍然允許高能量輸入。諸如水和二氧化碳的三原子氣體以熱輻射放出相當(dāng)多的熱能。這就是為什么這些三原子氣體的存在導(dǎo)致所述燃燒室3內(nèi)熱量均衡，連同再循環(huán)造成在所述燃燒室內(nèi)出現(xiàn)溫度分布均勻，以便整個燃燒室內(nèi)呈現(xiàn)大致相同的溫度。因此，避免了溫度峰，并且熱量分布更均勻。這樣便提高了整個爐的效率。爐廢氣的再循環(huán)產(chǎn)生低排放，即減少的NOx、氧化。總是可以定制或者優(yōu)化根據(jù)本發(fā)明的方法以適應(yīng)各自的要求，因為所述燃燒器可使用氧氣、空氣或以具有任何所需的空氣/氧氣比例的混合模式進行操作。下面描述所述主氧氣噴嘴14和空氣噴嘴19的各種布置。例如，可提供四個主氧氣噴嘴42和四個空氣噴嘴44。后者可置于圍繞所述中央氧氣噴嘴37或燃料噴嘴40的圓上。然后，所述主氧氣噴嘴42和空氣噴嘴44彼此相對偏移 45° 角(圖 4)。所述四個主氧氣噴嘴42可置于圍繞所述中央氧氣噴嘴37或燃料噴嘴40的第一圓上。然后，所述四個空氣噴嘴44置于圍繞所述空氣噴嘴44的更大的圓上(圖5)。例如， 然后所述主氧氣噴嘴42和空氣噴嘴44彼此相對偏移22. 5°角。在可選的配置中，所述空氣噴嘴和氧氣噴嘴也可這樣布置將所述空氣噴嘴放置在內(nèi)圓上，并且將所述氧氣噴嘴放置在外圓上(圖6)。也可以這樣設(shè)置在其中一個圓上分別設(shè)置兩個空氣噴嘴和兩個氧氣噴嘴(圖 7)。四個空氣噴嘴和四個氧氣噴嘴也可置于內(nèi)圓上，然而僅放置四個氧氣或空氣噴嘴在外圓上(圖8)。例如，四個空氣噴嘴也可置于內(nèi)圓上，并且分別的四個空氣噴嘴和四個氧氣噴嘴置于外圓上(圖9)。行的。
當(dāng)布置在一個、兩個、三個或更多個圓上時，噴嘴之間的很多種角距基本上都是可對照表
1爐31燃料管路
2燃燒器32燃料閥門
3燃燒室33控制器
4燃燒器殼體34控制線路
5縱向356中央氧氣噴嘴管36空氣管段7前側(cè)37氧氣噴嘴8UV傳感器38氧氣管9夾套壁39燃料管10氧氣口40燃料噴嘴11燃料噴嘴管41主氧氣管12后壁42主氧氣噴嘴13燃料口43空氣管14主氧氣噴嘴管44空氣噴嘴15氧氣環(huán)通道16管段17主氧氣口1819空氣噴嘴管20空氣環(huán)通道21空氣口22氧氣供應(yīng)源烈主氧氣供應(yīng)管路對主氧氣閥門25氧氣管路沈氧氣閥門27鼓風(fēng)機觀空氣管路29風(fēng)門片(air flap)30燃料供應(yīng)源
權(quán)利要求
1.稀釋燃燒的方法，其中將燃料流、空氣流和氧氣流供給至具有燃燒器的燃燒室，其中在空間上彼此分離地供應(yīng)所述空氣流和氧氣流，并且可以彼此獨立地調(diào)節(jié)它們的體積流， 這樣在燃燒過程中，可以在使用空氣的純操作和使用氧氣的純操作以及使用氧氣和空氣的混合操作之間進行切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于當(dāng)所述流離開所述燃燒器時，它們顯示相同方向，大致平行于所述燃燒器的縱向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述燃燒器在起轉(zhuǎn)中使用氧氣進行操作，并且在正常操作中使用空氣或氧氣或兩者的混合物作為氧化劑進行操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于將額外的氧氣流供給至具有燃燒器的燃燒室，所述燃燒器位于燃料流中央，使所述額外的氧氣流被所述燃料流包封，其中該氧氣流與所述燃料流中部分燃料形成輔助火焰。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于廢氣在所述燃燒室中再循環(huán)， 其中該再循環(huán)可在內(nèi)部或外部發(fā)生。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于所述燃燒室暴露于速度至少為50m/s，優(yōu)選為80m/s至200m/s的額外的氧氣流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于所述燃燒室暴露于速度至少為50m/s，優(yōu)選為80m/s至150m/s的額外的空氣流。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于所述燃料流大致同心地被額外的氧氣和/或空氣流包封。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于所述燃料流具有至少為50m/ s，優(yōu)選70m/s至90m/s的速度。
10.用于稀釋燃燒的燃燒器，其具有將燃料供給至燃燒室的燃料噴嘴、將空氣供給至燃燒室的至少一個空氣噴嘴、以及將氧氣供給至燃燒室的至少一個氧氣噴嘴，其中所述空氣噴嘴和氧氣噴嘴在空間上彼此分離。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃燒器，其特征在于設(shè)置以下述方式設(shè)計的控制器在燃燒過程中，可以在使用空氣的純操作和使用氧氣的純操作以及使用氧氣和空氣的混合操作之間進行切換。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的燃燒器，其特征在于設(shè)置額外的氧氣噴嘴，其置于所述燃料噴嘴的中央。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項所述的燃燒器，其特征在于設(shè)置2至12個，優(yōu)選4 至6個之間的額外的氧氣噴嘴，并且提供了 2至12個，優(yōu)選4至6個之間的額外的空氣噴嘴。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項所述的燃燒器，其特征在于所述燃燒器具有與氧氣源相連的至少一個口，以及與空氣源相連的至少一個口。
15.用于稀釋燃燒的燃燒器裝置，其具有根據(jù)權(quán)利要求10至14中任一項所述的燃燒器和燃燒室。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種燃燒器。根據(jù)本發(fā)明的用于稀釋燃燒的燃燒器包括將燃料供給至燃燒室的燃料噴嘴、將空氣供給至燃燒室的至少一個空氣噴嘴以及將氧氣供給至燃燒室的至少一個氧氣噴嘴。所述空氣噴嘴和氧氣噴嘴在空間上彼此分離。
文檔編號F23D14/22GK102563622SQ201110395890
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者M·阿德多爾夫, S·呂迪希 申請人:林德股份公司