促进非固定火焰的方法和设备的制作方法

专利名称：促进非固定火焰的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于执行燃烧的方法和设备。
技术背景许多工业过程要求使材料受到在1000。F至3000。F量级的高温。这 样的过程的例子包括熔融铝和其他金属、维持熔融金属处于熔融状态、 熔融玻璃制造材料和维持玻璃处于熔融状态。为生成要求的高温，要求 这样的高温的过程经常在一个或多个燃烧器内燃烧含碳燃料， 一个或多 个燃烧器的每个产生位于足够靠近材料的火焰，使得燃烧热在材料内建 立了希望的高温。典型地，用于此目的的一个或多个燃烧器每个生成从燃烧器在固定 位置向外延伸的火焰，例如从炉的侧壁越过^f皮加热的材料的部分的顶部 且在其上方延伸。这样的布置不是必然地尽可能有效的，因为围绕火焰 的外表面且沿火焰的长度的不同点处温度不均匀，使得存在具有最高温 度和到材料的最高热通量的火焰区域。缺乏均匀性意味着燃烧器相对于 被加热的材料的位置和燃烧器的运行条件必须设定为使得由燃烧器生 成的最高温度和热通量不高至产生有害的结果，例如材料内或燃烧在其 内进行的封闭件内的"热点"，过度的材料氧化或封闭件的损坏。然而， 这经常要求在围绕火焰的其他点处接受不高至能容许的温度，且因此要 求接受燃烧器的低于最优性能的性能。此效率缺乏由于许多原因而迄今为止被考虑为是可接受的，原因包 括缺少可以提供更均匀的温度的有用的方法和设备。发明内容本发明提供了用于允许燃烧以在被加热或已加热和熔融的材料的 表面提供更均匀的温度的方式进行的方法和设备。 本发明的一个方面是燃烧器设备，包括(A) 具有轴线的中心送给口；(B) 用于沿中心送给口的轴线通过中心送给口注射第 一流的第一供给设备，第一流包括从包含燃料、氧化剂和燃料和氧化剂的混合物的组中选择的物质；(C) 三个或更多的外口，每个外口具有相对于中心送给口的轴线 汇聚或发散的轴线；和(D) 三个或更多的不分支的供给管线，供给管线的个数等于外口 的个数，其中所述的供给管线的每个的一端连接到所述的供给口的不同 的供给口，且所述的供给管线的每个的另一端连接到用于将从包含燃 料、氧化剂、惰性物质和其混合物的组中选择的物质顺序地注射到所迷 的供给管线的不同的供给管线内且注射通过供给管线的不同的供给管 线的可控制供给设备，以此所述的物质顺序地从所述的外口的不同的外 口作为 一系列具有足以将第一流从所述的中心送给口的轴线偏转的动 量的第二流喷出。本发明的燃烧器设备的优选实施例，包括(A) 具有轴线的中心送给口；(B) 三个或更多的外口，每个外口具有相对于中心送给口的轴线 汇聚或发散的轴线；(C) 一个或多个位于比所迷的外口的任何外口更靠近中心送给口 的辅助送给口 ；(D) 用于将包括从包含燃料、氧化剂和燃料和氧化剂的混合物的 组中选择的物质的第 一 流沿所述中心送给口的轴线注射通过所述的中 心送给口的第 一供给设备；(E) 用于将包括从包含燃料、氧化剂和燃料和氧化剂的混合物的 组中选择的物质的辅助流非顺序地注射通过所迷的辅助送给口的辅助 流供给设备；只要所述的第 一流和所述的辅助流的至少一个包括燃料且 所述的第 一流和所迷的辅助流的至少 一个包括氧化剂；和(F) 三个或更多的不分支的供给管线，供给管线的个数等于外口 的个数，其中所述的供给管线的每个的 一端连接到所述的供给口的不同的供给口 ，且所述的供给管线的每个的另 一端连接到用于将从包含燃 料、氧化剂、惰性物质和其混合物的组中选择的物质顺序地注射到所迷 的供给管线的不同的供给管线内且注射通过供给管线的不同的供给管 线的可控制供给"i殳备，以此所述的物质顺序地J人所述的外口的不同的外 口作为 一 系列具有足以将第 一流从所述的中心送给口的轴线偏转的动7量的第二流喷出。本发明的另一个方面是燃烧方法，包括(A) 将包括从包含燃料、氧化剂和燃料和氧化剂的混合物的组中选择的物质的第一流沿具有轴线的中心送给口的轴线注射通过所述的 中心送给口 ；(B) 提供三个或更多的外口，每个外口具有相对于中心送给口的 轴线汇聚或发散的轴线；(C) 提供三个或更多的不分支的供给管线，供给管线的个数等于 外口的个数，其中所述的供给管线的每个的一端连接到所述的供给口的 不同的供给口，且所述的供给管线的每个的另一端连接到用于将从包含 燃料、氧化剂、惰性物质和其混合物的组中选择的物质顺序地注射到所 述的供给管线的不同的供给管线内且注射通过供给管线的不同的供给 管线的可控制供给设备；(D) 将所述的物质顺序地注射到所述的供给管线的不同的供给管 线内且因此将所述的物质作为 一 系列具有足以将所述的注射的第 一流 从所述的中心送给口的轴线偏转的动量且与偏转的第 一 流形成混合物 的第二流顺序地通过一个或多个所述的外口的不同的外口喷射；和(E) 燃烧第一流和第二流的混合物。 本发明的方法的优选实施例包括(A) 将包括从包含燃料、氧化剂和燃料和氧化剂的混合物的组中 选择的物质的第 一 流沿具有轴线的中心送给口的轴线注射通过所述的 中心送给口 ；(B) 提供三个或更多的外口 ，每个外口具有相对于中心送给口的 轴线汇聚或发散的轴线；(C) 提供一个或多个位于比所述的外口的任何外口更靠近中心送 纟会口的辅助送给口 ；(D) 将包括从包含燃料、氧化剂和燃料和氧化剂的混合物的组中 选择的物质的辅助流非顺序地注射通过所迷的辅助送给口 ；只要所迷的 第一流和所述的辅助流的至少一个包括燃料且所述的第一流和所述的 辅助流的至少 一个包括氧化剂；(E) 提供三个或更多的不分支的供给管线，供给管线的个数等于 外口的个数，其中所述的供给管线的每个的 一端连接到所述的供给口的不同的供给口，且所述的供给管线的每个的另一端连接到用于将从包含 燃料、氧化剂、惰性物质和其混合物的组中选择的物质顺序地注射到所管线的可控制供给设备；(F) 将所述的物质顺序地注射到所述的供给管线的不同的供给管 线内且因此将所述的物质作为 一 系列具有足以将所述的注射的第 一 流 从所述的中心送给口的轴线偏转的动量且与偏转的第一流形成混合物 的第二流顺序地通过一个或多个所述的外口的不同的外口喷射；和(G) 燃烧第一流和第二流的混合物。优选地，第一流包括从包含燃料、氧化剂和燃料和氧化剂的混合物 的组中选择的物质，且第二流包括从包含燃料、氧化剂、惰性物质和它 们的混合物的組中选择的物质。如在此所4吏用，口的"轴线"是/人该口注射出的流体在无相交流体流 动影响下所遵循的路径的中心线。如在此所使用，如果物质不参与燃料和氧化剂的燃烧，则物质是"惰 性的"，且如果物质流不包含参与燃料和氧化剂的燃烧的物质，则物质 流是"惰性的"。


图1是本发明的设备的实施例的前视图。 图2是图1的实施例的从上方观看的截面视图。 图3是图1的实施例的>^人側面7见看的截面#见图。 图4是图1的实施例的从与观看图3的侧面相对的侧面观看的截面 视图。图5是本发明的设备的另一个实施例的前视图。 图6是图5的实施例的从上方观看的截面^L图。
具体实施方式
在图1至图4中，根据本发明的燃烧器一般地参考为20。燃烧器 20优选地由能在暴露于燃烧器可能暴露到的1000。F至3000。F的温度时 保持其形状和成分的耐火材料形成。这样的材料的例子包括氣化铝、硅 石、AZS (氧化铝-氧化锆-硅石)、高铝红柱石、氧化锆和锆英石,:.燃烧器20可以是例如炉的封闭件的顶、侧壁或底的部分，希望的燃烧 在该封闭件内进行。中心送给口9和外口 1至8在燃烧器20的前侧22打开。中心送给 口9和外口可以，但不要求在相同的平面内，只要获得了在此描述的其 4也特征。中心送^会口 9可以包4舌如在图1中示出的一个开口，或可以包 括两个或更多的开口 (优选地1个至8个，更优选地1个至3个)，这 些开口应相互靠近定位，^f吏得/人开口喷出的物质以具有一个流动轴线39 的喷射物质流的形式汇合。例子包括多个单一的孔或同心地布置的环形 开口。虽然可以存在任4可大于2个外口的外口个数，^旦通常不需要大于大 约30个外口。 3至20个外口通常是满意的，且优选地可以提供6至12 个外口。从中心送给口 9到每个外口的距离可以相同，但这不是必需的。 作为替代，每个提供的外口可以具有距中心送给口 9不同的距离，或一 些外口可以是距中心送给口 9具有一个给定的距离，而另一组外口可以 距中心送给口 9具有第二给定距离。即，外口可以布置为围绕口 9的一 个圆的形式，如在图l中示出，或它们可以布置为具有不同的直径的两 个圓的形式，或它们可以布置为椭圆或两个椭圆的形式，或可以布置为 矩形或两个矩形的形式等。包括口的表面可以是平面的(平的)或凹入或凸出的，优选地是平 面的(平的)或凹入的。乂十于凹入和凸出的情况，口位于其上的表面可 以是球形、椭球形或多面体形状。每个外口具有轴线，且每个外口的轴线相对于中心送给口 9的轴线39汇聚或发散。如在此所使用，如果外口的轴线与中心送给口的轴线在 前侧22下游处相交，则外口的轴线相对于中心送^^口的轴线"汇聚"， 且如果外口的轴线与中心送舌会口的轴线在前侧22上游处相交，即在燃 烧器20的内侧或后方相交，则外口的轴线相对于中心送给口的轴线"发 散"。优选地，所有外口的轴线都相对于中心送给口的轴线汇聚，或所 有外口的轴线都相对于中心送给口的轴线发散。更优选地，所有外口的 轴线都相对于中心送给口的轴线汇聚。每个外口的轴线相对于中心燃料口'的轴线汇聚或发散的角度典型 地为5度至85度，且优选地为]0度至75度。相对于中心燃料口轴线 汇聚的外口轴线可以相互平4亍或相互汇聚或向中心送乡会口轴线上的相同点汇聚。外口轴线不必需地向相同的点汇聚例如，如果意图于促进 在椭圓形轮廓上的中途和在圆形轮廓的中途移动的移动火焰，则外口的 轴线不向中心送给口轴线上的相同的点汇聚。参考图2、图3和图4，中心送给口 9由通过燃烧器20的供给管线 19连接到示意性地表示为40的第一供给设备，第一供给设备将形成了 第一流的物质提供且注射到供给管线19内，使得第一流通过中心送给 口9喷出。供给管线19和中心送给口 9对齐，使得从口9喷出的第一 流跟随轴线39。优选地，口 9的轴线39垂直于表面22。每个外口由通过燃烧器20的其自己的相应的分开的供给管线连接 到示意性地表示为50的供给设备，供给设备50将物质提供且注射到每 个供给管线内，使得物质作为第二流以在此描述的方式喷出外口 。每个供给管线不分支，且将在其端部的一个处的供给设备50连接 到在其另一个端部处的其自己的外口。不分支的供给管线提供的优点是不将物质分到分支管线内或通过阀控制进入分支管线。使用由不分支的 供给管线送给的外口使得能更可靠和可重复地以在此描述的方式控制 火焰模式。在图2、图3和图4中，为参考和披露的容易，并非示出了所有连 接到外口的通道。如在图2中示出，外口 2和3由供给管线12和13分 别送给，且外口 7和8由供给管线17和18分别送给。为外口 1送给的 供给管线11在图2中未示出，使得供给管线19得以示出，但在图3和 图4中示出了供给管线11。如在图3中示出，外口 1和2分别由供给管 线11和12送给，且外口 7和8分别由供给管线17和18送给。为外口 3送给的供给管线13在图3中未示出，使得可以示出供给管线19。如 在图4中示出，外口 1和8分别由供给管线11和18送给，且外口 6和 5分别由供给管线16和15送给。为外口 7送给的供给管线17在图4中 未示出，使得可以示出供给管线19。送给到外口的供给管线可以直地通过燃烧器20,如在图1至图4中 示出，^旦它们可以^^代地构造为包括在外口处结束的第一部分，第一部 分的轴线相对于中心供给口的轴线成汇聚或发散角，且包括在燃烧器20 内与第一部分相交的第二部分，其中第二部分的轴线平行于供给管线 19,或相对于第一部分的轴线成某些其他角度。为外口送给的供给管线优选地通过在制造了燃烧器20的材料内钻孔而形成。优选地，为外口送给的供给管线和为中心送给口送给的供给管线19衬有例如金属的保护性材料。供给管线也可以通过铸造带有大 开口的耐火块且插入可移除的喷嘴而造成。在替代实施例中，在一些或所有外口的开口处可以提供喷嘴或孔 口，通过喷嘴或孔口将流喷射。在这样的情况中，喷嘴或孔口的轴线是 外口的轴线。为此使用而提供的喷嘴或孔口可以是可调节的，使得每个 喷嘴或孔口的轴线可以移动而不必替换或重新钻孔为外口送给的供给 管线。作为第 一 流喷射的物质和作为第二流喷射的物质在他们混合在一 起后必须能在存在外部的或实施的点火源时燃烧，或在燃烧室内在高于 存在于混合物内的燃料的自燃温度的温度下燃烧。在一个实施例中，作为第 一流喷射的物质和作为第二流喷射的物质 都包括参与由第一流和第二流形成的混合物的燃烧的物质。例如，第一 流可以包括燃料，在此情况中，第二流包括氧化剂或燃料和氧化剂的预 混合混合物。替代地，第一流可以包括氧化剂，在此情况中，第二流包 括燃料或燃料与氧化剂的预混合混合物。在另一个替代中，第一流和第 二流都包括燃料和氧化剂的预混合混合物。优选地，第一流包括燃料且 第二流包括氧化剂。在另一个实施例中，作为第一流喷射的物质包括燃料或燃料与氧化 剂的混合物，且第二流是"惰性的"，即第二流不包含参与由第一流和第 二流形成的混合物的燃烧的物质。可以作为第二流喷射的这样的物质的 例子包括氮、氩、二氧化碳、水(液体或优选地蒸汽)、氦和它们的混 合物。合适的燃料包括气体、液体或微粒固体形式的可燃碳氢化合物。合 适的气体燃料包括天然气、汽化的LPG (液化石油气)、丙烷、丁烷和 例如焦炉气、高炉气、电弧炉气和煤气的包含一氧化碳、氢气或一氣化 碳和氢气两者的气体混合物、和煤气。合适的液体燃料包括燃料油和柴 油。液体燃沐+在其从其口 (中心送给口或外口)出现时应^皮雾化.，合适 的固体燃料包括任何等级或等级的混合物的煤，和石油焦。当燃料是固 体时，燃料应降低微粒尺寸，使得其能以合适的例如运输空气的载体气 体从口送给出，例如当送给煤粉到燃煤发电厂的燃烧室中所使用的.氧化剂应是包含5%体积百分比至100%体积百分比的氣气，且优选地是包含10%体积百分比至100%体积百分比的氧气的流。当空气是富含氧气的空气时，它是优选的氧化剂，富含氧气的空气的含义是其中添加了氧气以将氧气含量提高到空气的氧气含量之上达到例如至少20 %体积百分比或25%体积百分比或甚至至少50%体积百分比的空气 另一个优选的氧化剂是包含至少80%体积百分比的氧气的气体流，或甚 至至少95%体积百分比的氧气的气体流，或甚至至少98%体积百分比 的氧气的气体流。具有此更高的氧气含量的氧化剂可以从包含了压缩氧 气的存储箱提供、从包含了液氧的存储箱且通过将液氧的合适的量气化 而提供氧、或从由空气产生高纯度氧气的现场空气分离单元提供、或从 氧气管路提供。其他气体成分(例如前述的不参与燃烧的物质)可以类 似地从存储箱、供给车或管路提供。将从口 9作为第一流喷射的物质注射到供给管线19内的供给设备 40和将从外口作为第二流喷射的物质注射到供给管线内的供给设备50 包括合适的燃料源或氧化剂源或预混合的燃料和氧化剂源或不燃烧的 物质源，视情况而定，以及用于促使物质到且通过其口 (多个口)的合 适的设备。用于气体物质的合适的装置包括风扇和鼓风机。用于液体和 微粒固体的合适的装置包括具有进行将物质以希望的速度输送到且通 过口 (多个口)的必需功能的能力的雾化器和鼓风机。供给设备50的 另外的能力在下文中描述。通过中心送给口喷射的第一流的速度应典型地为5至1600英尺每 秒，且优选地为10至900英尺每秒。由每个外口喷射的第二流的速度 应典型地为5至2000英尺每秒，且优选地为10至900英尺每秒。第一流和第二流的混合物的温度应典型i也直至3000°F,且优选地直 至2000oF。根据本发明，顺序地，(1 )第二流从一个外口或从一组邻近定位 的外口以足够的动量喷射，以将所喷射的第一流从轴线偏转，否则第一 流将沿轴线无偏转地行进，同时在相同的时间点，物质不从其他外口喷 射或从其他外口喷射但不带有足以将第一流从其轴线偏转的动量，且然 后(2)第二流从不同的外口或从不同组的邻近定位的外口以足够的动 量喷射，以将第一流从轴线偏转(以与先前偏转的方向不同的方向)， 否则第一流将沿轴线无偏转地行进，同时在相同的时间点，物质不从其 他外口喷射，或从其他外口喷射但不带有足以将第一流从其轴线偏转的动量，然后第二流的喷射从周期性改变的外口或外口组继续。应注意的 是，将流动从中心送给口偏转的物质的第二流的流动可以偶尔降低或中 断，使得所喷射的物质的第一流沿中心送给口的轴线临时地流动，然后 第二流再次从外口或外口组喷射以再次将笫 一流偏转。
为执行此功能，将物质注射到供给管线内以从各外口作为第二流喷
射的供给设备50包括用于以足够高的速度顺序地改变物质注射到其内 的供给管线或多个供给管线的机构，以顺序地改变在任何时间点第二流 以使得从中心送给口喷射的第 一流从其轴线偏转的足够高的动量通过 其喷射的外口或多个外口。
这些功能可以以数个方式的任何方式进行。 一个方式是为每个供给 物质以成为>^人外口喷射的第二流的供给管线提供其自己的阀，该阀调节 了可以到达外口的此物质的量和/或速度。这样的阀在两个位置之间可切 换，该两个位置是允许更大的流动，即足以将物质以足以将第一流从 其轴线偏转的动量喷射的流动的位置，和允许根本无流动或具有不能将 第一流从其轴线偏转的速率的流动的位置。这两个位置可以预先设定。
通过自动地指导每个阀的状态，即其是否允许更大或更小的通过阀的流 动的例如可编程逻辑控制器(PLC)的控制器指导阀位置。可以使用实 际的机构，通过该才几构使得每个阀在允许相对地更大和相对地更小的流 动之间交替，这样的机构例如由螺线管或气动或机动促动。当形成第二 流的物质在压力下施加到阀的上游側时，在阀打开(通过控制器指导) 时，此物质流过不同的阀，以对应于每个阀打幵的相对程度的速度和/ 或质量流量流动，且在阀关小或完全关闭时以较低的流量流动或根本不 流动。
用于顺序地控制形成了第二流的物质流动通过外口的另 一 个替代 使用了位于单独的供给管线和第二流物质的上游共同供给源之间的单 阀机构，该单阀;f几构包括例如可旋转分流器的可移动件。可移动件包括 主开口 ，第二流物质可以通过主开口流动到在任何特定的时间点主开口 与其对齐的外口供给管线内。可移动件另外3也阻断了到其他外口供给管 线的流动，或选择地也包括当主开口与外口供给管线的一个对齐时与另 外的外口供纟会管线的 一个或多个对齐的附加开口 。可移动件和外口供给 管线相互定位为使得可移动件可以移动(例如绕其自己的轴线旋转)，以使外口供给管线与主开口顺序对齐，这使得形成了第二流的物质能流 动到 一 系列外口 。当形成第二流的物质在压力下施加到可移动件上游 时，可移动件的旋转将主开口与一系列外口供给管线对齐，同时允许第 二流不流入其他外口供给管线，或以更少的量流入到其他外口供给管线，这取决于是否提供了任何前述的附加开口。这样的单一旋转阀系统可以电子地或气动地控制。使用电子控制时，可变频率驱动器将驱动电动马达，该电动马达使得旋转阀转动，且旋转速度将由PLC控制。为控制气动运行的旋转阀，被压缩的驱动流体 的供给压力将变化且被控制。使用这些控制方法或任何其他实现了相同功能的控制方法，第二流 顺序通过外口或一组邻近的外口以足以使第一流从其轴线偏转的动量 提供。顺序地送给具有此动量的第二流顺序地改变了喷射将第一流偏转 的第二流的外口或多个外口，这又顺序地改变了第一流偏转的方向。偏转第 一流的流动的第二流的顺序优选地绕外口的阵列从一个外口且然 后从其最近的相邻的外口 ，且然后从此外口的最近的相邻的外口等反复 地进行，例如从外口 l至外口 8以数字顺序出来，其中它们在图1中标 号，使得出离外口 8的流动由出离外口 l的流动跟随等。替代地，第二 流的偏转了第 一流的流动从它们喷射的外口的顺序可以从一个外口跳 跃到另 一个非相邻的外口 ，然后跳跃到另 一个相邻或非相邻的外口等。 此外，顺序可以童复，或顺序可以是随机的，使得下一个喷射第二流以 偏转第一流的流动的外口无规则性。无论是规则的还是随机的，顺序可 以编程到PLC内且由PLC^丸行。典型地，第二流的偏转了第 一 流的流动的流动方向改变通常足以使 得在0.03至30分钟内，优选;也在O.l至10分钟内发生完全的方向改变 顺序。虽然本发明可以通过一次从一个外口喷射偏转了第一流的物质流 动而作为第二流来^U亍， <旦也可以且经常是优选的是一次将第二流从一 对邻近的外口喷射，或从包4舌中间口和中间口的每侧上的邻近口的三个 外口的组喷射。即，参考图1,偏转了第一流的第二流可以来自外口 1 至外口 8的任一个外口，或一次来自例如口 l和口2的两个邻近的口， 然后来自口 2和口 3,然后来自口 3和口 4等。替—戈地，流动可以来自 口 1、 口 2禾口口 3,然后来自口 2、 口 3和口 4,然后来自口 3、 口 4详口口5等。实际上，从其引导第二流以偏转第一流的外口的个数可以从《又 1个直至比外口总数少1个，且优选地从1个到4个外口，
由外口或多个外口喷射的偏转了第一流的流的动量与来自中心送 给口的第一流的动量的比典型地为1.01至20,且优选地为1.1至10。
口的出口开口可以在形状上(几何形状)和面积上改变，只要流在 有效速度范围内喷射(该范围对于从中心送给口喷射的第 一流典型地是 5至1600英尺每秒之间的速度，且优选地是10至900英尺每秒的速度； 且对于由外口喷射的第二流是5至2000英尺每秒之间的速度，且优选 地是10至900英尺每秒的速度)。
夕卜口与中心口之间的距离可以在外口之间变化。优选地，外口应位
于圆形或椭圆形图案上。
在作为第二流通过所有外口在任何时间点喷射的物质总量中，该量
的典型地10%至100%,且优选i也50o/。至100%应由提供了偏转第一流 的动量的外口或多个外口喷射。
当外口的轴线相对于中心送给口的轴线汇聚时，偏转了第 一 流的第
二流或多个第二流通过将第一流从其轴线"推开"而将第一流从其轴线 偏转。当外口的轴线相对于中心送给口的轴线发散时，偏转了第一流的
第二流或多个第二流通过将第一流向第二流(多个第二流)抽吸或吸引 而将第一流从其轴线偏转。在任一个情形中，第二流或多个第二流与第 一流相交且混合。
一旦点燃，则由第一流和第二流形成的混合物燃烧且形成火焰。其 中第一流被偏转的方向(通过第二流或多个第二流偏转)变成其中第一 流和第二流的混合物延伸的方向，这又是火焰延伸的方向。因此，火焰 相对于中心送给口的轴线的定向随第 一流与来自不同的外口或外口组 的偏转了第一流的第二流之间的每次相交改变。例如，以如在图l至图 4中示出的燃烧器执行本发明，且从外口以从口 l至口 8的数字顺序喷 射第二流，则当在图1中提供的视图中的燃烧器的前方观察时，当火焰 持续出现以扫过其顶点在口 9处的锥体时，火焰将偏转为使得火焰遮掩 口 5、然后口 6、然后口 7、然后口 8 (在该点偏4争了第一流的第二流将 来自口 4)等。
此行为持续地提供了希望的燃烧热到被加热的材料，且到其中发生 了燃烧的封闭件，但以提供了更均匀的温度分布的方式进行，因为持续移动火焰的定向避免造成了因为不中断地靠近火焰的最热区域导致的 "热点，，或变得过热的区域。这又允许了提供较热的平均火焰温度的燃烧 条件，因为由避免"热点"限制的需要更少。在第一流和第二流中的物质的比(或比例)需要是合适的，以维持 在第一流和第二流相交且混合时形成的混合物的燃烧。因此，对于形成 的燃料和氧化剂的每个混合物，当火焰通过从每个顺序地不同外口喷射 第二流而改变定向时，考虑到从周围进入火焰的氧化剂，加上任何通过 任何辅助送给口 (多个辅助送给口 )送给的氧化剂，加上在第一流和第 二流中送给的氧化剂，所送给的总氧量与所送给的燃料量的比必须为化学计量比的0.5至10倍，其中化学计量比限定为将燃料完全燃烧为C02 和H20所要求的每摩尔燃料的氧摩尔量。例如，以此方式限定的对于甲 烷燃烧的化学计量比为2,所以在形成的每个第一和第二燃烧剂的混合 物中建立的氧与甲烷的比为2x (0.5至10)，或〗至20。中心送给口的轴线和最近的外口之间的距离典型地为3至24英寸， 且优选地为6至18英寸。除提供了被加热的或已加热的和熔融的物质表面且对于由火焰提 供的作为结果的加热的更均匀的温度形式的优点外，本发明是有利的在 于，本发明可以使用分级燃烧技术执行，该分级燃烧技术帮助降低了氮 氧化物的产生。分级可以通过允许将小量物质注射通过在给定的时间点 处不涉及偏转第一流的外口而实现。在图5和图6中图示的优选的替代实施例包括一个或多个辅助送给 口，通过它们喷射流以帮助稳定火焰且控制氮氧化物的形成。优选的辅 助送给口是围绕中心送给口 9的环形孔口 60 。替^U也，环形孔口 60可 以由一系列绕中心送给口 9布置的不同的开口代替。 一个或多个辅助送 给口比任何外口更靠近中心送给口 。辅助送给口或多个辅助送给口通过 辅助供^会管线58从辅助送给源56送给。在此实施例中，由中心送给口 9喷射的流包括燃料、氧化剂或燃料和氧化剂的混合物，且辅助送给口 或多个辅助送给口 60喷射燃料、氧化剂或燃料和氧化剂的混合物，只 要中心送给口和辅助送给口(多个辅助送给口)的至少一个喷射燃料且 中心送給口和辅助送给口(多个辅助送给口)的至少一个喷射氧化剂。 提供了且通过在此技术领域中已知的设备注射由其各自的供给源40和 56送给到中心送给口的物质和送给到辅助送给口 (多个辅助送给口 )的17物质。
送给到辅助送给口或多个辅助送给口 60的物质非顺序地送给，即
物质送给到且通过辅助送给口(多个辅助送给口)的速率在运行期间不 变，且在运行期间不在不同的速率之间波动。
本发明提供了许多其他优点。 一个优点是本发明提供了宽覆盖范围 的火焰，以将热更有效地传递到被加热的材料。简单地通过改变到控制 了顺序通过外口的送给的控制器的方向，即使在燃烧器运行期间火焰方 向也可以容易地改变，而不要求对硬件(燃烧器和/或流动控制阀)的任 何改变。
另一个优点是能在预先确定的时间期间将火焰指向预先确定的方 向的能力。即，火焰不需经常地移动。火焰定向的改变频率和火焰指向 任何给定的方向的时间期间可以例如在炉装载时设定，且根据炉被装载 的方式设定(例如，火焰可以一直指向有较大装载量的材料被加热的给 定方向，或一直指向存在更新装载的最初处于较低温度的材料的给定方 向。
本发明的另外的益处包括
-在耐火壁内形成较少的"热点，，，这可以增加的炉的寿命。 -促进更均匀的热传递;t莫式意味着较少的"冷点"，这可以导致增加
的熔融速率或加热速率。
-由于均匀的热传递模式而要求较少的燃烧器，因此提供了投资较
低的等价生产。
-安装在顶内的燃烧器在侧壁内留下了更多的位置以安装观察孔、 维修门和装载门。
-安装在顶内的带有移动火焰的燃烧器允许燃烧系统设计对炉的 几何形状优化。
火焰的方向和火焰的强度通过独立的射流确定，即不依赖于喷嘴设 计、气体混合、流体流动模式和材料对例如化学侵蚀或碎裂的降级因素 的可靠性，且对影响火焰稳定性的运行参数的变化较不^:.感,，火焰稳定 性和特征通过固定的且稳健的气体注射口确定。更大的温度均匀性避免 了局部高温区域或点，因为热围绕燃烧器(或熔融或加热表面)均匀地 传递，而非仅在越过装载物的一个条上传递。热均匀地且柔和地在装载 物上分布。当加热材料由于局部高温和高的氣气分压而易于氧化时，例如材料为铝和钢时，这也允许潜在的较低的氧化速率。其他优点包括高的火焰稳定性和降低的停工期，因为在不太可能的 外口阻塞的情况下，注射的顺序可以f务改以避免使用此口直至可以进行 合适的维修。本发明也提供了经济上的优点，包括低的制造成本，在例如铝熔融和钢再加热的涉及氧化的应用中的产量改进，和<氐的燃辨比4€。
权利要求
1.燃烧器设备，包括(A)具有轴线的中心送给口；(B)用于沿中心送给口的轴线通过中心送给口注射第一流的第一供给设备，第一流包括从包含燃料、氧化剂和燃料和氧化剂的混合物的组中选择的物质；(C)三个或更多的外口，每个外口具有相对于中心送给口的轴线汇聚或发散的轴线；和(D)三个或更多的不分支的供给管线，供给管线的个数等于外口的个数，其中所述的供给管线的每个的一端连接到所述的供给口的不同的供给口，且所述的供给管线的每个的另一端连接到用于将从包含燃料、氧化剂、惰性物质和其混合物的组中选择的物质顺序地注射到所述的供给管线的不同的供给管线内且注射通过供给管线的不同的供给管线的可控制供给设备，以此所述的物质顺序地从所述的外口的不同的外口作为一系列具有足以将第一流从所述的中心送给口的轴线偏转的动量的第二流喷出。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中中心送给口具有一个开口。
3. 根据权利要求1所述的设备，其中中心送给口具有2个至8个开口 。
4. 根据权利要求1所述的设备，其中第一流包括燃料且第二流包括 氧化剂。
5. 根据权利要求1所述的设备，其中第一流包括氧化剂且第二流包 括燃料。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中第一流包括燃料和氧化剂的混 合物。
7. 根据权利要求1所迷的设备，其中第二流包括燃料和氧化剂的混 合物。
8. 根据权利要求1所述的设备，其中第一流包括燃料且第二流不包 含参与所述的燃料和氧化剂的燃烧的物质。
9. 燃烧器设备，包括(A) 具有轴线的中心送给口 ；(B) 三个或更多的外口，每个外口具有相对于中心送给口的轴线汇聚或发散的轴线；(C) 一个或多个位于比所述的外口的4壬何外口更靠近中心送给 口的辅助送给口 ；(D) 用于将包括从包含燃料、氧化剂和燃料和氧化剂的混合物 的组中选择的物质的第一流沿所述中心送给口的轴线注射通过所述的 中心送给口的第 一供给设备；(E) 用于将包括从包含燃料、氧化剂和燃料和氧化剂的混合物 的组中选择的物质的辅助流非顺序地注射通过所述的辅助送给口的辅 助流供给设备；只要所述的第 一 流和所述的辅助流的至少 一 个包括燃料 且所述的第 一 流和所述的辅助流的至少 一 个包括氧化剂；和(F) 三个或更多的不分支的供给管线，供给管线的个数等于外 口的个数，其中所述的供给管线的每个的一端连接到所述的供给口的不 同的供给口，且所述的供给管线的每个的另一端连接到用于将从包含燃 料、氧化剂、惰性物质和其混合物的组中选择的物质顺序地注射到所述 的供给管线的不同的供给管线内且注射通过供给管线的不同的供给管 线的可控制供给设备，以此所述的物质顺序地从所迷的外口的不同的外 口作为 一 系列具有足以将第 一流从所述的中心送给口的轴线偏转的动 量的第二流喷出。
10. 根据权利要求9所迷的设备，其中所述的一个或多个辅助送给口是绕中心送给口的环形孔口 。
11. 根据权利要求9所述的设备，其中由所述的可控制供给设备注 射的流不包含参与所述的燃料和氧化剂的燃烧的物质。
12. 根据权利要求9所述的设备，其中所述的第一流包括燃料，所 述的第二流包括氧化剂，且由所述的可控制设备注射的流包括氧化剂。
13. 根据权利要求9所述的设备，其中所述的第一流包括燃料，所 述的第二流包括氧化剂，且由所述的可控制供给设备注射的流不包含参 与所述的燃料和氧化剂的燃烧的物质。
14. —种燃烧方法，包括(A) 将包括从包含燃料、氧化剂和燃料和氧化剂的混合物的组 中选择的物质的第 一 流沿具有轴线的中心送给口的轴线注射通过所迷 的中心送给口 ；(B) 提供三个或更多的外口，每个外口具有相对于中心送给口的轴线汇聚或发散的轴线；(C) 提供三个或更多的不分支的供给管线，供给管线的个数等 于外口的个数，其中所述的供给管线的每个的一端连接到所述的供给口 的不同的供给口 ，且所述的供给管线的每个的另一端连接到用于将从包 含燃料、氧化剂、惰性物质和其混合物的组中选择的物质顺序地注射到 所述的供给管线的不同的供给管线内且注射通过供给管线的不同的供 给管线的可控制供给设备；(D) 将所述的物质顺序地注射到所述的供给管线的不同的供给 管线内且因此将所述的物质作为 一 系列具有足以将所述的注射的第一 流从所述的中心送给口的轴线偏转的动量且与偏转的第 一 流形成混合 物的第二流顺序地通过一个或多个所述的外口的不同的外口喷射；和(E) 燃烧第一流和第二流的混合物。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中中心送给口具有一个开口。
16. 根据权利要求14所述的方法，其中中心送给口具有2个至8 个开口 。
17. 根据权利要求14所述的方法，其中第一流包括燃料且第二流 包括氧化剂。
18. 根据权利要求14所述的方法，其中第一流包括氧化剂且第二 流包括燃料。
19. 根据权利要求14所述的方法，其中第一流包括燃料和氧化剂 的混合物。
20. 根据权利要求14所述的方法，其中第二流包括燃料和氧化剂 的混合物。
21. 根据权利要求14所述的方法，其中第一流包括燃料且第二流 不包含参与所迷的燃料和氧化剂的燃烧的物质。
22. —种燃烧方法，包括(A) 将包括从包含燃料、氧化剂和燃料和氧化剂的混合物的组 中选择的物质的第一流沿具有轴线的中心送给口的轴线注射通过所述 的中心送给口；(B) 提供三个或更多的外口，每个外口具有相对于中心送给口 的轴线汇聚或发散的轴线；(C) 提供一个或多个位于比所述的外口的任何外口更靠近中心送给口的辅助送给口；(D) 将包括从包含燃料、氧化剂和燃料和氧化剂的混合物的组 中选择的物质的辅助流非顺序地注射通过所迷的辅助送给口 ；只要所述 的第 一 流和所述的辅助流的至少 一 个包括燃料且所述的第 一 流和所述 的辅助流的至少 一个包括氧化剂；(E) 提供三个或更多的不分支的供给管线，供给管线的个数等 于外口的个数，其中所述的供给管线的每个的一端连接到所述的供给口 的不同的供给口 ，且所述的供给管线的每个的另一端连接到用于将从包 含燃料、氧化剂、惰性物质和其混合物的组中选择的物质顺序地注射到 所迷的供给管线的不同的供给管线内且注射通过供给管线的不同的供 给管线的可控制供给设备；(F ) 将所述的物质顺序地注射到所述的供给管线的不同的供给 管线内且因此将所述的物质作为一系列具有足以将所述的注射的第一 流从所述的中心送给口的轴线偏转的动量且与偏转的第 一 流形成混合 物的第二流顺序地通过一个或多个所述的外口的不同的外口喷射；和(G )燃烧第 一 流和第二流的混合物。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中所述的一个或多个辅助送 给口是围绕中心送给口的环形孔口。
24. 根据权利要求22所述的方法，其中由所述的可控制供给设备 注射的流不包含参与所述的燃料和氧化剂的燃烧的物质。
25. 根据权利要求22所述的方法，其中所迷的第一流包括燃料， 所述的第二流包括氧化剂，且由所述的可控制供给设备注射的流包括氣 化剂。
26. 根据权利要求22所述的方法，其中所述的第一流包括燃料， 所述的第二流包括氧化剂，且由所述的可控制供给设备注射的流不包含 参与所述的燃料和氧化剂的燃烧的物质。
全文摘要
一种燃烧器(20)具有中心口(9)和三个或更多的外口(1至8)，外口的轴线向着中心口轴线(39)或离开中心口轴线(39)成角度。对物质从其以足以将火焰从中心口的轴线(39)偏转的动量被注射的外口(多个外口)的顺序变化改变了火焰相对于中心口轴线(39)的定向。
文档编号F23D14/22GK101263342SQ200680033257
公开日2008年9月10日 申请日期2006年8月10日 优先权日2005年8月12日
发明者A·塔斯卡, J·P·米赫尔, M·A·凯尔伯恩, W·T·科巴亚施 申请人:普莱克斯技术有限公司