專利名稱：空氣火炬裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空氣火炬裝置和方法。
背景技術(shù)：
氣體火炬通常定位于生產(chǎn)設(shè)備、精煉廠、處理工廠等，用來去除可燃廢氣以及由于 通風(fēng)需要、停工、倒置和/或緊急情況而轉(zhuǎn)向的其它可燃?xì)饬鳌＿@種火炬通常需要以無煙方 式運(yùn)行，這已經(jīng)通過確保要排出和燃燒的可燃?xì)怏w(“閃耀氣體”)與足夠的空氣混合以將 氣體充分地氧化來實(shí)現(xiàn)。一種典型的火炬裝置包括延伸高出地面的火炬煙囪、以及安裝在 火炬煙囪上的火炬頭。在空氣輔助的火炬中，一個(gè)或更多鼓風(fēng)機(jī)用來將空氣鼓動(dòng)向上穿過火炬煙囪。在 蒸汽輔助的火炬中，蒸汽用來提供必要的原動(dòng)力和帶走能量以擴(kuò)增來自火炬裝置周圍的空 氣。一些火炬同時(shí)利用強(qiáng)迫通風(fēng)和蒸汽來實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果。除了以消除或顯著減少煙霧的方式設(shè)計(jì)和運(yùn)行之外，火炬需要設(shè)計(jì)和運(yùn)行為使得 避免內(nèi)部燃燒。內(nèi)部燃燒(即火炬頭和其它結(jié)構(gòu)內(nèi)的火炬氣和空氣部分的燃燒)會(huì)引起火 炬裝置具有相對較短的使用壽命。修理和/或更換火炬裝置或其零件是昂貴的并且會(huì)引起 相應(yīng)設(shè)施或工廠代價(jià)很大的中斷。在空氣輔助的火炬頭中，空氣由鼓風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇通過火炬頭的底部吹入。實(shí)現(xiàn)期望 程度燃燒所需空氣的化學(xué)計(jì)算量根據(jù)情況而變化。因此，鼓風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇的數(shù)目及其馬力根 據(jù)火炬的不同而不同?；鹁鏆獾牧魉俑鶕?jù)是什么引起火炬氣排出的而變化。通常，僅是在 設(shè)施或工廠中產(chǎn)生或使用的相對小百分比的總可燃?xì)怏w在任何給定時(shí)刻排出。另一方面， 在很多情況下，火炬裝置需要設(shè)計(jì)為適應(yīng)于工廠或設(shè)施的完全關(guān)閉，這要求大量可燃?xì)怏w 在相對短的時(shí)間內(nèi)排出。因而，設(shè)計(jì)很多火炬并且其包括適應(yīng)于相對高流速火炬氣所需數(shù) 量和尺寸的鼓風(fēng)機(jī)。在一種典型的火炬頭中，空氣和火炬氣通常同軸地排出至大氣。這種火炬頭依賴 于湍流和擴(kuò)散來將空氣和氣體充分地混合以用于穩(wěn)定的燃燒過程。不幸的是，這種混合系 統(tǒng)不會(huì)在所有情況下都最大可能地有效。風(fēng)和其它因素會(huì)阻止火炬氣流外面的外界大氣與 火炬氣相混合。在一些火炬中，火炬氣噴射入從火炬頭排出的燃燒空氣流內(nèi)部以將排出的燃燒空 氣打破為數(shù)個(gè)特定部分?；鹁鏆膺€圍繞排出的燃燒空氣/火炬氣流環(huán)狀地噴射。這種方法 是有效的，因?yàn)槠鋵⒒鹁鏆庵苯釉诨鹁骖^附近施加至火焰包圍物內(nèi)部。預(yù)混合或通氣的氣 流緊鄰地在火炬頭的出口附近和火焰包圍物內(nèi)部形成。然而，根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一 些情況下，火炬氣或火焰包圍物會(huì)在混合過程早期顯著地封蓋或抑制預(yù)混合或通氣的氣流 的流動(dòng)。這會(huì)最小化更加遠(yuǎn)離火炬頭排出端的能混合入火焰包圍物的排出燃燒空氣的量。也可以在氣體和空氣從火炬裝置排出并點(diǎn)燃之前在火炬裝置內(nèi)預(yù)混合火炬氣和 助燃空氣。然而，在某些情況下，這種方法會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部燃燒并且顯著縮短火炬頭的使用壽 命。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種用于排出火炬氣并將其在大氣中燃燒的火炬裝置。一種 改進(jìn)的火炬頭提供來與這種創(chuàng)造性的火炬裝置一起使用。還提供了一種在火炬裝置中閃耀 火炬氣和助燃空氣的混合物而沒有在將火炬氣和助燃空氣從火炬裝置排出之前在火炬裝 置內(nèi)預(yù)混合大部分的火炬氣和助燃空氣的方法。這種創(chuàng)造性的火炬頭包括火炬氣管道，以及與火炬氣管道相關(guān)聯(lián)的助燃空氣管 道?；鹁鏆夤艿腊ǖ谝欢恕⒌诙艘约皩⒌谝欢诉B接至第二端的側(cè)壁，其中火炬氣管道適 合于流體地連接至火炬氣源，并且火炬氣管道的第二端限定火炬氣排出開口?；鹁鏆夤艿?和火炬氣排出開口的尺寸足以允許所有將要排出并由火炬裝置燃燒的火炬氣通過火炬氣 排出開口排出。助燃空氣管道包括第一端、第二端以及將第一端連接至第二端的側(cè)壁，其中 所述助燃空氣管道適合于流體地連接至助燃空氣源，并且所述助燃空氣管道的所述第二端 限定助燃空氣排出開口。助燃空氣管道的結(jié)構(gòu)使得助燃空氣的標(biāo)準(zhǔn)柱通過助燃空氣排出開 口排出。這種創(chuàng)造性的火炬裝置的火炬氣排出開口和助燃空氣排出開口相對彼此定位為 使得基本上所有要排出并由火炬裝置燃燒的火炬氣能通過所述火炬氣排出開口向內(nèi)排出 進(jìn)入從助燃空氣排出開口排出的助燃空氣柱并且使得基本上所有排出的火炬氣能與排出 的助燃空氣或助燃空氣管道和火炬氣管道外側(cè)的外部大氣空氣相混合。這種創(chuàng)造性的方法包括以下步驟(a)將助燃空氣的標(biāo)準(zhǔn)柱從火炬裝置排出進(jìn)入大氣；(b)將基本上所有要由火炬裝置閃耀的火炬氣從火炬裝置排出進(jìn)入大氣并向內(nèi)進(jìn) 入排出的助燃空氣柱以使得基本上所有排出的火炬氣與排出的助燃空氣或火炬裝置外面 的外部大氣空氣相混合；以及(c)點(diǎn)燃排出的火炬氣、排出的助燃空氣以及外部大氣空氣的混合物。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以下具體描述之上將更容易清楚本發(fā)明的目標(biāo)、特點(diǎn)和優(yōu)
點(diǎn)ο


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的火炬裝置的正面剖視圖。圖2是沿著圖1的線2-2截取的橫截視圖。圖3是創(chuàng)造性的火炬裝置的一個(gè)構(gòu)造的正面視圖。圖4A是圖3所示火炬裝置的火炬頭的透視圖。圖4B是圖4A所示火炬裝置的正面剖視圖。圖4C是沿著圖4B的線4C-4C截取的橫截視圖。圖4D是沿著圖4B的線4D-4D截取的橫截視圖。圖4E是圖4A-4D所示火炬裝置的一部分的放大細(xì)節(jié)圖，示出助燃空氣管道和火炬 氣管道的高度和助燃空氣管道的液壓直徑之間的差別。圖5A和5B是示出這種創(chuàng)造性的火炬裝置的另外構(gòu)造的正面剖視圖。圖6A是示出這種創(chuàng)造性的火炬裝置的另一構(gòu)造的正面剖視圖。
圖6B是圖6A所示火炬裝置的一部分的放大細(xì)節(jié)圖。圖7A是示出這種創(chuàng)造性的火炬裝置的另一構(gòu)造的正面剖視圖。圖7B是圖7A所示火炬裝置的一部分的放大細(xì)節(jié)圖。圖8A是圖4A-4E所示火炬裝置的正面剖視圖，示出火炬氣能如何打漩。圖8B是沿著圖8A的線8B-8B截取的橫截視圖。圖9A-9C還示出能用來與這種創(chuàng)造性的火炬裝置一起使用的3D坐標(biāo)系統(tǒng)以描繪 與之相關(guān)的流動(dòng)機(jī)制。圖IOA是示出這種創(chuàng)造性的火炬裝置的另一實(shí)施例的正面剖視圖。圖IOB是沿著圖IOA的線10B-10B截取的橫截視圖。圖11是示出這種創(chuàng)造性的火炬裝置的又一實(shí)施例的透視圖。圖12和13是示出這種創(chuàng)造性的火炬裝置的一些可選構(gòu)造。圖14A示出由這種創(chuàng)造性的火炬裝置形成的火焰圖案。圖14B示出通過對這種創(chuàng)造性的火炬裝置進(jìn)行計(jì)算流體動(dòng)態(tài)模擬所預(yù)測的火炬 氣體積分?jǐn)?shù)輪廓。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖，并且尤其參照圖1和2，示出此前所用火炬裝置的一個(gè)示例并且總 體上用數(shù)字10標(biāo)識(shí)。如圖1所示，火炬頭12附接至火炬煙囪14的頂端和延伸穿過火炬煙 囪14用以將可燃?xì)怏w流引導(dǎo)至火炬頭12的可燃?xì)怏w管道16。引導(dǎo)組件18附接至火炬裝 置10用以點(diǎn)燃從火炬裝置排出的可燃?xì)怏w和空氣的混合物?，F(xiàn)有技術(shù)的火炬裝置10由具有排出端22的外部管狀元件20構(gòu)成。助燃?xì)怏w鼓 風(fēng)機(jī)24附接至火炬煙 14。如箭頭23所示，鼓風(fēng)機(jī)24引起空氣向上行進(jìn)穿過火炬煙囪 14并且進(jìn)入和穿過火炬頭12。具有排出端28的第一內(nèi)部管狀元件26定位于外部管狀元 件20內(nèi)并且在第一內(nèi)部管狀元件和外部管狀元件之間形成環(huán)狀的空氣排出空間30。具有 排出端34的第二內(nèi)部管狀元件32定位于第一內(nèi)部管狀元件26內(nèi)。第二內(nèi)部管狀元件32 在第二內(nèi)部管狀元件和第一內(nèi)部管狀元件26之間形成環(huán)狀的可燃?xì)怏w排出空間36。可燃 氣體排出空間36設(shè)置為與環(huán)狀的空氣排出空間30緊鄰。第二內(nèi)部管狀元件32還包括優(yōu) 選地用作另外的空氣排出空間40的內(nèi)部空間38。多個(gè)空氣偏轉(zhuǎn)器42和44布置于環(huán)狀的 空氣排出空間30和空氣排出空間40內(nèi)。如箭頭46所示，可燃?xì)怏w從可燃?xì)怏w排出空間36以環(huán)狀直出式排出進(jìn)入大氣，也 就是在與火炬裝置10的中心豎直軸線(縱軸)47大致平行的方向。偏轉(zhuǎn)器42和44引起 從空氣排出空間30和40排出的空氣與可燃?xì)怏w緊鄰地打漩，這防止排出的空氣以及環(huán)境 空氣進(jìn)入火炬裝置內(nèi)并與可燃?xì)怏w混合，從而就防止了其中的燃燒。附圖的圖1和2所示的現(xiàn)有技術(shù)的火炬裝置在1998年12月8日授權(quán)并通過參考 結(jié)合于此的美國專利No. 5，846，068中描述和示出。盡管這種火炬裝置在很多情況下是有 效的，但是仍然期望一種不同或補(bǔ)充的混合機(jī)制。根據(jù)本發(fā)明，火炬氣和火炬裝置外面的空氣的快速混合能以高效的方式實(shí)現(xiàn)。所 使用的混合方法允許火炬氣和助燃空氣在沒有在將火炬氣和助燃空氣從火炬裝置排出之 前在其內(nèi)預(yù)混合火炬氣和助燃空氣的重大部分之下有效地混合。
現(xiàn)在參照圖3，這種創(chuàng)造性的用于排出并在大氣中燃燒火炬氣的火炬裝置在其中 示出并且總體上用參考數(shù)字50標(biāo)識(shí)?；鹁嫜b置50包括火炬基部52、火炬煙 54、火炬頭 56、火炬氣輸送管道58、引導(dǎo)組件60以及助燃空氣鼓風(fēng)機(jī)62?；鹁婊?2包括基部平臺(tái)70以及多個(gè)由此延伸的基部臂72?；科脚_(tái)70能附 接至地面或某個(gè)其它結(jié)構(gòu)(未示出)?；勘?2附接至火炬煙囪54并且保持火炬煙囪離 開地面以允許空氣直接通過火炬煙囪的底部導(dǎo)入?；鹁鏌? 54是具有圓形橫截面的管道?；鹁鏌烜包括第一端74、第二端76以及 將第一端連接至第二端的側(cè)壁77。助燃空氣通過第一端74引導(dǎo)入火炬煙@ 54的內(nèi)部78 并且通過火炬煙囪的內(nèi)部引導(dǎo)至火炬頭56的內(nèi)部80。常規(guī)的連接凸緣79附接至火炬煙囪 54的第二端76。助燃空氣鼓風(fēng)機(jī)安裝在火炬煙囪54的內(nèi)部78內(nèi)鄰近其第一端74。鼓風(fēng)機(jī)迫使來 自火炬煙囪54的第一端74附近的大氣81的外部空氣進(jìn)入并穿過火炬煙囪54的內(nèi)部78 并且進(jìn)入和穿過火炬頭56的內(nèi)部80?；鹁鏆廨斔凸艿?8也是具有圓形橫截面的管道?；鹁鏆廨斔凸艿?8包括直接或 間接地附接至將要由火炬裝置50通氣的火炬氣源(未示出)的第一端82以及附接至火炬 頭56的第二端84?；鹁鏆馔ㄟ^火炬氣輸送管道58的內(nèi)部87被引導(dǎo)至火炬頭56。如這里 和權(quán)利要求中所使用的，“火炬氣”指的是將要由火炬裝置50排出且燃燒的可燃?xì)怏w。弓丨導(dǎo)組件60包括附接至火炬裝置50的引導(dǎo)燃料管道88、與引導(dǎo)燃料管道相聯(lián)系 的常規(guī)引導(dǎo)氣體一空氣混合器90、以及引導(dǎo)燃燒器92。引導(dǎo)燃料通過管道88 (管道88a)從 其源(未示出)引導(dǎo)至混合器90。混合器90將引導(dǎo)燃料與空氣混合。引導(dǎo)燃料和空氣的 混合物從混合器90通過管道88 (管道88b)引導(dǎo)至引導(dǎo)燃燒器92。引導(dǎo)點(diǎn)燃器(未示出) 連接至附接至火炬裝置50的點(diǎn)燃管道94，用以產(chǎn)生點(diǎn)燃火焰(未示出)。點(diǎn)燃火焰通過點(diǎn) 燃管道94引導(dǎo)至引導(dǎo)燃燒器92。雖然圖3中僅示出了一個(gè)引導(dǎo)組件60，但是本領(lǐng)域技術(shù) 人員將理解到，根據(jù)要燃燒的氣體數(shù)量和其它因素，能使用兩個(gè)或更多的這種組件?，F(xiàn)在參照圖4A至4E，火炬頭56包括火炬氣管道100和助燃空氣管道102?；鹁?頭56、火炬氣管道100和助燃空氣管道102分別包括豎直中心軸線103、104和105。豎直中 心軸線103、104和105也是各個(gè)管道的縱軸。除了圖11所示的實(shí)施例之外，火炬裝置50、 火炬氣管道100和助燃空氣管道102的豎直中心軸線(縱軸)103、104和105相同?；鹁?氣管道100還包括豎直外部軸線107，其大致平行于豎直中心軸線104。類似地，助燃空氣 管道102還包括豎直外部軸線109，其大致平行于豎直中心軸線105。如這里和所附權(quán)利要 求中使用的，與火炬裝置50相關(guān)地使用的方位術(shù)語比如“豎直”和“水平”是基于火炬裝置 如圖所示的方位?；鹁鏆夤艿?00具有圓形橫截面并且包括內(nèi)部106、第一端108、第二端110以及 將火炬氣管道的第一端連接至其第二端的側(cè)壁112?；鹁鏆夤艿?00的第二端110限定火 炬氣排出開口 114?；鹁鏆夤艿?00和火炬氣排出開口 114的尺寸足以允許將要排出并由 火炬裝置50燃燒的所有火炬氣通過火炬氣排出開口排出。側(cè)壁112鄰近火炬氣排出開口 114的部分115朝著助燃空氣管道102的豎直中心軸線105向內(nèi)漸細(xì)?；鹁鏆夤艿?00的 側(cè)壁112中包括開口 116?；鹁鏆廨斔凸艿?8的第二端84在側(cè)壁中的開口 116上附接至 火炬氣管道100的側(cè)壁112，從而允許火炬氣從火炬氣輸送管道的內(nèi)部87引導(dǎo)至火炬氣管道的內(nèi)部106?；鹁鏆夤艿?00的第一端108包括其中具有開口 120的底壁118。助燃空氣管道102具有圓形橫截面并且包括內(nèi)部126、第一端128、第二端130以 及將助燃空氣管道的第一端連接至其第二端的側(cè)壁132。助燃空氣管道102的第二端130 限定助燃空氣排出開口 134。助燃空氣管道102具有使得助燃空氣133的標(biāo)準(zhǔn)柱通過助燃 空氣排出開口 134排出的結(jié)構(gòu)。如這里和所附權(quán)利要求中所使用的，助燃空氣的標(biāo)準(zhǔn)柱的 意思是其中不包括大量火炬氣的助燃空氣流或柱(也就是，其中包括的火炬氣的量不會(huì)足 以在從火炬裝置排出之前在火炬裝置內(nèi)形成助燃空氣和火炬氣的可燃混合物的助燃空氣 流或柱)。大量的火炬氣(也就是，火炬氣的量足以在助燃空氣管道102內(nèi)形成助燃空氣 和火炬氣的可燃混合物)沒有與在助燃空氣管道102內(nèi)的助燃空氣相混合或從助燃空氣管 道102內(nèi)直接噴射入通過助燃空氣排出開口 134排出的助燃空氣柱的內(nèi)部。優(yōu)選地，沒有 火炬氣在助燃空氣管道102內(nèi)與助燃空氣相混合或者從助燃空氣管道102內(nèi)直接噴射入通 過助燃空氣排出開口 134排出的助燃空氣柱的內(nèi)部。側(cè)壁132鄰近助燃空氣排出開口 134的部分135朝著助燃空氣管道102的豎直中 心軸線105和整個(gè)火炬頭56的豎直中心軸線103向內(nèi)漸細(xì)。助燃空氣管道102的第一端 128包括與之附接的凸緣136，其與附接至火炬煙囪54的第二端76的凸緣79互補(bǔ)。凸緣 136連接至凸緣79以將助燃空氣管道102的第一端128密封地連接至火炬煙@ 54的第二 端76以使得助燃空氣管道的內(nèi)部126與火炬煙囪的內(nèi)部78流體相通。助燃空氣管道102定位于火炬氣管道100內(nèi)以使得助燃空氣管道的第二端130稍 微延伸超過火炬氣管道的第二端110。換言之，助燃空氣管道102的高度稍大于火炬氣管道 100的高度。如這里和所附權(quán)利要求中使用的，火炬氣管道100、助燃空氣管道102或任何 其它部件的“高度”意思是管道沿著火炬頭56的豎直中心軸線103延伸入大氣81的程度。 助燃空氣管道102不是一直延伸入火炬氣管道100。具體地，助燃空氣管道延伸穿過火炬氣 管道100的底壁118中的開口 120以使得助燃空氣管道的第一端128定位于火炬氣管道的 第一端108之下。助燃空氣管道102至少部分同心地布置于火炬氣管道100內(nèi)。由于助燃空氣管道102定位于火炬氣管道100內(nèi)，環(huán)形的火炬氣排出空間140在 火炬氣管道的內(nèi)部106內(nèi)圍繞助燃空氣管道延伸。助燃空氣管道102的內(nèi)部126用作助燃 空氣排出空間142。墊圈146包括在火炬氣管道100的底壁118開口 120的邊緣147中或 與之相鄰，以在側(cè)壁132和開口 120的邊緣147之間形成密封以便防止火炬氣由此泄漏。如圖4A和4B(還有下述圖8A、11和14B)中的箭頭150所示，助燃空氣133的標(biāo) 準(zhǔn)柱被引導(dǎo)通過助燃空氣管道102的助燃空氣排出空間142 (內(nèi)部126)并且通過其助燃空 氣排出開口 134排出進(jìn)入大氣81。助燃空氣排出空間142(內(nèi)部126)內(nèi)的助燃空氣的中心 部分152從助燃空氣排出開口 134軸向地排出。助燃空氣排出空間142(內(nèi)部126)內(nèi)的助 燃空氣的外部環(huán)狀部分154由側(cè)壁132與助燃空氣排出開口 134相鄰的向內(nèi)漸細(xì)部分135 朝著助燃空氣的中心部分152向內(nèi)導(dǎo)向。如下進(jìn)一步描述的，盡管助燃空氣柱在通過助燃 空氣排出開口 134排出進(jìn)入大氣81時(shí)是助燃空氣的標(biāo)準(zhǔn)柱，但是一旦其通過助燃空氣排出 開口排出，就無需保持標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)閬碜曰鹁鏆馀懦鲩_口 114的火炬氣與之相混合。助燃空氣 柱133盡管在通過助燃空氣排出開口 134排出之后無需是助燃空氣的標(biāo)準(zhǔn)柱，但是其向上 穿過火焰直到助燃空氣被耗盡。基本上所有要由火炬裝置50排出并燃燒的火炬氣被引導(dǎo)通過火炬氣管道100的環(huán)狀火炬氣排出空間140(內(nèi)部106)并通過火炬氣管道的火炬氣排出開口 114作為火炬氣 流162排出進(jìn)入大氣81。如這里和所附權(quán)利要求中所使用的，“基本上所有”的排出火炬氣 意思是要由火炬裝置50排出并燃燒的所有火炬氣，其可忽略的部分除外(也就是，要由火 炬裝置50排出并燃燒的所有火炬氣，其量可能不足以在助燃空氣管道102內(nèi)形成助燃空氣 和火炬氣的可燃混合物的火炬氣除外)。換言之，任何要由火炬裝置50排出并燃燒的在助 燃空氣管道102與助燃空氣混合的火炬氣不足以在助燃空氣管道內(nèi)形成可燃混合物。優(yōu)選 地，并且如附圖中的箭頭160所示，所有(100%)要由火炬裝置50排出并燃燒的火炬氣被 引導(dǎo)通過火炬氣管道100的環(huán)狀火炬氣排出空間140 (內(nèi)部106)并通過火炬氣管道的火炬 氣排出開口 114作為火炬氣流162排出進(jìn)入大氣81。由于火炬氣排出開口 114和助燃空氣排出開口 134相對彼此的定位以及火炬氣管 道100的側(cè)壁112的向內(nèi)漸細(xì)部分115，火炬氣流162通過火炬氣排出開口 114圍繞通過助 燃空氣管道102的助燃空氣排出開口 134排出的助燃空氣柱133向內(nèi)(朝著助燃空氣管道 102的豎直中心軸線105)排出進(jìn)入其中。如這里和所附權(quán)利要求中所使用的，“圍繞”通過 助燃空氣排出開口 134排出的助燃空氣柱133的意思是完全包圍助燃空氣柱、部分地包圍 助燃空氣柱或間斷地包圍助燃空氣柱。如所示，火炬氣流162優(yōu)選地通過火炬氣排出開口 114以環(huán)狀模式完全圍繞從助燃空氣排出開口 134排出的助燃空氣柱133排出。由于火炬氣排出開口 114和助燃空氣排出開口 134相對彼此的定位，火炬氣流162 通過火炬氣排出開口 114圍繞通過助燃空氣排出開口 134排出的助燃空氣柱133向內(nèi)排出 進(jìn)入其中，其方式為引起排出的火炬氣與排出的助燃空氣相混合。由于火炬氣排出開口 114 和助燃空氣排出開口 134相對彼此的定位，基本上所有的排出火炬氣(也就是，由火炬裝置 50排出的所有火炬氣，可能其量將不足以在助燃空氣管道102內(nèi)形成助燃空氣和火炬氣的 可燃混合物的火炬氣除外)與排出的助燃空氣或者助燃空氣管道102和火炬氣管道100外 面的外部大氣空氣相混合。要由火炬裝置50排出并燃燒的火炬氣和助燃空氣充分地混合 在一起，無需在將火炬氣和助燃空氣從火炬裝置排出之前在火炬裝置內(nèi)(例如在助燃空氣 管道102或火炬氣管道100內(nèi))將大部分的火炬氣(也就是其量足以形成可燃混合物的火 炬氣)與助燃空氣相混合?；鹁骖^56的排出端的外周用作空氣和氣體的混合點(diǎn)。這樣，能 最小化或避免例如內(nèi)部燃燒和反點(diǎn)火。由于火炬氣從火炬氣排出開口 114向內(nèi)(朝著助燃空氣管道102的豎直中心軸線 105)排出進(jìn)入從助燃空氣管道102的助燃空氣排出開口 134排出的助燃空氣柱133的事 實(shí)，大部分(優(yōu)選地全部)的排出火炬氣流162穿入助燃空氣柱133。這引起排出的火炬氣 流162被排出助燃空氣流或柱133分裂或切碎，這促進(jìn)了基本上所有排出的火炬氣與排出 助燃空氣或助燃空氣管道外面的外部大氣空氣快速有效的混合。如這里和所附權(quán)利要求中 所使用的，外部大氣空氣意思是來自火炬氣排出開口 114和助燃空氣排出開口 134周圍的 大氣的空氣。通過使混合過程在助燃空氣管道102和火炬氣管道100外面發(fā)生，火炬氣流在 一側(cè)暴露至從助燃空氣排出開口 134排出的助燃空氣并且在另一側(cè)暴露至來自大氣81的 外部空氣。對于火炬氣提供了兩個(gè)截然不同的空氣混合表面。這實(shí)際上大致翻倍了氣體和 空氣的界面面積，因?yàn)榄h(huán)狀氣體流現(xiàn)在在其界面的內(nèi)表面和外表面都有空氣。外部空氣被 拉入排出的火炬氣和助燃空氣流。排出的火炬氣流162的速度有助于將空氣拉入混合物。 大量空氣在排出和混合的點(diǎn)處可用。于是，出現(xiàn)非常快速有效的混合過程。
通過助燃空氣管道102的助燃空氣排出開口 134排出的助燃空氣的標(biāo)準(zhǔn)柱133的 質(zhì)量足以引起大部分的助燃空氣柱向上穿過至少其最初遇到的排出的火炬氣的部分。于 是，排出的助燃空氣不易于在早期被火炬氣封蓋，從而允許大量排出的助燃空氣被輸送并 更加遠(yuǎn)離火炬頭的排出端與火炬氣相混合。助燃空氣管道102的第二端130大致鄰近火炬氣管道100的第二端110。助燃空 氣管道102的高度能等于、大于或小于火炬氣管道100的高度。然而，為了確保大部分的火 炬氣不在將火炬氣和助燃空氣從火炬裝置排出之前在火炬裝置50內(nèi)與助燃空氣相混合， 火炬氣管道100的高度相對于助燃空氣管道102的高度受限。具體地，如果助燃空氣管道 102的高度小于火炬氣管道100的高度，助燃空氣管道和火炬氣管道的高度之間的差值與 助燃空氣管道的液壓直徑的比率不大于0. 05。優(yōu)選地，在助燃空氣管道102的高度小于火 炬氣管道100的高度的情況下，助燃空氣管道和火炬氣管道的高度之間的差值與助燃空氣 管道的液壓直徑的比率不大于0. 02。更優(yōu)選地，助燃空氣管道102的高度等于或大于火炬 氣管道100的高度。最優(yōu)選地，助燃空氣管道102的高度大于火炬氣管道100的高度并且 助燃空氣管道和火炬氣管道的高度之間的差值與助燃空氣管道的液壓直徑的比率為大約 0. 01。如這里和所附權(quán)利要求所使用的，助燃空氣管道102的液壓直徑定義為助燃空氣管 道的橫截面積除以助燃空氣管道的浸潤周邊(也就是助燃空氣排出開口 134的周邊)所得 到的值的四倍。在助燃空氣管道具有圓形橫截面的情況下，如圖4A-4E所示，液壓直徑等同 于助燃空氣管道的直徑。如圖4A、4B和4E所示，所示火炬裝置50的助燃空氣管道102的高度稍大于該火炬 裝置的火炬氣管道100的高度，也就是，相比火炬氣管道沿著火炬裝置的豎直中心軸線104 延伸入大氣81，助燃空氣管道沿著火炬裝置的豎直中心軸線稍微更遠(yuǎn)地延伸入大氣。具體 地參照圖4E，將描述所示火炬裝置50中助燃空氣管道和火炬氣管道的高度之間的差值與 助燃空氣管道的液壓直徑的比率。假定助燃空氣管道102和火炬氣管道100的高度之間的 差值，圖4E中用“L”示出，為0. 375英寸，并且助燃空氣管道的液壓直徑，圖4E中用“D”示 出，為29. 625英寸，那么助燃空氣管道和火炬氣管道的高度之間的差值與助燃空氣管道的 液壓直徑的比率為大約0. 01。助燃空氣管道102和火炬氣管道100的相對高度能在上述參 數(shù)范圍內(nèi)變化。火炬氣管道100的側(cè)壁112鄰近火炬氣排出開口 114的部分115優(yōu)選地從火炬氣 管道的豎直外部軸線107朝著助燃空氣管道102的豎直中心軸線105以一個(gè)角度向內(nèi)漸 細(xì)，這個(gè)角度在附圖中示出為角度α，在從大約10°至大約90°的范圍內(nèi)。角度α更優(yōu)選 地在從大約25°至大約45°的范圍內(nèi)。在角度α為大約25°或更大時(shí)，能發(fā)生更大程度 的混合。大約45°或更小的角度α有助于確保在助燃空氣不能被迫進(jìn)入火炬頭的情況下 (例如在動(dòng)力損失的情況下)火炬在沒有回流之下操作。回流會(huì)在地面水平形成未燃燒可 燃?xì)怏w的不利且危險(xiǎn)的狀況。在圖4Α-4Ε所示的實(shí)施例中，并且如圖4Β最好地示出，角度 α為大約35°。角度α如附圖所示大致相當(dāng)于火炬氣從火炬氣排出開口 114排出向內(nèi)進(jìn) 入從助燃空氣排出開口 134排出的助燃空氣的角度。助燃空氣管道102的側(cè)壁132鄰近助燃空氣排出開口 134的部分135優(yōu)選地從助 燃空氣管道的豎直外部軸線109朝著助燃空氣管道102的豎直中心軸線105以一個(gè)角度向 內(nèi)漸細(xì)，這個(gè)角度在附圖中示出為角度β，在從大約10°至大約90°的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，角度 β 與角度 α 相差不超過大約 15° (within about 15° of the angle alpha(a))， 并且小于大約45°。在圖4A-4E所示的實(shí)施例中，并且如圖4B最好地示出，角度β為大約 35°。角度β如附圖所示大致相當(dāng)于助燃空氣的外部環(huán)狀部分從助燃空氣排出開口 134 排出進(jìn)入大氣81的角度。側(cè)壁132的部分135朝著助燃空氣管道102的豎直中心軸線105 向內(nèi)漸細(xì)的目的是幫助燃料和空氣的混合?？梢孕纬煽s流(vena contracta)，在一定程度 上幫助引導(dǎo)火炬氣進(jìn)入助燃空氣柱。在圖3-7B所示的構(gòu)造中，單個(gè)火炬氣輸送管道58用來將要由火炬裝置50導(dǎo)通的 火炬氣輸送至火炬頭56?；鹁鏆獗灰龑?dǎo)通過火炬氣輸送管道58的內(nèi)部87通過火炬氣管道 的側(cè)壁112中的開口 116并進(jìn)入環(huán)狀火炬氣排出空間140。為了確?；鹁鏆庠谄渫ㄟ^火炬 氣排出開口 114排出進(jìn)入大氣之前在環(huán)狀火炬氣排出空間140中相當(dāng)均勻地分布，火炬氣 管道100還包括流量分布元件170。在附圖所示的實(shí)施例中，流量分布元件170是附接至助 燃空氣管道102的側(cè)壁132的外側(cè)174的環(huán)狀板172。環(huán)狀板172優(yōu)選地附接至助燃空氣 管道102的側(cè)壁132并且與火炬氣管道100的側(cè)壁112中的開口 116的頂部176相鄰地定 位于環(huán)狀火炬氣排出空間140內(nèi)。環(huán)狀板172從助燃空氣管道102的側(cè)壁132垂直地延伸 進(jìn)入大約一半的環(huán)狀火炬氣排出空間140，從而在環(huán)狀板172的最外邊緣180和火炬氣管 道100的側(cè)壁112的內(nèi)側(cè)182之間留下空間178。因而，當(dāng)火炬氣由火炬氣輸送管道58通 過火炬氣管道100的側(cè)壁112中的開口 116輸送進(jìn)入環(huán)狀火炬氣排出空間140時(shí)，環(huán)狀板 172有助于在整個(gè)環(huán)狀火炬氣排出空間中將火炬氣圍繞助燃空氣管道102分布。分布的火 炬氣穿過環(huán)狀板172的最外邊緣180和火炬氣管道100的側(cè)壁112的內(nèi)側(cè)182之間的環(huán)狀 空間178并且最終穿過火炬氣排出開口 114進(jìn)入大氣?，F(xiàn)在參照圖5A、5B、6A、6B、7A和7B，將描述火炬氣管道100和助燃空氣管道102的
各種構(gòu)造。圖5A和5B示出當(dāng)助燃空氣管道102的高度小于火炬氣管道100的高度時(shí)火炬氣 管道100的高度相對于助燃空氣管道102的高度的變化。在圖5A中，助燃空氣管道和火炬 氣管道100的高度之間的差與助燃空氣管道的液壓直徑之間的比率為大約0. 05。在圖5B 中，助燃空氣管道102和火炬氣管道100的高度之間的差與助燃空氣管道102的液壓直徑 之間的比率為大約0. 02。例如，在圖5A所示的構(gòu)造中，助燃空氣管道102和火炬氣管道100 的高度之間的差，在圖5A中用“L”示出，為1. 5英寸，并且助燃空氣管道102的液壓直徑， 在圖5A中用“D”示出，為29. 625英寸。在圖5B所示的構(gòu)造中，助燃空氣管道102和火炬 氣管道100的高度之間的差，在圖5B中用“L”示出，為0. 5英寸，并且助燃空氣管道102的 液壓直徑，在圖5B中用“D”示出，為29. 625英寸。在圖5A所示的構(gòu)造和圖5B所示的構(gòu)造 中，助燃空氣管道102和火炬氣管道100的相對高度都沒有使得大部分的火炬氣在將火炬 氣和助燃空氣從火炬裝置50中排出之前在火炬裝置50中與助燃空氣相混合。而且，火炬氣管道100的側(cè)壁112的內(nèi)側(cè)182和助燃空氣管道10的側(cè)壁132的外 側(cè)174之間的水平距離，也就是，環(huán)狀火炬氣排出空間140的寬度186，可變化。減小寬度 186可允許火炬裝置50的性能針對無煙能力進(jìn)行優(yōu)化。增大寬度186可允許更大的液壓能 力。圖6A、6B、7A和7B示出角度α和角度β能如何變化。在圖6Α和6Β所示的構(gòu)造 中，角度α是75°，并且角度β是75°。如圖6Β最好地示出，在圖6Α和6Β所示的構(gòu)造中，助燃空氣管道102的高度小于火炬氣管道100的高度。助燃空氣管道102和火炬氣管 道100的高度之間的差與助燃空氣管道102的直徑之間的比率為大約0. 01。圖7A和7B示出其中角度α是20°并且角度β是20°的構(gòu)造。再次，如圖7Β 最好地示出，助燃空氣管道102的高度大于火炬氣管道100的高度。助燃空氣管道102和 火炬氣管道100的高度之間的差與助燃空氣管道102的直徑之間的比率為大約0. 01。現(xiàn)在參照圖8Α和8Β，示出并將描述火炬裝置50的另一構(gòu)造。在這個(gè)構(gòu)造中，火炬 氣相對于火炬氣管道100的豎直中心軸線104以一角度噴射入火炬氣管道100以將徑向速 度賦予火炬氣并且引起火炬氣在環(huán)狀火炬氣排出空間140內(nèi)打漩并且以打漩的方式從火 炬氣排出開口 114排出。火炬氣以打漩的方式從火炬氣排出開口 114排出引起火炬氣圍繞 通過助燃空氣排出開口 134排出的助燃空氣柱133打漩并進(jìn)入其中。打漩的火炬氣具有軸 向速度、徑向速度和切向速度。在圖8Α和8Β所示的構(gòu)造中，火炬氣管道100的側(cè)壁112包括一對切向入口 190， 每個(gè)都從火炬氣管道100的側(cè)壁112向外延伸。每個(gè)入口 190包括附接于其上的凸緣192。 單獨(dú)的火炬氣輸送管道58 (未示出)能與每個(gè)入口 190—起使用。具體地，每個(gè)火炬氣輸 送管道58的第二端84能包括附接于其上的凸緣，該凸緣附接至相應(yīng)入口 190的凸緣以將 火炬氣輸送管道流體地連接至環(huán)狀火炬氣排出空間140。如所示，火炬氣通過入口 190噴 射入火炬氣管道相對于豎直中心軸線104所成的角度為大約90°。在環(huán)狀火炬氣排出空 間140內(nèi)將切向速度賦予火炬氣并引起火炬氣在其中打漩就在緊鄰助燃空氣排出開口 134 的上方形成低壓區(qū)域，這減小了助燃空氣排出開口上方的靜壓力。低壓區(qū)域通過使得來自 大氣的助燃空氣和來自助燃空氣排出開口的助燃空氣朝著低壓區(qū)域流動(dòng)來促進(jìn)混合。這種 混合提高了這種創(chuàng)造性的火炬裝置的無煙性能。如果期望，可以僅使用一個(gè)入口或兩個(gè)以 上的入口 190。來自助燃空氣排出開口的助燃空氣也能打漩。例如，已知為渦旋葉片的螺 旋梯或通道可增加至火炬氣管道100或助燃空氣管道102以將渦旋賦予流過其中的各個(gè)氣 流?？諝鈫为?dú)可以打漩，火炬氣體單獨(dú)可以打漩，或者空氣和火炬氣都可以打漩。在后一情 況下，空氣和火炬氣可以在相同方向或相反方向上打漩。如果一個(gè)氣流在順時(shí)針方向上打 漩而另一個(gè)在逆時(shí)針方向上打漩，就產(chǎn)生了相反的打漩。具體地參照圖4Α和9Α、9Β和9C，將進(jìn)一步描述上述混合和打漩機(jī)制。圖4Α和9Α、 9Β和9C示出相應(yīng)于這種創(chuàng)造性的火炬裝置50的3D坐標(biāo)系統(tǒng)并且示出與之相關(guān)的某些流 動(dòng)矢量。如所示，這種創(chuàng)造性的火炬裝置50包括軸向坐標(biāo)(流動(dòng)分量)200、徑向坐標(biāo)(流 動(dòng)分量)202和切向坐標(biāo)(流動(dòng)分量)204。這些坐標(biāo)(下文中稱為“流動(dòng)分量”)由圖9Α最 好地示出。軸向流動(dòng)分量200分別與整個(gè)火炬裝置、火炬氣管道100和助燃空氣管道102的 豎直中心軸線103、104和105重合。徑向流動(dòng)分量202朝著豎直中心軸線103、104和105 延伸并且與它們正交，也就是其延伸線與豎直中心軸線103、104和105形成90°的角度。 切向流動(dòng)分量204從助燃空氣排出開口 134的周邊與徑向分量成90°導(dǎo)向。這三個(gè)分量足 以描述三維中任何方向的運(yùn)動(dòng)并且涉及本領(lǐng)域技術(shù)人員公知為“柱坐標(biāo)”系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)。圖9Α示出與火炬裝置50相關(guān)地將三維流動(dòng)矢量210分別分解為軸向、徑向和切 向流動(dòng)分量200、202和204。如所示，流動(dòng)矢量210由于切向分量的緣故偏離火炬裝置50 的豎直中心軸線103?？蛇x地或等同地，如果軸向、徑向和切向流動(dòng)分量在矢量210的所示 原點(diǎn)處施加，則將產(chǎn)生矢量210。
為了將排出的火炬氣流162導(dǎo)向入由這種創(chuàng)造性的火炬裝置所排出的助燃空氣 流中，排出的火炬氣包括徑向流動(dòng)分量。助燃空氣從助燃空氣排出開口 134以直出的模式 沿著豎直中心軸線104和軸向流動(dòng)分量200排出，并且除了相對小的外部環(huán)狀部分154之 外，助燃空氣流中基本上沒有徑向分量。由于從火炬氣排出開口 114排出的火炬氣流中的 徑向分量的緣故，排出的火炬氣將被導(dǎo)向入從助燃空氣排出開口 134排出的助燃空氣流或 柱133并與之混合。作為進(jìn)一步說明，當(dāng)排出的火炬氣的流動(dòng)方向沒有與火炬氣管道100的豎直中心 軸線104完美地對準(zhǔn)時(shí)，存在切向分量。如果足夠部分的火炬氣在助燃空氣排出開口的周 邊具有切向分量，就形成渦旋流動(dòng)模式。圖9C示出當(dāng)所繪矢量212繞著圓周對稱時(shí)產(chǎn)生的 渦旋(典型的)。為了示出的目的，僅示出了六個(gè)矢量212。如所示，由于切向分量的緣故 產(chǎn)生渦旋，雖然流動(dòng)在很大程度上是軸向的，更少程度的徑向，甚至更小程度的切向(如圖 9A中每個(gè)分量矢量的尺寸所示)。簡言之，與排出的助燃空氣的徑向分量(如果有的話) 相比，排出的火炬氣的更大的徑向分量引起排出的火炬氣被導(dǎo)向入排出的助燃空氣，并且 切向分量中的差提供了渦旋，而不管這些分量是否疊加在軸向流動(dòng)上。由于通過助燃空氣 排出開口 134的助燃空氣流具有主要為軸向的流動(dòng)，甚至排出的火炬氣中不大的徑向分量 將會(huì)引起混合，并且切向分量將會(huì)與每個(gè)的強(qiáng)度成正比例地形成渦旋?，F(xiàn)在參照圖IOA和10B，示出了火炬裝置50的可選構(gòu)造。在這個(gè)構(gòu)造中，代替圓形 橫截面，火炬氣管道100和助燃空氣管道102每個(gè)具有正方形橫截面。助燃空氣管道102 至少部分地布置于火炬氣管道100內(nèi)以使得管道的豎直中心軸線103和104重疊。在計(jì)算 助燃空氣管道102和火炬氣管道100的高度之間的差的比率時(shí)，使用助燃空氣管道的液壓 直徑(而不是直徑)。術(shù)語“液壓直徑”在上面定義。除了圓形和正方形橫截面之外，火炬 裝置50的火炬氣管道100和助燃空氣管道102也能具有其它橫截面形狀。在上述火炬裝置50的構(gòu)造中，助燃空氣管道102至少部分地布置于火炬氣管道 100內(nèi)，從而在助燃空氣管道和火炬氣管道之間形成例如環(huán)狀或方形火炬氣排出空間140。 然而，也能使用其它構(gòu)造的火炬裝置。例如，如圖11所示，火炬裝置50的助燃空氣管道102 和火炬氣管道100能具有線性構(gòu)造。如圖11所示，火炬氣管道100和助燃空氣管道102均具有矩形橫截面。助燃空氣 管道102附接至火炬氣管道100并且定位為與之直接相鄰?；鹁鏆夤艿?00的側(cè)壁112的 后部220包括與火炬氣排出開口 114相鄰朝著火炬氣管道的豎直中心平面223向內(nèi)漸細(xì)的 部分222。如同上述構(gòu)造中那樣，火炬氣排出開口 114和助燃空氣排出開口 134相對彼此定 位為使得基本上所有(優(yōu)選地所有)要由火炬裝置排出并燃燒的火炬氣能通過火炬氣排出 開口向內(nèi)排出進(jìn)入從助燃空氣排出開口排出的助燃空氣柱133并與之相混合?；鹁鏆馀懦?開口 114和助燃空氣排出開口 134相對彼此定位為使得基本上所有(優(yōu)選地所有)排出的 火炬氣與排出的助燃空氣或助燃空氣管道102和火炬氣管道100外面的外部大氣空氣相混 合?；鹁鏆夤艿?00的側(cè)壁112與火炬氣排出開口 114相鄰的部分222優(yōu)選地朝著助燃空 氣管道102的豎直中心軸線105以一個(gè)角度向內(nèi)漸細(xì)，這個(gè)角度在從大約10°至大約90° 的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在從大約25°至大約45°的范圍內(nèi)。圖12和13示出整個(gè)火炬裝置50的可選構(gòu)造。圖12和13所示火炬裝置50的火 炬頭56具有與附圖的圖3和4A-4E所示的火炬頭相同的構(gòu)造。然而，在圖12所示的構(gòu)造中，火炬煙囪54的第一端74包括雙入口 228A和228B，每個(gè)具有定位于其中的助燃空氣鼓 風(fēng)機(jī)62。這允許例如一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)在低待機(jī)狀態(tài)下操作而另一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)關(guān)閉，從而降低與火 炬裝置50相關(guān)的總體備用助燃空氣鼓風(fēng)機(jī)馬力。在圖13中，火炬氣輸送管道58包括具有不同構(gòu)造的部分。在這個(gè)構(gòu)造中，火炬氣 輸送管道58的下部230圍繞火炬煙囪54延伸并包圍火炬煙囪54 ；也就是，火炬煙囪54至 少部分地定位于火炬氣輸送管道58內(nèi)，在火炬煙@ 54的外側(cè)234和火炬氣輸送管道的內(nèi) 側(cè)236之間形成環(huán)狀火炬氣輸送空間232?；鹁鏆廨斔凸艿?8的下部230包括第一端238、 第二端240和將第一端連接至第二端的側(cè)壁242。第二端240圍繞火炬煙@ 54密封。側(cè)壁 242包括在其中的開口 244?；鹁鏆廨斔凸艿?8的下部230的第一端238流體地連接至火 炬氣源(未示出)。圖13所示構(gòu)造中的火炬氣輸送管道58還包括上段246，其具有第一端248、第二 端250以及將第一端附接至第二端的側(cè)壁252?；鹁鏆廨斔凸艿?8的上段246的第一端 248附接至火炬氣輸送管道58的下部230的側(cè)壁242中的開口 244并與之流體相通。火炬 氣輸送管道58的上段246的第二端250附接至火炬裝置50的火炬氣管道100的側(cè)壁112 中的開口 116并與之流體相通。圖13所示火炬氣輸送管道58的構(gòu)造給火炬裝置50提供 了整體穩(wěn)定性并且可具有某些結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)。能使用火炬裝置的其它構(gòu)造并且根據(jù)具體應(yīng)用能對其進(jìn)行變型。氣體火炬根據(jù)必 須在其中執(zhí)行的機(jī)械系統(tǒng)通常相對簡單或極端復(fù)雜。例如，在一些應(yīng)用中，比如在高分子重 量的氣體需要閃耀時(shí)，火炬裝置能包括用于周邊控制的機(jī)構(gòu)，也就是能用來幫助保持火焰 被風(fēng)或其它外部因素滅掉的機(jī)構(gòu)。舉例來說，蒸汽或空氣能從火炬氣管道100外側(cè)噴射入 大氣以形成周邊邊界和幫助包含從火炬裝置排出的火炬氣和助燃空氣的混合物。助燃空氣 管道102和火炬氣管道100能定位于第三管道內(nèi)以形成第二環(huán)狀助燃空氣排出空間和用于 圍繞排出的火炬氣噴射環(huán)狀芯形助燃空氣的開口。在另一個(gè)構(gòu)造中，蒸汽能噴射入火炬裝 置的內(nèi)部以將空氣引導(dǎo)入火炬裝置，也就是蒸汽能用作空氣的原動(dòng)力。在另一個(gè)構(gòu)造中，可 以使用多于一個(gè)的火炬頭56。例如，相對小的火炬頭56能提供用來閃耀相對低體積的氣體 并且相對大的火炬頭56能提供用來閃耀相對大體積的氣體。如上所述，這種創(chuàng)造性的火炬裝置50能用來在不必在將火炬氣和助燃空氣從火 炬裝置排出之前在火炬裝置內(nèi)將大部分的火炬氣與助燃空氣預(yù)混合之下閃耀火炬氣和助 燃空氣的混合物。如這里和所附權(quán)利要求中使用的，“不必在將火炬氣和助燃空氣從火炬裝 置排出之前在火炬裝置內(nèi)將大部分的火炬氣與助燃空氣預(yù)混合”意思是，在將火炬氣和助 燃空氣從火炬裝置排出之前在火炬裝置內(nèi)與助燃空氣預(yù)混合的火炬氣的量(如果有的話) 不足以在火炬裝置內(nèi)形成可燃混合物。基本上所有的排出火炬氣(也就是，除了其量將不 足以在助燃空氣管道102內(nèi)形成助燃空氣和火炬氣的可燃混合物的火炬氣之外的所有排 出火炬氣)與排出助燃空氣或助燃空氣管道和火炬氣管道100外側(cè)的外部大氣空氣相混
I=I O在火炬裝置50的操作中，助燃空氣通過火炬裝置的助燃空氣管道102的助燃空氣 排出開口 134排出進(jìn)入大氣81。如上所述和圖4A和4B(還有圖8A、11和14B)中的箭頭 150所示，助燃空氣的標(biāo)準(zhǔn)柱133從火炬裝置50排出進(jìn)入大氣?？諝獾闹行牟糠?52和空 氣的外部環(huán)狀部分154從助燃空氣排出開口 134排出進(jìn)入大氣81。盡管大部分助燃空氣柱133向上穿過，其很快被環(huán)狀火炬氣排出流162注入并且在其通過助燃空氣排出開口 134排 出進(jìn)入大氣之后不會(huì)保持助燃空氣的標(biāo)準(zhǔn)柱很長時(shí)間?；旧纤幸苫鹁嫜b置50排出并燃燒(即閃耀)的火炬氣(也就是，除了火炬 氣的不足以在從火炬裝置排出之前在火炬裝置內(nèi)與助燃空氣形成可燃混合物的部分之外 的所有要由火炬裝置閃耀的火炬氣)從火炬氣排出開口 114排出圍繞并向內(nèi)進(jìn)入排出的助 燃空氣柱133并且與之相混合進(jìn)入大氣?；旧纤信懦龅幕鹁鏆?也就是，除了火炬氣的 不足以在從火炬裝置排出之前在火炬裝置內(nèi)與助燃空氣形成可燃混合物的部分之外的所 有排出火炬氣)與排出助燃空氣或火炬裝置外的外部大氣空氣相混合。優(yōu)選地，所有要由 火炬裝置閃耀的火炬氣從火炬氣排出開口 114排出進(jìn)入大氣，圍繞排出的助燃空氣柱133 并向內(nèi)進(jìn)入排出的助燃空氣柱133并且與之相混合。優(yōu)選地，所有排出的火炬氣與排出的 助燃空氣或火炬裝置50外的外部大氣空氣相混合。排出的火炬氣、排出的助燃空氣以及外 部大氣空氣的混合物然后在火炬裝置50外點(diǎn)燃。引導(dǎo)組件60用來點(diǎn)燃混合物。由于火炬 氣從火炬氣排出開口 114排出向內(nèi)(朝著助燃空氣管道的豎直中心軸線105)進(jìn)入從助燃 空氣管道102的助燃空氣排出開口 134排出的助燃空氣內(nèi)的事實(shí)，排出的火炬氣流162穿 入排出的助燃空氣柱133?；鹁鏆鈴幕鹁鏆馀懦鲩_口 114排出時(shí)的整體速度和壓力將根據(jù)需要通氣的火炬 氣的體積及其輸送壓力而變化。例如，火炬氣管道100中的火炬氣的壓力通常為3至4磅 /平方英寸，但是根據(jù)應(yīng)用能比這個(gè)量更大或更小。助燃空氣從火炬裝置50排出進(jìn)入大氣 時(shí)的軸向速度能維持在特定水平。優(yōu)選地，助燃空氣以至少50英尺/秒的軸向速度從火炬 裝置50排出進(jìn)入大氣。更優(yōu)選地，助燃空氣從火炬裝置50排出進(jìn)入大氣81的軸向速度在 從大約50英尺/秒至大約200英尺/秒的范圍內(nèi)，甚至更優(yōu)選地在從大約120至大約150 英尺/秒的范圍內(nèi)。最優(yōu)選地，助燃空氣以至少150英尺/秒的軸向速度從火炬裝置50排 出進(jìn)入大氣?；鹁鏆鈨?yōu)選地以一個(gè)角度從火炬裝置50排出進(jìn)入大氣，向內(nèi)進(jìn)入排出的助燃空 氣柱133，這個(gè)角度在從大約10°至大約90°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在從大約25°至大約 45°的范圍內(nèi)。最優(yōu)選地，火炬氣以大約35°的角度從火炬裝置50排出進(jìn)入大氣81，向內(nèi) 進(jìn)入排出的助燃空氣。如上所述，助燃空氣的標(biāo)準(zhǔn)柱133從火炬裝置排出進(jìn)入大氣。助燃空氣從火炬裝 置50軸向地排出進(jìn)入大氣，除了助燃空氣的被朝著助燃空氣中心部分152向內(nèi)導(dǎo)向的外部 環(huán)狀部分154之外?；鹁鏆鈴幕鹁嫜b置50排出進(jìn)入大氣81，圍繞排出的助燃空氣柱133并 進(jìn)入排出的助燃空氣柱133。在一個(gè)構(gòu)造中，火炬氣以打漩的環(huán)狀模式從火炬裝置50排出 進(jìn)入大氣81，在排出的助燃空氣柱133周圍并進(jìn)入排出的助燃空氣柱133。通過以環(huán)狀模 式在排出助燃空氣柱133周圍打漩并進(jìn)入排出助燃空氣柱133，在助燃空氣排出開口上方 形成低壓區(qū)域，從而降低助燃空氣排出開口上方的壓力。現(xiàn)在參照圖14A和14B，示出了由這種創(chuàng)造性的火炬裝置根據(jù)這種創(chuàng)造性的方法 產(chǎn)生的火焰。圖14A示出了由火炬裝置50根據(jù)這種創(chuàng)造性的方法產(chǎn)生的火焰圖案。如所 示，火焰由于在火焰基部最初快速混合而相對較短、直且無煙。圖14B是示出能由這種創(chuàng)造性的火炬裝置50產(chǎn)生的火炬氣的體積分?jǐn)?shù)輪廓的截 面圖。更具體地，圖14B是丙烷與周圍流體混合的計(jì)算流體動(dòng)態(tài)模擬，示出了火炬氣能與燃燒品和/或外部大氣空氣相混合的程度。所有火炬氣在從火炬氣排出開口 114排出時(shí)能快 速有效地與助燃空氣和/或外部大氣空氣相混合。如圖14B所示，排出助燃空氣的中心柱 133出現(xiàn)在火焰包圍物的中間(在標(biāo)識(shí)的聚集區(qū)域之間)。助燃空氣柱133的長度和寬度 將根據(jù)過程條件(包括要閃耀的火炬氣的類型、火炬氣的排出速率)以及環(huán)境條件(比如 風(fēng))而變化。外部大氣空氣81從火焰周圍吸入。由參考數(shù)字260標(biāo)識(shí)的輪廓線表示50% 體積分?jǐn)?shù)的丙烷。這個(gè)輪廓線出現(xiàn)為靠近火炬氣排出開口 114從而指示快速的燃料混合。 類似地，輪廓線262表示40%體積分?jǐn)?shù)的丙烷。輪廓線264表示30%的丙烷混合物，而輪 廓線266表示20%的丙烷混合物。最后，輪廓線268表示10%的丙烷混合物。因而，火炬氣在由火炬裝置排出時(shí)與空氣快速且有效地混合。在軸向中心具有實(shí) 心空氣芯部的傾斜且很好混合的流出物快速形成。根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將助燃空氣 的標(biāo)準(zhǔn)柱直接排出進(jìn)入火焰包圍物的中心能實(shí)現(xiàn)更好的混合。通過將助燃空氣的標(biāo)準(zhǔn)柱直 接排出進(jìn)入火焰包圍物的中心實(shí)現(xiàn)的整體混合在很多情況下比通過將助燃空氣和火炬氣 都排出進(jìn)入火焰包圍物的中心所實(shí)現(xiàn)的整體混合要好。通過助燃空氣管道102的助燃空氣排出開口 134排出的助燃空氣標(biāo)準(zhǔn)柱133的量 足以引起大部分助燃空氣柱向上穿過至少其最初遇到的排出火炬氣的部分。這用來確保中 心助燃空氣流能相對于火炬氣形成伸展或伸長的曲面幾何形狀。排出的助燃空氣置于環(huán)狀 火炬氣流的中心以形成內(nèi)部混合表面區(qū)域。外表面也形成于氣體包圍物的外側(cè)上，外部大 氣空氣在該處被拉入火焰以便混合。因而，兩個(gè)不同的混合表面形成用于空氣與火炬氣的 混合。排出的助燃空氣不易于由火炬氣或火焰包圍物在早期封蓋或封裝，允許大量的排出 助燃空氣進(jìn)一步遠(yuǎn)離火炬頭的排出端在火焰包圍物的整個(gè)長度上中心地輸送到火炬氣并 且與其相混合。通過增大空氣的表面積，氣體進(jìn)入空氣的混合速率也增大。必須提供來實(shí)現(xiàn)火炬氣和空氣將允許出現(xiàn)完全且無煙燃燒的化學(xué)計(jì)算比率的助 燃空氣量能顯著小于其它火炬裝置所需的助燃空氣量。例如，常規(guī)火炬頭中無煙火焰所需 的空氣量在點(diǎn)燃丙烷時(shí)為大約30%的化學(xué)計(jì)算量。這種創(chuàng)造性的火炬裝置例如可以使用大 約13%的化學(xué)計(jì)算量來完成相同的任務(wù)。這明顯降低了所需空氣流以及驅(qū)動(dòng)輸送所述空氣 流所需的鼓風(fēng)機(jī)的所需動(dòng)力。這種創(chuàng)造性的火炬裝置和方法能用來有效地閃耀大量火炬氣。能閃耀很多種類的 氣體。例如，這種創(chuàng)造性的火炬裝置就乙烯工廠和需要閃耀低分子量(包括分子量為40及 以下)氣體的其它設(shè)施而言非常有效。這種創(chuàng)造性的火炬裝置和方法能與大多類型的火炬 相關(guān)聯(lián)，比如地面火炬、效用火炬，以及需要很好混合或無煙火焰的任何其它火炬。這種創(chuàng)造性的火炬裝置設(shè)計(jì)簡單并且易于制造。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，提供下面的示例。示例這種創(chuàng)造性的火炬裝置50操作來用大約34，000標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分鐘的空氣來無 煙地點(diǎn)燃大約84，OOOlb/hr (磅/小時(shí))丙烷，表示丙烷完全燃燒在理論上需要大約13%化 學(xué)計(jì)量的空氣。產(chǎn)生圖14A所示的火焰輪廓。常規(guī)空氣火炬技術(shù)將需要大約30%理論上的 化學(xué)計(jì)量率或超過兩倍的空氣。也就是，這種創(chuàng)造性的技術(shù)需要大約一半的常規(guī)氣流來實(shí) 現(xiàn)無煙操作。因而，本發(fā)明很好地適用于執(zhí)行上述目標(biāo)并獲得上述結(jié)果和優(yōu)點(diǎn)，還有固有的那些。
權(quán)利要求
一種與火炬裝置一起使用的火炬頭，火炬裝置用于排出火炬氣并將其在大氣中燃燒，所述火炬頭包括火炬氣管道，其包括第一端、第二端以及將所述第一端連接至所述第二端的側(cè)壁，其中所述火炬氣管道適合于流體地連接至火炬氣源并且所述火炬氣管道的所述第二端限定火炬氣排出開口，所述火炬氣管道和所述火炬氣排出開口的尺寸足以允許所有將要由所述火炬裝置排出并燃燒的火炬氣通過所述火炬氣排出開口排出；以及與所述火炬氣管道相關(guān)聯(lián)的助燃空氣管道，所述助燃空氣管道包括第一端、第二端以及將所述第一端連接至所述第二端的側(cè)壁，其中所述助燃空氣管道適合于流體地連接至助燃空氣源，并且所述助燃空氣管道的所述第二端限定助燃空氣排出開口，所述助燃空氣管道的結(jié)構(gòu)使得助燃空氣的標(biāo)準(zhǔn)柱通過所述助燃空氣排出開口排出，所述火炬氣排出開口和所述助燃空氣排出開口相對彼此定位為使得基本上所有要由所述火炬裝置排出并燃燒的火炬氣能通過所述火炬氣排出開口排出向內(nèi)進(jìn)入從所述助燃空氣排出開口排出的助燃空氣柱，并且使得基本上所有排出的火炬氣能與排出的助燃空氣或位于所述助燃空氣管道和所述火炬氣管道外側(cè)的外部大氣空氣相混合。
2.如權(quán)利要求1的火炬頭，其中所述助燃空氣管道至少部分地定位于所述火炬氣管道 內(nèi)，并且其中所述火炬氣排出開口和所述助燃空氣排出開口相對彼此定位為使得基本上所 有要由所述火炬裝置排出并燃燒的火炬氣能通過所述火炬氣排出開口圍繞從所述助燃空 氣排出開口排出的助燃空氣柱排出，并向內(nèi)進(jìn)入助燃空氣柱。
3.如權(quán)利要求2的火炬頭，其中所述助燃空氣管道的高度等于、大于或小于所述火炬 氣管道的高度，并且其中如果所述助燃空氣管道的高度小于所述火炬氣管道的高度，所述 助燃空氣管道的高度和所述火炬氣管道的高度之間的差與所述助燃空氣管道的液壓直徑 的比率不大于0. 05。
4.如權(quán)利要求2的火炬頭，其中所述助燃空氣管道的高度等于、大于或小于所述火炬 氣管道的高度，并且其中在所述助燃空氣管道的高度小于所述火炬氣管道的高度時(shí)，所述 助燃空氣管道的高度和所述火炬氣管道的高度之間的差與所述助燃空氣管道的液壓直徑 的比率不大于0. 02。
5.如權(quán)利要求2的火炬頭，其中所述助燃空氣管道的高度等于或大于所述火炬氣管道 的高度。
6.如權(quán)利要求5的火炬頭，其中所述助燃空氣管道的高度大于所述火炬氣管道的高 度，并且其中所述助燃空氣管道的高度和所述火炬氣管道的高度之間的差與所述助燃空氣 管道的液壓直徑的比率為大約0.01。
7.如權(quán)利要求1的火炬頭，其中所述火炬氣管道的所述側(cè)壁包括與所述火炬氣排出開 口相鄰的一部分，該部分朝著所述助燃空氣管道的豎直中心軸線向內(nèi)漸細(xì)。
8.如權(quán)利要求7的火炬頭，其中所述火炬氣管道的所述側(cè)壁的與所述火炬氣排出開口 相鄰的所述部分以在從大約10°至大約90°的范圍內(nèi)的角度朝著所述助燃空氣管道的豎 直中心軸線向內(nèi)漸細(xì)。
9.如權(quán)利要求8的火炬頭，其中所述火炬氣管道的所述側(cè)壁的與所述火炬氣排出開口 相鄰的所述部分以在從大約25°至大約45°的范圍內(nèi)的角度朝著所述助燃空氣管道的豎 直中心軸線向內(nèi)漸細(xì)。
10.如權(quán)利要求9的火炬頭，其中所述火炬氣管道的所述側(cè)壁的與所述火炬氣排出開 口相鄰的所述部分以大約35°的角度朝著所述助燃空氣管道的豎直中心軸線向內(nèi)漸細(xì)。
11.如權(quán)利要求1的火炬頭，其中所述助燃空氣管道的所述側(cè)壁包括與所述助燃空氣 排出開口相鄰的一部分，該部分朝著所述助燃空氣管道的豎直中心軸線向內(nèi)漸細(xì)。
12.如權(quán)利要求1的火炬頭，其中所述火炬氣管道和所述助燃空氣管道均具有圓形橫 截面，并且所述助燃空氣管道至少部分同心地布置于所述火炬氣管道內(nèi)。
13.如權(quán)利要求12的火炬頭，其中所述助燃空氣管道的高度等于、大于或小于所述火 炬氣管道的高度，并且其中如果所述助燃空氣管道的高度小于所述火炬氣管道的高度，所 述助燃空氣管道的高度和所述火炬氣管道的高度之間的差與所述助燃空氣管道的直徑的 比率不大于0. 05。
14.如權(quán)利要求12的火炬頭，其中所述火炬氣管道還包括適合于流體地連接至火炬氣源的入口 ；和附接在所述火炬氣管道內(nèi)的流量分配元件。
15.如權(quán)利要求14的火炬頭，其中所述流量分配元件是布置于所述火炬氣管道內(nèi)的環(huán) 狀板。
16.如權(quán)利要求12的火炬頭，其中所述火炬氣管道包括至少一個(gè)入口，其適合于流體 地連接至火炬氣源并且相對于所述火炬氣管道的豎直中心軸線以一角度將火炬氣噴射入 所述火炬氣管道。
17.如權(quán)利要求16的火炬頭，其中所述火炬氣管道包括至少兩個(gè)入口，每個(gè)入口適合 于流體地連接至火炬氣源并且相對于所述火炬氣管道的豎直中心軸線以一角度將火炬氣 噴射入所述火炬氣管道。
18.—種與火炬裝置一起使用的火炬頭，火炬裝置用于排出火炬氣并將其在大氣中燃 燒，所述火炬頭包括火炬氣管道，其包括第一端、第二端以及將所述第一端連接至所述第二端的側(cè)壁，其中 所述火炬氣管道適合于流體地連接至火炬氣源并且所述火炬氣管道的所述第二端限定火 炬氣排出開口，所述火炬氣管道和所述火炬氣排出開口的尺寸足以允許所有將要由所述火 炬裝置排出并燃燒的火炬氣通過所述火炬氣排出開口排出；以及至少部分地布置于所述火炬氣管道內(nèi)的助燃空氣管道，所述助燃空氣管道包括第一 端、第二端以及將所述第一端連接至所述第二端的側(cè)壁，其中所述助燃空氣管道適合于流 體地連接至助燃空氣源，并且所述助燃空氣管道的所述第二端限定助燃空氣排出開口，所 述助燃空氣管道的結(jié)構(gòu)使得助燃空氣的標(biāo)準(zhǔn)柱通過所述助燃空氣排出開口排出，所述火炬氣排出開口和所述助燃空氣排出開口相對彼此定位為使得基本上所有要由 所述火炬裝置排出并燃燒的火炬氣能通過所述火炬氣排出開口圍繞從所述助燃空氣排出 開口排出的助燃空氣柱排出并向內(nèi)進(jìn)入其中，并且使得基本上所有排出的火炬氣能與排出 的助燃空氣或位于所述助燃空氣管道和所述火炬氣管道外側(cè)的外部大氣空氣相混合。
19.如權(quán)利要求18的火炬頭，其中所述助燃空氣管道的高度等于、大于或小于所述火 炬氣管道的高度，并且其中如果所述助燃空氣管道的高度小于所述火炬氣管道的高度，所 述助燃空氣管道的高度和所述火炬氣管道的高度之間的差與所述助燃空氣管道的液壓直 徑的比率不大于0. 05。
20.如權(quán)利要求18的火炬頭，其中所述助燃空氣管道的高度等于、大于或小于所述火 炬氣管道的高度，并且其中在所述助燃空氣管道的高度小于所述火炬氣管道的高度時(shí)，所 述助燃空氣管道的高度和所述火炬氣管道的高度之間的差與所述助燃空氣管道的液壓直 徑的比率不大于0. 02。
21.如權(quán)利要求20的火炬頭，其中所述助燃空氣管道的高度等于或大于所述火炬氣管 道的高度。
22.如權(quán)利要求21的火炬頭，其中所述助燃空氣管道的高度大于所述火炬氣管道的高 度，并且其中所述助燃空氣管道的高度和所述火炬氣管道的高度之間的差與所述助燃空氣 管道的液壓直徑的比率為大約0. 01。
23.如權(quán)利要求18的火炬頭，其中所述火炬氣管道的所述側(cè)壁包括與所述火炬氣排出 開口相鄰的一部分，其朝著所述助燃空氣管道的豎直中心軸線向內(nèi)漸細(xì)。
24.如權(quán)利要求23的火炬頭，其中所述火炬氣管道的所述側(cè)壁的與所述火炬氣排出開 口相鄰的所述部分以在從大約10°至大約90°的范圍內(nèi)的角度朝著所述助燃空氣管道的 豎直中心軸線向內(nèi)漸細(xì)。
25.如權(quán)利要求24的火炬頭，其中所述火炬氣管道的所述側(cè)壁的與所述火炬氣排出開 口相鄰的所述部分以在從大約25°至大約45°的范圍內(nèi)的角度朝著所述助燃空氣管道的 豎直中心軸線向內(nèi)漸細(xì)。
26.如權(quán)利要求25的火炬頭，其中所述火炬氣管道的所述側(cè)壁的與所述火炬氣排出開 口相鄰的所述部分以大約35°的角度朝著所述助燃空氣管道的豎直中心軸線向內(nèi)漸細(xì)。
27.如權(quán)利要求18的火炬頭，其中所述助燃空氣管道的所述側(cè)壁包括與所述助燃空氣 排出開口相鄰的一部分，該部分朝著所述助燃空氣管道的豎直中心軸線向內(nèi)漸細(xì)。
28.如權(quán)利要求18的火炬頭，其中所述火炬氣管道和所述助燃空氣管道均具有圓形橫 截面，并且所述助燃空氣管道至少部分同心地布置于所述火炬氣管道內(nèi)。
29.如權(quán)利要求28的火炬頭，其中所述助燃空氣管道的高度等于、大于或小于所述火 炬氣管道的高度，并且其中如果所述助燃空氣管道的高度小于所述火炬氣管道的高度，所 述助燃空氣管道的高度和所述火炬氣管道的高度之間的差與所述助燃空氣管道的直徑的 比率不大于0. 05。
30.如權(quán)利要求28的火炬頭，其中所述火炬氣管道還包括適合于流體地連接至火炬氣源的入口 ；和附接在所述火炬氣管道內(nèi)的流量分配元件。
31.如權(quán)利要求30的火炬頭，其中所述流量分配元件是布置于所述火炬氣管道內(nèi)的環(huán) 狀板。
32.如權(quán)利要求28的火炬頭，其中所述火炬氣管道包括至少一個(gè)入口，其適合于流體 地連接至火炬氣源并且相對于所述火炬氣管道的豎直中心軸線以一角度將火炬氣噴射入 所述火炬氣管道。
33.如權(quán)利要求32的火炬頭，其中所述火炬氣管道包括至少兩個(gè)入口，每個(gè)入口適合 于流體地連接至火炬氣源并且相對于所述火炬氣管道的豎直中心軸線以一角度將火炬氣 噴射入所述火炬氣管道。
34.一種在火炬裝置中閃耀火炬氣和助燃空氣的混合物的方法，無需在將火炬氣和助燃空氣從火炬裝置排出之前在火炬裝置內(nèi)預(yù)混合大部分的火炬氣和助燃空氣，其包括(a)將助燃空氣的標(biāo)準(zhǔn)柱從火炬裝置排出進(jìn)入大氣；(b)將基本上所有要由火炬裝置閃耀的火炬氣從火炬裝置排出進(jìn)入大氣并向內(nèi)進(jìn)入排 出的助燃空氣柱，以使得基本上所有排出的火炬氣與排出的助燃空氣或火炬裝置外面的外 部大氣空氣相混合；以及(c)點(diǎn)燃排出的火炬氣、排出的助燃空氣以及外部大氣空氣的混合物。
35.如權(quán)利要求34的方法，其中所有要由火炬裝置閃耀的火炬氣從火炬裝置排出進(jìn)入 大氣并向內(nèi)進(jìn)入排出的助燃空氣柱。
36.如權(quán)利要求34的方法，其中助燃空氣從火炬裝置以一徑向速度排出進(jìn)入大氣，這 個(gè)徑向速度小于火炬氣從所述火炬裝置排出進(jìn)入大氣的徑向速度。
37.如權(quán)利要求36的方法，其中助燃空氣從火炬裝置以至少50英尺/秒的軸向速度排 出進(jìn)入大氣。
38.如權(quán)利要求37的方法，其中助燃空氣從火炬裝置以在從大約50英尺/秒至大約 200英尺/秒的范圍內(nèi)的軸向速度排出進(jìn)入大氣。
39.如權(quán)利要求38的方法，其中助燃空氣從火炬裝置以在從大約120英尺/秒至大約 150英尺/秒的范圍內(nèi)的軸向速度排出進(jìn)入大氣。
40.如權(quán)利要求39的方法，其中助燃空氣從火炬裝置以大約150英尺/秒的軸向速度 排出進(jìn)入大氣。
41.如權(quán)利要求34的方法，其中基本上所有要由火炬裝置閃耀的火炬氣從火炬裝置圍 繞排出的助燃空氣柱排出進(jìn)入大氣，并且向內(nèi)進(jìn)入排出的助燃空氣柱。
42.如權(quán)利要求41的方法，其中基本上所有要由火炬裝置閃耀的火炬氣從火炬裝置以 在從大約10°至大約90°的范圍內(nèi)的角度排出進(jìn)入大氣并且向內(nèi)進(jìn)入排出的助燃空氣。
43.如權(quán)利要求42的方法，其中基本上所有要由火炬裝置閃耀的火炬氣從火炬裝置以 在從大約25°至大約45°的范圍內(nèi)的角度排出進(jìn)入大氣并且向內(nèi)進(jìn)入排出的助燃空氣。
44.如權(quán)利要求43的方法，其中基本上所有要由火炬裝置閃耀的火炬氣從火炬裝置以 大約35°的角度排出進(jìn)入大氣并且向內(nèi)進(jìn)入排出的助燃空氣柱。
45.如權(quán)利要求41的方法，其中基本上所有要由火炬裝置閃耀的火炬氣從火炬裝置圍 繞排出的助燃空氣柱排出進(jìn)入大氣，并且向內(nèi)進(jìn)入排出的助燃空氣柱。
46.如權(quán)利要求34的方法，其中還包括降低由排出的火炬氣、排出的助燃空氣和/或與 火炬裝置相鄰的外部大氣空氣組成的混合物的一部分的靜壓力。
47.如權(quán)利要求46的方法，其中由排出的火炬氣、排出的助燃空氣和/或與火炬裝置相 鄰的外部大氣空氣組成的混合物的一部分的靜壓力通過在所述助燃空氣排出開口的區(qū)域 中形成低壓區(qū)域來降低。
48.如權(quán)利要求47的方法，其中低壓區(qū)域通過使得火炬氣以打漩的環(huán)狀模式圍繞排出 的助燃空氣從火炬裝置排出而靠近火炬裝置形成。
49.如權(quán)利要求34的方法，還包括將助燃空氣吹入火炬裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于排出火炬氣并將火炬氣在大氣中燃燒的火炬裝置。火炬頭包括具有火炬氣排出開口的火炬氣管道以及具有助燃空氣排出開口的助燃空氣管道。所有要閃耀的火炬氣通過火炬氣排出開口排出進(jìn)入通過助燃空氣排出開口排出的空氣標(biāo)準(zhǔn)柱。火炬氣排出開口和助燃空氣排出開口相對彼此定位為使得從火炬氣排出開口排出的火炬氣排出向內(nèi)進(jìn)入從助燃空氣排出開口排出的助燃空氣并與之混合。基本上所有排出的火炬氣與排出的助燃空氣或火炬裝置外面的外部大氣空氣相混合從而防止內(nèi)部燃燒。還提供了閃耀火炬氣和助燃空氣的混合物的方法。
文檔編號(hào)F23G7/06GK101886812SQ20101017819
公開日2010年11月17日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月12日
發(fā)明者J·洪, J·科蘭尼諾, R·E.·施瓦茨, R·L.·波 申請人:約翰津克公司