专利名称：冶金气体燃烧器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于燃烧热值较低的气体的蒸汽锅炉气体燃烧器，它包 括芯部空气管、围绕着芯部空气管共轴布置从而形成气体流动截面特别 是形成环形气体流动截面的气体管以及至少一个围绕着气体管共轴布置 从而形成辅助空气流动截面特别是形成环形辅助空气流动截面的其它管
件，其中在气体流动截面中布置有第一旋流器(swirler)。
背景技术：
在形成用于蒸汽锅炉的燃气系统时，也采用用于燃烧热值较低的气 体的气体燃烧器。这些热值较低的气体尤其可以在冶金厂附近获得，这 些气体被称为冶金烟气。它们可以采取炉顶煤气、高炉煤气、转炉煤气、 焦炉煤气或类似工艺废气的形式。
为了燃烧这些气体，从实际中可知，应设置具有附加环形截面的普 通气体燃烧器，通过该附加环形截面将热值较低的气体馈送给燃烧器喷 口和燃烧器火焰。
在燃气系统的情况中，在燃烧室的区域中可能会出现压力振动，并 且该振动会导致钢结构的衬里的损坏。压力振动出现在具有激发源、谐 振腔和借助于管线而形成的连接部分的地方。在燃烧系统中出现压力振 动是由于整体设备在流量、热量和燃烧以及声学性质方面的技术特性而 导致的。压力振动的基础是这样一种再生循环，其中包括燃烧室的谐振 系统、燃烧器、结合元件和火焰的供应管线是激发和加强源。压力振动 导致可燃烧的燃料-空气混合物在点燃之后体积突然增大。如果燃烧产生 出其频率接近于燃烧室的固有频率的足够强脉冲，就会产生出谐振，从 而造成额外的负载。随着蒸汽锅炉的输出的增大以及由此而来的燃烧器 的输出的增大，并且随着燃料气体的热值的增大，会有更大水平的声能 被传递给燃烧室壁。由于单位空间和时间的能量转换最大值，所以尤其 在较短并且因此较热的火焰中还会出现很大的波动，相反，利用延迟的 反应，平稳的燃烧控制就能成功地避免谐振的激发。实际上一般类型的蒸汽锅炉气体燃烧器是已知的，它具有布置在热 值较低的气体的气体流动截面中的旋流器。借助这些旋流器， 一方面会 影响在热值较低的气体与燃烧空气之间的混合，而另一方面也会影响气 体流出速度，因此确保了稳定的燃烧。
但是，通常是在冶金厂中所产生出来的气体在那里混合，然后作为 热值较低的冶金气体供应给蒸汽锅炉气体燃烧器。在许多冶金气体进行 混合的这种情况中，燃料的性能特别是被馈送至蒸汽锅炉气体燃烧器的 燃烧气体的热值会根据各种气体的混合比而变化。燃料的性能变化对火 焰的形成具有影响，然后就可能导致由燃烧引起的燃烧室振动。随着点
火强度的增大(例如在可燃气体的热值较高时会出现)，激发能量增大。在 某些边界条件下，在燃烧室中就会出现烟气气柱的谐振。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供这样一种解决方案，该方案使得蒸汽 锅炉气体燃烧器能够适用于可燃气体的各种性能尤其是适用于波动的热 值，同时考虑了相应的点火强度。
在开始所述的那种类型的蒸汽锅炉气体燃烧器的情况中，根据本发 明的可调节地布置着的第一旋流器来实现这个目的。
因为第一旋流器可调节地布置在气体流动截面内这个事实，如果适 当的话，即使在蒸汽锅炉气体燃烧器的操作期间也可以影响由第一旋流 器产生的热值较低的燃烧气体的流动旋流程度以便调节气体的切向速度 分量，并且因此影响可燃气流的旋流程度。第一旋流器具有如下作用 一开始沿着气体燃烧器的纵向轴向方向流动的可燃气流发生切向方向上 的偏转，这就将旋流脉冲(被称为可燃气体旋流)施加给离开第一旋流器之 后再沿着上述纵向轴向方向流动的可燃气流。通过调节可燃气体旋流， 即，改变可燃气流从其原始的纵向轴向流动到切向偏转的偏转量和偏转 程度/倾斜度，就能对在燃烧器的喷口区域中进行的混合产生影响，该混 合是指热值较低的可燃气体与在芯部空气管中加入的主要或芯部空气以 及从径向外侧加入的辅助空气的混合。根据可燃气体的相应适用特性尤 其是可燃气体的相应热值，在操作期间设定并且如果适用就调节第一旋流器，使得能进行最佳的燃烧和火焰形成，同时避免出现炉室振动。在 将蒸汽锅炉气体燃烧器投入工作并且在蒸汽锅炉气体燃烧器的工作期间 根据可燃材料和可燃气流的特性来永久和/或连续地控制并适应性调节 该蒸汽锅炉气体燃烧器的一次性事件中，将要通过第一旋流器的位置来 获得的旋流程度在该情况中就可以被设定并形成为与所要燃烧的气体的 性质相适应。
特别有利的是，第一旋流器能够按照这样一种方式可调节地布置在 气体流动截面中，使得第一旋流器被形成为沿着芯部空气管的径向方向 延伸的旋流叶片。因此，呈叶片形式的第一旋流器从芯部空气管的外侧 突出到气体流动截面中，并且因此被形成得可以转动尤其是可以绕着纵 向轴线转动。然后，绕着纵向轴线的转动就能根据转动位置让相应的旋 流叶片的更大或更小截面面积与可燃气流的流动方向相对，并且因此将 可燃气流设定成不同程度的旋流，从而起到流动阻碍和流动转向区域的 作用。为此，本发明提供的改进之处在于，各个第一旋流器布置在芯部
空气管的外侧上，可分别绕着它们的纵向轴线转动并沿着芯部空气管的 径向方向延伸。
另外优选的是，各个第一旋流器布置在通向炉室的芯部空气管和本 发明同样设有的气体管的喷口区域的上游。因此，在到达燃烧器中的喷 口区域之前就实现了带有旋流脉冲的可燃气流的均匀排出。尤其是，当 辅助空气具有相应程度的旋流时，这是有利的。根据本发明的改进，在 这一方面还优选的是，第一旋流器相对于布置在辅助空气流动截面中的 第二旋流器被布置在更上游的位置处。
另外，第一旋流器在气体流动截面中的布置以及第二旋流器在辅助 空气流动截面中的布置都有如下作用能够实现将要在通向炉室的蒸汽 锅炉气体燃烧器的出口区域中获得的可燃气体和燃烧空气的延迟混合， 由此能够在每种情况中最佳地定位点火。
为了进一步帮助可燃气体和燃烧空气的延迟混合，本发明的改进之 处在于，在所述气体管的端面处的喷口区域中布置有导流环，并且该导 流环具有用来使在气体流动截面中流动的气体沿着朝着燃烧器纵向轴线
的方向偏转的第一流动区域以及用来使在辅助空气流动截面中流动的空气沿着远离燃烧器纵向轴线的方向偏转的第二流动区域。因此，辅助空 气气流向外偏转，并且燃烧气体气流向内偏转，并且因此延迟两种气体 的汇合。
优选的是，所述导流环可轴向调节地布置在所述气体管上。这作为 本发明的改进而提出。
如果所述导流环具有孔，尤其是覆盖着所述气体管的气体流动截面 的所述导流环的区域被形成为穿孔板的话，则可以实现所述导流环的理 想结构。
用于生产所述导流环的优选材料是耐热金属板材、陶瓷材料或铸造 金属特别是离心铸造金属，本发明最后还提供一个有利的改进，其中， 所述导流环被冷却并且/或者设有陶瓷覆层。
图1是整体由标记1表示的蒸汽锅炉气体燃烧器的示意性并且局部 剖开的侧视和剖视图，该蒸汽锅炉气体燃烧器设计成被称为环形燃烧器 的形式。
具体实施例方式
下面基于这幅单图以实施例的方式对本发明进行更详细说明。
这幅单图是整体由标记1表示的蒸汽锅炉气体燃烧器的示意性并且 局部剖开的侧视和剖视图，该蒸汽锅炉气体燃烧器设计成被称为环形燃
烧器的形式。该燃烧器具有芯部空气管2，它布置在蒸汽锅炉气体燃烧器 1的中央并且共轴地围绕着后者的纵向轴线3。将燃烧空气作为芯部空气 通过芯部空气管2供应给面对着蒸汽锅炉炉室4的蒸汽锅炉气体燃烧器1 的喷口侧。至少在位于该喷口侧上的蒸汽锅炉气体燃烧器1的其它端部 区域中，围绕着芯部空气管2的外侧形成有环形气体流动截面5。围绕着 芯部空气管2共轴布置的气体管6将该气体流动截面5限定在上述外侧 上。围绕着气体管6形成有另一个流动区域以作为环形辅助空气流动截 面7，该辅助空气流动截面7由管件8封闭并且限定在上述外侧上。能够 在冶金厂中的各个生产位置处出现的热值较低的可燃或燃烧气体(即所谓的冶金气体)通过气体流动截面5而被供应给蒸汽锅炉气体燃烧器1的 喷口区域。该冶金气体可以是例如炉顶煤气、焦炉煤气等各种气体的混 合物。辅助燃烧空气(即所谓的辅助空气)通过辅助空气流动截面7而被供
应给蒸汽锅炉气体燃烧器1的喷口区域。在气体流动截面5中布置有第 一旋流器9，并且在辅助空气流动截面7中布置有第二旋流器10。第一 旋流器9和第二旋流器10以旋流器环的方式布置在相应的管上，即在第 一旋流器9的情况中是布置在芯部空气管2上，在第二旋流器10的情况 中是布置在气体管6上，并且第一旋流器9和第二旋流器10通过相应的 流动截面5、 7延伸至下一个管，即在第一旋流器9的情况中延伸至气体 管6，在第二旋流器10的情况中延伸至管件8。
第一旋流器9采取旋流叶片的形式，并且形成叶片环。叶片环的各 个第一旋流器9中的每一个旋流器的相应纵向轴线被定位成使它在纵向 轴线3上沿径向指向。每个单独的旋流叶片9绕着该纵向轴线转动，并 且因此在气体流动截面5中其相对位置可以调节。第一旋流器9和第二 旋流器10在相应的流动截面5、 7内布置在去往炉室4的蒸汽锅炉气体 燃烧器1的喷口部的上游处，第一旋流器9相对于蒸汽锅炉气体燃烧器1 的喷口部被布置在比第二旋流器IO更上游的位置处。
导流环11布置在气体管6的喷口部中。它如此布置和/或紧固在气 体管6的内侧上，从而它在纵向轴线3的方向上可轴向调节。导流环ll 具有流动元件12，这些流动元件具有与气体流动截面5相交的第一流动 区域12a和与辅助空气流动截面7相交的第二流动区域12b。第一流动区 域12a在这里按照这样一种方式设计，从而使得在气体流动截面5中流 动的气体沿着朝向燃烧器纵向轴线3的方向偏转，并且第二流动区域12b 在这里按照这样一种方式设计，从而使得在辅助空气流动截面7中流动 的空气沿着远离燃烧器纵向轴线3的方向偏转。导流环11在该情况中还 按照这样一种方式形成，从而使得其环形端面13仅仅覆盖着在上述喷口 侧上的气体流动截面5的出口侧，并且这个区域按照穿孔板的形式设置 而成。只有第二流动区域12b在外侧上稍微延伸成为辅助空气流动截面7 进入炉室4中的延续部分。导流环11由金属铸造材料特别是离心铸造材 料构成，但是也可以从陶瓷材料或耐热板材生产出来。另外，导流环ll可以被冷却并且/或者设有陶瓷覆层。
从一般的气体燃烧器中可以知道，在芯部空气管2的内部布置有气
体喷枪14a、 14b，通过它们在需要时还可以另外将热值较高的气体(例如
天然气)馈送给蒸汽锅炉气体燃烧器的喷口，以便作为补充的可燃气体而
燃烧。另外，油或气体点火燃烧装置15沿着纵向轴线3布置在上述燃烧 器的中央。
权利要求
1.一种用于燃烧热值较低的气体的蒸汽锅炉气体燃烧器(1)，它包括芯部空气管(2)；围绕着所述芯部空气管(2)共轴布置从而形成气体流动截面(5)特别是形成环形气体流动截面的气体管(6)；以及至少一个围绕着所述气体管(6)共轴布置从而形成辅助空气流动截面(7)特别是形成环形辅助空气流动截面的其它管件(8)，其中在所述气体流动截面(5)中布置有第一旋流器(9)，其特征在于，所述第一旋流器(9)可调节地布置成能够调节切向速度分量。
2. 如权利要求l所述的蒸汽锅炉气体燃烧器，其特征在于，所述第 一旋流器(9)被形成为沿着所述芯部空气管(2)的径向方向延伸的旋流叶 片。
3. 如权利要求1所述的蒸汽锅炉气体燃烧器，其特征在于，所述第 一旋流器(9)可分别围绕着其纵向轴线转动并沿着所述芯部空气管(2)的 径向延伸地布置在所述芯部空气管(2)的外侧上。
4. 如权利要求l所述的蒸汽锅炉气体燃烧器，其特征在于，所述第 一旋流器(9)布置在所述芯部空气管(2)和所述气体管(6)的喷口区域的上 游处。
5. 如权利要求l所述的蒸汽锅炉气体燃烧器，其特征在于，所述第 一旋流器(9)相对于布置在所述辅助空气流动截面(7)中的第二旋流器(10) 被布置在更上游的位置处。
6. 如权利要求l所述的蒸汽锅炉气体燃烧器，其特征在于，在所述 气体管(6)的喷口区域中的端面处布置有导流环(11)，并且所述导流环具 有第一流动区域(12a)和第二流动区域(12b)，所述第一流动区域(12a)用来 使在所述气体流动截面(5)中流动的气体沿着朝向燃烧器纵向轴线(3)的 方向偏转，所述第二流动区域(12b)用来使在所述辅助空气流动截面(7)中流动的空气沿着远离燃烧器纵向轴线(3)的方向偏转。
7. 如权利要求6所述的蒸汽锅炉气体燃烧器，其特征在于，所述导 流环(11)可轴向调节地布置在所述气体管(6)上。
8. 如权利要求6所述的蒸汽锅炉气体燃烧器，其特征在于，所述导 流环(ll)具有孔，尤其是覆盖着所述气体管(6)的气体流动截面(5)的所述 导流环(11)的区域(13)被形成为穿孔板。
9. 如权利要求6所述的蒸汽锅炉气体燃烧器，其特征在于，所述导 流环(ll)由耐热金属板材、陶瓷材料或铸造金属特别是离心铸造金属构 成。
10. 如权利要求6所述的蒸汽锅炉气体燃烧器，其特征在于，所述 导流环(ll)被冷却并且/或者设有陶瓷覆层。
全文摘要
在用于燃烧热值较低的气体的蒸汽锅炉气体燃烧器(1)的情况中，它包括芯部空气管(2)、围绕着芯部空气管(2)共轴布置从而形成气体流动截面(5)特别是形成环形气体流动截面的气体管(6)以及至少一个围绕着气体管(6)共轴布置从而形成辅助空气流动截面(7)特别是形成环形辅助空气流动截面的其它管件(8)，其中在气体流动截面(5)中布置有第一旋流器(9)，本发明打算提供这样一种解决方案，它使得蒸汽锅炉气体燃烧器能够适用于可燃气体的各种特性，特别是适用于变化的热值，同时考虑了相应的点火强度。这是通过可调节地布置着的第一旋流器(9)来实现的。
文档编号F23D14/24GK101315188SQ20081009778
公开日2008年12月3日 申请日期2008年5月29日 优先权日2007年5月29日
发明者伯恩哈德·齐默尔曼, 克劳斯·曼格尔曼斯, 罗伯特·梅尔希奥 申请人:日立动力欧洲有限公司