CN107002988A - 旋射流燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃烧器，该燃烧器包括具有沿着中心线延伸的大体上中空柱形形状的燃烧室并且具有闭合端部。可连接至燃料源的燃料管具有使燃烧室的内部与燃料源流体地连接的至少一个开口，使得燃料能够从燃料源被递送至燃烧室的内部。至少一个空气入口被设置成将空气流提供至燃烧室的内部中。该空气流被设置并构造成在燃烧室内形成涡流结构。

Description

旋射流燃烧器

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2014年10月13日提交的美国临时专利申请第62/063,037号的优先权，其全部内容通过引用的方式并入本文。

技术领域

本公开内容涉及燃烧器，并且更具体地涉及具有燃烧室的燃烧器。

背景技术

工业熔炉在高温下（通常在大约2400－3000℉的范围内）操作以便提高熔炉和工艺热效率。这样一来，熔炉和火焰温度趋于很高，从而导致产生大量的NOx排放。

控制NOx排放的努力已经导致各种NOx控制技术的发展。这样的技术通过修改火焰的化学计量和总燃烧过程而抑制NOx的形成。示例性的NOx控制技术包括富氧空气分级，其中，富氧空气被分级引入燃烧过程；废气再循环，其中，废气被引入至主燃烧区中以降低火焰温度；燃料分级，其中，燃料被分级引入至燃烧过程中；以及其他方法，诸如，振荡和脉冲燃烧。尽管这些控制方法中的一些对于控制NOx排放已经部分地有效，但是它们可能不足以解决在燃烧器处的NOx形成和还原。

发明内容

本发明涉及利用在环状燃烧室中由切向射流产生的衰减旋涡空气流而形成的燃烧器中的火焰稳定，在所示实施例中，该环状燃烧室形成在外壳与气体管道之间。赋予经过燃烧器并且被提供至燃烧器出口的空气或空气/燃料混合物的旋涡运动被用于在火焰的附近形成燃料气体再循环（FGR）区域，这导致较低的火焰温度以及较低的氮氧化物（NOx）形成速率。径向地喷射至轴向-切向空气流中的气体可以进一步最大化空气/燃料混合并且提高燃烧效率。

在所公开的实施例中，能够在燃烧室出口处实现各种旋涡数量。通过独立地改变切向射流的数量、射流的直径、进入流角度或者环状空间的长度而控制旋涡数量。在这些方面中，数值模拟以及实验研究已经显示的是，减小空气流率导致稍微降低的旋涡数量，同时在较低输入下维持燃烧室稳定性，这导致非常高的调节比（turn-down ratios）。

因此，在一个方面中，本公开内容描述了一种燃烧器。该燃烧器包括具有沿着中心线延伸的大体上中空柱形形状并且具有闭合端部。可连接至燃料源的燃料管具有使燃烧室的内部与燃料源流体地连接的至少一个开口以使得燃料可以从燃料源被递送至燃烧室的内部。至少一个空气入口被设置成将空气流提供至燃烧室的内部。空气流被设置并构造成在燃烧室内产生涡流结构。

在另一方面中，本公开内容描述了一种用于操作燃烧器的方法。该方法包括提供具有大体上中空柱形形状的燃烧室，该燃烧室限定了闭合端部和开放端部，该燃烧室在其中限定了内部体积。该方法进一步包括在与闭合端部相邻的燃烧室的圆形横截面的切向方向上将至少一个空气流喷射至该内部体积中，以及将至少一个空气流的旋流引入至燃烧室中。燃料流被提供至燃烧室中以使得燃料流与至少一个空气流的旋流混合以便形成可燃烧混合物的旋流，并且将可燃烧混合物的旋流从燃烧室的开放端部排出。当可燃烧混合物的旋流正在燃烧时，在可燃烧混合物从燃烧室排出时允许由可燃烧混合物产生的燃烧产物的至少一部分向回进入可燃烧混合物的旋流中。

附图说明

图1A和图1B是根据本公开内容的燃烧器的示意性表示。

图2A和图2B是用于根据本公开内容的燃烧器的替代实施例的示意性表示。

图3A－图3D是根据本公开内容的概要视图和局部视图。

图4是在根据本公开内容的燃烧器中的燃烧器长度对NOx排放的影响的图形表示。

图5是根据本公开内容的设置在罩体中的燃烧器的概要视图。

图6和图7是在根据本公开内容的两个燃烧器实施例中的在环状空间中的旋涡数量分布的图形表示。

图8A和图8B是在根据本公开内容的两个燃烧器实施例内的速度场的图形表示。

图9是沿着根据本公开内容的两个燃烧室实施例的相应长度的旋涡数量的图形表示。

图10是相对于沿着根据本公开内容的两个燃烧器实施例的相应的轴向距离的旋涡数量的图形表示。

图11A是根据本公开内容设置的燃烧器的替代实施例的概要视图。

图11B是图11A中所示的燃烧器的局部视图。

图12是根据本公开内容的设置有歧管的燃烧器的概要视图。

具体实施方式

本公开内容涉及产生空气或空气/燃料混合物的稳定旋涡的燃烧器设计。本文中公开的燃烧器主要依赖于燃烧器的燃烧室的几何形状以便实现期望的火焰特性。有利地，所公开的燃烧室几何形状比现有的设计更简单并且无需移动部件。换言之，本文中公开的燃烧器已经被改进以便使用空气和/或燃料旋涡从而获得比现有燃烧器更好的混合以使得能够改进燃烧器效率，并且能够最大限度地发挥FGR使NOx排放最小化的效果。

在图1A和图1B中示出了燃烧器100的设计的示意性表示。燃烧器100包括空气喷头或空气入口102以及气体或燃料入口104，该空气喷头或空气入口102以及气体或燃料入口104被提供至大体上细长的柱形燃烧室106，燃烧室106在一个纵向端部处具有出口开口108。如所示，燃烧室106具有管状形状，该管状形状具有与出口开口108相对的闭合端部110。燃烧室106具有截头锥形形状或壁112，该壁112将具有直径D₀的燃烧室壁与具有较小的直径D₁的出口开口相互连接。

为了创建空气和燃料在切向动量下相遇并混合的几何形状，并且为了创建低压区域（涡旋或涡流结构）以便利用在燃烧室的出口附近的内部燃料气体再循环，燃烧在这里进行，空气和燃料入口102和104被设置成相对于燃烧室106的中心线114成角度。更具体地，空气入口102被设置成相对于中心线114处于锐角θ₁处，并且沿着燃烧室的中心线114处于轴向位置l₁处，使得进入燃烧室106的空气相对于中心线114携带在径向和轴向方向上的动量分量。类似地，燃料入口104被设置成相对于中心线114处于锐角θ₂处，并且沿着燃烧室的中心线114位于轴向位置l₂处，使得进入燃烧室106的燃料也相对于中心线114携带在径向和轴向方向上的动量分量。空气和燃料入口102和104的角度和轴向位置可以相同或不同。在图1B中所示的燃烧器实施例中，空气和燃料入口相对于燃烧室106的圆形外壁切向地设置。

已经确定有助于燃料/空气混合并且有助于创建再循环区域的几何参数包括从燃烧室的端部分别至空气和气体射流的距离l₁和l₂，分别为θ₁和θ₂的空气和燃料喷射角度，以及分别为D₀和D₁的燃烧室和出口开口直径。可以影响燃烧器性能的其他因素包括燃烧器的可达调节比。当在本文中使用时，“调节比”表示燃烧器能够实现的最大热量输出与燃烧器将高效或可控地操作所处的最小热量输出水平的比率。

在图2A和图2B中示出了燃烧器的替代实施例200。燃烧器200包括空气入口202和燃料入口204。在该实施例中，空气入口202被设置成相对于大体上细长的柱形燃烧室206成切向。燃料通过燃料管204被提供至燃烧室206，燃料管204同轴地设置在燃烧室206内并且沿着燃烧室中心线214从闭合端部210延伸至出口开口208。燃烧室206具有柱形形状，该柱形形状具有大于燃料管204的出口直径D₂的直径D₁。燃烧室206和燃料管204的相对位置和尺寸创建了大体上柱形的环状空间216，该环状空间216沿着燃烧室206轴向地延伸并且在燃烧室206的外壳与燃料管204之间径向地延伸。

在操作期间，当提供至燃烧室206的空气在环状空间216内沿着燃烧室206行进时形成旋涡。在环状空间216中的旋涡空气与离开燃料管204的燃料在出口208处混合以便形成可燃烧混合物，该可燃烧混合物形成火焰。当切向速度分量加至通过切向空气入口202进入燃烧室206的空气的速度向量时形成环状空间216中的空气的旋流。

对于旋射流，可以取决于射流中存在的旋涡的程度而识别不同的流态。术语“旋涡数量”在本领域中是已知的并且在本文中用于表示流的最大切向速度与轴向速度的比率。因此，旋涡数量是表征流内的旋涡的量或程度的无量纲参数。在燃烧器200中，对于低旋涡数量（即，当最大切向速度是轴向中心线速度的50％或更小的量级时），空气流或射流以与非旋涡情况类似的方式运行，尽管在平均和波动速度分布、射流宽度或展开中存在一些修改。然而，当旋涡变强时（即，当切向速度变得大于轴向速度时），再循环区域的形成可以导致反向流。该现象通常被称作涡旋破裂（vortex breakdown）流态。为了在管道的下游（即，在燃烧器的出口之后）形成涡旋破裂流态，切向空气射流被喷射至燃烧室206的环状空间216中。

通常，较高的旋涡数量将导致在出口208处的更膨胀的火焰，这进而增大了用于在燃烧室的出口附近的火焰内将产生的燃烧产物的再循环区域。燃料气体再循环（FGR）降低了火焰温度，并且因此减少了NOx产生。然而过量的FGR产生可以使燃烧不稳定并且甚至引起火焰熄灭。在此基础上，能够为特定的燃烧器构造确定并实施用于给定燃烧器构造的旋涡数量的范围，在该范围下能够充分地降低NOx排放同时维持火焰稳定性。

在图3A－图3D中示出了燃烧器的替代实施例300。燃烧器300包括围绕燃烧室306的闭合端部横截面310切向地设置的四个空气入口302。燃烧室306包括会聚式的截头锥形出口309。用于向燃烧室306的内部提供燃料的燃料入口装置在所示实施例中被实施为燃料管304。燃料管304同轴地设置在燃烧室306内并且沿着燃烧室中心线314从闭合端部310延伸至出口开口308。燃烧室306具有柱形形状，该柱形形状具有大于燃料管304的出口直径D₂的直径D₁。燃烧室306和燃料管304的相对位置和尺寸创建大体上柱形的环状空间305，环状空间305沿着燃烧室306轴向地延伸并且在燃烧室306的外壳与燃料管304之间径向地延伸。

在操作期间，当提供至燃烧室306的空气在形成于燃烧室306的壁与燃料管304之间的环状空间305内沿着燃烧室306行进时形成旋涡。在环状空间305中的旋涡空气与离开燃料管304的燃料在燃烧室306的出口开口308处混合以便形成可燃烧混合物，当可燃烧混合物被点燃时产生火焰。当切向速度分量被加至通过切向空气入口302进入燃烧室306的空气的速度向量时，在环状空间305中形成空气的旋流。在所示实施例中，四个管道形成了空气入口302。空气入口302切向地连接至燃烧室306的端部。燃料管304形成为端部闭合管，该端部闭合管具有沿着中心线314至少部分地设置在燃烧室306内的其闭合端部。在燃料管304的壁中钻出许多孔316以便允许气体或其他燃料进入燃烧室306的内部空间并且与在该内部空间中行进的空气混合。

孔316的数量、大小和位置被调整并选择成以便提供期望的气体压力。如所示，孔316在所选择的轴向位置处围绕燃料管304的横截面对称地设置。替代地，孔的轴向位置、定向和结构能够与所示结构不同。喷射孔所位于的平面可以坐落在气体管道上的任何位置，并且可以存在多个平面，例如，在气体管道的开始和结束处可以存在孔。最佳气体压力将使气流中混合时间和气体渗透的影响最大化。例如，对于图3A-图3D中所示的燃烧器，发现十六个2mm的孔以使热NOx排放最小化同时还产生了14英寸水柱的气体压降。

图4中所示的曲线图400示出了出口旋涡数量对热NOx形成的影响。为了进行实验，类似于没有会聚式出口309的燃烧器300（图3D）的燃烧器被构造并且用相对较长的燃烧室（1.5m）测试。对于各种燃烧室长度测量了NOx排放。图4中示出了获得的数据，其中，沿着水平轴线表示燃烧器长度（单位为米），并且在竖直轴线403中表示NOx浓度（单位为g/L）。制作了两条曲线，每个代表不同的燃烧混合物。第一曲线402表示其中相对于化学计量燃烧混合物提供37％过量空气的实验。第二曲线404表示55％过量空气。如从图表400中能够看到，存下述相关性：较长的燃烧器长度有助于NOx排放的增加。对于短于0.4米的长度，对于所测试的特定燃烧室直径，火焰熄灭。要相信的是，当燃烧室长度从1.5m减小至0.4m时，由于更高的旋涡数量以及与较短的燃烧室相关联的更多的FGR，所以NOx的产生显著降低。对于短于0.4m的燃烧室长度，过量的FGR熄灭了火焰并且燃烧器变得不稳定。

在燃烧室的端部处的会聚式锥体309（图3）的作用也是明显的。要想到的是，减小燃烧室的出口直径（作为锥体的结果）降低了出口旋涡数量并且增大了通过出口开口308离开燃烧室306的燃料/空气混合物的出口速度。增大的出口速度使火焰锚固位置移动至在气体喷射孔316前面的位置。为了说明，要注意的是，在不用锥体的情况下火焰锚固在燃料喷射孔处。这意味着混合时间增加并且火焰更多地暴露于FGR。而且，较低的旋涡数量有助于燃烧器的稳定性并且较高的出口速度防止回火（flash-back）。

利用会聚式锥体309，燃烧器能够在半预混合状态下操作。当在此处使用时，“半预混合状态”意味着仅化学计量燃烧所需的燃料的一部分能够通过设置在燃烧室中的燃料管被提供。剩余的燃料能够被提供至燃烧室的端部处的主动火焰。在所进行的一个测试中，气体从燃烧室内的气体管线中的间隙或开口（远离出口）被喷射至燃烧室中并且观测到的是，在气体压力显著降低（间隙远大于喷嘴孔）的同时，NOx排放和火焰锚定位置未受影响。如由从燃烧室的周界朝向中心线延伸的锐角所度量的锥体角度的范围能够在0和90度之间。如所示，该角度约为13度。在实验的基础上，我们确定的是，火焰动态、稳定性和排放均根据由旋涡空气流（以及等同地燃烧室出口附近的旋涡数量）所形成的再循环区域的大小和位置而强烈变化。

为了降低一氧化碳排放，燃烧器300可以结合罩体500操作，如图5中所示。罩体500可以被添加至燃烧器300的外侧以便帮助降低来自燃烧器的一氧化碳。在所示实施例中，罩体500具有柱形形状，该柱形形状两端均开放并且相对于燃烧室306同轴地设置。罩体500的直径大于燃烧室306的直径以便在它们之间形成环状体积502。在操作期间，由燃烧产生的废气至少临时地封闭在环状体积内以便提供将存在于其中的一氧化碳（CO）进一步氧化为二氧化碳（CO₂）的机会。在所示实施例中，虽然罩体500的使用可能使由于环状体积502中的燃烧气体的增加的停留时间以及增加的火焰温度所产生的NOx生成增加，但是CO排放通过CO进一步氧化成CO₂而减小，使得可以通过调整罩体500的尺寸和其他结构特征（例如，罩体的直径和/或长度）而选择性地控制NOx和CO产生之间的平衡。当罩体的长度增加时，热燃料气体的温度和停留时间增加，这将引起CO排放的减少以及NOx排放的增加。类似地，当罩体的直径增加时，燃料气体的温度降低，从而提高CO排放并且降低NOx排放。

为了将NOx产生维持在期望的低速率下，罩体的部分可以保持开放1100。在燃烧器的实施例中，通过在火焰的基部的上游的罩体中形成孔而创建罩体的开放区域。罩体中的开放区域允许燃料气体由旋流吸入至火焰中并且在火焰的基部处降低火焰温度，在这里，形成了来自燃烧器的总NOx的相当大的部分。在操作期间，在火焰的基部处的燃料气体将峰值火焰温度降低以便减缓NOx产生，同时罩体形成促使将一氧化碳氧化为二氧化碳的封闭空间。在一个示例性实施例中，没有罩体的燃烧器的低NOx排放（20ppm NOx以下）与具有罩体的燃烧器的低CO排放（低至0ppm CO）组合，同时利用15％过量空气点火。当被吸入火焰中的FGR被引导至对NOx产生具有最大影响的火焰底部时，由于对于同等的NOx产生而言燃料气体再循环（FGR）（其描述了再循环至火焰中的燃料气体的部分）的总空间能够减小，所以利用罩体提高了火焰稳定性。罩体还在火焰周围创建了在自动点火温度之上的高温区域，这不断地重新点火火焰从而使其非常稳定。对于特定的点火环境，能够通过罩体中的开放区域的位置以及开放区域的大小来精确地控制吸入火焰中的FGR的量。在燃烧器的至少一个实施例中，形成在罩体中的孔的流动区域能够在外部被调整（例如，通过闸门或其他类型的阀）以便动态地控制吸入至火焰中和/或周围的FGR的量。

进行各种额外实验以便确定影响燃烧器操作和效率的参数。例如，为了研究沿着燃烧室的长度的旋涡数量分布并理解会聚式锥体对旋涡数量的影响，在具有和没有会聚式锥体的环状空间上执行数值建模。结果以图形形式示出在图6和图7中。如在图6中能够看到，当如由水平轴线所示的与空气入口（例如，空气入口302）的距离增加时，设置在竖直轴线上的旋涡数量沿着燃烧室的长度指数地降低。当添加会聚式锥体（例如，309）时，旋涡特性改变，并且当燃烧器的所有其他结构保持与具有相同结构但是没有会聚式锥体的燃烧器相同时出口旋涡数量降低。还测试了会聚式锥体的影响以便确定其对于NOx排放的影响，意外地发现当将会聚式锥体添加至燃烧室时，NOx排放降低了50％。添加会聚式锥体的额外的意外效果是调节比的改进，该调节比从对于直燃烧室的10:1提高至对于具有会聚式锥体的燃烧室的大于40:1。

为了进一步研究会聚式锥体对燃烧器的性能的有效性，进一步缩短燃烧器的长度以便使用CFD模拟和物理测试来检查燃烧器稳定性。结果显示，通过使用会聚式锥体而逐渐地减小出口直径，当出口旋涡数量保持基本上不变时，燃烧器保持稳定（即，没有向内的气流）。在图8A和图8B中示出了燃烧室内的速度分布的CFD模拟，其中，对于0.4m和0.2m长（不包括约75cm的会聚式锥体的长度）的燃烧室示出了速度场。如在图8A和图8B中所示，具有不同长度的燃烧器的旋涡衰减在给定距离之后稳定，使得在每个燃烧器的出口处，在会聚式锥体处，旋涡数量相等。图9是在归一化的燃烧器长度上的相同旋涡数量的曲线。

为了确定喷头（空气入口）的数量对燃烧器的性能的影响，执行模拟和实验以便比较具有两个和四个喷头的燃烧器。该研究的结果示出在图10的曲线图中，其中，相对于燃烧器长度在竖直轴线上绘制了旋涡数量，燃烧器长度绘制在水平轴线上。所获取的数据点被绘制成曲线。第一曲线902表示对于具有两个喷头（空气入口）的燃烧器所获取的信息，以及第二曲线904表示对于具有四个喷头（空气入口）的燃烧器所获取的信息。在两个燃烧器中，空气入口的直径被缩放以便在燃烧器的出口开口处维持基本上均匀的空气速度。如在图10中能够看到，出口旋涡数量被保持，并且如上所述因此也预期维持燃烧器稳定性和NOx排放。在这些实验的基础上，可想到的是，能够设置燃烧器尺寸以便利用单个喷头（空气入口）保持期望的旋涡数量。

已经确定的是，喷头在燃烧器周围的均匀或大体上对称的分布可以促进高效操作。如图11A和图11B中所示，燃烧器的替代实施例1000包括空气分布歧管1002，其横截面示出在图11B中。类似于燃烧器300（图3A－图3D），燃烧器1000包括柱形燃烧室106，在该实施例中该燃烧室由两段构成：基部段1004和端部段1006，该端部段1006还形成了出口开口308和截头锥形出口309。一对凸缘1008连接了基部段和端部段1004和1006，这些段能够由不同的材料制成，诸如低碳钢用于基部段1004，以及不锈钢用于端部段1006。

所示实施例中的分布歧管1002将单个空气入口开口1010流体地连接至两个喷头出口开口1012。在操作期间可以从吹风机或其他空气源向空气入口开口1010提供空气。两个喷头出口开口1012中的每一个形成在相应的喷头空气通道1014的端部处，喷头空气通道1014具有相对于燃烧室306的直径D以一定偏移量大体上切向地设置的主轴线1016。环状通道1018围绕燃烧室306的一部分外周地延伸以便将单个空气开口1010与两个喷头空气通道1014流体地互连。能够选择性地设置环状通道1018的总体形状以及喷头空气通道1014沿着环状通道1018的放置，以便提供从空气开口1010通过两个喷头出口开口1012的每一个的平衡的、均匀的空气流。

在所示实施例中，歧管1002由薄壁片金属构造并且被构造成包括具有面板和背板的两个同轴柱体的结构以便围住中空柱形气室，单个空气入口和两个喷头出口形成在该中空柱形气室中。歧管被设计成使得燃烧器本体被同轴地设置在歧管中，并且燃烧器的喷头位于歧管的背板和面板之间的中间平面处。歧管的喷头出口1012被定位成使得它们距彼此180º设置，以及一个喷头出口距入口70º－80º之间，另一个喷头出口距入口100º－110º之间，但是能够使用其他角度。在一个实施例中，这些角度分别为75º和105º。通过物理和分析测试的组合，例如，使用计算流体动态（CFD）模型，确定这些角度范围以得到通过每个喷头的近似相等的流动和压降。

在图12中示出了设置在燃烧器1000周围的罩体的替代实施例1020。在该图示中，罩体1022设置在燃烧室306的开放端周围，类似于图5中所示的罩体500，但是在该实施例中，罩体1022包括沿着罩体1020的周界形成的多个窗口1024，其在出口开口308周围总地轴向对准。窗口1024的每一个具有大体上矩形的形状，具有圆化的角部，并且允许流体在操作期间从其经过。基于每个窗口的大小和尺寸，可用于流体流的每个窗口1024的开放区域能够是固定的，或者能够被调整，如图12中所示的实施例。在该实施例中，具有中空柱形形状的套环1026沿着罩体1022的外表面可滑动地设置。套环1026具有前缘1028，当套环移动时，前缘1028手动地或者通过致动器1030的作用而朝向或远离燃烧器1000移动以便选择性地覆盖由窗口1024提供的流动区域的一部分，因此取决于燃烧器1000的操作条件而有效地控制对于通过罩体1022的流体流可用的流动区域。通过致动器1030对窗口1024的开口的控制可以基于燃烧器的操作条件而自动地执行，例如，火焰温度、燃料流率、空气温度、排放等等。

术语“一”和“一个”和“该”以及“至少一个”及类似参考的使用在描述本发明的上下文中（尤其是在下列权利要求的上下文中）应该被解释为覆盖单数以及复数形式，除非在本文中另外指示或与上下文明显矛盾。在一个或多个项目的列表之后的术语“至少一个”的使用（例如“A和B中的至少一个”）应该被解释为意味着选自所列项目的一个项目（A或B）或者所列项目的两个或更多个的任意组合（A和B），除非在本文中另外指示或者与上下文明显地矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应该被解释为开放式术语（即，意味着“包括但不限于”），除非另外指示。本文中的数值范围的引用仅意在用作单独地表示落入该范围内每个单独数值的简略表示方法，除非在本文中另外指示，并且每个单独数值包括至说明书中如同其单独地在此引用。本文中描述的所有方法能够以任意合适的顺序执行除非本文中另外指示或者与上下文另外明显地矛盾。任意和所有示例、或者在本文中提供的示例性语言（例如，“诸如”）的使用仅意在更好地说明本发明，并且并未提出对本发明的范围的限制，除非另外要求保护。在说明书中的语言不应被解释为指示任何未要求保护要素是实施本发明所必需的。

在本文中描述了本发明的优选实施例，包括对本发明人已知的用于执行本发明的最佳模式。在阅读了以上说明书时，那些优选实施例的变形例对于本领域普通技术人员可以变得明显。发明人预期技术人员可适当地采用这些变形例，并且发明人意在以不同于本文中描述的方法实施本发明。因此，本发明包括如由适用法律所允许的所附权利要求中引述的主题的所有修改例和等同物。而且，在其所有可能的变形例中的上述要素的任意组合由本发明所包括，除非在本文中另外指示或者另外与上下文明显地矛盾。

Claims (20)

1.一种燃烧器，包括：

燃烧室，所述燃烧室具有沿着中心线延伸的大体上中空柱形形状并且具有闭合端部；

燃料管，所述燃料管能够连接至燃料源并且具有使所述燃烧室的内部与所述燃料源流体连接的至少一个开口，使得燃料能够从所述燃料源被递送至所述燃烧室的内部中；

至少一个空气入口，所述至少一个空气入口被设置成将空气流提供至所述燃烧室的内部中，所述空气流被设置并构造成在所述燃烧室内形成涡流结构。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，所述燃烧室被构造成维持所述涡流结构沿着所述中心线通过所述燃烧室的长度，使得来自所述燃料管的燃料与所述空气流混合，并且从所述燃烧室的开放端部递送空气和燃料的旋涡混合物。

3.根据权利要求1所述的燃烧器，进一步包括会聚式喷嘴，所述会聚式喷嘴设置在与所述闭合端部相对的所述燃烧室的开放端部处。

4.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，所述至少一个空气入口被设置成相对于与所述闭合端部相邻的所述燃烧室的圆形横截面在切向方向上喷射所述空气流，使得所述空气流相对于所述中心线在径向方向和轴向方向上均具有动量分量。

5.根据权利要求1所述的燃烧器，进一步包括额外的空气入口，所述额外的空气入口将额外的空气流提供至所述燃烧室中。

6.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，所述燃料管设置在所述燃烧室中并且沿着所述燃烧室大体上同轴地延伸。

7.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，所述燃料管被设置成相对于所述燃烧室的圆形横截面在切向方向上将燃料喷射至所述燃烧室中。

8.根据权利要求7所述的燃烧器，其中，所述空气流和所述燃料在相反的方向上被提供至所述燃烧室的内部中。

9.根据权利要求1所述的燃烧器，进一步包括空气分布歧管，所述空气分布歧管具有与空气分布通道流体连通的空气入口开口，所述空气分布通道向至少一个空气入口流体地开放。

10.根据权利要求9所述的燃烧器，其中，所述空气分布歧管具有设置在与所述闭合端部相邻的所述燃烧室周围的大体上中空柱形形状，所述空气分布歧管在内部形成围绕所述燃烧室延伸并且环绕中心环形部的环状通道，以及其中，所述至少一个空气入口被形成为延伸通过所述环状通道和所述燃烧室的内部之间的所述中心环形部的直通道。

11.根据权利要求10所述的燃烧器，其中，限定第二空气入口的第二直通道形成在所述中心环形部中，所述第二直通道平行于所述至少一个空气入口定向并且与所述至少一个空气入口偏移设置，使得所述至少一个空气入口和所述第二直通道相对于所述燃烧室的圆形横截面以一偏移量相对地成切向。

12.根据权利要求11所述的燃烧器，其中，在所述燃烧室的周界周围，所述至少一个空气入口相对于所述空气入口开口设置在70º－80º之间，并且所述第二直通道相对于所述空气入口开口设置在100º－110º之间。

13.根据权利要求1所述的燃烧器，进一步包括罩体，所述罩体设置在与所述闭合端部相对的所述燃烧室的开放端部周围。

14.根据权利要求13所述的燃烧器，其中，所述罩体具有大体上柱形形状并且形成与所述燃烧室的开放端部轴向地对准的多个开口。

15.根据权利要求14所述的燃烧器，进一步包括套环，所述套环可滑动地选择性地沿着所述罩体设置，其中，所述套环被构造成至少部分地覆盖所述多个开口中的每一个。

16.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，所述燃烧器包括一对或两对相对的空气入口，每对空气入口被平行设置并且以一偏移距离设置，使得每个空气入口相对于所述燃烧室的圆形横截面在切向方向上提供所述空气流。

17.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，所述燃烧室形成与所述闭合端部相对的开放端部，所述开放端部包括形成在会聚式喷嘴的端部处的出口开口。

18.一种用于操作燃烧器的方法，包括：

提供具有大体上中空柱形形状的燃烧室，所述燃烧室限定闭合端部和开放端部，所述燃烧室在其中限定内部体积；

在与所述闭合端部相邻的所述燃烧室的圆形横截面的切向方向上将至少一个空气流喷射至所述内部体积中；

将所述至少一个空气流的旋流引入至所述燃烧室中；

将燃料流提供至所述燃烧室中以使得所述燃料流与所述至少一个空气流的旋流混合以便形成可燃烧混合物的旋流；

从所述燃烧室的所述开放端部排出所述可燃烧混合物的旋流；以及

当所述可燃烧混合物的旋流正在燃烧时，在所述可燃烧混合物从所述燃烧室排出时允许由所述可燃烧混合物产生的燃烧产物的至少一部分向回进入所述可燃烧混合物的旋流中。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，通过沿着所述燃烧室的所述内部体积延伸的燃料管提供所述燃料流。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述燃料流被提供为相对于与所述闭合端部相邻的所述燃烧室的圆形横截面切向地进入所述内部空间中的流。