專利名稱：用于燃燒低熱值燃?xì)獾娜紵骱腿紵鞯墓ぷ鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于燃燒低熱值燃?xì)獾娜紵?，其具有一沿燃燒器軸延伸的、用于輸送燃燒用空氣的空氣通道以及一設(shè)計(jì)為可供大體積流量的低熱值燃?xì)馔ㄟ^(guò)的燃?xì)馔ǖ溃渲?，所述燃?xì)馔ǖ琅c所述空氣通道均通向一混合區(qū)。
此外，本發(fā)明還涉及一種操作燃燒器的方法，其中，將化石燃料氣化，氣化后的化石燃料作為低熱值合成氣被輸送給所述燃燒器，與燃燒用空氣混合后產(chǎn)生合成氣-空氣混合物，并在燃燒空間內(nèi)進(jìn)行燃燒。
背景技術(shù)：
EP 0956475 B1中公開(kāi)了一種用于燃燒例如天然氣或油的高熱值燃料的燃燒器，這種燃燒器可實(shí)現(xiàn)高熱值燃料與燃燒用空氣很大程度上的均勻混合。為此，環(huán)形空氣輸送通道內(nèi)部安裝有一渦流發(fā)生元件，高熱值燃料的入口布置在空氣通道內(nèi)部的渦流發(fā)生元件的流出側(cè)上。為達(dá)到均勻混合的目的，借助多個(gè)布置在空氣輸送通道內(nèi)的旋流葉片中的進(jìn)入通道輸入燃料。這一混合物隨后被送入燃燒室內(nèi)進(jìn)行燃燒。
就世界范圍內(nèi)為降低燃燒設(shè)備，尤其是燃?xì)廨啓C(jī)的有害物質(zhì)排放所作的努力而言，近年來(lái)已研制出多種氮氧化物(NOX)排放量特別低的燃燒器及其工作方法。但這些燃燒器的重要性更在于，其并非只能用一種燃料進(jìn)行工作，而是可以選擇或組合的方式利用各種不同的燃料(例如油、天然氣和/或煤氣)進(jìn)行工作，從而提高工作時(shí)的供應(yīng)穩(wěn)定性和靈活性。這種燃燒器例如在EP 0 276 696 B1中有所說(shuō)明。
與主要由碳?xì)浠衔飿?gòu)成的天然氣和石油等傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)燃料相比，合成氣的可燃成分主要是一氧化碳和氫氣。根據(jù)氣化方法和整套設(shè)備方案的不同，合成氣的熱值比天然氣的熱值大約小5至10倍。除一氧化碳和氫氣外，合成氣的主要成分是像氮?dú)夂?或水蒸氣以及有可能存在的二氧化碳這樣的惰性成分。由于熱值較低，因此必須通過(guò)燃燒器向燃燒室輸送大體積流量的燃?xì)?。其結(jié)果是，為燃燒低熱值燃料(例如合成氣)，必須提供一單獨(dú)設(shè)計(jì)為用于輸送大體積流量的低熱值燃?xì)獾娜細(xì)馔ǖ馈?br> 為使燃?xì)廨啓C(jī)-汽輪機(jī)裝置能實(shí)現(xiàn)用來(lái)自氣化裝置的合成氣或一第二燃料或代用燃料進(jìn)行的選擇性工作模式，布置在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)的燃燒器必須設(shè)計(jì)為雙燃料或多燃料燃燒器，根據(jù)需要既可加載合成氣，也可加載例如為天然氣或燃油的第二種燃料。其中，所用燃料分別通過(guò)燃燒器內(nèi)一具有相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的燃料通道被輸送至燃燒區(qū)內(nèi)。
EP 1 277 920 A1中公開(kāi)了一種操作燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的方法和一種操作一具有整合式煤炭氣化裝置的發(fā)電站設(shè)備的方法。操作燃燒器的方法是將一化石燃料氣化，再將氣化后的化石燃料作為合成氣送入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器內(nèi)進(jìn)行燃燒。其中，所述合成氣被分成第一分流與第二分流，這兩個(gè)分流彼此分離地被送入燃燒器內(nèi)進(jìn)行燃燒。通過(guò)這種使用兩個(gè)合成氣分流的工作方式可實(shí)現(xiàn)與燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)載相匹配的分級(jí)式合成氣工作模式。
除合成氣的化學(xué)計(jì)量燃燒溫度外，合成氣與燃燒用空氣在火焰鋒處的混合質(zhì)量，對(duì)于避免溫度峰值以及由此降低與熱相關(guān)的氮氧化物生成量來(lái)說(shuō)有著重要的影響。由于所需合成氣的體積流量很大，混合區(qū)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)程度的空間膨脹，因此很難實(shí)現(xiàn)燃燒用空氣與合成氣在空間上的良好混合。此外，僅從環(huán)境保護(hù)和關(guān)于有害物質(zhì)排放的相關(guān)法規(guī)考慮，盡可能低的氮氧化物生成量是對(duì)燃燒，尤其是發(fā)電站燃?xì)廨啓C(jī)裝置內(nèi)的燃燒的一個(gè)重要要求。氮氧化物的生成量以與燃燒火焰溫度成指數(shù)關(guān)系的速度隨火焰溫度的升高而增長(zhǎng)。當(dāng)燃料與空氣混合不均勻時(shí)，燃燒區(qū)內(nèi)會(huì)出現(xiàn)一定的火焰溫度分布。根據(jù)上述氮氧化物生成量與火焰溫度之間的指數(shù)關(guān)系，這種分布中的最高溫度決定著非期望的氮氧化物生成量。

發(fā)明內(nèi)容
從這一問(wèn)題出發(fā)，本發(fā)明的目的是提供一種燃燒器，用于燃燒特別為合成氣的低熱值燃?xì)?，其氮氧化物生成量較低。本發(fā)明的另一目的是提供一種操作燃燒器的方法，實(shí)施所述方法時(shí)燃燒低熱值燃?xì)狻?br> 根據(jù)本發(fā)明，上述有關(guān)燃燒器的目的通過(guò)一種用于燃燒低熱值燃?xì)獾娜紵鞫_(dá)成，所述燃燒器具有一沿一燃燒器軸延伸的、用于輸送燃燒用空氣的空氣通道；一個(gè)為大體積流量的低熱值燃?xì)馔ㄟ^(guò)的燃?xì)馔ǖ溃渲?，所述燃?xì)馔ǖ琅c所述空氣通道均通向一混合區(qū)，其中，所述空氣通道具有一在流體技術(shù)上與所述混合區(qū)緊鄰的出口區(qū)，所述出口區(qū)內(nèi)設(shè)置有一用于產(chǎn)生渦流狀燃燒用空氣的渦流發(fā)生元件。
本發(fā)明基于這樣一種考慮，即，在已知的用于燃燒低熱值燃?xì)獾娜紵髦?，由于低熱值燃?xì)馀c燃燒用空氣在混合區(qū)內(nèi)的混合不充分，因此就未來(lái)的有害物質(zhì)極限值而言，這些燃燒器的氮氧化物生成量過(guò)高了。通過(guò)在空氣通道內(nèi)安裝一渦流發(fā)生元件，可使空氣質(zhì)量流量的渦流度在燃燒用空氣與低熱值燃?xì)饣旌现熬鸵训玫教岣?。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，在此情況下特別重要的一點(diǎn)是只能在微觀范圍內(nèi)進(jìn)行渦流度的提高，即必須避免出現(xiàn)帶有明顯尾流區(qū)的大渦流軌跡，尤其是逆流方向的流動(dòng)分量，否則就會(huì)存在燃燒器內(nèi)出現(xiàn)反閃現(xiàn)象的危險(xiǎn)。為使燃燒器能特別穩(wěn)定地工作，空氣通道具有一在流體技術(shù)上與混合區(qū)緊密鄰接的出口區(qū)，其中，渦流發(fā)生元件就布置這個(gè)出口區(qū)內(nèi)。事實(shí)表明，通過(guò)將渦流發(fā)生元件布置在與混合區(qū)鄰接的出口區(qū)內(nèi)，可特別有效地形成空氣渦流，并使產(chǎn)生的微觀范圍內(nèi)的渦流基本毫無(wú)阻礙地?cái)U(kuò)散到鄰接的混合區(qū)內(nèi)。借此可使低熱值燃?xì)馀c燃燒用空氣在空間和時(shí)間上均達(dá)到很大程度上的均勻混合，從而達(dá)到降低氮氧化物生成量的目的。本發(fā)明意外地發(fā)現(xiàn)，渦流發(fā)生元件在空氣通道內(nèi)的準(zhǔn)確定位對(duì)混合區(qū)內(nèi)的混合結(jié)果特別重要。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要在于，通過(guò)使燃燒用空氣具有上述微型渦流，可使燃燒用空氣與燃?xì)膺_(dá)到特別良好的混合，與此同時(shí)，渦流發(fā)生元件所引起的壓力損耗也很小。通過(guò)在混合區(qū)內(nèi)將低熱值燃?xì)馀c帶有渦流的燃燒用空氣混合，可顯著改善燃?xì)?空氣混合物在混合區(qū)內(nèi)的空間均勻性。其中，借助微型渦流在確保能實(shí)現(xiàn)特別充分的混合的同時(shí)，還可避免出現(xiàn)反閃現(xiàn)象。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，將渦流發(fā)生元件布置在與混合區(qū)鄰接的出口區(qū)內(nèi)的布置方式。通過(guò)這種布置方式可特別有效地產(chǎn)生渦流。為取得良好的混合結(jié)果，應(yīng)盡量避免在渦流發(fā)生元件的尾流區(qū)內(nèi)安裝其他元件。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，渦流發(fā)生元件建構(gòu)為基本不具有會(huì)使燃燒用空氣的渦流發(fā)生回流的區(qū)域。通過(guò)這種方法可確保燃燒器在燃燒低熱值燃?xì)鈺r(shí)能穩(wěn)定工作，尤其是可避免燃燒器內(nèi)出現(xiàn)反閃現(xiàn)象。
空氣通道優(yōu)選建構(gòu)為一環(huán)形通道，所述環(huán)形通道與燃?xì)馔ǖ劳粓A心地包圍燃?xì)馔ǖ馈?br> 為能在微觀范圍內(nèi)盡可能有效地提高燃燒器的渦流度，渦流發(fā)生元件應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置方面的特別要求。為此，根據(jù)本發(fā)明的一特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，渦流發(fā)生元件具有e)一個(gè)具有對(duì)稱軸的第一限制環(huán)，f)一個(gè)較大的第二限制環(huán)，其中心位于所述對(duì)稱軸上，g)一個(gè)由兩個(gè)限制環(huán)支撐的連接面，以及h)大量分別相對(duì)于所述連接面的法線傾斜的、平面的致偏元件，所述致偏元件沿所述連接面上的圓布置布置，這些圓的中心均位于所述對(duì)稱軸上。
渦流發(fā)生元件特別適合用在一環(huán)形的空氣通道內(nèi)。設(shè)置至少兩個(gè)圈，優(yōu)選為三圈。
有關(guān)混合比在時(shí)間上的波動(dòng)的研究表明，當(dāng)渦流發(fā)生元件采用上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，低熱值燃?xì)馀c燃燒用空氣之間的混合比在時(shí)間上局部出現(xiàn)的波動(dòng)非常之小。與此同時(shí)，采取這種設(shè)計(jì)的渦流發(fā)生元件只會(huì)引起很小的壓力損耗，因而幾乎不會(huì)對(duì)燃燒器的效率產(chǎn)生不良影響。
連接面的面積優(yōu)選小于渦流發(fā)生元件上被較大的限制環(huán)包圍的圓面積的一半。此外，較大的限制環(huán)的直徑優(yōu)選約小于1m，特別是50cm至80cm。在此情況下，渦流發(fā)生元件適合用在小的流體通道，例如燃燒器的空氣通道內(nèi)。
根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，沿同一個(gè)圓布置的那些致偏元件彼此間具有相同間距。借此可在整個(gè)連接面上均勻地產(chǎn)生渦流，從而使得低熱值燃?xì)馀c燃燒用空氣，尤其是合成氣與燃燒用空氣在混合區(qū)內(nèi)達(dá)到特別均勻的混合。
另一優(yōu)選方案是，每個(gè)致偏元件均以形成渦流為目的從連接面朝一邊緣逐漸變窄。致偏元件大致呈梯形或三角形。通過(guò)這種設(shè)計(jì)方案可形成特別密集的渦流。
沿同一個(gè)圓布置的那些致偏元件優(yōu)選為同向傾斜。布置在相鄰的兩個(gè)圓上的那些致偏元件之間優(yōu)選為反向傾斜。在燃燒用空氣與燃?xì)庥捎跍u流而實(shí)現(xiàn)局部良好的充分混合的同時(shí)，致偏元件的這種布置方式有助于在空氣流動(dòng)的較大區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)混合的均勻化。這一點(diǎn)的重要性主要體現(xiàn)在，在低熱值燃?xì)夂腿紵每諝饬魅牖旌蠀^(qū)時(shí)，可確保在微觀范圍內(nèi)產(chǎn)生的渦流，從而在燃燒器工作時(shí)實(shí)現(xiàn)合成氣與燃燒用空氣的均勻混合。
根據(jù)一特別優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，燃燒器建構(gòu)為空氣通道內(nèi)布置有多個(gè)位于渦流發(fā)生元件上游的旋流葉片。借此，在下游的渦流發(fā)生元件導(dǎo)致微觀范圍內(nèi)的燃燒用空氣流的渦流度的提高之前，所述旋流葉片預(yù)先使得在空氣通道內(nèi)的燃燒用空氣流具有了旋流。另外，還可將渦流發(fā)生元件與旋流葉片結(jié)合使用，渦流發(fā)生元件對(duì)低熱值燃?xì)馀c燃燒用空氣在混合區(qū)內(nèi)的混合均勻性具有如上文所述的有利影響，而旋流葉片最終會(huì)對(duì)低熱值燃?xì)獾娜紵€(wěn)定性產(chǎn)生有利影響。其中，可將至少一個(gè)旋流葉片建構(gòu)為空心葉片，需要時(shí)，可通過(guò)所述空心葉片將一特別為天然氣的高熱值燃料送入空氣通道。當(dāng)燃燒器例如處于天然氣工作模式時(shí)，通過(guò)這種附加設(shè)計(jì)方案可利用建構(gòu)為空心葉片的旋流葉片均勻噴入高熱值燃料，從而在取得上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，對(duì)燃料-空氣混合物產(chǎn)生進(jìn)一步均勻化的效果。
燃燒器可建構(gòu)為一適用于燃?xì)廨啓C(jī)裝置的預(yù)混燃燒器或混合式燃燒器，具有一特別為環(huán)形通道的空氣輸送通道。燃燒器具有至少三個(gè)特別與所述空氣輸送通道同一圓心布置的、用于輸送流體介質(zhì)的其他環(huán)形通道，其中，所述通道中的兩個(gè)通道用于為一引燃器提供流體介質(zhì)，借助所述引燃器可產(chǎn)生一用于維持燃燒的引燃火焰。
本發(fā)明有關(guān)方法的目的通過(guò)一種操作燃燒器的方法而達(dá)成，其中，將一化石燃料氣化，氣化后的化石燃料作為低熱值合成氣被輸送給所述燃燒器，與燃燒用空氣混合后產(chǎn)生合成氣-空氣混合物，并在燃燒空間內(nèi)進(jìn)行燃燒，其中，在合成氣與燃燒用空氣混合之前提高空氣質(zhì)量流量的渦流度。在此過(guò)程中，特別會(huì)產(chǎn)生微型渦流。
所述操作燃燒器的方法的優(yōu)點(diǎn)源于如上文所述的本發(fā)明燃燒器的優(yōu)點(diǎn)，其用于燃燒特別是合成氣的低熱值燃?xì)狻?br> 所述方法優(yōu)選用于操作燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器。
此外，本發(fā)明也優(yōu)選用于操作發(fā)電站設(shè)備，其借助整合式氣化裝置將一化石燃料氣化成一特別為煤氣的合成氣。


下面借助實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，其中(附圖為示意圖形式，而非按比例進(jìn)行圖示)圖1為一具有整合式氣化裝置的發(fā)電站設(shè)備；圖2為本發(fā)明的燃燒器的縱剖面圖；圖3為一渦流發(fā)生元件的俯視圖；以及圖4為一渦流發(fā)生元件的側(cè)視圖。
各附圖中的相同參考符號(hào)具有相同含義。
具體實(shí)施例方式
圖1所示的發(fā)電站設(shè)備24包括一燃?xì)廨啓C(jī)裝置25與一連接在燃?xì)廨啓C(jī)裝置25前面的、用于氣化一化石燃料B的氣化裝置23。燃?xì)廨啓C(jī)裝置25包括一壓縮機(jī)14、一燃燒室16以及一連接在燃燒室16后面的渦輪機(jī)18。壓縮機(jī)14和渦輪機(jī)18通過(guò)一共用的轉(zhuǎn)子軸15相耦合。連接在渦輪機(jī)18后面的一發(fā)電機(jī)19通過(guò)一發(fā)電機(jī)軸22耦合在所述渦輪機(jī)上。燃燒室16包括一燃燒空間17與一伸入燃燒空間17之內(nèi)的、用于燃燒一低熱值燃?xì)釹G的燃燒器1，通過(guò)在氣化裝置23內(nèi)氣化化石燃料B而獲得所述低熱值燃?xì)狻?br> 燃?xì)廨啓C(jī)18工作時(shí)，將空氣10吸入壓縮機(jī)14，并在此處對(duì)空氣進(jìn)行高度壓縮。壓縮空氣10隨后作為燃燒用空氣10被輸送給燃燒器1，并與低熱值燃?xì)釹G混合。由此形成的燃?xì)?空氣混合物在燃燒空間17中進(jìn)行燃燒，從而產(chǎn)生溫度很高的燃燒氣體。高溫燃燒氣體被輸送給渦輪機(jī)18，并在此處減壓做功，從而帶動(dòng)壓縮機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)子軸15和發(fā)電機(jī)軸22，使其進(jìn)入旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。通過(guò)這種方法產(chǎn)生的電力由發(fā)電機(jī)19輸出至一配電網(wǎng)。經(jīng)部分冷卻和減壓后的燃燒氣體以廢氣形式從渦輪機(jī)18的流出側(cè)被排出。這部分廢氣20內(nèi)存在有害物質(zhì)，特別是在燃燒空間17內(nèi)的高溫環(huán)境下形成的氮氧化物。
導(dǎo)致氮氧化物排放量升高的原因還在于，由燃?xì)夂涂諝饨M成的混合物混合得不夠均勻，或者其混合流場(chǎng)發(fā)生了時(shí)間或空間變化。這通常會(huì)導(dǎo)致低熱值燃?xì)釹G與燃燒用空氣10發(fā)生不良混合，其結(jié)果是燃燒過(guò)程中氮氧化物生成率的顯著升高。
對(duì)此，本發(fā)明的解決方案可顯著改善合成氣SG與燃燒用空氣10在火焰鋒處的混合質(zhì)量，從而確保燃燒器1用合成氣工作時(shí)只產(chǎn)生少量有害物質(zhì)，其中可避免出現(xiàn)溫度峰值，從而使與熱相關(guān)的氮氧化物生成量低于傳統(tǒng)的合成氣燃燒器。
下面借助圖2對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思進(jìn)行說(shuō)明，圖2顯示的是本發(fā)明的一用于燃燒低熱值燃?xì)釹G的燃燒器1。燃燒器1大致呈以軸線12為基準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)。一沿軸線12定向的、具有一燃料輸送通道8的引燃器9被一具有同一圓心的環(huán)形空氣輸送通道7包圍。燃料輸送通道8設(shè)計(jì)用于輸送高熱值燃料，例如天然氣或燃油。
燃?xì)馔ǖ?6設(shè)計(jì)成可允許大體積流量的低熱值燃?xì)釹G通過(guò)。從燃?xì)釹G的流動(dòng)方向上看，燃?xì)馔ǖ?6在下游部分被一具有同一圓心的環(huán)形空氣輸送通道2包圍。環(huán)形空氣輸送通道2內(nèi)安裝有由多個(gè)旋流葉片5構(gòu)成的旋流葉片環(huán)(以示意圖形式顯示)，其中，這些旋流葉片5中的一個(gè)旋流葉片可建構(gòu)為空心葉片5a。需要時(shí)，所述旋流葉片5可相應(yīng)具有由多個(gè)開(kāi)口構(gòu)成的入口，用于輸送高熱值燃料。空氣通道2中安裝有一位于旋流葉片環(huán)5下游的渦流發(fā)生元件4(以示意圖形式顯示)。燃?xì)馔ǖ?6和空氣通道2均通向一共同的混合區(qū)27，低熱值燃?xì)釹G在此與燃燒用空氣10充分混合?？諝馔ǖ?中的渦流發(fā)生元件4使燃燒用空氣10產(chǎn)生渦流，借此可使混合區(qū)27內(nèi)產(chǎn)生良好的混合效果，從而確保燃燒器1用合成氣工作時(shí)只產(chǎn)生少量有害物質(zhì)。對(duì)混合結(jié)果特別有利的是，如圖2所示空氣通道2具有一在流體技術(shù)上與混合區(qū)27緊密鄰接的出口區(qū)28，渦流發(fā)生元件4即布置在所述出口區(qū)內(nèi)。其中，渦流發(fā)生元件4基本上沒(méi)有任何區(qū)域允許燃燒用空氣10的渦流發(fā)生回流。借此可防止可燃的燃?xì)?空氣混合物值得注意地回流至渦流發(fā)生元件4，進(jìn)而在渦流發(fā)生元件4上沒(méi)有建立穩(wěn)定的燃燒，避免引起渦流發(fā)生元件的損壞。由此，使燃燒器1在保持低氮氧化物生成量的情況下持續(xù)利用合成氣SG進(jìn)行工作。
借助于引燃器9，燃燒器1還可用作使用高熱值燃料的擴(kuò)散式燃燒器。作為替代方案，燃燒器1也可用作預(yù)混燃燒器；也就是說(shuō)，先將高熱值燃料與燃燒用空氣10混合，然后再將其用于燃燒。在此情況下，引燃器9用于維持一引燃火焰，當(dāng)燃料與空氣的比例發(fā)生可能的改變時(shí)，所述引燃火焰也能在預(yù)混燃燒器工作過(guò)程中使燃燒保持穩(wěn)定。
當(dāng)燃燒器1使用合成氣進(jìn)行工作時(shí)，低熱值合成氣SG總是先與燃燒用空氣10一起被順流輸送至混合區(qū)27，并在此處充分混合后，在一圖中未作詳細(xì)圖示的燃燒區(qū)內(nèi)進(jìn)行燃燒。
如上文所述，由于低熱值燃?xì)釹G的體積流量很大并由此引起的混合區(qū)27的幾何膨脹，迄今為止很難確保有關(guān)氣體在時(shí)間和空間上達(dá)到均勻混合，以降低燃燒中生成的氮氧化物。借助本發(fā)明的燃燒器1可實(shí)現(xiàn)燃燒用空氣10與燃?xì)釹G之間特別均勻的混合。這一點(diǎn)通過(guò)空氣通道內(nèi)的渦流發(fā)生元件4而實(shí)現(xiàn)，即，燃燒用空氣10直接在混合區(qū)27的上游轉(zhuǎn)化為一渦流。這取決于微觀范圍內(nèi)的渦流度的提高，即，必須避免出現(xiàn)帶有明顯尾流區(qū)的大渦流軌跡，尤其是逆流指向的流動(dòng)分量，否則就會(huì)存在燃燒器1內(nèi)出現(xiàn)反閃現(xiàn)象的危險(xiǎn)。這一要求對(duì)渦流發(fā)生元件4的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著直接影響。圖3以俯視圖形式顯示渦流發(fā)生元件4的一個(gè)可行且特別有利的設(shè)計(jì)。其中，渦流發(fā)生元件4不必占據(jù)空氣通道2的整個(gè)通道高度。
借助圖3所示的渦流發(fā)生元件4可實(shí)現(xiàn)燃燒用空氣10與合成氣SG在空間和時(shí)間上特別均勻的混合。與此同時(shí)，渦流發(fā)生元件4引起的壓力損耗很小，因而幾乎不會(huì)對(duì)合成氣燃燒器1的效率產(chǎn)生不良影響。
下面對(duì)圖3所示的渦流發(fā)生元件4的俯視圖和圖4以相同參考符號(hào)所示的渦流發(fā)生元件4的側(cè)視圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明均勻分布在限制環(huán)圓周上的大量連接片54從一內(nèi)限制環(huán)52延伸至一外限制環(huán)53。外限制環(huán)53的中心位于內(nèi)限制環(huán)52的對(duì)稱軸59上，連接片54垂直于內(nèi)限制環(huán)52。內(nèi)限制環(huán)52與外限制環(huán)53之間連接面56呈現(xiàn)為一個(gè)截錐體的側(cè)表面。每個(gè)連接片54上布置有復(fù)數(shù)個(gè)指向所述截錐內(nèi)部的、梯形的、平面的致偏元件51。每個(gè)致偏元件51的寬邊51a均與連接片54相連。致偏元件沿三個(gè)以對(duì)稱軸59為圓心的同心圓55a、55b、55c彼此等間距布置。致偏元件51朝連接面56的一法線傾斜，其中，在同一個(gè)圓55a、55b、或55c上布置的那些致偏元件51為同向傾斜，在相鄰的兩個(gè)圓55a、55b、55c上的致偏元件51之間則為反向傾斜。
當(dāng)燃燒用空氣10以垂直朝連接面56進(jìn)入所述截錐內(nèi)部，流過(guò)渦流發(fā)生元件4時(shí)，致偏元件51的窄邊51b上會(huì)形成渦流57。燃燒用空氣10由此而形成了一直持續(xù)至混合區(qū)27的微型渦流。一定體積流量的低熱值燃?xì)釹G與來(lái)自空氣通道2的渦流狀燃燒用空氣10分別進(jìn)入混合區(qū)27，由于燃燒用空氣10中存在所述微型渦流而實(shí)現(xiàn)了兩者充分而均勻的混合。此外，致偏元件51的傾斜還會(huì)使燃燒用空氣10除主流外還具有二次流58，在燃燒用空氣與燃?xì)庥捎跍u流而實(shí)現(xiàn)局部良好的充分混合的同時(shí)，所述二次流有助于在混合區(qū)27的整個(gè)橫截面范圍內(nèi)(參見(jiàn)圖2)實(shí)現(xiàn)燃?xì)?空氣混合物的均勻化。在合成氣工作模式下渦流發(fā)生元件4只對(duì)進(jìn)入空氣通道2的空氣流動(dòng)產(chǎn)生影響，這種設(shè)計(jì)的效果是，渦流引起的壓力損耗特別小。
因此，本發(fā)明的燃燒器1特別適用于發(fā)電站設(shè)備24，借助整合式氣化裝置將化石燃料氣化成合成氣SG(例如煤氣)，其中，燃燒器1布置在一燃?xì)廨啓C(jī)裝置25的一燃燒室16內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于燃燒低熱值燃?xì)?SG)的燃燒器(1)，包括一個(gè)沿燃燒器軸(12)延伸的、用于輸送燃燒用空氣(10)的空氣通道(2)；一個(gè)為大體積流量的低熱值燃?xì)?SG)通過(guò)的燃?xì)馔ǖ?26)；其中，所述燃?xì)馔ǖ?26)與所述空氣通道(2)均通向一混合區(qū)(27)，其特征在于，所述空氣通道(2)具有一個(gè)在流體技術(shù)上與所述混合區(qū)(27)緊鄰的出口區(qū)(28)，其中，所述出口區(qū)內(nèi)設(shè)置有一用于產(chǎn)生渦流狀燃燒用空氣(10)的渦流發(fā)生元件(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述渦流發(fā)生元件(4)建構(gòu)為基本不具有會(huì)使所述燃燒用空氣(10)的渦流發(fā)生回流的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃燒器，其特征在于，所述空氣通道(2)建構(gòu)為一環(huán)形通道，所述環(huán)形通道與所述燃?xì)馔ǖ?26)同一圓心地包圍所述燃?xì)馔ǖ?26)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器，其特征在于，所述渦流發(fā)生元件(4)具有a)一個(gè)具有對(duì)稱軸(59)的第一限制環(huán)(52)，b)一個(gè)較大的第二限制環(huán)(53)，其中心位于所述對(duì)稱軸(59)上，c)一個(gè)由所述兩個(gè)限制環(huán)(52，53)支撐的連接面(56)，以及d)大量分別相對(duì)所述連接面(56)的法線傾斜的、平面的致偏元件(51)，所述致偏元件沿所述連接面(56)上的圓(55a，55b，55c)布置，所述各圓的中心均位于所述對(duì)稱軸(59)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃燒器，其特征在于，所述渦流發(fā)生元件(4)的連接面(56)的面積小于被所述較大的限制環(huán)(53)包圍的圓面積的一半。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的燃燒器，其特征在于，沿同一個(gè)圓(55a，55b，55c)布置的所述渦流發(fā)生元件(4)的那些致偏元件(51)彼此間具有相同間距。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述的燃燒器，其特征在于，所述渦流發(fā)生元件(4)的每個(gè)致偏元件(51)均以形成渦流為目的從所述連接面(56)朝一邊緣(51b)逐漸變窄，其中，所述致偏元件大致呈梯形或三角形。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項(xiàng)所述的燃燒器，其特征在于，所述渦流發(fā)生元件(4)中布置在同一個(gè)圓(55a，55b，55c)上的那些致偏元件(51)朝相同方向傾斜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃燒器，其特征在于，布置在所述渦流發(fā)生元件(4)上相鄰的兩個(gè)圓(55a，55b，55c)上的那些致偏元件(51)朝相反方向傾斜。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器，其特征在于，所述空氣通道(2)內(nèi)布置有多個(gè)位于所述渦流發(fā)生元件(2)上游的旋流葉片(5)。
11.一種操作燃燒器的方法，其中，將一化石燃料(B)氣化，氣化后的化石燃料作為一低熱值合成氣(SG)被輸送給所述燃燒器(1)，與燃燒用空氣(10)混合后產(chǎn)生一合成氣-空氣混合物，并在一燃燒空間(17)內(nèi)進(jìn)行燃燒，其特征在于，在所述合成氣(SG)與所述燃燒用空氣(10)混合之前提高空氣質(zhì)量流量的渦流度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，通過(guò)提高渦流度可改善空間和時(shí)間上的混合質(zhì)量。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述方法用于操作燃?xì)廨啓C(jī)(18)的燃燒器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法用于操作一發(fā)電站設(shè)備(24)，借助整合式氣化裝置將一化石燃料(B)氣化成特別為煤氣的合成氣(SG)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于燃燒低熱值燃?xì)?SG)的燃燒器(1)，其具有一沿一燃燒器軸(12)延伸的、用于輸送燃燒用空氣(10)的空氣通道(2)與一設(shè)計(jì)為可由大體積流量的低熱值燃?xì)?SG)通過(guò)的燃?xì)馔ǖ?26)，其中，所述燃?xì)馔ǖ?26)與所述空氣通道(2)均通向一混合區(qū)(27)。為在所述燃燒器(1)采用合成氣工作時(shí)只產(chǎn)生少量氮氧化物，所述空氣通道(2)內(nèi)設(shè)置有一用于產(chǎn)生渦流狀燃燒用空氣(10)的渦流發(fā)生元件(4)。所述渦流發(fā)生元件布置在一在流體技術(shù)上與所述混合區(qū)(27)緊鄰的出口區(qū)(28)內(nèi)。本發(fā)明還涉及一種操作合成氣燃燒器(1)的方法，其中，在所述合成氣(SG)與所述燃燒用空氣(10)混合之前，在微觀范圍內(nèi)顯著提高空氣質(zhì)量流量的渦流度，從而在時(shí)間和空間上實(shí)現(xiàn)所述合成氣與空氣的均勻混合。
文檔編號(hào)F23R3/14GK101040149SQ200580034642
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月11日
發(fā)明者安德烈亞斯·海洛斯, 伯索爾德·凱斯特林, 伯恩德·普拉德 申請(qǐng)人:西門子公司