CN1100790A - 气化喷燃器 - Google Patents

Abstract

一种喷燃器，它有一烧嘴端头，用于燃气流与燃 烧空气的混合喷流，有一个燃气输送管，借助它把燃 气输往烧嘴端头(1)，有一个燃烧空气输送管，通过它 把燃烧空气输送到烧嘴端头。在一个接于燃气及燃 烧空气输送管的烧嘴端头侧终端上的烧嘴端头(1)的 内中心件(2)中开有射流孔(15),通过该射流孔可把燃 气或燃烧空气流喷射到烧嘴端头环形室(5)中——该 环形室是位于燃烧空气输送管及燃气输送管的烧嘴 端头侧的终端与烧嘴端头(1)的射流面(14)之间部位( 基本上沿燃气输送管及燃烧空气输送管的轴向延伸 )，烧嘴端头(1)的内中心件(2)的射流孔(15)即处于该 区域,从此区域通过烧嘴端头环形室(5)流出的燃烧空 气及燃气流(基本上沿燃气输送管及燃烧空气输送管 呈轴向走向)，随同烧嘴端头(1)的内中心件(2)的射流 孔(15)喷射出来的燃气流及燃烧空气流，产生混合并 一起向前冲出。

Description

本发明涉及一种气体喷燃器，它有一个使燃气流和燃烧用空气流汇流用的烧嘴端头，该喷燃器有一燃气输送管，用来把燃气输送到烧嘴端头。此外，还有一个燃烧用空气输送管，用来为烧嘴端头提供烧燃用空气。燃烧用空气输送管构成一环形腔室，它与燃气输送管沿其轴向保持一段径向距离。

一般所熟知的这类气体喷燃器，比较容易造成不规则的燃烧火焰，这会明显地损害气体喷燃器的使用效率，并且，也容易引起喷燃器的零部件热负荷过大及造成大量热量散发到燃炉的周围区域。此外，在一般工作过程中，这类喷燃器只是在比较有限的通流量范围才可能达到较高效率的燃烧。

本发明的任务就在于，设计出一种在开始所提到的混合供料形式的气体喷燃器，它一方面适用于燃烧空气或燃气较宽变化的通流量，另一方面使各通流量都能保证达到高效率均匀地燃烧，不会对喷燃器的各零部件或燃炉周围区域造成过热现象。

本发明的任务是这样来解决的：连接在燃气或燃烧空气输送管的烧嘴端头边的终端处的烧嘴端头的中心件内，开有喷流孔，燃气或燃烧空气通过该喷流孔，喷射到烧嘴端头的环形室-该环形室位于燃烧空气或燃气输送管的烧嘴端头的端部及烧嘴端头的喷流流出面之间。该环形室基本上沿其燃气或燃烧空气输送管的轴向向外扩展。此部分的燃气或燃烧空气流（即位于中心件喷流孔周围的、基本上沿燃气或燃烧空气输送管呈轴向扩张的区域内，通过烧嘴端头的环形室流出的燃烧空气或燃气流）随着烧嘴端头内的中心件喷孔喷射出的燃气或燃烧空气流向前冲去。在本发明的燃气喷燃器中，燃气和燃烧用空气是轴向式地导入烧嘴端头，因此，在烧嘴端头内两种气流通过相互渗透达到良好地混合，极易点燃并且又共同地尽可能以旋转对称形式朝着径向排流方向逆转。由于在内部中心件的喷射孔是朝着烧嘴端头的环形室开着，因此，在烧嘴端头的内部中心件上，都能够布有射孔截面。

按照本发明，燃烧用空气输送管的直径比燃气输送管直径要大，这也体现出本发明结构上的优点。这样，燃烧用空气输送管就能沿其轴向围住燃气输送管，由此也就能使燃烧空气输送管的内圆周面与燃气输送管的外圆周面之间构成一个环形室，由此也就使燃气输送管的烧嘴端头边的端部同烧嘴端头的内部中心件得以连接，燃气流通过喷射孔由中心件喷射出来就可以进入到这个烧嘴端头环形室-该环形室介于燃烧空气输送管的烧嘴端头的端部与燃气输送管的喷流面之间，并且基本上沿其燃气输送管的轴向延伸。由这个区域（即基本上沿燃气输送管呈轴向走向的、位于烧嘴端头的内部中心件的喷孔周围区域）通过烧嘴端头的环形室流出的燃烧空气流，随着由烧嘴端头的内部中心件的喷流孔所喷射出的燃气流一起向前冲去。由烧嘴端头的内部中心件的喷孔所喷射出来的燃气流，又被烧嘴端头的内部中心件周围的、向外辐射流出的燃烧空气流加以扩展并强制一同前进，直到由喷流孔出来的燃气流的射束中心，冲射到烧嘴端头的环形室的外围限界为止。在这个限界上，它们最终被分解了。由前面所述的这一过程可看出，这是在一个很短的轴向距离上，使燃气/燃烧空气得以均匀地混合。尽管在通流量十分微小的情况下，也会使火焰按照烧嘴端头的内中心件的喷射孔分布数量呈现扇形展开，因此，在通流量变化甚大时，就能够形成一个均匀燃烧的火焰，从而就可以达到高效率的均匀燃烧。如果通过一个烧嘴端头的外包件，使位于烧嘴端头的气体输送管的终端与烧嘴端头的喷流面之间所构成的向外延伸的环形室的外围区得以限制时，则可以在结构上，通过很简单办法，设计出按照本发明的烧嘴端头。

要使这样的简易结构形式得以实现，烧嘴端头的环形室的喷流面侧的端部区间应是连续地，最好是逐渐地扩展，这样，在此区间的烧嘴端头的外包件的内包边，也连续地或连续逐渐地向外扩展，只有通过烧嘴端头及它的外包件的这种造型，才能使一层稀薄的、经过混合后的燃气/燃烧空气流，紧贴着烧嘴端头的外包件的内包面的轮廓自由地流动。

如果逐渐扩展的烧嘴端头的外包件的内包面是足够地大，则燃烧的火焰气流就沿着垂直于烧嘴端头的主轴线的喷流面流出。由于燃烧气体流出是一种辐射形，可以说是一种圆形的，所以在离开喷燃器，即烧嘴端头的主轴线时，在靠近主轴线的前方部位就形成一个静止的负压区，从而使在该区附近的流动的燃气流又可以反流到燃气中。基于循环燃烧的原因，在这种气流中就总是有流回来的、具有很高温度的燃烧气体。通过回流，从而达到极好地混合，并使燃气/燃烧用空气的温度得以增高，由此也就提高了燃气/燃烧用空气的点燃能力-即使在流速甚小并由此产生较小的通流量，以及造成混合能量下降的情况下，也能取得良好燃烧效果。

这种辐射式的径流，其流速的下降极大地取决于辐射半径，因此，即使在位于点燃速度较远的上方，靠近燃烧端头喷流面的初始主流束火焰也不会在烧嘴端头中熄灭。因此，在上面所述的这种辐射径流时，可以使用较高的燃气/燃烧空气的压力，由此也就产生出前面所述的这种燃气喷燃器-该喷燃器就是应用了前面所指出的混合原理，它有一个非常高的调节范围。如果燃气通流量和燃烧空气通流量相互变化是一种均匀的、近似化学计量的比例关系，则它的通流量变化宽度可以大于1∶25。

如果燃气或燃烧用空气输送管的喷流孔与燃气或燃烧用空气输送管呈径向分布，则可以进一步改善燃气与燃烧空气流之间的混合，并使原来混合用的腔室减小。

如果在喷流孔上端（逆喷流而上），位于烧嘴端头的内中心件的外圆周面上（即烧嘴端头环形室的内圆周界限面上），制成一个锥形环肩，它的径向端面对着喷流孔，则可通过该锥形环肩从径向上来控制流过烧嘴端头环形室的燃烧空气或燃气流。因为这种锥形环肩有一陡峭的边缘，因此，有利于燃烧空气或燃气流紧贴着由外包件构成的烧嘴环形室的包面上流动。

如果前面所述的气体喷燃器的射流面约与炉壁或炉罩处于同心位置，此时，这些射流面分别在辐射方向构成一个扩展的平面，处于该平面周围的炉壁或炉罩如果是由耐火材料组成，则气体喷燃器在工作时的燃烧火焰是稳定的，且紧贴着炉壁或炉罩的内表面燃烧，直到燃烧火焰把它的热流能量传递到周围介质上为止。

如果烧嘴端头由一耐火材料制成的护管包住（与烧嘴端头成轴向布置），则由射流面流出的扁平火焰射束经炉管的内壁又重新地向轴区回流。由于燃烧气流又流回到烧嘴端头接近主轴线区域，从而构成一个环形的涡流，该环形涡流加强了混合程度和燃烧能力，这在前面已经叙述过。

如果护管有一收缩的出流横断面，并且逆着出流面边的烧嘴端头环形室的终端部位上开有很多孔，由此在护管的内圆周面和烧嘴端头的外圆周面之间构成了一个环形间隙，则一部分燃烧的气体逆着主流方向，通过此环形间隙和孔被排出去，这样就避免了位于烧嘴端头区域的护管的温度突然增高，从而减少了可能由于温差应力而引起的护管断裂的危险性。

在烧嘴端头逆喷流而上部位，燃烧空气输送管开有很多孔，这也是一种有利的结构形式，通过这些孔，可以把燃烧空气引进到位于燃烧空气输送管或烧嘴端头的外围面与护管的内圆周面之间的中间腔室中。为了进行二次燃烧，设有一流出断面逐渐扩展的外圈次级护管，通过这种结构即可实现二级燃烧了。因为人们总是要求在排出的废气中，应尽量减少氮氧化合物，因此这种结构形式可能会受到欢迎。

上面所述的、根据本发明的气体喷燃器的结构，由于所谓的附壁效应（Coanda-Effektes），不仅燃气流而且燃烧用的空气流，若没有涡旋的话，则会沿着烧嘴端头的射流面作径向流出。在所述的本气体喷燃器，不需要生成一种具有回转脉冲特征的、适合于众所周知的扁形火焰燃烧器结构的火焰。在本发明结构中，由燃气和燃烧空气流本身所建立的相同流向，以及层流之间的关系，不会使径向流出的形体产生改变。当然了，由于回转脉冲能使燃烧的火焰气体传递到炉子周围，这会使温度分布均匀以及／或者能改善热交换等原因，假如要把燃气/燃烧空气流（特别在扁形火焰时）弄成涡旋式的，则也可通过简单办法做到：在燃气或燃烧空气的输送管内制成一种螺旋式的内结构，借助它就能使燃气或燃烧空气流达到旋转目的。旋转的燃气或燃烧空气流可以促使它朝有效的径向回流。

如果护管在一定程度上又兼作燃烧室的外壁，或者作为燃烧室护壁使用，这也是合情合理的。

如果烧嘴端头的内中心件可以设计成朝着它的外护件作轴向移动，则通过这种内中心件的轴向移动，可以使锥形环肩与烧嘴端头的外护件包面（它构成烧嘴端头间隙）之间的宽度得以改变，就能调节所希望的流量比例。

如果烧嘴端头的内中心件的喷流孔直接开在沿着锥形环肩的径向端面处（该端面构成燃烧空气流或燃气流的阻断边），则由该孔喷射出的射流比，在很大程度上与流经射流孔的燃烧空气或燃气无关，因此可以避免此处的喷流效应的产生。

为了根据它的外包件，适当地、精确地确定烧嘴端头的内中心件位置-因为通过这样做可以精确地调节烧嘴端头的环形室空间并由此得到一定的流量比，则最好在烧嘴端头进入边的终端，通过一个气体导入件构成烧嘴端头的外包件，使导入件的内环边作为烧嘴端头的内中心件的定位边（定心件）。

下面借助发明实例的附图详加说明。

图1：为本发明的气体喷燃器的烧嘴端头纵向截面示意图。

图2：图1表示的烧嘴端头正视图。

图3：按照发明的气体喷燃器及其护管。

图4：其射流面约与内炉壁是同心布置的喷燃器。

图1及2为本发明喷燃器的烧嘴端头1，它基本上由一个内中心件2和一个外包件3所组成。

烧嘴端头1的外包件3的内圆周或包面4，与基本上为圆柱形的内中心件2的外圆周面之间，构成一烧嘴端头环形室5。

烧嘴端头1的内中心件2（如图3和4所示）连续到一个燃气输送管6上，通过该管道为烧嘴端头1，即内中心件2提供燃气。

由内中心件2与烧嘴端头1的外包件3所构成的烧嘴端头环形室5，在其气体输入边上（如图3和4所示），同一个燃烧空气输送管7相连接，燃烧空气输送管7与燃气输送管6同圆心，并有一径向距离，这样，在燃气输送管6的外圆周面与燃烧空气输送管7的内圆周周面之间，构成一个环形室8。由连接管9出来的燃烧用空气进入到该环形室，从该环形室出来的燃烧用空气又流入到位于内中心件2与烧嘴端头1的外包件3所组成的烧嘴端头环形室5中。

烧嘴端头1的外包件3，在位于由燃气输送管6和燃烧空气输送管7所构成的环形室8及燃烧嘴端头环形室5之间的过渡处设有一个导入件10，该导入件10构成一个环形的进气室11，其内边由一内环12的外圆周面限定住，并紧贴在内中心件2的外圆周面上。导入件10的内环12的柱形内圆周面的作用在于，根据烧嘴端头的外包件3来确定内中心件2的中心位置。通过这样定心，会得到一个结构匀衡的、旋转对称的烧嘴端头环形室5，这样一种结构对维持烧嘴端头1内部的均匀、稳定的流量比是十分必要的。

如果打算使通过烧嘴端头环形室5流出的燃烧空气流的一种旋转方式向前冲击，可采用所熟悉的方法：在导入件10内装有螺旋式的内结构件，则通过这种简易办法，即可实现上述要求。

与烧嘴端头1，即喷燃器的主轴线13呈对称布置的内中心件3，在靠近烧嘴端头1的一个射流面（即流出面14处）圆周上，分布有很多射流孔15（与主轴线呈径向排列），这些射流孔的开口开在烧嘴端头1的终端区间6内（靠近烧嘴端头的射流面14处，位于环形室5的出流端）。位于内中心件2的正前方端面（与烧嘴端头1的射流面，即流出面14平行走向）是封闭的，这样，由内中心件2流出的所有燃气流就只能通过射流孔15，喷射到烧嘴端头环形室5的流出边的端部区间16内。射流束与烧嘴端头1，即气体喷燃器的主流线13以及通过烧嘴端头环形室5的燃烧空气流的主流线方向，呈垂直或辐射形地喷射出去。

紧靠射流孔15的下方、位于内中心件2的外圆周面上，制成一锥形环肩17，它的径向端面18对着射流孔15。锥形环肩17的径向端面18的自由边构成一个射流阻断面19。借助该断面，使通过烧嘴端头环形室5流出的燃烧空气流从内中心件2的外圆周面分解出来，通过这种效应，就避免了，流经射流面（位于中心件2的射流孔15处）的流量比，不致用随意喷流作用而造成不利影响。

从导入件10处开始，烧嘴端头环形室5就开始收缩，一直到内中心件2的锥形环肩17区为止，形成一个较狭窄的部位，由此产生一个烧嘴端头间隙20。由于烧嘴端头1的外包件3的内径逐渐减少，从而使烧嘴端头环形室5的断面收缩。从烧嘴端头间隙20处起，烧嘴端头1的外包件3的内圆周开始连续逐渐地扩展，这样，在烧嘴端头环形室5的流出面边的端部区间形成外包面4。根据附壁效应，燃烧空气或混合后的燃气/燃烧空气流就紧贴在该面流动。由于外包件3的内径尺寸是逐渐地扩大（它对相应的包面4的构成起决定性作用）。因此，通过烧嘴端头1的射流面14所流出的燃气/燃烧空气流，约与烧嘴端头1的主轴线13呈径向流出。

位于内中心件2的流出面边的端壁上，制成一个扳手开口21，通过对它操作，可以使内中心件2（根据烧嘴端头1的外包件3位置）进行轴向位移，这样，就可以针对外包件3使其内中心件2的外圆周面上的锥形环肩17的方位得以改变。内中心件2的轴向移动也就使烧嘴端头间隙20的宽度得到调节，使烧嘴端头1能匹配各种不同的燃气或燃烧空气的通流量，因此，通过这种简单方式，可调节不同的通流量，使之达到最有利的流量比。

图3表示与一个护管22共同组成的前面所述的烧嘴端头1。该护管与烧嘴端头1同圆心。位于护管22的内圆周面与烧嘴端头1的外包件3的流出面边的圆周面之间，构成一个环形间隙23，通过该环形间隙23，使得由原来的燃烧室24中（位于护管22内的烧嘴端头1的射流面14下方区）流出的火焰气，又流回到位于燃烧空气输送管7的外圆周面（或烧嘴端头1的外包件3的外圆周面）与护管22的内圆周面之间的中间室25中，由于护管22在沿烧嘴端头而下的出流面26的区域内有一个收缩的断面，从而更加大了这种回流效应。

在烧嘴端头环形室5的端部区16的上游部位（逆流而上）的护管22中开有孔27，由中间室25流出来的炽热火焰气体通过此孔被排放出去，这样，就避免了由于过大的温差从而使烧嘴端头1区域的护管22产生热应力。

为了使进入到中间室25的火焰气体烧尽，在燃烧空气输送管7的烧嘴端头边的端部区域中，开有孔28，燃烧用的空气通过该孔窜出来，进入到位于燃烧空气输送管7的外圆周（或烧嘴端头1的外包件3的外圆周面）与护管22的内圆周面之间的中间室25中。

为了减轻火焰气体由燃烧室24出来通过环形间隙23进入到中间室25，这样一种流动过程可在烧嘴端头1的外包件3的一段外圆周面上（该圆周截面构成烧嘴端头环形室5的射流面边的端部区域16）开有一空隙29。

前面所述的这种带有护管22的喷燃器，在工作时，沿着烧嘴端头1的射流面14的径向、贴着护管22内壁流动的火焰气流，重新又与一个轴向成份的气流汇合起来，通过这个轴向流动气流，使火焰气又流到由于火焰气径向流动而造成的靠近主轴线的负压区域。通过这种回流，就能得到前面所提到的特别有利的混合、点火及燃烧。

图4为根据本发明的另一种气体喷燃器结构形式，该喷燃器是置于一炉墙31的炉腔30之内，它的射流或喷流面14约与炉墙31的内腔面保持同心。火焰气的径流紧贴着炉墙31的内表面流过，此时，一部分燃气流由于位于烧嘴端头1的主轴线13区域的负压作用，又被吸回到靠近主轴线13的这个区域内，因此，也能达到前面所提到的、特别有利的混合、点火及燃烧效果。

Claims (18)

1、一种气体喷燃器，它有一烧嘴端头(1)，用来进行燃气和燃烧空气的汇合喷流，有一燃气输送管(6)，借助该管可把燃气输送到烧嘴端头(1)，还有一个燃烧空气输送管(7)，通过它为烧嘴端头(1)输送燃烧用的空气，两管之间构成一环形室(8)，它与燃气输送管(6)沿其轴向保持一径向距离，其特征在于，在烧嘴端头(1)的内中心件(2)(该中心件连接在烧嘴端头侧的燃气输送管(6)或燃烧空气输送管(7)的终端上)中有射流孔(15)，通过该射流孔可把燃气或燃烧空气流喷射到烧嘴端头环形室(5)中-该环形室位于烧嘴端头侧的燃烧气体输送管(7)或燃气输送管(6)的终端，与烧嘴端头(1)的射流面(14)之间，基本上沿燃气输送管(6)或燃烧空气输送管(7)的轴向扩展，从烧嘴端头(1)的内中心件(2)的射流孔(15)的环形室区域(基本上沿燃气输送管(6)及燃烧空气输送管(7)轴向展开)中所流出的燃气流及空气流，随着烧嘴端头(1)的内中心件(2)的射流孔(15)喷射出来的燃气及空气流，一起向前冲去。

2、按照权利要求1的气体喷燃器，其特征在于，燃烧空气输送管（7）轴向式地包住燃气输送管（6），这样，在燃烧空气管（7）的内圆周面与燃气输送管（6）的外圆周面之间形成环形室（8），烧嘴端头侧的燃气管（6）的终端与烧嘴端头（1）的内中心件（2）相连接，燃气流由该内中心件（2）出来，经射流孔（15），喷射到烧嘴端头环形室（5）中，烧嘴端头侧的燃烧空气输送管（7）的终端与烧嘴端头（1）的射流面（14）之间的环形室，基本上沿燃气输送管（6）的轴向展开，由烧嘴端头环形室（5）流出的燃烧空气流，进入到基本上与燃气输送管（6）呈轴向扩展的位于烧嘴端头（1）的内中心件（2）的射流孔区域的环形室时，随着烧嘴端头（1）的内中心件（2）的射流孔（15）所喷射出的燃气流，一起向前冲去。

3、按照权利要求1或2的气体喷燃器，其特征在于，烧嘴端头环形室（5）的外围，通过烧嘴端头（1）的外包件（3）限制住，该外包件向烧嘴端头侧的燃烧空气输送管（7）或燃气输送管（6）的终端与烧嘴端头（1）的射流面（14）之间的区域延伸。

4、按照权利要求1-3的气体喷燃器，其特征在于，烧嘴端头环形室（5）射流侧的端部区间（16）的流量断面是连续地扩大。

5、按照权利要求4的气体喷燃器，其特征在于，燃嘴端头环形室（5）射流侧的端部区间（16）的流量断面是逐渐地扩大。

6、按照权利要求4或5所述的气流喷燃器，其特征在于，烧嘴端头环形室（5）的射流侧的端部区间（16）内的烧嘴端头（1）的外包件（3）的内圆周面，是连续地逐渐地扩大。

7、按照权利要求5或6所述的气体喷燃器，其特征在于，烧嘴端头（1）的外包件（3）的内圆周面，要逐渐扩大到使其火焰气能沿着垂直于烧嘴端头（1）的主轴线（13）的射流平面（14）呈径向流出。

8、按照权利要求1-7之任一项所述的气体喷燃器，其特征在于，烧嘴端头（1）的内中心件（2）的射流孔（15）与烧嘴端头（1）的主轴线（13）呈径向分布。

9、按照权利要求1-8之任一项所述的气体喷燃器，其特征在于，在烧嘴端头（1）的内中心件（2）的外圆周面上（即位于射流孔（15）处的烧嘴端头环形室（5）的内限制面上）有一锥形环肩（17），它的径向端面（18）面朝着射流孔（15）。

10、按照权利要求1-9之任一项所述的气体喷燃器，其特征在于，它的射流面（14）大约与炉墙（31）或炉盖的内边处于同圆心位置。

11、按照权利要求1-9之任一项所述的气体喷燃器，其特征在于，烧嘴端头（1）由一个沿射流而下的、越过烧嘴端头（1）的射流面（14）并向前伸延的护管（22）包围住。

12、按照权利要求11所述的气体喷燃器，其特征在于，护管（22）有一个收缩的流出断面（26），并在烧嘴端头环形室（5）的射流侧的端部区间（16）（逆喷流方向）的护管中开有孔（27），在烧嘴端头（1）的射流面（14）处，由护管（22）的内圆周面与烧嘴端头（1）的外圆周面构成一环形间隙（23）。

13、按照权利要求12所述的气体喷燃器，其特征在于，在烧嘴端头（1）的上游处（逆喷流而上）的燃烧空气输送管（7）上开有孔（28），燃烧用空气可以通过该孔流入到由燃烧空气输送管（7）或烧嘴端头（1）的外圆周面与护管（22）的内圆周面所组成的中间室（25）中，在该中间室中为了进行次级燃烧，需要有一个流出截面逐渐扩大的外层次级护管。

14、按照权利要求1-13之任一项所述的气体喷燃器，其特征在于，在燃气输送管，或在燃烧空气输送管（7）中，装有一个螺旋内部结构（10），借助它可使燃气，或燃烧空气流成为涡旋式进气。

15、按照权利要求11-14之任一项所述的气体喷燃器，其特征在于，护管（22）可作为燃烧室的护墙。

16、按照权利要求9-15之任一项所述的气体喷燃器，其特征在于，烧嘴端头（1）的内中心件（2）可朝着外包件（3）作轴向位移。

17、按照权利要求9-16之任一项所述的气体喷燃器，其特征在于，烧嘴端头（1）的内中心件（2）的射流孔位于紧靠锥形环肩（17）的径向端面（18）处，该端面形成燃烧空气流或燃气流的阻断边（19）。

18、按照权利要求1-17之任一项所述的气体喷燃器，其特征在于，烧嘴端头（1）的外包件（3），位于它的初始端，设有一导入件（10），它的内环（12）作为烧嘴端头（1）的内中心件（2）的定心件。

Images