专利名称：生成非对称火焰的分级燃烧方法
技术领域：
本发明涉及一种生成非对称火焰的分级燃烧方法。
背景技术：
在设计用于高温负荷的工业炉子中建立燃烧系统必须确保在高效热传递的同时防止炉室的实际结构遭到损坏。为此，燃烧器的布置须遵从若干规则，一方面必须防止燃烧器发出的火焰烧到靠近炉壁，另一方面必须防止火焰相互影响。事实上，如果火焰相互影响，每只火焰就会有向上串并加热炉室顶壁的趋势，从而炉子具有遭受很大损坏的危险。目前大多数燃烧器，不管使用的是空气、富氧空气还是纯氧作为氧化剂，其火焰的形状都关于燃烧器的轴线对称。这些燃烧器生成的火焰呈平直结构或呈同心的柱形。考虑到上述要求以及目前燃烧器生成的火焰形状，燃烧器在炉子燃烧系统内很难布置，一般存在许多缺点。更确切地说，为防止燃烧器生成的火焰烧毁炉壁，燃烧器必须放置得离所述炉壁足够远。从而有效热传递区大大减小，而燃烧器火力的任何增大都会导致存在该距离不够远的危险。此外，为防止相对而置的两燃烧器的火焰向上串的问题，关键是确保每一个燃烧器的火焰长度不超过炉子宽度的一半，这使得燃烧器的火力控制范围受到限制，从而导致燃烧器的数量不必要地成倍增加或得将燃烧器相互错开布置，从而造成炉子的运行不再对称或不再均匀。
发明内容
本发明的目的是克服上述缺点，为此，提供一种用至少一个燃烧器燃烧燃料的方法，所述燃烧器具有两个半组件，每一个半组件包括·至少一个燃料喷射装置；
·一次氧化剂喷射装置；以及·至少一个二次氧化剂喷射装置，一次氧化剂喷射装置在离燃料第一距离处喷射第一氧化剂喷流而形成第一不完全燃烧，二次氧化剂喷射装置在离燃料喷射装置比第一距离大的第二距离处喷射第二氧化剂喷流而利用第一不完全燃烧剩余的燃料形成第二燃烧，所述方法的特征在于，每一个半组件的燃烧火力与另一半组件不同。因此，通过燃烧器的每一个半组件之间的燃烧火力的不等分布，可在一个半组件上生成一高燃烧火力区，在第二半组件上生成一低燃烧火力区。这使得可以移动燃烧活跃区，从而改变所形成的火焰的几何形状，从而获得非对称火焰。此外，由于形成非对称火焰，因此火焰重叠的风险减小，可调节各燃烧器使得燃烧器的火焰不与另一燃烧器的火焰相互影响。优选地，两半组件分布成关于该燃烧器的对称轴线S对称。
有利地，可用一三次氧化剂喷射装置(5)在比第一距离(L1)大的第二距离(L2)处喷射第三氧化剂喷流。该第三氧化剂喷射设计用来确保反应物在主燃烧区前足够稀释，从而限制由热生成NOx化合物。
优选地，注入各半组件的燃料喷射装置中的燃料量不同。因此，各半组件的燃烧火力不同，因此，一次和二次氧化剂喷射装置提供的燃料量显然视燃料流率而定。
按照一特别实施例，该燃烧器靠近壁生成一火焰，最靠近所述壁的半组件的火力为较小燃烧火力。该壁例如为炉子的负荷加热壁时一般与该燃烧器的对称轴线平行。由于高火力区远离炉壁，因此大大减小这些壁被烧毁的危险。
本发明还涉及一种在炉子中加热材料的方法，所述炉子装配有至少一对燃烧器，所述对燃烧器在炉子中相对而置，其中-这些燃烧器实施上述燃烧方法，-所述对燃烧器在炉子中布置成燃烧器的每一个半组件与所述对燃烧器中的另一燃烧器的一半组件面对，以及-所述对燃烧器的第一燃烧器的具有较小燃烧火力的半组件与所述对燃烧器中的第二燃烧器的具有较大燃烧火力的半组件面对。按照该实施例，燃烧器对的半组件面对面，半组件调节成它们生成的火焰与相对的半组件生成的火焰互补。优选地，对每一个燃烧器来说，每一个半组件的燃烧火力小于所述燃烧器的总火力的0.8倍。这样，第二半组件的火力等于总火力减去第一半组件的火力，因此，半组件的火力总是保持大于总火力的0.2倍，从而避免火焰太短或不稳定的问题。按照一变型，对同一对燃烧器来说，一个半组件可以以大于1的燃烧化学计量比(stoechiométrie decombustion)工作，与该过化学计量比(surstoechiométrique)半组件面对的半组件以小于1的燃烧化学计量比工作。在该变型中，由过化学计量比半组件产生的火焰生成大量煤烟。该未燃烧物质的燃烧可以由配对燃烧器中相对的、化学计量比调节成小于1的另一半组件补充的氧气来完成。
本发明最后涉及一种在炉子中加热材料的方法，所述炉子装配有至少一对燃烧器，所述对燃烧器在炉子中相对而置，其中-这些燃烧器实施上述燃烧方法，-所述对燃烧器在炉子中布置成，对每一个燃烧器来说，只有半组件之一与所述对燃烧器中的另一燃烧器的一半组件面对，以及-所述对燃烧器的第一燃烧器的具有较小燃烧火力的半组件与所述对燃烧器的第二燃烧器的具有较大燃烧火力的半组件面对。按照该实施例，相对而置的半组件调节成它们生成的火焰互补。优选地，对每一个燃烧器来说，每一个半组件的燃烧火力小于所述燃烧器的总火力的0.8倍。按照一变型，对同一对燃烧器来说，一半组件可以以大于1的燃烧化学计量比工作，与该过化学计量比半组件面对的半组件接着以小于1的燃烧化学计量比工作。在该变型中，由过化学计量比半组件产生的火焰生成大量煤烟。该未燃烧物质的燃烧可由该对燃烧器中相对的、相应地化学计量比调节成小于1的另一半组件补充的氧气来完成。
从以下结合附图的详细说明中可更好理解本发明的实施，附图中
图1为本发明的燃烧器的一半组件的示意图；图2示出图1的燃烧器的工作情况；图3为一使用面对面地设置的燃烧器的工业炉子的示意图；图4为一使用以错开方式定位的燃烧器的工业炉子的示意图。
具体实施例方式
根据本发明的其喷流分开的一燃烧器包括两半组件1，1’，图1示出其中一个半组件。每一个半组件1，1’包括燃料供应部2，位于离燃料供应部2第一距离处有与该燃料供应部相关联的一次氧化剂、在该例中为氧气的供应部3；位于离燃料供应部2比第一距离大的第二距离L1处的二次氧化剂供应部4；以及位于离燃料供应部2比第二距离L1大的第三距离L2处的三次氧化剂供应部5。所使用的燃料可呈气态或液态，如果需要，该燃料可用合适的雾化系统喷射。更确切地说，三次氧化剂供应部5位于离燃料供应部2较大的距离处，并用来高速喷射氧气。这一布置使得可以确保反应物在主燃烧区前足够稀释，从而防止由热生成很大量的NOx化合物。
工作时，如图2所示，每一个半组件1，1’关于对称轴线S对称分布，每一个燃料供应部2和氧化剂供应部3，4，5的流率可独立调节。每一个半组件1，1’调节成打破结构对称性以获得非对称火焰。为此，将燃料供应部2和氧化剂供应部3，4，5的流率调节成不同。在该例中，输送给半组件1的燃料流率调节成小于半组件1’输送的燃料流率。按照所述半组件1，1’的燃料供应部2调节一次、二次和三次氧化剂供应部3，4，5。各反应物的流率用长度不同的箭头象征性地表示。如图所示，半组件1’的燃烧火力大于半组件1的燃烧火力，由此生成一非对称火焰7，该火焰在半组件1’区域中的长度明显小于在半组件1区域中的长度。因此火焰7在半组件1区域中具有一贫区(zone pauvre)7a，在半组件1’区域中具有一富区(zone riche)7b。形成这样一种非对称火焰7，使得可以减小燃烧器与炉壁8之间的必要距离Dp，从而防止炉壁被烧毁。因此确保向靠近炉壁8的待加热负荷进行最低程度的热传递，并防止所述壁8上形成灼热点。
同样，非对称火焰7可防止面对面的燃烧器生成的火焰互相影响。
图3示出一炉子20，包括由成对的、面对面设置的、如图1和2所示的燃烧器21，22构成的一组件。每一个燃烧器21，22调节成生成非对称火焰23，24，配对的燃烧器22，21生成的火焰24，23的形状互补。从而防止火焰重叠，因此减小炉子20被烧毁的危险。作为一变型，可通过将每一个半组件1，1’的燃烧化学计量比保持或不保持接近1来实现上述火力分布。如果化学计量比的值不同于1，火力较大的半组件调节成燃烧化学计量比值小于1，而火力较小的半组件调节成燃烧化学计量比值大于1。这一调节使得可以在燃烧器21，22的半组件上获得一生成煤烟的富区，然后用由配对的燃烧器22，21的半组件补充的氧气完成未燃烧物质的燃烧。
图4示出一炉子30，包括由成对彼此面对但互相错开设置的图1和2所示燃烧器31，32构成的一组件，即燃烧器31中只有一个半组件与燃烧器32的一半组件面对。燃烧器31，32调节成生成具有贫区33a，34a和富区33b，34b的非对称火焰33，34。更确切地说，燃烧器31，32调节成富区33b位于贫区34a的区域中，富区34b与富区33b重叠。这一布置在燃烧器31，32的燃烧化学计量比值不同于1的情况下特别有利。事实上，如果燃烧器31的半组件1’调节成燃烧化学计量比值小于1，非对称火焰33的富区33b会生成大量煤烟。然后可以用由配对的燃烧器32的燃烧化学计量比值调节成小于1的半组件1补充的氧气完成未燃烧物质的燃烧。
本发明燃烧器的另一变型(未示出)与燃烧器1，21，22，31，32的不同之处只是在于，通过改变每一个半组件1，1’上二次氧化剂供应部4与燃料供应部2之间的距离L1来实现半组件1，1’的火力调节。事实上，距离L1较短时燃烧火力更大，而较长的距离L1减小燃烧火力，这只是因为氧化剂在到达燃烧区前得到较多的稀释。通过改变距离L1来调节每一个半组件1，1’的做法显然可与上述通过改变反应物的流率进行调节的做法相组合。
尽管以上结合实施例的特别说明了本发明，但显然本发明不受这些实施例的限制，而是包括所有落在本发明范围内的上述装置的技术等同物及其组合。
权利要求
1.一种用燃烧器燃烧燃料的方法，所述燃烧器具有两个半组件(1，1’)，每一个半组件包括·至少一个燃料喷射装置(2)；·一次氧化剂喷射装置(3)；以及·至少一个二次氧化剂喷射装置(4)，一次氧化剂喷射装置(3)在离燃料第一距离处喷射第一氧化剂喷流而形成第一不完全燃烧，二次氧化剂喷射装置(4)在离燃料喷射装置(2)比第一距离大的第二距离(L1)处喷射第二氧化剂喷流而利用第一不完全燃烧剩余的燃料形成第二燃烧，所述方法的特征在于，每一个半组件提供的燃烧火力与另一半组件提供的燃烧火力不同。
2.按权利要求1所述的燃烧方法，其特征在于，用三次氧化剂喷射装置(5)在比第一距离(L1)大的第二距离(L2)处喷射第三氧化剂喷流。
3.按权利要求1或2所述的燃烧方法，其特征在于，注入每一个半组件(1，1’)的燃料喷射装置(2)中的燃料量不同。
4.按权利要求1-3中任一项权利要求所述的燃烧方法，其特征在于，燃烧器靠近一壁(8)生成一火焰，最靠近所述壁(8)的半组件的火力具有最小燃烧火力。
5.一种用于在炉子(20)中加热材料的方法，所述炉子(20)装配有至少一对燃烧器(21，22)，所述对燃烧器(21，22)在炉子中面对面地设置，其特征在于-燃烧器(21，22)实施按权利要求1-4中任一项权利要求所述的燃烧方法，-所述对燃烧器在炉子中布置成燃烧器的每一个半组件与所述对燃烧器的另一燃烧器的一半组件面对，以及-所述对燃烧器的第一燃烧器(21)的具有较小燃烧火力的半组件与所述对燃烧器的第二燃烧器(22)的具有较大燃烧火力的半组件面对。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，对每一个燃烧器来说，每一个半组件(1，1’)的燃烧火力小于所述燃烧器(21，22，31，32)的总火力的0.8倍。
7.按权利要求5或6所述的燃烧方法，其特征在于，对同一对燃烧器来说，一个半组件以大于1的燃烧化学计量比工作，面对该过化学计量比半组件设置的半组件以小于1的燃烧化学计量比工作。
8.一种用于在炉子(20)中加热材料的方法，所述炉子(20)装配有至少一对燃烧器(21，22)，所述对燃烧器(21，22)在炉子中面对面地设置，其特征在于-燃烧器(21，22)实施按权利要求1-4中任一项权利要求所述的燃烧方法，-所述对燃烧器在炉子中布置成，对每一个燃烧器来说，只有半组件之一与所述对燃烧器中的另一燃烧器的半组件面对，以及-所述对燃烧器的第一燃烧器(21)的具有较小燃烧火力的半组件与所述对燃烧器的第二燃烧器(22)的具有较大燃烧火力的半组件面对。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，对每一个燃烧器来说，每一个半组件(1，1’)的燃烧火力小于所述燃烧器(21，22，31，32)的总火力的0.8倍。
10.按权利要求8或9所述的燃烧方法，其特征在于，对同一对燃烧器来说，一个半组件以大于1的燃烧化学计量比工作，面对该过化学计量比半组件设置的半组件以小于1的燃烧化学计量比工作。
全文摘要
本发明涉及一种用至少一个燃烧器燃烧燃料的方法，每一个燃烧器包括两个半组件(1，1’)，每一个半组件包括至少一个与一次氧化剂喷射装置(3)相关联的燃料喷射装置(2)以及至少一个二次氧化剂喷射装置(4)，一次氧化剂喷射装置在离燃料第一距离处喷射第一氧化剂喷流而形成第一不完全燃烧，二次氧化剂喷射装置在离燃料喷射装置比第一距离大的第二距离(L1)处喷射第二氧化剂喷流而利用第一不完全燃烧剩余的燃料形成第二燃烧。所述方法的特征在于，每一个半组件提供的燃烧火力与另一半组件提供的燃烧火力不同。
文档编号F23D14/84GK101095011SQ200580045773
公开日2007年12月26日 申请日期2005年12月20日 优先权日2005年1月3日
发明者R·齐阿瓦, P·勒库尔, B·勒鲁 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司