專利名稱：燃燒器裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在爐中燃燒燃料氣體的燃燒器裝置和方法。
背景技術(shù)：
燃燒器裝置被用于許多用途。例如，工藝燃燒器裝置被與石油精 煉廠、化學(xué)車間和類似場(chǎng)所中的工業(yè)爐一起使用。所用燃燒器裝置的 特定類型和配置將基于特定應(yīng)用、爐的類型、適用的排放條例和本領(lǐng) 域技術(shù)人員已知的其它因素而改變。
一種典型工藝燃燒器包括燃燒器耐火磚，其具有延伸穿過(guò)其中的 燃燒器喉部。燃燒器耐火磚延伸到爐中。燃燒用空氣被引導(dǎo)通過(guò)燃燒 器喉部以在爐中鄰近于燃燒器喉部的出口產(chǎn)生燃燒區(qū)。燃料被噴射到 燃燒器喉部中，與燃燒用空氣混合并且在燃燒區(qū)中燃燒。
許多政府部門已經(jīng)采取了與可能從工藝爐和其它燃燒設(shè)備排放到
大氣的氮氧化物(通常表示為"NOx"，主要包括NO和N02)和其它潛在 污染化合物的量有關(guān)的各種規(guī)章。例如，美國(guó)具有有關(guān)氮氧化物排放 的嚴(yán)格的條例。這些條例導(dǎo)致了人們研制燃燒器裝置和相應(yīng)的操作方 法，以實(shí)現(xiàn)顯著地降低氮氧化物排放。
在一種途徑中，在燃燒器喉部中與燃燒用空氣混合的燃料(通常稱 作初級(jí)燃料)在第一燃燒區(qū)中被燃燒。附加燃料(常被稱作二級(jí)或分級(jí) 燃料)在第二燃燒區(qū)中被燃燒。在這樣的燃燒器裝置中，二級(jí)或分級(jí)燃 料被爐煙氣稀釋，從而降低了氣體的燃燒溫度。煙氣的作用類似于散 熱器，因?yàn)槠鋸幕鹧嫖諢崃?。煙氣可能?lái)自爐煙囪(外部煙氣)或來(lái) 自爐本身(內(nèi)部煙氣)。降低氣體燃燒溫度導(dǎo)致在所產(chǎn)生的煙氣中的氮 氧化物的生成量下降。其次，與燃燒反應(yīng)物混合的煙氣減小了氮氧化 物生成所需的氧氣的組分濃度，從而導(dǎo)致進(jìn)一步的氮氧化物減少。
以前人們認(rèn)為必須在燃燒器喉部中將初級(jí)燃料與燃燒用空氣混合，即使是在分級(jí)燃燒燃燒器裝置中。燃燒器喉部中的初級(jí)燃料有助 于確保燃料和燃燒用空氣的混合物在燃燒區(qū)中被點(diǎn)燃，并且有助于穩(wěn) 定燃燒器。遺憾的是，在一些應(yīng)用中，初級(jí)燃料與燃燒用空氣在燃燒 器喉部中的混合可能在其中產(chǎn)生這樣的溫度，該溫度足夠高以允許氮 氧化物形成。接下來(lái)重要的是，燃燒器喉部中的燃燒用空氣中的氧氣 的濃度遠(yuǎn)高于煙氣中氧氣的濃度。將初級(jí)燃料引入至燃燒器喉部而導(dǎo) 致的燃燒器喉部中的氧氣的相對(duì)高濃度與較高溫度相組合，可能引起 相當(dāng)大量的氮氧化物形成。這抵消了為減少氮氧化物的生成所采取的 其它步驟的效用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于爐的燃燒器裝置。本發(fā)明還提供了一種使 用燃燒器裝置的方法，所述燃燒器裝置包括燃燒器耐火磚和延伸穿過(guò) 其中的燃燒器喉部，以使燃料氣體在爐內(nèi)空間中燃燒，以便產(chǎn)生熱量。
在第一方面，本發(fā)明的燃燒器裝置包括與爐相聯(lián)的燃燒器耐火磚, 燃燒器導(dǎo)燃裝置，和燃料噴射裝置。
燃燒器裝置的第一方面的燃燒器耐火磚包括適于被安置在爐內(nèi)的 外表面，以及布置成穿過(guò)燃燒器耐火磚的燃燒器喉部。燃燒器喉部具 有進(jìn)口和出口。燃燒器喉部的進(jìn)口被設(shè)置成從燃燒器喉部的外側(cè)接收 燃燒用空氣。燃燒器喉部的出口被定位成鄰近于燃燒器耐火磚的外表 面，并且被定位成將燃燒用空氣引入到設(shè)置在爐內(nèi)并且與燃燒器耐火 磚的外表面相鄰的燃燒區(qū)中。
燃燒器裝置的第一方面的燃燒器導(dǎo)燃裝置被用于在燃燒器喉部?jī)?nèi) 產(chǎn)生導(dǎo)燃火焰。燃燒器導(dǎo)燃裝置包括導(dǎo)燃燃料末端件以及導(dǎo)燃燃料提 升管。導(dǎo)燃燃料提升管具有被設(shè)置成流體連通至燃料源的進(jìn)口，和流 體連通至導(dǎo)燃燃料末端件的出口 。導(dǎo)燃燃料末端件被布置在燃燒器喉 部?jī)?nèi)。
燃燒器裝置的第一方面的燃料噴射裝置被設(shè)置成從安置在燃燒器 喉部外側(cè)的一或多個(gè)燃料末端件噴射燃燒器裝置操作所需的基本上所 有燃料到爐中。燃料噴射裝置包括主燃料末端件和主燃料提升管，用
14于噴射主燃料到設(shè)置在爐內(nèi)并且與燃燒器耐火磚的外表面相鄰的點(diǎn)燃 區(qū)中。主燃料提升管具有被設(shè)置成流體連通至燃料源的進(jìn)口，和流體 連通至燃料末端件的出口。燃料末端件被至少部分地布置在爐內(nèi)并且 定位成鄰近于燃燒器耐火磚的外表面。
在第二方面，本發(fā)明的燃燒器裝置包括與爐相聯(lián)的燃燒器耐火磚， 點(diǎn)燃通路，燃燒器導(dǎo)燃裝置，和燃料噴射裝置。
燃燒器裝置的第二方面的燃燒器耐火磚包括外表面，其將被設(shè)置 在爐內(nèi)和布置成穿過(guò)燃燒器耐火磚的燃燒器喉部。燃燒器喉部具有進(jìn) 口和出口。燃燒器喉部的進(jìn)口被設(shè)置成從燃燒器喉部的外側(cè)接收燃燒 用空氣。燃燒器喉部的出口被定位成鄰近于燃燒器耐火磚的外表面， 并且定位成將燃燒用空氣引入到設(shè)置在爐內(nèi)并且與燃燒器耐火磚的外 表面相鄰的燃燒區(qū)中。
燃燒器裝置的第二方面的點(diǎn)燃通路在燃燒器喉部和燃燒器耐火磚 的外表面之間延伸穿過(guò)燃燒器耐火磚，并且具有進(jìn)口和出口。點(diǎn)燃通 路的進(jìn)口被定位成鄰近于燃燒器喉部，點(diǎn)燃通路的出口被定位成鄰近 于燃燒器耐火磚的外表面。
燃燒器裝置的第二方面的燃燒器導(dǎo)燃裝置被用于在燃燒器喉部?jī)?nèi) 產(chǎn)生導(dǎo)燃火焰。燃燒器導(dǎo)燃裝置包括導(dǎo)燃燃料末端件以及導(dǎo)燃燃料提 升管。導(dǎo)燃燃料提升管具有被設(shè)置成流體連通至燃料源的進(jìn)口，和流 體連通至導(dǎo)燃燃料末端件的出口。導(dǎo)燃燃料末端件被布置在燃燒器喉 部?jī)?nèi)。
燃燒器裝置的第二方面燃料噴射裝置被設(shè)置成從安置在燃燒器喉 部的外側(cè)的一或多個(gè)燃料末端件噴射燃料到爐中。燃料噴射裝置包括 主燃料末端件和主燃料提升管，用于噴射主燃料到設(shè)置在爐內(nèi)并且與 燃燒器耐火磚的外表面相鄰的點(diǎn)燃區(qū)中。主燃料提升管具有被設(shè)置成 流體連通至燃料源的進(jìn)口，和流體連通至主燃料末端件的出口。主燃 料末端件被至少部分地布置在爐內(nèi)并且定位成鄰近于燃燒器耐火磚的 夕卜表面。
燃燒器裝置的第二方面的點(diǎn)燃通路接收由燃燒器導(dǎo)燃裝置產(chǎn)生的 導(dǎo)燃火焰的至少一部分，并且傳輸火焰或其一部分至點(diǎn)燃區(qū)，以使得
15火焰或其一部分能夠接觸并點(diǎn)燃由主燃料末端件噴射到點(diǎn)燃區(qū)中的主 燃料。
在第一方面，本發(fā)明的方法被實(shí)現(xiàn)，而不需要相當(dāng)大量的燃料與 燃燒用空氣在燃燒器喉部中混合。所述方法包括下述步驟
(a) 傳輸燃燒用空氣，使其通過(guò)燃燒器喉部到設(shè)置在爐內(nèi)并且與燃
燒器耐火磚的外表面相鄰的燃燒區(qū)中；
(b) 利用由燃燒器導(dǎo)燃裝置提供的導(dǎo)燃燃料在燃燒器喉部中產(chǎn)生 導(dǎo)燃火焰；
(c) 從安置在燃燒器喉部的外側(cè)的一或多個(gè)燃料末端件噴射燃燒
器裝置操作所需的基本上所有燃料到爐中，所述一或多個(gè)燃料末端件 包括主燃料末端件，用于噴射主燃料到設(shè)置在爐內(nèi)并且與燃燒器耐火
磚的外表面相鄰的點(diǎn)燃區(qū)中；
(d) 在點(diǎn)燃區(qū)中點(diǎn)燃主燃料；以及
(e) 將點(diǎn)燃的主燃料與傳輸通過(guò)燃燒器喉部的燃燒用空氣在燃燒
區(qū)中混合。
在第二方面，本發(fā)明的方法包括下述步驟
(a) 傳輸燃燒用空氣通過(guò)燃燒器喉部到設(shè)置在爐內(nèi)并且與燃燒器 耐火磚的外表面相鄰的燃燒區(qū)中；
(b) 利用由燃燒器導(dǎo)燃裝置提供的導(dǎo)燃燃料在燃燒器喉部中產(chǎn)生 導(dǎo)燃火焰；
(c) 從安置在燃燒器喉部的外側(cè)的一或多個(gè)燃料末端件噴射燃料 到爐中，所述一或多個(gè)燃料末端件包括主燃料末端件，用于噴射主燃
料到設(shè)置在爐內(nèi)并且與燃燒器耐火磚的外表面相鄰的點(diǎn)燃區(qū)中；
(d) 從燃燒器喉部傳輸導(dǎo)燃火焰的至少一部分至點(diǎn)燃區(qū)，并且利用
所述導(dǎo)燃火焰或其一部分在點(diǎn)燃區(qū)中點(diǎn)燃主燃料；以及
(e) 將點(diǎn)燃的主燃料與傳輸通過(guò)燃燒器喉部到燃燒區(qū)中的燃燒用 空氣混合。


圖1是本發(fā)明的燃燒器裝置的前部透視圖。圖2是本發(fā)明的燃燒器裝置沿著圖1中的線2-2所作的剖視圖。 圖2還示出了燃燒用空氣的流動(dòng)和由本發(fā)明的燃燒器裝置的燃燒器導(dǎo) 燃裝置產(chǎn)生的火焰。
圖3是本發(fā)明的燃燒器裝置的前視圖并且進(jìn)一步示出了火焰偏轉(zhuǎn) 穿越燃燒器耐火磚的外部。
圖4是示于圖3的燃燒器耐火磚外部的放大圖。
圖5是本發(fā)明的燃燒器裝置的局部俯視圖。
圖6是本發(fā)明的燃燒器裝置的轉(zhuǎn)向件和穩(wěn)定件的前部放大透視圖。
圖7是沿著圖6中的線7-7所作的剖視圖。
圖8是本發(fā)明的燃燒器裝置的替代性配置的剖視圖。
圖9是本發(fā)明的燃燒器裝置的另一配置的剖視圖。
圖IO是本發(fā)明的燃燒器裝置的又一配置的剖視圖。
圖IIA是燃燒器耐火磚外部的前視圖，并且示出了本發(fā)明的燃燒
器裝置的替代性實(shí)施方式。
圖IIB是示于圖IIA的實(shí)施方式的局部俯視圖。
圖UC是沿著圖IIA中的線11C-11C所作的剖視圖。
圖12A是燃燒器耐火磚外部的前視圖，并且示出了本發(fā)明的燃燒
器裝置的另一替代性實(shí)施方式。
圖12B是示于圖12A的本發(fā)明的燃燒器裝置的實(shí)施方式的局部俯視圖。
圖12C是沿著圖12A中的線12C-12C所作的剖視圖。
圖13A是燃燒器耐火磚外部的前視圖，并且示出了本發(fā)明的燃燒
器裝置的又一替代性實(shí)施方式。
圖13B是示于圖13A的本發(fā)明的燃燒器裝置的實(shí)施方式的局部俯視圖。
圖13C是沿著圖13A中的線13C-13C所作的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
參看附圖，本發(fā)明的燃燒器裝置被示出，總體上由附圖標(biāo)記10表示。如示于附圖并且可被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，燃燒器裝置10及其 各部件被設(shè)計(jì)成與爐12(爐未被整體示出)相聯(lián)并且可被用于在石油精 煉廠、化學(xué)車間或其它應(yīng)用中產(chǎn)生熱量。燃燒器裝置10附連至爐12 的壁14(例如，側(cè)壁，底壁(或底板)，或頂壁(或頂板))并且延伸到爐的 爐內(nèi)空間16中。燃燒器裝置IO還能自由站立于爐12中，例如在爐的 在底板上。爐壁14包括附連在其上的內(nèi)部層絕熱材料14(a)。
示于圖1和2的燃燒器裝置10附連至爐的側(cè)壁14并且水平地與 其相聯(lián)，并且是相對(duì)于其向上噴火的(上燃式)。如后文中進(jìn)一步討論， 燃燒器裝置IO還可以以其它方式被構(gòu)造和與爐12相聯(lián)。燃燒器裝置 10排放燃料氣體和空氣的混合物到爐內(nèi)空間16中，在此混合物在存 在煙氣的情況下被燃燒，同時(shí)產(chǎn)生相對(duì)低含量的氮氧化物(NOx)和碳產(chǎn) 物。典型地，多個(gè)燃燒器裝置IO被安裝在單一爐12內(nèi)。
燃燒器裝置IO包括與爐12相聯(lián)的燃燒器耐火磚18，燃燒器導(dǎo)燃 裝置20，和燃料噴射裝置22。如可被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，燃燒器裝 置10可以是自然吸氣式燃燒器(即，燃燒所需的空氣被自然地吸入到 燃燒器耐火磚18中)，強(qiáng)制吸氣式燃燒器(例如，吹風(fēng)機(jī)被用于吹送燃 燒用空氣到燃燒器耐火磚18中)，平衡吸氣式燃燒器(例如，吹風(fēng)機(jī)被 用于吹送空氣進(jìn)入和離開燃燒器，以實(shí)現(xiàn)燃燒用空氣適宜的平衡)，或 它們的各種改型。
燃燒器耐火磚18包括基部24，和適于被安置在爐12內(nèi)(以便延伸 在爐內(nèi)空間16中)的外表面26。外表面26包括頂段28，底段30，以 及將頂段連接至底段的側(cè)壁段32。燃燒器耐火磚18的基部24附連至 爐壁14。底段30從基部24至側(cè)壁段32略微縮窄。側(cè)壁段32包括前 表面34和側(cè)表面36。前表面34包括下部前表面34(a)以及傾斜前表 面34(b)。傾斜前表面34(b)從下部前表面34(a)至燃燒器耐火磚18的 外表面26的頂段28向內(nèi)縮窄。
如示出于附圖，燃燒器裝置10是自然吸氣式燃燒器(g卩，燃燒所 需的空氣被自然地吸入到燃燒器耐火磚18中)。充氣箱38附連至爐壁 14的后部并且附連至燃燒器耐火磚18的基部24，以從爐12外側(cè)向燃 燒器裝置10提供燃燒用空氣(通過(guò)箭頭40示出于附圖中)。充氣箱38包括空氣進(jìn)口42。風(fēng)門裝置44附連至空氣進(jìn)口 42，用于調(diào)節(jié)被引入 到充氣箱38和燃燒器裝置10中的空氣量。空氣開口 46延伸穿過(guò)爐壁 14，以允許空氣被從充氣箱38傳輸至燃燒器耐火磚18。
燃燒器喉部48被布置成穿過(guò)燃燒器耐火磚18。燃燒器喉部48包 括喉部壁50，其限定出并且圍繞著燃燒器喉部。燃燒器喉部48具有 進(jìn)口 52和出口 54。進(jìn)口 52被設(shè)置成從燃燒器喉部48的外側(cè)(具體地 講，充氣箱38)接收燃燒用空氣(表示為箭頭40)。燃燒器喉部48的進(jìn) 口 52對(duì)準(zhǔn)延伸穿過(guò)爐壁14的空氣開口 46,從而提供燃燒器喉部48 和充氣箱38之間的流體流通。燃燒器喉部48的出口 54被定位成鄰近 于燃燒器耐火磚的外表面26，并且被定位成將燃燒用空氣引入(表示為 箭頭40)到設(shè)置在爐12內(nèi)并且與燃燒器耐火磚18的外表面相鄰的燃燒 區(qū)58中。燃燒用空氣通過(guò)燃燒器喉部48的出口 54被排放到爐12內(nèi) 的燃燒區(qū)58中。
燃燒器喉部48的壁50朝著靠近燃燒器喉部48的出口 54的方向 向內(nèi)延伸以形成喉部橫檔部60。喉部橫檔部60用于穩(wěn)定火焰。
燃燒器導(dǎo)燃裝置20被用于在燃燒器喉部48內(nèi)產(chǎn)生導(dǎo)燃火焰62。 燃燒器導(dǎo)燃裝置20包括導(dǎo)燃燃料提升管64和導(dǎo)燃燃料末端件66。導(dǎo) 燃燃料提升管64具有進(jìn)口 68，其被設(shè)置成連接至燃料源70，和出口 72，其流體連通至導(dǎo)燃燃料末端件66。導(dǎo)燃提升管延伸穿過(guò)爐壁14 中的空氣開口 46到達(dá)燃燒器喉部48中。導(dǎo)燃末端件66被布置在燃燒 器喉部48內(nèi)。優(yōu)選地，在產(chǎn)生火焰62之前，燃燒器導(dǎo)燃裝置20將燃 料與氧氣在燃燒器導(dǎo)燃裝置中預(yù)混合。這可以被如此實(shí)現(xiàn)，例如，通 過(guò)在導(dǎo)燃提升管的進(jìn)口使用混合噴嘴。燃料在混合噴嘴中的動(dòng)力導(dǎo)致 吸入空氣(包括氧氣)并使其與燃料混合。
燃料噴射裝置22優(yōu)選地被設(shè)置成從安置在燃燒器喉部的外側(cè)的 一或多個(gè)燃料末端件74噴射燃燒器裝置10操作所需的基本上所有燃 料到爐12中。本說(shuō)明書以及權(quán)利要求書中提到的燃燒器裝置IO操作 所需的"基本上所有"燃料是指除了燃燒器導(dǎo)燃裝置20操作中所用燃 料之外燃燒器操作所需的所有燃料。燃料噴射裝置22包括主燃料提升 管76和主燃料末端件78，用于噴射主燃料到設(shè)置在爐12內(nèi)并且與燃
19燒器耐火磚18的外表面26相鄰的點(diǎn)燃區(qū)80中。主燃料提升管76具 有進(jìn)口 82,其被設(shè)置成流體連通至燃料源84，和出口 86，其流體連 通至主燃料末端件78。優(yōu)選地，主燃料提升管76的未延伸到爐14中 的部分被布置成穿過(guò)燃燒器耐火磚18。主燃料末端件78被至少部分 地布置在爐12內(nèi)，并且定位成鄰近于燃燒器耐火磚18的側(cè)壁段32 的前表面34的下部前表面34(a)。主燃料末端件78被定位成沿著前表 面34噴射主燃料到點(diǎn)燃區(qū)80中。點(diǎn)燃區(qū)80被鄰近于前表面34的傾 斜前表面34(b)定位。多個(gè)主燃料提升管76和主燃料末端件78以及多 個(gè)點(diǎn)燃區(qū)80可以被使用。圖1和3-5都描繪了兩個(gè)主燃料提升管76 和兩個(gè)相應(yīng)的主燃料末端件78，每個(gè)朝向單獨(dú)的點(diǎn)燃區(qū)80噴射主燃 料。
燃料噴射裝置22還包括輔助燃料噴射裝置90。輔助燃料噴射裝 置卯被定位成噴射輔助燃料到燃燒區(qū)58中。輔助燃料噴射裝置90 包括輔助燃料提升管92和輔助燃料末端件94。輔助燃料提升管92具 有進(jìn)口 98，其被設(shè)置成流體連通至燃料源100，和出口 102，其流體 連通至輔助燃料末端件94。輔助燃料提升管92被部分地布置成穿過(guò) 燃燒器耐火磚18并且延伸到被布置在燃燒器耐火磚18內(nèi)的溝槽104 中。每個(gè)溝槽104包括溝槽壁106和溝槽出口 108。輔助燃料提升管 92延伸穿過(guò)溝槽104的壁106。輔助燃料末端件94被定位在溝槽104 內(nèi)并且定位成通過(guò)溝槽的出口 108噴射輔助燃料到燃燒區(qū)58中。多個(gè) 輔助燃料提升管92、輔助燃料末端件94和相應(yīng)的溝槽104可以被使 用。如圖所示，燃料噴射裝置22包括兩個(gè)輔助燃料提升管92、兩個(gè) 輔助燃料末端件94和兩個(gè)相應(yīng)的溝槽104。
燃燒器裝置IO還包括點(diǎn)燃通路114，用于接收由燃燒器導(dǎo)燃裝置 20產(chǎn)生的火焰62的至少一部分。點(diǎn)燃通路114傳送火焰62或其一部 分至點(diǎn)燃區(qū)80,從而火焰62或其一部分可以點(diǎn)燃由主燃料末端件78 噴射到點(diǎn)燃區(qū)中的主燃料。點(diǎn)燃通路114在燃燒器喉部48和燃燒器耐 火磚18的外表面26之間延伸穿過(guò)燃燒器耐火磚18，具體地講，穿過(guò) 燃燒器耐火磚18的外表面26的側(cè)壁段32的前表面34的傾斜前表面 34(b)。點(diǎn)燃通路114包括鄰近于燃燒器喉部48定位的進(jìn)口 116，和鄰
20近于傾斜前表面34(b)定位的出口 118。
如圖中所示，每個(gè)點(diǎn)燃通路114接收火焰62的一部分62(a)并且 傳輸火焰部分62(a)至點(diǎn)燃區(qū)80。火焰部分62(a)接觸并點(diǎn)燃由主燃料 末端件78噴射到點(diǎn)燃區(qū)80中的主燃料。多個(gè)點(diǎn)燃通路114可以被使 用。如圖中所示，燃燒器裝置包括兩個(gè)點(diǎn)燃通路114。
燃燒器裝置IO還包括火焰分流器124，用于引起由燃燒器導(dǎo)燃裝 置20產(chǎn)生的火焰62的至少一部分被轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路114中。如圖中 所示，火焰分流器124被設(shè)置成引起由燃燒器導(dǎo)燃裝置20產(chǎn)生的火焰 62的一部分，即火焰部分62(a)，被轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路114中，以及由所 述燃燒器導(dǎo)燃裝置產(chǎn)生的火焰62的一部分，即火焰部分62(b)，被傳 輸通過(guò)燃燒器喉部48的出口 54到燃燒區(qū)58中。如有必要，火焰62 被分成火焰部分62(a)和62(b)二者的相對(duì)量可被調(diào)節(jié)。例如，火焰62 轉(zhuǎn)向到火焰部分62(a)中的量需要足夠，以允許火焰部分62(a)到達(dá)點(diǎn) 燃區(qū)80并在其中點(diǎn)燃主氣體。
在示于圖l-7的燃燒器裝置10的實(shí)施方式中，火焰分流器124為 撞塊126，其鄰近于點(diǎn)燃通路進(jìn)口 116附連于燃燒器喉部48的壁50 上。撞塊126將火焰62分裂為火焰部分62(a)和62(b)。它們還能被構(gòu) 造成將整個(gè)導(dǎo)燃火焰62轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路114中。
如最佳示于圖4-7，被傳輸通過(guò)點(diǎn)燃通路114的火焰部分62(a)還 在燃燒器耐火磚的外側(cè)被操控。在這一點(diǎn)上，燃燒器裝置IO包括轉(zhuǎn)向 件140，轉(zhuǎn)向件140被鄰近于燃燒器耐火磚18的外表面26定位，并 且定位成從點(diǎn)燃通路的出口 118重新引導(dǎo)火焰部分62(a)穿過(guò)燃燒器耐 火磚的外表面。在一個(gè)實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)向件140是在點(diǎn)燃通路出口 118 上定位在外表面26的側(cè)壁段32的前表面34的傾斜前表面34(b)上的 轉(zhuǎn)向塊142。傳輸通過(guò)點(diǎn)燃通路出口 118的火焰部分62(a)撞擊到轉(zhuǎn)向 塊142上，并被重新引導(dǎo)通過(guò)設(shè)置在傾斜前表面34(b)中并且穿透傾斜 前表面34(b)的通道144。
穩(wěn)定件150被定位在燃燒器耐火磚18的外表面26上，以接收火 焰部分62(a)(或其一部分)，并且促進(jìn)所接收的火焰與由主燃料末端件 78噴射的主燃料之間的接觸。具體地講，每個(gè)穩(wěn)定件150附連至相應(yīng)的轉(zhuǎn)向塊142并且基本上與其垂直地延伸在相應(yīng)的通道144下面，且 沿著傾斜前表面34(b)。穩(wěn)定件150用作峭壁狀擋流體，即它們接收來(lái) 自轉(zhuǎn)向塊142的火焰(或其一部分)以及從主燃料末端件78排放的主燃 料。從主燃料末端件78排放的主燃料被導(dǎo)致在穩(wěn)定件150上減速或發(fā) 生撞擊，在此通過(guò)火焰被點(diǎn)燃。
多個(gè)轉(zhuǎn)向塊142、通道144和穩(wěn)定件150可以被使用。如圖中所 示，轉(zhuǎn)向塊142、通道144和穩(wěn)定件150被與兩個(gè)點(diǎn)燃通路114中的 每個(gè)相關(guān)地使用。
現(xiàn)在參看圖8-10，燃燒器裝置10的附加配置被示出。如前所述， 燃燒器裝置IO可以被以各種方式構(gòu)造和與爐12相聯(lián)。例如，燃燒器 裝置IO可以水平或豎直地與爐12相聯(lián)，并且可以是向上噴火的(上燃 式)或向下噴火的(下燃式)。燃燒器裝置IO可以以任何定向與爐12相 聯(lián)。
如示于圖1和2，燃燒器裝置10被設(shè)計(jì)和構(gòu)造成水平安裝在爐12 的壁14上，并且鄰近于爐的側(cè)壁豎直噴火。圖8示出了燃燒器裝置 IO的一種設(shè)計(jì)和配置，其被設(shè)置成豎直安裝在爐12的壁14上，并且 鄰近于爐的側(cè)壁豎直噴火。示于圖8的本發(fā)明的燃燒器裝置沿著爐的 側(cè)壁噴火。作為例子，不同于圖l和2所示的燃燒器喉部48，示于圖 8的燃燒器喉部48的配置不是"L"形的，而是直的。
圖9示出了燃燒器裝置10的一種設(shè)計(jì)和配置，其被設(shè)置成豎直安 裝在在爐的底板14上，并且豎直噴火到爐的內(nèi)腔160中。示于圖9 的本發(fā)明的燃燒器裝置可以附連于或自由站立于爐內(nèi)腔160的中間區(qū) 域162中。這種配置包括多個(gè)主燃料末端件和提升管，點(diǎn)燃通路，以 及相應(yīng)的部件。其不包括溝槽104和用于輔助燃料噴射的相應(yīng)部件。
圖IO示出了燃燒器裝置IO的一種設(shè)計(jì)和配置，其類似于示于圖 9的本發(fā)明的燃燒器裝置，除了本發(fā)明的燃燒器裝置的這種配置被設(shè) 置成從爐12的頂板14豎直安裝，并且豎直向下噴火到爐內(nèi)腔160的 中間區(qū)域162中。
現(xiàn)在參看圖11A-11C，本發(fā)明的燃燒器裝置10的一種替代性實(shí)施 方式被示出。在該實(shí)施方式中，點(diǎn)燃通路114包括鄰近于進(jìn)口 116的科安達(dá)表面170，用于引起由燃燒器導(dǎo)燃裝置20產(chǎn)生的火焰62的至 少一部分被轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路114中。結(jié)果，火焰分流器124就不是必 需的了 。從導(dǎo)燃末端件66排放的火焰62或其一部分(取決于火焰的速 度，科安達(dá)表面的曲率，和本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它因素)附著于并 且隨從于科安達(dá)表面170的路徑到達(dá)點(diǎn)燃通路114中。如果需要，科 安達(dá)表面170可以與火焰分流器124相關(guān)聯(lián)地使用。
如圖11A-11C中所示，點(diǎn)燃通路114還可以包括鄰近于點(diǎn)燃通路 114的出口 118的科安達(dá)表面174，用于引起傳輸通過(guò)出口 118的火焰 部分62(a)的至少一部分被重新引導(dǎo)穿過(guò)燃燒器耐火磚18的外表面26 的側(cè)壁段32的前表面34的傾斜前表面34(b)。結(jié)果，轉(zhuǎn)向件140就不 是必需的了。傳輸通過(guò)點(diǎn)燃通路114的出口 118的火焰部分62(a)附著 于并且隨從于科安達(dá)表面174的路徑，以使得它們被穩(wěn)定件150接收。 在該實(shí)施方式中，穩(wěn)定件150是定位在出口 118下面的橫檔部178。 如果需要，轉(zhuǎn)向件140仍可被使用。
現(xiàn)在參看圖12A-12C，本發(fā)明的燃燒器裝置10的另一替代性實(shí)施 方式被示出。在該實(shí)施方式中，火焰分流器124是與點(diǎn)燃通路114相 聯(lián)的流體噴射裝置180，用于朝向點(diǎn)燃區(qū)80噴射流體到點(diǎn)燃通路中， 以產(chǎn)生在噴射通路114中低于燃燒器喉部48中壓力的壓力。噴射通路 中相對(duì)低的壓力將導(dǎo)燃火焰62或其一部分(火焰部分62a)被吸引到噴 射通路114中。流體噴射裝置180被設(shè)置成流體連通至燃料源182， 從而流體噴射裝置可以噴射燃料到點(diǎn)燃通路114中。如最佳示于圖 12C，燃料引出通路190形成于燃燒器耐火磚18中。每個(gè)流體引出通 路190從主燃料提升管76延伸至相應(yīng)的點(diǎn)燃通路114。每個(gè)燃料引出 通路190的進(jìn)口 192流體連通至相應(yīng)的主燃料提升管76并從其接收主 燃料。每個(gè)燃料引出通路l卯的出口 194流體連通至相應(yīng)的點(diǎn)燃通路 114。通過(guò)這種方式，燃料可被從主燃料提升管76直接噴射到點(diǎn)燃通 路114中，以將導(dǎo)燃火焰62或其一部分引出到點(diǎn)燃通路中。燃料引出 通路190中的主燃料在通路中被火焰62點(diǎn)燃并且燃燒，或者在點(diǎn)燃區(qū) 中被點(diǎn)燃并且燃燒。
現(xiàn)在參看圖13A-13C，本發(fā)明的燃燒器裝置10的另一替代性實(shí)施方式被示出。在該實(shí)施方式中，點(diǎn)燃通路114被以從燃燒器喉部48徑 向向外分散的角度布置成穿過(guò)燃燒器耐火磚18。在該實(shí)施方式中，通 路U4從燃燒器喉部48以大得多的角度徑向向外分散(同圖5所示從 燃燒器喉部48徑向向外分散的通路114的角度相比)。這使得從通路 114排放的火焰更靠近于主燃料末端件78，并且有助于引導(dǎo)火焰穿過(guò) 傾斜前表面34(b)。由于出口 118的位置和火焰從其噴射的角度，轉(zhuǎn)向 件140就不是必需的了。傳輸通過(guò)點(diǎn)燃通路114的出口 118的火焰部 分62(a)被穩(wěn)定件196接收。穩(wěn)定件196是定位在出口 118下面的橫檔 部198。如果需要，轉(zhuǎn)向件140仍可被使用。
傾斜前表面34(b)可以急劇傾斜或平緩傾斜。 一個(gè)決定因素包括用 于從主燃料末端件78噴射主燃料到傾斜前表面34(b)上的壓力。
本發(fā)明的燃燒器裝置的操作
各種不同類型的燃料可以被本發(fā)明的燃燒器裝置IO燃燒，包括天 然氣，甲烷，氫氣，丙垸，丙烯，乙垸，乙烯，丁烷，丁烯，其它典 型精煉類型燃料，以及它們的混合物。優(yōu)選地，燃料是氣態(tài)的，盡管 利用本領(lǐng)域中已知的燃料霧化器和其它設(shè)備，液體燃料可被使用。
本發(fā)明的燃燒器裝置IO可以被用以使燃料在爐內(nèi)空間16中燃燒 以便產(chǎn)生熱量，而不需要在燃燒器喉部48中使相當(dāng)大量的燃料與燃燒 用空氣混合。本說(shuō)明書以及權(quán)利要求書中提到的"而不需要在燃燒器喉 部48中使相當(dāng)大量的燃料與燃燒用空氣混合"是指，除了添加到燃燒 器喉部的用于在其中產(chǎn)生導(dǎo)燃火焰62的燃料以外，不需要添加燃料(例 如，初級(jí)燃料)至燃燒器喉部。
本發(fā)明的燃燒器裝置10被附連至爐壁14，以使得燃燒器耐火磚 18的外表面延伸到爐內(nèi)空間16中。燃燒器裝置IO還能自由站立于爐 12的內(nèi)腔中。如前面所解釋，燃燒用空氣(通過(guò)箭頭40示出于附圖中) 被從充氣箱38通過(guò)空氣開口 46提供至燃燒器喉部進(jìn)口 52。
燃燒用空氣被從充氣箱38引導(dǎo)到燃燒器喉部48中并且通過(guò)燃燒 器喉部的出口 54到燃燒區(qū)58中。燃燒區(qū)58被安置在爐12內(nèi)并且鄰 近于燃燒器耐火磚18的外表面26。利用通過(guò)燃燒器導(dǎo)燃裝置20提供的導(dǎo)燃燃料，導(dǎo)燃火焰62產(chǎn)生在燃燒器喉部48內(nèi)。在產(chǎn)生導(dǎo)燃火焰 之前，氧氣與導(dǎo)燃燃料在燃燒器導(dǎo)燃裝置20中被預(yù)混合。
燃燒器裝置10操作所需的基本上所有燃料被從安置在燃燒器喉 部48的外側(cè)的燃料末端件74噴射到爐12中。如前所述，本說(shuō)明書以 及權(quán)利要求書中提到的燃燒器裝置10操作所需的"基本上所有"燃料， 指的是除了燃燒器導(dǎo)燃裝置20操作中使用的燃料以外燃燒器操作所 需的所有燃料。燃料末端件74包括主燃料末端件78。主燃料末端件 78噴射主燃料到設(shè)置在爐12內(nèi)并且與燃燒器耐火磚18的外表面26 相鄰的點(diǎn)燃區(qū)80中。主燃料在點(diǎn)燃區(qū)80中被點(diǎn)燃。然后，點(diǎn)燃的主 燃料在燃燒區(qū)58中被與燃燒用空氣混合。用于在爐中產(chǎn)生熱量的燃料 主燃燒發(fā)生在燃燒區(qū)58中。
在一個(gè)實(shí)施方式中，產(chǎn)生于燃燒器喉部48中的導(dǎo)燃火焰62的至 少一部分被用于在點(diǎn)燃區(qū)中點(diǎn)燃主燃料80。導(dǎo)燃火焰62或其一部分 通過(guò)在燃燒器喉部48和燃燒器耐火磚的外表面26之間延伸穿過(guò)燃燒 器耐火磚18的點(diǎn)燃通路114被引導(dǎo)到點(diǎn)燃區(qū)80中，從而導(dǎo)燃火焰或 其一部分可以在點(diǎn)燃區(qū)80中接觸并點(diǎn)燃燃料。
導(dǎo)燃火焰62或其一部分被轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路114中。優(yōu)選地，導(dǎo)燃 火焰的第一部分62(a)被轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路114中，導(dǎo)燃火焰的第二部分 62(b)被允許傳輸通過(guò)燃燒器喉部48到燃燒區(qū)58中。在一個(gè)實(shí)施方式 中，通過(guò)使導(dǎo)燃火焰或其一部分撞擊到定位在燃燒器喉部中的火焰分 流器124上，導(dǎo)燃火焰或其一部分被轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路中。在另一實(shí)施 方式中，點(diǎn)燃通路114包括科安達(dá)表面，通過(guò)在科安達(dá)表面上引導(dǎo)導(dǎo) 燃火焰或其一部分，導(dǎo)燃火焰62或其一部分被轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路中。在 又一實(shí)施方式中，通過(guò)使得點(diǎn)燃通路中的壓力低于燃燒器喉部48中的 壓力，導(dǎo)燃火焰62或其一部分被轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路114中。優(yōu)選地，通 過(guò)朝向點(diǎn)燃區(qū)80噴射引出流體到點(diǎn)燃通路中，而使得點(diǎn)燃通路114中 的壓力低于燃燒器喉部48中的壓力。優(yōu)選地，所述引出流體是燃料。
燃料末端件74還包括輔助燃料末端件94，用于噴射輔助燃料到 燃燒區(qū)58中。輔助燃料被從輔助燃料末端件94噴射到溝槽104中， 并噴射到燃燒區(qū)58中。隨著輔助燃料燃燒，其通過(guò)吸引火焰使其更靠近爐12的側(cè)壁14而在燃燒區(qū)58中控制火焰。這里使用的術(shù)語(yǔ)"輔助" 應(yīng)當(dāng)理解為是指被引導(dǎo)通過(guò)輔助燃料末端件94的燃料通常少于通過(guò) 主燃料末端件78的燃料。在一些應(yīng)用中，通過(guò)輔助燃料末端件94排 放到燃燒區(qū)58中的輔助燃料量可以超過(guò)通過(guò)主燃料末端件78排放的 主燃料量。
為了進(jìn)一步展示本發(fā)明，下面的實(shí)施例和測(cè)試數(shù)據(jù)被提供。 本發(fā)明的燃燒器裝置10的性能被測(cè)試。經(jīng)受測(cè)試的燃燒器裝置 10大體上的構(gòu)造類似于圖1-7所示的燃燒器裝置10。
每次測(cè)試開始時(shí)爐12是冷的。下面顯示的測(cè)試數(shù)據(jù)是從生火過(guò)程 開始獲取的。生火過(guò)程包括下述步驟打開爐風(fēng)門，以大約0.75 MMBtu/小時(shí)的釋熱量在12%的02的條件下對(duì)爐升溫大約10分鐘，然 后，將釋熱量增大至大約1.25 MMBtu/小時(shí)，在9%的02的條件下維 持大約30分鐘。
在啟動(dòng)過(guò)程中，主燃料被噴射到傾斜前表面34(b)上，并且撞擊到 火焰穩(wěn)定件150上。導(dǎo)燃火焰62的一部分(與氧氣預(yù)混合)借助于火焰 分流器124而被轉(zhuǎn)向通過(guò)點(diǎn)燃通路114。轉(zhuǎn)向火焰被從點(diǎn)燃通路114 排放并且借助于轉(zhuǎn)向塊142而被重新引導(dǎo)到火焰穩(wěn)定件150上。轉(zhuǎn)向 火焰和從主燃料末端件78噴射的主燃料在點(diǎn)燃區(qū)80中相接觸，并且 主燃料在其中被點(diǎn)燃。點(diǎn)燃的主燃料在傾斜前表面34(b)上繼續(xù)向上流 動(dòng)到燃燒區(qū)58中。火焰62的一部分離開燃燒器喉部48的出口 54， 從而提供附加點(diǎn)燃源并且穩(wěn)定燃燒器。在燃燒區(qū)58中，輔助燃料、來(lái) 自燃燒器喉部48的燃燒用空氣以及點(diǎn)燃的主燃料進(jìn)一步被燃燒，其中 相對(duì)低量級(jí)的氮氧化物被產(chǎn)生。
下面的測(cè)試數(shù)據(jù)被產(chǎn)生。
_測(cè)試數(shù)據(jù)_
數(shù)據(jù)組K生火)
燃料 100% TNG*
燃料流率 793.0 scfh
燃料溫度 94°F
26燃燒用空氣溫度
煙囪溫度
爐溫度
低爐溫
爐膛壓力
燃燒器壓降
燃料壓力
用于導(dǎo)燃的預(yù)混合氣體 燃燒器釋熱 燃燒器流率 燃燒器低發(fā)熱值
NOx排放 CO排放 02(干燥)
* Tulsa天然氣
數(shù)據(jù)組2(快速升溫)
燃料
燃料流率
燃料溫度
燃燒用空氣溫度
煙囪溫度
爐溫度
低爐溫
爐膛壓力
燃燒器壓降
燃料壓力
76。F 648叩 799。F 278叩
0.24英寸H20 0.21英寸H20 2.6 psig
0.72 MMBtu/小時(shí) 793 scfh 913.00 Btu/scf 9.72 ppmvd 307.94 ppmvd 14.34%vd
100% TNG*
1102.0 scfh
940F
77。F
7960F
960oF
394。F
0.25英寸H20 0.23英寸H20 4.8 psig用于導(dǎo)燃的預(yù)混合氣體 燃燒器釋熱 燃燒器流率 燃燒器低發(fā)熱值
NOx排放
CO排放
02(干燥)
1.01 MMBtu/小時(shí) 1102 scfh 913.00 Btu/scf 9.99 ppmvd 653,77 ppmvd** 12.23%vd
* Tulsa天然氣
**該值在升溫速度降低的情況下會(huì)顯著減小
數(shù)據(jù)組3(常規(guī)操作，TNG*):
燃料流率
燃料溫度
燃燒用空氣溫度
煙囪溫度
爐溫度
低爐溫
爐膛壓力
燃燒器壓降
燃料壓力
100% TNG*
1806.0 scfh
99。F
83。F
1417。F
1573。F
12490F
0.22英寸H20 0.15英寸H20 12.1 psig
用于導(dǎo)燃的預(yù)混合氣體
燃燒器釋熱
燃燒器流率
燃燒器低發(fā)熱值
NOx排放
CO排放
02(干燥)
1.65 MMBtu/小時(shí) 1806 scfh 913.00 Btu/scf 10,92 ppmvd 0.0 ppmvd 4.01%vd
28* Tulsa天然氣數(shù)據(jù)組4(常規(guī)操作，高氫燃料):燃料燃料流率燃料溫度燃燒用空氣溫度煙囪溫度爐溫度低爐溫爐膛壓力燃燒器壓降燃料壓力用于導(dǎo)燃的預(yù)混合氣體 燃燒器釋熱 燃燒器流率 燃燒器低發(fā)熱值NOx排放 CO排放 02(干燥)* Tulsa天然氣47.70% TNG*20.79%丙烷31.51% H2811.0 scfh TNG353 scfh丙烷536 scfh H2106oF82。F1448。F1591。F1283。F0.24英寸H20 0.17英寸H20 12.1 psig1.71 MMBtu/小時(shí) 1701 scfh 1003.00 Btu/scf 20.27 ppmvd 0.0 ppmvd 3.88%vd數(shù)據(jù)組5(常規(guī)操作，高氫燃料與空氣預(yù)熱):燃料燃料流率燃料溫度燃燒用空氣溫度煙囪溫度爐溫度低爐溫爐膛壓力燃燒器壓降燃料壓力用于導(dǎo)燃的預(yù)混合氣體 燃燒器釋熱 燃燒器流率 燃燒器低發(fā)熱值NOx排放 CO排放 02(干燥)* Tulsa天然氣說(shuō)明書第18/19頁(yè)48.01% TNG* 20.47%丙烷 31.53% H2 818.0 scfhTNG 350 scfh丙烷 537 scfh H2 120。F 554。F 1525。F 1674。F 13610F0.28英寸H20 0.24英寸H20 14.0 psig1.70MMBtu/小時(shí) 1704 scfh 998.39.00 Btu/scf 26.06 ppmvd 0.0 ppmvd 2.97%vd因此，本發(fā)明的燃燒器裝置IO的表現(xiàn)非常好。在燃燒器裝置的常 規(guī)操作的過(guò)程中基本上沒(méi)有一氧化碳排放物被檢測(cè)到。氮氧化物排放 非常低?；诒菊f(shuō)明書以及所公開的本發(fā)明實(shí)施方式中，本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以構(gòu)想出本發(fā)明的其它實(shí)施方式。因此，前面的描述僅僅是為了解釋本發(fā)明，而本發(fā)明真正的范圍由權(quán)利要求限定。因此，本發(fā)明被良好地構(gòu)造成能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的，并且能夠 獲得前面描述以及暗含的效果和優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1、一種用于爐的燃燒器裝置，包括與爐相聯(lián)的燃燒器耐火磚，所述燃燒器耐火磚包括外表面，其適于被安置在爐內(nèi)；和燃燒器喉部，其被布置成穿過(guò)所述燃燒器耐火磚，所述燃燒器喉部具有進(jìn)口和出口，所述燃燒器喉部的所述進(jìn)口被設(shè)置成從所述燃燒器喉部的外側(cè)接收燃燒用空氣，所述燃燒器喉部的所述出口被定位成鄰近于所述燃燒器耐火磚的所述外表面并且定位成將燃燒用空氣引入到設(shè)置在所述爐內(nèi)并且與所述燃燒器耐火磚的所述外表面相鄰的燃燒區(qū)中；燃燒器導(dǎo)燃裝置，其用于在所述燃燒器喉部?jī)?nèi)產(chǎn)生導(dǎo)燃火焰，所述燃燒器導(dǎo)燃裝置包括導(dǎo)燃燃料末端件以及導(dǎo)燃燃料提升管，所述導(dǎo)燃燃料提升管具有被設(shè)置成流體連通至燃料源的進(jìn)口和流體連通至所述導(dǎo)燃燃料末端件的出口，所述導(dǎo)燃燃料末端件被布置在所述燃燒器喉部?jī)?nèi)；以及燃料噴射裝置，其被設(shè)置成從安置在所述燃燒器喉部的外側(cè)的一或多個(gè)燃料末端件噴射所述燃燒器裝置的操作所需的基本上所有燃料到所述爐中，所述燃料噴射裝置包括主燃料末端件和主燃料提升管，用于噴射主燃料到設(shè)置在所述爐內(nèi)并且與所述燃燒器耐火磚的所述外表面相鄰的點(diǎn)燃區(qū)中，所述主燃料提升管具有被設(shè)置成流體連通至燃料源的進(jìn)口和流體連通至所述燃料末端件的出口，所述燃料末端件至少部分地布置在所述爐內(nèi)并且定位成鄰近于所述燃燒器耐火磚的所述外表面。
2、 如權(quán)利要求1所述的燃燒器裝置，其中，所述燃燒器耐火磚還 包括點(diǎn)燃通路，用于接收由所述燃燒器導(dǎo)燃裝置產(chǎn)生的火焰的至少一 部分并將所述火焰或其一部分傳輸至所述點(diǎn)燃區(qū)，從而所述火焰或其 一部分能夠接觸并點(diǎn)燃由所述主燃料末端件噴射到所述噴射區(qū)中的主 燃料，所述噴射通路在所述燃燒器喉部與所述燃燒器耐火磚的所述外表面之間延伸穿過(guò)所述燃燒器耐火磚并且具有進(jìn)口和出口，所述點(diǎn)燃 通路的所述進(jìn)口被定位成鄰近于所述燃燒器喉部并且所述點(diǎn)燃通路的 所述出口被定位成鄰近于所述燃燒器耐火磚的所述外表面。
3、 如權(quán)利要求2所述的燃燒器裝置，其中，所述燃燒器導(dǎo)燃裝置 被設(shè)置成在產(chǎn)生所述火焰之前使氧氣與燃料在所述燃燒器導(dǎo)燃裝置中 預(yù)混合。
4、 如權(quán)利要求2所述的燃燒器裝置，其中，所述點(diǎn)燃通路包括科 安達(dá)表面，用于引起由所述燃燒器導(dǎo)燃裝置產(chǎn)生的火焰的至少一部分 被轉(zhuǎn)向到所述點(diǎn)燃通路中。
5、 如權(quán)利要求2所述的燃燒器裝置，還包括火焰分流器，用于引 起由所述燃燒器導(dǎo)燃裝置產(chǎn)生的火焰的至少一部分被轉(zhuǎn)向到所述點(diǎn)燃 通路中。
6、 如權(quán)利要求5所述的燃燒器裝置，其中，所述火焰分流器被設(shè) 置成引起由所述燃燒器導(dǎo)燃裝置產(chǎn)生的火焰的一部分被轉(zhuǎn)向到所述點(diǎn) 燃通路中，并且由所述燃燒器導(dǎo)燃裝置產(chǎn)生的火焰的一部分被傳輸通 過(guò)所述燃燒器喉部的所述出口到所述燃燒區(qū)中。 >
7、 如權(quán)利要求5所述的燃燒器裝置，其中，所述火焰分流器是安 置在所述燃燒器喉部中的撞擊件。
8、 如權(quán)利要求7所述的燃燒器裝置，其中，所述火焰分流器是與 所述點(diǎn)燃通路相關(guān)的流體噴射裝置，用于朝向所述點(diǎn)燃區(qū)噴射流體到 所述點(diǎn)燃通路中。
9、 如權(quán)利要求8所述的燃燒器裝置，其中，所述流體噴射裝置被 設(shè)置成流體連通至燃料源，從而所述流體噴射裝置能夠噴射燃料到所述點(diǎn)燃通路中。
10、 如權(quán)利要求1所述的燃燒器裝置，其中，所述燃燒器耐火磚的所述外表面包括頂段、底段和將所述頂段連接至所述底段的側(cè)壁段。
11、 如權(quán)利要求io所述的燃燒器裝置，其中，所述主燃料燃燒末端件和所述點(diǎn)燃區(qū)被設(shè)置成與所述燃燒器耐火磚的所述外表面的所述 側(cè)壁段相鄰。
12、 如權(quán)利要求ll所述的燃燒器裝置，其中，所述燃料噴射裝置 還包括輔助燃料末端件和輔助燃料提升管，用于噴射輔助燃料到所述 燃燒區(qū)中，所述輔助燃料提升管具有被設(shè)置成流體連通至燃料源的進(jìn) 口和連接至所述輔助燃料末端件的出口 。
13、 如權(quán)利要求12所述的燃燒器裝置，其中，所述輔助燃料提升 管被部分地布置成穿過(guò)燃燒器耐火磚并且延伸到布置在燃燒器耐火磚 內(nèi)的溝槽中，所述溝槽包括鄰近于所述燃燒區(qū)定位的出口，并且所述 輔助燃料末端件布置在所述溝槽內(nèi)。
14、 如權(quán)利要求2所述的燃燒器裝置，還包括轉(zhuǎn)向件，所述轉(zhuǎn)向 件鄰近于所述燃燒器耐火磚的所述外表面定位，并且定位成重新引導(dǎo) 所述火焰或其一部分從所述點(diǎn)燃通路的所述出口穿越所述燃燒器耐火 磚的所述外表面。
15、 如權(quán)利要求14所述的燃燒器裝置，還包括穩(wěn)定件，所述穩(wěn)定 件定位在所述燃燒器耐火磚的所述外表面上，以接收所述火焰或其一 部分，并且促進(jìn)所述火焰或其一部分與由所述主燃料末端件噴射的燃 料接觸。
16、 如權(quán)利要求15所述的燃燒器裝置，其中，所述穩(wěn)定件附連至所述轉(zhuǎn)向件并且基本上與所述轉(zhuǎn)向件垂直地沿著所述燃燒器耐火磚的 所述外表面延伸，并且所述穩(wěn)定件從所述轉(zhuǎn)向塊接收所述火焰或其一 部分。
17、 如權(quán)利要求1所述的燃燒器裝置，其中，所述燃料噴射裝置 還包括輔助燃料末端件和輔助燃料提升管，所述輔助燃料提升管具有 被設(shè)置成流體連通至燃料源的進(jìn)口和連接至所述輔助燃料末端件的出 口，所述輔助燃料末端件至少部分地布置在所述爐內(nèi)并且定位成排放 所述輔助燃料到所述燃燒區(qū)中。
18、 一種用于爐的燃燒器裝置，包括-與爐相聯(lián)的燃燒器耐火磚，所述燃燒器耐火磚包括-外表面，其適于被安置在爐內(nèi)；以及燃燒器喉部，其被布置成穿過(guò)所述燃燒器耐火磚，所述燃燒 器喉部具有進(jìn)口和出口，所述燃燒器喉部的所述進(jìn)口被設(shè)置 成從所述燃燒器喉部的外側(cè)接收燃燒用空氣，所述燃燒器喉 部的所述出口被定位成鄰近于所述燃燒器耐火磚的所述外 表面并且定位成將燃燒用空氣引入到設(shè)置在所述爐內(nèi)并且 與所述燃燒器耐火磚的所述外表面相鄰的燃燒區(qū)中； 點(diǎn)燃通路，其在所述燃燒器喉部與所述燃燒器耐火磚的所述外表 面之間延伸穿過(guò)所述燃燒器耐火磚并且具有進(jìn)口和出口，所述點(diǎn)燃通 路的所述進(jìn)口被定位成鄰近于所述燃燒器喉部，并且所述點(diǎn)燃通路的 所述出口被定位成鄰近于所述燃燒器耐火磚的所述外表面；燃燒器導(dǎo)燃裝置，其用于在所述燃燒器喉部?jī)?nèi)產(chǎn)生導(dǎo)燃火焰，所 述燃燒器導(dǎo)燃裝置包括導(dǎo)燃燃料末端件和導(dǎo)燃燃料提升管，所述導(dǎo)燃 燃料提升管具有被設(shè)置成流體連通至燃料源的進(jìn)口和流體連通至所述 導(dǎo)燃燃料末端件的出口 ，所述導(dǎo)燃燃料末端件被布置在所述燃燒器喉 部?jī)?nèi)；以及燃料噴射裝置，其被設(shè)置成從安置在所述燃燒器喉部的外側(cè)的一 或多個(gè)燃料末端件噴射燃料到所述爐中，所述燃料噴射裝置包括主燃料末端件和主燃料提升管，用于噴射主燃料到設(shè)置在所述爐內(nèi)并且與 所述燃燒器耐火磚的所述外表面相鄰的點(diǎn)燃區(qū)中，所述主燃料提升管 具有被設(shè)置成流體連通至氣體燃料源的進(jìn)口和流體連通至所述主燃料 末端件的出口，所述主燃料末端件至少部分地布置在所述爐內(nèi)并且定 位成鄰近于所述燃燒器耐火磚的所述外表面，從而所述點(diǎn)燃通路接收 由所述燃燒器導(dǎo)燃裝置產(chǎn)生的所述導(dǎo)燃火焰的至少一部分并且傳輸所 述火焰或其一部分至所述點(diǎn)燃區(qū)，以使得所述火焰或其一部分能夠接 觸并點(diǎn)燃由所述主燃料末端件噴射到所述點(diǎn)燃區(qū)中的主燃料。
19、 如權(quán)利要求18所述的燃燒器裝置，其中，所述燃料噴射裝置 被設(shè)置成從安置在所述燃燒器喉部的外側(cè)的一或多個(gè)燃料末端件噴射 所述燃燒器裝置的操作所需的基本上所有燃料到所述爐中。
20、 如權(quán)利要求18所述的燃燒器裝置，其中，所述燃燒器導(dǎo)燃裝 置被設(shè)置成在產(chǎn)生所述火焰之前使氧氣與導(dǎo)燃燃料在所述燃燒器導(dǎo)燃 裝置中預(yù)混合。
21、 如權(quán)利要求18所述的燃燒器裝置，其中，所述點(diǎn)燃通路包括 科安達(dá)表面，用于引起由所述燃燒器導(dǎo)燃裝置產(chǎn)生的火焰的至少一部 分被轉(zhuǎn)向到所述點(diǎn)燃通路中。
22、 如權(quán)利要求18所述的燃燒器裝置，還包括火焰分流器，用于 引起由所述燃燒器導(dǎo)燃裝置產(chǎn)生的火焰的至少一部分被轉(zhuǎn)向到所述點(diǎn) 燃通路中。
23、 如權(quán)利要求22所述的燃燒器裝置，其中，所述火焰分流器被 設(shè)置成引起由所述燃燒器導(dǎo)燃裝置產(chǎn)生的火焰的一部分被轉(zhuǎn)向到所述 點(diǎn)燃通路中，并且由所述燃燒器導(dǎo)燃裝置產(chǎn)生的火焰的一部分被傳輸 通過(guò)所述燃燒器喉部的所述出口到所述燃燒區(qū)中。
24、 如權(quán)利要求22所述的燃燒器裝置，其中，所述火焰分流器是安置在所述燃燒器喉部中的撞擊件。
25、 如權(quán)利要求22所述的燃燒器裝置，其中，所述火焰分流器是與所述點(diǎn)燃通路相關(guān)的流體噴射裝置，用于朝向所述點(diǎn)燃區(qū)噴射流體到所述點(diǎn)燃通路中。
26、 如權(quán)利要求25所述的燃燒器裝置，其中，所述流體噴射裝置被設(shè)置成流體連通至燃料源，從而所述流體噴射裝置能夠噴射燃料到所述點(diǎn)燃通路中。
27、 如權(quán)利要求18所述的燃燒器裝置，其中，所述燃燒器耐火磚的所述外表面包括頂段、底段和將所述頂段連接至所述底段的側(cè)壁段。
28、 如權(quán)利要求27所述的燃燒器裝置，其中，所述主燃料燃燒末端件和所述點(diǎn)燃區(qū)被設(shè)置成與所述燃燒器耐火磚的所述外表面的所述側(cè)壁段相鄰。
29、 如權(quán)利要求28所述的燃燒器裝置，其中，所述燃料噴射裝置還包括輔助燃料末端件和輔助燃料提升管，用于噴射輔助燃料到所述燃燒區(qū)中，所述輔助燃料提升管具有被設(shè)置成流體連通至燃料源的進(jìn)口和連接至所述輔助燃料末端件的出口 。
30、 如權(quán)利要求29所述的燃燒器裝置，其中，所述輔助燃料提升管被部分地布置成穿過(guò)燃燒器耐火磚并且延伸到布置在燃燒器耐火磚內(nèi)的溝槽中，所述溝槽包括鄰近于所述燃燒區(qū)定位的出口，并且所述輔助燃料末端件布置在所述溝槽內(nèi)。
31、 如權(quán)利要求18所述的燃燒器裝置，其中，所述燃燒器裝置包括一個(gè)以上的點(diǎn)燃通路、 一個(gè)以上的點(diǎn)燃區(qū)和一個(gè)以上的主燃料燃燒末端件，所述點(diǎn)燃區(qū)和主燃料燃燒末端件被鄰近于所述燃燒器耐火磚的所述外表面的所述側(cè)壁段定位。
32、 如權(quán)利要求31所述的燃燒器裝置，其中，所述燃料噴射裝置包括一個(gè)以上的輔助燃料末端件，所述輔助燃料末端件被定位成排放輔助燃料到所述燃燒區(qū)中。
33、 如權(quán)利要求18所述的燃燒器裝置，還包括轉(zhuǎn)向件，所述轉(zhuǎn)向件鄰近于所述燃燒器耐火磚的所述外表面定位，并且定位成重新引導(dǎo)所述火焰或其一部分從所述點(diǎn)燃通路的所述出口穿越所述外表面。
34、 如權(quán)利要求33所述的燃燒器裝置，還包括穩(wěn)定件，所述穩(wěn)定件定位在所述燃燒器耐火磚的所述外表面上，以接收所述火焰或其一部分，并且促進(jìn)所述火焰或其一部分與由所述主燃料末端件噴射的燃料相接觸。
35、 如權(quán)利要求34所述的燃燒器裝置，其中，所述穩(wěn)定件附連至所述轉(zhuǎn)向件并且基本上與所述轉(zhuǎn)向件垂直地沿著所述燃燒器耐火磚的所述外表面延伸，并且所述穩(wěn)定件從所述轉(zhuǎn)向塊接收所述火焰或其一部分。
36、 一種使用燃燒器裝置的方法，所述燃燒器裝置包括燃燒器耐火磚和延伸穿過(guò)其中的燃燒器喉部，以使燃料在爐內(nèi)空間燃燒以便產(chǎn)生熱量，而不需要大量燃料與燃燒用空氣在燃燒器喉部中混合，所述方法包括傳輸燃燒用空氣通過(guò)燃燒器喉部到設(shè)置在爐內(nèi)并且與燃燒器耐火磚的外表面相鄰的燃燒區(qū)中；利用由燃燒器導(dǎo)燃裝置提供的導(dǎo)燃燃料在燃燒器喉部中產(chǎn)生導(dǎo)燃火焰；從安置在燃燒器喉部的外側(cè)的一或多個(gè)燃料末端件噴射燃燒器裝置操作所需的基本上所有燃料到爐中，所述一或多個(gè)燃料末端件包括主燃料末端件，用于噴射主燃料到設(shè)置在爐內(nèi)并且與燃燒器耐火磚的外表面相鄰的點(diǎn)燃區(qū)中；在點(diǎn)燃區(qū)中點(diǎn)燃主燃料；以及使點(diǎn)燃的主燃料與傳輸通過(guò)燃燒器喉部的燃燒用空氣在燃燒區(qū)中相混合。
37、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中，產(chǎn)生于燃燒器喉部中的導(dǎo)燃火焰的至少一部分被用于在點(diǎn)燃區(qū)中點(diǎn)燃主燃料。
38、 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，導(dǎo)燃火焰或其一部分被用于通過(guò)下述方式在點(diǎn)燃區(qū)中點(diǎn)燃主燃料將導(dǎo)燃火焰或其一部分通過(guò)在燃燒器喉部與燃燒器耐火磚的外表面之間延伸穿過(guò)燃燒器耐火磚的點(diǎn)燃通路傳輸?shù)近c(diǎn)燃區(qū)中，從而導(dǎo)燃火焰或其一部分能夠在噴射區(qū)中接觸并點(diǎn)燃燃料。
39、 如權(quán)利要求38所述的方法，還包括下述步驟在產(chǎn)生導(dǎo)燃火焰之前使氧氣與導(dǎo)燃燃料在燃燒器導(dǎo)燃裝置中預(yù)混合。
40、 如權(quán)利要求39所述的方法，還包括下述步驟使導(dǎo)燃火焰或其一部分轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路中。
41、 如權(quán)利要求38所述的方法，還包括使導(dǎo)燃火焰的第一部分轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路中，并且允許導(dǎo)燃火焰的第二部分被傳輸通過(guò)燃燒器喉部到燃燒區(qū)中。
42、 如權(quán)利要求40所述的方法，其中，通過(guò)使導(dǎo)燃火焰或其一部分撞擊在定位于燃燒器喉部中的轉(zhuǎn)向件上，使導(dǎo)燃火焰或其一部分轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路中。
43、 如權(quán)利要求40所述的方法，其中，點(diǎn)燃通路包括科安達(dá)表面，并且通過(guò)將導(dǎo)燃火焰或其一部分引導(dǎo)到科安達(dá)表面上，而使導(dǎo)燃火焰或其一部分轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路中。
44、 如權(quán)利要求40所述的方法，其中，通過(guò)使得點(diǎn)燃通路中的壓力低于燃燒器喉部中的壓力，而使導(dǎo)燃火焰或其一部分轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路中。
45、 如權(quán)利要求44所述的方法，其中，通過(guò)朝向點(diǎn)燃區(qū)噴射引出流體到點(diǎn)燃通路中，而導(dǎo)致點(diǎn)燃通路中的壓力低于燃燒器喉部中的壓力。
46、 如權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述引出流體是燃料。
47、 如權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述一或多個(gè)燃料末端件包括輔助燃料末端件，用于噴射輔助燃料到燃燒區(qū)中，并且所述方法還包括噴射輔助燃料到燃燒區(qū)中的步驟。
48、 一種使用燃燒器裝置的方法，所述燃燒器裝置包括燃燒器耐火磚和延伸穿過(guò)其中的燃燒器喉部，以使燃燒燃料在爐內(nèi)空間以便產(chǎn)生熱量，所述方法包括傳輸燃燒用空氣通過(guò)燃燒器喉部到設(shè)置在爐內(nèi)并且與燃燒器耐火磚的外表面相鄰的燃燒區(qū)中；利用由燃燒器導(dǎo)燃裝置提供的導(dǎo)燃燃料在燃燒器喉部中產(chǎn)生導(dǎo)燃火焰；從安置在燃燒器喉部的外側(cè)的一或多個(gè)燃料末端件噴射燃料到爐中，所述一或多個(gè)燃料末端件包括主燃料末端件，用于噴射主燃料到設(shè)置在爐內(nèi)并且與燃燒器耐火磚的外表面相鄰的點(diǎn)燃區(qū)中；將導(dǎo)燃火焰的至少一部分從燃燒器喉部傳輸至點(diǎn)燃區(qū)，并且利用所述導(dǎo)燃火焰或其一部分在點(diǎn)燃區(qū)中點(diǎn)燃主燃料；以及將點(diǎn)燃的主燃料與傳輸通過(guò)燃燒器喉部到燃燒區(qū)中的燃燒用空氣相混合。
49、 如權(quán)利要求48所述的方法，其中，通過(guò)將導(dǎo)燃火焰或其一部分傳輸通過(guò)在燃燒器喉部與所述燃燒器耐火磚的外表面之間延伸穿過(guò)燃燒器耐火磚的點(diǎn)燃通路，導(dǎo)燃火焰或其一部分被從燃燒器喉部引導(dǎo)至點(diǎn)燃區(qū)。
50、 如權(quán)利要求48所述的方法，其中，燃燒器裝置操作所需的基本上所有燃料被從安置在燃燒器喉部的外側(cè)的一或多個(gè)燃料末端件噴射到爐中。
51、 如權(quán)利要求49所述的方法，還包括下述步驟在產(chǎn)生導(dǎo)燃火焰之前將氧氣與導(dǎo)燃燃料在燃燒器導(dǎo)燃裝置中預(yù)混合。
52、 如權(quán)利要求49所述的方法，還包括下述步驟使導(dǎo)燃火焰或其一部分轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路中。
53、 如權(quán)利要求49所述的方法，還包括使導(dǎo)燃火焰的第一部分轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路中，并且允許導(dǎo)燃火焰的第二部分被傳輸通過(guò)燃燒器喉部到燃燒區(qū)中。
54、 如權(quán)利要求52所述的方法，其中，通過(guò)使導(dǎo)燃火焰或其一部分撞擊在定位于燃燒器喉部中的轉(zhuǎn)向件上，而使導(dǎo)燃火焰或其一部分轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路中。
55、 如權(quán)利要求52所述的方法，其中，點(diǎn)燃通路包括科安達(dá)表面，并且通過(guò)將導(dǎo)燃火焰或其一部分引導(dǎo)到科安達(dá)表面上而使導(dǎo)燃火焰或其一部分轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路中。
56、 如權(quán)利要求52所述的方法，其中，通過(guò)使得點(diǎn)燃通路中的壓力低于燃燒器喉部中的壓力而使導(dǎo)燃火焰或其一部分轉(zhuǎn)向到點(diǎn)燃通路中。
57、 如權(quán)利要求56所述的方法，其中，通過(guò)朝向點(diǎn)燃區(qū)噴射引出流體到點(diǎn)燃通路中而導(dǎo)致點(diǎn)燃通路中的壓力低于燃燒器喉部中的壓力。
58、 如權(quán)利要求57所述的方法，其中，所述引出流體是燃料。
59、 如權(quán)利要求48所述的方法，其中所述一或多個(gè)燃料末端件包括輔助燃料末端件，用于噴射輔助燃料到燃燒區(qū)中，并且所述方法還包括噴射輔助燃料到燃燒區(qū)中的步驟。
全文摘要
公開了用于在爐中燃燒燃料氣體的燃燒器裝置和方法。燃燒器裝置包括燃燒器耐火磚，其具有布置成穿過(guò)其中的燃燒器喉部。燃燒用空氣被引導(dǎo)通過(guò)燃燒器喉部到達(dá)爐內(nèi)燃燒區(qū)中。導(dǎo)燃裝置被用于在燃燒器喉部?jī)?nèi)產(chǎn)生導(dǎo)燃火焰。燃料氣體被噴射到安置在燃燒器喉部外側(cè)的點(diǎn)燃區(qū)中并且在其中被點(diǎn)燃。產(chǎn)生于燃燒器喉部中的導(dǎo)燃火焰可被用于在點(diǎn)燃區(qū)中點(diǎn)燃燃料氣體。點(diǎn)燃的燃料氣體與燃燒用空氣在燃燒區(qū)中混合。燃燒器裝置可被操作，而不需要相當(dāng)大量的燃料氣體與燃燒用空氣在燃燒器喉部中混合，這有助于控制不良氮氧化物的生成。
文檔編號(hào)F23D14/00GK101634450SQ20091016160
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者W·R·布斯曼 申請(qǐng)人:約翰津克公司