ПРОМЫШЛЕННАЯ ГОРЕЛКА И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ СГОРАНИЯ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

1. Промышленная горелка (1) с низким уровнем выбросов NOx, содержащая:
- полый элемент (2, 5), образующий продольную ось (X);
- трубчатый элемент (7), расположенный внутри вышеуказанного полого элемента у его открытого конца;
- диффузор (13), расположенный внутри вышеуказанного трубчатого элемента (7) у его первого конца внутри полого элемента для образования участка (26, 27) внутри вышеуказанного полого элемента (2, 5);
- патрубок (3) для подачи воздуха, поддерживающего горение, в вышеуказанный участок (26, 27);
- трубу (14) нагнетания горючего газа, расположенную внутри вышеуказанного полого элемента (2, 5) и соединенную с вышеуказанным диффузором (13);
отличающаяся тем, что
вышеуказанный диффузор (13) снабжен
- первыми отверстиями (17) для нагнетания первой порции горючего газа из вышеуказанной трубы (14) нагнетания в первую зону (22) сгорания, предусмотренную внутри вышеуказанного трубчатого элемента (7) рядом с вышеуказанным диффузором (13);
- вторыми отверстиями (18) для нагнетания (22) сгорания;
- третьими отверстиями (19) для нагнетания второй порции воздуха, поддерживающего горение, во вторую зону (22) сгорания, предусмотренную внутри вышеуказанного трубчатого элемента (7) после первой зоны (22) сгорания и сообщающуюся с последней, так, что при этом вышеуказанная вторая порция воздуха, поддерживающего горение, пересекается с вышеуказанной первой зоной (22) сгорания;
- трубой (15) для нагнетания второй порции горючего газа из вышеуказанной трубы (14) нагнетания в третью зону (24) сгорания снаружи вышеуказанного трубчатого элемента (7), предусмотренную после второй зоны (23) сгорания и сообщающуюся с последней, при этом вторая порция горючего газа пересекается с вышеуказанной второй зоной (23) сгорания, при этом
горелка также снабжена продольным каналом (25), образованным между наружным профилем вышеуказанного трубчатого элемента (7) и внутренним профилем вышеуказанного открытого конца полого элемента (2, 5) для нагнетания третьей порции воздуха, поддерживающего горение, в вышеуказанную третью зону (24) сгорания.
2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что
вышеуказанный продольный канал (25) имеет сечение кольцевой формы.
3. Горелка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что
у второго конца вышеуказанный трубчатый элемент (7) снабжен кольцевым выступом (7′), который занимает часть вышеуказанного продольного канала (25), при этом вышеуказанный продольный выступ (7′) снабжен четырьмя отверстиями (21) для нагнетания части вышеуказанное третьей порции воздуха, поддерживающего горение.
4. Горелка по п.3, отличающаяся тем, что
вышеуказанные четыре отверстия (21) расположены, по существу, по окружности такого же диаметра, как и трубчатый элемент (7) и наклонены относительно продольной оси (X) от -5° до 5°.
5. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что
часть вторых отверстий (18) имеет различный наклон относительно остальной части вышеуказанных вторых отверстий (18) для нагнетания первой порции воздуха, поддерживающего горение, по меньшей мере, в две подзоны первичного сгорания в одной и той же зоне (22) первичного сгорания.
6. Горелка по п.5, отличающаяся тем, что
часть первых отверстий (17) имеет различный наклон относительно оставшейся части первых отверстий (17) для нагнетания первой порции горючего газа, по меньшей мере, в две подзоны первичного сгорания в одной и той же зоне (22) первичного сгорания.
7. Горелка по п.6, отличающаяся тем, что
вторые отверстия (18), по существу, расположены по окружности, имеющей диаметр, составляющий примерно 2/3 наружного диаметра диффузора (13), и наклонены относительно продольной оси (X) от 10° до 30°, при этом вышеуказанные вторые отверстия (18) сходятся в одной точке относительно вышеуказанной оси; и в которой первые отверстия (17), по существу, расположены по окружности, имеющей диаметр, составляющий примерно 1/3 наружного диаметра диффузора (13), и наклонены относительно продольной оси (X) на угол от 0° до -15°.
8. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что
отношение длины к внутреннему диаметру трубчатого элемента (7) находится в диапазоне от 0,95 до 1,05.
9. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что
третьи отверстия (19), по существу, расположены по окружности, имеющей такой же диаметр, как и диффузор (13), и имеют правосторонний наклон для создания вихревого потока.
10. Горелка по п.9, отличающаяся тем, что
вышеуказанные третьи отверстия (19) имеют угол закрутки от 10° до 15° и наклон относительно продольной оси (X) от 0° до 5°.
11. Способ сгорания с низким уровнем выбросов NOx, обеспечиваемый за счет использования горелки по п.1, и печи, с которой вышеуказанная горелка взаимодействует посредством образования камеры сгорания, при этом процесс последовательно содержит следующие этапы сгорания:
1
- первичное сгорание, которое происходит за счет смешивания в первой зоне (22) сгорания первой порции воздуха, поддерживающего горение и нагнетаемого через вторые отверстия (18), с первой порцией горючего газа, нагнетаемого через первые отверстия (17), в первом, по существу, стехиометрическом соотношении (λ) воздух/топливо, в результате чего образуются продукты первичного сгорания и первичный несгоревший газ;
2
- вторичное сгорание, которое происходит за счет смешивания во второй зоне (23) сгорания второй порции воздуха, поддерживающего горение и нагнетаемого через третьи отверстия (19), с вышеуказанными продуктами первичного сгорания и вышеуказанным первичным несгоревшим газом с избытком воздуха, с целью получения второго сверхстехиометрического соотношения (λ) воздух/топливо, в результате чего образуются продукты вторичного сгорания и вторичный несгоревший воздух;
3
- третичное сгорание, которое происходит за счет смешивания в третьей зоне (24) сгорания второй порции горючего газа, нагнетаемого через трубу (15) с третьей порцией воздуха, поддерживающего горение и нагнетаемого через продольный канал (25), с вышеуказанным первичным и вторичным продуктами сгорания и вышеуказанным вторичным несгоревшим воздухом с избытком газа, так чтобы получить третье субстехиометрическое соотношение (λ) воздух/топливо для завершения полного сгорания в камере сгорания печи.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что
процесс первичного сгорания содержит от двух до четырех подпроцессов первичного сгорания, при этом корень каждого пламени в подпроцессе первичного сгорания находится на некотором расстоянии от диффузора (13), которое отличается от расстояний для других подпроцессов первичного сгорания.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что вышеуказанные подпроцессы первичного сгорания имеют одинаковое, по существу, стехиометрическое соотношение компонентов топлива.
1
2
3
14. Способ по любому из пп.11-13, отличающийся тем, что первое соотношение (λ) воздух/топливо процесса первичного сгорания или подпроцессов первичного сгорания может варьироваться от 0,85 до 1,05; второе соотношение (λ) воздух/топливо процесса вторичного сгорания может варьироваться от 2,5 до 2,7; третье соотношение (λ) воздух/топливо процесса третичного сгорания может варьироваться от 0,55 до 0,7.
15. Способ по п.11, отличающийся тем, что средняя скорость нагнетания первой порции воздуха, поддерживающего горение, может варьироваться от 70 до 120 м/с с предварительным нагревом до 400°С, и в котором средняя скорость нагнетания второй порции горючего газа может варьироваться от 60 до 110 м/с, при этом газ имеет температуру окружающей среды.