[发明专利]燃烧器

说明书

本发明涉及一种燃烧器，包括一个燃烧头和一个火焰管，其燃烧头具有由至少一个空气引入喷嘴和一个燃料引入喷嘴组成的聚焦排气装置，在燃烧头的流体流动方向上有一个排气壳体与火焰管相连，在排气壳体内设有一个部分地和排气壳体的内腔隔离开的腔室，并且在排气壳体和腔室之间设有一个环形室作为再循环装置。

为了提高燃气轮机和燃烧装置燃烧系统的效率以及减少有害物质的排放，人们曾经对燃烧器做出了各种不同的改进。有关最大有害物质排放极限值的法律规定也已经生效，燃烧系统必须满足这些规定。除了其他的燃烧产物，对大气污染起主要作用的是碳氢化合物和氧化氮（NO_x）。

氮一方面来源于具有天然氮气含量的普通大气形成的燃烧用空气，另一方面来源于燃料中含有的有机化合氮。在燃烧过程中，氧化氮的形成除了受其他因素的影响外，还强烈地受到分子氮在火焰区内停留时间的影响。停留的时间越短，所生成的氧化氮就越少。通过缩短停留时间，例如提高空气和燃料的喷射速度，会造成燃烧器排出更多的未经燃烧的液体化合物，从而降低了效率。

随着炭黑的形成可以生成一氧化碳，而一氧化碳又有很高的热值，如果燃料未被利用，则也随之损失。

此外，氧化氮的形成还与火焰的温度有关，氧化氮随着火焰温度的增加而增多。而火焰温度的增加却可以提高燃料能量的利用率。

在一种公知的飞机用燃气轮机（DE-OS  3017034）的燃烧器中，为了在减少氧化氮等有害物质的排放的同时提高其效率，其燃烧头具有一聚焦的排气装置，排气装置的形状为若干聚焦的、可单独启闭的排气喷嘴，其中的燃料排气喷嘴和空气排出喷嘴自燃烧头的中心出发径向地交错布置。随着和运行条件相关的各个喷嘴的启闭，可以产生一个（空载运转）或者两个（满载运转）燃烧区。在这种公知的燃烧器中，难燃、未燃的气体化合物均被排出，从而大大地影响了燃料的能量利用率。

燃烧器不仅用于发动机，还用于燃烧装置。人们过去对其也进行过各种改进，以节约能源和减少有害物质的排放。一种公知的减少有害物质排放的方法是采用外部尾气回流装置。燃烧所产生的尾气一般经一个外部回流道被部分地引回燃烧区。这样会降低火焰温度，减少氧化氮的形成。

在“扎克（SAAKE）技术文献”杂志1990.3第一期中，扎克公司建议了各种不同的尾气反馈方法。

在同一份文献中还介绍了一种内部尾气反馈方法。通过在燃烧腔内安装适当的部件，即设置与燃烧腔的外壁成一定间隔的管道将尾气从火焰的后端引回火焰的根部。这种内部尾气回流装置虽然可以通过阻止氧化氮的形成而减少有害物质的排放，但必须付出降低火焰温度的代价，从而减小了燃料的能量利用率。

德国专利说明书DE  4020237  Al中公开了一种如权利要求1的前序部分所述的燃烧器。这种公知燃烧器的结构是专门为减少尾气中的一氧化碳的含量而设计的、为此在燃烧气体的边缘区引入了助燃空气，使燃料能在火焰管内完全燃烧，从而达到降低一氧化碳含量的目的。这种吹入空气的方法虽然也可以减少一部分氧化氮，但无论如何却一并降低了火焰的温度，从而带来了上述公知燃烧器的缺点，即减小了燃料的能量利用率。将燃烧气体自火焰管经一个再循环装置引回位于排气壳体内呈腔室状的混合管，也无助于提高火焰的温度，因为燃烧区一直延伸到混合管内，自燃烧气体的边缘区引入助燃空气的开孔不能和再循环装置的入口端靠得太近，以防止多余的空气混入回流气体。

本发明的任务是，改进如权利要求1的前序部分所述的燃烧器，使它在提高火焰温度和增加燃料的能量利用率的同时可以减少有害物质的排放。

该任务的解决方案是，其聚焦排气装置具有一个内部空气引入喷嘴和至少一个外部空气引入喷嘴，并且燃料引入喷嘴位于内部空气引入喷嘴和外部空气引入喷嘴之间，腔室和排气装置之间有一间隔，以使燃烧区在腔室内开始，在腔室和排气装置之间有一个混合气形成区，并且设有一个再循环装置，以使难燃和未燃气体化合物返回混合气形成区，内部空气引入喷嘴和燃料引入喷嘴构成将燃料从燃料引入喷嘴送入混合气形成区的喷射器，经外部空气引入喷嘴可以送入低含氮空气，外部空气引入喷嘴朝内倾斜，使得被送回的难燃、未燃气体化合物与自外部空气引入喷嘴排出的低含氮空气相互混合，并且进入腔室内燃烧，而且低含2氮空气在与被送回的难燃、未燃气体化合物相互混合以前，在燃料引入喷嘴喷入的燃料周围形成一道把外部大气隔开的保护层。