[发明专利]用于交替进行氧燃和空气燃烧的燃烧器和方法

说明书

本发明涉及一种可交替使用氧含量高的气体或者空气作为助燃剂(comburant)的燃烧器和燃烧方法。

随着日益严格的环境限制，特别是在产生CO₂和NO_X方面的限制，使用氧或氧含量高的气体的燃料燃烧对于矿物燃料的燃烧来说日益具有吸引力。但是，使用空气作为助燃剂的常规燃烧设备并不都是具有几何结构和必需的物质条件来利用氧或氧含量高的气体来工作。这是因为在富氧或全氧燃烧中氮惰性质(ballast d’azote)的不存在显著地改变了燃烧室中的传热方式、物质浓度和压力状态。

为了在这些设备中进行全氧燃烧，一种提出的方案是再次喷射由所述燃烧或其它燃烧所产生的烟道气以便部分弥补缺乏的氮。此过程由于没有氮的存在且由于火焰温度比全氧燃烧更低，因此避免了NO_x的高的产量。但是，再次喷射的烟道气常常会抵消氧燃的优点，特别是例如重油残渣中未燃物的更低比例或者灰分部分的降低，这些未燃物和这种灰分然后会导致下游烟道气处理方法复杂化。

这种烟道气喷射大致可通过两种方法进行。首先，通过在烟道气引入燃烧器之前将烟道气和氧混合，以便重新形成包括约21％到27％的氧的助燃剂且其余部分主要包括CO₂而不是氮。在空气锅炉/加热器(chaudière àl’air)进行转化的情况下此方案的一个优点是能够用最少的运行调整来保持空气燃烧器。另一方面，烟道气与氧在引入燃烧器之前的预先混合会引起安全问题。为了避免此问题，在第二替代方案中，烟道气也可以在燃烧室的一位置处或通过燃烧器单独地喷射。在后一种情况下，烟道气以使得火焰加长的速度进行喷射，这将使得燃烧室的元件(在锅炉的情况下是相对的壁或管)过热。为了避免这种问题，烟道气喷射速度必须为低速，这会起到增加燃烧器的尺寸的效果并产生布置的问题，然而已公知燃烧室的表面积必须最大化。

因此，前述问题意味着需要改进使用烟道气再循环的方法和氧燃燃烧器。

此外，实践表明能够以灵活方式，即氧燃和空气燃烧交替的方式来使用燃烧器的实用性。实际上，由于氧的可用性和/或安全问题的限制，能够将氧燃转变为空气燃烧而不更换燃烧器是有用的。类似地，对于某些类型的燃烧，为了安全的目的优选用空气开始燃烧且随后切换到氧燃。

因此，本发明的目的是提出一种在用于空气燃烧的设备中利用烟道气再循环来执行氧燃的设备。

本发明的另外的目的是提出一种用于交替执行利用烟道气再循环的氧燃或空气燃烧的燃烧设备。

本发明的另外的目的是提出一种用于交替执行利用烟道气再循环的氧燃或空气燃烧的燃烧设备，所述燃烧产生具有受控尺寸的火焰。

为此，本发明涉及一种使用至少一种助燃剂和至少一种主要惰性气体的至少一种燃料的燃烧方法，其中：

-喷射燃料和助燃剂以产生火焰，

-以两股射流的形式喷射主要惰性气体，使得：

·第一射流围绕由燃料和助燃剂产生的火焰，且所述第一射流相对于所述火焰呈现为发散的漩涡，

·第二射流围绕主要惰性气体的第一射流，且所述第二射流相对于由燃料和助燃剂产生的火焰呈现为会聚的漩涡。

本发明还涉及一种适于执行所述方法的燃烧器，该燃烧器包括：

-至少一个用于喷射燃料的装置和至少一个用于喷射助燃剂的装置，所述装置相对于彼此安置成使得助燃剂和燃料能够产生火焰，

-两个用于喷射主要惰性气体的装置：

·用于喷射主要惰性气体的第一装置适于以围绕由助燃剂和第一燃料产生的火焰的射流形式喷射主要惰性气体的一部分，所述用于喷射主要惰性气体的第一装置包括适于使得通过它的主要惰性气体流发散地旋转的装置，

·用于喷射主要惰性气体的第二装置适于以围绕由用于喷射主要惰性气体的第一装置产生的主要惰性气体射流的射流形式喷射主要惰性气体的一部分，且所述用于喷射主要惰性气体的第二装置包括适于使得通过它的主要惰性气体流会聚地旋转的装置。

本发明的其他特征和优点将从以下说明书的阅读中得以显现。由图1示出的本发明的实施例作为非限制性的示例而提供，图1是根据本发明的燃烧器的示意图。

因此，本发明涉及一种使用至少一种助燃剂和至少一种主要惰性气体的至少一种燃料的燃烧方法，其中：

-喷射燃料和助燃剂以产生火焰，

-以两股射流的形式喷射主要惰性气体，使得：

·第一射流围绕由燃料和助燃剂产生的火焰，且所述第一射流相对于所述火焰呈现为发散的漩涡，

·第二射流围绕主要惰性气体的第一射流，且所述第二射流相对于由燃料产生的火焰呈现为会聚的漩涡。