CN1033337C - 旋流燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种结构经过改进的旋流燃烧器，包括同轴安装在燃烧器表面的U形氧化剂喷射器和气体燃料喷射器。该燃烧器还设有一个非流线体，该非流线体带有一组在氧化剂喷射器内部延伸的静旋流叶片。

Description

本发明涉及一种用于气体燃料燃烧反应器的具有分开的燃料和氧化剂供给装置的旋流燃烧器。

这类燃烧器主要用于气体燃烧工业炉和流程加热器的燃烧，这类设备需要具有高燃烧热强度的稳定火焰。通常结构的旋流燃烧器包括一个带有燃料供给中心管的喷燃管，一个氧化剂供给口包围着该燃料供给中心管。燃料和氧化剂在燃烧区的充分混合靠通过旋流器的氧化剂获得，旋流器安装在中心管上燃烧器表面处。因此，氧化剂以旋流的方式流动，形成燃烧产物的内部和外部高度再循环从而产生高的燃烧热强度。

上述结构的普通旋流燃烧器的缺点是，燃烧器的表面在气流高流速下(这是具有这种结构的工业炉所要求的)，因沿着燃烧区中心轴线的高度内部再循环引起燃烧器表面受到过热。因此，热燃烧产物返回喷燃器表面的流动，导致燃烧器表面迅速加热到高温以致被损坏。

本发明总的目的是，通过改进这种已知旋流燃烧器的燃烧面结构，克服上述缺陷。

根据观察，这种改进结构是基于观察到的这样事实：当形成一种氧化剂旋流使其总流动方向集中沿着燃烧区轴线，并在相同时间内，气体燃料流向同一轴线时，便可获得一种具有高燃烧热强度的稳定火焰，并且不会产生热燃烧产物有害的内部再循环。

根据这种观察，本发明的旋流燃烧器包括：一个喷燃管和一个同轴的并与喷燃管隔开的中心氧化剂供给管，由此，在两管之间形成了一个环形气体燃料通道，氧化剂供给管和气体燃料通道具有单独的进口端和出口端，其中：

一个气体燃料喷射器和气体燃烧通道的出口端相联接，该气体燃料喷射器有一绕喷燃管和喷射器公共轴线的U形截面内表面；

一个氧化剂喷射器和氧化剂供给管的出口端相连接，该氧化剂喷射器有一和气体燃料喷射器同轴并隔开的U形横截面；

一个在气体燃料和氧化剂喷射器表面之间形成的气体燃料喷射室；

一个在氧化剂喷射器表面内形成的氧化剂喷射室；

每一个喷射室都具有一U形断面，并设有一个绕着公共轴线的环形出口端；

一个圆柱形的非流线体，同轴地安装在氧化剂喷射室内，该非流线体具有一圆顶状的上游端和一锥形下游端；以及

一个旋流器，安装在非流线体上，位于其上游端和下游端之间，该旋流器具有一组延伸到氧化剂喷射室表面的静旋流叶片；

因此，送至氧化剂喷射室的氧化剂，在非流线体和旋流器的共同作用下，以旋流方式喷射到下游燃烧区，该氧化剂流通过氧化剂喷射室之后绕喷射室和燃烧区的公共轴线流动；

氧化剂与送到气体燃料喷射室的气体燃料在燃料区中混合，并在穿过气体燃料喷射器之后以朝着燃烧区轴向内流动的方式喷射进燃烧区。

旋流器诱导出的旋流，有助于通过增加接触区域促进气体燃料和氧化剂的混合。当旋流器叶片的倾斜角调节在15°和75°范围之间，而且最好是20°和45°之间时，可获得有效地混合。

同时，由喷射室U形断面引起的沿燃烧区轴线向内流动的流动图形避免了高温区域中热燃烧产物绕燃烧区轴线再循环，不然的话，将导致燃烧器表面过热。

此外，这种向内的流动图形还会导致燃烧区低温外部区域的高度外部再循环。从这一区域仅有冷却了的燃烧产物返流回到燃烧器表面，在该表面这部分燃烧产物又被吸入热燃烧区域之中，并在那里再次加热。

当将本发明的燃烧器用于气体燃烧反应器时，已冷却的燃烧产物的再循环流有利地防止了围绕燃烧区的反应器壁受热燃烧产物的冲击，延长了反应器的寿命。

接近喷射室出口端的燃烧器表面的温度可以通过将氧化剂喷射室出口端处的氧化剂喷射器形成带有最小尖角的锐缘而进一步降低。喷射器的受热的减少和适当机械强度的获得可在尖角为15°和65°之间时，最好在15°和40°之间时得到。

本发明燃烧器的另一优点是，冷却的燃烧产物高度外部再循环，在燃烧出口区形成了均匀的温度分布。

这在燃烧式催化剂反应器的工作期间是非常重要的，其产量很大程度上取决于典型地设置在燃烧出口区的催化剂床中的温度分布。

因此，本发明的燃烧器特别适于用在气体燃料反应器中的加热和完成催化过程。

本发明的上述目的及其优点参照附图在下文将作进一步地描述，其中，唯一的附图表示根据本发明的一个具体实施例的一种旋流燃烧器的横截面示意图。

在图中，一个喷燃管2相对于公共轴线16同轴地绕着一个中心氧化剂供给管4，在两个管之间形成气体燃料供给通道6。

一个喷射器10具有绕轴线16的横截面为U形的内表面，该喷射器10安装在喷燃管2的出口端8处。喷射器10容纳一个同轴设置的喷射器12，该喷射器12具有U形横截面安装在中心管4的出口端14上。

喷射器的U形形状可以通过加工具有圆柱部分和圆锥部分的合适金属体而方便地获得。圆柱和圆锥部件之间的过渡角度最好取值在115°和170°范围之内。

喷射器10和12的表面包围着与气体燃料供给通道6相通的气体燃烧喷射室18和到中心管4出口端的喷射器12之内的氧化剂喷射室20。喷射室18和20具有绕着轴线16的U形断面，其圆形出口端22和24，设置成与轴线16同轴。喷射室20的出口端24可以通到喷射室18的下部。

围绕着氧化剂喷射室出口端的喷射器12的边缘是锥形的，并带有最小尖角γ，以防止该边缘过热，关于这一点在下文将详述。

喷射室20还配备一个与该室20内表面同轴隔开的圆柱形非流线体26。非流线体26具有圆顶状的上游端28和锥形下游端30。围绕着非流线体26的圆柱表面安装了一个旋流器32，旋流器32带有一组静旋流叶片(图中未示)，这些静旋流叶片延伸到喷射室20的表面。

具有上述结构的燃烧器工作时，气体燃料通过通道6供到喷射室18中，并喷进喷射室20出口端24下游的燃烧区。借助喷射室18的U形断面，射进燃烧区的气体燃料流，向着喷射室18和燃烧区的公共轴线16的方向流动，如图中箭头所示。在燃烧区，气体燃料流和供到中心管4中的氧化剂混合，经喷射室20喷射到燃烧区。

在喷射到燃烧区之前，氧化剂流经过旋流器32的通道已形成旋流，并且借助非流线体26和喷射室20的U形断面，旋流氧化剂以圈着燃烧区轴线的总流动趋势排进燃烧区。

结果，氧化剂和气体燃料流的混合主要在燃烧区轴线周围的温度区域完成。因此，防止了这个区域内的热燃烧产物的有害的内部再循环。再循环仅形成在燃烧区的低温外部区域，这样，减少了紧靠喷射室出口端的物质温度。如上述，在这一区域内的温度可进一步由围绕着氧化剂喷射室的出口端的氧化剂喷射器边缘的夹角γ来控制，这样，使氧化剂和气体燃料的混合区域可通过减小尖角角度的办法保持在距边缘较远的距离处。

通过参照具体实施例对本发明已经进行了描述，对于那些熟练的技术人员来说，很明显，可以容易地做出各种替换地变更，将不超出本发明的范围。例如，在需要的非常高的燃烧热强度的应用场合，燃烧器表面可以通过在氧化剂喷射器12内钻出的通道，在该喷射器12的边缘处引入喷射室18和20出口端区域中的一种惰性气体或惰性气体流得到保护，防止受到高温。

Claims (6)

1.旋流燃烧器，包括：一个喷燃管，一个与该喷燃管同轴并与之隔开的中心氧化剂供给管，在两管之间形成一个环形气体燃料通道，该氧化剂供给管和气体燃料通道具有单独的进口端和出口端，其特征是：

一个与气体燃料通道的出口端联接的气体燃料喷射器，该气体燃料喷射器有一绕该喷燃管和喷射器的公共轴线的U形截面内表面；

一个与氧化剂供给管出口端联接的氧化剂喷射器，该氧化剂喷射器有一和气体燃料喷射器同轴并与之隔开的U形横截表面；

一个在气体燃料和氧化剂喷射器表面之间形成的气体燃料喷射室；

一个在氧化剂喷射器表面之内形成的氧化剂喷射室；

每一个上述喷射室均具有U形断面，并设有一个绕着公共轴线的环形出口端；

一个同轴地安装在氧化剂喷射室内的圆柱形非流线体，该非流线体具有一圆顶形上游端和一锥形下游端；以及

一个安装在非流线体上的位于直上游端和下游端之间的旋流器；该旋流器有一组延伸到氧化剂喷射室表面的静旋流叶片；

由此，借助于非流线体和旋流器，送到氧化剂喷射室中的氧化剂以旋流的方式喷射进下游燃烧区，该氧化剂流穿过氧化剂喷射室之后是绕着上述喷射室和燃烧区的公共轴线流动的；

氧化剂在燃烧区与送到气体燃料喷射室中的气体燃料相混合，并在穿过气体燃料喷射室之后以朝着燃烧区轴线向内流动的方向喷射进燃烧区。

2.根据权利要求1所述的旋流燃烧器，其特征是安装在旋流器中的旋流叶片的倾斜角为15°-75°。

3.根据权利要求2所述的旋流燃烧器，其特征是旋流叶片的倾斜角为20°-45°。

4.根据权利要求1所述的旋流燃烧器，其特征是在喷射室出口端处，氧化剂喷射器有一尖角，该尖角为15°-60°。

5.根据权利要求4所述的旋流燃烧器，其特征是该氧化剂喷射器的尖角是15°-40°。

6.根据上述任一权利要求所述的旋流燃烧器，用于用气体燃料反应器进行催化过程。