专利名称：抑制燃烧室中火焰波动或压力波动的方法及装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种在一个燃烧室中抑制其火焰/压力波动的方法，该燃烧室具有一个用来产生一火焰的烧嘴和一个火焰对准其内的燃烧空间，以及一种相应的实施这种方法的装置。
在工业用的燃烧装置中，如燃气轮机燃烧室、热风炉、残渣燃烧装置或工业炉；以及小燃烧室，如家庭用的燃气锅炉或采暖锅炉中，在某些由燃烧技术工作参数，如热功率和空气量所确定的条件下出现不稳定的状态，其特征是火焰的周期性变化，它是随着在燃烧室内及置于该燃烧室前或后面的装置部分内的静压力的变化而出现的。这些不稳定的状态即使在其火焰通过熟知的措施，如旋转流、堵塞体等足够点火稳定的燃烧室中也会出现。
这种燃烧不稳定性的出现常常导致与装置稳定工作不同的特性并且除引起更大的噪音外还引起燃烧室，或更确切说是燃烧室内衬的更大的机械应力和/或热应力。这种火焰/压力波动在不利的情况下甚至会损坏出现这种波动的装置，因此，要避免这种火焰/压力波动将花费很高的费用。因此人们例如通过专门的内部结构来改变燃烧室的几何形状，不过这无助于对这一问题的普通解决方法。此外，在发生火焰/压力波动时要根据经验采取特殊的措施。
本发明的目的在于，提供一种方法，利用该方法，这类带有不可承受的压力变化范围的火焰/压力波动被得以避免。
为达到上述目的，本发明建议，利用一种气流尽可能紧密地外包烧嘴的火焰，该气流在火焰传播方向上具有比火焰的，或称含有燃料的烧嘴主流的外部区域，或称周边区域更高的流速。由此，轴向动量传递到火焰，或称含有燃料的烧嘴喷出流的处部区域上。
本发明基于这样的认识，即波动主要是由在火焰的外部区域形成的环形涡流引起或加强的。这种由含有燃料的烧嘴流的外部区域的卷起而形成的环形涡流在其形成时包含了热的烟气、它们导致同样在环形涡流中所含有的燃料/空气混合体的一种快速加热和一种脉冲式的、引起压力波动的燃料反应。
为了避免环形涡流的形成，火焰将由一个距火焰、或称烧嘴主流径向间隔尽可能小地喷出的外层气流包围，该外层气流在火焰传播方向上具有比火焰的外部、或周边区域更高的流速。由此在外层气流和火焰、即燃气/空气流之间产生一种轴向动量交换，这种交换导致自由火焰、即燃料/空气混合体的流体边界层的一种加速作用，并因此有效地抵制在该区域区易引发的涡流的形成。
倘若在外层气流和周围介质(在所涉及的情况一般为烟气)之间的界面层处产生相应的环形涡流的话，如外层气流不含有燃料，则这是最有利的，因为由(不含燃料的)外层气流不会形成如在无外层气流的火焰、即燃气/空气流中出现的含有燃料的涡流，这种含有燃料的涡流会导致周期性的燃料反应并由此导致火焰/压力的波动。
对于不含燃料的气体可采用空气，到处都有足够量的空气可供使用。也可考虑采用惰性气体，不过这具有成本方面的缺点。
即使外层气流含有燃料，也能达到本发明提出的烧嘴主流(即形成火焰的主流)的外部区域的加速作用，在此，按照不同的外层气流介质可分为几种不同的情况。
如果外层气流由一种不能点火的由气体和燃料组成的混合体组成，则外层气流就其抑制易引发的环形涡流的作用而言基本就好像它不含燃料一样，即可能在外层气流和周围介质之间的界面层产生的涡流不会被引发燃烧并因此不能导致引起，或称加强火焰/压力波动。在不能点火的由气体和燃料组成的混合体中，其气体可以是惰性气体(如氮气，水蒸气或烧完的废气)，也可以是空气，在第一种情况下，燃料气体的浓度无关紧要，因为惰性气体与燃料以任何比例混合都不反应、即不燃烧；而在第二种情况下，燃料浓度应在各种燃料的点火极限以外，以致即便是由外层气流形成的环形涡流也不会被引发燃烧。
原则上也可采用燃料浓度在各种燃料的点火极限之内的燃料/空气混合物作为外层气流介质，如果这种原则上可燃烧的外层气流相对于形成火焰的烧嘴主流基本上呈轴向的流速选择得如此高，即一方面保证了一个足够的轴向动量传递和因此对火焰或烧嘴主流的外部区域的加速作用，而另一方面也阻止了由外层气流形成一个独立的、稳定的火焰(或在外层气流为多个独立的喷出孔喷出的情况下为多个火焰)这就是说，外层气流喷出速度明显高于用于火焰的排气边界速度。
外层气流最好沿平行于火焰中轴的方向流动，不过它也可以相对于燃料/空气流的火焰方向、即主流方向具有某一径向分量和/或切向分量，由此达到外层气流沿火焰的方向扩张，在此应注意，不是所有的喷嘴火焰都具有在临界区域内不变的横截面，而火焰同样具有所描述的锥形。在此始终重要的是，气体外层流在轴向方向具有一个与无外层气流的火焰，即燃料/空气流相比足够高的动量。
为了实施这个在一个燃烧室中抑制火焰/压力波动的方法，本发明提出一种具有一个用来产生一束火焰的烧嘴和一个其火焰对准其内的燃烧空间的燃烧室，它具有至少一个气体喷出孔，气体从该孔中喷出并作为外层包围火焰。
气体喷出口和燃料/空气混合体从中喷出的燃烧口边缘之间的间隔在此应保持尽可能地小。
由于上述本发明提出的方法不仅在预混合的燃烧控制时，而且在扩散燃烧时尤其可采用液体或气体燃料，按此，为实施这种方法的烧嘴分别以熟知的方式与所述及的燃烧控制方式适配。
用来产生外层气流的气体喷出口最好设计成缝隙，即缝隙喷嘴的形式并且紧密地包围烧嘴出口，其中，烧嘴出口即可设计成旋转对称的，也可具有一个长形的横截面形状。
对旋转对称的烧嘴出口而言，缝隙则设计成环形缝隙喷嘴，它们尤其是同轴心的，并且相隔紧密地设置在烧嘴出口周围。
也可不采用一个单独的缝隙，即一个缝隙喷嘴，而是由多个小的气体喷出口包围烧嘴出口，它们相互间相距紧密。在此也适合于，使烧嘴出口和最好设计成喷嘴形式的气体喷出口的总体排列呈同轴心设置，并且还通过许多气体喷出孔，即喷嘴形成一个完全包围烧嘴折火焰的外层气流，它抑制环形涡流的形成。
在此必须看到，只要确保环绕火焰流过的外层气流在能形成环形涡流的临界区域内能够对火焰周边区域产生足够的加速作用，以避免涡流的形成，原则上烧嘴出口和喷嘴(n)不是必须设置在同一平面上。
这一点尤其当喷嘴的喷出方向基本上平行于烧嘴轴时被满足。不过，也可通过将喷嘴相对于烧嘴轴调节出一个相应的角度来达到，从喷嘴中喷出一个在其周边区域包围火焰的气流。
本发明的其它优点和特征将在下面的对于一个实施例的描述中给出，附图中
图1为实施本发明的方法的一个烧嘴的截面图。
在图1中示出了一个实施本发明方法的烧嘴它是一个涡流式烧嘴，一种预先混合的燃料/空气混合体1通过一个烧嘴管2被输送到该涡流式烧嘴。该烧嘴管结止于一个旋转正面体3，它是旋转对称的，并在其外圆周具有倾斜的导向叶片4，这些导向叶片具有一个约30°的斜度，由此，喷出的燃气/空气混合体获得一种偏转并由此而旋转。此外，比导向叶片4径向略微继续向内在其圆周上分布着多个穿过旋转正面体3的孔眼5，燃气/空气混合体的一部分流过该孔眼，并通过形成导向火焰而有助于火焰稳定。在旋转正面体的外侧6，由烧嘴喷出的燃气/空气混合体被点火并形成一个火焰12，该火焰进入一个图1中未示出的燃烧室中。
烧嘴的火焰12由一个外层气流环绕流过。该外层气流由一气流8产生，它通过一个平行于烧嘴管2的环形通道7流经该烧嘴并在一个环形缝隙中从烧嘴中喷出，该气流相距紧密地包围着旋转正面体3。为了使气流8在从环形通道喷出前加速，在环形通道末端区域装配有四分之一圆喷嘴10，该喷嘴尤其在外层气流的外部区域沿轴向方向(即平行于烧嘴轴线11的方向)产生一个强烈的加速作用。
从环形缝隙9喷出的外层气流的流速由于四分之一圆喷嘴10而被加此加快，以致在轴11方向上的速度大大高于在旋转正面体3之后被燃烧的燃气/空气混合体的火焰传播方向的速度，由此，在一火焰中燃烧的燃气/空气混合体和紧密地包围该燃气/空气混合体的外层气流之间的区域内对燃烧的燃气/空气混合体的边界层产生加速作用。因此可有效地避免，在燃气/空气混合体的周边区域出现周期性的、相干的环形涡流结构，该结构含有通过正常相位的能量供应所输入的燃料，该燃料经快速引发燃烧引起并加强火焰/压力波动。
因此提供了一种简单而有效的可能性、即确保避免这种火焰/压力波动并由此提高相应燃烧装置的工作安全性。
权利要求
1.一种在一燃烧室中抑制其火焰/压力波动的方法，该燃烧室具有一个用来产生火焰的烧嘴和一个该火焰对准其内的燃烧空间，其特征在于，该火焰由一个由气体组成的层流包围，该气体流在火焰传播方向上具有比火焰的外部区域更高的流速。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，该气体是不含燃料的。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，气体含有燃料。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，气体为空气。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，气体为一种惰性气体，尤其是氮、水蒸气或燃烧完的废气。
6.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，气体为燃烧/空气温合体，它含有的燃料浓度位于可燃性极限以外。
7.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，气体为燃料/空气混合体，它含有的燃料浓度位于可燃性极限以内。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，外层气流基本呈圆筒状。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，外层气流与火焰的外部区域相距紧密。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，气体的流动方向平行于火焰方向。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，气体的流动方向相对于火焰方向还具有一个径向分量和/或一个切向分量。
12.一种实施如上述权利要求之一或多项所述方法的燃烧室，它具有一个用来产生火焰的烧嘴和一个火焰对准其内的燃烧空间，其特征在于，燃烧室具有至少一个气体喷出孔(9)，气体从该孔中喷出并作为外层包绕火焰。
13.按照权利要求12所述的燃烧室，其特征在于，气体喷出孔设计成缝隙(9)的形式并紧密地包围烧嘴出口。
14.按照权利要求13所述的燃烧室，其特征在于，烧嘴出口旋转对称，而缝隙为一环形缝隙(9)。
15.按照权利要求14所述的燃烧室，其特征在于，烧嘴出口和环形缝隙同轴心设置。
16.按照权利要求12所述的燃烧室，其特征在于，烧嘴出口由许多气体喷出孔包围，这些气体喷出孔相互之间及与烧嘴出口之之间相距紧密并形成一个完全包围火焰的外层气流。
17.按照权利要求16所述的燃烧室，其特征在于，烧嘴出口与气体喷出孔的总体排列设置成同心的。
18.按照权利要求12所述的燃烧室，其特征在于，气体喷出孔设计成喷嘴形。
19.按照权利要求12所述的燃烧室，其特征在于，气体喷出孔的喷射方向基本上平行于烧嘴的中心轴。
全文摘要
一种在一个燃烧室中抑制火焰波动或压力波动的方法，该燃烧室具有一个被用来产生火焰的烧嘴和一个该火焰对准其内的燃烧空间，该压力波动是由在火焰，或更确切地说在燃料/空气流的外部区域，或更确切地说在其周边区域被卷起的环形涡流引起并被加强的，为阻止这种环形涡流，本发明建议，火焰由一种气体组成的层流包围，该层流在火焰方向上具有比火焰的周边区域更高的流速，由此产生一种边界层加速作用，而不再形成环形涡流。
文档编号F23D14/00GK1146543SQ96110270
公开日1997年4月2日 申请日期1996年7月19日 优先权日1995年7月20日
发明者霍斯特·巴克纳, 沃尔夫冈·勒克 申请人:德国水气专业协会, 霍斯特·巴克纳, 沃尔夫冈·勒克