專利名稱：用于燃燒低熱量燃燒氣體的預(yù)混合燃燒器以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于燃燒低熱量燃燒氣體、特別是合成氣的預(yù)混合燃燒器。本發(fā)明還涉及一種用于燃燒低熱量燃燒氣體的方法。
背景技術(shù)：
例如由DE 4212810A1公開了一種用于氣體形式的燃料的燃燒器，如特別是在燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備中所采用的那樣。由此得知，將燃燒空氣通過空氣環(huán)形通道系統(tǒng)以及將燃料通過另一個(gè)環(huán)形通道系統(tǒng)送去燃燒。在此，將高熱量的燃料(天然氣或燃油)從燃料通道中要么直接地要么從設(shè)計(jì)為空心葉片的渦流葉片噴入到空氣通道中。
為了能夠?qū)崿F(xiàn)燃料與空氣的盡可能均勻的混合，以便實(shí)現(xiàn)一種缺少氧化氮的燃燒。出于環(huán)保方面的考慮以及由于相應(yīng)的對于有害物質(zhì)排放的法律規(guī)定盡可能少生成氧化氮是對于燃燒的、特別是對于在發(fā)電廠的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備中的燃燒提出的一個(gè)基本要求。氧化氮的形成隨著燃燒的火焰溫度成指數(shù)地提高。在燃料和空氣不均勻混合的情況下在燃燒區(qū)域中形成了火焰溫度的特定分布。這種分布的最高溫度按照所提到的氧化氮的形成和火焰溫度的指數(shù)關(guān)系決定性地確定了所形成的氧化氮的數(shù)量。據(jù)此，均勻的燃料-空氣混合物的燃燒在相同的中心火焰溫度情況下實(shí)現(xiàn)了比非均勻混合物的燃燒更低的氧化氮排放量。在上面所引用文獻(xiàn)的燃燒器設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了空氣與燃料在空間上良好的混合。
與基本上由碳?xì)浠衔锝M成的傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)燃料天然氣和燃油相比，合成氣的可燃燒成分基本上是一氧化碳和氫氣。為了利用來自氣化裝置的合成氣和第二種燃料或替代燃料選擇式地運(yùn)行所述燃?xì)廨啓C(jī)，必須將設(shè)置在燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中的燃燒器構(gòu)造成兩種或多種燃料燃燒器，該燃燒器根據(jù)需要可以既加載合成氣又加載第二種燃料(例如天然氣或燃油)。在此，各種燃料通過燃料通道被引入到燃燒區(qū)域的燃燒器中。
取決于氣化方法和總體設(shè)備方案，合成氣的熱值與天然氣的熱值相比大約小五至十倍。除了CO和H2之外主要成分是惰性成分，如氮?dú)夂?或水蒸氣以及可能還有二氧化碳。由于熱值小必須因此將大體積流的燃?xì)馔ㄟ^燃燒器引入到燃燒室中。其結(jié)果是，對于低熱量燃料的燃燒(例如合成氣)必須提供一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的燃料通道。這樣一種也適合于合成氣運(yùn)行的多通道燃燒器例如在EP 1227920A1中已公開。
除了合成氣的在化學(xué)計(jì)算學(xué)上的燃燒溫度之外，特別是合成氣和空氣在火焰前鋒處的混合質(zhì)量是一個(gè)避免出現(xiàn)溫度峰值以及由此減小熱氧化氮形成的重要影響參數(shù)。
鑒于對氧化氮排放量的越來越嚴(yán)格的限制要求，在低熱量氣體的燃燒中預(yù)混合燃燒也就日益顯得重要。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于燃燒低熱量燃燒氣體的預(yù)混合燃燒器。本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題在于，提供一種用于燃燒低熱量燃燒氣體的方法。
按照本發(fā)明，上述第一個(gè)技術(shù)問題是通過一種用于燃燒低熱量燃燒氣體的預(yù)混合燃燒器解決的，該預(yù)混合燃燒器具有一個(gè)沿燃燒器軸線延伸的預(yù)混合空氣通道以及一個(gè)在該預(yù)混合空氣通道中設(shè)置的渦流裝置，通過所述預(yù)混合空氣通道可以輸入燃燒空氣，其中，沿所述燃燒空氣的流動(dòng)方向在所述渦流裝置的下游設(shè)置一個(gè)用于所述低熱量燃燒氣體的噴入裝置。
本發(fā)明以下述思想為出發(fā)點(diǎn)，即，為了保證少產(chǎn)生有害物質(zhì)地運(yùn)行，燃料和燃燒空氣的混合具有特別的意義?？梢詢H僅通過盡可能均勻的混合來避免出現(xiàn)溫度峰值。因?yàn)樵诘蜔崃咳紵龤怏w中涉及了要與燃燒空氣混合的大體積流量的燃燒氣體，在此，混合技術(shù)問題的解決方案在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)對于這類燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了特別的挑戰(zhàn)。
利用本發(fā)明的合成氣預(yù)混合燃燒器首先建議一種燃燒器方案，其就有害物質(zhì)排放而言也可以將預(yù)混合運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用到作為燃料的低熱量合成氣中。通過在渦流裝置下游的噴入裝置可以將未稀釋或者部分稀釋的低熱量燃燒氣體噴射到已經(jīng)呈渦流的氣流中。由此，在渦流裝置下游的空間區(qū)域中進(jìn)行合成氣與呈渦流的空氣流的進(jìn)一步均勻的混合。預(yù)混合的燃燒氣體與空氣混合物的燃燒在相當(dāng)于預(yù)混合的空氣溫度的溫度下在燃燒器下游完成。為了穩(wěn)定所述低熱量的預(yù)混合火焰，可以(特別是在部分負(fù)荷區(qū)域中)預(yù)先將低熱量燃燒氣體的一個(gè)較小的分流分離，并且在燃燒室中通過按照擴(kuò)散運(yùn)行方式運(yùn)行的輔助火焰輸入，例如占燃燒氣體的總體積流量的大約5％至20％。
通過這種帶有在渦流裝置下游的噴入裝置的結(jié)構(gòu)，可以將足夠大體積流量的低熱量燃燒氣體與燃燒空氣進(jìn)行混合，在此可以實(shí)現(xiàn)特別好的混合結(jié)果。這在預(yù)混合燃燒器的有害物質(zhì)平衡方面起到了特別有利的作用。
此外，有利的是，可以將所述被證明是合適的預(yù)混合-燃燒方案不加改動(dòng)地用于高熱量的燃料、如天然氣或油。由此，不再需要可能進(jìn)行費(fèi)事的優(yōu)化和/或結(jié)構(gòu)改動(dòng)。也就是說，可以借助于在空氣通道上按照流體技術(shù)連接的噴入裝置通過用于低熱量燃燒氣體的附加燃料通道對針對高熱量燃料設(shè)計(jì)的一個(gè)傳統(tǒng)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，確切地說，不會(huì)由于結(jié)構(gòu)上的變化而對現(xiàn)有的傳統(tǒng)燃燒系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，例如就出現(xiàn)的壓力損失而言。
由此，預(yù)混合燃燒器既可以利用(例如從煤、工業(yè)殘留物或垃圾中產(chǎn)生的)合成氣運(yùn)行，又可以利用另一種燃料(例如天然氣或油)運(yùn)行。在合成氣預(yù)混合運(yùn)行中，僅僅通過噴入裝置將低熱量燃燒氣體在渦流裝置下游噴射到預(yù)混合空氣通道中，其中，由于含渦流的燃燒空氣而保證了特別均勻的混合。通過該方案也避免了伴隨附加的內(nèi)裝件而采取結(jié)構(gòu)上的措施，使得特別是呈渦流狀的空氣流不會(huì)受到可能存在的內(nèi)裝件的影響。
通過預(yù)混合燃燒器在明顯更低的溫度下對應(yīng)于所已調(diào)整的空氣量進(jìn)行燃燒，這最終導(dǎo)致在燃燒低熱量燃燒氣體時(shí)減小了熱氧化氮生成量。
在特別優(yōu)選的擴(kuò)展設(shè)計(jì)中，所述噴入裝置具有多個(gè)通入到所述預(yù)混合空氣通道中的用于所述燃燒氣體的進(jìn)氣孔。
在優(yōu)選的擴(kuò)展設(shè)計(jì)中，所述用于低熱量燃燒氣體的進(jìn)氣孔這樣形成，即，防止在所述預(yù)混合空氣通道中形成隨動(dòng)區(qū)域。在氣體以極高的速度流入時(shí)(如在噴入裝置之后的情況)，在進(jìn)氣孔之后可能形成具有明顯更強(qiáng)湍流的隨動(dòng)區(qū)域。湍流的隨動(dòng)區(qū)域可能導(dǎo)致形成回流和循環(huán)回流。這種回流本身可能帶來火焰反沖，此外，隨動(dòng)的不穩(wěn)定特性可以引起流動(dòng)擴(kuò)散。為了保證一種可靠的預(yù)混合運(yùn)行，應(yīng)該將所述進(jìn)氣孔的形狀選擇成，防止出現(xiàn)上述負(fù)面的效應(yīng)。
在特別有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)中，用于燃燒氣體的進(jìn)氣孔具有一種橫截面，其中，該橫截面具有一個(gè)縱向尺寸和一個(gè)橫向尺寸，并且其中該縱向尺寸大于該橫向尺寸。一種近乎于圓形的開孔原則上也是可行的。不過，業(yè)已證明例如通過進(jìn)氣孔的一種橢圓形造型可以有效地應(yīng)對出現(xiàn)隨動(dòng)區(qū)域的問題。由此保證了預(yù)混合燃燒器更可靠地運(yùn)行。
優(yōu)選地，縱向尺寸是橫向尺寸的3倍至10倍。如果縱向尺寸小于橫向尺寸的3倍，則該結(jié)構(gòu)接近于圓形的進(jìn)氣孔，這可能有助于構(gòu)成隨動(dòng)區(qū)域。另一方面，不一定需要縱向尺寸必須比橫向尺寸的10倍大，并且由于空間上的原因要加以避免。
優(yōu)選地，進(jìn)氣孔的橫截面具有長圓孔或者帶有倒圓角的矩形或者水滴的形狀。這種其中一側(cè)可以比橫向側(cè)更長地成形的形狀，被證明為特別適合于正常運(yùn)行所述預(yù)混合燃燒器。此外，如果在進(jìn)氣孔的橫截面上不形成尖銳的棱邊，則是有利的。在角度小于90°的區(qū)域中經(jīng)常形成流動(dòng)中的死區(qū)。這種棱邊(棱角)優(yōu)選地通過圓弧(圓角)。
特別優(yōu)選的擴(kuò)展設(shè)計(jì)是，通過縱向尺寸確定的縱軸線基本上平行于燃燒空氣的流動(dòng)方向。在這種情況下，進(jìn)氣孔的窄側(cè)垂直于呈渦流的空氣流，并且由此顯著地減小了對于低熱量燃燒氣體在燃燒空氣的路徑上產(chǎn)生的阻力。此外，流出的燃燒氣體不構(gòu)成阻擋燃燒過程的主要障礙，而是燃燒空氣與燃燒氣體僅僅在進(jìn)氣孔的縱向尺寸上逐步和均勻地混合。因此，在燃燒空氣和低熱量燃燒氣體的分界層不產(chǎn)生渦流，由此防止形成隨動(dòng)。此外，實(shí)現(xiàn)了燃燒空氣和燃燒氣體的特別良好和均勻的混合。
在優(yōu)選的擴(kuò)展設(shè)計(jì)中，燃燒空氣的流動(dòng)方向相對于燃燒器軸線具有一個(gè)角度，其中，該角度在0°和90°之間。
優(yōu)選地，所述噴入裝置具有一個(gè)沿徑向向外圍繞所述預(yù)混合空氣通道的氣體分配環(huán)。在此，所述預(yù)混合空氣通道優(yōu)選設(shè)計(jì)為環(huán)形通道，該環(huán)形通道具有一個(gè)外通道壁，多個(gè)與氣體分配環(huán)處于流體連通的進(jìn)氣孔(例如穿孔)穿透該通道壁。由此達(dá)到確保沿環(huán)形通道的完整圓周將低熱量燃燒氣體噴射到呈渦流的燃燒空氣中。根據(jù)對于低熱量燃燒氣體的體積流量的不同要求，相應(yīng)地設(shè)計(jì)穿孔的直徑、其數(shù)量以及其在外部通道壁上的分布。通過對噴入裝置對應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了，噴入足夠大體積流量的燃燒氣體并且由此保證了穩(wěn)定的合成氣-預(yù)混合運(yùn)行。
在優(yōu)選的擴(kuò)展設(shè)計(jì)中，外通道壁沿燃燒空氣的流動(dòng)方向錐形地變窄。由于通過在外錐體上開設(shè)的進(jìn)氣孔噴射低熱量燃燒氣體，可以取消所有對于空氣流動(dòng)有不利影響的、用于噴入裝置的附加內(nèi)裝件，從而在需要時(shí)還可以不受限制地利用傳統(tǒng)的燃料(天然氣或燃油)進(jìn)行運(yùn)行。
特別優(yōu)選的擴(kuò)展設(shè)計(jì)是，將預(yù)混合燃燒器應(yīng)用在燃燒室、例如環(huán)形燃燒室中。這種燃燒室優(yōu)選地構(gòu)造為燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室，例如構(gòu)造為固定的燃?xì)廨啓C(jī)的環(huán)形燃燒室。
按照本發(fā)明，針對方法的技術(shù)問題是通過一種用于燃燒低熱量燃燒氣體的方法解決的，其中，燃燒空氣呈現(xiàn)渦流，將低熱量燃燒氣體噴射到呈渦流的燃燒空氣中并與其混合，并且燃燒該混合物。
利用這種方法可以實(shí)現(xiàn)一種特別均勻的燃燒混合物，其中，可以將大體積流量的低熱量燃燒氣體與燃燒空氣進(jìn)行混合。
在此，優(yōu)選地將未稀釋或者部分稀釋的低熱量燃燒氣體噴射到呈渦流的燃燒空氣中。
在該方法中，優(yōu)選地這樣噴入所述低熱量燃燒氣體，即，使得可以防止在所述預(yù)混合空氣通道中形成隨動(dòng)區(qū)域。
如果優(yōu)選將所述低熱量燃燒氣體通過進(jìn)氣孔噴入，而這些進(jìn)氣孔具有一橫截面，其中，該橫截面具有一個(gè)縱向尺寸和一個(gè)橫向尺寸，并且其中該縱向尺寸大于該橫向尺寸，則所述方法特別有效地防止在預(yù)混合空氣通道中形成隨動(dòng)區(qū)域。
在該方法中，通過所述縱向尺寸確定的縱軸線有利地基本上平行于所述燃燒空氣的流動(dòng)方向，使得平行于所述燃燒空氣的流動(dòng)方向地噴入所述低熱量燃燒氣體。
有利地采用氣化的化石燃料、特別是氣化的煤作為低熱量燃燒氣體。該方法優(yōu)選地在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器運(yùn)行時(shí)實(shí)施，其中，代表低熱量燃燒氣體的合成氣在預(yù)混合運(yùn)行中被燃燒。


為了進(jìn)一步說明，在附圖表示出了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式。附圖中圖1表示一個(gè)按照本發(fā)明的預(yù)混合燃燒器的縱向剖面圖，圖2表示在圖1中示出的進(jìn)氣孔的可行設(shè)計(jì)方案，圖3表示進(jìn)氣孔的一種改進(jìn)實(shí)施方式的簡略俯視圖，
圖4表示在圖3中示出的進(jìn)氣孔的縱向剖面圖，圖5表示一個(gè)長圓孔的俯視圖，圖6表示帶有倒圓角的矩形的俯視圖，圖7表示水滴狀的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了預(yù)混合燃燒器1，其相對于燃燒器軸線12大致是旋轉(zhuǎn)對稱的。沿燃燒器軸線12定向的主控燃燒器(Pilotbrenner)9被一個(gè)燃料環(huán)形通道3同心地包圍，其中該主控燃燒器具有一個(gè)燃料輸入通道8以及一個(gè)同心地包圍該燃料輸入通道的空氣輸入環(huán)形通道7。該燃料環(huán)形通道3部分地被一個(gè)預(yù)混合空氣通道2同心地包圍。預(yù)混合空氣通道2設(shè)計(jì)為具有外通道壁15的環(huán)形通道14。在該預(yù)混合空氣通道2中安裝了一個(gè)(簡略示出的)渦流葉片5的輪圈，其構(gòu)成了渦流裝置。這些渦流葉片5中的至少一個(gè)設(shè)計(jì)成空心葉片5a。其具有通過多個(gè)小開孔構(gòu)成的、用于引入燃料的進(jìn)口6。在此，空心葉片5a設(shè)計(jì)用于輸入高熱量的燃料11(例如天然氣或燃油)。燃料環(huán)形通道3通入到該空心葉片5a中。
預(yù)混合燃燒器1可以通過作為擴(kuò)散燃燒器的主控燃燒器9驅(qū)動(dòng)。不過，通常將其用作預(yù)混合燃燒器，即，燃料和空氣先混合然后送去燃燒。在此，主控燃燒器9用于保持一主導(dǎo)火焰，后者在預(yù)混合燃燒器運(yùn)行期間在可能變化燃料-空氣比例的情況下使燃燒穩(wěn)定。
在高熱量的燃料11(即，例如天然氣或燃油)燃燒時(shí)，燃燒空氣10和高熱量的燃料11在預(yù)混合空氣通道2中混合，并隨后送去燃燒。在所示實(shí)施方式中，高熱量的燃料11被從燃料環(huán)形通道3引導(dǎo)至一個(gè)渦流葉片輪圈5的空心葉片5a中，并且從那里通過進(jìn)口6導(dǎo)入到在預(yù)混合空氣通道2中的燃燒空氣10中。
此外，在本發(fā)明的預(yù)混合燃燒器1中也可以燃燒低熱量燃燒氣體SG，例如來自煤氣化過程的合成氣。為此，沿燃燒空氣10的流動(dòng)方向21在渦流裝置5下游設(shè)置一個(gè)用于低熱量燃燒氣體SG的噴入裝置13。該噴入裝置13包括多個(gè)用于燃燒氣體SG的進(jìn)氣孔16。這些進(jìn)氣孔16通入到預(yù)混合空氣通道2中。該噴入裝置13具有一個(gè)氣體分配環(huán)17，該氣體分配環(huán)沿徑向向外地包圍所述預(yù)混合空氣通道2。由此實(shí)現(xiàn)了，可以將低熱量燃燒氣體SG全方位地噴射到設(shè)計(jì)為環(huán)形通道14的預(yù)混合空氣通道2中在渦流裝置5下游地噴射到燃燒空氣流10中。在此，多個(gè)與氣體分配環(huán)17保持流體連接的進(jìn)氣孔16(例如穿孔)穿透所述環(huán)形通道14的外通道壁15。以這種方式通過氣體分配環(huán)17還保證了分配器功能，使得可以提供具有所需壓力和體積流量的低熱量燃燒氣體SG，并且通過在外通道壁15中的多個(gè)進(jìn)氣孔16可以與成渦流的燃燒空氣10混合。由此，按照優(yōu)選的方式實(shí)現(xiàn)了燃燒空氣10與低熱量燃燒氣體SG的特別均勻和均質(zhì)的混合。通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及流體技術(shù)上的尺寸設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了，可以借助于噴入裝置13分別向氣體分配環(huán)17輸送足夠大體積流量的燃燒氣體SG，以用于合成氣的預(yù)混合運(yùn)行。在另一種擴(kuò)展設(shè)計(jì)中或者作為對于(在圖1中沒有更詳細(xì)地示出的)徑向向外設(shè)置的氣體分配環(huán)17附加選擇，氣體分配環(huán)17也可以沿徑向向內(nèi)限定所述預(yù)混合空氣通道2，使得可以噴射合成氣SG。沿燃燒空氣10的流動(dòng)方向所述外通道壁15變窄?？梢詫⒂糜谌紵蜔崃咳紵龤怏wSG的預(yù)混合燃燒器1使用在一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室中，例如固定的燃?xì)廨啓C(jī)的環(huán)形燃燒室中。
利用本發(fā)明的預(yù)混合燃燒器1，可以實(shí)現(xiàn)利用來自氣化裝置的合成氣或者另一種燃料或替代燃料的一種選擇性運(yùn)行方式，因?yàn)轭A(yù)混合燃燒器1被設(shè)計(jì)成雙種或多種燃料燃燒器，其可以既加載低熱量燃燒氣體SG又可以加載高熱量的燃料11(例如天然氣或燃油)。
在預(yù)混合燃燒器1利用低熱量燃燒氣體SG的運(yùn)行中，燃燒空氣10呈現(xiàn)渦流，而低熱量燃燒氣體SG被噴射到呈渦流的燃燒空氣10中并與其混合。然后燃燒該混合物。在此，也可以將局部稀釋的低熱量燃燒氣體SG噴射到呈渦流的燃燒空氣10中。作為低熱量燃燒氣體SG優(yōu)選地采用來自氣化裝置的被氣化的化石燃料、特別是氣化的煤。利用預(yù)混合燃燒器1可以特別有利地在燃?xì)廨啓C(jī)中實(shí)現(xiàn)合成氣運(yùn)行。
本發(fā)明的預(yù)混合燃燒器1以及所描述的用于燃燒低熱量燃燒氣體SG的方法具有的主要優(yōu)點(diǎn)在于，可以將所述被證明是合適的預(yù)混合-燃燒方案不加改動(dòng)地用于天然氣或油(高熱量的燃料)。在此，有利地不再需要對燃燒器必要時(shí)可能進(jìn)行費(fèi)事的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和/或結(jié)構(gòu)改動(dòng)。預(yù)混合燃燒器1僅僅通過一個(gè)附加的用于低熱量燃燒氣體SG的燃料通道而得以擴(kuò)展，而不會(huì)由于結(jié)構(gòu)變化而對于利用高熱量的燃料的燃燒系統(tǒng)的常規(guī)運(yùn)行產(chǎn)生明顯影響。所建議的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了低熱量燃燒氣體SG與燃燒空氣10的一種特別有利的混合特性，其中，可以向燃燒過程輸入足夠大流通量(體積流量)的。合成氣SG。
圖2示出了進(jìn)氣孔16的簡略俯視圖。在此，圖2詳細(xì)地示出了一種圖1中示出的進(jìn)氣孔16結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法。在該實(shí)施方式中進(jìn)氣孔16具有圓形橫截面18的、在外通道壁15中的通孔16a，這些通孔通入到預(yù)混合空氣通道2中。低熱量燃燒氣體SG被噴射到預(yù)混合空氣通道2中，在那里在強(qiáng)的空氣大流量10的影響下改變其方向并被與之強(qiáng)烈混合的空氣運(yùn)走，以便參與燃燒過程。由于橫截面18的圓形形狀，在低熱量燃燒氣體SG從通孔16a中流出時(shí)順流地構(gòu)成了隨動(dòng)區(qū)域19。由于在隨動(dòng)區(qū)域19中的強(qiáng)列的湍流而形成了回流20，其與燃燒空氣10的流動(dòng)方向21相反地延伸，并且因此明顯地提高了火焰反沖的危險(xiǎn)。因此，圓形的進(jìn)氣孔16還需要改善。
圖3示出了進(jìn)氣孔16的一種改善的實(shí)施方式的簡略俯視圖。取代具有圓形橫截面18的穿孔16a，而將進(jìn)氣孔16設(shè)計(jì)為長圓孔16b。這種結(jié)構(gòu)方式防止了在預(yù)混合燃燒器1的內(nèi)部形成隨動(dòng)區(qū)域19，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了低熱量燃燒氣體SG達(dá)到足夠的侵入深度。長圓孔16b具有一個(gè)縱向尺寸L1和一個(gè)橫向尺寸L2(見對于圖5至圖7的論述)。縱向尺寸L1通常是橫向尺寸L2的3倍至10倍，在視圖3中縱向尺寸L1大致比橫向尺寸L2大6倍。通過縱向尺寸L1確定了一縱軸線A。該縱軸線基本上平行于燃燒空氣10的流動(dòng)方向21。這導(dǎo)致了長圓孔16b的窄邊橫向于燃燒空氣10的流動(dòng)方向21，并且由此顯著地減小了燃燒空氣10與燃燒氣體SG在接觸時(shí)所經(jīng)受的阻力。因?yàn)榱鲃?dòng)方向21相對于燃燒器軸線12具有一個(gè)角度而所述縱軸線A平行于流動(dòng)方向21，因此該縱軸線A也相對于燃燒器軸線12具有一個(gè)角度。
在圖4中示意性地示出了在圖3中示出的沿縱軸線A的長圓孔形式的進(jìn)氣孔16b的縱剖面圖。將具有縱向尺寸L1的進(jìn)氣孔16b開設(shè)在外通道壁15中。低熱量燃燒氣體SG從氣體分配環(huán)17(在該示意圖中為進(jìn)氣孔16b下方的空間)通過進(jìn)氣孔16噴射到所述預(yù)混合空氣通道2中。在那里其遭遇空氣流10并與之混合。在燃燒氣體SG與燃燒空氣10之間發(fā)生首次接觸的空間內(nèi)的位置也被稱為阻塞點(diǎn)。在所示出的結(jié)構(gòu)中該阻塞點(diǎn)逆流動(dòng)方向地位于大約在縱向尺寸L1的末端處、緊靠進(jìn)氣孔16。從阻塞點(diǎn)S起燃燒氣體SG與燃燒空氣10開始了逐步混合，并且順流地延伸通過進(jìn)氣孔16b以及可能繼續(xù)延伸。
圖5、6和7以簡略俯視圖示出了進(jìn)氣孔16的三種不同的擴(kuò)展設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。在圖5中的截面18是一個(gè)長圓孔16b，在圖6中一個(gè)帶有倒圓角22的矩形16c，而在圖7是一個(gè)水滴狀孔16d。三種實(shí)施方式都具有縱向尺寸L1和橫向尺寸L2，其中有利的是，縱向尺寸L1大于橫向尺寸L2。為了避免了形成死區(qū)，在水滴狀孔中在尖端角的位置上加工出圓弧。由此，水滴狀孔具有兩個(gè)其圓弧半徑為R1和R2的圓弧，其中R1＞R2。
也就是說，用于低熱量燃燒氣體SG的噴入裝置13可以針對設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、進(jìn)氣孔16的數(shù)量和分布而與各自的使用情形以及要求相適應(yīng)。由此，獲得了用于進(jìn)氣孔16的各種有利的幾何結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于燃燒低熱量燃燒氣體(SG)的預(yù)混合燃燒器(1)，其具有一個(gè)沿燃燒器軸線(12)延伸的預(yù)混合空氣通道(2)以及一個(gè)在該預(yù)混合空氣通道(2)中設(shè)置的渦流裝置(5)，通過所述預(yù)混合空氣通道(2)可以輸入燃燒空氣(10)，其中，沿所述燃燒空氣(10)的流動(dòng)方向(21)方向在所述渦流裝置(5)的下游設(shè)置一個(gè)用于所述低熱量燃燒氣體(SG)的噴入裝置(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)混合燃燒器(1)，其中，所述噴入裝置(13)具有多個(gè)通入到所述預(yù)混合空氣通道(2)中的用于所述燃燒氣體(SG)的進(jìn)氣孔(16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)混合燃燒器(1)，其中，所述用于燃燒氣體(SG)的進(jìn)氣孔(16)這樣形成，即，防止在所述預(yù)混合空氣通道(2)中形成隨動(dòng)區(qū)域(19)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)混合燃燒器(1)，其中，所述用于燃燒氣體(SG)的進(jìn)氣孔(16)具有一種橫截面(18)，其中，該橫截面(18)具有一個(gè)縱向尺寸(L1)和一個(gè)橫向尺寸(L2)，并且其中所述縱向尺寸(L1)大于所述橫向尺寸(L2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的預(yù)混合燃燒器(1)，其中，所述縱向尺寸(L1)是所述橫向尺寸(L2)的3倍至10倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的預(yù)混合燃燒器(1)，其中，所述進(jìn)氣孔(16)的橫截面(18)具有一種長圓孔(16b)或者帶有倒圓角的矩形或者水滴形的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的預(yù)混合燃燒器(1)，其中，通過所述縱向尺寸(L1)確定的縱軸線(A)基本上平行于所述燃燒空氣(10)的流動(dòng)方向(21)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的預(yù)混合燃燒器(1)，其中，所述燃燒空氣(10)的流動(dòng)方向(21)相對于所述燃燒器軸線(12)具有一個(gè)角度()，其中，0°＜該角度＜90°。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的預(yù)混合燃燒器(1)，其中，所述噴入裝置(13)具有至少一個(gè)沿徑向向外或者沿徑向向內(nèi)地圍繞所述預(yù)混合空氣通道(2)的氣體分配環(huán)(17)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的預(yù)混合燃燒器(1)，其中，所述預(yù)混合空氣通道(2)設(shè)計(jì)為具有內(nèi)通道壁或外通道壁(15)的環(huán)形通道(14)，多個(gè)與所述氣體分配環(huán)(17)保持流體連接的進(jìn)氣孔(16)穿透該通道壁。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的預(yù)混合燃燒器(1)，具有一種沿所述燃燒空氣(10)的流動(dòng)方向(21)錐形地變窄的外通道壁(15)。
12.一種帶有根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的預(yù)混合燃燒器(1)的燃燒室。
13.一種帶有根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃燒室的燃?xì)廨啓C(jī)。
14.一種用于燃燒低熱量燃燒氣體(SG)的方法，其中，所述燃燒空氣(10)呈現(xiàn)渦流，將低熱量燃燒氣體(SG)噴射到呈渦流的燃燒空氣(10)中并與其混合，然后燃燒該混合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，將部分稀釋的燃燒氣體(SG)噴射到所述呈渦流的燃燒空氣(10)中。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中，這樣噴入所述低熱量燃燒氣體(SG)，即，使得防止在所述預(yù)混合空氣通道(2)中形成隨動(dòng)區(qū)域(19)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，將所述低熱量燃燒氣體(SG)通過進(jìn)氣孔(16)噴入，而這些進(jìn)氣孔(16)具有一橫截面(18)，其中，該橫截面(18)具有一個(gè)縱向尺寸(L1)和一個(gè)橫向尺寸(L2)，并且其中該縱向尺寸(L1)大于該橫向尺寸(L2)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，通過所述縱向尺寸(L1)確定的縱軸線(A)基本上平行于所述燃燒空氣(10)的流動(dòng)方向(21)，使得所述低熱量燃燒氣體(SG)平行于所述燃燒空氣(10)的流動(dòng)方向(21)地噴入。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)所述的方法，其中，采用氣化的化石燃料、特別是氣化的煤作為所述低熱量燃燒氣體(SG)。
20.根據(jù)權(quán)利要求14至19中任一項(xiàng)所述的方法，該方法在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的運(yùn)行中實(shí)施。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于燃燒低熱量燃燒氣體(SG)的預(yù)混合燃燒器(1)，其具有一個(gè)沿燃燒器軸線(12)延伸的預(yù)混合空氣通道(2)，通過所述預(yù)混合空氣通道(2)可以輸入燃燒空氣(10)。在該空氣通道(2)中設(shè)置一渦流裝置(5)，由此燃燒空氣(10)可以呈現(xiàn)渦流。在渦流裝置(5)下游設(shè)置用于低熱量燃燒氣體(SG)的噴入裝置(13)。其中，所述噴入裝置(13)具有用于燃燒氣體(SG)的進(jìn)氣孔(16)，使得防止在空氣通道(2)中形成隨動(dòng)區(qū)域(19)。另外，本發(fā)明還涉及一種用于燃燒低熱量燃燒氣體(SG)的方法，其中，燃燒空氣(10)呈現(xiàn)渦流，將低熱量燃燒氣體(SG)噴射到呈渦流的燃燒空氣(10)中并與其混合，并且隨后燃燒該混合物。
文檔編號(hào)F23R3/28GK1922440SQ200580005907
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月24日
發(fā)明者安德烈亞斯·海洛斯, 伯索德·科斯特林, 伯恩德·普拉德 申請人:西門子公司