低NOx燃烧器和流动动量增强装置的制作方法

本发明涉及如下燃烧器设备和方法，即：其用于减少来自加热器、锅炉、焚化炉、其他燃烧加热系统、火炬以及在精炼厂、发电厂和化工厂中、在海上平台上以及在其他工业服务和设施中使用的类型的其他燃烧系统的NOx排放。

背景技术：

对将会显著地减少来自燃烧加热器、锅炉、焚化炉、火炬以及在工业过程中使用的其他燃烧系统的NOx排放的燃烧器、燃烧器燃烧方法、用于新的和翻新的燃烧器的附加装置以及燃烧器翻新方法存在持续的需求。改进的新的和翻新的燃烧器还将优选地提供至少与当前燃烧器设计所提供的一样好或比之更好的火焰长度、调节比和稳定性水平。

对于在工业应用中使用的燃烧器，如果燃烧器燃料与空气彻底混合并且在理想条件下发生燃烧，则产生的燃烧产物主要是二氧化碳和水蒸气。然而，当燃料在不那么理想的条件下、例如在高火焰温度下燃烧时，燃烧空气中存在的氮与氧反应，以产生氮氧化物（NOx）。在其他条件相同的情况下，NOx的产生随着燃烧过程的温度的升高而增加。NOx排放通常被认为会导致臭氧消耗、酸雨、烟雾和其他环境问题。

对于没有燃料结合氮的气态燃料，热力型NOx是NOx产生的主要机制。当火焰达到足够高的温度以破坏共价N2键，使得产生的“游离”氮原子与氧键合以形成NOx时，就会产生热力型NOx。

通常，燃烧的温度不够高，以破坏所有的N2键。而是，空气流中的大多数氮都经过燃烧过程，并作为双原子氮（N2）保留在燃烧产物中。然而，某些N2通常将会在火焰的高强度区域中达到足够高的温度，以破坏N2键并形成“游离”氮。一旦共价氮键被破坏，就可获得“游离”氮，以与其他原子键合。幸运的是，游离氮将最可能与其他游离氮原子反应，以形成N2。然而，如果不可获得另一游离氮原子，则游离氮将与氧反应，以形成NOx。

随着燃烧器火焰的温度升高，N2共价键的稳定性降低，从而引起游离氮的产生增加，并且因此，也增加了热力型NOx排放的产生。因此，在减少NOx排放的持续努力中，以降低峰值火焰温度为目标，已开发出各种类型的燃烧器设计和理论。

精炼、发电、石油化工过程和其他过程的各种需求使得必须使用多种不同类型和构造的燃烧器。用于降低NOx排放的方法可能因应用而异。然而，热力型NOx的减少一般通过减慢燃烧速率来实现。由于燃烧过程是氧气与燃烧器燃料之间的反应，因此延迟燃烧的目的通常是降低燃料和氧气混合在一起并燃烧的速率。氧气与燃料混合在一起得越快，燃烧速率就越快，并且峰值火焰温度就越高。

用于减少NOx排放的不同类型的燃烧器设计方法的示例已包括：

（a）分级空气设计，其中，燃烧空气通常被分成两个或更多个流，以形成稀薄燃烧和富集燃烧的不同区域；

（b）使用内部烟气再循环（IFGR）的设计，其中，内部流动动量被用于使燃烧系统中的某些烟气（即，惰性燃烧产物）再循环回到燃烧区域中，以形成稀释的燃烧混合物，该燃烧混合物在较低的峰值火焰温度下燃烧；

（c）分级燃料设计，其中（i）全部或部分的燃料被引入燃烧空气流外部，以便延迟将燃料与燃烧空气流混合，从而产生在较低的峰值火焰温度下燃烧的燃料空气混合物，或者（ii）部分燃料被引入初级火焰包络外部，以在存在来自初级火焰的燃烧产物的情况下使火焰分级并燃烧燃料；

（d）使用外部烟气再循环（EFGR）的设计，其中，燃烧器通常使用外部鼓风机，该外部鼓风机将燃烧空气供应到燃烧器，并且还包括外部管道布置结构，该外部管道布置结构将来自燃烧室的烟气吸入到风机的吸入部中。该烟气与燃烧空气流混合，以减少供应给燃烧器的空气流的氧浓度，这又降低峰值火焰温度；

（e）使用“无焰”燃烧的设计，其中，大部分或全部的燃烧器燃料通过惰性燃烧产物并与之混合，以形成稀释燃料，该稀释燃料在较低的峰值火焰温度下燃烧。燃料与惰性燃烧产物的混合物可为高达90%惰性的，从而导致“透明”的火焰；

（f）使用蒸汽和/或惰性喷射到燃烧器燃料中的设计，其中，蒸汽或惰性组分与燃料混合，使得产生的组合物将在较低的峰值火焰温度下燃烧；

（g）使用蒸汽和/或惰性喷射到燃烧空气流中的设计，其中，蒸汽和/或惰性组分与燃烧空气混合，使得产生的组合物将在较低的峰值火焰温度下燃烧；

（h）使用高过量空气水平来稀释燃烧产物并产生低火焰温度的设计，例如表面稳定的燃烧燃烧器。

技术实现要素：

本发明提供了低NOx燃烧器设备以及用于增强流动动量的装置和方法，其满足需求并且缓解了上述问题。用于增强流动动量的本发明的装置和方法可被安装在用于燃烧加热器、锅炉、焚化炉、封闭式火炬以及类似的工业服务中的大多数类型的燃烧器上或安装在这样的燃烧器中，以及安装在引燃燃烧器和其他类型的燃烧系统中。

当用在新的或翻新的燃烧器上或用在新的或翻新的燃烧器中时，本发明的装置和方法操作以显著地增加穿过燃烧器的燃烧空气的流或燃烧空气与燃料的混合物的流动动量（flow momentum），并且产生低压区域，该低压区域将存在于燃烧系统中的增加量的周围惰性燃烧产物（烟气）吸引到燃烧器燃烧混合物中。因此，本发明的装置和方法能够显著地降低燃烧器的峰值火焰温度，从而导致减少NOx排放，这是通过最大化在燃烧器燃烧过程中发生的内部烟气再循环（IFGR）的量。

此外，除了增加在燃烧器燃烧过程中发生的IFGR的量之外，本发明的装置和方法还操作来以更高效的方式将增加量的再循环烟气与燃烧器燃烧混合物混合，这也减小了燃烧器火焰长度，并且减少了CO排放、颗粒物排放、VOC排放、未燃烧的碳氢化合物排放以及其他有害空气污染物的排放。

用于增强流动动量的装置和方法通常将使来自本发明的燃烧器的热力型NOx排放减少大约60%。本发明的装置和方法能够将多达2.5磅的惰性内部燃烧产物（烟气）与每磅燃烧器燃料/空气燃烧混合物混合。

在一个方面，提供了一种燃烧器设备，其优选地包括：（a）燃烧器壁，其具有前纵向端；（b）空气流动通路，其延伸穿过所述燃烧器壁并被所述燃烧器壁围绕，所述空气流动通路用于穿过所述空气流动通路的燃烧空气流，所述燃烧空气流包括空气或空气和燃料的混合物，所述空气流动通路在所述燃烧器壁的所述前纵向端处具有前排出开口，并且所述前排出开口具有内径或宽度；以及（c）流动动量增强装置，其具有纵向轴线、后纵向端、前纵向端以及围绕的外表面，所述外表面从所述流动动量增强装置的所述后纵向端延伸到所述前纵向端。所述流动动量增强装置的所述外表面在所述流动动量增强装置的所述前纵向端的后方的位置处具有最大横向外径或宽度。所述流动动量增强装置的所述外表面在所述流动动量增强装置的所述前纵向端处具有外径或宽度，所述外径或宽度小于所述最大横向外径或宽度。

所述流动动量增强装置的所述后纵向端位于所述空气流动通路中，位于所述空气流动通路的所述前排出开口处，或者位于所述空气流动通路的前方，使得流动路径被限定在所述流动动量增强装置的外部用于流动路径流，所述流动路径流包括穿过所述空气流动通路的所述燃烧空气流的全部或一部分。用于所述流动路径流的所述流动路径越过所述外表面的所述最大横向外径或宽度并与之接触地行进，并且随后，继续沿所述外表面并与之接触地从所述最大横向外径或宽度的所述位置行进到所述流动动量增强装置的所述前纵向端，使得当用于所述流动路径流的所述流动路径接近所述外表面的所述前纵向端时，所述外表面以及沿所述外表面并与之接触地行进的用于所述流动路径流的所述流动路径相对于所述流动动量增强装置的所述纵向轴线优选地以直的或弯曲的方式向内会聚。

本发明的燃烧器设备中所使用的流动动量增强装置还可具有内部通路，该内部通路纵向延伸穿过该流动动量增强装置，并且为该装置限定了内部流动路径。如在纵向截面图中所见的，该流动动量增强装置的围绕该内部通路的壁将优选地具有：（a）非对称的机翼翼型形状；（b）带有圆柱形内部通路的锥形或其他直会聚外部形状；（c）对称的机翼翼型形状；或（d）其他翼型形状。

在另一方面，提供了一种燃烧器设备，其优选地包括：（a）燃烧器壁，其具有前纵向端；（b）空气流动通路，其延伸穿过所述燃烧器壁并被所述燃烧器壁围绕，所述空气流动通路用于穿过所述空气流动通路的燃烧空气流，所述燃烧空气流包括空气或空气和燃料的混合物，所述空气流动通路在所述燃烧器壁的所述前纵向端处具有前排出开口；以及（c）流动动量增强装置，其具有纵向轴线、后纵向端、前纵向端以及内部通路，所述内部通路穿过所述流动动量增强装置从所述流动动量增强装置的所述后纵向端纵向延伸到所述前纵向端。所述流动动量增强装置还包括装置壁，所述装置壁围绕所述流动动量增强装置的所述内部通路，并且从所述流动动量增强装置的所述后纵向端延伸到所述前纵向端。所述装置壁具有：（i）外表面，其从所述流动动量增强装置的所述后纵向端延伸到所述前纵向端；以及（ii）用于所述内部通路的内表面，所述内表面从所述流动动量增强装置的所述后纵向端延伸到所述前纵向端。所述装置壁的所述外表面在所述流动动量增强装置的所述前纵向端的后方的位置处具有最大横向外径或宽度。所述装置壁的所述外表面在所述流动动量增强装置的所述前纵向端处具有外径或宽度，所述外径或宽度小于所述最大横向外径或宽度。所述流动动量增强装置的所述后纵向端位于所述空气流动通路中，位于所述空气流动通路的所述前排出开口处，或者位于所述空气流动通路的前方。所述流动动量增强装置的所述内部通路限定了用于流动路径流的穿过所述流动动量增强装置的流动路径，所述流动路径流包括穿过所述空气流动通路的所述燃烧空气流的全部或一部分。

在另一方面，提供了一种减少来自燃烧器设备的NOx排放的方法，所述方法包括以下步骤：（a）通过被所述燃烧器设备的燃烧器壁围绕的空气流动通路来输送包括空气或空气和燃料的混合物的燃烧空气流，所述燃烧器壁具有前纵向端，所述空气流动通路在所述燃烧器壁的所述前纵向端处具有前排出开口，并且所述前排出开口具有内径或宽度，以及（b）使包括流过所述空气流动通路的所述燃烧空气流的全部或一部分的流动流沿流动动量增强装置的围绕的外表面并与之接触地流动，其中：（i）所述流动动量增强装置具有纵向轴线；（ii）所述流动动量增强装置具有后纵向端，所述后纵向端位于所述空气流动通路中，位于所述空气流动通路的所述前排出开口处，或者位于所述空气流动通路的前方；（iii）所述围绕的外表面在所述流动动量增强装置的前纵向端的后方的位置处具有最大横向外径或宽度；以及（iv）所述围绕的外表面在所述流动动量增强装置的所述前纵向端处具有外径或宽度，所述外径或宽度小于所述最大横向外径或宽度，使得随着所述围绕的外表面从所述最大横向外径或宽度的所述位置向前延伸，当所述围绕的外表面接近所述流动动量增强装置的所述前纵向端时，所述围绕的外表面的至少前纵向部分相对于所述流动动量增强装置的所述纵向轴线优选但不一定以直的或弯曲的方式向内会聚。

在步骤（b）中，使所述流动流越过所述围绕的外表面的所述最大横向外径或宽度并与之接触地流动，并且随后，沿所述围绕的外表面的向内会聚的前纵向部分并与之接触地流动，以围绕所述围绕的外表面的至少一部分和/或在所述流动动量增强装置的所述前纵向端处形成减压区域，所述减压区域将惰性燃烧产物吸入到所述减压区域中。

通过检查附图并阅读下面的具体实施方式，本发明的其他方面、特征和优点对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

附图说明

图1是本发明提供的燃烧器设备的实施例2的局部剖开的侧视图。

图2是本发明提供的流动动量增强装置的实施例8的示意性流动图。

图3是本发明的流动动量增强装置8的剖视图。

图4是本发明的燃烧器设备的替代构造90的示意性剖视图。

图5是本发明的燃烧器设备的替代构造100的示意性剖视图。

图6是侧剖视图，其示出了用于安装在本发明的燃烧器设备中的本发明的流动动量增强装置8的安装组件85的基部86和保持元件88。

图7是俯视剖视图，其示出了安装在本发明的燃烧器设备中的安装组件85的基部86。

图8是剖视图，其示出了安装在本发明的流动动量增强装置8的后纵向端上的安装组件85的外部连接元件87。

图9是本发明的燃烧器设备的替代构造120的示意性剖视图。

图10是本发明提供的流动动量增强装置的替代实施例130的剖视图。

图11是本发明提供的流动动量增强装置的替代实施例150的剖视图。

图12是本发明提供的燃烧器设备的替代实施例160的局部剖开的侧视图。

图13是本发明提供的燃烧器设备的替代实施例170的局部剖开的侧视图。

图14是本发明提供的燃烧器设备的替代实施例180的局部剖开的侧视图。

图15是本发明提供的燃烧器设备的替代实施例190的局部剖开的侧视图。

图16是本发明提供的流动动量增强装置的替代实施例200的剖视图。

图17是本发明提供的流动动量增强装置的替代实施例220的剖视图。

图18是本发明提供的引燃燃烧器组件的侧视图。

具体实施方式

在详细解释本发明之前，重要的是要理解，本发明在其应用上不限于本文所述的优选实施例和步骤的细节。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式来实践或执行。要理解的是，本文采用的措词和术语是出于描述而非限制的目的。

此外，除非另有规定，否则本文讨论的本发明的特征、结构和步骤可使用任何数量或类型的燃料喷射末端来有利地采用。另外，本文所述的本发明的燃烧器（a）可以是单级燃烧器或使用分级燃料和/或分级空气设计的燃烧器，并且（b）可向上、向下、水平或以通常任何其他期望的操作角度来定向。

图1-3中图示了本发明提供的燃烧器设备的第一实施例2。本发明的燃烧器2包括壳体4、燃烧器壁6和本发明的流动动量增强装置8。燃烧器壁6具有：纵向轴线9；后纵向端10；前纵向端12；以及燃烧空气通路或喉道14，其纵向地延伸穿过燃烧器壁6。燃烧空气通路14在燃烧器壁6的前纵向端12处具有前排出开口15。本发明的流动动量增强装置8可位于燃烧空气通路14中，部分地位于燃烧空气通路14中，位于燃烧空气通路14的前端处，或者位于燃烧空气通路14的前方。

本发明的燃烧器2被示出为穿过燃烧室18的壁16安装。本发明的燃烧器设备2可用于加热通常任何类型的燃烧加热系统的燃烧室18。燃烧室18填充有通过燃烧器燃烧过程在燃烧室18中产生的气态惰性燃烧产物（即，烟气）。

燃烧空气流20被接收在本发明的燃烧器2的壳体4中，并且被引导到燃烧器喉道14的后纵向端22中。进入壳体12的燃烧空气的量通过进气风门17来调节。燃烧空气流20可根据需要通过强制循环、自然通风、它们的组合或以本领域中采用的任何其他方式来提供到壳体12。燃烧空气流20将优选地通过强制通风来输送到本发明的燃烧器组件2。

如本文和权利要求中所使用的，除非另有说明，否则将理解的是，穿过空气流动通路14的燃烧空气流20可以是100%的空气，或者可以是燃烧空气与一种或多种其他组分的混合物，该其他组分例如但不限于燃料气体、外部再循环烟气、蒸汽、CO2和/或N2。此外，对于本文所公开的所有实施例和构造，将理解的是，本发明的燃烧器不仅限于使用空气作为燃烧的氧源。

燃烧器壁6优选地由高温耐火燃烧器砖瓦材料构成。然而，将会理解的是，本发明的燃烧器2的燃烧器壁6可替代地由炉底、金属带、耐火带或如下任何其他材料或结构形成或提供，即：所述其他材料或结构能够（a）提供通向燃烧加热系统的燃烧室18中的可接受的燃烧空气流动通路14，以及（b）承受其中的高温操作条件。

本发明的燃烧器2的空气流动通路/喉道14优选地被一个、两个、三个或更多个系列24a、24b、24c的外部喷射末端、喷嘴或其他燃料喷射器26a、26b或26c围绕，它们在燃烧器壁的外部喷射气体燃料、液体燃料或其组合，以便在初级燃烧区域中燃烧，该初级燃烧区域基本上开始于燃烧器壁6的前纵向端12处或其前方，并且还可选地在一个或多个后继的次级燃烧区域中燃烧，在本发明的燃烧器2中，每个喷射器26a、26b或26c被描绘为包括燃料喷射末端28a、28b或28c，该燃料喷射末端28a、28b或28c被固定在与燃料供应歧管32a、32b或32c连通的立管或其他燃料导管30a、30b或30c的端部上。每个燃料立管30a、30b和36c延伸穿过燃烧室18的壁16，并且随后，纵向穿过燃烧器壁6的围绕的外裙部部分32。可替代地，不是延伸穿过燃烧器壁6的外裙部32，一个或多个系列24a、24b和/或24c的燃料末端立管30a、30b或30c可在燃烧器壁结构的周围和外部延伸到燃烧室18中。

在如图1中所示的本发明的燃烧器设备2中，围绕并最靠近空气流动喉道14的系列24a的燃料喷射器26a优选地喷射气体或液体燃料，优选为气体燃料，以便在开始于燃烧器壁6的前端12处或附近的初级燃烧区域中燃烧。围绕第一系列24a的第二系列24b的燃料喷射器26b和围绕第二系列24b的第三系列24c的燃料喷射器26c优选地喷射气体或液体燃料，更优选为气体燃料，以便在跟随初级燃烧区域的一个或两个次级燃烧区域中燃烧。

当从燃料喷射器26a、26b和26c排出的燃料流在燃烧器壁6的外部流动时，来自炉罩18的烟气被夹带在喷射的燃料流中并与之混合。

另外，本发明的燃烧器2中所采用的燃烧器壁结构6优选地具有分层的外部形状，其中，燃烧器壁结构6的围绕的外裙部32的基部34的直径比前纵向端12要宽，并且其中，于基部34处开始并向前行进，燃烧器壁结构6的外部呈现出直径减小的会聚的多个系列的隔开的冲击边缘36a、36b和36c。外部冲击边缘36a、36b和36c提供了内部烟气与喷射的燃料流的增强的混合。

本发明的燃烧器设备2还包括一个或多个燃烧器引燃器（pilot）38a、38b、38c，以用于在燃烧器2的外端12处引发并维持燃烧。每个引燃器38a、38b和/或38c延伸穿过燃烧器喉道14，并且在其远端处具有引燃器燃烧末端40a、40b或40c，该引燃器燃烧末端40a、40b或40c优选地位于燃烧器壁6的前纵向端12处或附近。

本发明的燃烧器2的燃烧器壁6的横截面形状可以是圆形、方形、矩形、椭圆形或通常任何其他期望的形状。另外，本发明的燃烧器2中采用的一个或多个系列24a、24b、24c的燃料喷射器26a、26b、26c不需要完全围绕燃烧器壁6。例如，在本发明的燃烧器2用于炉侧壁位置或者必须特别地构造成提供特定的期望火焰形状的某些应用中，喷射器26a、26b或26c可能未完全地围绕燃烧器壁6。

本发明提供并用于本发明中的流动动量增强装置8的横截面形状将优选地对应于燃烧器壁6的横截面形状，使得例如（a）如果燃烧器壁6是圆形的，则本发明的装置8的横截面形状也将优选地是圆形的；（b）如果燃烧器壁6是矩形的，则本发明的装置8的横截面形状也将优选地是矩形的；（c）等。

如图1-3中所示，燃烧器设备2中所使用的本发明的流动动量增强装置8包括动量增强主体42，该动量增强主体42具有：纵向轴线44；后纵向端46；前纵向端48；纵向内部通路50，其穿过装置主体42从后纵向端46延伸到前纵向端48；装置主体42的壁52，该壁52围绕内部通路50；装置壁52的用于内部通路50的内表面54，该内表面54从后纵向端46延伸到前纵向端48；装置壁52的围绕的外表面56，该外表面56从后纵向端46延伸到前纵向端48；外部流动路径58，其用于穿过燃烧器壁6的空气流动通路14的燃烧空气流20的全部或第一部分；以及内部流动路径60，其用于燃烧空气流20的全部或第二部分。外部流动路径58沿流动动量增强装置8的外表面56并与之接触地从后纵向端46延伸到前纵向端48。内部流动路径60穿过流动动量增强装置8的内部通路50从后纵向端46延伸到前纵向端48。

如在图1-3中提供的流动动量增强装置8的纵向截面图中所见，装置8的壁52的纵向截面形状优选地是非对称的机翼翼型形状，其中，装置壁52的后纵向端46是圆形的，并且装置壁52的外表面56是纵向弯曲的表面，该表面包括：处于位置62处的最大横向外径或宽度，该位置62处于流动动量增强装置2的前纵向端48的后方；处于增强装置8的前纵向端48处的外径或宽度，该外径或宽度小于最大横向外径或宽度62；外表面56的初始纵向段64，当外表面56从后纵向端46延伸到最大横向外径或宽度的位置62时，该初始纵向段64相对于装置2的纵向轴线44向外弯曲；以及外表面56的前纵向段66，当外表面56从最大横向外径或宽度的位置62延伸到流动增强装置8的前纵向端48时，该前纵向段66相对于纵向轴线44向内弯曲。

因此，在该实施例中，流动动量增强装置8的外表面56的最大横向外径或宽度的纵向位置62位于增强装置8的后纵向端46的前方。另外，流动动量增强装置8的外表面56的最大横向外径或宽度的纵向位置62优选地位于横向平面68处或后方，该横向平面68：（a）垂直于纵向轴线44，并且（b）延伸穿过流动动量增强装置8的纵向中心点70（即，处于增强装置8的纵向后端46和前端48之间的中间的点70）。流动动量增强装置8的外表面56的最大横向外径或宽度的纵向位置62更优选地位于横向中心平面68的后方。

围绕流动动量增强装置8的纵向内部通路50的内表面54优选地包括直纵向段72，该直纵向段72：（a）在增强装置8的后纵向端46的前方隔开；（b）平行于增强装置8的纵向轴线44；并且（c）具有内径或宽度，该内径或宽度优选地小于增强装置8的后纵向端46处的内部通路50的内径或宽度。围绕纵向内部通路50的内表面54优选地还包括初始段74，该初始段74相对于纵向轴线44从增强装置8的后纵向端46到直纵向段72向内弯曲。另外，围绕纵向内部通路50的内表面54还可包括倾斜或弯曲的前边缘或段76，该前边缘或段76相对于纵向轴线44从直纵向段72的前端到流动动量增强装置8的前纵向端48向外成角度倾斜或弯曲。

作为示例，但不作为限制，将会理解的是，作为图1-3中所示的流动动量增强装置8的基本上“平底”的非对称机翼翼型形状的替代方案，增强装置8的围绕壁52的纵向截面形状可以是：（a）对称的机翼形状；（b）外表面和内表面具有不同拱曲宽度（camber width）的非对称、非平底的机翼形状；或（c）其他翼型形状。

根据本发明的方法，当穿过燃烧器壁6的空气流动通路14的燃烧空气流20到达流动动量增强装置8的后纵向端46时，本发明的增强装置8将燃烧空气流20分成：（a）流20的第一（外部）部分80，该部分80沿与增强装置8的外表面56接触的外部流动路径58纵向流动；以及（b）流20的第二（内部）部分82，该部分82沿内部流动路径60纵向流过增强装置8的内部通路50。

当外部流80沿外部流动路径58流动时，外部流80必须（a）沿外表面56的初始的向外弯曲的纵向段64并与之接触地行进，然后（b）越过外表面56的最大横向外径或宽度的位置62并与之接触地行进，并且随后（c）沿外表面56的向内弯曲的前纵向段66并与之接触地行进。因此，类似于飞机机翼的“升力”的产生，外部流80必须行进以到达流动动量增强装置8的前端48的距离大于内部流82所行进的距离，因而增加了外部流80的相对速度，并且在增强装置8的外表面56上和邻近和/或在其前纵向端48处形成减压区域84。该减压区域84从围绕燃烧器壁6的燃烧室18的内部抽吸惰性燃烧产物（烟气），以与燃烧空气流20以及与通过燃料喷射器26a、26b和/或26c输送到减压区域84的任何燃料混合。

在图1中，示出了本发明的燃烧器设备2，其中流动动量增强装置8被定位成使得（a）增强装置8的后纵向端46位于燃烧器壁6的前纵向端12处，并且（b）流动动量增强装置8相对于燃烧器壁6的空气流动通路14的前排出开口15居中。因此，在该构造中，流动动量增强装置8的纵向轴线44与燃烧器壁6的纵向轴线9同轴。

在图4中，示意性地图示了本发明的燃烧器设备2的替代构造90，其中，本发明的流动动量增强装置8的后纵向端46位于燃烧器壁6的空气流动通路14中。

在图5中，示意性地图示了更优选的替代构造100，其中，本发明的流动动量增强装置8的后纵向端46在燃烧器壁6的前纵向端12的前方隔开距离102。距离102将优选地处于从0.25英寸至6英寸的范围内，并且将更优选地处于从0.5英寸至4英寸的范围内。

图6-8中示出了用于本发明的流动动量增强装置8的安装组件85的示例。安装组件85包括：基部86；外部连接元件87；以及保持元件88，其从基部86延伸到外部连接元件87。基部86包括连接环89，其具有多个（优选为三个）支撑臂91，这些支撑臂91从支撑环89向外延伸，并且具有固定在燃烧器壁6中、其下方或后方的外端。类似地，外部连接元件87包括连接环92和多个（优选为三个）支撑臂93，这些支撑臂93从连接环92向外延伸，并且具有固定在流动动量增强装置8的后纵向端46中或固定到该后纵向端46的外端。保持元件88优选地是杆或者一段管或管道，其具有：（a）后端94，其螺接或以其他方式连接到基部连接环89；以及（b）前端95，其螺接或以其他方式连接到连接元件87的连接环92。

对于图1、图4和图5中所示的本发明的燃烧器设备2的每种构造，对圆形、方形、矩形或椭圆形的燃烧器壁6而言，本发明的流动动量增强装置8将优选地特征在于：a）增强装置8的最大横向外径或宽度106比空气流动通路14的前排出开口15的内径或宽度小1英寸至5.5英寸；（b）增强装置8的纵向长度108处于从5英寸至12英寸的范围内；以及（c）增强装置8的最小内径或宽度110比增强装置8的最大外径或宽度106小2.5英寸至8英寸。

图9中示意性地图示了本发明的燃烧器设备2的另一种构造120。图9中所示的构造120与图1、图4和图5中任一个中所示的构造相同或可与之相同，除了在构造120中，流动动量增强装置8相对于空气流动通路14的前排出开口15不居中。而是，在构造120中，增强装置8被定位成使得流动动量增强装置8的纵向轴线44相对于空气流动通路14的纵向轴线9偏置。例如，如果除了外部燃料喷射器26a、26b和/或26c中的一些或全部之外或者代替外部燃料喷射器26a、26b和/或26c中的一些或全部，在燃烧器壁6的空气流动通路14中定位单个偏置燃料喷口，则可使用如图9的构造120中所示的流动动量增强装置8的偏置定位。

作为本发明的燃烧器设备20的另一替代方案，本发明的流动动量增强装置8可用如图10中所示的增强装置的替代实施例130来代替，该替代实施例130与元件8相同，除了流动增强装置130没有穿过其延伸的内部通路。因此，穿过燃烧器壁6的空气流动通路14的所有燃烧空气流20在增强装置130的外部的纵向外部流动路径132中流动，该纵向外部流动路径132沿外表面134并与之接触地从流动动量增强装置130的后纵向端136行进到前纵向端138。当促使燃烧空气流沿与上面讨论的增强装置8的外部具有相同形状的外表面134并与之接触地行进时，再次在增强装置130的外表面134上和邻近和/或在其前纵向端138处形成减压区域140。该减压区域140从围绕燃烧器壁6的燃烧室40的内部抽吸惰性燃烧产物（烟气），以与燃烧空气流20以及与通过燃料喷射器26a、26b和/或26c输送到减压区域140的任何燃料混合。

作为燃烧器设备20的另一替代方案，本发明的流动动量增强装置8可用增强装置的替代实施例150来代替，该替代实施例150与装置8相同，除了流动增强装置150尺寸和位置设定成使得如图11中所示，穿过燃烧器壁6的空气流动通路14的所有燃烧空气流20必须流过穿过本发明的流动动量增强装置150延伸的纵向内部通路152。这在增强装置150的前纵向端156处形成减压区域154，该减压区域154从围绕燃烧器壁6的燃烧室18的内部抽吸惰性燃烧产物（烟气），以与燃烧空气流20以及与通过燃料喷射器26a、26b和/或26c输送到减压区域154的任何燃料混合。

图12中图示了本发明的燃烧器设备的另一替代实施例160。本发明的燃烧器设备160与图12中所示的燃烧器设备2相同，并且也可与图4、图5和图9中所示的本发明的燃烧器2的任何替代构造或实施例相同，除了：（a）燃烧器160的燃烧器壁164的前部162具有倾斜的外部，该倾斜的外部向内朝向燃烧器壁164的前纵向端166会聚；以及（b）燃烧器设备160被图示为仅具有围绕燃烧器壁164的单一系列的外部燃料喷射器168。

图13中图示了本发明的燃烧器设备的另一替代实施例170。本发明的燃烧器设备170与本发明的燃烧器160相同，除了在本发明的燃烧器170中，多个横向烟气通路172穿过燃烧器壁174延伸到燃烧器壁174的燃烧空气通路176，用于将内部燃烧产物从燃烧室40吸入到流过燃烧空气通路176的燃烧空气流中。

图14中图示了本发明的燃烧器设备的另一替代实施例180。本发明的燃烧器设备180与本发明的燃烧器160相同，除了本发明的燃烧器设备180还包括燃料立管182，该燃料立管182穿过燃烧器壁186的燃烧空气通路184延伸到初级燃料排出末端188。该初级燃料排出末端188可位于本发明的流动动量增强装置8中，位于本发明的流动动量增强装置8的前纵向端48处，位于该内部通路50的前方。

图15中图示了本发明的燃烧器设备的另一替代实施例190。本发明的燃烧器设备190与本发明的燃烧器180相同，除了本发明的燃烧器设备180在燃烧器壁192的外部没有外部燃料喷射器。

图16中图示了本发明的流动动量增强装置的替代实施例200。流动动量增强装置200可代替如图1、图4、图5、图9和图12-15中所示的任何实施例和构造中所使用的流动动量增强装置8。流动动量增强装置200将与流动动量增强装置8以基本上相同的方式操作，并且将与流动动量增强装置8具有相同的优选尺寸，除了：（a）增强装置200的外表面204的最大外径或宽度的位置202处于增强装置200的后纵向端206处；（b）装置200的壁208的外表面204具有锥形或其他直会聚形状（例如，方形或矩形燃烧器的直会聚侧壁），该形状从流动动量增强装置200的后纵向端206延伸到前纵向端210；以及（c）增强装置200的纵向延伸的内部通路212优选地具有直的、恒定的、圆形、方形、矩形、椭圆形或其他截面形状。纵向延伸的内部通路212优选地具有直圆柱形状。外表面204的会聚角214优选地处于从5°至30°的范围内。

作为用于如图1、图4、图5、图9和图12-15中所示的本发明的燃烧器的任何实施例和构造中的另一替代方案，流动动量增强装置8、130和200可用图17中所示的增强装置的替代实施例220来代替。增强装置220与装置200相同，除了流动动量增强装置220没有穿过其延伸的内部通路。因此，穿过燃烧器壁6的空气流动通路14的所有燃烧空气流20在增强元件220的外部的纵向外部流动路径222中流动，该纵向外部流动路径222沿外表面224并与之接触地从流动动量增强装置220的后纵向端226行进到前纵向端228。

本发明的燃烧器设备的另一实施例的示例是图18中所示的引燃燃烧器240。引燃燃烧器240包括：（a）空气和燃料导管242，其例如延伸到火炬塔顶部处的火炬头；（b）处于导管242的远端上的引燃燃烧器末端244；（c）引燃燃烧器末端244的围绕壁246，该围绕壁246围绕用于空气和燃料混合物的流动通路并且具有排出端248；（d）一个或多个点火器250，其用于点燃引燃燃烧器末端244中的空气和燃料混合物；以及（e）上述相同类型的本发明的流动动量增强装置8、130、200或220，其位于引燃燃烧器末端244的流动通路中，部分地位于该流动通路中，或位于该流动通路的前方。在本发明的引燃燃烧器240中，流动动量增强装置8、130、200或220操作以从引燃燃烧器240的末端244周围的燃烧环境中抽吸惰性燃烧产物。

因此，本发明非常适合于实现上面提到的目标并达到上面提到的以及其中固有的目的和优点。虽然出于本公开的目的已描述了当前优选的实施例和步骤，但是本发明在其应用上不限于这些优选的实施例和步骤的细节。对于本领域技术人员而言，许多改变和修改将是显而易见的。这样的改变和修改被涵盖在如权利要求所限定的本发明内。另外，除非明确说明，否则本文采用的措词和术语是出于描述而非限制的目的。

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