专利名称：预混燃烧器的运行方法
技术领域：
本发明涉及一种预混燃烧器的运行方法，该预混燃烧器主要包括一个混合段和一个下游燃烧段，以及位于这两段中间的点火区。本发明还涉及实施该方法的预混合燃烧器。
如果反应区在空间广泛展开并且废气与新燃气的混合不会引起迅速回混，则对于稀预混火焰来说，其燃烧所产生的有害物含量非常低。此外，这种燃烧状况可通过充分的预混合试验，以及利用催化火焰稳定器和在预混流中央的火焰稳定器来实现。利用这种结构，在火焰温度为1750K(1477℃)，压力大约为14巴时，NOx的排放量可达到约5ppm(15％O2)。但是这些火焰稳定器具有潜在的不稳定因素一方面这些火焰稳定器的冷却是成问题的，另一方面火焰稳定器与燃烧器之间的机械连接恰恰常常会形成火焰稳定器的热区，上述热区总是再次成为形成点火中心的起动点，这样，这些火焰稳定器的烧蚀就会给下游的透平造成危险。当然，可尝试利用夹持装置来防止火焰稳定器分离。但恰巧是夹持装置和火焰稳定器的主体之间的间隙为形成壁边界层提供了理想的先决条件，因而火焰必定会通过壁边界层向预混段内部反冲。
本发明将设法解决上述问题。本发明的任务是提供一种方法和一种在文首提到的那种预混燃烧器，以便在不使用火焰稳定器和在轴线上没有强回流区的情况下稳定火焰。
通过燃料在预混燃烧器的管道内部的最大流速处混合可确保燃料与助燃空气迅速混合。在混合段不会引起自燃，也不会出现回火。上述混合段能保证防止回火而不必使火焰稳定器具有补偿特性，同时不会在燃烧区形成回流区。为了使预混合达到最均匀的程度，可在混合段设置一些静态混合部件。
本发明的主要优点如下-由于波动小，燃烧器在压力损失最小的状态下具有良好的火焰稳定性。
-非常低的NOx排放量，它低于最严格的环境保护法规目前所规定的9ppm的排放量。
-良好的部分负荷性能。
-所需的燃料供给压力较低。
本发明还特别适用于含氢燃料，这是由于浓区只位于流速极高的区域，即中央区域内，并且壁边界层的燃料总是很少的缘故。由于在混合段内发生预先蒸发且不浸湿壁面，所以本发明还适用于燃烧液体燃料。
本发明的另一个优点是，在反应区内的热壁很容易冷却。
本发明技术方案的有利而且适宜的改进结构体现在其它从属权利要求中。
下面参照附图
对本发明进行详细描述，图中省略了所有对于直接理解本发明并非必需的部件，图中的箭头表示介质的流动方向。
唯一的一幅附图表示一个半剖的预混燃烧器。
现在参照附图，该图表示出一个具有直管形状的预混燃烧器1。利用多个喷射器2将燃料5最好是气体燃料喷入上述直管的前端。在构成预混燃烧器1第一部分的混合管3内的高速助燃空气4可确保在混合段内既不发生自燃也不发生回火，混合段的长度可从该文献的已知关系中推算出来。可增设一些静态混合元件(未示出)，以提高混合的均匀性。由于燃料喷射器2居中设置，使燃料/空气混合流6在管壁处相当稀薄，壁边界层内不可能发生逆燃。混合流6很快便在混合管3内达到了稳定的轴向速度曲线7。较短的点火区9位于混合管3的下游，即管3的延长部分内，点火区壁8保持未冷却状态，即具有较高的温度。这个热点引发了粘性底层内的反应。此外，可借助外部装置，如电加热装置给热点加热。此外，在工作过程中，通过与外界充分隔热可以利用反应热使点火区9的壁8达到一定温度并维持该温度。也可方便地将对稳定火焰有良好作用的催化涂层17，例如铂涂层涂覆到面向点火区9内侧的壁8表面上。为了在该点火区9内提高火焰稳定性，可在直管内形成一个横截面增大的小台阶。在该横截面上的台阶10对点火区内即在火焰形成的平面内起稳定作用，该作用有助于在扩展区内形成负压流。由于壁边界层造成的紊流和由于热边界层和温度低的射流中心之间的开耳芬-亥姆霍兹不稳定性，使反应区11迅速呈圆锥形扩展到预混燃烧器1的对称轴12。紧接着点火区9的壁8下游是一个燃烧段13，该段13的壁最好被冷却，上述燃烧段具有横截面扩大至约两倍半的扩散器状或脉冲扩散器状的展宽部分，以便使流速大体保持恒定，并降低压力损失以及保持小的段壁热负荷。可利用图中未示出的装置在添加燃料之前在台阶10的断面下游叠加一种轻度漩流来强化混合，当然，这种混合不能出现涡流破碎。混合的强化是由在旋转流场内具有负梯度的径向密度层的不稳定作用造成的。在燃烧段13起始处的温度曲线14精确地对着反应区11的方向在此朝热气体15的中心方向温度突变很明显。但再往下游，温度曲线16则变得相当平滑，使大部分热气流15具有均匀的温度。只有在中心部分温度仍可能有小的突变。在部分负荷期间，可利用处在点火区9上游的混合管3周边方向上的一些孔(未示出)来强化混合，从而可达到70％部分负荷。可采用低热值燃料和天然气，也可采用含氢气体和热油使预混燃烧器运转。此外，预混燃烧器1也可用作多级燃烧装置的一级。如上所述，为了稳定火焰，点火区9的壁8不应被冷却。适用于本发明的一种材料是陶瓷。
权利要求
1.一种运行预混燃烧器的方法，该预混燃烧器主要包括一个混合段和一个下游燃烧段，以及位于这两段中间的点火区，其特征在于将燃料(5)的助燃空气(4)引入到混合段(3)的前端，以形成一种混合流；提高混合段(3)内的混合流(6)的流速，使得既能防止混合流自燃也能防止点火区(9)出现回火；使燃烧段(13)内形成热的壁边界层和较冷的中心流，这样，在相对于预混燃烧器(1)的对称轴(12)的流动方向形成一个圆锥形反应区(11)。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，在对称轴(12)上没有回流区的情况下在点火区(9)内形成火焰前锋。
3.实施如权利要求1的方法的预混燃烧器，该预混燃烧器(1)由一个混合段和一个下游燃烧段以及位于这两段中间的点火区组成，其特征在于，在混合段(3)和点火区(9)之间的横截面上有一个台阶(10)。
4.按照权利要求3的预混燃烧器，其特征在于，点火区(9)的壁(8)的内表面涂有催化涂层(17)。
5.按照权利要求3的预混燃烧器，其特征在于，燃烧段(13)有一个扩散器状的展宽部分。
6.按照权利要求3的预混燃烧器，其特征在于，燃烧段(13)有一个脉冲扩散器状的展宽部分。
7.按照权利要求5或6的预混燃烧器，其特征在于，至预混燃烧器(1)端部的燃烧段(13)的横截面展宽是点火区(9)内的流动横截面的两倍半。
全文摘要
在主要由一个混合段(3)和一个下游燃烧段(13)以及位于这两段中间的点区(9)组成的预混燃烧器(1)内，将燃料(5)和助燃空气(4)引入到混合段(3)的前端，以形成一种混合流。在混合段(3)的端部，在点火区(9)内点燃燃料/空气混合流(6)并且在对称轴(12)方向上不形成回流区。利用混合段(3)内的高速混合流(6)可防止发生自燃和回火。借助于燃烧段(13)内的壁边界层和热气流(15)中心之间的温度差可形成一个圆锥形反应区(11)。
文档编号F23D14/74GK1119724SQ9510669
公开日1996年4月3日 申请日期1995年5月19日 优先权日1994年5月20日
发明者K·德贝林 申请人:Abb研究有限公司