[发明专利]用于燃烧气体燃料或者液体燃料的燃烧器组件和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃烧气体燃料或者液体燃料(例如燃气或者油)以加热工业炉(特别是常用移动炉篦式球团生产设备的焙烧炉)的燃烧器组件和方法。燃烧器组件具有燃烧室、用于将预热燃烧空气供应到燃烧室中的至少一个主燃烧空气入口、和燃烧器(也称为燃烧器砖)，该燃烧器具有用于将燃料和一次空气供给到燃烧室中的至少一个燃料供给管和至少一个空气供给管，其中，燃烧器靠近燃烧室的燃烧区域定位，使得经主燃烧空气入口流入燃烧室的燃烧空气在燃烧区域中经过燃烧器，并且然后转向(例如，在燃烧室壁处)以使(特别是较大的)预热燃烧空气流和(特别是比该较大的预热燃烧空气流小的)燃料流及一次空气流大体上平行地从燃烧器流到炉中。燃烧器可优选安装在燃烧室壁中，燃烧室一般安装在炉处。根据本发明，在预热燃烧空气主流转向之前，燃料流和一次空气流优选几乎垂直于预热燃烧空气主流地从燃烧器供给。

根据本发明，与燃烧器相联的是控制单元(也称为控制设备)，用于至少控制把燃料和一次空气供给到燃烧室中。当然，控制单元可适合于控制其它工艺参数，例如，例如预热燃烧空气的流量和/或温度或者炉内温度及燃烧器的输出。

背景技术

类似的标准燃烧器通常用于例如移动炉篦式球团生产设备焙烧炉的燃烧器组件。常用的燃烧器把火焰稳定在具有出口的燃烧器烧嘴处。由于一般达1000℃的高燃烧空气温度，燃烧室内的火焰也是非常热的。一般最高理论温度为大约2000℃的该热火焰导致了非常高的NOx排放，并且还导致燃烧室壁的热损害。一般地，预热燃烧空气的流速介于15到25m/s的范围内。

由于当今的环保努力，法律上允许的NOx排放限值将要减小或者已经减小，导致的问题是这类工业炉中(特别是球团生产设备的焙烧炉)常用的标准燃烧器在某些国家不再允许安装。关于NOx排放，焙烧炉由于炉中高温以及燃料与氧化剂燃烧空气的燃烧而产生了大量的NOx，其中，氧化剂燃烧空气一般包括伴随着燃料的未加热(一次)空气以及由所谓的下降管道(主燃烧空气入口)供给到燃烧室中的更大量强烈预热的空气。燃料注入到燃烧空气中，并且在燃烧器烧嘴或者喷嘴处点燃，从而在燃烧室的燃烧区域中产生了最高理论温度约2000℃的稳定且可见的热火焰。

为了减少NOx排放，US8202470B2描述了焙烧炉的类似加热站(燃烧器组件)，焙烧炉具有通向加热站的空气通道。经通道把预热循环空气流驱向加热站，并且与燃料气体混合以形成在通道中点燃的可燃混合物。与之相伴随的是将燃料气体流注入通道中，它不会在进入通道之前与预热循环空气形成可燃混合物。所提出的这种燃烧器具有混合管，用于接收流过混合管的燃料流和一次燃烧空气流，以形成称为预混物的可燃混合物。该预混物具有贫乏的燃料-氧化剂比，这有助于避免相互反应生成NOx。为此，首先使用点燃器在混合管外端内的反应区中完成点燃。随着预混物从混合管的开口或者喷嘴注入到燃烧室中以与燃烧空气混合，燃烧持续。预混物中的燃料则在预混空气和下行空气的可燃混合物中燃烧。

由于点燃时燃料以贫乏的燃料-氧化剂比混合，上述过程有助于减小火焰温度。在进一步燃烧期间，燃料在下降管道中与燃烧空气混合，从而在燃烧室中产生了具有更低火焰温度的更分布的火焰。

然而，与当今所使用的常见标准燃烧器相比，这种所提出的燃烧器需要预混燃烧空气有一定温度水平以便避免自燃，并且对于向燃烧器供给燃烧空气和燃料气体需要特别的努力和相关设备。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种燃烧器组件及其使用方法，特别是用于移动炉篦式球团生产设备的焙烧炉或者用于钢带烧结(SBS^TM)炉或移动炉篦式烧结炉，减少了NOx排放，该燃烧器结构简单和耐用，并且无需大的改造即可用于现有设备中。

该目的是通过本发明的特征来实现。为了减少NOx排放，根据本发明以高于150m/s(米每秒)的出口速度分别从燃料供给管和/或空气供给管向燃烧室内供给燃料和/或一次空气。优选是，燃料和/或一次空气的出口速度高于200m/s或者甚至高于流体的音速。非常优选的实施例提供了在250m/s到音速之间的燃料和/或一次空气出口速度。

根据本发明已经发现，特别是从燃料供给管供给到燃烧室内的燃料的非常高的出口速度导致了燃料与流过主燃烧空气入口的燃烧空气的强烈有效混合。该燃烧空气在以下也称为二次空气。由于燃料与二次燃烧空气以及与一次空气的有效混合，当燃料与空气中的氧气反应时燃料很好地分布到燃烧室中。因此，在燃烧器砖处燃料供给管的出口或者喷嘴处不存在火焰峰值温度高达2000℃的稳定热火焰，而是存在所谓的举升火焰或者所谓的温和火焰。