高能量高燃烧率低污染排放且高传热性的气体燃料燃烧器制造技术

本发明专利技术涉及一种气体燃料(包括其所有混合物)的燃烧器结构，其特征在于包括：外壳，其限定了远端火焰出口端和近端的气体燃料和空气的供应端，两端均具有盖子；压缩空气入口，其设置在靠近近端的外壳内，压缩空气入口限定了内部压缩空气供应室；压缩气体燃料的供应管，其固定在第一混合室的中心处，压缩气体燃料的供应管设有用于使气体燃料向外流入所述第一混合室的多种开口，所述第一混合室也包括轴向和径向提供压缩空气的多种孔；点火元件，其作为第一燃烧布置在所述第一混合室的内部；第二过度混合室，其与所述第一混合室共线连接，燃料管的端部包括设置有开口的盖子，通过所述开口气体燃料轴向供应至所述第二过度混合室，且所述室的壁上包括开口，通过所述室的开口压缩空气被径向供应，燃烧过程的第二阶段在第二过度混合室内进行；第三圆锥火焰-形成室，其与所述第二过度混合室的端部共线连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高能量高燃烧率低污染排放且高传热性的气体燃料燃烧器
本专利技术涉及一种创新的气体燃料(包括其所有混合物)的燃烧器结构，其在气体燃料(包括其所有混合物)和氧化剂之间产生高的湍流混合，燃烧器具有高能量燃烧效率、低污染排放并产生湍流动能，使得燃烧过程更有效，且产生更高的传热性，其允许在较高温度下加热更大的气团。
技术介绍
通常地，所有的气体燃料燃烧器和它们的所有混合物(例如，天然气、液化石油气、氢气等)具有相同的应用场合，即燃烧气体燃料(包括所有其混合物)以产生热量。然而，由于燃烧过程效率低且消耗大量的燃料，还伴有NOx、CO以及CO2的高污染排放。而且，传统的燃烧器在燃烧器的外侧完成燃烧过程，这降低了热传递过程的效率。这种燃烧器的常见结构构造在层流中产生气体燃料(包括其所有混合物)和氧化剂的混合或几乎无法获得湍流，这对于揭发气体流使其释放最大的能量来说是不够的。用于建立本领域的状态的现有技术的检索中，发现了由DeSmedtGuillaume于2007年7月10日提交的国际专利申请号WO2008007016，其具有2006年7月13日的法国优先权FR0652974，该优先权在墨西哥提交，授权号为MX297397。该专利保护一种使用氧化剂的燃料燃烧方法和至少一种惰性气体，由此燃料和氧化剂被注入以产生火焰。惰性气体主要以两个喷嘴的形式注入，以这样的方式使得第一喷嘴环绕在由燃料和氧化剂产生的火焰周围并相对于火焰具有集中的漩涡；第二喷嘴主要使用惰性气体环绕在第一喷嘴周围并相对于由燃料和氧化剂产生的火焰具有集中的漩涡。本专利技术也涉及实现该方法的适合的燃烧器。该燃烧器以至少一个注入燃料的装置和至少一个注入氧化剂的装置为特征，以这样的方式，燃料和氧化剂产生火焰；注入惰性气体的两个装置，第一装置以环绕在由氧化剂和燃料产生的火焰周围的喷嘴的形式注入一部分惰性气体，第一装置由适合的装置组成，以产生主要穿过第一装置的惰性气体流的集中的漩涡；第二装置以围绕在第一介质的惰性气体喷嘴周围已注入惰性气体的喷嘴的形式注入惰性气体，注入惰性气体的第二介质由适合的介质组成，以产生流经第二介质的惰性气体流的漩涡。然而，该燃烧器被配置为产生气体燃料与氧化剂(空气)的混合物的第一燃烧，并再注入燃烧产生的残余气体以补充氮气的缺乏。尽管该燃烧器阻止了氮氧化物的高排放，但是其构造和几何布置使得其不允许更高效率的燃烧以转化为更高的能量效率，并且所使用的参与气体的低注入速度增大了锅炉的尺寸并形成更好的安全性。检索还发现了MarcoDaneri等的美国专利申请US2007/0072141，该专利公开了一种低污染排放气体燃烧器，该燃烧器由金属主体(6)、气体燃料的喷头(11)、用于气体燃料的至少两个外部喷头(10)，传动预热空气的单独的管(8)、气体燃料的调节系统、耐熔单元(30)，其特征在于喷气管由一系列的喷嘴组成，操作气体调节系统时喷嘴将预热空气注入燃烧室，可能从具有火焰的燃烧器的运转模式不断转变为火焰较少的运转模式，火焰较少的运转模式的特征在于污染物质排放量低。然而，该燃烧器的结构或几何布置无法允许更高效率的燃烧过程以及好的能量效率，并且其要求预热空气的注入。检索还发现SebastianMainush等的美国专利US6638058B1，于2013年10月28日授权，该专利保护一种用于工业烘箱的管状燃烧器，其包括突出于烘箱的燃烧区域的内部末端，该内部末端具有第二燃烧空气；彼此分离的多种径向布置的管状壁和位于另一端的同轴壁，其限定了多种分离的大致环形的横截面的用于燃烧气体和燃料的供应管；前端具备一些大致环状布置的单独的喷嘴，该前端朝向至少一个基本用于提供燃烧气体的供应管的燃烧区域；其中，从内部燃烧器的末端的横截面视图来看，至少一个外部环状供应管基本用于作为燃料供应管，并且具有单独的喷嘴的气体供应管径向位于该燃料供应管内。然而，燃烧器的结构构造和几何布置不具备本专利技术的气体燃料(包括其所有混合物)燃烧器所提供的特性和优势。检索还发现MalcolmSwanson和MichaelSwanson的2006年5月26日专利US778510081，于2006年5月26日和2010年8月31日授权，其保护一种燃烧器组件，该组件包括具有空气入口和燃烧器端的外壳、安装在外壳上的发动机和推进器。推进器与空气入口流体连接、与发动机机械连接并适于将来自空气入口的空气导向外壳的燃烧器的端部。燃烧器的组件也包括多种大致相互平行布置的气体注入管。每个气体注入管包括位于管的端部的开口、出口管的端部和至少一个开口。并且，燃烧器的组件包括靠近多种气体注入管的入口端的管道的第一层和靠近多种注入气体管的出口端的管道的第二层。燃烧器的组件还包括具有至少一个离心机托盘的层的转向翅片。转向翅片安装在外壳的燃烧器的端部，并且适于引导燃烧器的端部的空气流。燃烧器的布置还包括安装在外壳的燃烧器的端部的点火器。点火器适于点燃外壳的燃烧器的端部的空气和燃气的混合物，以产生主要火焰。然而，该燃烧器的结构构造和几何布置也不会提供本专利技术的气体燃料(包括其所有混合物)燃烧器所提供的优势；并且，该专利显示了火焰在燃烧室外的端部产生。整体的空气-甲烷的化学计量比是17:1。由于甲烷占天然气的组成的90％，我们可以说主要的传统燃烧器具有整体19:1的甲烷-空气比；考虑到15％的空气是过量的，该比值无法实现节约燃料，且所加热的空气总值有所减少；并且排放到大气中的污染物的级别很高。由于能量消耗在增长而天然储藏量在降低，加上令人担忧的环境条件，使得提高化石燃料的氧化的效率的需求越来越重要。考虑到这样的情况，已经研发了具有高能量和高燃烧率、低污染排放且较高传热性的气体燃料(包括其所有混合物)燃烧器，其允许在较高温度时加热更大的空气总量。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于获得一种气体燃料(包括其所有混合物)的燃烧器，其允许燃料和氧化剂之间产生高湍流混合，允许热传递的最大化并改善燃烧过程而加热更大的空气团，其转化为节省更多的燃料和污染气体排放的显著降低。本专利技术的其他目的在于允许所述气体燃料(包括其所有混合物)的燃烧器具有高能量、高燃烧效率以及高传热性，这改善了热传递性，因此相对于传统燃烧器，降低了高达50％的通常所使用的燃料消耗。本专利技术的其他目的在于允许所述气体燃料(包括其所有混合物)的燃烧器具有高能量、高燃烧效率以及高传热性，这允许降低高达60％的温室效应气体排放，并达到低氮氧化物排放的范畴，并因此达到法律所要求的环境保护标准。本专利技术的其他目的在于允许所述气体燃料(包括其所有混合物)的燃烧器具有高能量、高燃烧效率以及高传热性，这也允许在燃烧器自身内部开始燃烧，有利于热传递，因为可以达到启动炉膛的最高温度。本专利技术的其他目的在于允许所述气体燃料(包括其所有混合物)的燃烧器具有高能量、高燃烧效率以及高传热性，燃烧器也可以在燃料和氧化剂供应的层流上操作，即在低于0.05的马赫值、低于3000的雷诺兹值以及低于10米/秒的速度情况下操作。本专利技术的其他目的在于允许所述气体燃料(包括其所有混合物)的燃烧器具有高能量、高燃烧效率以及高传热性，其易于在运转和管理中利用简单、使用和机能结构来组装。本专利技术的其他目的在于允许所述气体燃料(包括其所有混合物)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体燃料燃烧器，所述气体燃料燃烧器具有高能量、高燃烧效率、低污染排放以及高传热性，其特征在于，所述气体燃料燃烧器包括外壳，所述外壳限定了远端和近端，所述远端作为火焰的出口，所述近端用于提供气体燃料(包括其所有混合物)和空气；所述近端和所述远端均具有盖子；压缩空气入口设置在靠近近端的壳壁上，所述压缩空气入口限定了内部压缩空气供应室；所述近端的盖子容纳固定在其中心处的压缩气体燃料(包括其所有混合物)的供应管，所述供应管的端部设置在位于所述外壳的内部的第一混合室的内部，所述第一混合室的近端包括盖子，所述燃料管通过所述盖子而被连接，且所述燃料管的远端是开口的；所述燃料管的所述端部的壁上设有多种小孔来作为所述气体燃料(包括其所有混合物)向所述第一混合室的出口；所述第一混合室的近端的盖子及其壁上设有多种孔来用于在轴向和径向上提供来自所述内部压缩空气供应室的压缩空气，以产生进入所述第一混合室的内部的气体燃料(包括其所有混合物)‑气体的第一湍流混合物；所述第一混合室的内部设有点火元件，以产生燃烧过程的第一阶段；第二过度混合开放室的两端均开口，所述第二过度混合开放室与位于所述外壳内的所述第一混合室共线连接，所述气体燃料(包括其所有混合物)的供应管的端部设置在所述第一混合室和所述第二过度混合室之间的边界的界线的中心处；所述气体燃料(包括其所有混合物)的供应管的端部包括具有多种小孔的阻断盖，所述气体燃料(包括其所有混合物)的湍流通过所述阻断盖的小孔而被轴向供应到所述第二过度混合室，并且所述第二过度混合室的壁上设有多种小孔，通过所述第二过度混合室的壁上的小孔径向地提供来自所述内部压缩空气供应周边室的所述压缩空气，以产生强化的第二湍流气体燃料(包括其所有混合物)‑空气混合物，燃烧的第二阶段在所述第二过度混合室内发生；所述外壳的远端的所述盖子包括中心开口，所述第二过度混合室延伸进入所述中心开口。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.08 MX MX/a/2012/0065991.一种气体燃料燃烧器，所述气体燃料燃烧器具有高能量、高燃烧效率、低污染排放以及高传热性，其特征在于，所述气体燃料燃烧器包括外壳，所述外壳限定了远端和近端，所述远端作为火焰的出口，所述近端用于提供气体燃料和空气；所述近端和所述远端均具有盖子；压缩空气入口设置在靠近近端的壳壁上，所述压缩空气入口限定了内部压缩空气供应周边室；所述近端的盖子容纳固定在其中心处的压缩气体燃料供应管，所述压缩气体燃料供应管的端部设置在位于所述外壳的内部的第一混合室的内部，所述第一混合室的近端包括盖子，所述压缩气体燃料供应管通过所述第一混合室的盖子而被连接，且所述压缩气体燃料供应管的远端是开口的；所述压缩气体燃料供应管的端部的壁上设有多种小孔来作为所述气体燃料向所述第一混合室的出口；所述第一混合室的近端的盖子及其壁上设有多种孔来用于在轴向和径向上提供来自所述内部压缩空气供应周边室的压缩空气，以产生进入所述第一混合室的内部的气体燃料-空气的第一湍流混合物；所述第一混合室的内部设有点火元件，以产生燃烧过程的第一阶段；第二过度混合室的两端均开口，所述第二过度混合室与位于所述外壳内的所述第一混合室共线连接，所述压缩气体燃料供应管的远端设有圆锥，所述圆锥的端部设置在所述第一混合室和所述第二过度混合室之间的边界的界线处的阻断盖内；所述压缩气体燃料供应管的阻断盖包括多种小孔，所述气体燃料的湍流通过所述阻断盖的小孔而被轴向供应到所述第二过度混合室，并且所述第二过度混合室的壁上设有多种小孔，通过所述第二过度混合室的壁上的小孔径向地提供来自所述内部压缩空气供应周边室的所述压缩空气，以产生强化的第二湍流气体燃料-空气混合物，燃烧的第二阶段发生；所述外壳的远端的所述盖子包括中心开口，所述第二过度混合室延伸进入所述中心开口。2.根据权利要求1所述的气体燃料燃烧器，所述气体燃料燃烧器具有高能量、高燃烧效率、低污染排放以及高传热性，其特征在于，所述气体燃料燃烧器还包括用于产生火焰的第三圆锥室，所述第三圆锥室共线地连接在所述第二过度混合室的端部，所述第三圆锥室为火焰提供适合的形态以使传热性最大化。3.根据权利要求2所述的气体燃料燃烧器，所述气体燃料燃烧器具有高能量、高燃烧效率、低污染排放以及高传热性，其特征在于，用于产生火焰的所述第三圆锥室包括具有7°～9°的侧壁。4.根据权利要求3所述的气体燃料燃烧器，所述气体燃料燃烧器具有高能量、高燃烧效率、低污染排放以及高传热性，其特征在于，所述外壳延伸直到将用于产生火焰的所述第三圆锥室的外端部覆盖。5.根据权利要求1所述的气体燃料燃烧器，所述气体燃料燃烧器具有高能量、高燃烧效率、低污染排放以及高传热性，其特征在于，压缩空气的入口设有朝向所述外壳的内部的多个偏转仪，所述偏转仪允许所述内部压缩空气供应周边室内的空气均衡分配。6.根据权利要求5所述的气体燃料燃烧器，所述气体燃料燃烧器具有高能量、高燃烧效率、低污染排放以及高传热性，其特征在于，所述多个偏转仪包括位于压缩空气的入口区并固定于所述外壳的近端的所述盖子的内部的凹面偏转仪和至少两个彼此分离的偏转板，所述至少两个偏转板径向固定在所述外壳的内壁和所述凹面偏振仪之间；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：豪尔赫·里维拉·加尔萨，
申请(专利权)人：豪尔赫·里维拉·加尔萨，
类型：发明
国别省市：墨西哥;MX