[发明专利]利用燃烧器进行无支持的贫燃气燃烧的方法和设备及相应燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及用于利用燃烧器实现无辅助火焰支持的贫燃气燃烧的方法，该燃烧器包括处于中心轴上的燃烧嘴，其中在燃烧嘴前创建燃气与绕中心轴旋转的助燃空气的混合。

本发明还涉及一种燃烧器结构，尤其是用于实施本方法的高功率燃烧器，以及使用本燃烧器的燃气燃烧设备。

背景技术

本发明特别应用于下列不同设备：

-利用极弱热能燃气、回收的燃气(高炉燃气......)、天然气和沼气、各种来源燃气的锅炉；

-贫燃气、残余燃气和天然气的燃烧塔和燃烧台；

-各种材料和产品的炉子、烘箱和干燥箱；

-各种方式的残余泥浆炉和干燥处理装置；

-挥发性有机合成物“COV”的燃烧设备。这些合成物来自于各种方式的干燥或焙烧；这些合成物常常是溶剂或油的蒸气，并且在中性媒介气体或空气中的浓度很低(百分之几到百万分之几或微量)。它们可能被专用滤清器阻挡或被热通路破坏。低的浓度使之不能直接燃烧，并且携带它们的空气的量极大地扰乱了传统燃烧器内的燃烧。

所有低于3000Kcal/m³的低热能燃气(PCI)的贫燃气，特别是所有PCI低于1000Kcal的极贫燃气都特别涉及本发明的目标。

然而，本发明燃烧器仍可使用较富燃气或带有支持燃气。

贫燃气或残气燃烧器一般包括通向燃烧器喷嘴的不同可燃流体供应导管，这些导管特别构造成同轴的形式，以便实现一个或多个与燃烧器轴线对中的燃料环。

这些可燃流体一般被分配到助燃空气流中或助燃空气流周围。

上述布置的目的是实现空气/可燃气的充分混合，使燃烧能够定位并稳定在燃烧器的喷嘴处。

对于包含多个燃烧器(＞4个燃烧器)的高功率锅炉(＞100MW)来说，一般是将助燃空气从一共同的箱体分配到不同燃烧器，并通过利用换向机构和连杆偏压外部的可调叶片组来使助燃空气旋转。

助燃空气一般以单股或甚至双股气流的形式被带到燃烧器的喷嘴(后面称为燃烧)。

这些燃烧器一般包括圆周分布的富燃气分配管和扰动空气流旋转的附属管(燃烧器点火器管、火焰控制管......)。

大部分贫燃气或残气燃烧器都是结构复杂的、需要不时地校准和调整、使用条件恶劣，并且会因燃烧的不稳定性、设备意外停机产生火焰不稳而引起重大事故。

这些燃烧器需要将燃料以及尤其是将助燃空气加热到较高的温度(250-350℃)以改善燃烧，这意味着需要适应性更好的材料和成本的增加。

贫燃气一般极难燃烧，因为其主要成份为中性气体，而且所占体积很大而压力很低。

很难将贫燃气与助燃空气混合而得到能够起作用的适当体积比例，这就极大地约束了燃烧，并且不利于所产生火焰的稳定性和火焰结构。

所产生火焰的不稳定性在炉内造成很大的压力变化，这将引起锅炉构件或相关设备的振动。

同时，燃烧器总是需要占燃烧器总功率的10-20％的支持火焰，以用于确保主火焰的稳定性并保证设备的安全性。运行规范EN746-2强制要求在燃烧器内设置支持火焰系统。

这些支持火焰通过富燃气(天然气、液化石油气(CPL)：丁烷和丙烷)获得。

这种要求不仅使燃烧器的复杂性增加，而且考虑到富燃气的价格，还不可避免地导致很高的使用成本。

这种燃烧器常常需要利用大量的额外空气，以便所有可燃成份都能与氧接触而完全燃烧并确保燃烧物的质量，这就大大降低了生产率、增加了富燃气的消耗并因此而增加了使用成本，还不可避免地加重了环境污染的程度。

发明内容

本发明的目的是消除上述缺陷。

本发明特别涉及一种燃烧器设计，该燃烧器允许：

-尽可能地取消富燃气助燃；

-取消对助燃空气或燃气的加热；

-减少废气中氧气的含量；

-消除振动；

-减少空气和废气鼓风机的耗电量。

本方法重要的基本原理是最大限度地分散需要进入燃烧的空气量，并将其尽可能早和尽可能深入地掺入到燃气流中(或反之将燃气流掺入到空气中)，通过高速喷射的碰撞而改善混合、创建湍流并使混合气以最高速旋转，以减少混合气的轴向速度并确保燃烧的密集性和持续性。

为减少火焰的轴向速度而增加火焰的表面积，通过叶片和燃烧器出口周围所携带的助燃空气支流的特殊流动使贫燃气处于旋转状态。

贫燃气体积很大，燃气内的可燃成份很难与助燃空气中的氧充分混合。为克服这个难点，本发明的特点在于打散助燃空气并将其逐渐掺入到贫燃气流的取出量中。