生成非對稱火焰的分級燃燒方法

2023-06-13 12:42:11 2

專利名稱：生成非對稱火焰的分級燃燒方法
技術領域：
本發明涉及一種生成非對稱火焰的分級燃燒方法。
背景技術：
在設計用於高溫負荷的工業爐子中建立燃燒系統必須確保在高效熱傳遞的同時防止爐室的實際結構遭到損壞。為此，燃燒器的布置須遵從若干規則，一方面必須防止燃燒器發出的火焰燒到靠近爐壁，另一方面必須防止火焰相互影響。事實上，如果火焰相互影響，每隻火焰就會有向上串並加熱爐室頂壁的趨勢，從而爐子具有遭受很大損壞的危險。目前大多數燃燒器，不管使用的是空氣、富氧空氣還是純氧作為氧化劑，其火焰的形狀都關於燃燒器的軸線對稱。這些燃燒器生成的火焰呈平直結構或呈同心的柱形。考慮到上述要求以及目前燃燒器生成的火焰形狀，燃燒器在爐子燃燒系統內很難布置，一般存在許多缺點。更確切地說，為防止燃燒器生成的火焰燒毀爐壁，燃燒器必須放置得離所述爐壁足夠遠。從而有效熱傳遞區大大減小，而燃燒器火力的任何增大都會導致存在該距離不夠遠的危險。此外，為防止相對而置的兩燃燒器的火焰向上串的問題，關鍵是確保每一個燃燒器的火焰長度不超過爐子寬度的一半，這使得燃燒器的火力控制範圍受到限制，從而導致燃燒器的數量不必要地成倍增加或得將燃燒器相互錯開布置，從而造成爐子的運行不再對稱或不再均勻。

發明內容
本發明的目的是克服上述缺點，為此，提供一種用至少一個燃燒器燃燒燃料的方法，所述燃燒器具有兩個半組件，每一個半組件包括·至少一個燃料噴射裝置；
·一次氧化劑噴射裝置；以及·至少一個二次氧化劑噴射裝置，一次氧化劑噴射裝置在離燃料第一距離處噴射第一氧化劑噴流而形成第一不完全燃燒，二次氧化劑噴射裝置在離燃料噴射裝置比第一距離大的第二距離處噴射第二氧化劑噴流而利用第一不完全燃燒剩餘的燃料形成第二燃燒，所述方法的特徵在於，每一個半組件的燃燒火力與另一半組件不同。因此，通過燃燒器的每一個半組件之間的燃燒火力的不等分布，可在一個半組件上生成一高燃燒火力區，在第二半組件上生成一低燃燒火力區。這使得可以移動燃燒活躍區，從而改變所形成的火焰的幾何形狀，從而獲得非對稱火焰。此外，由於形成非對稱火焰，因此火焰重疊的風險減小，可調節各燃燒器使得燃燒器的火焰不與另一燃燒器的火焰相互影響。優選地，兩半組件分布成關於該燃燒器的對稱軸線S對稱。
有利地，可用一三次氧化劑噴射裝置(5)在比第一距離(L1)大的第二距離(L2)處噴射第三氧化劑噴流。該第三氧化劑噴射設計用來確保反應物在主燃燒區前足夠稀釋，從而限制由熱生成NOx化合物。
優選地，注入各半組件的燃料噴射裝置中的燃料量不同。因此，各半組件的燃燒火力不同，因此，一次和二次氧化劑噴射裝置提供的燃料量顯然視燃料流率而定。
按照一特別實施例，該燃燒器靠近壁生成一火焰，最靠近所述壁的半組件的火力為較小燃燒火力。該壁例如為爐子的負荷加熱壁時一般與該燃燒器的對稱軸線平行。由於高火力區遠離爐壁，因此大大減小這些壁被燒毀的危險。
本發明還涉及一種在爐子中加熱材料的方法，所述爐子裝配有至少一對燃燒器，所述對燃燒器在爐子中相對而置，其中-這些燃燒器實施上述燃燒方法，-所述對燃燒器在爐子中布置成燃燒器的每一個半組件與所述對燃燒器中的另一燃燒器的一半組件面對，以及-所述對燃燒器的第一燃燒器的具有較小燃燒火力的半組件與所述對燃燒器中的第二燃燒器的具有較大燃燒火力的半組件面對。按照該實施例，燃燒器對的半組件面對面，半組件調節成它們生成的火焰與相對的半組件生成的火焰互補。優選地，對每一個燃燒器來說，每一個半組件的燃燒火力小於所述燃燒器的總火力的0.8倍。這樣，第二半組件的火力等於總火力減去第一半組件的火力，因此，半組件的火力總是保持大於總火力的0.2倍，從而避免火焰太短或不穩定的問題。按照一變型，對同一對燃燒器來說，一個半組件可以以大於1的燃燒化學計量比(stoechiométrie decombustion)工作，與該過化學計量比(surstoechiométrique)半組件面對的半組件以小於1的燃燒化學計量比工作。在該變型中，由過化學計量比半組件產生的火焰生成大量煤煙。該未燃燒物質的燃燒可以由配對燃燒器中相對的、化學計量比調節成小於1的另一半組件補充的氧氣來完成。
本發明最後涉及一種在爐子中加熱材料的方法，所述爐子裝配有至少一對燃燒器，所述對燃燒器在爐子中相對而置，其中-這些燃燒器實施上述燃燒方法，-所述對燃燒器在爐子中布置成，對每一個燃燒器來說，只有半組件之一與所述對燃燒器中的另一燃燒器的一半組件面對，以及-所述對燃燒器的第一燃燒器的具有較小燃燒火力的半組件與所述對燃燒器的第二燃燒器的具有較大燃燒火力的半組件面對。按照該實施例，相對而置的半組件調節成它們生成的火焰互補。優選地，對每一個燃燒器來說，每一個半組件的燃燒火力小於所述燃燒器的總火力的0.8倍。按照一變型，對同一對燃燒器來說，一半組件可以以大於1的燃燒化學計量比工作，與該過化學計量比半組件面對的半組件接著以小於1的燃燒化學計量比工作。在該變型中，由過化學計量比半組件產生的火焰生成大量煤煙。該未燃燒物質的燃燒可由該對燃燒器中相對的、相應地化學計量比調節成小於1的另一半組件補充的氧氣來完成。


從以下結合附圖的詳細說明中可更好理解本發明的實施，附圖中
圖1為本發明的燃燒器的一半組件的示意圖；圖2示出圖1的燃燒器的工作情況；圖3為一使用面對面地設置的燃燒器的工業爐子的示意圖；圖4為一使用以錯開方式定位的燃燒器的工業爐子的示意圖。
具體實施例方式
根據本發明的其噴流分開的一燃燒器包括兩半組件1，1』，圖1示出其中一個半組件。每一個半組件1，1』包括燃料供應部2，位於離燃料供應部2第一距離處有與該燃料供應部相關聯的一次氧化劑、在該例中為氧氣的供應部3；位於離燃料供應部2比第一距離大的第二距離L1處的二次氧化劑供應部4；以及位於離燃料供應部2比第二距離L1大的第三距離L2處的三次氧化劑供應部5。所使用的燃料可呈氣態或液態，如果需要，該燃料可用合適的霧化系統噴射。更確切地說，三次氧化劑供應部5位於離燃料供應部2較大的距離處，並用來高速噴射氧氣。這一布置使得可以確保反應物在主燃燒區前足夠稀釋，從而防止由熱生成很大量的NOx化合物。
工作時，如圖2所示，每一個半組件1，1』關於對稱軸線S對稱分布，每一個燃料供應部2和氧化劑供應部3，4，5的流率可獨立調節。每一個半組件1，1』調節成打破結構對稱性以獲得非對稱火焰。為此，將燃料供應部2和氧化劑供應部3，4，5的流率調節成不同。在該例中，輸送給半組件1的燃料流率調節成小於半組件1』輸送的燃料流率。按照所述半組件1，1』的燃料供應部2調節一次、二次和三次氧化劑供應部3，4，5。各反應物的流率用長度不同的箭頭象徵性地表示。如圖所示，半組件1』的燃燒火力大於半組件1的燃燒火力，由此生成一非對稱火焰7，該火焰在半組件1』區域中的長度明顯小於在半組件1區域中的長度。因此火焰7在半組件1區域中具有一貧區(zone pauvre)7a，在半組件1』區域中具有一富區(zone riche)7b。形成這樣一種非對稱火焰7，使得可以減小燃燒器與爐壁8之間的必要距離Dp，從而防止爐壁被燒毀。因此確保向靠近爐壁8的待加熱負荷進行最低程度的熱傳遞，並防止所述壁8上形成灼熱點。
同樣，非對稱火焰7可防止面對面的燃燒器生成的火焰互相影響。
圖3示出一爐子20，包括由成對的、面對面設置的、如圖1和2所示的燃燒器21，22構成的一組件。每一個燃燒器21，22調節成生成非對稱火焰23，24，配對的燃燒器22，21生成的火焰24，23的形狀互補。從而防止火焰重疊，因此減小爐子20被燒毀的危險。作為一變型，可通過將每一個半組件1，1』的燃燒化學計量比保持或不保持接近1來實現上述火力分布。如果化學計量比的值不同於1，火力較大的半組件調節成燃燒化學計量比值小於1，而火力較小的半組件調節成燃燒化學計量比值大於1。這一調節使得可以在燃燒器21，22的半組件上獲得一生成煤煙的富區，然後用由配對的燃燒器22，21的半組件補充的氧氣完成未燃燒物質的燃燒。
圖4示出一爐子30，包括由成對彼此面對但互相錯開設置的圖1和2所示燃燒器31，32構成的一組件，即燃燒器31中只有一個半組件與燃燒器32的一半組件面對。燃燒器31，32調節成生成具有貧區33a，34a和富區33b，34b的非對稱火焰33，34。更確切地說，燃燒器31，32調節成富區33b位於貧區34a的區域中，富區34b與富區33b重疊。這一布置在燃燒器31，32的燃燒化學計量比值不同於1的情況下特別有利。事實上，如果燃燒器31的半組件1』調節成燃燒化學計量比值小於1，非對稱火焰33的富區33b會生成大量煤煙。然後可以用由配對的燃燒器32的燃燒化學計量比值調節成小於1的半組件1補充的氧氣完成未燃燒物質的燃燒。
本發明燃燒器的另一變型(未示出)與燃燒器1，21，22，31，32的不同之處只是在於，通過改變每一個半組件1，1』上二次氧化劑供應部4與燃料供應部2之間的距離L1來實現半組件1，1』的火力調節。事實上，距離L1較短時燃燒火力更大，而較長的距離L1減小燃燒火力，這只是因為氧化劑在到達燃燒區前得到較多的稀釋。通過改變距離L1來調節每一個半組件1，1』的做法顯然可與上述通過改變反應物的流率進行調節的做法相組合。
儘管以上結合實施例的特別說明了本發明，但顯然本發明不受這些實施例的限制，而是包括所有落在本發明範圍內的上述裝置的技術等同物及其組合。
權利要求
1.一種用燃燒器燃燒燃料的方法，所述燃燒器具有兩個半組件(1，1』)，每一個半組件包括·至少一個燃料噴射裝置(2)；·一次氧化劑噴射裝置(3)；以及·至少一個二次氧化劑噴射裝置(4)，一次氧化劑噴射裝置(3)在離燃料第一距離處噴射第一氧化劑噴流而形成第一不完全燃燒，二次氧化劑噴射裝置(4)在離燃料噴射裝置(2)比第一距離大的第二距離(L1)處噴射第二氧化劑噴流而利用第一不完全燃燒剩餘的燃料形成第二燃燒，所述方法的特徵在於，每一個半組件提供的燃燒火力與另一半組件提供的燃燒火力不同。
2.按權利要求1所述的燃燒方法，其特徵在於，用三次氧化劑噴射裝置(5)在比第一距離(L1)大的第二距離(L2)處噴射第三氧化劑噴流。
3.按權利要求1或2所述的燃燒方法，其特徵在於，注入每一個半組件(1，1』)的燃料噴射裝置(2)中的燃料量不同。
4.按權利要求1-3中任一項權利要求所述的燃燒方法，其特徵在於，燃燒器靠近一壁(8)生成一火焰，最靠近所述壁(8)的半組件的火力具有最小燃燒火力。
5.一種用於在爐子(20)中加熱材料的方法，所述爐子(20)裝配有至少一對燃燒器(21，22)，所述對燃燒器(21，22)在爐子中面對面地設置，其特徵在於-燃燒器(21，22)實施按權利要求1-4中任一項權利要求所述的燃燒方法，-所述對燃燒器在爐子中布置成燃燒器的每一個半組件與所述對燃燒器的另一燃燒器的一半組件面對，以及-所述對燃燒器的第一燃燒器(21)的具有較小燃燒火力的半組件與所述對燃燒器的第二燃燒器(22)的具有較大燃燒火力的半組件面對。
6.按權利要求5所述的方法，其特徵在於，對每一個燃燒器來說，每一個半組件(1，1』)的燃燒火力小於所述燃燒器(21，22，31，32)的總火力的0.8倍。
7.按權利要求5或6所述的燃燒方法，其特徵在於，對同一對燃燒器來說，一個半組件以大於1的燃燒化學計量比工作，面對該過化學計量比半組件設置的半組件以小於1的燃燒化學計量比工作。
8.一種用於在爐子(20)中加熱材料的方法，所述爐子(20)裝配有至少一對燃燒器(21，22)，所述對燃燒器(21，22)在爐子中面對面地設置，其特徵在於-燃燒器(21，22)實施按權利要求1-4中任一項權利要求所述的燃燒方法，-所述對燃燒器在爐子中布置成，對每一個燃燒器來說，只有半組件之一與所述對燃燒器中的另一燃燒器的半組件面對，以及-所述對燃燒器的第一燃燒器(21)的具有較小燃燒火力的半組件與所述對燃燒器的第二燃燒器(22)的具有較大燃燒火力的半組件面對。
9.按權利要求8所述的方法，其特徵在於，對每一個燃燒器來說，每一個半組件(1，1』)的燃燒火力小於所述燃燒器(21，22，31，32)的總火力的0.8倍。
10.按權利要求8或9所述的燃燒方法，其特徵在於，對同一對燃燒器來說，一個半組件以大於1的燃燒化學計量比工作，面對該過化學計量比半組件設置的半組件以小於1的燃燒化學計量比工作。
全文摘要
本發明涉及一種用至少一個燃燒器燃燒燃料的方法，每一個燃燒器包括兩個半組件(1，1』)，每一個半組件包括至少一個與一次氧化劑噴射裝置(3)相關聯的燃料噴射裝置(2)以及至少一個二次氧化劑噴射裝置(4)，一次氧化劑噴射裝置在離燃料第一距離處噴射第一氧化劑噴流而形成第一不完全燃燒，二次氧化劑噴射裝置在離燃料噴射裝置比第一距離大的第二距離(L1)處噴射第二氧化劑噴流而利用第一不完全燃燒剩餘的燃料形成第二燃燒。所述方法的特徵在於，每一個半組件提供的燃燒火力與另一半組件提供的燃燒火力不同。
文檔編號F23D14/84GK101095011SQ200580045773
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月20日 優先權日2005年1月3日
發明者R·齊阿瓦, P·勒庫爾, B·勒魯 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司