[發(fā)明專利]低NOX、高率、高溫、分級再循環(huán)燃燒器和輻射管燃燒系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580060242.2
• 申請日: 2015-09-25
• 公開（公告）號: CN107208889A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設計）人: C.E.范德格里夫特;T.D.布里塞爾登;M.D.科尼利厄斯;A.J.扎姆巴尼尼;T.M.賴利
• 申請（專利權）人: 塞拉斯熱能技術有限責任公司
• 主分類號: F23L15/04
• 分類號: F23L15/04;F23C3/00;F23C6/04;F23C9/00;F23C9/08;F23D14/24;F23D14/66
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 葛飛

相關申請的交叉引用

本申請是2015年9月24日提交的美國申請第14/863563的延續(xù)，其要求2014年9月25日提交的美國臨時申請第62/055095的權益。上述申請的全部教導通過引用并入本文。

背景技術

化石燃料的燃燒將排放物引入到大氣中，比如氮氧化物(NOx)。NOx排放源自例如燃燒空氣中的氮和煤或燃料油中的燃料結合氮。燃料結合氮轉化為NOx取決于燃料中的氮化合物的量和反應性以及燃燒區(qū)域中的氧的量。燃燒空氣中存在的大氣氮N2轉化為NOx取決于溫度；燃燒區(qū)域的火焰溫度越高，則排放物中所產生的NOx含量就越大。減少NOx含量的一種方法是產生富燃料的燃燒區(qū)域，然后是貧燃料燃燒區(qū)域，這可以通過將空氣分級引入燃燒室來實現(xiàn)。再循環(huán)燃料氣體進入火焰是另一種限制NOx排放的技術。

發(fā)明內容

本發(fā)明的實施例包括提供高效率、低NOx和CO排放以及均勻溫度特性的高溫分級再循環(huán)燃燒器和輻射管燃燒器組件。一個這樣的分級再循環(huán)燃燒器包括具有形成用于燃燒氣體和燃燒產物的相對的螺旋通路的內外螺旋翅片的燃燒管、聯(lián)接到燃燒管的燃燒噴嘴、軸向延伸到燃燒管中的氣體管、以及聯(lián)接到氣體管的分級氣體噴嘴，其中分級氣體噴嘴包括進入燃燒管的徑向出口孔和延伸到燃燒噴嘴中以分級燃燒的軸向氣體分級管。

這種分級再循環(huán)燃燒器的一些實施例可以包括作為燃燒管的一部分的陶瓷壁，其分離燃燒氣體的流動和燃燒產物的流動，其中燃燒氣體和燃燒產物的流動方向是相反的。在許多實施例中，燃燒管可以由碳化硅制成，和/或燃燒噴嘴是錐形燃燒噴嘴。

分級再循環(huán)燃燒器還可以包括聯(lián)接到燃燒管的熱交換器，其使用來自燃燒管的燃燒產物來加熱提供給燃燒管的燃燒氣體。在這樣的實施例中，燃燒管和熱交換器可以通過專門的碳化硅螺紋連接，從而允許燃燒管是可調節(jié)的。燃燒器的氣體管可以延伸穿過熱交換器的中心軸線并進入燃燒管。

在一些實施例中，分級氣體噴嘴將氣體徑向噴射到流過燃燒管的預熱空氣的螺旋流中，并且在這種實施例中，分級氣體噴嘴可以僅噴射一部分氣體通過分級氣體噴嘴的徑向孔，從而產生基本上傾斜的氣體混合物，以抑制燃燒產物的溫度，并且噴射剩余氣體通過軸向氣體分級管。

示例性輻射管燃燒器組件包括如上所述的分級再循環(huán)燃燒器、聯(lián)接到燃燒器的外輻射管、同心地位于外輻射管內的內再循環(huán)管，其中外輻射管和內再循環(huán)管形成位于內外輻射管之間的環(huán)形空間，且轉動葉片間隔件位于外輻射管內，并且位于內在循環(huán)管的遠端和外輻射管的遠端之間，以使燃燒產物流過外輻射管和內再循環(huán)管之間的環(huán)形空間。

附圖說明

從以下附圖中所示的本發(fā)明的示例性實施例的更具體的描述中，前述內容將是顯而易見的，其中相同的附圖標記在不同的視圖中指的是相同的部分。附圖不一定按比例繪制，而是將重點放在說明本發(fā)明的實施例上。

圖1是示出根據本發(fā)明的示例性實施例的單端輻射(SER)管燃燒器組件的示意圖。

圖2是示出根據本發(fā)明的示例性實施例的燃燒器組件的示意圖。

圖3是示出根據本發(fā)明的示例性實施例的燃燒空氣熱交換器入口的示意圖。

圖4是示出根據本發(fā)明的示例性實施例的熱交換表面的示意圖。

圖5是示出根據本發(fā)明的示例性實施例的氣體管/氣體噴嘴組件的示意圖。

具體實施方式

下面描述本發(fā)明的示例性實施例。

分級再循環(huán)燃燒器和輻射管燃燒器系統(tǒng)的結構

圖1中示出了組裝在常規(guī)熱處理爐的室內的自回熱(recuperative)單端輻射管燃燒器系統(tǒng)的示例性實施例。圖1中示出了爐的一個壁20，通常由外側被金屬表皮22覆蓋的耐火材料21制成。自回熱單端輻射管燃燒器系統(tǒng)包括設置在爐室內的細長(外)輻射管23，其由碳化硅、金屬或其他合適的耐熱材料制成。外輻射管23延伸穿過爐中的空腔25，外管的下游端如24所示封閉。外輻射管23包括外凸緣26，外凸緣26固定在爐外壁上的爐安裝凸緣14中并且可以使用將燃燒器組件30安裝到爐的排氣殼體凸緣28固定到位。燃燒器組件30固定到輻射管23并部分地設置在其中，以產生高速高溫火焰，以適當地加熱爐。由碳化硅制成的內輻射管27同心地組裝在外輻射管23內。內輻射管27通過使用間隔件(轉動葉片)29適當地定位成遠離外管23的下游(遠端)(例如三英寸)。內管27的長度是爐特定的，但入口面31是與內爐耐火壁20重合的。同樣，燃燒器組件30的出口部件(即燃燒噴嘴32)也平行于耐火壁20的內壁和內輻射管31的表面。