暗辐射器

技术领域

本发明涉及一种暗辐射器，其具有第一燃烧器、鼓风机和辐射管，其中所述第一燃烧器与燃料气体供应装置连接，其中所述鼓风机设定用于向所述第一燃烧器供应燃烧空气，其中所述燃烧器设定用于输出火焰到所述辐射管中。

背景技术

在商业和工业领域，为了加热生产和储存设施常常使用暗辐射器。暗辐射器有一个或多个辐射管作为辐射元件，所述辐射管关联有至少一个燃烧器。通过在燃烧器内燃烧由燃料气体和空气组成的混合物来产生火焰，火焰可以借助于鼓风机分布在辐射管的整个长度上。用作燃料气体的有天然气或液化石油气，其在混合室中按预定比例混合，然后它经由喷嘴引入燃烧室中并点燃。作为回火防止器，燃料-空气混合物通过格栅或网状物进行引导，格栅或网状物同时具有保持火焰的任务。辐射管规则连续地在之后直线地或U形地联接到燃烧器处且应将由火焰产生的热量均匀地辐射到整个管走向上。辐射管被火焰均匀加热并生成热辐射，其辐射到待升温的区域上。为了效率在此常常使用反射器。通过燃烧产生的废气借助于鼓风机从辐射管中移除，例如经由废气管导出到外部空气中。

为了最大限度地减少燃料燃烧时产生的有害物，持续致力于达到燃料气体和空气之间的最佳化学计量比，以便实现尽可能完全的燃烧，在其中最大限度地减少有害物排放。对此例如在DE102014019765A1中提出，借助于调控设备来控制鼓风机和气体阀，以便确保由燃料气体和空气组成的混合物的完全燃烧。EP2708814A1中进一步提出，使燃烧器配备有混合器和至少一个次级空气管道，其中燃烧器设定成将由鼓风机供应的空气的一部分供应给混合器且将空气的另一部分供应给次级空气管道，以便将所供应的燃烧空气的一部分无燃料地供应给火焰。在DE102014019766A1中进一步提出，经由传感器检测当前混合比和/或气体类型、尤其是关于其他类型气体的掺入，并根据测量的混合比和必要的混合比之间的比较结果向燃烧器供应气体和/或空气，直到建立必要的混合比。

发明内容

上述解决方案已在实践中得到证明，因此如今暗辐射器具有相对较低的有害物排放，同时效率较高。本发明的任务在于提供一种暗辐射器，其有害物排放在至少相同效率的情况下进一步减少。根据本发明，该任务通过专利权利要求1的特征部分的特征解决。

利用本发明提供了一种暗辐射器，其与现有技术相比具有至少保持相同的效率并且其中有害物排放减少。由于燃料气体供应装置与作为燃料气体源的氢气源连接，并且在火焰方向上与用作为初级燃烧器的第一燃烧器间隔开地在所述辐射管中在下游联接有次级燃烧器，所述次级燃烧器的燃料气体供应装置与作为燃料气体源的氢气源连接，其中联接在上游的初级燃烧器的废气流作为燃烧空气供应给所述次级燃烧器，在废气中理论上不含有含碳有害物如一氧化碳、二氧化碳或碳氢化合物，因为氢气不含有碳。通过联接在初级燃烧器下游的次级燃烧器，实现对初级燃烧器的废气的后处理，由此在很大程度上最小化氮氧化物的排放。已证明，由于氢气的高易反应性，初级燃烧器的废气中剩余的氧含量足够用于使次级燃烧器的氢气燃烧。此外，次级燃烧器中的燃烧过程由于初级燃烧器废气流的温度而被促进。

在本发明的改进方案中，鼓风机与喷射器连接，喷射器的抽吸接口与氢气供应装置连接，其中通过所述鼓风机吸入的燃烧空气用作推进介质，从而氢气-燃烧空气混合物通过所述鼓风机供应给所述燃烧器。由此使得能够以限定的混合比供应氢气-燃烧空气混合物，从而实现对火焰温度的调整。通过调整高空气系数，即在高空气过量的情况下，可以实现火焰温度的降低。由于氢气的高易反应性，2.5至3的空气系数是可行的。如此，火焰温度可以该方式低于氧化氮形成的极限温度以及还有辐射管材料的极限温度。

在本发明的设计方案中，在初级燃烧器和次级燃烧器之间中间联接有呈补偿器形式的补偿元件，用于补偿所述辐射管内由热引起的长度变化。该补偿器(其优选构造为轴向补偿器)容纳辐射管沿轴线的移动，由此避免对辐射管的损坏。

在本发明的另一个设计方案中，初级燃烧器和/或次级燃烧器包括气体喷嘴，其中所述鼓风机设定用于用燃烧空气环绕吹扫气体喷嘴，并且其中未布置有用于预混合燃料气体和燃烧空气的燃料气体混合室，且气体喷嘴仅仅供给以燃料气体。由此实现燃烧器的简单且成本有利的结构。令人惊奇地已证实，由于氢气的高易反应性，氢气无需与燃烧空气预混就实现完全燃烧。在此，在直到氢气与环绕吹扫鼓风机的燃烧空气进行所需的混合之前产生距气体喷嘴的较大火焰距离，由此不发生气体喷嘴的热损伤。此外已经证明，也不存在火焰回火的危险，因此不需要在现有技术中所需的呈穿孔板或金属丝网形式的火焰保持器。

在本发明的另一个设计方案中，初级燃烧器包括气体喷嘴，气体喷嘴给布置在辐射管中的混合管供给以氢气，其中，由鼓风机用燃烧空气环绕吹扫混合管，其中所述气体喷嘴与混合管构造喷射器，其中喷射器的推进介质是通过气体喷嘴引入的氢气，且吸入到所述混合管中的介质是位于所述辐射管中的燃烧空气，且其中在火焰方向上与所述混合管间隔开地在下游联接有点火装置用于点燃氢气-燃烧空气混合物。由此近似实现按限定的比例供应氢气-燃烧空气混合物。由于氢气与鼓风机外的燃烧空气的混合在混合管中才进行，降低了对鼓风机材料的要求，因为此处火焰回火到鼓风机中的危险是不可能的。优选地，在混合管中在其朝火焰方向指向的端部处布置有回火防止器。由此防止火焰回火到混合管中。

在本发明的改进方案中，在火焰方向上在初级燃烧器上游联接地布置有燃烧空气混合室，其与空气源和废气导出线路连接。通过将废气供应至燃烧空气实现氧气减少，由此实现火焰温度的降低。此外，通过废气再循环引起氮氧化物排放的降低。

在本发明的设计方案中，所述鼓风机布置成沿火焰方向联接在初级燃烧器上游，且燃烧空气混合室布置在鼓风机内部。由此实现了燃烧空气和废气在鼓风机内的良好混合。

在本发明的另一个设计方案中，废气导出线路和燃烧空气混合室之间的连接部包括分支设备，通过该分支设备可以确定被分支的且引导到燃烧空气混合室的废气体积流量与总废气体积流量的比例。由此使得能够调整燃烧空气-废气混合物的氧含量。优选地，分支装置包括调节设备，通过该调节设备可以调整被分支的废气体积流量与燃烧空气体积流量的比例。

附图说明

本发明的其他改进方案和设计方案在其余的从属权利要求中给出。本发明的实施例在附图中示出，并在下文中详细描述。其中：

图1示出暗辐射器的示意图；

图2示出呈第二实施形式的暗辐射器的示意图；以及

图3示出呈第三实施形式的暗辐射器的示意图。

具体实施方式

根据图1的选择为实施例的暗辐射器包括初级燃烧器1，该初级燃烧器与鼓风机2连接且辐射管3联接到该初级燃烧器处。辐射管3在图1中仅仅勾勒出；辐射管3可完全在数米的长度上延伸并且由多个辐射管元件形成。在该实施例中，辐射管3构造为高耐热的不锈钢管。备选地也可以使用带有热施加的氧化铝层的特种钢。在该实施例中，辐射管3由-未显示的-反射器包围，该反射器在该实施例中由表面结构化的铝板构造且该反射器在两侧上具有隔板用于减少对流损失。

初级燃烧器1包括用作气体空气混合物喷嘴的气体喷嘴11，该气体喷嘴在该实施例中设有回火防止器并且该气体喷嘴与氢气供应装置12连接。与气体喷嘴11间隔开地在初级燃烧器1中布置有点火电极13。鼓风机2在抽吸侧与燃烧空气供应装置21连接并如此地安装到初级燃烧器1处，使得它用燃烧空气环绕吹扫气体喷嘴11。通过气体喷嘴11流出的氢气气体在与通过鼓风机2供应的燃烧空气混合后由点火电极13点燃，由此产生延伸穿过辐射管3的火焰。

备选地，气体喷嘴也可以与鼓风机2连接，其中鼓风机2在其抽吸侧处与喷射器连接，喷射器的推进接口与燃烧空气供应装置连接，且其抽吸接口与氢气供应装置连接。通过鼓风机2吸入的燃烧空气此处用作推进介质，通过该推进介质引起氢气的吸入。在压力侧，氢气-燃烧空气混合物在该情况下通过鼓风机2由此供应给气体喷嘴11，该氢气-燃烧空气混合物在通过气体喷嘴11流出后由点火电极12点燃。

U形地构造的辐射管3沿火焰方向联接至初级燃烧器1处，该辐射管经由补偿元件31与次级燃烧器4连接。在该实施例中，补偿元件被构造为轴向补偿器，其容纳管路沿轴线的移动。次级燃烧器4处又联接有辐射管3的第二部分，其在该实施例中又构造成U形。

次级燃烧器又包括与氢气供应装置42连接的气体喷嘴41，其中与气体喷嘴41间隔开地定位有点火电极43。

初级燃烧器1的气体喷嘴11由鼓风机2用燃烧空气环绕流动。构造在气体喷嘴11之前的氢气-燃烧空气混合物被点火电极3点燃，从而在氢气喷嘴11之前一定间隔处构造第一火焰。该第一火焰的废气流流动通过补偿元件31且环绕吹扫次级燃烧器4的气体喷嘴41。构造在气体喷嘴41之前的废气流-氢气混合物具有足够高的氧含量，从而它可以被点火电极43点燃，由此形成沿辐射管3的第二部分延伸的第二火焰。该第二火焰的废气流32从辐射管3的第二部分引出。定位在辐射管3的由于次级燃烧器4而暴露于高温梯度的区段中的补偿元件31用于补偿辐射管内由热引起的长度变化。

在该实施例中，燃烧空气经由鼓风机2供应给初级燃烧器1，该燃烧空气环绕吹扫初级燃烧器1的气体喷嘴11。在一个变型的实施形式中，联接在初级燃烧器1上游的鼓风机2还可以与喷射器连接，其中将吸入的燃烧空气用作推进介质，经由该推进介质从辐射管3的第二部分吸入废气流。以这样的方式可调整初级燃烧器1的第一火焰的火焰温度。此外通过这种途径实现进一步降低被导出废气的氮氧化物含量。

在根据图2的实施例中，初级燃烧器1'中布置有混合管14，该混合管与辐射管3同轴地伸延且气体喷嘴11伸入该混合管中，其中在混合管14与气体喷嘴11之间形成有由气体喷嘴11和混合管14形成的喷射器的径向抽吸间隙15。混合管14经由将该混合管张紧的、设有吹扫开口的分隔挡板16保持在初级燃烧器1'中。在其与气体喷嘴11相对而置的端部处在混合管14中布置有回火防止器141。此外，该实施例的暗辐射器的结构相应于之前描述的根据图1的实施例的暗辐射器，其中在那里列举的将辐射管3的第二部分的废气流的一部分与由鼓风机2吸入的燃烧空气掺和的实施形式在该实施例中也是可行的。

鼓风机2如此定向，使得它用燃烧空气环绕吹扫气体喷嘴11和混合管14。通过经由气体喷嘴11引入到混合管14中的氢气流经由抽吸间隙15吸入燃烧空气，该燃烧空气与氢气流混合。从混合管14流出的氢气-燃烧空气混合物通过与混合管14间隔开地布置的点火电极13点燃，由此形成火焰，该火焰在辐射管3的长度上延伸到该辐射管3中。由鼓风机2吹入到初级燃烧器1中的燃烧空气5的一部分流动通过分隔挡板16的吹扫开口并且环绕吹扫延伸到辐射管3中的火焰，该火焰由此被冷却。由气体喷嘴11和混合管14形成的喷射器如此构造，使得在混合管14中向氢气供应具有空气系数2.5的燃烧空气，由此实现约900℃的火焰温度。

在根据图3的实施例中，在火焰方向上联接在次级燃烧器下游地在辐射管3的第二部分处联接有喷射器管5，该喷射器管5经由抽吸管22与鼓风机2连接。

喷射器管5包括主管段51，辐射管3经由该主管段51与抽吸管22连接。从主管段51分支有废气导出管52，以及与其间隔开地分支有燃烧空气供应管53。在废气供应管52和燃烧空气供应管53之间在主管段51中布置有再循环挡板54。由鼓风机2经由抽吸管22吸入的燃烧空气流531用作为喷射器管5的推进介质，经由该推进介质通过再循环挡板54吸入废气流521的一部分。如此产生的废气-燃烧空气混合物通过鼓风机2引入到初级燃烧器1中，在那里它环绕吹扫气体喷嘴11。通过再循环挡板54可以调整废气流在燃烧空气流中的比例，由此又确定环绕吹扫氢气喷嘴11的废气-燃烧空气流混合物的氧含量。主废气流经由废气导出管52被导出。

初级燃烧器1、辐射管3的部分、次级燃烧器4、喷射器管5和与抽吸管22连接的鼓风机2分别经由法兰连接部相互连接。