具有火焰稳定性的流体燃烧器制造技术

本发明专利技术提供了一种燃烧器(1)，该燃烧器包括中心通道(5)以及围绕该中心通道外围布置的用于燃料和用于稳定氧化剂的出口(44,45)，并且包括该燃烧器内的出口，通过该出口可以注入诸如包含氧气的气体的偏置气体，以便能够控制由所述燃烧器面处的燃料和氧化剂的燃烧产生的火焰的方向。

FLUID BURNER WITH FLAME STABILITY

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有火焰稳定性的流体燃烧器
本专利技术涉及适用于在燃烧区中燃烧燃料和气态氧化剂的燃烧器。
技术介绍
用于向例如加热炉提供热量的常规燃烧器在加热炉壁中固定就位，并且将从燃烧器发出的火焰或燃烧反应引导到加热炉内的燃烧区中的固定点。许多燃烧器具有控件以用于将火焰的形状从例如长而稀薄的火焰改变为短而浓密的火焰，以便更好地将燃烧器所提供的加热与加热炉料所需的要求相匹配。然而，有时需要或期望改变燃烧器火焰的方向。例如，在废金属的熔化中，期望改变火焰的方向以直接向未熔化的废料提供热量，而不是等待传导和对流从燃烧区内的引导火焰的区域向未熔化的废料提供热量。美国专利5,110,285公开了一种改变燃烧器的火焰方向的方法。然而，根据该专利的教导的操作存在遇到操作缺陷的风险，诸如燃烧器喷嘴过热和/或来自加热炉的燃烧副产物堵塞燃烧器末端的孔。本专利技术通过允许有效操作的特征的组合避免了这些风险，并同时保留改变燃烧器火焰方向的能力的优点。
技术实现思路
本专利技术的一个方面是燃烧器装置，包括：(A)燃烧器主体，该燃烧器主体具有：燃烧器主体内的中心通道，该中心通道具有上游端以及在燃烧器的下游端处开放的轴向相对的下游端，其中中心通道的截面直径在朝向下游端的方向上增加；在燃烧器的下游端中的多个第一端口，该多个第一端口围绕中心通道的下游端基本上均匀地定位，其中第一端口通过燃烧器的主体内的第一通道连接到能够通过其送入第一流体的一个或多个入口，以及在燃烧器的下游端中的多个第二端口，该多个第二端口围绕中心通道的下游端基本上均匀地定位，其中第二端口通过燃烧器的主体内的第二通道连接到能够通过其送入第二流体的一个或多个入口，第一通道和第二通道彼此分开；其中第一端口和第二端口基本上均匀地远离中心通道的中心轴线；并且其中中心通道、第一端口和第二端口是燃烧器装置中的唯一开口，流体能够通过开口流出燃烧器装置的下游端；(B)流体腔，该流体腔在其下游端处与燃烧器的中心通道的上游端连通，所述流体腔在所述连通点处具有足以使得穿过其的流体能够具有超音速的直径D，所述中心通道的从所述连通点到其下游端的长度为2D至9D并优选3D至9D；(C)多个偏置气体通道，偏置气体能够沿基本上垂直于流体腔的轴向中心线的方向通过该多个偏置气体通道送入流体腔中，所述通道具有直径d以使得d/D在0.18至0.75的范围内，所述通道在流体腔与中心通道的上游端之间的连通点的上游3d/4至下游d/4的范围内的点处与流体腔连通，其中D和d以相同的单位表示；和(D)壳体，该壳体围绕燃烧器的下游端并且在壳体的围绕燃烧器的下游端的端部处开放，其中壳体的开放端定位在燃烧器的下游端下游的距离L处，其中L是跨壳体的开放端的距离的至少25％，其中壳体的在燃烧器的下游端下游延伸的部分包括其中的通道，冷却剂能够通过通道流动以吸收在燃烧器处发生的燃烧所产生的热量。本专利技术的另一个方面包括燃烧方法，包括：(A)通过燃烧器的第一端口将燃料从根据上述描述的燃烧器的下游端送出；(B)通过燃烧器的第二端口将气态氧化剂从燃烧器的下游端送出；(C)通过上述燃烧器的流体腔送入气态氧化剂并使其通过和离开燃烧器的中心通道的下游端，其中气态氧化剂以至少400英尺/秒并优选至少500英尺/秒的速度流过流体腔以在邻近中心通道的表面的一部分建立减压区；(D)燃烧燃料和气态氧化剂；以及(E)在流体腔与中心通道的上游端之间的连通点的上游3d/4至下游d/4的范围内的点处，沿基本上垂直于穿过流体腔的气态氧化剂的流动方向的方向，周期性地或连续地将具有直径d的偏置气体流注入流体腔中，其中D和d以相同的单位测量，由此改变气态氧化剂从中心通道的下游端离开的流动方向。如本文所使用，术语“燃烧区”意指气态流体从燃烧器出口传递到的容积。如本文所使用，术语“基本上垂直”意指在正或负15度内。如本文所使用，如果从通过每个端口中心的中心通道的中心轴线起的每对相邻半径之间的角度均在(360/N)的5度内(其中N是端口的数量)，则端口围绕中心通道“基本上均匀地”定位；并且如果每对相邻半径之间的角度在(360/N)的1度内，则端口围绕中心通道“均匀地”定位。例如，在有12个端口的情况下，如果每对相邻半径之间的角度为25度至35度，则认为它们围绕中心通道基本上均匀地定位；并且如果每个这样的角度是29度至31度，则认为它们均匀定位。如本文所使用，一组端口“相对均匀地远离”中心通道的中心轴线意指，参考其中心最靠近中心通道的中心轴线的端口，该组中的其他端口中的任一个都没有完全在其中心位于中心轴线上并且其半径是到该参考端口的最外边缘的距离的圆之外，并且如果参考该参考端口，该组中的其他端口中的任何部分都没有在其中心位于中心轴线上并且其半径是到该参考端口的最外边缘的距离的圆之外，则一组端口“基本上均匀地远离”中心通道的中心轴线。附图说明图1是本专利技术的燃烧器装置的一个实施方案的前视图。图2A是在由图1中的线A-A限定的平面中观察的燃烧器的截面图。图2B是在由图1中的线B-B限定的平面中观察的燃烧器的截面图。图3是燃烧器装置的截面图，示出了本专利技术的附加实施方案。具体实施方式本专利技术可以用于其中燃料和氧化剂燃烧以产生用于加热、软化或熔化材料的燃烧热的任何应用。示例包括焚烧炉、玻璃熔炉(其中固体玻璃制造材料熔化)、钢再热炉、炼钢电弧炉、用于生产水泥的窑等。下面参考附图详细描述本专利技术。图1描绘了本专利技术的燃烧器装置的下游端，包括燃烧器1的下游端2和壳体4的下游端3。术语“下游”和“上游”出于参考目的用于描述燃烧器装置的部件的相对位置，而不意味着流体必须在装置中流动。中心通道5在燃烧器1的下游端2处开放并且延伸到燃烧器1的主体中。第一端口6和第二端口7在燃烧器1的下游端2中开放。包括燃烧器1和壳体4的燃烧器装置由能够承受在加热炉中的燃料燃烧中遇到的温度(优选地高达500℃)的材料(诸如铜合金)制成。优选地，端口6围绕中心通道5的中心轴线基本上相对于彼此均匀定位，并且端口7围绕中心通道5的中心轴线基本上相对于彼此均匀定位。更优选地，所有端口6围绕通道5的中心轴线相对于彼此均匀定位，并且所有端口7围绕通道5的中心轴线相对于彼此均匀定位。端口6相对于彼此优选相对均匀地远离，并且更优选地，它们基本上均匀地远离中心通道5的中心轴线。端口7相对于彼此优选相对均匀地远离，并且更优选地，它们基本上均匀地远离中心通道5的中心轴线。甚至更优选地，考虑到所有的作为一组的所述端口6和7，所有第一端口和所有第二端口基本均匀地远离通道5的中心轴线。可以存在4到20个第一端口，优选8到14个。可以存在4到20个第二端口，优选8到14个。图1描绘了端口的优选布置，其中一个第二端口位于每对第一端口之间。还优选的是其中所有第一端口相对于彼此与中心通道5的中心轴线相距相同距离，并且所有第二端口相对于彼此与中心通道5的中心轴线相距相同距离的布置。还优选的是其中所有第一端口的中心和所有第二端口的中心与通道5的中心轴线相距相同距离的布置。在图1中示出了这种布置。第一端口和第二端口的轴线应当被定向成使得气体从端口流出到燃烧区23中，优选地平行于中心通道5的轴线、或相对于中心通道5的轴线以高达10度或甚至高达45度的角度。流体(意指气体、液体、固体及其任本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃烧器装置，包括：(A)燃烧器主体，所述燃烧器主体具有：所述燃烧器主体内的中心通道，所述中心通道具有上游端以及在所述燃烧器的下游端处开放的轴向相对的下游端，其中所述中心通道的截面直径在朝向所述下游端的方向上增加；在所述燃烧器的下游端中的多个第一端口，所述多个第一端口围绕所述中心通道的下游端基本上均匀地定位，其中所述第一端口通过所述燃烧器的主体内的第一通道连接到能够通过其送入第一流体的一个或多个入口，以及在所述燃烧器的下游端中的多个第二端口，所述多个第二端口围绕所述中心通道的下游端基本上均匀地定位，其中所述第二端口通过所述燃烧器的主体内的第二通道连接到能够通过其送入第二流体的一个或多个入口，所述第一通道和所述第二通道彼此分开；其中所述第一端口和所述第二端口基本上均匀地远离所述中心通道的中心轴线；并且其中所述中心通道、所述第一端口和所述第二端口是所述燃烧器装置中的唯一开口，流体能够通过所述开口流出所述燃烧器装置的下游端；(B)流体腔，所述流体腔在其下游端处与所述燃烧器的所述中心通道的上游端连通，所述流体腔在所述连通点处具有足以使得穿过其的流体能够具有超音速的直径D，所述中心通道的从所述连通点到其下游端的长度为2D至9D；(C)多个偏置气体通道，偏置气体能够沿基本上垂直于所述流体腔的轴向中心线的方向通过所述多个偏置气体通道送入所述流体腔中，所述通道具有直径d以使得d/D在0.18至0.75的范围内，所述通道在所述流体腔与所述中心通道的上游端之间的连通点的上游3d/4至下游d/4的范围内的点处与所述流体腔连通，其中D和d以相同的单位表示；和(D)壳体，所述壳体围绕所述燃烧器的下游端并且在所述壳体的围绕所述燃烧器的下游端的端部处开放，其中所述壳体的开放端定位在所述燃烧器的下游端下游的距离L处，其中L是跨所述壳体的开放端的距离的至少25％，其中所述壳体的在所述燃烧器的下游端下游延伸的部分包括其中的通道，冷却剂能够通过所述通道流动以吸收在所述燃烧器处发生的燃烧所产生的热量。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.19 US 62/4359831.一种燃烧器装置，包括：(A)燃烧器主体，所述燃烧器主体具有：所述燃烧器主体内的中心通道，所述中心通道具有上游端以及在所述燃烧器的下游端处开放的轴向相对的下游端，其中所述中心通道的截面直径在朝向所述下游端的方向上增加；在所述燃烧器的下游端中的多个第一端口，所述多个第一端口围绕所述中心通道的下游端基本上均匀地定位，其中所述第一端口通过所述燃烧器的主体内的第一通道连接到能够通过其送入第一流体的一个或多个入口，以及在所述燃烧器的下游端中的多个第二端口，所述多个第二端口围绕所述中心通道的下游端基本上均匀地定位，其中所述第二端口通过所述燃烧器的主体内的第二通道连接到能够通过其送入第二流体的一个或多个入口，所述第一通道和所述第二通道彼此分开；其中所述第一端口和所述第二端口基本上均匀地远离所述中心通道的中心轴线；并且其中所述中心通道、所述第一端口和所述第二端口是所述燃烧器装置中的唯一开口，流体能够通过所述开口流出所述燃烧器装置的下游端；(B)流体腔，所述流体腔在其下游端处与所述燃烧器的所述中心通道的上游端连通，所述流体腔在所述连通点处具有足以使得穿过其的流体能够具有超音速的直径D，所述中心通道的从所述连通点到其下游端的长度为2D至9D；(C)多个偏置气体通道，偏置气体能够沿基本上垂直于所述流体腔的轴向中心线的方向通过所述多个偏置气体通道送入所述流体腔中，所述通道具有直径d以使得d/D在0.18至0.75的范围内，所述通道在所述流体腔与所述中心通道的上游端之间的连通点的上游3d/4至下游d/4的范围内的点处与所述流体腔连通，其中D和d以相同的单位表示；和(D)壳体，所述壳体围绕所述燃烧器的下游端并且在所述壳体的围绕所述燃烧器的下游端的端部处开放，其中所述壳体的开放端定位在所述燃烧器的下游端下游的距离L处，其中L是跨所述壳体的开放端的距离的至少25％，其中所述壳体的在所述燃烧器的下游端下游延伸的部分包括其中的通道，冷却剂能够通过所述通道流动以吸收在所述燃烧器处发生的燃烧所产生的热量。2.根据权利要求1所述的燃烧器装置，其中所述中心通道具有弯曲的内表面。3.根据权利要求1所述的燃烧器装置，其中所述中心通道具有锥形的内表面。4.根据权利要求1所述的燃烧器装置，其中所述偏置气体出口被定位成在所述流体腔与所述中心通道的上游端之间的连通点处或其上游将偏置气体提供到所述流体腔中。5.根据权利要求4所述的燃烧器装置，其中所述偏置气体出口的数量是2至8个。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·E·凯茨，B·R·比莱克，L·E·凯茨，B·D·达姆斯泰特，M·贾姆帕尼，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US