[发明专利]用于低氮氧化物预混气体燃烧器的燃烧的方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业气体燃烧器。这些燃烧器排放氮氧化物(NOx)，这是污染源。

因此，减少源自燃烧的氮氧化物是在工业燃烧器开发过程中的重要考虑因素。燃气(天然气或其它气体)的燃烧通过氮在空中的高温氧化产生氮氧化物。这些氮氧化物通常称为热NOx。

·氮氧化物形成的速率遵循阿仑尼乌斯定律并且高度地取决于：局部含氧量，

·局部含氮量，

·局部温度(显著大于1500℃)。

背景技术

目前，工业气体燃烧器基本是扩散火焰燃烧器，这意味着在燃烧器中，氧化剂和燃料的混合全部发生在燃烧室内。利用这些扩散火焰燃烧器，最广泛使用的用于减少热NOx的技术通常基于氧气和燃料含量的局部变化，该局部变化通过使用空气阶段提供含量或者通过使用燃料阶段提供来实现。

在利用氧化剂和燃料预混合的火焰燃烧的情况下，火焰中心的温度更多均匀并且非常强烈地取决于氧化剂/燃料比率。因此，作为直接后果，氮氧化物的排放同样地对该比率高度敏感。

形成本发明的主题的方法和燃烧器涉及基于预混技术的低NOx气体燃烧器。经验显示氮氧化物可以根据氧化剂/燃料比率改变大于10倍。例如，当氧化剂是环境空气时，燃料气体是富气(rich gas)(具有低热值，6kWh/Nm³)，气体的完全燃烧所需要的氧化剂的量和氮氧化物的低产量在氧化剂的化学计量的140％和170％之间。既然如此，源自预混燃烧的氮氧化物的排放与由扩散火焰得到的排放相比较变得非常低。

然而，过量氧化剂是该预混技术在诸如锅炉、工业用炉等的方法中使用的阻碍，在以上方法中当在高温下(≥100°)排放烟气时，燃烧需要的超出100％化学计量的显著过量的氧化剂产生额外的热损耗。

发明内容

形成本发明的主题的燃烧器为了其低NOx的性能而使用预混技术，并且使用为了在没有增加热NOx排放的情况下减少在燃烧器处的总体过量空气的额外装置。

在该燃烧器中，测试已证实，为了同时确保燃烧的温度足够高以及产生的热NOx非常低，预混中的氧化剂/燃料比率或者更具体地说比率(R)非常重要。

LCV是低热值，即不考虑能量凝聚的发热量。

CP是以kJ/kg计的热容量。

流速以Kg/h计。

根据本发明的燃烧方法包括预混燃烧器，该预混燃烧器由一组预混喷嘴组成，这些预混喷嘴围绕在燃烧器的中心轴线上的中央喷嘴布置在直径DB的圆形上，其中该中央喷嘴旨在生成径向火焰，其中，该组喷嘴具有在1.3和1.75之间的氧化剂/燃料比率(R)。

燃烧器由两个类型的喷嘴组成。一组预混喷嘴布置在直径DB的圆形上并且主要旨在生成轴向火焰。这些外围喷嘴围绕中央喷嘴放置，该中央喷嘴布置在燃烧器的中心轴线上并且旨在生成径向火焰。

通过中央喷嘴的径向火焰旨在确保称为“外围的”各个预混喷嘴之间的相互点火(inter-ignition)。该径向火焰同样由在该喷嘴处具有1.3和1.75之间的比率(R)的预混燃烧生成。

根据一个特定特征，中央喷嘴是预混喷嘴，这保证了比率(R)的更好的分布。

根据另一个特征，径向火焰是3％至20％的由喷嘴排出的燃料的总流速的预混火焰。

根据一个特定布置，中央喷嘴和外围喷嘴均是预混喷嘴，并且各自具有1.3和1.75之间的氧化剂/燃料比率(R)。每个喷嘴均具有最优比率(R)，由每个喷嘴排出的NOx的量低，并且各个喷嘴的火焰之间的相交区域同样排出极少的NOx。

根据另一个布置，中央喷嘴是可拆卸的。中央喷嘴是可拆卸的并且可以容易地由液体燃料喷射枪代替，从而赋予燃烧器成为混合气体和液体的燃烧器的选择。

根据特定特征，预混喷嘴具有偏转元件，该偏转元件赋予预混物相对于中心轴线A成-45°和+45°之间的出口角。预混喷嘴具有轴向的或相对于燃烧器的轴线倾斜的出口并且喷嘴的出口角在-45°和+45°之间变化，以使火焰的形状适配成适合燃烧室的多种几何形状，并且将火焰长度/直径比率改变大于4倍。

根据特定布置，气体喷射器以直径DL围绕外围喷嘴放置在燃烧器的外周缘上。为了在没有增加氮氧化物排放的情况下减少在燃烧器处的过量空气/氧化剂，一定比率的燃气需要被喷射到预混喷嘴外部。燃气的额外喷射使用布置在每对喷嘴之间的或每两三个喷嘴一个的喷射器进行。

根据一个特定特征，气体喷射器以直径DL围绕外围喷嘴放置在燃烧器的外周缘上，并且喷射器喷射20％至50％的总喷射燃料。