專(zhuān)利名稱(chēng)：旋流燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于氣體燃料燃燒反應(yīng)器的具有分開(kāi)的燃料和氧化劑供給裝置的旋流燃燒器。
這類(lèi)燃燒器主要用于氣體燃燒工業(yè)爐和流程加熱器的燃燒，這類(lèi)設(shè)備需要具有高燃燒熱強(qiáng)度的穩(wěn)定火焰。通常結(jié)構(gòu)的旋流燃燒器包括一個(gè)帶有燃料供給中心管的噴燃管，一個(gè)氧化劑供給口包圍著該燃料供給中心管。燃料和氧化劑在燃燒區(qū)的充分混合靠通過(guò)旋流器的氧化劑獲得，旋流器安裝在中心管上燃燒器表面處。因此，氧化劑以旋流的方式流動(dòng)，形成燃燒產(chǎn)物的內(nèi)部和外部高度再循環(huán)從而產(chǎn)生高的燃燒熱強(qiáng)度。
上述結(jié)構(gòu)的普通旋流燃燒器的缺點(diǎn)是，燃燒器的表面在氣流高流速下(這是具有這種結(jié)構(gòu)的工業(yè)爐所要求的)，因沿著燃燒區(qū)中心軸線的高度內(nèi)部再循環(huán)引起燃燒器表面受到過(guò)熱。因此，熱燃燒產(chǎn)物返回噴燃器表面的流動(dòng)，導(dǎo)致燃燒器表面迅速加熱到高溫以致被損壞。
本發(fā)明總的目的是，通過(guò)改進(jìn)這種已知旋流燃燒器的燃燒面結(jié)構(gòu)，克服上述缺陷。
根據(jù)觀察，這種改進(jìn)結(jié)構(gòu)是基于觀察到的這樣事實(shí)當(dāng)形成一種氧化劑旋流使其總流動(dòng)方向集中沿著燃燒區(qū)軸線，并在相同時(shí)間內(nèi)，氣體燃料流向同一軸線時(shí)，便可獲得一種具有高燃燒熱強(qiáng)度的穩(wěn)定火焰，并且不會(huì)產(chǎn)生熱燃燒產(chǎn)物有害的內(nèi)部再循環(huán)。
根據(jù)這種觀察，本發(fā)明的旋流燃燒器包括一個(gè)噴燃管和一個(gè)同軸的并與噴燃管隔開(kāi)的中心氧化劑供給管，由此，在兩管之間形成了一個(gè)環(huán)形氣體燃料通道，氧化劑供給管和氣體燃料通道具有單獨(dú)的進(jìn)口端和出口端，其中一個(gè)氣體燃料噴射器和氣體燃料通道的出口端相聯(lián)接，該氣體燃料噴射器有一繞噴燃管和噴射器公共軸線的U形截面內(nèi)表面;
一個(gè)氧化劑噴射器和氧化劑供給管的出口端相連接，該氧化劑噴射器有一和氣體燃料噴射器同軸并隔開(kāi)的U形橫截面;
一個(gè)在氣體燃料和氧化劑噴射器表面之間形成的氣體燃料噴射室;
一個(gè)在氧化劑噴射器表面內(nèi)形成的氧化劑噴射室;
每一個(gè)噴射室都具有一U形斷面，并設(shè)有一個(gè)繞著公共軸線的環(huán)形出口端;
一個(gè)圓柱形的非流線體，同軸地安裝在氧化劑噴射室內(nèi)，該非流線體具有一圓頂狀的上游端和一錐形下游端;以及一個(gè)旋流器，安裝在非流線體上，位于其上游端和下游端之間，該旋流器具有一組延伸到氧化劑噴射室表面的靜旋流葉片;
因此，送至氧化劑噴射室的氧化劑，在非流線體和旋流器的共同作用下，以旋流方式噴射到下游燃燒區(qū)，該氧化劑流通過(guò)氧化劑噴射室之后繞噴射室和燃燒區(qū)的公共軸線流動(dòng);
氧化劑與送到氣體燃料噴射室的氣體燃料在燃料區(qū)中混合，并在穿過(guò)氣體燃料噴射器之后以朝著燃燒區(qū)軸向內(nèi)流動(dòng)的方式噴射進(jìn)燃燒區(qū)。
旋流器誘導(dǎo)出的旋流，有助于通過(guò)增加接觸區(qū)域促進(jìn)氣體燃料和氧化劑的混合。當(dāng)旋流器葉片的傾斜角調(diào)節(jié)在15°和75°范圍之間，而且最好是20°和45°之間時(shí)，可獲得有效地混合。
同時(shí)，由噴射室U形斷面引起的沿燃燒區(qū)軸線向內(nèi)流動(dòng)的流動(dòng)圖形避免了高溫區(qū)域中熱燃燒產(chǎn)物繞燃燒區(qū)軸線再循環(huán)，不然的話，將導(dǎo)致燃燒器表面過(guò)熱。
此外，這種向內(nèi)的流動(dòng)圖形還會(huì)導(dǎo)致燃燒區(qū)低溫外部區(qū)域的高度外部再循環(huán)。從這一區(qū)域僅有冷卻了的燃燒產(chǎn)物返流回到燃燒器表面，在該表面這部分燃燒產(chǎn)物又被吸入熱燃燒區(qū)域之中，并在那里再次加熱。
當(dāng)將本發(fā)明的燃燒器用于氣體燃燒反應(yīng)器時(shí)，已冷卻的燃燒產(chǎn)物的再循環(huán)流有利地防止了圍繞燃燒區(qū)的反應(yīng)器壁受熱燃燒產(chǎn)物的沖擊，延長(zhǎng)了反應(yīng)器的壽命。
接近噴射室出口端的燃燒器表面的溫度可以通過(guò)將氧化劑噴射室出口端處的氧化劑噴射器形成帶有最小尖角的銳緣而進(jìn)一步降低。噴射器的受熱的減少和適當(dāng)機(jī)械強(qiáng)度的獲得可在尖角為15°和65°之間時(shí)，最好在15°和40°之間時(shí)得到。
本發(fā)明燃燒器的另一優(yōu)點(diǎn)是，冷卻的燃燒產(chǎn)物高度外部再循環(huán)，在燃燒出口區(qū)形成了均勻的溫度分布。
這在燃燒式催化劑反應(yīng)器的工作期間是非常重要的，其產(chǎn)量很大程度上取決于典型地設(shè)置在燃燒出口區(qū)的催化劑床中的溫度分布。
因此，本發(fā)明的燃燒器特別適于用在氣體燃料反應(yīng)器中的加熱和完成催化過(guò)程。
本發(fā)明的上述目的及其優(yōu)點(diǎn)參照附圖
在下文將作進(jìn)一步地描述，其中，唯一的附圖表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的一種旋流燃燒器的橫截面示意圖。
在圖中，一個(gè)噴燃管2相對(duì)于公共軸線16同軸地繞著一個(gè)中心氧化劑供給管4，在兩個(gè)管之間形成氣體燃料供給通道6。
一個(gè)噴射器10具有繞軸線16的橫截面為U形的內(nèi)表面，該噴射器10安裝在噴燃管2的出口端8處。噴射器10容納一個(gè)同軸設(shè)置的噴射器12，該噴射器12具有U形橫截面安裝在中心管4的出口端14上。
噴射器的U形形狀可以通過(guò)加工具有圓柱部分和圓錐部分的合適金屬體而方便地獲得。圓柱和圓錐部件之間的過(guò)渡角度最好取值在115°和170°范圍之內(nèi)。
噴射器10和12的表面包圍著與氣體燃料供給通道6相通的氣體燃料噴射室18和到中心管4出口端的噴射器12之內(nèi)的氧化劑噴射室20。噴射室18和20具有繞著軸線16的U形斷面，其圓形出口端22和24，設(shè)置成與軸線16同軸。噴射室20的出口端24可以通到噴射室18的下部。
圍繞著氧化劑噴射室出口端的噴射器12的邊緣是錐形的，并帶有最小尖角γ，以防止該邊緣過(guò)熱，關(guān)于這一點(diǎn)在下文將詳述。
噴射室20還配備一個(gè)與該室20內(nèi)表面同軸隔開(kāi)的圓柱形非流線體26。非流線體26具有圓頂狀的上游端28和錐形下游端30。圍繞著非流線體26的圓柱表面安裝了一個(gè)旋流器32，旋流器32帶有一組靜旋流葉片(圖中未示)，這些靜旋流葉片延伸到噴射室20的表面。
具有上述結(jié)構(gòu)的燃燒器工作時(shí)，氣體燃料通過(guò)通道6供到噴射室18中，并噴進(jìn)噴射室20出口端24下游的燃燒區(qū)。借助噴射室18的U形斷面，射進(jìn)燃燒區(qū)的氣體燃料流，向著噴射室18和燃燒區(qū)的公共軸線16的方向流動(dòng)，如圖中箭頭所示。在燃燒區(qū)，氣體燃料流和供到中心管4中的氧化劑混合，經(jīng)噴射室20噴射到燃燒區(qū)。
在噴射到燃燒區(qū)之前，氧化劑流經(jīng)過(guò)旋流器32的通道已形成旋流，并且借助非流線體26和噴射室20的U形斷面，旋流氧化劑以圍著燃燒區(qū)軸線的總流動(dòng)趨勢(shì)排進(jìn)燃燒區(qū)。
結(jié)果，氧化劑和氣體燃料流的混合主要在燃燒區(qū)軸線周?chē)臏囟葏^(qū)域完成。因此，防止了這個(gè)區(qū)域內(nèi)的熱燃燒產(chǎn)物的有害的內(nèi)部再循環(huán)。再循環(huán)僅形成在燃燒區(qū)的低溫外部區(qū)域，這樣，減少了緊靠噴射室出口端的物質(zhì)溫度。如上述，在這一區(qū)域內(nèi)的溫度可進(jìn)一步由圍繞著氧化劑噴射室的出口端的氧化劑噴射器邊緣的夾角γ來(lái)控制，這樣，使氧化劑和氣體燃料的混合區(qū)域可通過(guò)減小尖角角度的辦法保持在距邊緣較遠(yuǎn)的距離處。
通過(guò)參照具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已經(jīng)進(jìn)行了描述，對(duì)于那些熟練的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，很明顯，可以容易地做出各種替換地變更，將不超出本發(fā)明的范圍。例如，在需要的非常高的燃燒熱強(qiáng)度的應(yīng)用場(chǎng)合，燃燒器表面可以通過(guò)在氧化劑噴射器12內(nèi)鉆出的通道，在該噴射器12的邊緣處引入噴射室18和20出口端區(qū)域中的一種惰性氣體或惰性氣體流得到保護(hù)，防止受到高溫。
權(quán)利要求
1.旋流燃燒器，包括一個(gè)噴燃管，一個(gè)與該噴燃管同軸并與之隔開(kāi)的中心氧化劑供給管，在兩管之間形成一個(gè)環(huán)形氣體燃料通道，該氧化劑供給管和氣體燃料通道具有單獨(dú)的進(jìn)口端和出口端，其中一個(gè)與氣體燃料通道的出口端聯(lián)接的氣體燃料噴射器，該氣體燃料噴射器有一繞該噴燃管和噴射器的公共軸線的U形截面內(nèi)表面；一個(gè)與氧化劑供給管出口端聯(lián)接的氧化劑噴射器，該氧化劑噴射器有一和氣體燃料噴射器同軸并與之隔開(kāi)的U形橫截表面；一個(gè)在氣體燃料和氧化劑噴射器表面之間形成的氣體燃料噴射室；一個(gè)在氧化劑噴射器表面之內(nèi)形成的氧化劑噴射室；每一個(gè)上述噴射室均具有U形斷面，并設(shè)有一個(gè)繞著公共軸線的環(huán)形出口端；一個(gè)同軸地安裝在氧化劑噴射室內(nèi)的圓柱形非流線體，該非流線體具有一圓頂形上游端和一錐形下游端；以及一個(gè)安裝在非流線體上的位于其上游端和下游端之間的旋流器，該旋流器有一組延伸到氧化劑噴射室表面的靜旋流葉片；由此，借助于非流線體和旋流器，送到氧化劑噴射室中的氧化劑以旋流的方式噴射進(jìn)下游燃燒區(qū)，該氧化劑流穿過(guò)氧化劑噴射室之后是繞著上述噴射室和燃燒區(qū)的公共軸線流動(dòng)的；氧化劑在燃燒區(qū)與送到氣體燃料噴射室中的氣體燃料相混合，并在穿過(guò)氣體燃料噴射室之后以朝著燃燒區(qū)軸線向內(nèi)流動(dòng)的方向噴射進(jìn)燃燒區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流燃燒器，其特征是安裝在旋流器中的旋流葉片的傾斜角為15°-75°，最好中20°-45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流燃燒器，其特征是在噴射室出口端處，噴射器有一尖角，該尖角為15°-60°，最好是15°-40°。
4.根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的旋流燃燒器，用于用氣體燃料反應(yīng)器進(jìn)行催化過(guò)程。
全文摘要
一種結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)改進(jìn)的旋流燃燒器，包括同軸安裝在燃燒器表面的U形氧化劑噴射器和氣體燃料噴射器。該燃燒器還設(shè)有一個(gè)非流線體，該非流線體帶有一組在氧化劑噴射器內(nèi)部延伸的靜旋流葉片。
文檔編號(hào)F23D14/24GK1074024SQ92114838
公開(kāi)日1993年7月7日 申請(qǐng)日期1992年12月3日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月6日
發(fā)明者I·V·普里達(dá)爾, T·S·克里斯滕森, L·奧爾森 申請(qǐng)人:赫多特普索化工設(shè)備公司