燃烧器 本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于混合并燃烧至少两种燃烧介质的燃烧器。
对于上述燃烧器而言，特别适于采用助然空气和作为可燃气体的贫煤气或贫气。所述燃烧器包括若干燃烧喷嘴，各自为一个管，该管用于向燃烧室中输送燃烧介质，还包括一个流入装置，用于向该管的燃烧室一侧的末端提供其它燃烧介质。
上述燃烧器披露于美国专利US 5,267,850中，该专利披露了一种燃烧系统和一种用于高温目的燃烧工艺。在所述燃烧器的一个燃烧喷头上，产生一个中央高速燃烧流，该燃烧流由低速燃料流呈环状形式包围。
另一种燃烧器是与技露于DE 4208951C2中的热气体发生器一起使用。为了输送燃烧介质，已知的燃烧器具有管，这些管的自由端由用于输入第二种燃烧介质的出口喷嘴环绕。这种已知的结构可产生极好的完全燃烧，从而导致短的燃烧火焰的产生。不过，有必要针对完全燃烧的程度和火焰长度对已知的燃烧器做进一步改进。
本发明的目的是提供一种燃烧器，这种燃烧器在短火焰情况下，即使热值极低也能确保燃烧介质很充分地燃烧。
按照本发明，上述目地是由一种具有权利要求1的特征部分特征的燃烧器实现的。一个燃烧喷嘴至少具有三个相互同轴排列的管，即一个内部管，一个芯管和一个外部管，以及至少一个介于上述之间的中间管。所述管沿径向间隔，以形成环状间隙管，燃烧介质可经这些管输送到燃烧室中。
所述燃烧喷嘴结构除了中央芯管孔之外，还有至少两个环状间隙孔，采用这种结构，事实上可以一切理想的方式对该燃烧喷嘴上的火焰进行调节。因此，根据开孔的数目，可以使用两种以上的燃烧介质，其在各种情况下的压力不同。所述至少三个彼此同轴设置的燃烧喷嘴的开口还能确保燃烧介质的充分混合，并因此产生特别大的燃烧表面，这会导致短的火焰和极佳的充分燃烧度。因此，所述管的阶形的轴向排列可以气体混合物可以在最佳的时机和最适当的部位排出。
本发明燃烧器的一个优点是，它可以用所谓的贫气或贫煤气一即热值极低的可燃气体进行工作。采用迄今已知的燃烧器，可以实现热值至少约为2500KJ/m3的贫煤气(标准状态)的自发燃烧。试验表明，采用于本发明的燃烧器，即使是用热值大约为1900KJ/m3的贫煤气(标准状态)，也会有独立的燃烧过程。因此，无需其它使用高级可燃气体的燃烧器。
通过以不同长度伸入燃烧室中的管可以取得特别好的燃烧效果。因此，这些燃烧喷嘴管具有阶形结构。这些燃烧喷嘴孔沿管的轴向方向相互分离。这会导致不同的气体燃烧介质以部位和时间位移方式混合，这会导致所述介质的特别好的混合。
优选的是所述外部管比所述中间管更深地伸入所述燃烧室中。因此，由所述外部管形成燃烧喷嘴的横向边界，以便基本上避免相邻燃烧喷嘴对混合过程的影响。
按照一种优选实施方案，所述芯管比所述中间管更深地伸入燃烧室中。因此，开始存在流出所述环状间隙管的燃烧介质的混合。在所述燃烧喷嘴的侧面部分混合之后，在流出所述芯管的燃烧介质之间获得了额外的紊流和因此获得了特别大的接触表面。
为了让该结构能保证很好地集中或束聚独立燃烧喷嘴的火焰，所述外部管比所述芯管更深地伸入燃烧室中。
按照本发明燃烧器的进一步的改进，为每一种燃烧介质设置一个腔室，并各自与一个燃烧喷嘴由导管连接。所述独立的、分隔的腔室又有各自的入口，所述燃烧介质通过各自的入口流入相关的腔室中，可以简单的方式调节这些腔室中燃烧介质的特定压力。
可对上述实施方案做进一步的改进，即设置三个腔室，其中的第一个腔室与所述芯管连接，第二腔室与由芯管和中间管形成的环状间隙管连接，第三个腔室与由中间管和外部管形成的环状间隙管连接。因此，在这种进一步的改进中，第一种燃烧介质经过第一腔室和芯管流入燃烧室中。第二种燃烧介质经第二个腔室和相关的环状间隙管流入燃烧室中，而第三种燃烧介质是通过第三个腔室和另一个环状间隙导管导入。这样分别供应燃烧介质的结果是，可以实现三种不同燃烧介质的良好混合。
按照另一种实施方案，有两个腔室，其中之一与芯管和一个环状间隙管连接。另一个腔室相应地与剩余的一个或几个环状间隙管连接。这样，诸如两种的燃烧介质就能通过几个独立的燃烧喷嘴孔流入燃烧室中，这样可以产生较高的理想程度的紊流。
对于某些用途来说，所述燃烧喷嘴优选具有四个管。这样，除了芯管孔之外，共有三个环状间隙孔。因此，在该实施方案中可以分别供给四种燃烧介质。当使用较少的燃烧介质时，可以通过若干燃烧喷嘴孔输送一种燃烧介质，以实现良好的混合。如果特殊用途证明这种结构投资是合算的，当然也可以设置有五个或五个以上的燃烧喷嘴。
为了改善燃烧介质的紊流，优选在所述燃烧喷嘴的燃烧室一端设置旋流或涡流装置。该涡流装置可以是大体上径向取向喷嘴。一种特别简单而又有效的涡流装置，例如，用于所述芯管的装置是由该芯管壁上径向取向的管构成的，该芯管的自由端由一个板封闭或密封。
为了确保无故障点火，对本发明的燃烧器做这样的进一步改进，即设置一个点火燃烧器，在它周围设置燃烧喷嘴。为点火燃烧器供应独立的燃烧介质，特别是一种高级可燃气体。在一定的点火时间之后，该点火燃烧器可再次关闭。
本发明的一个特殊优点是，所述燃烧介质可以是含硫气体，特别是硫化氢。到目前为止，这些气体都必须以高成本方式进行处理，但是，现在却可以用本发明的燃烧器进行有用的热燃烧和再循环。
以下将结合一种实施方案和附图对本发明做详细地说明。其中：
图1是本发明燃烧器的示意性局部剖视图。
图2是本发明燃烧器的示意性正视图，复制比例比图1中的小。
图1所示的局部剖视图表示本发明的燃烧器10，它有一个由三个同轴排列的管组成的燃烧喷嘴11。内部管被称作芯管20，其周围环绕着一个中间管30和一个外部的外围管40。
芯管20由一个法兰24与第一腔室21的壁连接，因此，第一燃烧介质28可以经过入口23再通过第一腔室21流入芯管20。法兰24由合适的连接件，例如焊接或气密性螺杆连接固定在环绕通孔22的第一腔室21的壁上。
芯管20始于第一腔室21沿燃烧室12的方向延伸通过第二腔室31和第三腔室41，燃烧过程在燃烧室中进行。
通过法兰34将第二个或所谓的中间管固定在环绕通孔32的第二腔室31上。沿燃烧室12的方向同轴延伸的中间管30的内径大于芯管20的外径，以便在芯管20和中间管30之间形成第一环状间隙管39。第二种燃烧介质38可以通过所述第一环状间隙管39，经过入口33和第二腔室31流至燃烧喷嘴11的自由端。
从第三个腔室41处开始，芯管20和中间管30由外围管40环绕，外围管沿燃烧室12的方向同轴延伸至两个其它的管。外围管40以与所述两个其它管相同的方式通过法兰44固定在第三腔室的燃烧室侧壁上，使其环绕通孔42。外部管40的内径同样大于中间管30的外径，从而形成第二环状间隙管49。第三种燃烧介质48可流经该环状间隙管49，通过入口43和第三腔室41流入燃烧室12。
就本发明燃烧器的代表性实施方案而言，该燃烧器具有一种三腔室结构，通常有一或两种可燃气体流经芯管20和第一环状间隙管，而第二环状间隙管49是用于输送助燃空气。具体地讲，可以通过芯管20和第一环状间隙管39输送含酸气体，例如浓度相同或不同的含硫化氢的气体。
为了使不同的燃烧介质28、38、48能在燃烧喷嘴11的燃烧室一侧的末端的混合区13最好地混合，采取若干措施。首先，外围管40比芯管20更深地伸入燃烧室12中，而芯管20又比中间管30更深地伸入燃烧室12中。就阶形结构而言，首先，从第一环状间隙管39的开口中流出的第二种燃烧介质38与从第二环状间隙管49的出口流出的第三种燃烧介质48混合，只有在第二种燃烧介质38和第三种燃烧介质48混合之后，第一种燃烧介质28才从芯管20中流出，进入混合区13，以便因此而产生相对第一混合过程而言的时间和部位的进一步的紊流位移。这会导致燃烧介质28、38、48的特别好的混合，使短火焰能够很好地充分燃烧。最深地伸入燃烧室12中的外围管40起着混合区13的横向边界的作用，由它确保具有强紊流的局部限定的区域。
作为加强各个燃烧介质28、38、48之间的紊流的进一步的措施，在芯管20和中间管30上设置涡流装置。每一个涡流装置25、35包括一个隔断或密封板26、36，该板接合于芯管20或中间管30的燃烧室一侧末端。通过径向孔或槽27、37将特定的燃烧介质28、38径向输入混合区13。
通过与来自第二个环状间隙管49的轴向流叠加可以产生特别强的紊流。
图2是本发明燃烧器10的较小比例的正视图。如图所示，有一个位于中央的点火燃烧器14，在其周围设有若干燃烧喷嘴11，从而不至于超过仅有其中心点表示的部分上的拉力。在这种情况下仅示出了入口23的一个连接件，第一种燃烧介质28通过该入口流入第一腔室21中。当然，还有第二和第三个入口连接件。
本发明的燃烧器有若干独立的燃烧喷嘴11，因此形成一个大的用于燃烧目的的表面。因此，所述燃烧器可以烧含硫化氢或含酸的气体，后一种气体优选与沿与其垂直的方向流入的助燃空气充分混合。当该燃烧器出口要求一定的出口温度和不充分的含酸气体含量时，可对燃烧器进行调节，以使点火燃烧器在这种情况下能马上再度投入工作，从而达到要求的燃烧器出口温度。