高性能低NOx燃烧器和系统的制作方法

背景技术：

技术实现思路

1、根据实施例，一种锅炉燃烧器构造成在水平燃烧锅炉中使用，例如焰管锅炉或水管锅炉。燃烧器可包含近侧燃料和空气源，用于提供进入混合管的近侧入口的流，所述混合管将主燃料和燃烧空气输送到混合管的出口。燃烧器还可包含凸缘，所述凸缘构造成安装到锅炉开口上，并构造成在锅炉燃烧器水平定向以水平燃烧时支撑锅炉燃烧器的重量。安置成远离混合管出口的远侧引燃器可构造成保持主燃料和燃烧空气的燃烧反应。

2、根据实施例，一种锅炉燃烧器可包含构造成在锅炉焰管外围联接到锅炉的凸缘。燃烧器可包含混合管，所述混合管在相应端处限定入口和出口，并且操作性地联接到且垂直于凸缘的平面。混合管可布置成延伸到锅炉焰管中，其中入口端离凸缘较近，出口端离凸缘较远，并且混合管可具有跨其大部分长度且小于锅炉焰管的内径的外径。混合管可构造成将燃烧空气、主燃料和烟气从入口输送到出口。火焰稳定器可以安装到从混合管的出口端延伸的火焰稳定器支撑结构。锅炉燃烧器可包含远侧引燃器，其包含安置成横向于混合管且在混合管出口下游的两个或更多个燃料流道。燃料流道可沿着相应燃料流道长度限定多个燃料喷嘴。燃料流道可构造成形成与混合管出口相对的相应低压区域，并支撑用于点燃主燃料的引燃火焰。

3、根据实施例，一种火炬系统包含近侧燃料源、近侧燃烧空气源、基本上全金属远侧火焰稳定器和远侧引燃器。远侧火焰稳定器和远侧引燃器可构造成合作保持燃料和燃烧空气的燃烧反应。远侧火焰稳定器和远侧引燃器可以集成到一个单元中。

4、根据实施例，一种向燃烧主燃料的火炬烟囱提供引燃火焰的方法包含：设置引燃器和金属火焰稳定器；以及通过点燃主燃料来维持主燃料的主火焰。

5、根据实施例，低nox燃烧器包含主燃料喷嘴、引燃器和远侧火焰稳定器。主燃料喷嘴可安置在炉中的近侧位置处，且构造成将主燃料输出到燃烧空气流中。引燃器可安置在远侧位置处，且构造成支持引燃火焰引发混合的主燃料和燃烧空气的燃烧。远侧火焰稳定器可定位成接收混合的主燃料和燃烧空气，且构造成保持混合的主燃料和燃烧空气的燃烧反应。引燃器和远侧火焰稳定器可至少部分地共享相同结构。远侧火焰稳定器可部分地或完全地由金属零件构成。

6、根据实施例，一种用于操作低nox燃烧器的方法包含：将主燃料和燃烧空气接收到混合管的近侧端中，从混合管的远侧端输出混合的主燃料和燃烧空气，在远侧火焰稳定器处接收混合的主燃料和燃烧空气，以及在与远侧火焰稳定器重合的位置处用连续引燃器支持的引燃火焰点燃混合的主燃料和燃烧空气。远侧火焰稳定器可几乎完全或完全由金属构成。连续引燃器和远侧火焰稳定器中的每一个可至少部分地包含共享结构。方法可进一步包含提供包含主体的远侧火焰稳定器，所述主体在主体内部限定至少一个引燃燃料通道，所述主体包含外部空气动力学表面，所述外部空气动力学表面用于在流动的混合燃料和燃烧空气以及由此反应的燃烧等离子体中产生一个或多个低压区。方法可包含通过使主体包含多个孔来提供连续引燃器，所述多个孔用于使引燃燃料从所述至少一个引燃燃料通道流到空气动力学表面外部的燃烧体积。在实施例中，引燃燃料所支持的引燃火焰在由空气动力学表面限定的区域中点燃混合的主燃料和燃烧空气。

技术特征：

1.一种用于水平燃烧锅炉的锅炉燃烧器，包括：

2.根据权利要求1所述的锅炉燃烧器，进一步包括将所述凸缘连接到所述混合管的加强撑条。

3.根据权利要求1所述的锅炉燃烧器，其中所述凸缘和所述混合管具有共同的轴线，并且所述撑条基本上在围绕所述轴线的相应径向平面内定向。

4.根据权利要求3所述的锅炉燃烧器，包括管道部分，所述管道部分与所述凸缘和所述混合管同轴且紧固到所述凸缘和所述撑条上。

5.根据权利要求1所述的锅炉燃烧器，其中所述远侧引燃器进一步包含至少一个耐火火焰稳定器，以及用于每个耐火火焰稳定器的在所述耐火火焰稳定器上游并邻近所述耐火火焰稳定器的相应燃料流道，所述燃料流道构造成从多个喷嘴释放引燃燃料或引燃燃料和空气的混合物的射流。

6.根据权利要求5所述的锅炉燃烧器，进一步包含在所述燃料流道上游的空气动力学结构。

7.根据权利要求1所述的锅炉燃烧器，其中所述远侧引燃器包含旋流器、在所述旋流器下游的燃料喷口以及包含所述旋流器和所述燃料喷口的引燃管。

8.根据权利要求1所述的锅炉燃烧器，其中所述混合管构造成在其中基本上混合所述主燃料和所述燃烧空气。

9.根据权利要求1所述的锅炉燃烧器，其中所述锅炉燃烧器能够通过所述锅炉的所述开口插入到焰管中，并且其中所述锅炉燃烧器构成整体式组合件，所述整体式组合件至少包括所述混合管、所述远侧引燃器、远侧火焰稳定器和至少一个主燃料喷嘴。

10.根据权利要求9所述的锅炉燃烧器，其中所述整体式组合件包括所述凸缘。

11.根据权利要求9所述的锅炉燃烧器，其中所述整体式组合件包括传感器组件。

12.根据权利要求1所述的锅炉燃烧器，进一步包含至少部分地在所述混合管上游的中心主体，其中所述中心主体具有基本上恒定的直径或横截面积。

13.根据权利要求1所述的锅炉燃烧器，进一步包含至少部分地在所述混合管上游的中心主体，其中所述中心主体具有非恒定的直径或横截面积。

14.一种锅炉燃烧器，包括：

15.根据权利要求14所述的锅炉燃烧器，其中所述火焰稳定器支撑结构包含与所述混合管一体地形成的至少两个延伸部。

16.根据权利要求14所述的锅炉燃烧器，其中所述两个或更多个燃料流道操作性地联接到所述火焰稳定器支撑结构。

17.根据权利要求14所述的锅炉燃烧器，进一步包括：

18.根据权利要求17所述的锅炉燃烧器，其中所述金属空气动力学结构机械地联接到所述火焰稳定器支撑结构。

19.根据权利要求17所述的锅炉燃烧器，其中所述金属空气动力学结构机械地联接到所述相应燃料流道。

20.根据权利要求14所述的锅炉燃烧器，进一步包括：

21.根据权利要求20所述的锅炉燃烧器，

22.根据权利要求14所述的锅炉燃烧器，

23.根据权利要求14所述的锅炉燃烧器，

24.根据权利要求23所述的锅炉燃烧器，

25.根据权利要求14所述的锅炉燃烧器，

26.根据权利要求14所述的锅炉燃烧器，

27.一种火炬系统，包括：

28.根据权利要求27所述的火炬系统，其中所述远侧火焰稳定器和远侧引燃器包含至少部分共享的结构。

29.根据权利要求28所述的火炬系统，其中所述远侧火焰稳定器和远侧引燃器构成整体结构，所述整体结构形成所述至少部分共享的结构。

30.根据权利要求28所述的火炬系统，其中所述远侧火焰稳定器和远侧引燃器主要由金属组成。

31.根据权利要求28所述的火炬系统，其中所述远侧火焰稳定器和远侧引燃器共享结构限定构造成输送引燃燃料的引燃燃料通路，并限定构造成从所述引燃燃料通路输出引燃燃料以支撑扩散引燃火焰的一个或多个引燃燃料喷嘴。

32.根据权利要求28所述的火炬系统，其中所述远侧火焰稳定器和远侧引燃器共享结构限定构造成输送预混合引燃燃料和空气的引燃燃料和空气通路，并限定构造成输出所述预混合引燃燃料和空气以支撑引燃火焰的一个或多个预混合引燃喷嘴。

33.根据权利要求27所述的火炬系统，其中所述远侧火焰稳定器和远侧引燃器包含单独的相应结构。

34.根据权利要求33所述的火炬系统，其中所述单独结构紧固在一起。

35.根据权利要求27所述的火炬系统，其中所述远侧火焰稳定器主要由金属组成。

36.根据权利要求27所述的火炬系统，其中所述远侧火焰稳定器包含呈辐射状从中心部件向四周伸展的多个燃料管道，并且所述远侧引燃器包含在所述管道中的相应者的至少一部分中的每一个上的孔口。

37.根据权利要求36所述的火炬系统，其中所述燃料管道的特征在于围绕中心轴线的径向对称性。

38.根据权利要求37所述的火炬系统，进一步包括：

39.根据权利要求38所述的火炬系统，其中所述远侧火焰稳定器和所述远侧引燃器安装在所述混合管的远侧端内部的支撑件上。

40.根据权利要求38所述的火炬系统，其中所述远侧火焰稳定器和所述远侧引燃器安装在所述混合管的远侧端之外且远离所述远侧端的支撑件上。

41.根据权利要求37所述的火炬系统，包括中央毂，所述中央毂包含引燃燃料集管空间。

42.根据权利要求36所述的火炬系统，其中所述远侧火焰稳定器包括相应空气动力学结构，所述相应空气动力学结构构造成邻近于所述孔口产生低压区。

43.根据权利要求42所述的火炬系统，其中所述空气动力学结构包括槽。

44.根据权利要求36所述的火炬系统，其中所述燃料管道限定下游孔口以释放用于引燃火焰的引燃燃料。

45.一种向火炬烟囱提供引燃火焰以燃烧主燃料的方法，包括：

46.根据权利要求45所述的方法，其中维持所述主火焰的步骤包含以下中的一个或多个：用引燃燃料点燃引燃火焰以达到备用模式，将所述引燃火焰保持在备用模式，以及适应所述主燃料的变化。

47.根据权利要求46所述的方法，其中所述主燃料的所述变化包含温度、流速和燃料类型。

48.根据权利要求46所述的方法，其中所述引燃燃料与所述主燃料不同，是要在火炬管中被氧化的更高能的辅助气体。

49.一种低nox燃烧器，包括：

50.根据权利要求49所述的低nox燃烧器，其中所述引燃器和所述远侧火焰稳定器至少部分地共享相同结构。

51.根据权利要求49所述的低nox燃烧器，其中所述远侧火焰稳定器包含限定一个或多个引燃燃料通路的一个或多个主体；且

52.根据权利要求49所述的低nox燃烧器，其中所述引燃器是通过引燃燃料和燃烧空气的预混合混合物的燃烧来支撑所述引燃火焰的预混合引燃器。

53.根据权利要求49所述的低nox燃烧器，其中所述远侧火焰稳定器主要由金属零件组成。

54.根据权利要求53所述的低nox燃烧器，其中所述金属零件包括不锈钢。

55.根据权利要求49所述的低nox燃烧器，其中所述远侧火焰稳定器包括旋流器。

56.根据权利要求49所述的低nox燃烧器，其中所述远侧火焰稳定器包括v形槽。

57.根据权利要求56所述的低nox燃烧器，其中所述v形槽限定锯齿形边缘。

58.根据权利要求49所述的低nox燃烧器，进一步包括构造成提供所述燃烧空气流的燃烧空气源。

59.根据权利要求58所述的低nox燃烧器，进一步包括混合管，所述混合管安置成将所述主燃料和燃烧空气流接收到所述混合管的近侧端中，并在所述混合管的远侧端处输出混合的主燃料和燃烧空气。

60.根据权利要求58所述的低nox燃烧器，其中燃烧空气源构造成使得所述燃烧空气流将烟气引入到所述混合管的所述近侧端中；且

61.根据权利要求60所述的低nox燃烧器，其中将所述烟气引入到所述混合管的所述近侧端中包括内部烟气再循环。

62.根据权利要求49所述的低nox燃烧器，进一步包括构造成提供所述燃烧空气流的自然通风燃烧空气源。

63.根据权利要求49所述的低nox燃烧器，其中所述低nox燃烧器构造为火炬。

64.根据权利要求49所述的低nox燃烧器，进一步包括构造成提供所述燃烧空气流的强制通风燃烧空气源。

65.根据权利要求64所述的低nox燃烧器，其中所述强制通风燃烧空气源包括风机。

66.根据权利要求49所述的低nox燃烧器，其中所述低nox燃烧器构造为锅炉燃烧器。

67.根据权利要求66所述的低nox燃烧器，进一步包括焰管锅炉，所述焰管锅炉构造成从载送所述炉的燃烧产物的焰管输出热量，输出的热量布置成加热围绕所述焰管的外壳中的水。

68.根据权利要求66所述的低nox燃烧器，进一步包括水管锅炉，所述水管锅炉具有构造成将热量从所述炉传递到流过所述水管的水的水管。

69.根据权利要求68所述的低nox燃烧器，进一步包括构造为载送蒸汽的蒸汽管的过热器，所述过热器安置在烟道中，所述烟道安置成接收所述燃烧反应的热燃烧产物。

70.根据权利要求66所述的低nox燃烧器，进一步包括：

71.根据权利要求69所述的低nox燃烧器，进一步包括

72.根据权利要求71所述的低nox燃烧器，其中所述混合管机械地支撑所述远侧火焰稳定器。

73.根据权利要求49所述的低nox燃烧器，其中所述引燃器构造为连续引燃器，所述连续引燃器构造成维持所述混合的主燃料和燃烧空气的燃烧。

74.一种用于操作低nox燃烧器的方法，包括：

75.根据权利要求74所述的方法，进一步包括提供包含主体的所述远侧火焰稳定器，所述主体在所述主体内部限定至少一个引燃燃料通道，所述主体包含外部空气动力学表面，所述外部空气动力学表面用于在流动的混合燃料和燃烧空气以及由此反应产生的燃烧气体中产生一个或多个低压区；以及

76.根据权利要求75所述的方法，其中所述空气动力学表面外部的所述燃烧体积包含邻近所述空气动力学表面的体积。

77.根据权利要求74所述的方法，其中接收主燃料和燃烧空气包含接收烟气；且

78.根据权利要求74所述的方法，进一步包括通过提供相应主燃料喷嘴和燃烧空气源来提供所述主燃料和燃烧空气。

79.根据权利要求78所述的方法，其中提供所述燃烧空气源包含使用风机对燃烧空气加压。

80.根据权利要求78所述的方法，其中提供所述燃烧空气源包含使用自然通风燃烧空气调节器允许燃烧空气以计量速率进入。

技术总结一种锅炉燃烧器构造成在水平燃烧锅炉中使用，例如焰管锅炉或水管锅炉。燃烧器可包含近侧燃料和空气源，用于提供进入混合管的近侧入口的流，所述混合管将主燃料和燃烧空气输送到混合管的出口。燃烧器还可包含凸缘，所述凸缘构造成安装到锅炉开口上，并构造成在锅炉燃烧器水平定向以水平燃烧时支撑锅炉燃烧器的重量。安置成远离混合管出口的远侧引燃器可构造成保持主燃料和燃烧空气的燃烧反应。技术研发人员：唐纳德·肯德里克,威廉·A·桑塔纳受保护的技术使用者：美一蓝技术公司技术研发日：技术公布日：2024/3/31