CN113266825A - 喷流式平焰燃烧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的喷流式平焰燃烧装置，包括平焰喷射器，所述平焰喷射器包括气体输送部和多个喷嘴，所述气体输送部设有气体输送腔，所述喷嘴设有连通所述气体输送腔且呈扁平状的喷口，多个所述喷嘴环向设置在气体输送部，多个所述喷口设置在对应所述喷嘴的外端且沿其扁平状的长度方向环向布置。与现有技术相比，本发明的喷流式平焰燃烧装置，多个喷嘴以环向方式布置，使对应的多个喷口喷出的火焰环向排列形成近似圆盘、贴近炉壁的平面火焰，产生与传统平焰燃烧器类似的辐射式火焰加热效果，而且由于其较高的火焰速度可以强烈搅拌炉内气体，促进炉气大倍率循环，改善炉温均匀性，提高传热效果。
Description
技术领域
本发明属于燃烧器技术领域，具体涉及喷流式平焰燃烧装置。
背景技术
高速烧嘴和平焰烧嘴是两种应用在加热容器(如窑炉)内具有特殊火焰加热性能的特种燃烧器，用于特定场合、工况对提高加热效率和生产率、节能、改善加热品质、降低排放具有重要作用。
高速烧嘴由于在燃烧室内部燃烧，高温火焰受燃烧室内背压作用从其收缩喷口高速射出。高速烧嘴具有以下的优点:1、由于喷口喷出速度高，在喷口周围有较大的负压区，能将周围低温炉气大量吸入流股，一方面高温流股温度迅速降低到稍高于炉温，避免烧坏工件，另一方面强烈搅拌炉内气体而导致炉温均匀化，提高了加热质量。2、由于高速烧嘴高速、低温火焰可以制造炉气的强烈循环，且不会引发局部过热风险,因此大大简化了炉子结构；减少了烧嘴数量。
平焰燃烧器的燃烧火焰是圆盘形的薄层火焰。平焰烧嘴喷出的火焰是贴着炉壁(指加热容器底壁)向四周伸展的圆盘形薄层，即形成张角为180°的平展火焰。空气以切线进入涡壳，形成强烈的旋转气流从喷口喷出，与从轴线流出旋转流混合后燃烧，借助于旋转气流的离心力，使气流获得较大的径向速度。当气流从燃烧器喷出后，在离心力作用下会使燃烧火焰沿喇叭型燃烧器扩张口扩散形成圆盘形火焰。火焰贴附在炉墙内壁形成一个均匀的灼热面，使炉内的辐射传热效果得到显著提高，与传统的直焰燃烧器相比，平焰燃烧器有火焰稳定性好、火焰温度分布均匀、NO x生成排放量少等优点。
平焰燃烧器的工作性能主要由两个因素决定。其一是旋转气流是否能展开成理想的圆形平盘，其二是在展开的圆形平盘中燃料是否和空气进行有效的掺混，形成一个能生成良好形状火焰的浓度分布。平焰烧嘴的优点:1、不同于传统圆柱形直焰，平焰紧贴炉壁，火焰面积大，中心具有强烈的烟气回流，因此，加热均匀、可防止局部过热。2、由于火焰紧贴炉壁，因此炉壁温度高于直焰，且借助炉壁高辐射能力，提高了物料的加热速度，相当于提高了炉子的加热能力。
平焰烧嘴的主要缺点是:1、由于平焰是由煤气、空气旋流加上扩张型烧嘴砖的附壁效应共同作用的结果，只有当旋转气流的强度达到足够大时，才能够获得较理想的平展气流。因此，煤气、空气的供应参数对平焰的形成有重要影响，甚至可能发生接近直焰的情况，导致火焰直接冲击被加热物料局部过烧。2.平焰的特性属于扩散式燃烧。燃烧路程长，火焰速度低，对炉气驱动能力弱，不具备高速火焰的强循环能力和炉温均匀效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有平焰燃烧器存在不具备高速火焰的强循环能力和炉温均匀效果的问题，提供一种环向布置多个喷嘴以多个喷出火焰环向排列形成平面火焰效果的喷流式平焰燃烧装置。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
喷流式平焰燃烧装置，包括平焰喷射器，所述平焰喷射器包括气体输送部和多个喷嘴，所述气体输送部设有气体输送腔，所述喷嘴设有连通所述气体输送腔且呈扁平状的喷口，多个所述喷嘴环向设置在气体输送部，多个所述喷口设置在对应所述喷嘴的外端且沿其扁平状的长度方向环向布置。
与现有技术相比，本发明的喷流式平焰燃烧装置，多个喷嘴以环向方式布置，使对应的多个喷口喷出的火焰环向排列形成近似圆盘、贴近炉壁的平面火焰，产生与传统平焰燃烧器类似的辐射式火焰加热效果，而且由于其较高的火焰速度可以强烈搅拌炉内气体，促进炉气大倍率循环，改善炉温均匀性，提高传热效果。
进一步的，所述喷口为弧形状的扁平结构；通过这样设置，使喷嘴的火焰变成扁平的扇形火焰，以增大火焰的面积，可以得到近乎于完整的圆盘火焰。
进一步的，所述喷口两侧为轴线对称结构；通过这样设置，保证喷口产生火焰形成整体均匀的扇形火焰。
进一步的，所述喷嘴外端位于所述喷口的上侧设有上导向部以及位于喷口的下侧设有下导向部，所述上导向部和下导向部位于中心线的间距向外侧逐渐收窄；通过这样设置，喷口中心线向外延伸并且间距逐渐收窄，增加中心气流的流动阻力，逼迫中心线高速气流向边缘分配，减少中心区与边缘区的流量差距，使扇形火焰均匀化。
进一步的，所述上导向部的两端和下导向部的两端之间形成连通所述喷口的避让口；通过这样设置，可以进一步扩大喷口的横向喷流面积，增大扇形火焰的火焰平面面积。
或者，所述喷口为矩形或锥形状的扁平结构。
进一步的，多个所述喷嘴呈旋转对称布置；通过这样设置，使形成的平面火焰整体更均匀，加热效果好。
进一步的，多个所述喷嘴设置在气体输送部沿气体输送方向的端部，所述所述喷嘴与气体输送部输送方向的轴线夹角在45至90度之间；通过这样设置，使形成的平面火焰向被加热物一侧靠近，加热效果更好。
进一步的，所述喷嘴以旋转对称的方式布置有四个；通过这样设置，使平焰火焰可以得到近乎于完整的圆盘火焰。
进一步的，所述气体输送部沿气体输送方向的一端设有气体加压部，气体加压部的内径小于所述气体输送部的内径；通过这样设置，使喷嘴喷出的气流具有较高的喷射速度，生成的平面火焰好。
进一步的，还包括与所述气体输送部连接的气体混合器，所述气体混合器设有燃气输入口、空气输入口以及与所述气体输送腔连接的混合气体输出口；通过这样设置，通过气体混合器可以为平焰喷射器持续提供燃气空气混合气体，保持平面火焰的持续产生。
附图说明
图1为喷流式平焰燃烧装置的示意图
图2为弧形状的扁平结构的喷口的结构图
图3为弧形扁平状的喷口的正视图
图4为锥形状扁平结构的喷口的结构图(虚线为喷口与避让口的轮廓线)
图5为矩形状扁平结构的喷口的结构图(虚线为喷口与避让口的轮廓线)
图6为弧形状扁平结构的喷口产生扇形平面火焰的示意图(图中扇形结构为平面火焰)
图7为喷流式平焰燃烧装置的工作状态图
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的技术方案：
参见图1至图7，本发明的喷流式平焰燃烧装置，包括平焰喷射器1，所述平焰喷射器1包括气体输送部11和多个喷嘴12，所述喷嘴12至少设有两个，或者至少设有三个、四个或五个，所述气体输送部11设有气体输送腔13，所述喷嘴12设有连通所述气体输送腔13且呈扁平状的喷口121，多个所述喷嘴12环向设置在气体输送部11的端部或输出端的端部，多个所述喷口121一对一地设置在对应所述喷嘴12的外端且沿其扁平状的长度方向环向布置。
与现有技术相比，本发明的喷流式平焰燃烧装置，多个喷嘴12以环向方式布置，使对应的多个喷口121喷出的火焰环向排列形成近似圆盘、贴近炉壁的平面火焰，产生与传统平焰燃烧器类似的辐射式火焰加热效果，而且由于其较高的火焰速度可以强烈搅拌炉内气体，促进炉气大倍率循环，改善炉温均匀性，提高传热效果。
在一种实施例中，多个所述喷嘴12环向设置在气体输送部11输出端的端部且分别向外延伸。或者，多个所述喷嘴12环向设置在气体输送部11的端部并没有向外延伸，多个多个所述喷嘴12一体结构设置在气体输送部11的端部，且多个喷口121环形设置在气体输送部11的端部。
参见图2和图5，在一种实施例中，多个所述喷嘴12呈旋转对称布置；通过这样设置，使形成的平面火焰整体更均匀，加热效果好。
参见图1至图3，在一种实施例中，所述喷口121为弧形状的扁平结构，所述弧形状喷口121产生的火焰的扇形张角角度可以根据需求设置，优选在20°至180°之间，例如是30°、45°、60°、90°、120°或180°等。所述喷口121形成的火焰的扇形张角越大，平焰喷射器1的喷嘴12数量可以设置得更小，以便多个喷口121产生的扇形火焰环形排列组合为近似圆盘的平面火焰；例如当所述喷口121产生火焰的扇形张角接近180度时，所述平焰喷射器1的喷嘴12可以设置两个；当所述喷口121产生火焰的扇形张角接近120度时，所述平焰喷射器1的喷嘴12可以设置三个；当所述喷口121产生火焰的扇形张角接近90度时，所述平焰喷射器1的喷嘴12可以设置四个。通过这样设置，使喷嘴12的火焰变成扁平的扇形火焰，以增大火焰的面积，可以得到近乎于完整的圆盘火焰。
参见图1至图3，在进一步的实施例中，所述喷口121优选两侧为轴线对称结构，所述喷嘴12外端位于所述喷口121的上侧设有上导向部122以及位于喷口121的下侧设有下导向部123，所述上导向部122和下导向部123位于中心线的间距向外侧逐渐收窄，所述弧形状喷口121的弧线成型于所述上导向部122和下导向部123的外轮廓，使所述喷嘴12设计成鸭嘴状；通过这样设置，喷口121中心线向外延伸并且间距逐渐收窄，增加中心气流的流动阻力，逼迫中心线高速气流向边缘分配，减少中心区与边缘区的流量差距，使扇形火焰均匀化。保证喷口121产生火焰形成整体均匀的扇形火焰。进一步的，喷口121左右两内侧壁间距沿气体流出方向逐渐增大。
参见图2至图5，在进一步的实施例中，所述上导向部122的两端和下导向部123的两端之间形成连通所述喷口121的避让口124；通过这样设置，可以进一步扩大喷口121的横向喷流面积，增大扇形火焰的火焰平面面积。
参见图1至图3，在本实施例中，所述喷嘴12为弧形状的扁平结构，所述喷嘴12以旋转对称的方式布置有四个，所述喷口121产生的火焰的扇形张角在70°至85°之间，相邻的喷口121产生的扇形火焰之间以及位于扇形火焰的上侧和下侧均会产生炉气回流15；通过这样设置，使平焰火焰可以得到近乎于完整的圆盘火焰，而且可较好地强化对炉气的搅拌，改善炉温均匀性，提高传热效率。
或者，参见图4，在一种实施例中，所述喷口为锥形状的扁平结构，所述锥形状喷口产生的火焰的扇形张角角度可以根据需求设置，例如是30°、45°、60°、90°、120°或180°等。所述喷口形成的火焰的扇形张角越大，平焰喷射器1的喷嘴12数量可以设置得更小，以便多个喷口产生的扇形火焰环形排列组合为近似圆盘的平面火焰；例如当所述喷口产生火焰的扇形张角接近180度时，所述平焰喷射器1的喷嘴12可以设置两个；当所述喷口产生火焰的扇形张角接近120度时，所述平焰喷射器1的喷嘴12可以设置三个；当所述喷口产生火焰的扇形张角接近90度时，所述平焰喷射器1的喷嘴12可以设置四个。通过这样设置，使喷嘴12的火焰变成扁平的扇形火焰，以增大火焰的面积，可以得到近乎于完整的圆盘火焰。上述锥形状喷口是指所述喷口沿气体流出方向设有锥度，并且喷口121左右两内侧壁间距沿气体流出方向逐渐增大。
参见图4，在所述喷口为锥形状的扁平结构的实施例中，所述喷嘴12外端位于所述喷口的上侧设有上导向部122以及位于喷口的下侧设有下导向部，所述上导向部122和下导向部位于中心线的间距向外侧逐渐收窄，所述上导向部122的两端和下导向部的两端之间形成连通所述喷口的避让口；通过这样设置，喷口中心线位置的间距向外侧逐渐收窄，增加中心气流的流动阻力，逼迫中心线高速气流向边缘分配，减少中心区与边缘区的流量差距，使扇形火焰均匀化。
或者，参见图5，，在一种实施例中，所述喷口为矩形状的扁平结构，所述矩形状喷口是指喷口左右两内侧壁间距沿气体流出方向保持不变，所述喷口根据需求可以均布设置四个、八个或十六个等，以便多个喷口产生的火焰环形排列组合为近似圆盘的平面火焰。进一步的，所述矩形状的喷嘴外端位于所述喷口的上侧设有上导向部以及位于喷口的下侧设有下导向部，所述上导向部和下导向部位于中心线的间距向外侧逐渐收窄，所述上导向部的两端和下导向部的两端之间形成连通所述喷口的避让口。
在其他实施方式中，所述喷口121的设置方式不限定上述的弧形状的扁平结构、锥形状的扁平结构或矩形状的扁平结构，还可以是其他产生扇形平面火焰。
参见图1、图5和图6，在一种实施例中，多个所述喷嘴12设置在气体输送部11沿气体输送方向的端部，所述所述喷嘴12与气体输送部11输送方向的轴线夹角在45至90度之间；通过这样设置，使形成的平面火焰向被加热物一侧靠近，加热效果更好。
参见图1，在一种实施例中，所述气体输送部11沿气体输送方向的一端设有气体加压部14，气体加压部14的内径小于所述气体输送部11的内径；通过这样设置，使喷嘴12喷出的气流具有较高的喷射速度，使火焰产生的速度大于100m/s，以强化对路气的搅拌、出尽炉气大倍率循环，改善炉温均匀性，提高传热效率，生成的平面火焰好。
所述喷嘴12工作时，喷口121产生的火焰速度在70m/s至200m/s之间，可以生成较好的平面火焰。当喷口121产生的火焰速度越高，可以加强加热炉内的炉气的搅拌能力，炉内的温度均匀性较好。反之，当喷口121产生的火焰速度越低，则加热炉内的炉气的搅拌能力越弱，炉内的温度均匀性较差。
参见图1，在一种实施例中，还包括与所述气体输送部11连接的气体混合器2，所述气体混合器2设有燃气输入口21、空气输入口22以及与所述气体输送腔13连接的混合气体输出口23；通过这样设置，通过气体混合器2可以为平焰喷射器1持续提供燃气空气混合气体，保持平面火焰的持续产生。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.喷流式平焰燃烧装置，其特征在于，包括平焰喷射器，所述平焰喷射器包括气体输送部和多个喷嘴，所述气体输送部设有气体输送腔，所述喷嘴设有连通所述气体输送腔且呈扁平状的喷口，多个所述喷嘴环向设置在气体输送部，多个所述喷口设置在对应所述喷嘴的外端且沿其扁平状的长度方向环向布置。
2.根据权利要求1所述的喷流式平焰燃烧装置，其特征在于，所述喷口为弧形状的扁平结构。
3.根据权利要求2所述的喷流式平焰燃烧装置，其特征在于，所述喷嘴外端位于所述喷口的上侧设有上导向部以及位于喷口的下侧设有下导向部，所述上导向部和下导向部位于中心线的间距向外侧逐渐收窄。
4.根据权利要求3所述的喷流式平焰燃烧装置，其特征在于，所述上导向部的两端和下导向部的两端之间形成连通所述喷口的避让口。
5.根据权利要求1所述的喷流式平焰燃烧装置，其特征在于，所述喷口为矩形或锥形状的扁平结构。
6.根据权利要求1至5任一项所述的喷流式平焰燃烧装置，其特征在于，多个所述喷嘴呈旋转对称布置。
7.根据权利要求1至5任一项所述的喷流式平焰燃烧装置，其特征在于，多个所述喷嘴设置在气体输送部沿气体输送方向的端部，所述所述喷嘴与气体输送部输送方向的轴线夹角在45至90度之间。
8.根据权利要求1至5任一项所述的喷流式平焰燃烧装置，其特征在于，所述喷嘴以旋转对称的方式布置有四个。
9.根据权利要求1至5任一项所述的喷流式平焰燃烧装置，其特征在于，所述气体输送部沿气体输送方向的一端设有气体加压部，气体加压部的内径小于所述气体输送部的内径。
10.根据权利要求1至5任一项所述的喷流式平焰燃烧装置，其特征在于，还包括与所述气体输送部连接的气体混合器，所述气体混合器设有燃气输入口、空气输入口以及与所述气体输送腔连接的混合气体输出口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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