CN105518386B - 气体燃料-氧气燃烧器 - Google Patents

气体燃料-氧气燃烧器 Download PDF

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Abstract

本文描述气体燃料‑氧气燃烧器。一个装置包括火焰区，其中气体燃料和氧气的燃烧发生以形成火焰；同轴气体燃料喷射器，其构造成向火焰区提供气体燃料；以及同轴氧气喷射器，其构造成向火焰区提供氧气，其中同轴气体燃料喷射器和同轴氧气喷射器是分开的，使得来自同轴气体燃料喷射器的气体燃料和来自同轴氧气喷射器的氧气在进入火焰区之前不混合。

Description

气体燃料-氧气燃烧器
技术领域
本公开涉及气体燃料-氧气燃烧器。
背景技术
气体燃烧器可使用气体燃料（例如氢气、丙烷或天然气）产生（例如，形成）火焰。例如，气体燃料-氧气燃烧器可通过将气体燃料与氧气混合来产生火焰。在多个工业应用中气体燃料-氧气燃烧器可用于产生火焰。
先前的气体燃料-氧气燃烧器可包括单个（例如，一个）同轴喷射器。气体燃料可通过单个喷射器的中心流动，并且可供应（例如，供给）氧气到围绕气体燃料的单个喷射器的外部中以产生火焰。
这样的单个同轴喷射器可易于设计和制造。然而，这样的单个同轴喷射器可产生对燃烧器的意图的（多个）工业应用来说是太大量的（例如，太长的）的火焰。
附图说明
图1A-1D示出根据本公开的一个或多个实施例的气体燃料-氧气燃烧器的各种视图。
图2A-2B示出根据本公开的一个或多个实施例的同轴气体燃料喷射器的一部分的各种视图。
图3A-3B示出根据本公开的一个或多个实施例的同轴气体燃料喷射器的一部分的各种视图。
具体实施方式
本文描述气体燃料-氧气燃烧器。例如，一个或多个实施例包括火焰区、同轴气体燃料喷射器以及同轴氧气喷射器，在所述火焰区中气体燃料和氧气的燃烧发生以形成火焰，所述同轴气体燃料喷射器构造成向火焰区提供气体燃料，所述同轴氧气喷射器构造成向火焰区提供氧气，其中同轴气体燃料喷射器和同轴氧气喷射器是分开的，使得来自同轴气体燃料喷射器的气体燃料和来自同轴氧气喷射器的氧气在进入火焰区之前不混合。
根据本公开的气体燃料-氧气燃烧器可比先前的气体燃料-氧气燃烧器（例如，仅具有单个同轴喷射器的气体燃料-氧气燃烧器）产生更少量的（例如，更短的）火焰。因此，根据本公开的气体燃料-氧气燃烧器可比先前的气体燃料-氧气燃烧器适用于更多应用（例如，更多的工业应用）。
此外，根据本公开的气体燃料-氧气燃烧器可具有非液体冷却设计（例如，可冷却燃烧器的燃料喷射器而不使用水或其他液体）。在很多应用（例如，工业应用）中，由于例如在燃烧器的高操作温度下的泄露导致蒸气快速膨胀的危险，其可危及人员和/或损坏设备，故液体不能用于冷却燃烧器（例如，燃烧器的燃料喷射器）。因此，本公开的非液体冷却设计还可扩大根据本公开的气体燃料-氧气燃烧器适用的应用的数量。
在下面的详细描述中，对形成本文一部分的附图做出参考。附图通过例示的方式示出本公开的一个或多个实施例可如何实施。
足够详细地描述这些实施例以使本领域的普通技术人员能够实施本公开的一个或多个实施例。理解的是可使用其他实施例，并且可做出过程、电的和/或结构的改变而不偏离本公开的范围。
本文的附图遵循编号规定，其中第一（多个）数字对应于附图图号，并且剩下的数字识别附图中的元件或部件。在不同图之间的相似元件或部件可通过使用相似数字来识别。例如，114可指代在图1A-1D中的元件“14”，并且相似元件可由在图2A-2B中的214指代。
如将理解的，在各种实施例中示出的元件在本文中可被添加、交换、组合和/或消除以提供本公开的多个另外实施例。在附图中提供的元件的比例和相对比例旨在示出本公开的实施例，并且不应该以限制性意义来理解。
如在此使用的，“一个”或“多个”某物可涉及一个或多个这样的事物。例如，“多个开口”可涉及一个或多个开口。此外，如在本文中使用的标识“N”、“M”、“L”和“K”，尤其相对于在附图中的附图标记，指示本公开的实施例可包括这样标记的多个特定特征。
图1A-1D示出根据本公开的一个或多个实施例的气体燃料-氧气燃烧器100的各种视图。例如，图1A示出燃烧器100的成角度的透视图，图1B示出燃烧器100的示意性截面视图，图1C示出燃烧器100的示意性前视图，以及图1D示出燃烧器100的另外的示意性截面视图。
如在图1B-1D中示出的，气体燃料-氧气燃烧器100可包括多个同轴气体燃料喷射器114-1,114-2…114-N，多个同轴氧气喷射器104-1, 104-2…104-K，以及火焰区105。如在图1B-1D示出的，燃料喷射器114-1,114-2…114-N和氧气喷射器104-1,104-2…104-K可以是分开的，其可减少（例如，缩短）在火焰区105形成的火焰的容量（volume），如将在本文中进一步描述的。
同轴气体燃料喷射器114-1,114-2…114-N可向火焰区105提供（例如，供应）气体燃料（例如，气体燃料流），和同轴氧气喷射器104-1, 104-2… 104-K可向火焰区105提供（例如，供应）氧气（例如，氧气流）。例如，燃料喷射器可注射和/或喷射气体燃料到火焰区105中，并且氧气喷射器可注射和/或喷射氧气到火焰区105中。气体燃料和氧气可在火焰区105中燃烧以形成火焰。
由同轴气体燃料喷射器114-1,114-2…114-N提供的气体燃料可以是例如氢气、丙烷或天然气。由同轴氧气喷射器104-1,104-2…104-K提供的氧气可以是例如80%纯氧气。然而，本公开的实施例不限于特定类型的气体燃料或特定的氧气纯度。
在一些实施例中，来自同轴气体燃料喷射器114-1,114-2…114-N的气体燃料和来自氧气喷射器104-1,104-2…104-K的氧气在进入火焰区105之前可能不混合（例如，可保持完全分开的），这可减少（例如，缩短）在火焰区105中形成的火焰的容量。将在本文中进一步描述这样的实施例（例如，关于图3A-3B）。
在一些实施例中，来自同轴氧气喷射器104-1,104-2…104-K的氧气的一部分（例如，小部分）可与来自同轴气体燃料喷射器114-1,114-2…114-N的气体燃料在进入火焰区105之前混合，这可减少在火焰区105中形成的火焰的容量。例如，燃料喷射器在来自氧气喷射器的氧气进入火焰区105之前可接收来自氧气喷射器的氧气的部分，并且燃料喷射器然后可向火焰区105提供与从氧气喷射接收的氧气的部分混合的气体燃料。来自氧气喷射器的氧气的部分可例如小于需要燃烧气体燃料的氧气的量，使得氧气的部分和气体燃料不在燃料喷射器中燃烧。气体燃料和氧气的部分的这种预混合可促进在火焰区105中的快速点火和燃烧，其可减少在火焰区105中形成的火焰的容量。这样的实施例将在本文中进一步描述（例如，关于图2A-2B）。
每个同轴气体燃料喷射器114-1,114-2…114-N可包括邻近火焰区105的开口（例如，喷嘴），以向火焰区105提供气体燃料（例如，与氧气的部分混合的气体燃料）。例如，燃料喷射器114-1可包括邻近火焰区105的开口106-1，燃料喷射器114-2可包括邻近火焰区105的开口106-2等等，以向火焰区105提供气体燃料，如在图1A-1D中示出的。开口106-1,106-2…106-N可以是径向开口（例如，围绕气体-燃料氧气燃烧器100径向地定位）。虽然在图1A-1D中示出的实施例包括六个这样的径向开口，但是本公开的实施例不限于特定数量的开口或开口的特定定位。
每个同轴氧气喷射器104-1,104-2…104-K可包括邻近火焰区105的开口（例如，孔洞或槽），以向火焰区105提供氧气。该开口可比燃料喷射器114-1,114-2…114-N的开口106-1,106-2…106-N小（例如，具有更小的直径），并且可以是径向开口（例如，围绕过口106-1,106-2…106-N径向地定位）。虽然在图1A-1D中示出的实施例包括围绕每个燃料喷射器开口定位的六个这样的径向开口，但是本公开的实施例不限于特定数量的开口或开口的特定定位。
此外，混合盘118可包括邻近火焰区105的多个径向开口108-1, 108-2…108-M（例如，围绕混合盘118径向定位的多个开口），以向火焰区105提供氧气，如在图1A-1D中示出的。开口108-1,108-2…108-M可比开口106-1,106-2…106-N小（例如，具有更小的直径），并且可在开口106-1,106-2…106-N径向内侧和径向外侧定位，如在图1A-1D中示出的。虽然在图1A-1D中示出的实施例包括18个这样的径向开口，但是本公开的实施例不限于特定数量的开口或开口的特定定位。
同轴氧气喷射器104-1,104-2…104-K的开口和/或径向开口108-1,108-2…108-M可围绕同轴气体燃料喷射器114-1,114-2…114-N的径向开口106-1,106-2…106-N以均匀环形分布将氧气提供到火焰区105中。以这样的方式将氧气提供到火焰区105中，即可冷却燃料喷射器114-1,114-2…114-N，和/或避免在火焰区105中形成的火焰附着到燃料喷射器114-1,114-2…114-N。
如在图1A-1D中示出的，气体燃料-氧气燃烧器100可包括联接到同轴气体燃料喷射器114-1,114-2…114-N的单个（例如，一个）燃料供应连接件（例如，管）110。燃料供应连接件110可将气体燃料提供到燃料喷射器。例如，燃料供应连接件110可提供均匀分布的气体燃料到燃料喷射器的开口106-1,106-2…106-N。
如在图1A-1B和1D中示出的，气体燃料-氧气燃烧器100可包括联接到同轴氧气喷射器104-1,104-2…104-K的单个（例如，一个）氧气供应连接件（例如，管）112。氧气供应连接件112可将氧气提供到氧气喷射器。例如，氧气供应连接件112可提供均匀分布的氧气到氧气喷射器的开口。
在图1B中示出的实施例中，每个同轴气体燃料喷射器114-1, 114-2…114-N可分别包括埋头孔端口（例如，套管）116-1,116-2…116-N，其分别地对应于（例如，形成）燃料喷射器中的开口106-1,106-2…106-N（例如，埋头孔端口116-1可对应于开口106-1，埋头孔端口116-2可对应于开口106-2等等），如在图1B中所示出的。燃料喷射器114-1, 114-2…114-N的直径在埋头孔端口116-1,116-2…116-N处可增加，如在图1B中所示出的。
在一些实施例中，同轴气体燃料喷射器114-1,114-2…114-N可不包括增加燃料喷射器的直径的埋头孔端口。这样的实施例将在本文中进一步描述（例如，关于图3A-3B）。
如在图1D中示出的，气体燃料-氧气燃烧器100可包括联接到燃料供应连接件110且位于与燃料供应连接件110远离的单个混合盘118。混合盘118可形成同轴氧气喷射器104-1,104-2…104-K以允许来自氧气供应连接件112的氧气绕过同轴气体燃料喷射器114-1,114-2…114-N（例如，围绕其流动）到氧气喷射器104-1,104-2…104-K的开口。混合盘118可包括用于（例如，对应于）燃料喷射器114-1,114-2…114-N的开口106-1,106-2…106-N的开口。此外，如先前在此描述的，混合盘118可包括开口108-1,108-2…108-M。
图2A-2B示出根据本公开的一个或多个实施例的同轴气体燃料喷射器214的一部分的各种视图。例如，图2A示出燃料喷射器214的示意性截面视图，并且图2B示出燃料喷射器214的示意性前视图。在图2A和2B中示出的实施例中，来自同轴氧气喷射器204-1,204-2…204-K的氧气的一部分（例如，小部分）可与来自同轴气体燃料喷射器214的气体燃料在进入火焰区（例如，先前关于图1A-1D描述的火焰区105）之前混合。来自氧气喷射器的在进入火焰区之前不与来自燃料喷射器214的气体燃料混合的氧气可以以围绕燃料喷射器214均匀环形分布的开口206进入火焰区，其可冷却燃料喷射器214和/或避免在火焰区中形成的火焰附着到燃料喷射器214。
如在图2A-2B中示出的，同轴气体燃料喷射器214可包括开口（例如，喷嘴）206、埋头孔端口（例如，套管）216、以及邻近埋头孔端口216（例如，其中燃料喷射器214的直径增加）的多个开口（例如，孔洞和/或端口）220-1,220-2…220-L。开口220-1,220-2…220-L可以是径向开口（例如，围绕燃料喷射器214径向定位）。虽然在图2A-2B中示出的实施例包括围绕六个这样的径向开口，但是本公开的实施例不限于特定数量的开口或开口的特定定位。
开口220-1,220-2…220-L可邻近（例如，透过）同轴氧气喷射器204-1, 204-2…204-K，并且在氧气进入火焰区之前接收来自同轴氧气喷射器的氧气的部分。从氧气喷射器接收的氧气的部分可例如小于燃烧来自同轴气体燃料喷射器214的气体燃料所需要的氧气的量，使得氧气的部分和气体燃料不在燃料喷射器214中燃烧，如先前在本文中描述的（例如，关于图1A-1D）。
同轴气体燃料喷射器214可在气体燃料与经由开口220-1,220-2…220-L从同轴氧气喷射器204-1,204-2…204-K接收的氧气的部分混合之前携带气体燃料，埋头孔端口216可携带与从氧气喷射器接收的氧气的部分混合的气体燃料，并且与从氧气喷射器接收的氧气的部分混合的气体燃料经由开口206进入火焰区。同轴气体燃料喷射器214和埋头孔端口216的直径可尺寸设计成使得通过燃料喷射器214携带的气体燃料的速度等于通过埋头孔端口216携带的与氧气的部分混合的气体燃料的速度。
图3A-3B示出根据本公开的一个或多个实施例的同轴气体燃料喷射器314的一部分的各种视图。例如，图3A示出燃料喷射器314的示意性截面视图，并且图3B示出燃料喷射器314的示意性前视图。在图3A和3B中示出的实施例中，来自同轴气体燃料喷射器314的气体燃料与来自同轴氧气喷射器304-1,304-2…304-K的氧气在进入火焰区（例如，先前关于图1A-1D描述的火焰区105）之前不混合（例如，可保持完全分开的）。来自氧气喷射器的氧气可以以围绕燃料喷射器314均匀环形分布的开口306进入火焰区，其可冷却燃料喷射器314和/或避免在火焰区中形成的火焰附着到燃料喷射器314。
如在图3A-3B中示出的，同轴气体燃料喷射器314可包括开口（例如，喷嘴）306。然而，燃料喷射器314可不包括任何另外的开口。例如，燃料喷射器314可不包括邻近同轴氧气喷射器304-1,304-2…304-K的任何径向开口。因此，燃料喷射器314可不接收来自氧气喷射器的任何氧气。例如，燃料喷射器314的气体燃料可通过燃料喷射器314携带并且经由开口306进入火焰区而没有与来自氧气喷射器的任何氧气混合。
此外，同轴气体燃料喷射器314可不包括埋头孔端口。例如，燃料喷射器314可不包括增加燃料喷射器314的直径的埋头孔端口。而是，燃料喷射器314的直径可保持恒定的直到到达开口306，如在图3A中示出的。
虽然已经示出和在本文中描述了具体实施例，但是本领域的普通技术人员将理解的是，为获得相同技术而计算的任何布置可以替代示出的具体实施例。本公开旨在涵盖本公开的各种实施例的任何和所有改编或变型。
理解的是上面描述已经以例示的形式并且不是限制性形式做出。上面实施例的组合和在本文中没有具体描述的其他实施例在本领域技术人员回顾上面描述时将是明显的。
本公开的各种实施例的范围包括使用上面结构和方法的任何其他应用。因此，本公开的各种实施例的范围应该通过参考随附的权利要求书和该权利要求书所赋予的等同方案的全部范围来确定。
在上文的详细描述中，为了使本公开合理化的目的，各种特征在附图中示出的示例实施例中组合在一起。本公开的方法不被解释成反映本公开的实施例需要比在每个权利要求书中所明示列举的特征更多的特征的意图。
而是，如所附权利要求书反映的，本发明的主题在于比单个所公开的实施例的所有特征少。因此，所附的权利要求书从而被包含到详细描述中，其中每个权利要求书依据其自身作为单独的实施例。

Claims (8)

1.一种气体燃料-氧气燃烧器（100），其包括：
火焰区（105），其中气体燃料和氧气的燃烧发生以形成火焰；
气体燃料喷射器（214），其围绕燃烧器的中心轴线径向地定位；以及
氧气喷射器（204-1,204-2…204-K），其径向地围绕气体燃料喷射器（214）的相应的每一个并且在气体燃料喷射器（214）的相应的每一个外侧定位，构造成向所述火焰区（105）提供氧气，其中，所述氧气喷射器（204-1,204-2…204-K）构造成以围绕气体燃料喷射器（214）均匀环形分布向所述火焰区（105）提供氧气；
其中，同轴气体燃料喷射器（214）的相应的每一个与所述氧气喷射器（204-1,204-2…204-K）是分开的，并且构造成：
在来自氧气喷射器（204-1,204-2…204-K）的氧气进入火焰区（105）之前接收来自氧气喷射器（204-1,204-2…204-K）的部分的氧气；以及
向火焰区（105）提供与从氧气喷射器（204-1,204-2…204-K）接收的部分的氧气混合的气体燃料；以及
其中气体燃料喷射器（214）的每个包括：
多个第一开口（220-1,220-2…220-L），所述多个第一开口（220-1,220-2…220-L）邻近氧气喷射器（204-1,204-2…204-K），以在来自氧气喷射器（204-1,204-2…204-K）的氧气进入火焰区（105）之前接收来自氧气喷射器（204-1,204-2…204-K）的部分的氧气；以及
第二开口（206），所述第二开口（206）邻近所述火焰区（105），以向火焰区（105）提供与从氧气喷射器（204-1,204-2…204-K）接收的部分的氧气混合的气体燃料。
2.如权利要求1所述的气体燃料-氧气燃烧器（100），其中，邻近所述火焰区（105）的所述气体燃料喷射器（214）的每个的第二开口（206）是径向开口。
3.如权利要求1所述的气体燃料-氧气燃烧器（100），其中，所述氧气喷射器（204-1,204-2…204-K）的每个包括邻近所述火焰区（105）的开口以向所述火焰区（105）提供氧气。
4.如权利要求3所述的气体燃料-氧气燃烧器（100），其中，所述氧气喷射器（204-1,204-2…204-K）的每个的开口是径向开口。
5.如权利要求1所述的气体燃料-氧气燃烧器（100），其中，所述气体燃料-氧气燃烧器（100）包括连接到所述气体燃料喷射器（214）的单个燃料供应连接件（110）以将气体燃料提供到气体燃料喷射器（214）。
6.如权利要求1所述的气体燃料-氧气燃烧器（100），其中，所述气体燃料-氧气燃烧器（100）包括连接到所述氧气喷射器（204-1,204-2…204-K）的单个氧气供应连接件（112）以将氧气提供到所述氧气喷射器（204-1,204-2…204-K）。
7.如权利要求1所述的气体燃料-氧气燃烧器（100），其中，所述氧气喷射器（204-1,204-2…204-K）构造成向所述火焰区（105）提供氧气，使得气体燃料喷射器（214）的冷却发生。
8.如权利要求1所述的气体燃料-氧气燃烧器（100），其中，所述氧气喷射器（204-1,204-2…204-K）构造成向所述火焰区（105）提供氧气，使得避免火焰附着到气体燃料喷射器（214）。
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