再生式燃烧器系统和使用方法与流程

再生式燃烧器系统和使用方法
1.相关申请
2.本技术要求美国临时专利申请no.63/128,551的优先权，其通过引用并入本文。
技术领域
3.该技术涉及一种用于加热燃炉的再生式燃烧器。


背景技术：

4.再生式燃烧器用于通过燃料气体的燃烧来加热燃炉处理室。这种燃烧器按循环运行，所述循环包括与排气循环交替的点火循环。在点火循环中，提供燃料气体和燃烧空气的混合物，以在处理室中进行燃烧。在排气循环中，高温废气从处理室中排出，并被驱动通过再生材料床。这会加热再生材料，所述再生材料然后可以用于预先加热燃烧空气，以用于后续的点火循环。一对再生式燃烧器串联运行，其中两个燃烧器中的一个在点火循环中运行，而另一个在排气循环中运行。


技术实现要素：

5.提供了一种用于利用燃料气体的燃烧加热燃炉处理室的方法。当处理室的温度低于燃料气体的自燃温度时，该方法在预热模式中加热处理室。预热模式通过引导燃烧空气通过被加热的再生床来形成被预先加热的燃烧空气。被预先加热的燃烧空气流在未与燃料气体混合的状态下被引导到处理室中。预热模式还形成燃料气体和未被加热的燃烧空气的富燃料混合物。富燃料混合物被引导到处理室中与被预先加热的燃烧空气流相邻的位置。
6.换句话说，当处理室的温度低于燃料气体的自燃温度时，该方法通过在交替循环中将气体引导到处理室中和将气体从处理室引导出来而在预热模式中加热处理室。这些包括将气体引导到处理室中的点火循环、和将气体引导出处理室并将气体引导到再生床的排气循环。在点火循环中被引导到处理室中的气体包括燃烧空气流。燃烧空气流被引导通过再生床以用于预先加热，并进入不含燃料气体的处理室。
7.还提供了一种设备。该设备包括燃炉、燃料气体源和燃烧空气源，所述燃炉具有处理室，该设备还包括再生器和反应物输送装置。
8.再生器具有与燃烧空气源气流连通的再生材料床。再生器还具有带有端口的燃烧空气室，该端口被配置为将燃烧空气流从再生材料床引导到处理室中。此外，再生器没有被配置为将燃料气体引导到燃烧空气室中的燃料流动结构。
9.反应物输送装置被配置成形成燃料气体和燃烧空气的可燃混合物，并且将可燃混合物引导到处理室中与燃烧空气流相邻的位置。
附图说明
10.图1是现有技术燃炉的局部视图。
11.图2是图1的燃炉的多个部分的示意图。
12.图3是包括所要求保护的发明的燃炉的视图。
13.图4是图3的燃炉的多个部分的示意图。
14.图5是图3的燃炉的替代实施例。
具体实施方式
15.如图1部分地所示，已知的燃炉包括燃烧器系统10，该燃烧器系统10安装在处理室15的周边处的耐火壁12上。燃烧器系统10与燃料源18(例如天然气供应装置)、和燃烧空气源(例如鼓风机20)连接，以提供用于将处理室15加热到升高的温度的反应物流。
16.图1中示出了系统10的两个独立部件，包括再生式燃烧器26和相邻的燃料喷射器28。燃烧器26具有限定反应区33的圆筒形主体壁30，该反应区具有中心轴线35。反应区33的出口区段37朝向在处理室15处的出口端口39向径向向内渐缩。在反应区33的相对端处的燃料入口40通过带有阀44的第一燃料管线42与燃料源18连通。
17.空气入口/排气出口通道45将反应区33与容纳再生介质的再生床50连通。再生床50通过带有阀56的空气供应管线54与鼓风机20连通。再生床50还通过带有阀62的排气管线60与排放管58连通。
18.燃料喷射器28具有在处理室15处的燃料喷射端口65，并且通过带有阀70的第二燃料管线68与燃料源18连通。燃料喷射端口65被定位成与出口端口39相邻，并且被定向成沿着朝向在再生器26处的轴线35倾斜的轴线71将燃料流喷射到处理室15中。
19.控制器80(图2)与鼓风机20和阀56、62和70以可操作的方式连接。控制器80被配置为启动、调节和终止燃料和燃烧空气到系统10的流动，以提供用于加热处理室15的燃烧。
20.系统10以多种模式运行。这些包括用于将处理室15升高到等于或大于燃料的自燃温度的高温的预热模式。预热模式之后是自燃模式。在每种模式中，系统10以循环的方式运行。所述循环包括与排气循环交替的点火循环。
21.预热模式下的点火循环向燃烧器系统10提供燃料。具体而言，来自源18的燃料从燃料入口40被引导到反应区33中。燃烧空气同时从鼓风机20被引导通过再生床50并进一步进入到反应区33中。燃料和空气形成可燃混合物，当被点火器82点燃时，该可燃混合物形成火焰，该火焰通过出口端口39向外喷射并沿轴线35进入到处理室中。反应区33的渐缩出口区段37提供火焰的稳定性。火焰监测可通过观察镜84进行。
22.预热模式下的排气循环不向燃烧器系统10提供燃料。相反，燃料流被中断，并且处理室15的高温气态内容物被排放到排气管58。这些气体被引导通过再生床50以加热再生介质，然后该再生介质可以用作热源以用于在下一个后续点火循环中预先加热流入的燃烧空气。
23.当温度传感器84指示处理室15的温度处于或高于燃料的自燃温度时，系统10从预热模式转变为自燃模式。如在预热模式中一样，自燃模式中的点火循环将来自鼓风机20的燃烧空气引导通过再生床50，并进一步沿轴线35进入到反应区33中。然而，自燃模式中的点火循环将燃料提供给燃料喷射器28，而不是提供给燃烧器26。燃料从喷射端口65沿着倾斜轴线71被喷射到处理室15中，以与从燃烧器26沿着中心轴线35向内流动的燃烧空气混合。因此，燃料在火焰没有稳定的情况下被喷射。这在处理室15中在升高的温度下在自燃时提供扩散燃烧。
24.如本领域中进一步已知的，燃烧器系统10是一对系统中的一个，所述一对系统中的每一个都如图1和图2所示被配置而成。这两个系统10一起以交替的点火循环和排气循环操作，其中一个在点火循环中运行，而另一个在排气循环中运行。结果，当点火循环在成对的燃烧器系统10之间交替时，处理室15的加热基本上是连续的。当排气循环在成对系统中的再生床50之间交替时，再生介质的加热也基本上是连续的。
25.图3示出了配置有所要求保护的发明的燃烧器系统100。该统100包括在设备权利要求中记载的结构元件的示例，并且可以在方法权利要求中记载的步骤中操作。描述这些示例，以提供可实施性和最佳模式，且不会施加在权利要求中未记载的限制。
26.燃烧器系统100安装在燃炉处理室105的周边处的耐火壁102上。系统100的两个主要部件包括再生器110和反应物输送装置112。
27.再生器110具有圆筒形主体壁116，该圆筒形主体壁限定具有中心轴线119和通向处理室105的端口121的燃烧空气室117。空气入口/排气出口通道123将室117与容纳再生介质的再生床130连通。再生床130通过带有阀136的空气供应管线134与鼓风机132连通。再生床130还通过带有阀142的排气管线140与排气管138连通。在给定的示例中，再生器110不与燃料气体源以气流连通的方式连接，并且没有被配置为将燃料气体引导到室中的燃料入口或其他燃料流动结构。
28.反应物输送装置112具有由以轴线149为中心的同心管144和148限定的圆筒形形状。内管144提供具有入口端口153和出口端口155的燃料流动通道151。入口端口153通过带有阀162的燃料管线160与燃料气体源158连通。管144和管148之间的环形空间提供燃烧空气流动通道165。在外管148的一端处的空气入口端口170通过带有阀174的空气供应管线172将空气流动通道165与鼓风机132连通。在外管148的相对端部处的渐缩区段178限定以倾斜轴线149为中心的燃料/空气输送端口179。燃料/空气输送端口179在与燃烧空气输送端口121相邻的位置处与燃烧空气输送端口121间隔开。可以提供其他燃料/空气输送端口，但是“相邻”旨在意味着没有其他燃料/空气输送端口被定位成更靠近燃烧空气输送端口121。燃料/空气输送端口179因此被配置和定向成将反应物流沿轴线149引导到处理室105中。轴线149朝向再生器110处的中心轴线119倾斜，使得来自燃料/空气输送端口179的反应物流与来自再生器端口121的在处理室105内已经夹带了足够的燃炉气体之后空气流相遇。
29.稳定器180位于燃料出口端口155和渐缩区段178之间的外管148内。示意性示出的稳定器180被配置为产生定位火焰前沿所需的条件，并且可以具有本领域已知的任何合适的配置。示例包括穿孔板或(带有端口的或涡流稳定的)钝头体。
30.控制器188(图4)与鼓风机132和阀136、142、162和174以可操作的方式连接，并被配置为启动、调节和终止燃料和燃烧空气到系统100的流动，以提供用于加热处理室105的燃烧。控制器188可以包括被编程或以其他方式配置为操作所描述和要求保护的燃烧器系统100的任何合适的可编程逻辑控制器或其他控制装置。
31.系统100可以以连续的模式操作。例如，系统100可以首先以预热模式操作，以将处理室105升高到等于或大于燃料的自燃温度的高温。预热模式之后可以是自燃模式。在每种模式中，系统100以交替循环操作。这些包括与排气循环交替的点火循环。
32.在预热操作模式期间的点火循环中，仅燃烧空气被提供给再生器110。燃烧空气和燃料两者都被提供给反应物输送装置112。具体地，第一燃烧空气流从鼓风机132被引导通
过再生床130以进行预先加热，并进一步通过室117和端口121。因此，第一燃烧空气流以无燃料状态进入处理室105。
33.燃料流从源158被引导到在燃料输送装置112处的燃料入口端口153。燃料流流动通过内部通道151到达燃料出口端口155。同时，第二燃烧空气流从鼓风机132被引导到在反应物输送装置112处的空气入口端口170。第二燃烧空气流流动通过外部通道165到达外管148的渐缩区段178。然后，第二燃烧空气流与从出口通道155出来的燃料流混合，以形成可燃混合物。启动点火器(未示出)，以点燃该可燃混合物，从而形成火焰，该火焰通过燃料/空气出口端口179向外喷射，并沿倾斜轴149进入到处理室中。因此，反应物输送装置112在预热点火循环中用作燃烧器。稳定器180和外管148的渐缩区段178提供火焰的稳定性。火焰监测可通过观察镜190进行。
34.控制器188优选地被配置为操作阀162和174，使得在反应物输送装置112中形成的可燃混合物是富含燃料的。这具有抑制作为燃烧产物的nox的形成的优点。通过在再生器110处使燃料气体与燃烧空气流分离，反应物输送装置112可以更容易地提供用于在预热模式下燃烧的富燃料混合物，而在再生器110中更大体积的燃烧空气将阻止在预热模式下形成富燃料混合物。
35.在预热模式期间的排气循环中，燃料流和燃烧空气流被中断。处理室105的被加热的气态内容物然后被向外引导通过室117，并且进一步通过被引导排气管线140到达管138。这些气体被引导通过再生床130以加热再生介质，所述再生介质然后用作热源以用于在下一个后续点火循环中预先加热流入的燃烧空气。
36.当温度传感器192指示处理室105的温度处于或高于燃料的自燃温度时，系统100从预热模式转变为自燃模式。自燃模式中的点火循环将来自鼓风机132的燃烧空气引导通过再生床130，并通过室117进一步进入到反应区105中。然而，自燃模式中的点火循环不向反应物输送装置112提供燃料和空气两者。相反，燃料流被引导以流动通过通道151，但没有空气流被提供给相应的通道165。燃料流流动通过燃料/空气出口端口179，并沿倾斜轴线149流入到处理室105中，以与从再生器110沿中心轴线119向内流动的燃烧空气混合。因此，反应物输送装置112在自燃点火循环中用作燃料喷射器。重要的是，燃料在火焰不稳定的情况下被喷射。这在处理室105中在升高的温度下在自燃时提供扩散燃烧。
37.自燃模式中的排气循环与预热模式中的排气循环相同。
38.系统100优选地是一对系统中的一个，所述一对系统中的每一个都如图3和图4所示配置而成。这两个系统100以交替的点火循环和排气循环串联操作，其中一个在点火循环中操作，而另一个在排气循环中操作。当点火循环在成对的系统100之间交替时，处理室105的加热基本上是连续的。当排气循环在成对的系统中的再生床130之间交替时，再生介质的加热也基本上是连续的。
39.图5部分地示出了反应物输送装置的替代实施例。在该实施例中，装置200还具有由以轴线209为中心的同心管202和204所限定的圆筒形形状。内管202提供具有出口端口217的燃料流动通道215。管202和204之间的环形空间提供燃烧空气流动通道221。与上述外管148不同，该外管204没有在相应的燃料/空气输送端口225处的渐缩区段。设置稳定器228，但该稳定器228被定位成在轴向上与燃料出口端口217相邻，从而对燃料从燃料出口端口217向外的流动几乎没有或没有实质性影响。这些特征可以增强装置200在自燃点火循环
中作为燃料喷射器的功能。
40.该书面说明阐述了实施本发明的最佳方式，并通过提供权利要求中记载的元件的示例来描述本发明，从而使本领域普通技术人员能够利用和使用本发明。本发明的可给予专利权的范围由权利要求书限定，并且可以包括其他与权利要求书的字面语言没有区别的示例，以及与权利要求书的字面语言没有实质区别的等同示例。