[发明专利]无焰多燃料燃烧器

说明书

一种可与多种燃料一起使用的无焰燃烧器包括燃烧室、和与该室连通的多个燃料管线。

技术领域

特征装置是一种与多种燃料一起使用的燃烧器。

背景技术

燃烧器是一种点燃并燃烧燃料以提高工作流体温度的装置，理想情况下压力损失小且不期望气体种类(比如一氧化碳(CO)和一氮的氧化物(NOx))的形成少。

火焰是燃料的级联氧化反应，其中局部放热(来自点火源或先前火焰)仅使局部点火持久。这会在性能(比如温度和燃烧空燃比)方面产生较大的空间梯度，因此与理想过程相比，会产生更多不期望的产物。它还需要相对较低的空气和/或燃料速度(典型地在5-10m/s的数量级)、大体积的任何燃烧室、以及非常仔细的设计，以确保火焰稳定性。

文献中出现了各种形式的名称为“FLOX(无焰氧化)、CDC(无色分布燃烧)和不对称涡旋燃烧”等的“无焰”燃烧。在所有情况下，燃烧所需的活化能都是通过常规火焰前沿以外的方式提供的；例如，在某些设计中，燃烧气体被大量再循环和/或被预加热。缺少火焰减小了与NO_x形成相关联的温度峰值，并且提供均匀分布的温度和产物分布，由此减少CO形成。

无焰燃烧需要分布式反应区(DRZ)，使得不会出现火焰前沿。在许多现有技术的无焰燃烧器系统、比如US专利5154599或PCT申请WO 99/18392中描绘的那些中，这是通过烟道气的再循环(这还可能使燃烧区的温度升高至高于燃料的自燃点)降低氧气浓度或其他方式、以及通过增大反应区域中的气体速度来进行的。氧气的减少降低了反应速率，并且高的气体速度将反应物充分分布，使得在燃料注入器的局部区域中不会发生燃烧，并且因此燃烧以避免出现火焰前沿或要求点火源的方式分布；由于因此在分布式区域上缓慢地发生反应，而建立了DRZ。

常规的基于火焰的燃烧器典型地使用其氧化剂作为衬里的冷却剂，因为它绕过主反应区而通过稀释孔洞被添加。在这样的燃烧器中，衬里典型地是薄金属外壳，其将燃烧区与穿过衬里孔洞以稀释燃烧气体的稀释空气分开。这样的现有技术的基于火焰的燃烧器不能接受高温氧化剂，因为反应区内的温度将达到非常高的水平——由此大大增加NO_x排放量，并且由于如果氧化剂太热而不再起作用来冷却衬里，因此金属不适合于此类衬里构造。这是一个特别的问题，因为衬里典型地具有复杂的几何形状以便具有稀释孔洞，其程度到了衬里通常太复杂而无法用陶瓷材料制造。

在PCT申请WO 99/18392中例示了现有技术的无焰燃烧器系统另一种形式。在该示例中，存在圆柱形氧化室，在其中发生氧气，并且具有多个喷嘴的燃料导管位于氧化室内并沿其长度延伸，从而将燃料注入氧化室中，以便沿着燃料导管的长度在每个喷嘴处与氧气反应。

发明内容

本发明提供了一种无焰燃烧器系统，该无焰燃烧器系统包括：燃烧室，氧化剂沿纵向方向从入口流到出口时纵向地延伸穿过该燃烧室，以及至少两个燃料管线；其中，与该至少两个燃料管线管道中的第一燃料管线处于流体连通的至少一个燃料注入管道延伸穿过该燃烧室的壁，并且其中，每个燃料注入管道包含用于将燃料注入该燃烧室中的至少一个燃料注入器。

该至少一个燃料注入管道中的至少一个延伸穿过该燃烧室的壁、跨越该燃烧室的内部到达该燃烧室的相对壁、并且穿过该相对壁，使得该燃料注入管道与该至少两个燃料管线中的该第一燃料管线和该至少两个燃料管线中的第二燃料管线两者均处于流体连通。

优选地，该至少两个燃料管线各自具有从其延伸的、与该燃料管线处于流体连通的至少一个燃料入口管道，并且该至少一个燃料注入管道中的至少一个从该燃料入口管道延伸，使得该燃料注入管道与该燃料入口管道处于流体连通。

优选地，该至少两个燃料管线在该纵向方向上基本上平行于该燃烧室延伸。在这种情况下，该至少一个燃料注入管道优选地沿垂直于该至少一个燃料管线的方向延伸。在这种情况下并且在燃料入口管道处于使用中时，优选的是，燃料入口管道沿垂直于该至少一个燃料管线和该至少一个燃料注入管道的方向延伸。