用于燃烧器的喷嘴混合引燃以及方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]气体燃烧器是众所周知的。在此类燃烧器中，燃料气体和氧化剂彼此混合，并且在燃烧器内部点燃。然后，所产生的热燃烧气体高速通过出口并进入炉腔，以便直接加热或者进入辐射管进行间接加热。在燃烧器内部，燃料气体与助燃剂的燃烧会使燃烧器中出现一个温度大幅上升的环境。为了提高系统效率，助燃剂可以被预先加热以产生较高的温度。助燃剂的预热可以通过使用废气余热的复热或蓄热系统来实现。并且这种高温燃烧环境有可能会存在不同的难题。
[0002]首先，在一些应用中，提供给燃烧器的可燃混合物中的燃料空气比有可能改变。由此，用于燃烧的有可能是高浓度或低浓度的燃料空气混合物，而这有可能会影响火焰燃烧温度以及燃烧副产品的成分。例如，较高的火焰温度可能增加热氮氧化物(NOx)的生成，这通常是不希望的。同样，较低的火焰温度可能降低燃烧器的效率，并且进一步促使形成积炭、颗粒以及其他副产品，而这种效果同样也是不希望的。此外，积炭的形成还会影响到燃烧器工作，例如在包含燃烧器的火花点火设备的不同的内部燃烧器表面形成覆盖层。目前已知的是，淀积在火花点火设备的功能区域上的积炭和其他固体沉积物可能会将火花强度降低至足以阻碍点火。与燃烧器内部的积炭以及其他沉积物相关联的难题至少部分是由燃料空气比变化所导致的火焰温度变化造成的，并且这些难题尚未得到解决。
【发明内容】
[0003]在一个方面中，本公开描述的是一种用于点燃主燃烧器的引燃燃烧器。该引燃燃烧器设备包括一个引燃喷嘴组件，其具有大体上中空的圆柱形形状。该引燃喷嘴组件在其开口端至少部分限定了一个引燃燃烧室。在引燃喷嘴组件的内部限定了一个圆柱形的火花点燃表面。在该引燃喷嘴组件中贯穿了一个伸长的打火杆。所述打火杆是用一种与圆柱形火花点燃表面同中心的方式设置的。通过包含用于向引燃喷嘴组件提供燃料的燃料供给管道以及用于向喷嘴引燃组件提供空气的空气供应管道，可以沿引燃喷嘴组件内部至少设置于圆柱形火花点燃表面与火花杆之间的区域上混合空气与燃料。当激活火花杆时，在火花杆与圆柱形火花点燃表面之间将会产生火花。所述火花被配置成在圆柱形火花点燃表面上摆动，并且所述火花点燃表面可被配置成允许火花沿该表面上的任何位置摆动。
[0004]在另一个方面，本公开描述的是一种用于在燃烧器中产生稳定持久的引燃火焰的方法。该方法包括:提供一个具有大体上中空的圆柱形形状的引燃喷嘴组件，并且所述引燃喷嘴组件在其开口端至少部分限定了引燃燃烧室。该方法还包括:在引燃喷嘴组件的内部部分限定一个圆柱形火花点燃表面，以及在所述圆柱形火花点燃表面与同中心地贯穿引燃喷嘴组件的伸长的打火杆之间产生火花，从而在存在可燃烧混合物的情况下产生火焰。所述火花可以被配置成在圆柱形火花点燃表面上持续摆动或移动。
【附图说明】
[0005]图1A-C是根据本发明的燃烧器组件的不同角度的概览图以及截取视图。
[0006]图2是图1的引燃燃烧器组件的剖视图。
[0007]图3是图2的引燃燃烧器组件的引燃燃烧器喷嘴的详细截取视图。
[0008]图4是根据本公开的喷嘴外壳的透视图。
[0009]图5是图4的喷嘴外壳的截取视图。
[0010]图6是根据本公开的支撑设备的概览图。
[0011]在详细描述燃烧器和方法的实施例之前，应该理解的是，本发明的应用并不局限于在以下描述中阐述或者在附图中示出的组件的结构和/或布置的细节。相反，本发明能以多种方式实施或执行其他实施例。此外还应该理解，这里使用的措词和术语只用于描述目的，并且不应将其视为是具有限制意义。这里使用的“包含”、“包括”及其变体不但包含其后列举的项目及其等价物，而且还包含附加的项目及其等价物。
【具体实施方式】
[0012]现在参考附图，其中相同的部件在不同的图中是用相同参考数字表示的。图1A示出的是燃烧器10的侧面角度的概览图，图1B示出的是的该燃烧器的正面角度的概览图。图1C示出的是燃烧器10的截取视图。如这些例图所示，燃烧器10包括一个大体上中空的管状套管12，所述套管装有一个内部充气室11。在套管12与内部充气室11之间形成了一个间隙9，并且所述间隙9以流体的形式连接到主燃烧进气口 8。燃烧器10具有一个伸入炉膛/辐射管(未显示)或其他加热环境的开口 14。作为示例，燃烧器10可以伸入到用于在避免大量引入燃烧产物的同时间接加热炉膛的封闭式的辐射加热管等等。作为另一个示例，燃烧器10可以伸入一个炉膛，以便在将大量燃烧产物引入炉膛的情况下直接加热炉膛。
[0013]在工作过程中，空气经过充气室7而被提供到主燃烧器喷嘴18，其中所述充气室通过间隙9来以相对对称和均匀的方式接收空气。在图1C中，进入主燃烧器喷嘴18的气流是由用“A”表示的箭头定性显示的。诸如燃气之类的可燃燃料经由主燃烧器燃料管6而被提供给主燃烧器喷嘴18。在所示的实施例中，燃料管6围绕引燃燃烧器外壳20，所述外壳则被同中心地设置在燃料管6内部，并且与之形成间隙5。所述间隙5以流体方式连接到主燃料进口 4。在工作过程中，提供给主燃料进口 4的燃气通过间隙5而被提供给主燃烧器喷嘴18。在那里，燃气与来自充气室7的空气混合，以便产生可燃的空气/燃料混合物。所述空气/燃料混合物由点火源点燃，直至主燃烧器喷嘴中的火焰能够自然维持，其中在所示的实施例中，所述点火源是由外壳20内部的引燃点火设备I产生的引燃火焰。
[0014]图2显示的是引燃燃烧器外壳20的截取视图，并且在图3中显示了其详细视图。外壳20具有从燃烧器10的一端或入口端21延伸至燃烧器10的另一端或出口端19的中空管状形状。如图1中最佳显示的那样，燃烧器10的入口端21包括可供空气、可燃燃料和/或助燃剂进入到外壳20的入口，其中如下所述，所述空气、可燃燃料和/或助燃剂会在外壳20中混合，以便产生在引燃点火设备I上燃烧的可燃混合物。在所示的实施例中，引燃点火设备I包括用于提供从鼓风机或其他供应源(未显示)放出的燃烧气体的供气装置30。来自供气装置30的空气经过在外壳20与在外壳20内部以同中心方式设置的燃料供应管40之间形成的环形空气通道28。在外壳20与燃料管40之间沿着径向的环形扩展间隙形成了环形空气通道28，所述通道28从燃烧器10的入口端21延伸至引燃点火设备I的燃烧腔或燃烧室26。如图2和3所示，在所示的实施例中，燃烧室26至少部分是在外壳20中与燃烧器10的开口端19邻近的开口内部形成的。燃料13通过燃料进口 42 (图1)而被供应到燃料供应管40。
[0015]在一个实施例中，来自环形空气通道28且在图3中用箭头“B”表示的空气和/或包含空气与助燃剂的混合物至少部分与在图3中用箭头“C”表示的燃料混合(或预先混合)，并且通过燃料管40而在喷嘴组件24上供应。所述喷嘴组件24可以形成燃烧室26的至少一部分，其被设置在燃料管40的一端，但是仍旧处于与燃烧器10的出口端19相邻的外壳20的内部。如图3所示，耦合设备或套筒23将喷嘴组件24连接到引燃燃料管40的自由端。当燃烧器操作时，喷嘴组件24将会参与引燃点火器的功能，其中在图3中用箭头“D”表示的包含空气和燃料的混合物的燃烧将会经过外壳并燃烧/消耗。当产生了稳定的火焰后，这时可以禁用引燃功能，并且燃烧器会在监视火焰的存在的同时工作。
[0016]各种控制阀可以自动控制提供给燃烧器10的空气、空气与助燃剂的混合物、燃料以及其他物质的流动。参考图1，在一个实施例中，引燃空气控制阀31可用于控制空气或空气与助燃剂的混合物流入引燃空气进入口 30。该空气控制阀31可操作地连接到控制器34，例如PLC、计算机等等，所述控制器34基于炉膛/辐射管和/或燃烧器10中的状况并依照预先确定的命令来打开或关闭空气控制阀31。同样，引燃燃料控制阀41可以用于控制燃气13的流动。就此而论，引燃燃料控制阀41可操作地连接到控制器34，所述控制器基于炉膛、辐射管和/或燃烧器10中的状况并依照预先确定的命令来调整燃料供给。经由主燃烧器燃料进入口 4进入主燃烧器的燃气流动可以由一个同样连接至控制器34的主燃料控制阀35控制。应该了解的是，燃气、空气和助燃剂可以采用任何适当的方式进入引燃喷嘴组件。举例来说，如先前所述，空气控制阀31和/或燃料控制阀41可被手动控制，而这有可能在工作过程中导致提供给燃烧室26的空气/燃料比发生改变。在初始启动时的引燃点燃操作过程中，这种空气和燃料流动