[发明专利]用于分级地燃烧燃料的方法和燃烧头

说明书

通过将燃烧空气(28)输入燃烧管(12)中分级地燃烧燃料的方法。输入第一燃料量以在燃烧管内形成初级火焰(24)。在下游输入第二燃料量以形成主火焰前沿(26)。主火焰前沿(26)在燃烧管(12)的下游稳定并且与燃烧管(12)间隔开。燃料输入部设计成，使得初级火焰(24)以大于1.5、尤其大于2.0的化学计量比燃烧。

技术领域

本发明涉及一种用于分级地燃烧燃料的方法以及用于分级地燃烧燃料的燃烧头。

背景技术

在燃烧设备中燃烧化石燃料时，处理其他的燃烧产物以外也产生氮氧化物，例如NO、NO2。下面仅统称为NO。这些和其他的有害物质排放可通过在燃烧器中的结构措施影响和降低。导致这种氮氧化物的反应机制是基本已知的并且一般区分为热的NO形成和瞬发的NO形成，以及描述为由于在燃料中化学键合的氮氧化的NO形成。

对此已知的是，根据所谓的泽尔多维奇(Zeldovich)机制，热的NO一方面与反应组分在燃烧区中的停留时间相关并且另一方面很大程度地与燃烧温度本身相关。燃烧温度与燃料/空气比λ相关联。将最大的燃烧温度设定在燃料/空气比λ＝1。该燃料/空气比也称为化学计量比比例。燃烧空气中有恰好如此多的氧气，使得燃料完全地燃烧。燃料/空气比λ＜1称为浓的混合物，因为有过多的燃料。燃料/空气比λ＞1称为稀的混合物，因为空气过量。在两种情况下，燃烧温度再次下降，因此也形成较少的热的NO。

除了热的NO之外，形成瞬发的NOx也是重要的。瞬发的NO由在火焰内中间形成的烃基CH产生，该烃基作为燃烧含碳的化石燃料时的中间产物。CH基与空气氮气反应形成氢氰酸(HCN)，氢氰酸在非常快速的形成反应中继续转化为NO。为了抑制形成自由的CH基且因此形成瞬发的NO，有效方法是稀薄燃烧或高于化学当量比的燃烧。稀薄燃烧表示用过量空气燃烧，即λ＞1。

与热的NO相比，瞬发的NO产生更少的量，但是对于尤其在超低NO应用中使NO形成最小是决定性的。

还已知的是，在燃烧时产生的废气的再循环或回收有利于降低氮氧化物形成。对此，再循环的经冷却的废气降低了火焰温度本身，也降低了燃烧区中的O2分压。这两种效应都有助于降低NO形成。但是混入越来越多的废气将趋于使得连续的燃烧过程不稳定。

EP 1 754 937B1和EP 2 037 173B1示出用于实现NO还原的燃烧头。其中主要是单级的燃烧方法，该燃烧方法仅在有限的程度上实现了进一步的NO优化以及使火焰稳定。DE195 09 219A1示出一种用于在第一级中使用高于化学当量比的空气-气体混合物并且在第二级中使用低于化学当量比的空气-气体混合物的两级燃烧的燃烧头。

燃烧头通常可在所谓的混合区和所谓的燃烧区之间区分。

在混合区中不同的流体混合，流体(还)未燃烧。在混合区中通常没有满足对于燃烧所必需的条件。这例如在可点燃的混合物的流动速度显著高于火焰速度时可为这种情况。

燃烧区为存在燃烧所需条件的区域。在存在可点燃的混合物(例如燃料-燃烧空气-混合物、燃料-燃烧空气-废气-混合物、燃料-氧化剂-混合物、燃料-氧化剂-废气-混合物)，可点燃的混合物的流动速度和火焰速度基本相等并且存在等于或大于可燃的混合物的点火温度的温度时提供燃烧区。一般术语“氧化剂”包括术语“燃烧空气”，但是也包括例如富含额外氧气的环境空气。在不满足这些条件的区域中不能点燃或燃烧。通常混合区在没有显著的空间分离的情况下过渡到燃烧区。

发明内容

因此需要本发明。本发明的目的可为，能够取消用于NO还原的外部措施、例如取消外部的再循环。本发明的目的可为，使得能量应用保持尽可能低。本发明的目的可为，提供具有最小化NO排放的能量有利的燃烧。

附图说明

本发明的目标和特征在下面对参考附图的实施例的描述中阐述，其中：

图1高度示意性地示出了燃烧头的侧视图；