[發明專利]燃燒器系統和用于提高熱交換器效率的方法

有效

• 申請號: 201080063653.4
• 申請日: 2010-12-09
• 公開（公告）號: CN102918325A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: M·策特納
• 申請（專利權）人: M·策特納
• 主分類號: F23D14/12
• 分類號: F23D14/12
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 劉興鵬

技術領域

本發明涉及燃燒器系統和熱交換器領域。特別地，本發明涉及燃燒器的新設計，能夠提高由放熱反應中產生的熱能傳遞至用于蒸汽生產的熱交換器或其它使用熱交換器把熱能從一種介質交換至另一種介質的系統的熱傳遞性能。

背景技術

出于多種目的，令燃料和空氣或其它化合物起反應從而產生熱量形式的自由能量。這通常借助燃燒器或燃燒室作為燃燒部分以及熱交換器用于得到的熱能的使用來實現。作為示例：在許多發電廠中，燃燒燃料并且借助熱交換器由該熱能生產出熱水或蒸汽。整個系統通常稱為“鍋爐”。隨后該蒸汽用于驅動渦輪從而生產電力。這種燃燒器和或鍋爐效率的提高——例如用于發電廠——可導致燃料消耗的降低而不降低電量輸出。燃燒器效率和/或熱交換器效率或這種發電廠的所謂的“系統效率”的增加可節約成本，并且可減少產生的二氧化碳量和產生的多余熱量。燃燒器效率、熱交換器效率和/或鍋爐效率的增加也使得能夠使用與普通燃料相比能量值更低的燃料或化合物（通常不正確地稱為“低發熱量”）并且得到與高內能燃料相同的效率；從而能夠使用其它廢品作為燃料。

本發明中利用了多種物理效果。這些效果隨后用于某些組合中以實現所需的結果。通過首先解釋這些物理效果，就更容易理解本發明了。這些效果在下面彼此獨立地簡要描述。

傳播速度和膨脹速度

當兩種化合物——例如燃料和空氣中的氧氣——化學地起反應時，這兩種化合物之間的反應具有特定的傳播速度。最廣為人知的就是形式為氣體的氧和辛烷的特定傳播速度。已知為辛烷100號，并且用作與其它類似傳播速度的對照。用于汽車汽油的辛烷數字系統基于該速度并且從日常生活公知其在加油站的使用。通過增加反應化合物的壓力，傳播速度增加并且從而完成反應所需的時間減少。傳播速度隨著壓力的增加成指數規律地增加。這樣，化合物在反應時的壓力至關重要，而供給壓力對傳播速度沒有直接影響。當該壓力增加時反應時間相應地減少，在更短的多的時間內釋放相同的能量。如果兩種化合物的反應發生——例如——0.1秒的時間，那么在該時間內釋放能量并且因此產生的化合物或氣體的體積在與特定壓力和化合物有關的一定特定時間內增加。膨脹所需的時間對于每種混合物和壓力也是特定的，并且每當反應發生的壓力、反應化合物的量或質量這些參數相同，時間就相同。相同的化合物總是——在相同壓力下和相同量時——反應的時間相同。在上述示例中為：0.1秒（該定律的例外是帶有極高量非反應化合物的混合物）。

如果燃氣和空氣的混合物體積在反應期間膨脹——例如從10cm³至1000cm³——它們的特定反應時間內還取決于特定的熱容、它們的密度等，當反應中化合物的壓力增加時氣體將在更短的多的時間內膨脹。因此得到的氣體——在化合物反應中形成的——在反應期間和之后膨脹的速度間接地與反應時間成比例并且還直接地與反應期間的化合物壓力成比例。

壓力的增加將導致在化合物反應期間和之后形成的膨脹氣體速度的增加。如果化合物的壓力足夠高，化合物將反應的如此之快以至于它們爆炸（explosion）或爆燃（detonation）。對于“爆燃”的定義比“爆炸”的定義更普遍。這二者——爆炸和爆燃——指的是反應的膨脹產物的速度超過聲速的反應。

火焰前沿傳播（Flame?Front?Propagation）

通常在燃燒過程中，化合物在反應前朝它們反應的點處流動。該點可被視為火焰的源頭。如果化合物以同樣的速度（以米每秒計）朝火焰的源頭流動，隨之在反應后離開反應點，人的肉眼看來好像火焰在某個點處靜止不動。實際上，化合物沿一個方向持續流動或移動并且火焰前沿沿相反方向持續流動或移動。化合物的每種混合物對于每種混合物的壓力都具有其特定的火焰速度。如果火焰朝化合物移動就稱為正向，并且如果火焰前沿移動離開化合物被供給的點就稱為負向。火焰的負向移動——通常是由于化合物流速的增加——導致火焰的中斷。

火焰前沿傳播和混合物的反應速度