CN113324246A - 稳焰燃烧器及稳焰方法 - Google Patents

Abstract

本发明的稳焰燃烧器及稳焰方法，稳焰燃烧器包括燃烧器本体和点火器，燃烧器本体设有燃气喷口和空气喷口，空气喷口位于燃气喷口外侧周向布置有多个；多个空气喷口以不完全相同的倾角朝向，使多个空气喷口可产生至少数个与燃烧器本体中心轴线形成不同空间角度的空气射流，空气射流分别与燃气喷口产生的燃气射流交错形成多个沿燃烧器本体中心轴线方向不同深度的稳焰涡旋。与现有技术相比，本发明的稳焰燃烧器，多个空气喷口以不同的倾角朝向，产生的空气射流分别与燃气喷口产生的燃气射流形成多个不在同一平面高度的稳焰着火点，使稳焰燃烧器具有较大的燃气调节比，当燃气喷口燃气流量较小时也能使燃气得到充分的燃烧，使用效果好。

Description

稳焰燃烧器及稳焰方法

技术领域

本发明属于燃烧器技术领域，具体涉及稳焰燃烧器及稳焰方法。

背景技术

对一个工业燃烧器来说，保证火焰的稳定和安全燃烧是极其重要的。燃气一旦着火后，在不同的工作条件下使火焰能维持稳定的传播、持续下去是燃烧器的最基本性能。

工程上希望燃料和助燃气体保持稳定的化学反应和释放热量，以便于控制和工程应用。因此常要求燃烧器中火焰稳定在预设位置,即在一定位置着火、按设定速度发生燃烧化学反应、并在一定位置燃尽、离开燃烧室。燃料燃烧过程中，燃料、氧及燃烧产物通常以较高速度流动，这些物质存在速度梯度、温度梯度和浓度梯度。在流动过程中进行化学反应，同时伴随动量、能量和质量交换。因此火焰稳定机理是极其复杂的。

现有工业燃烧器，一般包括设置在中部的燃气喷口以及设于外围的多个空气喷口，外围的多个空气喷口以相同的倾斜角向燃气喷口产生的燃气射流一侧设置，空气喷口产生的空气射流与燃气射流混合后形成稳焰着火点，形成的稳焰着火点在沿燃烧器的轴线方向范围内具有稳定火焰不熄灭的效果。然而，现有的工业燃烧器，燃气喷口和空气喷口产生的气流形成的稳焰着火点较为单一，当燃气喷口燃气流量较小时，燃烧器会难以形成稳焰着火点，无法正常着火，喷出的燃气没有得到充分地燃烧，燃烧器燃气调节比低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有燃烧器存在燃气调节比低的技术问题，提供一种以多个不同倾角布置的空气喷口分别与燃气喷口产生多个稳焰涡旋、具有较大燃气调节比的稳焰燃烧器及稳焰方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

稳焰燃烧器，包括燃烧器本体和点火器，所述燃烧器本体设有燃气喷口和空气喷口，所述空气喷口位于所述燃气喷口外侧周向布置有多个；多个所述空气喷口以不完全相同的倾角朝向，使多个所述空气喷口可产生至少数个与燃烧器本体中心轴线形成不同空间角度的空气射流，所述空气射流分别与所述燃气喷口产生的燃气射流交错形成多个沿燃烧器本体中心轴线方向不同深度的稳焰涡旋。

与现有技术相比，本发明的稳焰燃烧器，多个空气喷口以不同的倾角朝向，产生的空气射流分别与燃气喷口产生的燃气射流形成多个不在同一平面高度的稳焰着火点，使稳焰燃烧器具有较大的燃气调节比，当燃气喷口燃气流量较小时也能使燃气得到充分的燃烧，使用效果好。

进一步的，所述燃气喷口包括沿燃烧器本体中心轴线方向布置的主燃气喷口和设于主燃气喷口外侧周向布置的子燃气喷口，所述子燃气喷口向所述空气喷口一侧以不完全相同的倾角布置，使子燃气喷口产生的燃气射流与所述空气射流交错形成多个沿燃烧器本体中心轴线不同深度的稳焰涡旋；通过这样设置，使稳焰燃烧器在沿轴线方向的径向平面内具有更多的稳焰涡旋，具有更大范围和更密集的稳焰着火点，稳焰效果更好、调节精度高。

进一步的，所述空气喷口沿所述燃气喷口外周至少设有一圈，所述空气喷口位于所述燃气喷口外侧周向布置，或者，所述空气喷口位于所述燃气喷口外侧周向离散布置在同一圆周线的内侧和外侧；通过这样设置，使稳焰燃烧器可以产生更多交错密集的稳焰涡旋，稳焰效果更好。

进一步的，还包括设于燃烧器本体周向边缘的多个辅助混合气体喷口，所述辅助混合气体喷口沿同一周向方向倾斜朝向，辅助混合气体喷口用于产生空气射流；通过这样设置，使最外侧的辅助混合气体喷口的空气射流具有一定的周向倾斜速度，形成一定旋流速的旋转火焰流，以强化或弱化等方式改善空气与燃气的混合质量。

进一步的，所述空气射流流速大于所述燃气射流流速；通过这样设置；速度较高的空气射流对速度较低的燃气射流具有更强的卷吸能力，促进混合。

进一步的，所述燃气喷口包括沿燃烧器本体中心轴线方向布置的主燃气喷口，所述主燃气喷口的内径大于所述空气喷口内径；通过这样设置，保证主燃气喷口提供足够的燃气与多个空气射流进行相互卷吸形成多个稳焰涡旋，稳焰效果好。

进一步的，所述空气射流与燃烧器本体中心轴线形成的空间角度小于45°；通过这样设置，使空气射流的动量以轴线为主，使火焰具有更大的轴线速度和冲量、更大的烟气卷吸能力和加热炉炉内的气流循环倍率、更低的氮氧化物排放。

进一步的，至少一个所述燃气喷口与两个所述空气喷口相互对应，使所述燃气喷口产生的燃气射流置于两空气喷口产生的两个空气射流之间；通过这样设置，当两个空气射流夹着一个燃气射流以某一空间交角交错相遇时，两个高速空气射流将对被夹在中间的燃气射向两个方向进行“撕扯”，直至破碎、融合、完成质量和动量交换，在此过程中，燃烧器喷口平面到三个射流汇合处、三个射流交错阶段以及汇合后形成的复杂射流，将制造出多个方向、速度、强度、尺寸、成分构成不同的涡旋结构，并自动生成火焰稳定点和起始燃烧点。

稳焰方法，涉及稳焰燃烧器，所述稳焰燃烧器设有至少一个燃气喷口和多个空气喷口，所述方法包括以下工作过程，多个空气喷口产生多个不同朝向的空气射流，至少数个不同朝向的空气射流分别与所述燃气喷口产生的燃气射流交错形成数个沿燃烧器本体中心轴线方向不同深度的稳焰涡旋。通过这样设置，多个空气喷口以不同的倾角朝向，产生的空气射流分别与燃气喷口产生的燃气射流形成多个不在同一平面高度的稳焰着火点，使稳焰燃烧器具有较大的燃气调节比，当燃气喷口燃气流量较小时也能使燃气得到充分的燃烧，使用效果好。

附图说明

图1为稳焰燃烧器的示意图

图2为一种实施例的稳焰燃烧器中子燃气喷口和空气喷口的倾角布置图

图3为图1中A-A剖面的示意图

图4为图1中C-C剖面的示意图

图5为燃气输送部的示意图

图6为稳焰燃烧器的工作原理图

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的技术方案:

实施例一：

参见图1至图6，本发明的稳焰燃烧器，包括燃烧器本体1和点火器，所述燃烧器本体1设有燃气喷口和空气喷口31，所述空气喷口31位于所述燃气喷口外侧周向布置有多个；多个所述空气喷口31以不完全相同的倾角朝向，例如多个所述空气喷口31以不规则的倾角朝向布置，使多个所述空气喷口31可产生至少数个与燃烧器本体1中心轴线形成不同空间角度的空气射流，所述空气射流分别与所述燃气喷口产生的燃气射流交错形成多个沿燃烧器本体1中心轴线方向不同深度的稳焰涡旋。

本申请的空气喷口31用于喷射助燃气体射流，如氧气射流或空气射流等，在实际使用中，不单一限定是空气射流。

与现有技术相比，本发明的稳焰燃烧器，多个空气喷口31以不同的倾角朝向，产生的空气射流分别与燃气喷口产生的燃气射流形成多个不在同一平面高度的稳焰着火点，使稳焰燃烧器具有较大的燃气调节比，当燃气喷口燃气流量较小时也能使燃气得到充分的燃烧，使用效果好。相比传统燃烧器的调节比1:5，本申请的稳焰燃烧器可达到1:10。

所述燃气调节比是指燃烧器在改变燃气输出的流量参数大小时仍然能提供稳定的持续燃烧的调节范围。

参见图1至图4，在一种实施例中，所述燃烧器本体1设有燃气通道20和空气通道3，所述空气通道3设置在燃气通道20的外侧，优选的，所述空气通道3围绕设置在燃气通道20的外侧。所述燃气喷口设于所述燃气通道20沿气体流出的一侧的一端，所述空气喷口31设于所述空气通道3沿气体流出的一侧的一端。所述燃气喷口包括沿燃烧器本体1中心轴线方向布置的主燃气喷口21和设于主燃气喷口21外侧周向布置的子燃气喷口22，所述子燃气喷口22沿所述燃气喷口外周至少设有一圈，所述空气喷口31位于所述燃气喷口外侧周向布置在同一圆周线上，或者，所述子燃气喷口22位于所述燃气喷口外侧周向离散布置在同一圆周线的内侧和外侧。所述子燃气喷口22向所述空气喷口31一侧以不完全相同的倾角布置，使子燃气喷口22产生的燃气射流与所述空气射流交错形成多个沿燃烧器本体1中心轴线不同深度的稳焰涡旋；通过这样设置，使稳焰燃烧器在沿轴线方向的径向平面内具有更多的稳焰涡旋，具有更大范围和更密集的稳焰着火点，火焰调节比的精度更高，稳焰效果更好、调节精度高。

在一种实施例中，所述空气喷口31沿所述燃气喷口外周至少设有一圈，所述空气喷口31设置多圈时，不限定使等距或排列半径相等的方式布置，所述空气喷口31位于所述燃气喷口外侧周向布置在同一圆周线上，或者，所述空气喷口31位于所述燃气喷口外侧周向离散布置在同一圆周线的内侧和外侧；通过这样设置，使稳焰燃烧器可以产生更多交错密集的稳焰涡旋，稳焰效果更好。

参见图2至图6，在一种实施例中，所述燃烧器本体1沿输送方向的一侧设有延伸出外侧的燃气输送部2，所述主燃气喷口21设于燃气输送部2上，所述燃气输送部2位于所述主燃气喷口21外侧设有一周子燃气喷口22，并且所述燃烧器本体1位于所述燃气输送部2外侧也设有一周子燃气喷口22，所述燃烧器本体1的燃气通道20分别连通所述主燃气喷口21和子燃气喷口22；通过这样设置，更突显燃气输送部2的特征功能，有效减少主燃气喷口21初始喷出的燃气射流受到其他气流影响，使主燃气喷口21延伸出一段距离后才喷出与所述空气射流混合的燃气射流，使燃烧器本体1产生的火焰射程更远。

参见图1至图5，在一种实施例中，还包括设于燃烧器本体周向边缘的多个辅助混合气体喷口4，所述辅助混合气体喷口4沿同一周向方向倾斜朝向，辅助混合气体喷口4用于产生空气射流或其它助燃气体射流，辅助混合气体喷口4可以是圆形、方形或矩形等不同形状；通过这样设置，使最外侧的辅助混合气体喷口4的空气射流具有一定的周向倾斜速度，形成一定旋流速的旋转火焰流，以强化或弱化等方式改善空气与燃气的混合质量。

在一种实施例中，所述空气射流流速大于所述燃气射流流速，燃气射流流速与空气射流流速的速度比优选为0.25至1；通过这样设置；速度较高的空气射流对速度较低的燃气射流具有更强的卷吸能力，促进稳焰涡旋的混合。或者，在其他的实施方式中，所述空气射流设置为流速小于所述燃气射流流速。

在一种实施例中，所述主燃气喷口21的内径大于所述空气喷口31内径；通过这样设置，保证主燃气喷口21提供足够的燃气与多个空气射流进行相互卷吸形成多个稳焰涡旋，稳焰效果好。

在一种实施例中，所述空气射流与燃烧器本体1中心轴线形成的空间角度小于45°；通过这样设置，使空气射流的动量以轴线为主，使火焰具有更大的轴线速度和冲量、更大的烟气卷吸能力和加热炉炉内的气流循环倍率、更低的氮氧化物排放。

在一种实施例中，至少一个所述燃气喷口与两个所述空气喷口31相互对应，使所述燃气喷口产生的燃气射流置于两空气喷口31产生的两个空气射流之间，所述燃气射流与两个空气射流形成的两个交错稳焰涡旋可以是在同一高度或两个交错稳焰具有相对高差；通过这样设置，当两个空气射流夹着一个燃气射流以某一空间交角交错相遇时，两个高速空气射流将对被夹在中间的燃气射向两个方向进行“撕扯”，直至破碎、融合、完成质量和动量交换，在此过程中，燃烧器喷口平面到三个射流汇合处、三个射流交错阶段以及汇合后形成的复杂射流，将制造出多个方向、速度、强度、尺寸、成分构成不同的涡旋结构，并自动生成火焰稳定点和起始燃烧点。

本申请提供的稳焰燃烧器，利用人为设计的多个不同成分、射流角度的流股相互交错、摩擦、剪切，在限制空间制造无数不同尺度、速度、强度、方向、成分的涡旋和回流区，形成在限制空间不同位置、立体分布的稳焰着火点，尽管随着射流的朝向或流速等参数的变化，这些稳焰着火点的空间位置会发生移动，十数个、甚至数十个各个方向的交叉射流形成的复杂流场仍然会产生新的一批稳定着火点，为主火焰的稳定燃烧提供可靠的燃烧条件。调节燃气和空气射流的角度、相交点位置、射流速度、喷口位置可造成不同的流场分布、混合效果、起燃位置，进而改变火焰特性。这种新型火焰稳定方法实用而有效，不仅结构简单、压力损失小、火焰速度高、火焰稳定范围大、允许富氧或贫氧燃烧大调节比，并且由于轴向射流速度提高、强化烟气回流而峰低了氮氧化物排放。

实施例二：

参见图1至图6，本发明的稳焰方法，涉及稳焰燃烧器，所述稳焰燃烧器设有至少一个燃气喷口和多个空气喷口31，所述方法包括以下工作过程，多个空气喷口31产生多个不同朝向的空气射流，至少数个不同朝向的空气射流分别与所述燃气喷口产生的燃气射流交错形成数个沿燃烧器本体1中心轴线方向不同深度的稳焰涡旋。

与现有技术相比，本发明的稳焰方法，多个空气喷口31以不同的倾角朝向，产生的空气射流分别与燃气喷口产生的燃气射流形成多个不在同一平面高度的稳焰着火点，使稳焰燃烧器具有较大的燃气调节比，当燃气喷口燃气流量较小时也能使燃气得到充分的燃烧，使用效果好。

本实施例的稳焰方法的具体结构形式可以通过实施例一的稳焰燃烧器的结构实现。

或者，在一种实施例中，所述燃气喷口和空气喷口31分别设有多个，并且，多个燃气喷口和多个空气喷口31布置在稳焰燃烧器上，也可以以离散分布或不规则分布的方式设置在稳焰燃烧器上。

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.稳焰燃烧器，其特征在于，包括燃烧器本体，所述燃烧器本体设有燃气喷口和空气喷口，所述空气喷口位于所述燃气喷口外侧周向布置有多个；多个所述空气喷口以不完全相同的倾角朝向，使多个所述空气喷口可产生至少数个与燃烧器本体中心轴线形成不同空间角度的空气射流，所述空气射流分别与所述燃气喷口产生的燃气射流交错形成多个沿燃烧器本体中心轴线方向不同深度的稳焰涡旋。

2.根据权利要求1所述的稳焰燃烧器，其特征在于，所述燃气喷口包括沿燃烧器本体中心轴线方向布置的主燃气喷口。

3.根据权利要求2所述的稳焰燃烧器，其特征在于，所述燃气喷口还包括设于主燃气喷口外侧周向布置的子燃气喷口，所述子燃气喷口向所述空气喷口一侧以不完全相同的倾角布置，使子燃气喷口产生的燃气射流与所述空气射流交错形成多个沿燃烧器本体中心轴线不同深度的稳焰涡旋。

4.根据权利要求1所述的稳焰燃烧器，其特征在于，所述空气喷口沿所述燃气喷口外周至少设有一圈；所述空气喷口位于所述燃气喷口外侧周向离散布置在同一圆周线的内侧和外侧。

5.根据权利要求2所述的稳焰燃烧器，其特征在于，还包括设于燃烧器本体周向边缘的多个辅助混合气体喷口，所述辅助混合气体喷口沿同一周向方向倾斜朝向。

6.根据权利要求1至5任一项所述的稳焰燃烧器，其特征在于，所述空气射流流速大于所述燃气射流流速。

7.根据权利要求6所述的稳焰燃烧器，其特征在于，所述燃气喷口包括沿燃烧器本体中心轴线方向布置的主燃气喷口，所述主燃气喷口的内径大于所述空气喷口内径。

8.根据权利要求1至5任一项所述的稳焰燃烧器，其特征在于，所述空气射流与燃烧器本体中心轴线形成的空间角度小于45°。

9.根据权利要求1至5任一项所述的稳焰燃烧器，其特征在于，至少一个所述燃气喷口与两个所述空气喷口相互对应，使所述燃气喷口产生的燃气射流置于两空气喷口产生的两个空气射流之间。

10.稳焰方法，涉及稳焰燃烧器，所述稳焰燃烧器设有至少一个燃气喷口和多个空气喷口，其特征在于，所述方法包括以下工作过程，多个空气喷口产生多个不同朝向的空气射流，至少数个不同朝向的空气射流分别与所述燃气喷口产生的燃气射流交错形成数个沿燃烧器本体中心轴线方向不同深度的稳焰涡旋。

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