CN101315187B - 防逆火喷嘴及具有该喷嘴的燃烧设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体燃烧器的防逆火喷嘴及具有该喷嘴的燃烧设备，具体地说该喷嘴包括壳体，壳体内设置有：燃料通道和助燃气体通道；位于燃料通道和助燃气体通道下游的混合室；喷口，混合室分为N级相互连通的腔室，在喷嘴的径向截面上，位于上游的腔室的截面积小于与他相邻的下游腔室的截面积。当少量循环气流进入下游腔室时，混合气体会在下游腔室以及与其相邻的上游腔室内混合燃烧，随燃烧产物的压力急剧增加，燃烧产物瞬间就会从喷口喷出，从而避免了循环气流将火焰吹灭。由于该喷嘴特有的防逆火结构，使得具有该喷嘴的燃烧设备能够采用逆风对流喷吹的方法，形成良好的工艺热气流，同时能够保证喷嘴火焰的稳定性以及高调节比。

Description

防逆火喷嘴及具有该喷嘴的燃烧设备

技术领域

本发明涉及一种气体燃烧器的喷嘴及具有该喷嘴的燃烧设备，特别是一种用于热处理炉的防逆火喷嘴以及具有该喷嘴的火焰型加热设备。

背景技术

目前，现有的燃气型燃烧器的喷嘴通常具有独立的燃气输送通道以及助燃气体输送通道，燃气和助燃气体在喷嘴内混合后，在喷口处被点燃。一般来说，由于助燃气体的压力较大，当空气中存在一些细微的气流扰动时，并不会对燃烧火焰产生影响，然而对于较大的气流扰动，特别是对流气体的喷吹，就会将燃烧火焰扑灭甚至引起火焰倒吸，发生危险。

在用于金属热处理的燃烧炉中，燃烧器的喷嘴通常分布在炉体的侧部，通过一个循环风机在炉体内形成空气循环，从而使炉内温度均匀。现有技术中多采用顺风加热气流的方法，即循环风机的出风方向与火焰方向相同，流动的气流在经过火焰处时被加热，这种方式的火焰稳定性高，对于喷嘴没有特殊要求，然而由于顺风加热时循环气流被加热的时间非常短，不能够将炉内的循环气流均匀混合、热交换效率较低，造成喷嘴处局部温度过高，而炉内温度较低的情况。另外一种加热方式是采用逆风对流喷吹的方法，也就是用循环气流对流喷吹火焰，由于对流时循环气流能够与火焰充分混合，因此其热交换效率高，火焰能够将循环气流充分加热，炉内温度均匀，然而这种方式火焰的稳定性较差，当循环气流速度较高时容易将火焰扑灭，甚至引发事故；另外，由于工件在热处理过程的不同阶段中对于温度的要求不同，因此喷嘴还必须要满足一定的调节比，当工件处于保温阶段时，如何保证较小的火焰在逆风条件下仍能正常燃烧，成为研发人员亟待解决的问题。

现有技术中也有一些防逆、防回火的安全喷嘴结构，通常是在喷嘴内设置一阀片或阻火片，当气体正常燃烧时，燃气自出口送出，并将阀片推开，在混合室与氧气混合，当混合室内回火时，燃烧后急剧膨胀的气体产生较大气压，会对阀片产生向后的反向压力，使阀片将燃气的出口堵塞，从而防止逆火的发生。然而这种结构不但复杂，而且会将火焰扑灭，其火焰稳定性差，且会影响到炉体内的温度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种能够满足逆风对流式加热的喷嘴，该喷嘴的火焰稳定性高，能够有效防止循环气流扑灭火焰。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种防逆火喷嘴，包括壳体，所述的壳体内设置有：

燃料通道和助燃气体通道；

位于所述的燃料通道和所述的助燃气体通道下游的混合室，燃料与助燃气体在所述的混合室内交汇；

位于所述的混合室的最下游的喷口，所述的喷口供燃烧火焰喷出，

所述的混合室分为N级相互连通的腔室，其中N≥2；在所述的喷嘴的径向截面上，位于上游的腔室的截面积小于与他相邻的下游腔室的截面积。

更近一步地说，N≥3，优选方案为4级。

所述的壳体包括外套管以及位于所述的外套管之内的内套管，所述的助燃气体通道与所述的外套管的内腔相连通，所述的燃料通道与所述的内套管的内腔相连通，所述的内套管与所述的外套管之间具有充满了助燃气体的空间，并且所述的内套管的侧壁上开设有多个透气孔。

所述的混合室的各级腔室中的一个或多个具有缩口部，所述的缩口部是由该腔室的侧壁自上游向下游方向口径逐渐缩小而形成的。

所述的多级腔室包括自上游向下游方向依次排布的一级腔室、二级腔室、三级腔室以及四级腔室，所述的缩口部位于所述的二级腔室内。

所述的混合室的径向截面在位于相邻的两级腔室的分界处是突变的。

本发明的另一目的是提供一种热效率高、加热均匀的燃烧设备。

为达到上述目的，本发明所采用的另一技术方案是：一种燃烧设备，包括部分位于炉体内的燃烧器、设置在炉体内的循环风机、排烟道，所述的燃烧器包括位于所述的炉体内的喷嘴，所述的喷嘴具有壳体，所述的壳体内设置有：

燃料通道和助燃气体通道；

位于所述的燃料通道和所述的助燃气体通道下游的混合室，燃料与助燃气体在所述的混合室内交汇；

位于所述的混合室的最下游的喷口，所述的喷口供燃烧火焰喷出，

所述的喷口与所述的循环风机的出风方向相对，所述的循环风机吹出的循环气流与燃烧火焰对流喷吹，所述的喷嘴的混合室分为N级相互连通的腔室，其中N≥2，在所述的喷嘴的径向截面上，位于上游的腔室的截面积小于与他相邻的下游腔室的截面积。

本发明更进一步地技术方案是：所述的燃烧器还包括与所述的喷嘴相连接的导热管，所述的导热管的外侧设置有挡壁，所述的挡壁的内壁面与所述的导热管的外壁面之间形成供炉体内的废烟气通过的第一通道，所述的导热管的内壁处设置有与喷嘴的助燃气体通道相连通的第二通道，所述的废烟气与所述的助燃气体借助所述的导热管的管壁进行热交换。

所述的第一通道的一端位于炉体内，所述的第一通道的另一端位于所述的排烟道内。

所述的导热管内还设置有中间层，所述的导热管的内壁面与所述的中间层的外壁面之间形成所述的第二通道。

所述的中间层内开设有与所述的喷嘴的燃料通道相连通的第三通道。

所述的导热管的外壁面上具有多根沿其径向凸起的肋片。

所述的肋片沿所述的导热管的外圆周表面延伸形成一段圆弧。

所述的多根肋片分散布置于所述的导热管的外表面上。

所述的N≥3，优选方案中N＝4。

所述的壳体包括外套管以及位于所述的外套管之内的内套管，所述的助燃气体通道与所述的外套管的内腔相连通，所述的燃料通道与所述的内套管的内腔相连通，所述的内套管与所述的外套管之间具有充满了助燃气体的空间，并且所述的内套管的侧壁上开设有多个透气孔。

所述的混合室的各级腔室中的一个或多个具有缩口部，所述的缩口部是由该腔室的侧壁自上游向下游方向口径逐渐缩小而形成的。

所述的多级腔室包括自上游向下游方向依次排布的一级腔室、二级腔室、三级腔室以及四级腔室，所述的缩口部位于所述的二级腔室内。

所述的混合室的径向截面在位于相邻的两级腔室的分界处是突变的。

本发明具有如下优点：

一、由于设置了多级截面积变化的腔室，当少量循环气流进入喷嘴时，燃气与助燃气体会很小的空间内进行混合燃烧，随着燃烧产物的急剧增加，燃烧火焰瞬间就会从喷口喷出，从而避免逆火，因此使得本发明具有火焰稳定性高、喷嘴调节比高的优点；

二、燃烧设备采用对流喷吹方式，使燃烧火焰的热气流与循环气流均匀混合，形成温度均匀性很好的工艺热气流，因此燃烧设备的炉内各处温度均匀；

三、利用废烟气对助燃气体进行预热，提高助燃气体温度，既节约了能源，又提高了热交换效率，简化了安装，实现了常规喷嘴借助专门的大尺寸换热器才能达到的效果；

四、喷嘴控制方式灵活，可以采用传统的比例控制，也可采用脉冲控制。

附图说明

附图1为本发明的防逆火喷嘴的剖视图；

附图2为本发明的燃烧设备的工作原理图；

附图3为本发明的导热管的立体图；

其中：1、壳体；2、燃料通道；3、助燃气体通道；4、喷口；5、外套管；6、内套管；7、一级腔室；8、二级腔室；9、三级腔室；10、四级腔室；11、透气孔；12、缩口部；13、炉体；14、燃烧器；15、循环风机；16、排烟道；17、流量阀；20、喷嘴；21、导热管；22、中间层；23、第一通道；24、第二通道；25、第三通道；26、肋片；27、挡壁；28、探测器。

具体实施方式

附图1所示为本发明的一个优选实施例，它揭示了本发明的防逆火喷嘴的内部结构，附图2揭示了具有上述防逆火喷嘴的一种燃烧设备的内部结构，下面结合附图对本发明的工作原理和结构进行详细介绍。

一种燃烧设备，它包括：炉体13、部分位于炉体13内的燃烧器14、设置在炉体13内的循环风机15、与外界相连的排烟道16，其中所述的循环风机15将炉体13内的气流抽出后，再通过其出风口排出，自出风口吹出的气流一部分进入排烟道16成为废烟气排出，一部分与燃烧器14的火焰进行热交换，并继续留在炉内形成循环气流，正是由于循环气流的参与能够使得炉体13内各处的温度均匀。

所述的燃烧器14包括位于所述的炉体13内的喷嘴20以及与所述的喷嘴20相连接的导热管21。所述的喷嘴20具有壳体1，所述的壳体1内设置有：燃料通道2、助燃气体通道3、位于所述的燃料通道2和所述的助燃气体通道3下游的混合室、位于所述的混合室的最下游的喷口4。所述的壳体1包括外套管5以及位于所述的外套管5之内的内套管6，所述的助燃气体通道3与所述的外套管5的内腔相连通，所述的燃料通道2与所述的内套管6的内腔相连通，所述的内套管6与所述的外套管5之间具有充满了助燃气体的空间，并且所述的内套管6的侧壁上开设有多个透气孔11，因此助燃气体能够通过上述的多个透气孔11进入内套管6内，并与燃气在所述的内套管6内交汇并充分混合，充分混合后的气体在喷口4外被点燃，并形成火焰。所述的循环风机15的出风口正对所述的喷嘴20的喷口4，燃烧火焰位于循环风机15的出风通道内，并与出风方向相反，通过循环气流的对流喷吹，从而使火焰热气流与循环气流均匀混合，形成温度均匀性很好的工艺热气流，并进一步使炉体13内各处温度均匀。

其中，所述的内套管6以及部分外套管5形成混合室，所述的混合室分为N级相互连通的腔室，并且在所述的喷嘴20的径向截面上，位于上游的腔室的截面积总是小于与他相邻的下游腔室的截面积，最优地，所述的混合室的径向截面在位于相邻的两级腔室的分界处是突变的。这样做的目的在于：当循环气流的风速较快，由喷口4处进入下游腔室时，燃气与助燃空气会在下游腔室以及与其相邻的上游腔室内混合燃烧，随着燃烧产物的增加，使该上游腔室以及下游腔室内的燃烧产物的压力急剧增加，急需释放的燃烧产物必然向着压力减小的方向扩散，由于下游腔室的截面积大于上游腔室的截面积，燃烧产物就会向下游方向扩散，同样地，壳体1内的燃烧产物的压力大于炉体13内循环气流的压力，因此燃烧产物瞬间就会从喷口4喷出，从而避免了循环气流将火焰吹灭。

一般地，混合室具有两级或两级以上的腔室，为了尽量增大喷嘴20的调节比，会选择设置3级腔室或4级腔室，在本发明的优选实施例中设置有4级腔室：一级腔室7、二级腔室8、三级腔室9和四级腔室10，由上游至下游，各级腔室的径向截面逐级增加，各级腔室的容积也逐级增加。在大火状态下，由于有大量燃气与大量助燃气体混合并燃烧，就会在四级腔室10中形成高压，从而在喷口4处形成高速火焰喷出，此时循环气流对燃烧没有显著影响，只是根据循环气流的速度情况可能改变火焰的轴线方向而已；在小火状态下，燃气输入量与助燃气体量都很少，因此循环气流可能会进入壳体1内，但是由于燃气与助燃气体会在更小的空间(三级腔室9、二级腔室8，甚至一级腔室7)内进行混合燃烧，因此燃烧产物瞬间就会从喷口4喷出。

所述的混合室的各级腔室中的一个或多个具有缩口部12，所述的缩口部12是由该腔室的侧壁自上游向下游方向口径逐渐缩小而形成的，在本实施例中，所述的缩口部12位于所述的二级腔室8内，由内套管6的管壁形成的，当混合气体或燃烧产物经过该缩口部12时，由于此处横截面积变小，因此局部气流压力会加大，从而加速气体流速，使混合气体或燃烧产物快速通过。

本发明的另一个好处是利用废烟气对助燃气体进行预热，提高助燃气体温度，既节约了能源，又提高了热交换效率，简化了安装，实现了常规喷嘴借助专门的大尺寸换热器才能达到的效果，其具体是通过如下方案实现的：

所述的导热管21的外侧设置有挡壁27，所述的导热管21内还设置有中间层22，所述的挡壁27的内壁面与所述的导热管21的外壁面之间形成第一通道23，所述的导热管21的内壁面与所述的中间层22的外壁面之间形成第二通道24，所述的第一通道23的一端位于炉体13内，所述的第一通道23的另一端位于所述的排烟道16内，由于炉体13内与外界环境存在气压差，使得炉内部分废烟气经过所述的第一通道23内进入排烟道16，而第二通道24内则通有助燃气体，第一通道23内的温度较高的废烟气与第二通道24内的助燃气体借助所述的导热管21的管壁进行热交换，导热管21选用导热性能良好的金属材料制作。

由于通常情况下燃烧器14都需要借助支撑物固定在炉体13上的，因此挡壁27可以是支撑物的一部分形成，比如在支撑物上开设安装孔，安装孔的孔壁就可以起到挡壁27的作用，或者这里的挡壁27还可以由导热性能较差的其他材料制作。

所述的中间层22内开设有与所述的喷嘴20的燃料通道2相连通的第三通道25，第三通道25位于中间层22的中间因此不会被加热。

为达到更好的热交换效果，所述的导热管21的外壁面上具有多根沿其径向凸起的肋片26，参阅附图3所示，所述的多根肋片26分散布置于所述的导热管21的外表面上，并且所述的肋片26沿所述的导热管21的外圆周表面延伸形成一段圆弧。通过在导热管21的外壁上设置肋片26，能够增大换热面积，增大紊流强度，从而增强换热，在同样的长度与空间内，将助燃气体温度预热得更高，从废烟气中回收更多热量，实现更节能的目的。

以上所述实施例用于说明本发明内容，而本发明内容绝不限于此，凡对本发明所作的数值变更或等效部件的简单置换，应仍隶属于本发明所要求的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种燃烧设备，包括部分位于炉体(13)内的燃烧器(14)、设置在炉体(13)内的循环风机(15)、排烟道(16)，所述的燃烧器(14)包括位于所述的炉体(13)内的喷嘴(20)，所述的喷嘴(20)具有壳体(1)，所述的壳体(1)内设置有：

燃料通道(2)和助燃气体通道(3)；

位于所述的燃料通道(2)和所述的助燃气体通道(3)下游的混合室，燃料与助燃气体在所述的混合室内交汇；

位于所述的混合室的最下游的喷口(4)，所述的喷口(4)供燃烧火焰喷出，

其特征在于：所述的喷口(4)与所述的循环风机(15)的出风方向相对，所述的循环风机(15)吹出的循环气流与燃烧火焰对流喷吹；所述的喷嘴(20)的混合室分为N级相互连通的腔室(7、8、9、10)，其中N≥2，在所述的喷嘴(20)的径向截面上，位于上游的腔室的截面积小于与他相邻的下游腔室的截面积。

2.根据权利要求1所述的燃烧设备，其特征是：所述的燃烧器(14)还包括与所述的喷嘴(20)相连接的导热管(21)，所述的导热管(21)的外侧设置有挡壁(27)，所述的挡壁(27)的内壁面与所述的导热管(21)的外壁面之间形成供炉体(13)内的废烟气通过的第一通道(23)，所述的导热管(21)的内壁处设置有与喷嘴(20)的助燃气体通道(3)相连通的第二通道(24)，所述的废烟气与所述的助燃气体借助所述的导热管(21)的管壁进行热交换。

3.根据权利要求2所述的燃烧设备，其特征是：所述的第一通道(23)的一端位于炉体(13)内，所述的第一通道(23)的另一端位于所述的排烟道(16)内。

4.根据权利要求2所述的燃烧设备，其特征是：所述的导热管(21)内还设置有中间层(22)，所述的导热管(21)的内壁面与所述的中间层(22)的外壁面之间形成所述的第二通道(24)。

5.根据权利要求4所述的燃烧设备，其特征是：所述的中间层(22)内开设有与所述的喷嘴(20)的燃料通道(2)相连通的第三通道(25)。

6.根据权利要求2所述的燃烧设备，其特征是：所述的导热管(21)的外壁面上具有多根沿其径向凸起的肋片(26)。

7.根据权利要求6所述的燃烧设备，其特征是：所述的肋片(26)沿所述的导热管(21)的外圆周表面延伸形成一段圆弧。

8.根据权利要求6所述的燃烧设备，其特征是：所述的多根肋片(26)分散布置于所述的导热管(21)的外表面上。

9.根据权利要求1所述的燃烧设备，其特征是：N≥3。 

10.根据权利要求9所述的燃烧设备，其特征是：N＝4。

11.根据权利要求1所述的燃烧设备，其特征是：所述的壳体(1)包括外套管(5)以及位于所述的外套管(5)之内的内套管(6)，所述的助燃气体通道(3)与所述的外套管(5)的内腔相连通，所述的燃料通道(2)与所述的内套管(6)的内腔相连通，所述的内套管(6)与所述的外套管(5)之间具有充满了助燃气体的空间，并且所述的内套管(6)的侧壁上开设有多个透气孔(11)。

12.根据权利要求1所述的燃烧设备，其特征是：所述的混合室的各级腔室(7、8、9、10)中的一个或多个具有缩口部(12)，所述的缩口部(12)是由该腔室(7、8、9、10)的侧壁自上游向下游方向口径逐渐缩小而形成的。

13.根据权利要求12所述的燃烧设备，其特征是：所述的多级腔室(7、8、9、10)包括自上游向下游方向依次排布的一级腔室(7)、二级腔室(8)、三级腔室(9)以及四级腔室(10)，所述的缩口部(12)位于所述的二级腔室(8)内。

14.根据权利要求1至13中任意一项所述的燃烧设备，其特征是：所述的混合室的径向截面在位于相邻的两级腔室的分界处是突变的。 

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