专利名称：用于从燃烧产物中回收热量的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明的领域本发明涉及对燃烧加热器的设计和结构上的改进，燃烧加热器例如为蒸汽发生器、热水锅炉、热油加热器、空气加热器、不冷却炉膛锅炉或者任何其它流体加热器和其它涉及燃烧的装置，例如直燃式蒸汽吸收热泵。在本发明中，通过采用一种新方法使得这些燃烧加热器结构紧凑。在公知常识中，在传热装置的对流区采用高速度能够增加传热系数，从而减小传热表面积。还知道如果燃烧室压力增加，能减小火焰尺寸。不过，当燃烧室压力和废气速度增加时，压力降损失将很大。在本发明中，通过与产生高压空气而不使用外部动力的现有方法相结合，并通过成数量级地改变其尺寸，可以使燃烧加热器变得紧凑。
还提供了一种用于上述发明的启动系统。同时也提出了一种新型的用于燃烧加热器的所述改进结构中的燃烧器组件。
还提供了一种使用涡轮增压器/涡轮压缩机的新方法。
本发明的背景技术通常，在各种燃烧加热器如蒸汽发生器、热油加热器、空气加热器等中，涉及传热过程的主要部件如下a)用于燃烧燃料的燃烧器；b)传热表面，既可以在辐射区，也可以在对流区。辐射传热表面通常是指火焰外壳，该火焰外壳也作为燃烧室。
c)维持系统压力降(流体阻力)的风扇或鼓风机，该系统包括燃烧器和通过传热表面的气体通道。(在自然通风系统中，该压力与烟囱产生的气流相一致。)由于对流区的高速度导致更高的压力降并需要较高的风扇功率，因此在设计这些系统时有实际的限制。因此需要在风扇功率和燃烧加热器内所使用的速度之间进行优化平衡。
众所周知，对流区的高速度将使对流区有高的传热系数。另外，还知道燃烧室中压力越高，火焰尺寸将越小。不过，使燃烧室内的压力超过大约200-500mm.wc运行是不现实的，因为这要付出风扇功率的代价，这将增加运行成本。实际上燃烧加热器通常按这一标准设计，除非当空间不够时，通过准许高风扇功率来减小加热器的尺寸。
因此，当系统达到最大许可压力降后，燃烧室的尺寸取决于火焰尺寸和对流区的最大可能速度，该最大速度取决于可获得的压力降。
涡轮增压器/涡轮压缩机已经使用多年，它主要用于增加内燃机(例如柴油机)的燃烧空气压力和数量。通过使用涡轮增压器，因为能泵吸更多的空气进入燃烧室，从而能在同样大小的发动机中燃烧更多的燃料，因此柴油机功率增加。涡轮增压器包括涡轮部分和压缩机部分，它们在同一轴上运转。该涡轮部分在排气前从发动机接受废气，由于废气的温度和压力下降而产生的动力仅仅是用于压缩吸入的燃烧空气。
在本发明中，涡轮增压器/涡轮压缩机用于代替风扇以产生高压燃烧空气，并采用排气的残余温度和压力来产生压缩机所需的功率。因此，涡轮增压器能很好地用于燃烧加热器中，这将大大减小燃烧加热器的尺寸。
在内燃机中，涡轮增压器用不着从一开始就直接工作。该发动机可以不带涡轮增压器启动，并以正常的自然吸气模式运转。只有当形成足够的气量和压力时，涡轮增压器才能联机。这样，内燃机的启动系统就建立了。当涡轮增压器用于燃烧加热器时，需要一种新的启动方法。在没有风扇时，当涡轮增压器不工作时，也无法使燃烧器点火。本发明也介绍了一种新型的启动系统。
燃烧系统包括燃烧燃料的燃烧器。在普通燃烧系统中，加热器在气压不超过大约500mm.wc的情况下工作。燃烧器的设计也适于在该压力条件下工作。当使用涡轮增压器时，燃烧室将必须在高得多的压力下工作，需要不同的燃烧器结构。如果要使带有涡轮增压器的新型燃烧加热器结构紧凑，就需要相匹配的燃烧器系统。因此需要引入新型的燃烧器组件，用于使燃烧室在非常高的压力下工作。这使得燃烧加热器一涡轮增压器启动系统除了气体燃料如天然气、LPG、沼气等外，还适于燃烧多种燃料如HSD、LDO、FO、LSHS等。
因此，本发明一方面涉及改进的传热装置。
另一方面，本发明还涉及用于该改进的传热装置的新型启动系统。
第三方面，本发明还涉及使用涡轮增压器/涡轮压缩机系统的新方法。
第四方面，本发明还涉及用于改进的传热装置和其它传热装置的新型燃烧器组件。
现有技术及其缺点的说明基于对流和辐射传热的普通传热装置已是公知的。
尽管已经商业化使用，对流-辐射传热装置具有下面所述的特征/局限/缺点a)需要大尺寸的装置和组件，这增加了装置及安装的初始成本，并增加了空间。
b)传热系数受到废气状态的限制，尤其是受到在用于热量回收的对流区中的燃烧产物(废气)的速度的限制。
c)燃烧空气风扇需要一定的电能。
d)需要一定的过量空气，这影响总效率。
e)由于火焰的长度和直径的尺寸较大，燃烧室的尺寸也必须较大。
f)由于某些局限，适用于不同的应用场合的灵活性受到限制。
本发明目的提出了一种传热装置设计的替换形式，即一种小尺寸的改进的传热装置。
因此，本发明的主要目的是提供一种结构紧凑和成本合算的改进型传热装置。
本发明的另一目的是提供这样一种传热装置，该传热装置保证有比现有技术装置更高的热流/传热系数。
本发明的又一目的是提供这样一种传热装置，该传热装置在保证更高的热流/传热系数的同时所需的传热面积比现有技术装置小。
本发明的又一目的是提供这样一种传热装置，该传热装置在保证其它目的的同时，总体尺寸和重量比现有技术装置减小。
本发明的还一目的是通过在系统中提供涡轮增压器/涡轮压缩机了来排除消耗电能的主要部件。
本发明的又一目的是提供这样一种传热装置，通过使该传热装置及其方法更经济，使得该装置需要更少的运行费用。
本发明的又一目的是提供这样一种改进的传热装置，该传热装置有更大的工作灵活性和适于不同应用场合的灵活性，例如蒸汽发生器、热水发生器、热水发生器、热流体加热器、空气加热器、不冷却炉堂锅炉、直燃式蒸汽吸收热泵等。
本发明的还一目的是提供这样一种传热装置，该传热装置还适于多种燃料如HSD、LDO、FO、LSHS等或者任何其它类似的液体燃料，以及气体燃料如天然气、沼气、LPG等。
本发明的又一目的是提供一种新型启动机构，该启动机构用于初始启动与改进的传热装置相适应的涡轮增压器/涡轮压缩机。
本发明的还一目的是提供一种新型燃烧器设计，以便在火焰尺寸小于现有技术火焰尺寸的同时提供更有效的燃烧。
此外，本发明的还一目的是提供一种改进的传热方法，该传热方法保证提高或改进热流/传热系数，所需的装置总体尺寸小于现有技术，不需要用于吹送通过该装置的燃烧空气的电能，同时还有适于不同应用场合例如蒸汽发生器、热水发生器、热流体加热器、空气加热器、不冷却炉堂锅炉、直燃式蒸汽吸收热泵等和相似应用的更大灵活性，并且使用更容易、经济性好。
通过下面的介绍将更清楚地理解本发明的这些和其它目的。
本发明的概述根据本发明，提供了一种从燃料的燃烧产物(废气)中回收热量的方法，该燃料燃烧产物的温度高于相当低温度的另一流体的温度，该方法包括以下步骤(ⅰ)通过在燃烧阶段中向燃料供给由涡轮增压器/涡轮压缩机增能的压缩空气，增加由燃料燃烧产生的热废气的速度，该速度是现有技术的速度的几倍；(ⅱ)使得燃料和高压空气一起在外壳中进行燃烧；(ⅲ)调节燃料燃烧速度与空气质量/压力之间的比例，从而获得稳定的燃烧条件；(ⅳ)在所述燃烧外壳中产生和保持稳定的火焰尺寸(长度和直径)，该火焰尺寸远远小于现有技术能的火焰尺寸；(ⅴ)回收并间接地将一小部分燃烧热量传递给相对较冷的外部流体，该外部流体保持环绕着所述燃烧外壳；(ⅵ)使燃烧产物经过第一换热器；(ⅶ)主要通过所述第一换热器中的对流传热来回收和间接地将燃烧产物的大部分热量传递给外部流体，该外部流体可以与环绕该燃烧器外壳的所述流体相同，也可以是完全不同的流体；(ⅷ)使从所述第一换热器中出来并消耗了部分热量的废气通过涡轮增压器/涡轮压缩机的涡轮，并将废气的部分热能转换成涡轮增压器/涡轮压缩机的涡轮中的机械能，该机械能又用于在涡轮增压器/涡轮压缩机的压缩机中将新鲜空气压缩成高压，该压缩机与涡轮压缩机的涡轮装在同一轴上，高压新鲜空气在特定应用中将作为燃烧器中的燃烧空气，经过涡轮的废气再流过第二换热器；(ⅸ)在第二换热器中，回收和间接地将其余的热量从所述消耗了部分热量的废气中传递给外部流体，该外部流体可以与环绕燃烧器外壳和第一换热器的流体相同，也可以是完全不同的流体；(ⅹ)还是通过对流传热由所述第二换热器回收几乎全部剩余的热量；最后(ⅹⅰ)使得消耗了全部热量的废气通过排气口/烟囱排出。
涡轮压缩空气的压力是从0.3至3巴，传热区的废气速度在50-2000m/sec之间，供给的压缩空气与燃烧阶段的燃料之间的比例优选在15.5∶1至19∶1的范围内。
燃料可以选自于但并不局限制于HSD/LDO/FO/LSHS等，或者是气体燃料如LPG/天然气等，并且通过引火气体喷嘴被点火，该引火气体喷嘴通过点火变压器的点火电火花被点火。
空气在所述燃烧外壳中在不同阶段供给到燃烧火焰。
本发明也提供一种一个在辐射区和两级对流区中从燃料燃烧产物(废气)传递和回收热量的系统，它包括一个燃料燃烧器组件，该燃烧器组件可操作地连接到上游的涡轮增压器/涡轮压缩机，所述涡轮增压器/涡轮压缩机设置有一启动机构，所述燃料燃烧器组件可操作地连接到下游的传热和热量回收系统，该传热和热量回收系统包括一个或多个，优选地是有两个对流换热型的换热器和一个排出消耗的废气的排气口或烟囱，所述启动装置包括一个空气喷射器组件、外部空气供给管道、一个外部燃料供给源、一个液体/气体燃料燃烧器和一个混合室组件，该混合室组件可操作地使所述启动装置连接到所述涡轮增压器/涡轮压缩机上和所述热量回收系统上，所述燃料燃烧器组件包括一个引燃喷嘴、一个点火源如点火变压器、一个涡轮压缩空气进入管、一个主壳体和一个辅助壳体，该主壳体容纳有燃烧器杆和喷嘴组件，该辅助壳体由燃烧室构成，并具有上游的辅助空气混合组件和空气扩散器组件。
两个对流换热器和所述燃烧室结合在一起，并有在相同外壳内的共用流体或如本文所述在不同外壳内的不同流体，以便通过对流换热器来吸收热量。
该系统并不局限于蒸汽发生器、热水发生器、热流体加热器、空气加热器、不冷却炉膛锅炉、直燃式蒸汽吸收热泵或类似装置或者它们的组合，该系统包括了各种传热表面的布置方式，也包括但不限于烟道管结构。
燃烧器组件的壳体在合适位置设置有一个火焰检测装置和一个观察孔。
辅助壳体有一前缘扩散部分，在所述部分有多个辅助空气供给口或喷嘴，辅助空气供给口或喷嘴适用于相对火焰横向轴线成合适角度喷射辅助空气。
一个用于通过本文所述方法从燃料的燃烧产物(废气)中传递和回收热量的系统中的启动装置，包括一个空气供给组件如喷射器、外部空气供给管道、一个外部燃料供给源、一个启动燃烧器和一个混合室组件，该混合室组件可操作地使所述启动装置连接到所述涡轮增压器/涡轮压缩机和所述热量回收系统上。
一个用于通过本文所述方法从燃料的燃烧产物(废气)中传递和回收热量的系统中的燃烧器组件，包括一个引燃喷嘴、一个点火源如点火变压器、一个涡轮压缩空气进入管、一个主壳体和一个辅助壳体，该主壳体容纳有燃烧器杆和喷嘴组件，该辅助壳体包括上游的辅助空气混合组件和空气扩散器组件。
燃烧器组件在合适位置设置有一个火焰检测装置和一个观察孔。
辅助壳体有一前缘扩散部分，在所述部分有多个辅助空气供给口或喷嘴，辅助空气供给口或喷嘴适用于相对火焰横向轴线成合适角度喷射辅助空气。
参考附图
对本发明的简述下面将通过图A、图B和图C对本发明进行描述。
图A是显示了根据本发明的新技术的燃烧加热器的传热装置的优选布置方式的方框图。
图B显示了新型燃烧器系统的优选布置方式。
图C显示了用于初始启动涡轮增压器/涡轮压缩机的新型启动系统。
这些仅仅是优选的布置方式，本发明包括但不局限于这些布置方式。可以对这些布置方式/结构进行变化。不过，本发明可以采用所有这样的布置方式/结构，其中，涡轮增压器/涡轮压缩机用于代替风扇或鼓风机，以便提供压力提高的燃烧空气，而这样的目的仅仅是为了通过使燃烧室在高压下工作和对流区在高速下工作，从而使该燃烧加热器结构紧凑。
附图的简要说明下面将参考附图对本发明进行充分的说明，该附图只是说明了特定应用的主要方面，并不能认为是对本发明的限定。
在附图中，图A显示了根据本发明的新技术的传热装置的方框图。
图B显示了用于该装置内的新型燃烧器。
图C显示了用于初始启动涡轮增压器/涡轮压缩机的新型启动系统。
附图的详细说明图A属于本发明新型传热装置的总体系统，其中，启动系统1的细节在图C中作了显示并在下面作了描述，该启动系统采用了用于初始启动涡轮压缩机6的外部空气源2。外部空气源2仅使用不到60秒的时间。由压缩机6a产生的空气可供用于燃烧在本发明的新型燃烧器14中的燃料，该新型燃烧器的细节在图B中作了显示并在下面进行描述。在燃烧器的空气进入管获得足够的压力后，该足够的压力由压力开关9检测，引燃喷嘴3通过点火变压器4在引导气体通路中的点火电火花被点燃。打开燃料电磁阀10并在燃烧室8中开始燃烧燃料。燃料释放的能量进一步提高了涡轮压缩机6的速度并且使之在稳定、自持条件下运转。在获得稳定速度后关闭启动系统1。燃料燃烧速度进一步增加。随着燃料燃烧速度的增加，涡轮压缩机6获得了更高的速度并且相应地更多空气可用于燃烧。在达到完全燃烧速度时，该涡轮压缩机6也就获得了额定速度。涡轮压缩机6的压缩机6a通过空气过滤器7吸取新鲜空气，以额定压力将它送至燃烧器14并流过管道5。燃烧器14在燃烧室8内产生一个非常小的火焰。热量的一小部分传递到环绕该燃烧室8的外部流体15。通过第一紧凑式换热器11驱送产生的燃烧产物，并且通过对流传热将热量传递至外部流体15。第一换热器11的尺寸确定是基于废气的高速度，从而获得高传热系数以及在涡轮压缩机6的涡轮6b入口处的合适压力和温度条件。在涡轮6b入口处获得的废气的焓足以使该涡轮旋转并使该压缩机6a旋转，从而使得系统本身就足以维持工作而不采用任何外部电驱动的风扇。然后从该涡轮6b出来的废气通过中间管道13流到第二紧凑式换热器12。残留的热量进一步传递到该外部流体15。第二换热器12的尺寸确定是基于废气的高速度，从而获得高传热系数以及在排到烟囱16之前实现废气中热含量的最佳利用。可根据需要采取适当的措施，使对于换热器11和12的外部流体15相同或不同。
图B属于作为图A所示的总体系统一部分的本发明的新型燃烧器。该燃烧器14由壳体17、燃烧器杆和喷嘴组件18、引燃喷嘴3、点火变压器4、空气进入管5、主空气扩散器组件19、辅助空气混合组件20、观察孔21和火焰检测装置22组成。由燃烧器产生的火焰容纳在燃烧室8内。
壳体(17)设计成可承受燃烧空气的高压。它安装在传热装置23的壁上。燃烧器杆和喷嘴组件18属于空气/蒸气喷嘴型。气体燃烧引燃喷嘴3用于初始点燃主燃料。引燃气体通过点火变压器4点燃。主燃料燃烧所需的空气是通过空气进入管5从涡轮压缩机6的压缩机6a中接受的。主空气扩散器组件19产生强烈的湍流，从而实现主空气和主燃料的彻底混合。辅助空气混合组件20以一合适角度开有许多小开口，该开口迫使辅助空气以高速进入火焰。这一特定的结构可迅速地并在一个小空间内完成燃烧。这一结构有助于将火焰限制在燃烧室8中。燃烧室进而与第一紧凑式换热器11连接。火焰检测装置22检测到火焰并将信号发给控制系统，从而继续该过程。也可通过设置燃烧器壳体17上的观察孔21来观察火焰。
图C属于作为图A所示的总体系统一部分的新型启动系统的详细图。该启动系统1由外部空气供给组件2、燃料供给管24、启动燃烧器25、抽吸口26、调节器27和混合室组件28构成。
通过外部空气供给组件2以大约5巴的高压供给少量的空气。由于通过例如喷射器的装置产生的吸力，通过抽吸口26和调节器27从大气中吸取了几乎两倍量的空气。由外部空气源2和抽吸口26的空气混合得到的总空气足以作为用于燃烧启动燃料的燃烧空气，启动燃料是通过启动燃烧器25的燃料供给管24供给的。启动燃烧器25的燃烧产物以大约650℃的高温被传送到混合室组件28。混合室组件连接在第一紧凑式换热器11和涡轮压缩机6之间。燃烧产物的能量足以初始起动涡轮压缩机6的涡轮6b。随着涡轮6b以及随后压缩机6a的初始旋转，压缩机6a通过空气过滤器7吸取空气并且通过空气管道5将空气传送到主燃烧器14。由压缩机6a吸入的空气量足以在主燃烧器14中开始进行燃烧，涡轮压缩机6的速度增加并且达到一个其运行是自身维持的稳定状态。此时便完成了启动过程，并且断开向启动燃烧器25的燃料供给。断开外部空气供给组件2并且关闭在抽吸口26处的调节器27。
本发明方法/装置的详细实验验证A)为了实际验证本发明所要实现的几个目的，建立了两个相同热输出的装置，其中的一个是基于现有技术，而另外一个是基于本发明。
通过对上述装置所作的实验研究，在相同条件下上述概念已得到了验证。典型结构的结果如下表1现有的 新的火焰尺寸直径D10.3D1长度L10.25L1燃烧室尺寸直径D20.4D2长度L20.3L2传热表面积，m2A 0.3A总传热系数，kcal/hr.m2℃h 4h基于GCV的总热效率，％ 83.5 84.5B)为了验证/比较部件负载性能，进行进一步的实验并且典型结构的结果如下表2实验数据在％设计条件下的系统上的负载参数 现有的 新的1007501007550燃烧空气压力，kPa P1 P2P351P1 31P2 25P3换热装置的总流体阻力DP1DP2 DP3 14DP1 12DP2 7DP3(在新技术的情况下不包括涡轮)，kPa用于吹送燃烧空气的电能消 P 0.9P 0.8P 无无 无耗，KW通过涡轮的焓降，KJ/S NANA NAW0.57W 0.43W通过压缩机的焓升高，KJ/S NANA NAW0.57W 0.43W废气(干体积)中的O2，％ 4.4 5.1 6.3 2.0 3 3.4过量空气，％ 25 30 4010 15.518NA-不适用表1和2中数据的比较和结论从关于火焰尺寸/形状、传热表面积、燃烧空气压力等的所得数据和观察来看，可得出这样的结论，即已经从实践上验证了本发明所提出的权利要求，并且通过采用这种新概念，可成数量级地减小燃烧室尺寸/传热面积而无需采用外部电动燃烧空气风扇。
这些仅仅是典型的结果，对于其它布置方式/结构/应用来说也可产生相似的改进效果。
本发明方法的详细说明通常，用于例如蒸汽发生器、热水发生器、热流体发生器、空气加热器、不冷却炉膛锅炉、直燃式蒸汽吸收热泵等应用的传热装置采用辐射和对流传热。用在该系统中的燃烧装置是一个产生相当大火焰的现有燃烧器。燃烧室设计成可容纳由现有燃烧器产生的火焰。电动风扇用来供给通过燃烧器的燃烧空气，并驱使燃烧产物通过燃烧室和对流传热表面。由于火焰尺寸带来的局限，使得燃烧室的尺寸非常大。由于对风扇功率要求所造成的局限，对流传热表面和总传热装置也非常大。现有燃烧器为完成燃料的燃烧，需要大约20-25％的过量空气。由于传热系数相对而言较低，所以对于传热表面积的要求非常高。
通过一种相对于现有技术改进的方法，在给定的一组条件下本发明实现了单位面积上更多的热量传递。
为了实现上述目的，通过提高燃烧产物在传热表面上的速度可提高对流传热。燃烧产物(废气)的速度提高到了50至200m/sec，而现有系统中的速度与之相比要低得多。燃烧空气压力被增大以克服传热装置中所形成的流体阻力，并且也实现了火焰尺寸的减小。
这导致了传热面积的减小，并因此减小了传热装置例如蒸汽发生器、热水发生器、热流体发生器、空气加热器、不冷却炉膛锅炉、直燃式蒸汽吸收热泵等的尺寸。
使用较高废气速度使热流/传热系数增加了几倍。这便大大减小了传热面积，且因此可将传热装置的尺寸减小几倍。
与现有的辐射和对流传热装置相比，废气速度的提高也大大增加了废气通路中的流体阻力。为克服这种阻力，就需要压力相当高的空气。这便适合于在该废气通路中采用一个涡轮增压器/涡轮压缩机。高压空气也大大提高了燃料的燃烧性能。涡轮增压器/涡轮压缩机的使用也排除了对电动风扇的需要，而在现有传热装置中，该电动风扇却是一个必须的组件。
在涡轮增压器/涡轮压缩机中，涡轮利用废气的能量来驱动安装在同一轴上的压缩机。将向涡轮增压器/涡轮压缩机的涡轮提供动能的废气的总焓损失看作是由涡轮增压器/涡轮压缩机的压缩机产生的压缩空气的焓升高，该压缩空气又作为燃烧空气传送到该系统。因此没有能量流失到系统外部。在涡轮增压器/涡轮压缩机的涡轮出口处从废气进一步回收热量，从而将废气温度降低到可与任何现有的传热装置相比的水平。
为了实现使热装置结构紧凑的目的，有必要开发一种新型燃烧器系统，该系统可接受高压燃烧空气并大大减小火焰的尺寸。为实现这些目的而设计了一种新型燃烧器系统。
为了实现上述装置的启动，采用了一种新型的迄今为止是未知的机构。该系统中使用的涡轮增压器/涡轮压缩机通过外部空气源被初始启动，时间不到60秒。在这段时间中，涡轮增压器/涡轮压缩机的运行变成可自身维持的并去除该外部空气源。
公开在前面的叙述、权利要求书和/或附图中的特征可以单独地或结合起来作为以不同形式实现本发明的方案。
权利要求
1．一种从燃料的燃烧产物(废气)中回收热量的方法，该燃料燃烧产物的温度高于相当低温度的另一流体的温度，该方法包括以下步骤(ⅰ)通过在燃烧阶段中向燃料供给由涡轮增压器/涡轮压缩机增能的压缩空气，增加由燃料燃烧产生的热废气的速度，该速度是现有技术的速度的几倍；(ⅱ)使得燃料和高压空气一起在外壳中进行燃烧；(ⅲ)调节燃料燃烧速度与空气质量/压力之间的比例，从而获得稳定的燃烧条件；(ⅳ)在所述燃烧外壳中产生和保持稳定的火焰尺寸(长度和直径)，该火焰尺寸远远小于现有技术能的火焰尺寸；(ⅴ)回收并间接地将一小部分燃烧热量传递给相对较冷的外部流体，该外部流体保持环绕着所述燃烧外壳；(ⅵ)使燃烧产物经过第一换热器；(ⅶ)主要通过所述第一换热器中的对流传热来回收和间接地将燃烧产物的大部分热量传递给外部流体，该外部流体可以与环绕该燃烧器外壳的所述流体相同，也可以是完全不同的流体；(ⅷ)使从所述第一换热器中出来并消耗了部分热量的废气通过涡轮增压器/涡轮压缩机的涡轮，并将废气的部分热能转换成涡轮增压器/涡轮压缩机的涡轮中的机械能，该机械能又用于在涡轮增压器/涡轮压缩机的压缩机中将新鲜空气压缩成高压，该压缩机与涡轮压缩机的涡轮装在同一轴上，高压新鲜空气在特定应用中将作为燃烧器中的燃烧空气，经过涡轮的废气再流过第二换热器；(ⅸ)在第二换热器中，回收和间接地将其余的热量从所述消耗了部分热量的废气中传递给外部流体，该外部流体可以与环绕燃烧器外壳和第一换热器的流体相同，也可以是完全不同的流体；(ⅹ)还是通过对流传热由所述第二换热器回收几乎全部剩余的热量；最后(ⅹⅰ)使得消耗了全部热量的废气通过排气口/烟囱排出。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于涡轮压缩空气的压力是从0.3至3巴，传热区的废气速度在50-2000m/sec之间，供给的压缩空气与燃烧阶段的燃料之间的比例优选在15.5∶1至19∶1的范围内。
3．根据权利要求2所述的方法，其特征在于燃料可以选自于但并不局限制于HSD/LDO/FO/LSHS等，或者是气体燃料如LPG/天然气等，并且通过引火气体喷嘴被点火，该引火气体喷嘴通过点火变压器的点火电火花被点火。
4．根据权利要求3所述的方法，其特征在于空气在所述燃烧外壳中在不同阶段供给到燃烧火焰。
5．一个在辐射区和两级对流区中从燃料燃烧产物(废气)传递和回收热量的系统，包括一个燃料燃烧器组件，该燃烧器组件可操作地连接到上游的涡轮增压器/涡轮压缩机，所述涡轮增压器/涡轮压缩机设置有一启动机构，所述燃料燃烧器组件可操作地连接到下游的传热和热量回收系统，该传热和热量回收系统包括一个或多个，优选地是有两个对流换热型的换热器和一个排出消耗的废气的排气口或烟囱，所述启动装置包括一个空气喷射器组件、外部空气供给管道、一个外部燃料供给源、一个液体/气体燃料燃烧器和一个混合室组件，该混合室组件可操作地使所述启动装置连接到所述涡轮增压器/涡轮压缩机上和所述热量回收系统上，所述燃料燃烧器组件包括一个引燃喷嘴、一个点火源如点火变压器、一个涡轮压缩空气进入管、一个主壳体和一个辅助壳体，该主壳体容纳有燃烧器杆和喷嘴组件，该辅助壳体由燃烧室构成，并具有上游的辅助空气混合组件和空气扩散器组件。
6．根据权利要求5所述的系统，其特征在于所述两个对流换热器和所述燃烧室结合在一起，并有在相同外壳内的共用流体或如本文所述在不同外壳内的不同流体，以便通过对流换热器来吸收热量。
7．根据权利要求5和6所述的系统，其特征在于该系统并不局限于蒸汽发生器、热水发生器、热流体加热器、空气加热器、不冷却炉膛锅炉、直燃式蒸汽吸收热泵或类似装置或者它们的组合，该系统包括了各种传热表面的结构，也包括但不限于烟道管结构。
8．根据权利要求5至7所述的系统，其特征在于燃烧器组件的壳体在合适位置设置有一个火焰检测装置和一个观察孔。
9．根据权利要求5至8所述的系统，其特征在于所述辅助壳体有一前缘扩散部分，所述部分有多个辅助空气供给口或喷嘴，辅助空气供给口或喷嘴适用于相对火焰横向轴线成合适角度喷射辅助空气。
10．一个用于通过本文所述方法从燃料的燃烧产物(废气)中传递和回收热量的系统中的启动装置，包括一个空气供给组件如喷射器、外部空气供给管道、一个外部燃料供给源、一个启动燃烧器和一个混合室组件，该混合室组件可操作地使所述启动装置连接到所述涡轮增压器/涡轮压缩机和所述热量回收系统上。
11．一个用于通过本文所述方法从燃料的燃烧产物(废气)中传递和回收热量的系统中的燃烧器组件，包括一个引燃喷嘴、一个点火源如点火变压器、一个涡轮压缩空气进入管、一个主壳体和一个辅助壳体，该主壳体容纳有燃烧器杆和喷嘴组件，该辅助壳体包括上游的辅助空气混合组件和空气扩散器组件。
12．根据权利要求11所述的燃烧器组件，其特征在于燃烧器组件的壳体在合适位置设置有一个火焰检测装置和一个观察孔。
13．根据权利要求11和12所述的一个燃烧器组件，其特征在于所述辅助壳体有一前缘扩散部分，该部分有多个辅助空气供给口或喷嘴，辅助空气供给口或喷嘴适用于相对火焰横向轴线成合适角度喷射辅助空气。
14．一种如本文所述的从燃料的燃烧产物(废气)传递和回收热量的方法。
15．一个参照附图的图C如本文所述的用于从燃料的燃烧产物(废气)传递和回收热量的系统中的启动装置。
16．一个参照附图的图B如本文所述的用于从燃料的燃烧产物(废气)传递和回收热量的系统中的燃烧器组件。
17．一个参照附图的图A如本文所述的用于从燃料的燃烧产物(废气)传递和回收热量的系统。
全文摘要
从燃料的燃烧产物回收热量的方法包括:(i)通过在燃烧阶段向燃料供给由涡轮增压器/涡轮压缩机(6)增能的压缩空气增加热废气的速度(ii)使得燃料和高压空气一起在燃烧器(14)的外壳(8)中燃烧;(iii)调节燃料燃烧速度与空气质量/压力之间的比例;(iv)产生和保持小的稳定火焰;(v)间接地将一小部分燃烧热量传递给环绕燃烧外壳的相对较冷的外部流体(15);(vi)使燃烧产物经过第一换热器(11);(vii)通过第一换热器中的对流间接地将热量传递给外部流体:(viii)使从第一换热器中出来并消耗部分热量的废气通过涡轮增压器/涡轮压缩机(6)的涡轮(6b);(ix)在第二换热器(12)中间接地将其余热量从消耗了部分热量的废气中传递给外部流体(15)。
文档编号F01K23/10GK1298479SQ99805469
公开日2001年6月6日 申请日期1999年3月1日 优先权日1998年8月11日
发明者纳恩达拉·达塔特拉亚·乔希, 迪利普·瓦曼·巴帕特, 阿尔藤·卡尔莫·洛博, 萨尔米·瓦苏德奥·库尔卡尼, 查尔斯·菲洛米拉加 申请人:塞穆克斯有限公司