[发明专利]燃烧器装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在炉中燃烧燃料气体的燃烧器装置和方法。

背景技术

燃烧器装置被用于许多用途。例如，工艺燃烧器装置被与石油精炼厂、化学车间和类似场所中的工业炉一起使用。所用燃烧器装置的特定类型和配置将基于特定应用、炉的类型、适用的排放条例和本领域技术人员已知的其它因素而改变。

一种典型工艺燃烧器包括燃烧器耐火砖，其具有延伸穿过其中的燃烧器喉部。燃烧器耐火砖延伸到炉中。燃烧用空气被引导通过燃烧器喉部以在炉中邻近于燃烧器喉部的出口产生燃烧区。燃料被喷射到燃烧器喉部中，与燃烧用空气混合并且在燃烧区中燃烧。

许多政府部门已经采取了与可能从工艺炉和其它燃烧设备排放到大气的氮氧化物(通常表示为“NO_X”，主要包括NO和NO₂)和其它潜在污染化合物的量有关的各种规章。例如，美国具有有关氮氧化物排放的严格的条例。这些条例导致了人们研制燃烧器装置和相应的操作方法，以实现显著地降低氮氧化物排放。

在一种途径中，在燃烧器喉部中与燃烧用空气混合的燃料(通常称作初级燃料)在第一燃烧区中被燃烧。附加燃料(常被称作二级或分级燃料)在第二燃烧区中被燃烧。在这样的燃烧器装置中，二级或分级燃料被炉烟气稀释，从而降低了气体的燃烧温度。烟气的作用类似于散热器，因为其从火焰吸收热量。烟气可能来自炉烟囱(外部烟气)或来自炉本身(内部烟气)。降低气体燃烧温度导致在所产生的烟气中的氮氧化物的生成量下降。其次，与燃烧反应物混合的烟气减小了氮氧化物生成所需的氧气的组分浓度，从而导致进一步的氮氧化物减少。

以前人们认为必须在燃烧器喉部中将初级燃料与燃烧用空气混合，即使是在分级燃烧燃烧器装置中。燃烧器喉部中的初级燃料有助于确保燃料和燃烧用空气的混合物在燃烧区中被点燃，并且有助于稳定燃烧器。遗憾的是，在一些应用中，初级燃料与燃烧用空气在燃烧器喉部中的混合可能在其中产生这样的温度，该温度足够高以允许氮氧化物形成。接下来重要的是，燃烧器喉部中的燃烧用空气中的氧气的浓度远高于烟气中氧气的浓度。将初级燃料引入至燃烧器喉部而导致的燃烧器喉部中的氧气的相对高浓度与较高温度相组合，可能引起相当大量的氮氧化物形成。这抵消了为减少氮氧化物的生成所采取的其它步骤的效用。

发明内容

本发明提供了一种用于炉的燃烧器装置。本发明还提供了一种使用燃烧器装置的方法，所述燃烧器装置包括燃烧器耐火砖和延伸穿过其中的燃烧器喉部，以使燃料气体在炉内空间中燃烧，以便产生热量。

在第一方面，本发明的燃烧器装置包括与炉相联的燃烧器耐火砖，燃烧器导燃装置，和燃料喷射装置。

燃烧器装置的第一方面的燃烧器耐火砖包括适于被安置在炉内的外表面，以及布置成穿过燃烧器耐火砖的燃烧器喉部。燃烧器喉部具有进口和出口。燃烧器喉部的进口被设置成从燃烧器喉部的外侧接收燃烧用空气。燃烧器喉部的出口被定位成邻近于燃烧器耐火砖的外表面，并且被定位成将燃烧用空气引入到设置在炉内并且与燃烧器耐火砖的外表面相邻的燃烧区中。

燃烧器装置的第一方面的燃烧器导燃装置被用于在燃烧器喉部内产生导燃火焰。燃烧器导燃装置包括导燃燃料末端件以及导燃燃料提升管。导燃燃料提升管具有被设置成流体连通至燃料源的进口，和流体连通至导燃燃料末端件的出口。导燃燃料末端件被布置在燃烧器喉部内。

燃烧器装置的第一方面的燃料喷射装置被设置成从安置在燃烧器喉部外侧的一或多个燃料末端件喷射燃烧器装置操作所需的基本上所有燃料到炉中。燃料喷射装置包括主燃料末端件和主燃料提升管，用于喷射主燃料到设置在炉内并且与燃烧器耐火砖的外表面相邻的点燃区中。主燃料提升管具有被设置成流体连通至燃料源的进口，和流体连通至燃料末端件的出口。燃料末端件被至少部分地布置在炉内并且定位成邻近于燃烧器耐火砖的外表面。

在第二方面，本发明的燃烧器装置包括与炉相联的燃烧器耐火砖，点燃通路，燃烧器导燃装置，和燃料喷射装置。

燃烧器装置的第二方面的燃烧器耐火砖包括外表面，其将被设置在炉内和布置成穿过燃烧器耐火砖的燃烧器喉部。燃烧器喉部具有进口和出口。燃烧器喉部的进口被设置成从燃烧器喉部的外侧接收燃烧用空气。燃烧器喉部的出口被定位成邻近于燃烧器耐火砖的外表面，并且定位成将燃烧用空气引入到设置在炉内并且与燃烧器耐火砖的外表面相邻的燃烧区中。