[发明专利]高能量高燃烧率低污染排放且高传热性的气体燃料燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及一种创新的气体燃料(包括其所有混合物)的燃烧器结构，其在气体燃料(包括其所有混合物)和氧化剂之间产生高的湍流混合，燃烧器具有高能量燃烧效率、低污染排放并产生湍流动能，使得燃烧过程更有效，且产生更高的传热性，其允许在较高温度下加热更大的气团。

背景技术

通常地，所有的气体燃料燃烧器和它们的所有混合物(例如，天然气、液化石油气、氢气等)具有相同的应用场合，即燃烧气体燃料(包括所有其混合物)以产生热量。然而，由于燃烧过程效率低且消耗大量的燃料，还伴有NOx、CO以及CO₂的高污染排放。

而且，传统的燃烧器在燃烧器的外侧完成燃烧过程，这降低了热传递过程的效率。这种燃烧器的常见结构构造在层流中产生气体燃料(包括其所有混合物)和氧化剂的混合或几乎无法获得湍流，这对于揭发气体流使其释放最大的能量来说是不够的。

用于建立本领域的状态的现有技术的检索中，发现了由De Smedt Guillaume于2007年7月10日提交的国际专利申请号WO2008007016，其具有2006年7月13日的法国优先权FR0652974，该优先权在墨西哥提交，授权号为MX297397。该专利保护一种使用氧化剂的燃料燃烧方法和至少一种惰性气体，由此燃料和氧化剂被注入以产生火焰。惰性气体主要以两个喷嘴的形式注入，以这样的方式使得第一喷嘴环绕在由燃料和氧化剂产生的火焰周围并相对于火焰具有集中的漩涡；第二喷嘴主要使用惰性气体环绕在第一喷嘴周围并相对于由燃料和氧化剂产生的火焰具有集中的漩涡。本发明也涉及实现该方法的适合的燃烧器。该燃烧器以至少一个注入燃料的装置和至少一个注入氧化剂的装置为特征，以这样的方式，燃料和氧化剂产生火焰；注入惰性气体的两个装置，第一装置以环绕在由氧化剂和燃料产生的火焰周围的喷嘴的形式注入一部分惰性气体，第一装置由适合的装置组成，以产生主要穿过第一装置的惰性气体流的集中的漩涡；第二装置以围绕在第一介质的惰性气体喷嘴周围已注入惰性气体的喷嘴的形式注入惰性气体，注入惰性气体的第二介质由适合的介质组成，以产生流经第二介质的惰性气体流的漩涡。

然而，该燃烧器被配置为产生气体燃料与氧化剂(空气)的混合物的第一燃烧，并再注入燃烧产生的残余气体以补充氮气的缺乏。尽管该燃烧器阻止了氮氧化物的高排放，但是其构造和几何布置使得其不允许更高效率的燃烧以转化为更高的能量效率，并且所使用的参与气体的低注入速度增大了锅炉的尺寸并形成更好的安全性。

检索还发现了Marco Daneri等的美国专利申请US2007/0072141，该专利公开了一种低污染排放气体燃烧器，该燃烧器由金属主体(6)、气体燃料的喷头(11)、用于气体燃料的至少两个外部喷头(10)，传动预热空气的单独的管(8)、气体燃料的调节系统、耐熔单元(30)，其特征在于喷气管由一系列的喷嘴组成，操作气体调节系统时喷嘴将预热空气注入燃烧室，可能从具有火焰的燃烧器的运转模式不断转变为火焰较少的运转模式，火焰较少的运转模式的特征在于污染物质排放量低。

然而，该燃烧器的结构或几何布置无法允许更高效率的燃烧过程以及好的能量效率，并且其要求预热空气的注入。

检索还发现Sebastian Mainush等的美国专利US6638058B1，于2013年10月28日授权，该专利保护一种用于工业烘箱的管状燃烧器，其包括突出于烘箱的燃烧区域的内部末端，该内部末端具有第二燃烧空气；彼此分离的多种径向布置的管状壁和位于另一端的同轴壁，其限定了多种分离的大致环形的横截面的用于燃烧气体和燃料的供应管；前端具备一些大致环状布置的单独的喷嘴，该前端朝向至少一个基本用于提供燃烧气体的供应管的燃烧区域；其中，从内部燃烧器的末端的横截面视图来看，至少一个外部环状供应管基本用于作为燃料供应管，并且具有单独的喷嘴的气体供应管径向位于该燃料供应管内。

然而，燃烧器的结构构造和几何布置不具备本发明的气体燃料(包括其所有混合物)燃烧器所提供的特性和优势。