带内部再循环的燃烧头和包括燃烧头的燃烧器的制作方法

本发明涉及用于燃烧器的带内部再循环的燃烧头和包括燃烧头的燃烧器。

背景技术：

1、已知的是，在使用借助于化石燃料而供给的锅炉的领域中，会产生对环境有害的污染物的排放，污染物呈通常用缩写nox来标识的特别地是氮氧化物的形式(例如，no、no2)。通过燃烧设备的设计、特别是所使用的燃烧器的设计可以影响或减少污染物的排放。

2、在燃烧器的情况下，众所周知的是，燃烧产生的nox污染物的数量与所产生的火焰温度成正比，并且已经提出了用于这种燃烧器的设计方案，以降低火焰温度。在火焰温度较高的区域产生的这些nox一般称为热nox。

3、在一般意义上，减少或降低工业燃烧器中的nox一直是期望的目标。在过去，通过使用与气态燃料的分级分布相关联的稀薄的空气/气体的初级混合物来实现nox的降低。在一些应用中，为了降低火焰温度从而减少nox，可能需要稀薄的初级燃料混合物，这是因为过量的空气会产生充气(charge)。气体然后可以借助于围绕燃烧器的周缘布置的喷嘴或通过穿过气体设备的管道的最后部分突出的中央喷嘴被引入到燃烧区中。次级燃料在存在已燃烧的火焰并且该火焰用作稀释物的环境中与过量空气一起燃烧。该技术并不总是能够确保适法律所需的或规定的nox水平。

4、除了分级燃烧之外，多年来还开发了其他技术来将污染物的值降低到越来越低的水平，包括基于燃烧室内部存在的排气的内部再循环的燃烧技术。排气通过具有较高的空气速度的区、具有局部湍流的区、或任何其他可导致压力降低和火焰流向燃烧头的中央区的流的流体动态形式被推入到在火焰前方的上游处产生较小压力区的燃烧头中。所引起的内部再循环用于再次将再循环气体抽进再循环室内部，该再循环气体然后与助燃气流混合并被向下推动至燃烧室。

5、存在于燃烧室内部的排气被认为是惰性气体，因此，在没有任何氧气或仅具有最低百分比的氧气的情况下，排气不会积极参与燃烧并用于对混合物中的氧气的百分比进行稀释，该混合物是排气与第二助燃气体流和第二可燃气体流形成的。燃烧产生的热的稀释和吸收的效果导致火焰温度降低，从而降低了污染排放的值。

6、在专利申请us 5 284 438、us 5 542 840、ep 0 194 079 a1、ep 0857915 a3、wo2017209503 a1、ep 0386732 a3和ep 3 734 154 a1中描述了上述燃烧技术的示例。

7、许多燃烧器制造商在现有技术中使用的另一种技术是在燃烧发生之前将可燃气体与惰性排气混合的技术，从而用惰性成分来稀释可燃混合物，结果是具有降低的温度峰值的燃烧。

8、以该技术为基础发明的专利是us6626661，其中，可燃气体被注入到没有任何助燃气体的区域中，可燃气流相对于助燃气流具有入射方向，但在可燃气流与助燃气流混合之前，可燃气流被限制穿过仅存在排气的区域，该过程导致可燃气体的稀释以及随后在降低的温度处的燃烧。可燃气体以较高的速度喷射，以将射流沿期望的方向引导，这会导致在喷嘴处的较大的压力损失。

9、市场对减少污染排放的持续要求有时使上述技术仍不足以达到所需的值。此外，为了获得上述技术的有效运行，各种妥协是必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于燃烧器的带内部再循环的燃烧头或包括上述燃烧头的燃烧器，燃烧头在结构和功能上构造成至少部分地克服所引用的现有技术的缺点中的至少一个缺点并获得比先前技术更少的nox污染物的排放。

2、在这个目的下，目标是改进燃烧头、或燃烧器、或与燃烧器相关联的锅炉的操作，从而确保较高的性能水平。

3、该目标至少部分地通过带内部再循环的燃烧头以及燃烧器来实现，该燃烧头包括权利要求1中提及的特征中的一个或更多个特征，燃烧器包括权利要求14中提及的特征中的一个或更多个特征。

4、根据本发明的第一方面，提供了一种带内部再循环的燃烧头，燃烧头用于燃烧室的燃烧器。优选地，燃烧头包括：壳体、歧管、初级管、次级管和再循环区。有利地，壳体具有围绕纵向轴线的大致管状的部分并且包括第一部分和第二部分。优选地，第一部分突出到燃烧室内部并且包括再循环开口。有利地，第二部分定位在燃烧室外部并包括壳体的入口，第一助燃气流可以通过该入口沿与壳体的纵向轴线大致平行的行进方向流入壳体内部。优选地，第一助燃气流旨在沿行进方向至少分成第二助燃气流和第三助燃气流。有利地，歧管具有其纵向部分并且包括直接面向燃烧室的外护套，在外护套中形成有至少一个径向开口，该径向开口被置于再循环开口与壳体的出口之间。优选地，第一可燃气流可以在其中流动的初级管包括初级喷嘴，第一可燃气流可以从该初级喷嘴排放并且通过与第三助燃气流混合，从而可以产生初级火焰。有利地，第二可燃气流可以在次级管中流动，以使得第二可燃气流可以在歧管内部流动并且可以从径向开口排放。优选地，径向开口构造成使得第二可燃气流被来自燃烧室的排气流撞击，从而与排气流混合并与排气流一起沿与行进方向相反的方向通过再循环开口被输送导再循环区中。有利地，再循环区在壳体内部定位在再循环开口的区域中。优选地，再循环区包括纵向入口部分，第二助燃气流可以通过该纵向入口部分被引入到再循环区中。

5、优选地，第一助燃气流的部分可以通过纵向入口部分被引入到再循环区中，从而将第一助燃气流沿行进方向分成第二助燃气流和第三助燃气流，第二助燃气流有利地与第一助燃气流的上述部分相对应。

6、优选地，再循环区包括通道部分，与排气流和第二助燃气流混合的第二可燃气流可以通过该通道部分排放，从而能够产生次级火焰。

7、因此，应当理解的是，本发明的燃烧头允许获得排气流的内部再循环以及可燃气体的内部再循环。

8、特别地，在预混合流被引入到再循环区之前获得了可燃气流与排气流之间的预混合。

9、这种预混合是在燃烧头外部进行的，因此，两种流可以混合，而燃烧头的任何物理元件不会阻碍这两种流或破坏这两种流的运动。

10、由此通过优化头部的性能水平并允许nox水平相对于已知解决方案的降低来获得最佳的预混合流。优选地，与排气流混合的第二可燃气流也可以称为再循环流。有利地，与第二助燃气流混合的再循环流也可以称为室流。

11、优选地，行进方向具有从壳体的第二部分行进至第一部分的方向。

12、优选地，再循环区形成为使得在再循环区中产生相对于燃烧室的内部压力较低的压力区。因此有利地形成再循环区以产生负压差，从而使排气流和第二可燃气流流出燃烧室进入再循环区内部。优选地，通过将助燃气流从容纳在再循环区中的特定表面分开来产生压力差。优选地，特定表面可以是产生局部湍流的干涉表面或产生文丘里效应的锥形或环形表面。由此可以构造能够产生减压区的燃烧头。

13、在一些实施方式中，这种压力降低可以在基于文丘里效应的现象之后产生。

14、在一些实施方式中，再循环区由一个或更多个再循环室限定。优选地，再循环室形成为具有至少一个干涉表面。有利地，当干涉表面被助燃气流、优选地被第二助燃气流撞击时，在再循环区中产生压力降低。压力降低有利地引起再循环流被引入再循环室内部。

15、有利地，再循环室的后壁包括用于第二可燃气流的干涉表面，该干涉表面能够在再循环室中产生压力降低。

16、优选地，干涉表面布置成产生第二助燃气流的重定向——有利地是突然重定向——和流的压力损失，从而产生足以使再循环流从燃烧室通过穿过再循环开口流入再循环室内部。

17、为了获得特别有效的流的重定向，该干涉表面的分量部分有利地布置成横向于或垂直于行进方向。以这种方式，所产生的压力降低与干涉表面的相对于行进方向的垂直分量部分的尺寸成正比。

18、因此，本发明所涉及的燃烧头允许获得降低的排放水平，特别是获得nox降低的排放水平，同时允许使获得降低的排放水平的生产过程简化。

19、优选地，助燃气体是空气。有利地，这种类型的气体包括氧气。

20、在优选实施方式中，第一可燃气流和第二可燃气流可以由相同的气体形成，例如由天然气或经由公共分配网络供给的任何其他类型的气体。

21、有利地，本发明所涉及的燃烧头允许在次级火焰形成之前在排气流与第二可燃气流之间进行混合。该条件有利地有效地产生所需的气体燃烧混合物并因此操作燃烧头本身。

22、优选地，第二可燃气流通过燃烧室的下述区域中的径向开口而径向排放：在该区域中排气流具有与行进方向大致相反的方向。有利地，在燃烧室的该区域中，在排气流被引入到再循环区内部之前，排气流不包含氧气或包含低于可燃气体的可燃性范围的可忽略的百分比的氧气，因此第二可燃气流和排气流不产生任何火焰。优选地，该排气流与第二可燃气流一起被吸入再循环区中。有利地，排气和可燃气体以下述百分比彼此混合：该百分比使得可燃气体与排气之间的体积关系可以在三分之一与二十分之一之间变化、甚至更优选地在三分之一与十分至一之间变化。优选地，可燃气体与排气的混合产生可燃混合物，其中可燃气体在再循环火焰中被部分地稀释，因此获得了更均匀的并且具有更小的温度峰值的燃烧，因此获得了降低的热nox。有利地，第二可燃气流在与第二助燃气流在再循环区中混合并产生二次火焰之前，已经在相对于燃烧头的外部与排气流混合。由此获得了具有惰性再循环气体并因此具有被稀释的气体的预混合气流。

23、因此，燃烧头的特征在于结构高度简单，因为不需要使用例如位于相对于壳体的外部的嘴。

24、由于本发明所涉及的燃烧头，可以有利地在燃烧室内部以均匀的方式分配可燃气体和助燃气体，从而进一步提高燃烧头本身的效率和火焰的稳定性。

25、根据本发明的另一方面，提供了一种包括根据本发明的燃烧头的燃烧器。

26、根据又一方面，提供了一种包括燃烧室的锅炉，该燃烧室包括根据上述方面构造的燃烧器。

27、应当理解的是，关于本发明的各方面中的一个方面提出的优选的和有利的特征也可以用于本发明的其他方面。