超低NOx多口空气分级燃烧器装置

技术领域

实施方案整体涉及空气燃料气体燃烧器。实施方案还涉及用于工业加热应用的燃烧器。实施方案还涉及NOx燃烧器。

背景技术

使用热过程的工业制造商在压力下减少燃烧副产物，特别是NO

由在工业过程中使用的空气燃料燃烧器产生的大部分NOx以热NOx的形式出现。热NOx与火焰温度和在该温度下的停留时间强相关。低NOx燃烧器设计的主要目标是降低局部火焰温度。这可以多种方式利用大量过量空气、彻底的燃料和空气混合、空气分级等来实现。

低NOx燃烧器是减少工业热过程的NOx排放的最具成本效益的方式。已经开发了大量低NOx燃烧器，并且当前用于工业、工厂和其他应用中。然而，开发工作继续增强设计，并且改进现有燃烧器的性能和工程师的表现，并开发新的且先进的低NOx燃烧器。

在用于气态燃料的低NOx喷嘴混合燃烧器中，排放调节比通常比热调节比小得多。在加强的排放要求的商业环境中，如果公司打算遵守法规，则这导致受限的操作范围。如果可以改进低NOx燃烧器的排放调节比，则这可以导致操作范围中的灵活性更大，并且增强炉输出的控制。

发明内容

以下的发明内容是为了便于理解本发明所公开的实施方案的一些特征而提供的，并非旨在作为完整的描述。通过将说明书、权利要求书、附图和说明书摘要作为一个整体，能够获得对本文公开的实施方案的各个方面的全面理解。

因此，实施方案的一个方面是提供一种改进的低NOx燃烧器装置。

实施方案的另一个方面是提供一种低NOx多口空气分级燃烧器装置。

实施方案的又一个方面是提供一种燃烧器装置，该燃烧器装置具有被构造成阵列的多个低容量燃料和空气旋流器，其中基于所需燃烧器容量，可打开和关闭阵列的单独或成组的旋流器。

实施方案的又一个方面是提供一种燃烧器装置，该燃烧器装置使用排出套筒将一组旋流器的出口与另一组旋流器的出口分开，使得在保持空气流的同时，燃料可被切断到一组旋流器，从而产生燃烧器装置的空气分级操作模式。

现在可如本文所述实现上述方面以及其他目标。在一个实施方案中，燃烧器装置可包括壳体和阵列，该阵列由该壳体保持并且可根据空气分级操作模式起作用。阵列可包括多个低容量燃料旋流器和低容量空气旋流器，其中基于所需燃烧器容量，打开或关闭阵列中的单独或成组的低容量燃料旋流器和/或低容量空气旋流器。

在一个实施方案中，壳体可包括多个排出套筒，该排出套筒将来自低容量燃料旋流器和/或低容量空气旋流器的出口分开。

在一个实施方案中，在保持空气流的同时，燃料可被切断到低容量燃料旋流器和/或低容量空气旋流器中的一组，从而促进空气分级操作模式。

在一个实施方案中，阵列可由共用燃料和空气源供应燃料和空气。

在一个实施方案中，燃料和空气可以一次被引导到低容量燃料旋流器和低容量空气旋流器中的一者或多者。

在一个实施方案中，燃料和空气可以被混合，使得燃料和空气的可燃混合物位于低容量燃料旋流器和低容量空气旋流器的下游。

在一个实施方案中，燃烧器装置可包括根据空气分级操作模式起作用的阵列。阵列可包括多个低容量燃料旋流器和低容量空气旋流器，其中基于所需燃烧器容量，打开或关闭阵列中的单独或成组的低容量燃料旋流器和/或低容量空气旋流器。

在一个实施方案中，操作燃烧器装置的方法可以包括：根据空气分级操作模式操作保持在壳体内的阵列，其中阵列包括多个低容量燃料旋流器和低容量空气旋流器；以及基于所需燃烧器容量，打开或关闭阵列的单独或成组的低容量燃料旋流器和/或低容量空气旋流器。

该方法的一个实施方案还可以包括在保持空气流的同时，将燃料切断到低容量燃料旋流器和/或低容量空气旋流器中的一组，从而促进空气分级操作模式。

该方法的一个实施方案还可以包括：由共用燃料和空气源向阵列供应燃料和空气；以及一次将燃料和空气引导到低容量燃料旋流器和低容量空气旋流器中的至少一者。

附图说明

附图还示出了本发明，并且与本发明的具体实施方式一起用于解释本发明的原理，其中类似的附图标号在整个单独的视图中是指相同的或功能上类似的元件，并且并入说明书中并形成说明书的一部分。

图1示出了可根据一个实施方案实现的燃烧器装置的侧视透视剖视图；

图2示出了根据一个实施方案的图1中描绘的燃烧器装置的前透视图；

图3示出了根据一个实施方案的描绘用于以第一操作模式操作图1和图2中描绘的燃烧器装置的方法的步骤的流程图；并且

图4示出了根据一个实施方案的描绘用于以第二操作模式操作图1和图2中描绘的燃烧器装置的方法的步骤的流程图。

各附图中的类似的附图符号或附图标号表示类似的元件。

具体实施方式

这些非限制性示例中讨论的具体值和配置可变化，并且被引用为仅例示一个或多个实施方案，并且不旨在限制其范围。

现在将在下文参考附图更充分地描述主题，这些附图构成主题的一部分并且以例示的方式示出具体示例性实施方案。然而，主题能够体现为多种不同形式，因此所涵盖或要求保护的主题旨在被解释为不限于本文列出的任何示例性实施方案；提供示例性实施方案仅仅是为了说明。同样，旨在要求保护或所涵盖的主题拥有适当宽泛的范围。除了别的问题以外，主题可具体体现为方法、设备、部件或系统。因此，实施方案可例如采用硬件、软件、固件或它们的组合的形式。因此，以下具体实施方式并非旨在被解释为具有限制意义。

在整个说明书和权利要求书中，除了明确说明的含义之外，术语可具有上下文中提出或暗示的有细微差别的含义。同样，如本文所用，短语诸如“在实施方案中”或“在一个实施方案中”或“在示例性实施方案中”及其变型可以或可以不一定指相同的实施方案。类似地，如本文所用，短语“在另一实施方案中”或“在另一示例性实施方案中”及其变型可以或可以不一定指不同的实施方案。例如，要求保护的主题旨在可以全部或部分地包括示例性实施方案的组合。

一般来讲，术语可至少部分地从上下文中的用法来理解。例如，如本文所用的术语诸如“和”、“或”或“和/或”可包括可至少部分地取决于使用此类术语的上下文的多种含义。一般来讲，“或”如果用于关联列表，诸如A、B或C，则旨在表示此处以包含性意义使用的A、B和C，以及此处以排他性意义使用的A、B或C。此外，如本文所用的术语“一个或多个”至少部分地取决于上下文，可用于以单数意义描述任何特征、结构或特性，或者可用于以复数意义描述特征、结构或特性的组合。类似地，术语诸如“一个”、“一种”或“该”同样至少部分地取决于上下文，可被理解为传达单数用法或表达复数用法。此外，术语“基于”可被理解为不一定旨在传达一组排他性因素，而是可至少部分地取决于上下文，允许存在不一定再次明确描述的附加因素。

图1示出了可根据一个实施方案实现的燃烧器装置10的侧视透视剖视图。图2示出了根据一个实施方案的图1中描绘的燃烧器装置10的前透视图。

燃烧器装置10包括燃烧器壳体13和燃烧器燃烧空气套筒14。在图1和图2中描绘的实施方案中，空气可以如箭头1所示通过空气入口13进入燃烧器装置10，并且被分到由箭头2和箭头4所示的流动路径。由箭头2所示的流动路径中的空气可进入中心燃烧空气增压室45，然后可被分到旋流器空气套筒30、31、32、33、37、39、41。在由箭头4所示的流动路径中的空气因此可进入燃烧器壳体13并且然后可被分到位于燃烧空气套筒的外环22中的燃烧空气套筒。燃烧器装置10包括空气套筒30、31、32、33、37、39、41的中心芯部20和空气套筒19、21、23、25、26、27、29、35等的外环22。

燃烧器装置10可包括燃料入口7和燃料入口8。燃料可通过燃料入口7和燃料入口8进入燃烧器装置10，分别如箭头17和箭头16所示。燃料入口7可通向燃料容器11并且具有进入旋流器的中心芯部20的路径。燃料入口8可通向燃料容器9并且具有进入旋流器的外环22的路径。旋流器的该外环22可包括例如空气套筒19、21、23、25、26、27、29、35等。旋流器的中心芯部20可包括例如空气套筒30、31、32、33、37、39、41。然后，空气和燃料可以在每个单独的旋流器中被混合。空气和燃料的可燃混合物可以离开每个燃料旋流器，并且可以在离开燃烧器装置10的燃烧器面12(例如流动路径3和5)之后被点燃。

在燃烧器装置10的另一个操作模式中，在保持由箭头4所示的空气流的同时，可在燃料入口8处切断燃料流。在该操作模式中，流动路径5可以仅是空气。燃烧器装置还可包括排出套筒14和排出套筒15，这些排出套筒可将通过燃料入口7馈送的旋流器的出口与通过燃料入口8馈送的旋流器的出口分开。排出套筒14和15可排出到应用环境中。

实施方案在其燃料和空气旋流器的应用方面是独特的。通过以阵列布置多个低容量燃料和空气旋流器，基于所需燃烧器容量，可打开和关闭单独或成组的旋流器。例如，在40:1的范围内的调节比可以是可能的，同时仍然保持低NOx。实施方案的多口设计还可以在操作模式中提供更大的灵活性。也就是说，如本文更详细讨论的，可以使用第一、第二和/或附加操作模式。例如，通过使用可将一组旋流器的出口与另一组旋流器的出口分开的适当设计的排出套筒，在保持空气流的同时，可将燃料切断到一组旋流器，从而产生空气分级操作模式。

因此，燃烧器装置10可包括燃料和空气旋流器的阵列，这些燃料和空气旋流器可以由共用燃料和空气源供应，由此燃料和空气可以一次被引导到一个或多个燃料和空气旋流器。实施方案的燃料和空气旋流器可以混合燃料和空气的方式设计，使得旋流器的下游将是燃料和空气的可燃混合物。一组旋流器的出口可以与剩余的旋流器的出口分开。燃料可被切断到一组旋流器，而仅空气通过该旋流器组。

图3示出了根据一个实施方案的描绘用于以第一操作模式操作图1和图2中描绘的燃烧器装置10的方法40的步骤的流程图。应当理解，图3所示的方法40和图4所示的方法41的步骤和操作的顺序不限于图3和图4中描绘的特定顺序。也就是说，本文相对于图3和图4所示的框示出和描述的一些步骤或操作可以不同顺序或甚至同时执行。图2和图4所示的步骤或操作的特定顺序仅出于示例性目的而被描绘，并且不应被认为是实施方案的限制特征。

如图3中的框40所指出，空气可通过空气入口进入燃烧器装置10，然后如框44所指出，可被分到两个流动路径。第一流动路径中的空气可进入燃烧空气套筒并且可被分到多个旋流器空气套筒，如框46所指出。如框48处所描绘，第二流动路径中的空气可进入燃烧器壳体并且可被分到多个旋流器空气套筒。如框50处所描绘，燃料可进入燃烧器装置10的燃料入口，其中一个燃料入口具有通向燃烧器装置10的中心芯部的路径，并且另一个燃料入口具有通向燃烧器装置10的旋流器的外环的路径。然后，空气和燃料可以在每个单独的旋流器中被混合，如框52所指出。然后，空气和燃料的可燃混合物可以离开每个燃料旋流器，并且可以在离开燃烧器装置10的燃烧器面之后被点燃，如在框54处所述。

图4示出了根据一个实施方案的描绘用于以第二操作模式操作图1和图2中描绘的燃烧器装置的方法41的步骤的流程图。如图4中的框60所指出，在保持由图1中的箭头4所示的空气流的同时，可在一个燃料入口处切断相对于燃烧器装置10的燃料流。在该操作模式中，仅一种混合物(例如，混合物50)可仅包括空气，如框62处所描绘。燃烧器装置10的排出套筒可将通过一个燃料入口馈送的旋流器的出口与通过另一个燃料入口馈送的旋流器的出口分开，如框64所指出。然后，这些排出套筒可排出到应用环境中，如框66所示。

应当理解，上文所公开的变型以及其他特征和功能或它们的另选形式可有利地组合到许多其他不同的系统或应用中。还应当理解，本领域的技术人员可随后作出各种目前未预见或未预料到的另选方案、修改、变型或改进，这些另选方案、修改、变型或改进也旨在由以下权利要求书涵盖。