CN204799125U - 一种高温燃气掺混装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种高温燃气的掺混装置，是将加温到高达1600℃的高温燃气通过采用压缩空气作为冷却气流，掺混冷却到满足使用的600℃的气流。该装置主要由进气系统、掺混段、加温系统、测控系统组成。掺混段的外筒体是一个圆形的管道，在外筒体内设计有一个掺混内筒，当高温燃气进入掺混段的掺混内筒时，掺混段采用了两级掺混结构。冷却空气首先从一级冷却进气管进入外筒体与掺混内筒之间，通过掺混内筒上的掺混孔进入掺混内筒内的掺混区对进入掺混内筒的高温燃气进行一级掺混冷却。其次冷却空气由二级冷却进气管进入外筒体后半部，对燃气进行第二次掺混冷却，以保证其出口温度场的均匀。

Description

一种高温燃气掺混装置

技术领域

本发明涉及一种高温燃气的掺混装置，尤其涉及一种大流量的高温燃气掺混装置。

技术背景

在一些设备中，为了满足使用的气流温度为600℃的需要，要将加温到高达1600℃的高温燃气通过用压缩空气作为冷却气流通过掺混到使用状态。当前一般是采用强制掺混或引射掺混，是可以将燃气温度降至使用要求，但难以保证压力损失小和温度场均匀度的要求。当使用要求的气流流量不同时，燃气流量将根据不同的使用状态也在变化。就是说高温燃气的温度在1000℃～1600℃范围变化，有时需要燃气流量增加或降低，单纯的强制掺混或引射掺混受限于流量的不可调节，压力损失较大，会导致掺混装置的空间按照最大状态设计造成材料和空间浪费，使制造成本增加。

在201010620218《高可靠性多叶片冷热气流掺混扰流装置》专利中是一种采用高可靠性多叶片掺混方式。该装置包括可与管道内壁螺纹连接外圈、设置在外圈内壁的扰流部件；扰流部件包括多个周向均匀分布平板叶片以及一个限位环。此方法虽然效果好，但对于燃气温度高，流量大的设备来说，结构复杂，设备材料选用需适应温度高，设备制造价格昂贵，而且管内介质流阻损失大。

在201420478238《空气与燃气的混合装置》专利中是一种采用在主管道上有混合腔与燃气管腔相连，混合腔的截面沿流向逐渐加大，燃气进气量通过移动安装管内沿其延伸方向的堵头进行调节，在混合腔内通过引射掺混得到需要的混合燃气。采用堵头调节燃气不适于高温度条件，机构复杂，调节范围窄，设备制造工艺复杂，设备制造价格昂贵，而且流阻损失大。此方法虽然可行，但不适于燃气温度高，流量大的设备。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述的技术问题而设计出的一种高温燃气的掺混装置。

(1)要解决的技术问题

满足气流温度为600℃～650℃以内的使用需要，在燃气温度1000℃～1600℃范围，燃气流量(1～20)kg/s增加或降低变化时。要求解决高温燃气的温降变化范围大、压力损失大、掺混后燃气温度分布不均匀，燃气通道的管道材料成本高，掺混装置结构适应性差等问题。

(2)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明的一种高温燃气掺混装置，是通过以下技术方案来实现：

本发明的一种高温燃气掺混装置主要由进气系统、掺混段、加温系统、测控系统组成。其中进气系统包括进气总管、进气总阀、掺混支管、掺混调节阀；加温系统包括加温支管、加温调节阀、加温器、扩压段；掺混段包括前法兰、外筒体、掺混内筒、导流环、冷却进气法兰、一级冷却进气管、二级冷却进气管、后法兰；测控系统包括总流量喷嘴、加温流量喷嘴、进口测压感头、进口测温感头、出口测压感头、出口测温感头、加温器出口测量段。在进气系统的进气总管上安装有进气总阀、总流量喷嘴，随后分为两路，第一路的加温支管上安装有加温调节阀、加温流量喷嘴，然后连接在加温器的进气口上；加温器的排气管道连接在掺混段的前法兰上，中间安装了一个扩压段和出口测量段。第二路的掺混支管上安装有掺混调节阀、进口测压感头和进口测温感头，然后连接在掺混段的冷却进气法兰上；在掺混段的排气管道上安装有出口测压感头和出口测温感头，然后连接到使用设备的进气管道上。

打开进气总阀，压缩空气经进气总管，通过总流量喷嘴分为两路分别进入加温系统和掺混段。当打开加温调节阀，第一路气流通过加温支管、加温流量喷嘴，进入加温器加温到1000℃～1600℃后经扩压段进行减速进入掺混段。同时打开掺混调节阀，第二路气流通过掺混支管进入掺混段对进入的高温燃气进行掺混冷却。得到满足600℃～650℃以内使用条件的气流。

所述的掺混段的外筒体是一个圆形的管道，在外筒体的圆形的管道上安装有前法兰和后法兰。通过前法兰、后法兰与前后的管道相连接。在外筒体内设计有一个掺混内筒，掺混内筒的长度为外筒体长度的2/3-3/4。掺混内筒的前端固定焊接在前法兰的内径上，后端安装了一个导流环支撑在外筒体的内壁上，用来支撑掺混内筒的后端。导流环的外径与外筒体内壁之间留有缝隙。

所述的一级冷却进气管也是一个圆形的管道，与外筒体的外壁面相交成90°，焊接在外筒体的前部位置，其一级冷却进气管的中心线位于掺混内筒的中间截面。一级冷却进气管的进气端焊接有冷却进气法兰，与掺混支管连接。

所述的二级冷却进气管用于补充冷却掺混进气，是一根90°的弯管结构，其流通面积为一级冷却进气管的1/4，进气端焊接在一级冷却进气管的冷却进气法兰下面的后壁上；排气端则焊接在外筒体的后部位置，与一级冷气进气管并排，位于导流环后面，两端分别与一级冷气进气管壁面和外筒体壁面相交成90°。

当高温燃气从前法兰进入掺混段的掺混内筒时，掺混段采用了两级掺混结构。压缩空气首先从一级冷却进气管进入外筒体与掺混内筒之间，通过掺混内筒上的掺混孔进入掺混内筒内的掺混区对进入掺混内筒的高温燃气进行一级掺混冷却。其次，压缩空气通过一级冷却进气管进口处分流到二级冷却进气管，压缩空气由二级冷却进气管进入外筒体后半部，对燃气进行第二次掺混冷却，以保证其出口温度场的均匀。

所述的掺混内筒上设计有掺混孔，是沿掺混内筒的圆周与轴向上进行交叉排列分布，掺混孔的直径为25～30毫米，掺混孔的数量按照大于或等于最大冷却掺混气流流量的流通面积计算选取。

所述的掺混孔的导流方向，在一级冷却进气管中心与掺混内筒的垂直截面上的掺混孔是与掺混内筒壁面垂直，掺混内筒的前段与壁面形成向前的轴向夹角为30°，掺混内筒的后段与壁面形成向后的轴向夹角为30°。

所述的掺混内筒的末端上设计有一个轴肩，是在掺混内筒的末端外径上设计了一个小于外径的台阶，将用于对导流环的内环进行定位焊接。

所述的导流环，采用四个支撑块结构，对外筒进行支撑；在环体上沿支撑块圆周上留有冷却豁口形成缝隙，用于对外筒壳体内壁面形成冷却气膜；其中正上方豁口再豁进去形成安装豁口，避免与二级冷气进气管造成安装干涉。

所述的测控系统，在掺混段压缩空气进口设有进口测压感头和进口测温感头、加温器后设有出口测量段、掺混段的出口设有出口测压感头和出口测温感头。依据掺混段出口测温感头测取的气流温度数据与总流量喷嘴、加温流量喷嘴的测量值，调节加温调节阀和掺混调节阀将增大或减小的冷气和热气供气量，实现满足稳定在使用温度范围内的自动调节。进口压力感头和出口压力感头用于监控掺混后压力损失变化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过试验证明：

(1)通过自动调节以满足不同流量和不同温度的高温燃气使用要求。

(2)大量采用通用金属材料，降低掺混装置制造成本和节省空间。

(3)可以降低气流的压力损失到0.15％左右。

(4)掺混装置的出口提供了较为均匀的温度场。

附图说明

图1为燃气掺混装置的原理图

1-进气系统2-掺混段3-加温系统4-测控系统

101-进气总管102-进气总阀103-掺混支管104-掺混调节阀

301-加温支管302-加温调节阀303-加温器304-扩压段

401-总流量喷嘴402-加温流量喷嘴403-进口测压感头404-进口测温感头

405-出口测压感头406-出口测温感头407-加温器出口测量段

图2为掺混段结构示意图

201-前法兰202-外筒体203-掺混内筒204-导流环

205-冷却进气法兰206-一级冷却进气管207-二级冷却进气管208-后法兰

图3为掺混内筒结构示意图

209-掺混孔210-轴肩

图4为掺混内筒掺混孔排列示意图

图5为导流环与轴肩定位结构示意图

图6为导流环结构示意图

211-环体212-支撑块213-安装豁口214-冷却豁口

具体实施方式

下面通过具体实例对本发明做进一步详述。以下实施只是描述性的不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种高温燃气掺混装置主要由进气系统1、掺混段2、加温系统3、测控系统4组成。其中进气系统1包括进气总管101、进气总阀102、掺混支管103、掺混调节阀104。掺混段2包括前法兰201、外筒体202、掺混内筒203、导流环204、冷却进气法兰205、一级冷却进气管206、二级冷却进气管207、后法兰208。加温系统3包括加温支管301、加温调节阀302、加温器303、扩压段304。测控系统4包括总流量喷嘴401、加温流量喷嘴402、进口测温压感头403、进口测温感头404、出口测压感头405、出口测温感头406、加温器出口测量段407。进气系统1的进气总管101上安装有进气总阀102、总流量喷嘴401，随后分为两路，第一路的加温支管301上安装有加温调节阀302、加温流量喷嘴402，然后连接在加温器303的进气口上，加温器303的排气管道连接在掺混段2的前法兰201上，中间安装了一个扩压段304和出口测量段407。第二路的掺混支管103上安装有掺混调节阀104、进口测压感头403和进口测温感头404，连接在掺混段2的冷却进气法兰205上。在掺混段2的排气管道上安装有出口测压感头405和出口测温感头406，然后连接到使用设备的进气管道上。

所述的掺混段2的外筒体202是一个圆形的管道，在外筒体202的圆形的管道上安装有前法兰201和后法兰208。通过前法兰201、后法兰208与前后的管道相连接。在外筒体202内设计有一个掺混内筒203，掺混内筒203的长度为外筒体202长度的2/3-3/4。掺混内筒203的前端固定焊接在前法兰201的内径上，后端安装一个导流环204支撑在外筒体202的内壁上用来支撑掺混内筒203的后端。导流环204的外径与外筒体202内壁之间留有缝隙。

所述的一级冷却进气管206也是一个圆形的管道，与外筒体202的外壁面相交成90°，焊接在外筒体202的前部位置，其一级冷却进气管206的中心线位于掺混内筒203的中间截面。一级冷却进气管206的进气端焊接有冷却进气法兰205，与掺混支管103连接。

所述的二级冷却进气管207用于补充冷却掺混进气，是一根90°的弯管结构，其流通面积为一级冷却进气管的1/4，进气端焊接在一级冷却进气管206的冷却进气法兰205下面的后壁上，其排气端则焊接在外筒体202的后部位置，与一级冷气进气管206并排，位于导流环204的后面，两端分别与一级冷气进气管206壁面和外筒体202壁面相交成90°。

所述的掺混内筒203上设计有掺混孔209，是沿掺混内筒203的圆周与轴向上进行交叉排列分布，掺混孔的直径为25～30毫米，掺混孔209的数量按照大于或等于的最大冷却掺混气流流量的流通面积计算选取。

所述的掺混孔209的导流方向，在一级冷却进气管206中心与掺混内筒203的垂直截面上的掺混孔209是与掺混内筒203壁面垂直，掺混内筒203的前段与壁面形成向前的轴向夹角为30°，掺混内筒203的后段与壁面形成向后的轴向夹角为30°。

所述的掺混内筒203的末端上设计有轴肩210，是在掺混内筒203的末端外径上设计了一个小于外径的台阶，将用于对导流环204的内环进行定位焊接。

所述的导流环204，采用四个支撑块212结构，对外筒202进行支撑；在环体211上沿支撑块212圆周上留有冷却豁口214形成缝隙，用于对外筒202壳体内壁面形成冷却气膜；其中正上方豁口再豁进去形成安装豁口213，避免与二级冷气进气管207造成安装干涉。

所述的测控系统4，在掺混段2压缩空气进口设有进口测压感头403和进口测温感头404、加温器后设有出口测量段407、掺混段2的出口设有出口测压感头405和出口测温感头406。依据掺混段2出口测温感头测取的气流温度数据与总流量喷嘴401、加温流量喷嘴402测量值，调节加温调节阀302和掺混调节阀104将增大或减小的冷气和热气供气量，实现满足稳定在使用温度范围内的自动调节。进口压力感头和出口压力感头用于监控掺混后压力损失变化。

Claims (8)

1.一种高温燃气掺混装置，主要由进气系统(1)、掺混段(2)、加温系统(3)、测控系统(4)组成，其特征在于：进气系统(1)包括进气总管(101)、进气总阀(102)、掺混支管(103)、掺混调节阀(104)；掺混段(2)包括前法兰(201)、外筒体(202)、掺混内筒(203)、导流环(204)、冷却进气法兰(205)、一级冷却进气管(206)、二级冷却进气管(207)、后法兰(208)；加温系统(3)包括加温支管(301)、加温调节阀(302)、加温器(303)、扩压段(304)；测控系统(4)包括总流量喷嘴(401)、加温流量喷嘴(402)、进口测温压感头(403)、进口测温感头(404)、出口测压感头(405)、出口测温感头(406)、加温器出口测量段(407)；

其中进气系统(1)的进气总管(101)上安装有进气总阀(102)、总流量喷嘴(401)，随后分为两路，第一路的加温支管(301)上安装有加温调节阀(302)、加温流量喷嘴(402)，然后连接在加温器(303)的进气口上，加温器(303)的排气管道连接在掺混段(2)的前法兰(201)上，中间安装了一个扩压段(304)和出口测量段(407)；第二路的掺混支管(103)上安装有掺混调节阀(104)、进口测压感头(403)和进口测温感头(404)，连接在掺混段(2)的冷却进气法兰(205)上；在掺混段(2)的排气管道上安装有出口测压感头(405)和出口测温感头(406)。

2.根据权利要求1所述的一种高温燃气掺混装置，其特征在于：掺混段(2)的外筒体(202)是一个圆形的管道，在外筒体(202)的圆形的管道上安装有前法兰(201)和后法兰(208)；通过前法兰(201)、后法兰(208)与前后的管道相连接；在外筒体(202)内设计有一个掺混内筒(203)，掺混内筒(203)的长度为外筒体(202)长度的2/3-3/4；掺混内筒(203)的前端固定焊接在前法兰(201)的内径上，后端安装一个导流环(204)支撑在外筒体(202)的内壁上用来支撑掺混内筒(203)的后端；导流环(204)的外径与外筒体(202)内壁之间留有缝隙。

3.根据权利要求1所述的一种高温燃气掺混装置，其特征在于：一级冷却进气管(206)也是一个圆形的管道，与外筒体(202)的外壁面相交成90°，焊接在外筒体(202)的前部位置，其一级冷却进气管(206)的中心线位于掺混内筒(203)的中间截面；一级冷却进气管(206)的进气端焊接有冷却进气法兰(205)，与掺混支管(103)连接。

4.根据权利要求1所述的一种高温燃气掺混装置，其特征在于：二级冷却进气管(207)用于补充冷却掺混进气，是一根90°的弯管结构，流通面积为一级冷却进气管的1/4，其进气端焊接在一级冷却进气管(206)的冷却进气法兰(205)下面的后壁上，其排气端则焊接在外筒体(202)的后部位置，与一级冷气进气管(206)并排，位于导流环(204)的后面，两端分别与一级冷气进气管(206)壁面和外筒体(202)壁面相交成90°。

5.根据权利要求1或2所述的一种高温燃气掺混装置，其特征在于：掺混内筒(203)上设计有掺混孔(209)，是沿掺混内筒(203)的圆周与轴向上进行交叉排列分布，掺混孔的直径为25-30毫米，掺混孔(209)的数量按照大于或等于的最大冷却掺混气流流量的流通面积计算选取。

6.根据权利要求1或2所述的一种高温燃气掺混装置，其特征在于：掺混孔(209)的导流方向，在一级冷却进气管(206)中心与掺混内筒(203)的垂直截面上的掺混孔(209)是与掺混内筒(203)壁面垂直，掺混内筒(203)的前段与壁面形成向前的轴向夹角为30°，掺混内筒(203)的后段与壁面形成向后的轴向夹角为30°。

7.根据权利要求1或2所述的一种高温燃气掺混装置，其特征在于：掺混内筒(203)的末端上设计有轴肩(210)，是在掺混内筒(203)的末端外径上设计了一个小于外径的台阶，将用于对导流环(204)的内环进行定位焊接。

8.根据权利要求1或2所述的一种高温燃气掺混装置，其特征在于：导流环(204)，采用四个支撑块(212)结构，对外筒(202)进行支撑；在环体(211)上沿支撑块(212)圆周上留有冷却豁口(214)形成缝隙，用于对外筒(202)壳体内壁面形成冷却气膜；其中正上方豁口再豁进去形成安装豁口(213)，避免与二级冷气进气管(207)造成安装干涉。