本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1所述特征的燃燒器、以及一種根據(jù)權(quán)利要求13所述的使用這種燃燒器產(chǎn)生火焰的方法。

背景技術(shù)：

這種通過燃燒燃料產(chǎn)生火焰的燃燒器尤其是低NO_x燃燒器通常包括環(huán)繞例如瓦(tile)的中心開口的第一(周向延伸)耐火瓦，該開口沿著燃燒器軸線延伸，其中瓦還包括前側(cè)和背離所述前側(cè)的后側(cè)，并且其中所述后側(cè)包括與所述開口流通連接的空氣進口以將空氣供給進入所述開口，并且其中所述前側(cè)包括與所述開口流通連接的排放口以將燃燒器產(chǎn)生的火焰排放到周圍環(huán)境，尤其進入(如熔爐的)燃燒室中。并且，所述瓦包括朝著所述開口的內(nèi)側(cè)以及背離所述開口/內(nèi)側(cè)的外側(cè)。

例如，這些燃燒器用于石油工業(yè)并且根據(jù)API RP535進行設(shè)計("Burners for Fired Heaters in General Refinery Services",API工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)535,第二版,2006年1月)。特別地，這些低NO_x燃燒器是燃料或空氣分段的以管控減少熱氮氧化物(NO_x)的火焰最高溫度。

在上述類型的燃燒器中進行的燃燒過程中，氮氧化物(NO_x)的產(chǎn)生可具有不同的起因。

首先，NO_x可在所謂的瞬間或即時轉(zhuǎn)換中從N₂產(chǎn)生，其中在燃燒過程初期NO_x通過烴類游離基機理從N₂產(chǎn)生，即N₂與游離基、如來自燃料的C、CH、和CH₂片段進行反應(yīng)。在燃燒的初期，這會引起氮的固定種類的形成，例如NH,HCN,H₂CN and cyano(CN-)游離基，其可以氧化生成NO。

另外，在所謂的作為與溫度有關(guān)的N₂至NO_x氧化的熱轉(zhuǎn)換(其由高溫所促進)中，產(chǎn)生NO_x的以下反應(yīng)可根據(jù)擴展的Zeldovich機制發(fā)生：

N₂+O→NO+N

N+O₂→NO+O,和

N+OH→NO+H

最后，還發(fā)生所謂的燃料固有氮轉(zhuǎn)化，其中燃料中的氮化合物轉(zhuǎn)化為NO_x。在此，在燃燒期間，燃料中固有的氮可作為自由基被釋放，并且可最終形成N₂或NO。

因此，通過降低火焰溫度限制熱NO_x的生成。這將會減少形成的NO_x，這是因為高溫促成了相應(yīng)的反應(yīng)。燃料NO_x為燃料成分的函數(shù)。燃料中化學(xué)固有氮越高，NO_x排放物將越多。最后，瞬時NO_x通常僅產(chǎn)生少量的生成NO_x，然而在采用降低總NO_x的低NO_x燃燒器時這又會是總NO_x中相當(dāng)大的一部分。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的問題在于提供一種改進的能夠產(chǎn)生更少NO_x的燃燒器、以及一種使用這種燃燒器產(chǎn)生火焰的相應(yīng)方法。

具有權(quán)利要求1所述特征的燃燒器解決了上述問題。從屬權(quán)利要求記載了優(yōu)選的實施例。

根據(jù)權(quán)利要求1，燃燒器還包括在瓦的第一單獨凹部中沿著燃燒器軸線延伸的至少一個氧氣噴槍，其中所述至少一個氧氣噴槍在所述至少一個氧氣噴槍的端部區(qū)域具有設(shè)計成用于噴射氧氣、尤其為噴射純氧或富氧空氣的噴嘴，這特別使得所述氧氣首先噴入所述燃燒器產(chǎn)生的相對較熱的火焰周圍的較冷煙氣(flue gas)區(qū)域中。所述至少一個氧氣噴槍如此安裝使得其噴嘴沿著所述燃燒器軸線的位置是可調(diào)節(jié)的，尤其在最高位置和最低位置之間是可調(diào)節(jié)的。

特別地，所述至少一個氧氣噴槍連接到氧氣源上，以至于純氧或富氧空氣能從所述氧氣源流入所述氧氣噴槍，從而通過所述氧氣噴槍噴射氧氣。特別地，所述燃燒器設(shè)計成通過所述噴槍以150m/s至400m/s、尤其是200m/s至400m/s范圍內(nèi)的速度噴射氧氣。所述氧氣以0.8barg至8.0barg、優(yōu)選2.0barg至6.0barg范圍內(nèi)的壓力噴入。

有利地，所述至少一個氧氣噴槍允許鄰近產(chǎn)生的火焰噴射氧氣，從而能夠增強流回火焰的煙氣的再循環(huán)，該煙氣通過一次空氣中的氧氣來燃燒燃料而產(chǎn)生。在此，根據(jù)本發(fā)明，由于根據(jù)本發(fā)明的氧氣噴射鄰近所述至少一個氧氣噴槍產(chǎn)生了使得燃燒器的燃燒室/周圍環(huán)境中的煙氣再循環(huán)入燃燒器的火焰中的低壓，因此煙氣再循環(huán)特別得到增強，這由于惰性煙氣冷卻了火焰從而降低煙氣中的NO_x含量、并且還降低氧(O)分壓。

特別地，所述燃燒器配置成通過所述至少一個氧氣噴槍以小于、等于或大于煙氣中的氧氣過量流速的流速噴射氧氣，從而在所述瓦的開口中產(chǎn)生化學(xué)當(dāng)量的或次化學(xué)當(dāng)量的燃燒，其中氧氣通過所述至少一個氧氣噴槍噴入所述煙氣中。通常，起始點為僅有空氣的模式。燃燒器借助與過剩氧氣相應(yīng)的過量空氣運行。常規(guī)的做法為用煙氣中的一些氧氣使熔爐或鍋爐運行，通常為存量的3％O₂。二次空氣通常提供空氣分級燃燒器中的過剩氧氣。

特別地，在最高和最低位置之間存在所述噴嘴的起始位置(zero-position)，其中在所述起始位置，所述至少一個氧氣噴槍的噴嘴尤其位于被所述瓦的前側(cè)跨越的平面中。因而，在最高位置，所述至少一個氧氣噴槍的噴嘴沿著燃燒器軸線(即在噴射反應(yīng)媒介的方向上)伸出超過所述平面，而在最低位置，所述噴嘴沿著燃燒器軸線尤其位于所述平面的前面并且沒有沿著燃燒器軸線伸出越過所述平面。特別地，相對于所述起始位置的調(diào)節(jié)范圍為±50mm，即在最高位置以及最低位置，所述噴嘴沿著燃燒器軸線與所述平面尤其相隔50mm。

根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，所述至少一個氧氣噴槍的噴嘴設(shè)計成以相對于所述至少一個氧氣噴槍的中心線的噴射角度尤其以射流的形式噴射氧氣，其中所述噴射角度尤其相對于所述中心線在-30°至30°之間變化。所述射流的軸線可朝著所述燃燒器傾斜從而將氧氣噴入火焰或更靠近火焰，其中所述射流沿著該軸線延伸并且該軸線相對于所述中心線包封所述角度。進一步地，所述射流的軸線可以遠離所述燃燒器/火焰傾斜，從而主要遠離火焰射入氧氣或?qū)⒀鯕馍淙牖鹧嬷車膮^(qū)域(即煙氣區(qū)域)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述至少一個氧氣噴槍也配置成以促進沿著所述瓦的前側(cè)的平面產(chǎn)生氧氣旋流的方式噴射氧氣。特別地，例如取決于特定情形的氣體噴槍可設(shè)計成具有一個或兩個噴嘴。當(dāng)必須要產(chǎn)生旋流時，尤其使用具有兩個或多個噴嘴的噴槍(見下文)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述至少一個氧氣噴槍包括至少兩個噴嘴。其中，第一噴嘴如上文描述的那樣噴射氧氣，另一噴嘴設(shè)計成沿著所述瓦的周邊噴射氧氣(例如沿著平行于所述周邊的相應(yīng)切線的方向)，從而特別促進沿著所述瓦的前側(cè)的平面產(chǎn)生氧氣旋流。特別地，為了產(chǎn)生上述氧氣旋流，所述燃燒器/瓦包括多個這種氧氣噴槍(例如具有所述兩個噴嘴，并且例如沿著瓦的周邊等距地分布)，在所述氧氣旋流中氧氣沿著所述瓦的周邊并且沿著所述瓦的前側(cè)的平面流動。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述燃燒器包括布置在所述瓦的開口中的旋流裝置，所述旋流裝置設(shè)計成使得通過所述旋流裝置進入所述瓦的開口的空氣偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生空氣在其中沿著所述瓦的周邊流動的空氣旋流。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述至少一個氧氣噴槍或所述多個氧氣噴槍如此配置使得(一個或多個)氧氣噴槍產(chǎn)生的氧氣旋流在空氣旋流的方向上或相反方向上流動。

根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，用于容納所述至少一個氧氣噴槍的第一凹部形成為在所述瓦的外側(cè)形成在所述瓦中的槽口。特別地，所述槽口為敞開槽口，即形成為凹槽。進一步地，所述第一凹部/槽口尤其平行于所述燃燒器軸線延伸。

根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，所述槽口終止于所述瓦的在所述瓦的周向延伸的上部區(qū)域中形成在所述瓦的外側(cè)的第二凹部中，所述瓦的上部區(qū)域界定了所述排放口，使得所述至少一個氧氣噴槍的端部區(qū)域從所述槽口伸進所述第二凹部。

特別地，所述第二凹部包括尤其平行于燃燒器軸線延伸的平坦側(cè)表面，所述平坦側(cè)表面尤其與所述第二凹部的凹形底表面交會，所述第一凹部/槽口終止于該凹形底表面中。

因此，尤其在所述瓦的外側(cè)形成臺階，所述至少一個氧氣噴槍從所述臺階突出于該氧氣噴槍所布置于其中的第一凹部/槽口。

有利地，所述第二凹部的(如凹形的)底表面和側(cè)表面允許煙氣沿著這些表面再循環(huán)返回所述燃燒器產(chǎn)生的火焰中，這降低了煙氣中的NO_x總含量，這是因為惰性煙氣使火焰冷卻并且降低了氧分壓從而降低熱NO_x排放。由于上述再循環(huán)，產(chǎn)生了與燃料接觸的稀釋氧氣流。在兩股氣流之間沒有分離的情形下，氧氣將“吸引”燃料并隨后形成NO_x會在那里產(chǎn)生的較熱區(qū)域。

根據(jù)本系統(tǒng)的優(yōu)選實施例，所述燃燒器的瓦設(shè)計成安裝在熔爐的壁中(如熔爐的燃燒室的壁)，使得所述槽口終止于所述壁的面向熔爐的內(nèi)部空間(即燃燒室)的內(nèi)側(cè)、或在所述壁的所述內(nèi)側(cè)的上方終止，從而所述槽口沿著燃燒器軸線延伸超過所述內(nèi)側(cè)并進入所述內(nèi)部空間。特別地，所述底表面的邊緣布置成與所述壁的內(nèi)側(cè)平齊。

因此，本發(fā)明的另一方面在于提供一種包括至少一個根據(jù)本發(fā)明的燃燒器的熔爐，其中所述燃燒器安裝在上文所述的壁中。

因而，特別地，所述瓦提供設(shè)計成將通過所述空氣進口提供的空氣供給與通過所述氧氣噴槍的噴嘴提供的氧氣供給隔開的屏蔽件，從而由所述氧氣噴槍的噴嘴噴射的氧氣首先被噴入相對較熱火焰周圍的較冷煙氣區(qū)域，而不直接噴入火焰中。這使得較冷煙氣再循環(huán)進入火焰的相對較熱區(qū)域，而由氧氣流產(chǎn)生動量。于是，效果是雙倍的：較冷煙氣降低了使火焰在較寬區(qū)域上“蔓延”的火焰最高溫度，氧含量改善了燃燒條件并且使火焰穩(wěn)定。

根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，所述燃燒器形成為包括主燃氣噴槍的燃料分級燃燒器，所述主燃氣噴槍在所述主燃氣噴槍的端部區(qū)域包括噴嘴，所述主燃氣噴槍的噴嘴設(shè)計成噴射主燃氣(例如天然氣、提煉的燃氣、合成氣、氫氣等)以在噴射的主燃氣燃燒時產(chǎn)生火焰。特別地，所述主燃氣噴槍的噴嘴布置在所述瓦的開口中并且被所述瓦環(huán)繞。而且，特別地，所述燃燒器包括多個輔助燃氣噴槍，每個輔助燃氣噴槍在相應(yīng)輔助燃氣噴槍的端部區(qū)域具有噴嘴，所述輔助燃氣噴槍的噴嘴沿著所述瓦的前側(cè)布置、并且設(shè)計成在所述瓦的下游噴射輔助燃氣(如與上文所述相同的燃氣流)以在噴射的輔助燃氣燃燒時產(chǎn)生火焰。

特別地，所述燃燒器在一個氧氣噴槍和所述多個輔助燃氣噴槍之間的范圍內(nèi)包括多個氧氣噴槍。通常，在根據(jù)本發(fā)明的燃燒器包括若干氧氣噴槍的情形下，每個氧氣噴槍布置在與其自身相關(guān)的第一凹部/槽口中、并且可以伸入如上文描述的那樣所形成的相關(guān)第二凹部中。

而且，所述燃料分級燃燒器可包括上文所述的旋流裝置，其可圍繞所述主燃氣噴槍并且設(shè)計成將進入所述瓦的開口的空氣偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生空氣旋流(見上文)。

根據(jù)燃料分級燃燒器的一個實施例，所述氧氣噴槍配置成產(chǎn)生所噴射氧氣的氧氣旋流，其中特別是所述氧氣旋流與空氣旋流具有相同的方向或相反方向(見上文)。特別地，在該方面，在與空氣相同的方向使氧氣起旋有益于火焰的穩(wěn)定性，與之相反可增大湍流，如混合效果，從而增強燃料的燃燒。特別地，這對于可產(chǎn)生PAH(PM10和PM2.5的前體)或能覺察到的CO量的燃料是有利的。

進一步地，需要注意的是，上文所述的配置成產(chǎn)生所噴射氧氣的氧氣旋流的氧氣噴槍同樣可用在空氣分級燃燒器以及一般而言的“高NO_x”燃燒器(有或沒有旋流裝置)的情形中(見下文)。換言之，“旋流”氧氣噴槍的應(yīng)用不局限于燃料分級燃燒器。特別地，空氣分級燃燒器和一般而言的“高NO_x”燃燒器可加裝這種氧氣噴槍。

根據(jù)本發(fā)明的可替換優(yōu)選實施例，所述燃燒器形成為空氣分級燃燒器，其中所述瓦為所述燃燒器的內(nèi)瓦，并且所述空氣進口為一次空氣進口。特別地，所述燃燒器還包括圍成(如中心)開口的外瓦，所述外瓦的開口沿著燃燒器軸線延伸，并且所述外瓦尤其與所述內(nèi)瓦同軸地布置。所述外瓦可環(huán)繞著所述內(nèi)瓦，但也可布置成沿著燃燒器軸線相對于內(nèi)瓦偏移。特別地，所述外瓦還包括前側(cè)和背離所述前側(cè)的后側(cè)，其中所述后側(cè)包括與所述外瓦的開口流通連接的二次空氣進口，以供給二次空氣進入所述外瓦的開口中。進一步地，所述外瓦的前側(cè)包括與所述外瓦的開口流通連接的排放口，以將所述燃燒器產(chǎn)生的火焰排放到周圍區(qū)域中，尤其進入(如熔爐的)燃燒室。而且，所述外瓦還包括面向所述外瓦的開口并最終面向所述內(nèi)瓦的內(nèi)側(cè)、以及背離所述外瓦的開口的外側(cè)。

根據(jù)本發(fā)明的另一可替換優(yōu)選實施例，所述燃燒器再次形成為空氣分級燃燒器，其中所述瓦現(xiàn)形成為所述燃燒器的外瓦，所述外瓦的空氣進口為二次空氣進口，并且所述燃燒器還包括內(nèi)瓦，所述內(nèi)瓦圍成(如中心)開口，所述內(nèi)瓦的開口沿著燃燒器軸線延伸，并且所述內(nèi)瓦還包括前側(cè)和背離所述前側(cè)的后側(cè)，其中所述后側(cè)包括與所述內(nèi)瓦的開口流通連接的一次空氣進口，以供給一次空氣進入所述內(nèi)瓦的開口中。特別地，所述內(nèi)瓦的前側(cè)包括用于將所述燃燒器產(chǎn)生的火焰排放到周圍環(huán)境中、尤其是排放到(如熔爐的)燃燒室中的排放口，所述排放口與所述內(nèi)瓦的開口流通連接，且特別地，所述內(nèi)瓦還包括面向所述內(nèi)瓦的開口的內(nèi)側(cè)、以及背離所述內(nèi)瓦的開口的外側(cè)。

特別地，在空氣分級燃燒器的情況下，當(dāng)所述至少一個氧氣噴槍布置在所述內(nèi)瓦中時，所述內(nèi)瓦突出超過所述外瓦(即比外瓦具有更大的高度)，即具有所述內(nèi)瓦的包括所述平坦側(cè)表面和尤其所述底表面的區(qū)域。特別地，反過來也一樣，當(dāng)所述至少一個氧氣噴槍布置在所述外瓦中時，所述外瓦突出超過所述內(nèi)瓦(即比外瓦具有更大的高度)，即具有所述外瓦的包括所述平坦側(cè)表面和尤其所述底表面的區(qū)域。

特別地，在空氣分級燃燒器的情況下，氧氣噴槍的數(shù)量在一個至四個氧氣噴槍之間的范圍內(nèi)。

進一步地，在包括如上所述的外、內(nèi)耐火瓦的空氣分級燃燒器的情況下，所述燃燒器尤其包括燃油噴槍，其在所述燃油噴槍的端部區(qū)域包括噴嘴，所述燃油噴槍的噴嘴設(shè)計成噴射燃油以在噴射的燃油燃燒時產(chǎn)生所述火焰，其中所述燃油噴槍的噴嘴布置在所述內(nèi)瓦的開口中并且被所述內(nèi)瓦環(huán)繞。特別地，所述燃油噴槍的噴嘴被空氣分級燃燒器的中心瓦環(huán)繞，所述中心瓦被所述空氣分級燃燒器的內(nèi)瓦環(huán)繞。

而且，在包括如上所述的外、內(nèi)耐火瓦的空氣分級燃燒器的情況下，所述燃燒器尤其包括至少一個燃氣噴槍，其在所述至少一個燃氣噴槍的端部區(qū)域包括噴嘴，所述至少一個燃氣噴槍的噴嘴設(shè)計成噴射燃氣以在噴射的燃氣燃燒時產(chǎn)生所述火焰，其中所述至少一個燃氣噴槍的噴嘴在所述中心瓦以外地布置在內(nèi)瓦的開口中，例如布置在空氣分級燃燒器的內(nèi)瓦和中心瓦之間的周向延伸間隙中。

進一步地，本發(fā)明的問題由根據(jù)權(quán)利要求13所述的使用根據(jù)本發(fā)明的燃燒器產(chǎn)生火焰的方法解決，其中通過所述燃燒器燃燒燃料產(chǎn)生火焰，所述至少一個氧氣噴槍將氧氣射入所產(chǎn)生的火焰和/或鄰近所產(chǎn)生火焰的煙氣區(qū)域中，所述煙氣通過燃燒所述燃料產(chǎn)生(見上文)。

特別地，在燃料分級燃燒器的情況下，主燃氣由所述主燃氣噴槍噴入并被燃燒，且輔助燃氣由所述輔助燃氣噴槍噴入并被燃燒，從而以合成的形式產(chǎn)生所述火焰。

可替換地，在燃料分級燃燒器的情況下，燃油由所述燃油噴槍噴入并被燃燒，并且燃氣由所述燃氣噴槍噴入并被燃燒，從而以合成的形式產(chǎn)生所述火焰。

特別地，通過所述至少一個氧氣噴槍所噴射的氧氣的流速等于或大于在燃燒(一種或多種)燃料時產(chǎn)生的煙氣中的過剩氧氣的流速，從而尤其在所述瓦(如燃料分級燃燒器)或內(nèi)瓦中通過一次氧化劑/空氣(如空氣分級燃燒器)產(chǎn)生化學(xué)當(dāng)量的或次化學(xué)當(dāng)量的燃料燃燒。特別地，本發(fā)明的目的在于噴射氧氣，而不是二次空氣。隨后，尤其在空氣分級燃燒器的兩片瓦之間噴射氧氣，但也能在外瓦的外部噴射氧氣。

根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)選實施例，氧氣尤其以等于或小于聲速的速度從相應(yīng)的氧氣噴槍噴出。

根據(jù)本發(fā)明的燃燒器可使用所有適當(dāng)?shù)娜剂?，例如燃?如汽油、加熱油、重質(zhì)燃油等)，以及(如一次和/或二次)燃氣(見上文)。

根據(jù)本發(fā)明的低NO_x燃燒器尤其提供增強的煙氣再循環(huán)以及對煙氣中剩下可燃反應(yīng)物的增強利用，其中所述瓦可實施成常規(guī)的燃燒器構(gòu)造。

因而，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，僅提供如權(quán)利要求1和從屬權(quán)利要求中所記載的瓦。有利地，現(xiàn)有燃燒器可采用根據(jù)本發(fā)明的具有所述氧氣噴槍的瓦進行升級，所述氧氣噴槍例如沿著瓦的外側(cè)布置。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種改造傳統(tǒng)瓦的方法，其中所述至少一個氧氣噴槍布置在現(xiàn)有燃燒器的瓦的外側(cè)，其中特別地，在現(xiàn)有瓦(如其外部)中形成所述第一凹部(如槽口)和第二凹部。特別地，如上所述，所述至少一個氧氣噴槍布置在所述第一凹部/槽口中，并且最終布置在第二凹部中。

附圖說明

將結(jié)合附圖和本技術(shù)領(lǐng)域詳細地解釋以上描述的發(fā)明。附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而本發(fā)明不被附圖限制。在附圖中：

圖1：傳統(tǒng)耐火燃燒器瓦的正視圖；

圖2：穿過圖1的傳統(tǒng)燃燒器瓦的縱剖面；

圖3：根據(jù)本發(fā)明的燃燒器瓦的正視圖；

圖4：穿過圖3的瓦的縱橫截面；

圖5：根據(jù)本發(fā)明的瓦的細節(jié)，其示出了可滑動氧氣噴槍；

圖6至圖8：根據(jù)本發(fā)明的空氣分級燃燒器的兩個實施例；

圖9至圖10：根據(jù)本發(fā)明的燃料分級燃燒器。

具體實施方式

圖1示出了具有中心空氣進口10且由耐火材料、如氧化鋁基耐火材料制成的傳統(tǒng)燃燒器瓦15。

在圖2中示出傳統(tǒng)燃燒器瓦15的沿著圖1的平面16的橫截面圖?？諝膺M口2與瓦15的中心開口2流通連接，該開口2沿著燃燒器軸線12延伸并且終止于用于排放燃燒器產(chǎn)生的火焰的排放口9處。

具體而言，瓦15還包括前側(cè)20和背離瓦15的前側(cè)20的后側(cè)21，其中后側(cè)21界定所述空氣進口10，并且其中前側(cè)20界定所述排放口9?？諝膺M口10與為了燃燒燃料所需的空氣源流通連接，以向瓦15的所述開口2中提供空氣。瓦15還包括面向所述中心開口2的內(nèi)側(cè)22、以及背離開口2的外側(cè)23。

圖3至圖5示出根據(jù)本發(fā)明的瓦15，其具有上文所述的傳統(tǒng)瓦15的構(gòu)造，但還包括在瓦15的第一凹部17中沿著燃燒器軸線12延伸的至少一個氧氣噴槍5。至少一個氧氣噴槍5在至少一個氧氣噴槍5的用于噴射純氧O的端部區(qū)域包括噴嘴6，其中至少一個氧氣噴槍5尤其配置成將氧氣O噴入由燃燒器1產(chǎn)生的相對較熱火焰30周圍的較冷煙氣區(qū)域31中(參閱圖6至圖7)。

特別地，用于容納氧氣噴槍5的第一凹部17形成為在瓦15的外側(cè)23中的槽口或凹槽，該槽口17平行于燃燒器軸線12延伸。槽口17終止于瓦15的形成在瓦15的外側(cè)23中的相關(guān)第二凹部4中，即如圖4和圖5所示的瓦15的周向延伸的上部區(qū)域19中。因此，氧氣噴槍5的端部區(qū)域以其噴嘴6從槽口17伸出并進入相鄰的第二凹部4。當(dāng)然，可在相關(guān)的槽口17和第二凹部4中設(shè)置數(shù)個氧氣噴槍5。

具體地，第二凹部4包括平坦側(cè)表面4a，其平行于燃燒器軸線12延伸、并且與凹部4的底表面4b交會，所述槽口17終止于該底表面。特別地，底表面4b包括凹的彎曲部。

并且，如圖5中的實線和虛線所示，燃燒器瓦15設(shè)計成如此安裝在熔爐的壁18(如燃燒室)中，即槽口17終止于所述壁的內(nèi)側(cè)18a處(如實線所示)，該內(nèi)側(cè)18a面向熔爐的內(nèi)部空間S，或者槽口17在壁18的所述內(nèi)側(cè)18a上方終止(如虛線所示)從而槽口17沿著燃燒器軸線12伸入所述內(nèi)部空間S。

特別地，瓦15(以及下文描述的內(nèi)瓦15b、外瓦15a)同樣用耐火材料制成(見下文)。

進一步地，氧氣噴槍5沿著其縱向延伸部7的方向是可滑動的，該延伸部7尤其平行于燃燒器軸線12并且與排放口9的平面垂直。因此，氧氣噴槍5的噴嘴6可布置成在由前側(cè)20或排放口9跨越的平面中的起始位置8處或在該平面后面終止于第二煙氣再循環(huán)凹部4中，從而進一步伸入(如熔爐的)內(nèi)部空間S中。在此，氧氣噴槍5的噴射角11相對于氧氣噴槍5的中心線7a在±30°之間變化。因而，能朝著火焰30、即朝著燃燒器軸線12(正角11)或遠離火焰30/燃燒器軸線12(負角)地噴射氧氣O。

通常，燃氣或燃油點火的任何燃燒器可設(shè)有或加裝根據(jù)本發(fā)明的瓦15。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的空氣分級燃燒器1，其尤其可用于燃油點火的應(yīng)用中。

這種空氣分級燃燒器1包括內(nèi)瓦15b，所述內(nèi)瓦15b圍成開口2b，其中如上文已描述的那樣，內(nèi)瓦15b還包括前側(cè)20，其界定與開口2b流通連接的排氣開口9b、以及在后側(cè)21的用于將一次空氣A′送進內(nèi)瓦15b的一次空氣進口10b。燃燒器1還包括可環(huán)繞內(nèi)瓦15b的外瓦15a。這兩種瓦15a、15b相對于燃燒器軸線12同軸布置，其中外瓦15a的直徑比內(nèi)瓦15b的大。外瓦15a也包括中心開口2a，其沿著燃燒器軸線12從外瓦15a的后側(cè)21上的二次空氣進口10b向外瓦15a的位于外瓦15a的前側(cè)20處的排放口9a延伸。特別地，從圖6中可以看出，內(nèi)瓦15b布置在外瓦15a的開口2a中，使得在內(nèi)瓦15b的外部和外瓦15a的內(nèi)部之間形成例如周向延伸的間隙，其與所述二次空氣進口10a連接使得二次空氣A"能穿過該間隙進入燃燒器1。內(nèi)瓦15b還包括面向內(nèi)瓦15b的開口2b的內(nèi)側(cè)。進一步地，外瓦15a包括背離外瓦15a的內(nèi)側(cè)的外側(cè)。

為了燃燒燃料，根據(jù)圖6的燃燒器1還包括與燃燒器軸線12重合的燃油噴槍5c，其在燃油噴槍5c的端部區(qū)域包括設(shè)計成噴入燃油F以在燃燒燃油F時產(chǎn)生火焰30的噴嘴6c。燃油噴槍5c也可以為燃油槍。在后一種情形中，使用霧化媒介(蒸汽或空氣)將液體噴入火焰。燃油噴槍5c的噴嘴6c布置在中心瓦15c的開口中，該中心瓦15c轉(zhuǎn)而布置在內(nèi)瓦15b的開口2b中并且被內(nèi)瓦15b環(huán)繞。而且，燃燒器1包括燃氣噴槍5d，每個燃氣噴槍5d在相應(yīng)燃氣噴槍5d的端部區(qū)域包括噴嘴6d，這些噴嘴6d設(shè)計成噴射燃氣G以在所噴射的燃氣G燃燒時產(chǎn)生所述火焰30。噴嘴6d例如布置在內(nèi)瓦15b和中心瓦15c之間的環(huán)形間隙中。

如上所述，空氣分級燃燒器1至少包括一次空氣進口和二次空氣進口10a、10b，以及包括最后的三次空氣進口，燃燒燃料F、G所需的所有空氣A'、A"(和最后的三次空氣)通過這些空氣進口尤其根據(jù)以下示例性份額噴入燃燒器1中：一次空氣A'15％至25％；二次空氣A"25％至35％；以及三次空氣A'"40％至55％。在僅有一次空氣A'和二次空氣A"的情形下，一次空氣例如可在40％左右，而二次空氣在60％左右。其它配給量也是可以的。

通過燃油噴槍5c和燃氣噴槍5d將所有燃油F和燃氣G以所有空氣的份額(例如參見上文)噴入火焰30的一次燃燒區(qū)域。由于在該區(qū)域缺少空氣，燃油F和燃氣G的一部分沒有燃燒，導(dǎo)致了較低的火焰溫度，這引起較低的熱NO_x生成。由于燃油/燃氣分子在燃油/燃氣富含(降低)的條件下分離，限制了進一步的燃料NO_x。在火焰30的二次燃燒區(qū)域中至少部分地完成燃油/燃氣燃燒。而且，可通過外瓦15a外部的至少一個相應(yīng)進口10c將三次空氣(見上文)噴入火焰30的其中完成燃燒的三次燃燒區(qū)域。

現(xiàn)在，為了進一步降低空氣分級燃燒器1中的NO_x排放，內(nèi)瓦15b和/或外瓦15a形成為如同上文參照圖3至圖5所描述的瓦15。這在圖7和圖8中示出。

在圖7中，至少一個氧氣噴槍5布置在內(nèi)瓦15b的第一、第二凹部4,17中，這如同上文參照圖3至圖5對瓦15進行描述的那樣，其中內(nèi)瓦15b在燃燒器軸線12的方向(即縱向延伸部7的方向)上以高度H的一部分超過外瓦15a伸出，內(nèi)瓦15b的該部分包括上述平坦側(cè)表面4a并且尤其包括底表面4b。

可替換地，在圖8中，至少一個氧氣噴槍5布置在外瓦15a的第一凹部17和第二凹部4中，這如同上文參照圖3至圖5對瓦15進行描述的那樣，其中外瓦15a在燃燒器軸線12的方向(即縱向延伸部7的方向)上以高度H的一部分超過內(nèi)瓦15b伸出，外瓦15a的該部分包括上述平坦側(cè)表面4a并且尤其包括底表面4b。

由于通過氧氣噴槍5尤其采用上文所述的噴射角度、氧氣比率以及噴射速度將氧氣O尤其噴入圍繞火焰30的且包含相對較冷煙氣的相對較冷煙氣區(qū)域31，增強了沿著第二煙氣再循環(huán)凹部4的底表面4b和側(cè)表面進入火焰30的煙氣再循環(huán)，從而進一步降低了NO_x，這是因為惰性煙氣冷卻火焰30并且降低氧氣O的分壓。

進一步地，圖9和圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料分級燃燒器1形式的燃燒器1。

在此，僅具有單個瓦15，其配置成上文參照圖3至圖5所描述的那樣。圖9和圖10所示的燃燒器1還包括與燃燒器軸線12重合的主燃氣噴槍5a，以及在主燃氣噴槍5a的端部區(qū)域包括噴嘴6a，其中所述噴嘴6a設(shè)計成噴射主燃氣G′以在所噴射的主燃氣G′燃燒時產(chǎn)生火焰30。主燃氣噴槍5a的噴嘴6a布置在瓦15的開口2中且被瓦15環(huán)繞。而且，燃燒器1包括多個輔助燃氣噴槍5b(如四個這種噴槍5b)，每個在相應(yīng)輔助燃氣噴槍5b的端部區(qū)域具有噴嘴6b。輔助燃氣噴槍5b可布置在瓦15的相應(yīng)孔中，使得輔助燃氣噴槍5b的噴嘴6b沿著瓦15的前側(cè)20布置以在瓦15的下游噴射輔助燃氣G"，從而當(dāng)噴射的輔助燃氣G"燃燒時產(chǎn)生所述火焰30。

在這種燃料分級燃燒器1中，空氣A通過瓦15的空氣進口10進入火焰30的一次燃燒區(qū)域。特別地，空氣A隨后穿過使空氣A偏轉(zhuǎn)的旋流裝置40，從而沿著瓦15的前側(cè)20的平面并且沿著瓦15的周邊產(chǎn)生空氣旋流41。

僅燃氣的一部分、即主燃氣G′，通過中心主燃氣噴槍5a噴入火焰30的一次燃燒區(qū)域。因此，借助瓦15中的過量空氣A完成主燃氣G′的燃燒。燃氣的大部分、即輔助燃氣G"，在二次階段中例如通過瓦15的開口2的外部的輔助燃氣噴槍5b釋放，并且在火焰30的二次燃燒區(qū)域中借助剩下的空氣A進行燃燒。

特別地，如圖9所述，燃料分級燃燒器1包括四個在瓦15中等距布置的氧氣噴槍5。這些氧氣噴槍5也可配置成噴射氧氣O使得沿著瓦15的前側(cè)20的平面能夠產(chǎn)生氧氣旋流50，該氧氣旋流50與空氣旋流41可具有相同的方向或相反的方向。

為此，氧氣噴槍5可包括兩個噴嘴。其中，上文描述的噴嘴6如上文參照圖5描述的那樣噴射氧氣，并且其中另一噴嘴設(shè)計成沿著瓦的周邊(如在平行于周邊的相應(yīng)切線的方向上)噴射氧氣，從而產(chǎn)生所述氧氣旋流50。

通常，所有燃料的20％至40％(相當(dāng)于主燃氣G′)與所有空氣A的100％混合。來自一次區(qū)域的過剩氧氣提供了完成剩下燃氣(輔助燃氣G")的燃燒所必需的氧氣。這產(chǎn)生了相對低的火焰最高溫度，由此降低了熱NO_x的排放。

根據(jù)本發(fā)明為了進一步降低NO_x排放，如參照圖3至圖5描述的那樣配置圖9和圖10中所示的燃燒器1的瓦15，使得通過氧氣噴槍5尤其采用上文所述的噴射角度、氧氣比率以及噴射速度將氧氣O尤其噴入圍繞較熱火焰30的且包含相對較冷煙氣的相對較冷煙氣區(qū)域31。如已描述的那樣，這增強了沿著第二煙氣再循環(huán)凹部4的底表面4b和側(cè)表面4a進入火焰30的煙氣再循環(huán)，從而進一步降低了NO_x，這是因為惰性煙氣冷卻火焰30并且降低氧氣O的分壓(見上文)。

總之，本發(fā)明實現(xiàn)了對現(xiàn)有燃燒器的改進，而沒必要改動現(xiàn)有的熔爐結(jié)構(gòu)。而且，本發(fā)明適用于所有類型的熔爐構(gòu)造，包括自然通風(fēng)的系統(tǒng)。

為了保持燃燒室處于微小的負壓中，本發(fā)明允許熔爐的擴展運行范圍通常由可用通風(fēng)(available draft)限定。通過煙囪效應(yīng)或通過抽風(fēng)式風(fēng)扇產(chǎn)生燃燒室中的通風(fēng)。當(dāng)?shù)竭_熔爐土質(zhì)的最大壓力時，在系統(tǒng)中將不燃燒更多的燃料。本發(fā)明允許在特定的加工爐中產(chǎn)生更高的燃燒速率(由于通風(fēng)限制而超出極限)，而不需要修改燃氣抽取系統(tǒng)，并且不會增加排放。這意味著本發(fā)明允許擴展現(xiàn)有設(shè)備的潛能，而仍在安全狀態(tài)下操作。

附圖標(biāo)記