本发明专利技术描述了一种用于控制气流的温度径向分布的新设备，其中所述气流用来用作位于所述设备下游的交换器中的载热流体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于控制气流温度的设备，其中上述气流构成热流体，该热流 体例如从燃烧中获得的，并被设计为在冷却后用作位于该设备下游的交换器中的载热流 体。该位于下游的交换器不属于本专利技术，且可以是任何类型。根据本专利技术的设备使得能够降低气流的温度，同时遵循一个给定的径向温度分布。根据本专利技术的设备，例如，可以沿着烟气回路设置并且使得能够提供一温度降 低的气流，其中所述气流在其整个剖面上具有尽可能均勻的径向温度分布。更具体地，根据本专利技术的设备应用于在可以达到2500°C，通常在1000°C到 2500°C之间的温度下可获得的燃烧气体，其被期望以非常均勻的方式降至低于1000°C 的温度，其中非常均勻的方式，即所述的温度的径向分布在气流的任何剖面上均是“扁 平”的。该径向均勻性的问题是复杂的，因为热气流(例如从借助于燃烧器实现的燃烧 中获得的)通常具有如下的径向温度分布在所述流中心的温度和所述流周边的温度之 间有明显的差异。根据所使用的燃烧器的技术和最经常为湍流的流态，经常观察到气流 的中心的温度接近2500°C，而其周边温度在1500°C附近。本专利技术所达到的第一目的是，在少于1秒的给定时间内将“热”气流的温度降 低至小于1000°c、更特别地小于700°C的水平，并且使得所获得的被称为“冷”流的气 流具有尽可能均勻的径向温度分布的特征，其中所述“热”气流在1000°c至2500°C之间 的温度下可获得，并会具有径向温度不均勻性。该设备也允许在该设备与待处理的气流接触的壁处提供一区域，该区域内所述 气流的温度总是低于在所述流的周边的温度，如果可能的话低于500°C，这允许以一种价 格比较低廉的冶金方式来生产所述设备的大部分甚至全部。应注意到，第二目的在一定程度上和第一目的对立，因为最终涉及得到具有均 勻径向分布的气流，而第二目的在于在由该气流经过的该设备的整个通道中产生该气流 的径向分布，该径向分布的特征在于具有冷壁区域(温度低于500°C)，而中心区域能够 达到1500°C的温度，这样的目的在于保护设备的壁避免过高的温度。因此，该设备能够解决由以下两个目的所确定的问题，其中第一目的在于，在 该设备内部的通道处产生一具有冷壁区域的分布，第二目的在于，在所述设备的输出处 产生一 “扁平”分布，其中，该两个目的应该在满足少于1秒的总驻留时间的情况下实 现。
技术介绍
专利US7,018,435 Bl描述了一种设备，其中靠近围绕着助燃剂喷流的壁注入燃 料，以便在进入反应区域(在此处为催化氧化反应)前，确保良好的助燃剂/燃料混合。 然而，该专利技术不关注氧化发生所在腔室的温度的监测。此外，在该专利技术中，中心流不形成涡旋运动。还可提到威斯汀豪斯(Westingh0use)技术，在其所谓的“多环”燃烧器中的该 技术使用了冷却流体，该冷却流体被注入到一个包括挡板的环形管中，但进入该管中的 所述流体不产生旋转。此外，用于这项技术的燃烧器必须是具有旋转燃烧气体的设备的 燃烧器。一般来说，与主流体的流动大约相切地注入冷却流体以便冷却该主流体并使其 产生一定程度的涡旋运动这一原则，是本领域技术人员所熟知的。本专利技术提供一套具体比值，其能够限定整个设备的几何结构以便达到之前描述 的两个目的。附图说明图1提供在一般气流情况下的依照本专利技术的设备的示意图，其中气流是从上游 的燃烧得到。热流由置于原位(即在该设备内部)的燃烧器产生这一特殊情况在该图中 以虚线显示。图2和图3显示了使用根据本专利技术的设备(实线)和不使用根据本专利技术的设备 (虚线)的情况下气流所获得的温度径向分布测量记录。图2对应于在设备的输入处(会 聚部分)获得的测量记录，图3对应于在该设备的输出处获得的测量记录。图4和图5显示了在垂直于该设备的轴线的剖切平面中绘制的等温线图。图4是在没有使用该设备的情况下得到的，而图5是在使用依照本专利技术的设备的 情况下得到的。专利技术概要依照本专利技术的设备可以被定义为一种设计用来冷却热气流的设备，该设备在冷 却热气流的同时沿着所述设备的整个通道遵循所述气流的壁处的温度约束并且在所述设 备的输出处遵循尽可能均勻的径向温度分布。更具体地说，依照本专利技术的设备是一种用于控制处于直径为Di的内部管4中 的、大致沿着所述设备的对称轴流动的热气流的温度的轴对称设备，所述设备包括-直径为De的圆柱形腔1，其在长度Ll上环绕直径为Di的管；-长度为Lc的会聚锥形部分2，其使得从直径De过渡到严格小于De的直径 Ds ；-直径为Ds、在长度L2上延伸的圆柱形管3；-至少一个直径为Dc的冷却流体的进流管5，大致垂直于设备的轴线安放，通向 由圆柱形室1和直径为Di的管4所限定的环形区处。该进流管5使得能够向位于外部圆柱形室1和内部管4之间的环形部分6供给冷 却流体。根据依照本专利技术的设备的优选特征，冷却流体的进流管5位于距设备的输入剖 面为距离d之处，其中d/Di大于0.1。根据依照本专利技术的设备的另一个优选特征，内部管4包含有延伸长度大约等于 L1/2的燃烧器。由于由该设备产生的温度分布，直径为De的圆柱形腔1通常由普通钢制成。待冷却的热流可以是由任何产生温度能够达到2500°C的燃烧气体的燃烧系统所 产生的。在一些情况下，热气流是由原位的燃烧器、即位于直径为Di的内部管中的设备 之中的燃烧器所产生的。在这种情况下，包含有所述燃烧器的火焰管的长度优选地是在 0.5L1 至 0.8L1 之间。优选地，格栅8设置在环形空间6中，处于大致垂直于该设备的轴线、并且距离 该设备的输入处(对应于横坐标X = O)为L1/4至L1/2的平面中。当热流是由原位的燃烧器所产生，并且当所述燃烧器产生燃烧气体的涡旋运动 时，冷却流体由管5引入到环形空间中，优选地使得产生和来自燃烧器的燃烧气体的涡 旋运动的方向相同的所述冷却流体的涡旋运动。本专利技术还可以被定义为一种使用依照本专利技术的设备来冷却热气流的方法，其中 冷却流体通过管5以一般在5m/s至80m/s之间、并优选地在10m/s至30m/s之间的平均 流率注入。所述流率与进流管5的剖面有关或当存在着多个进流管时与所述进流管中的 每一个有关。该使用依照本专利技术的设备来冷却热气流的方法，使得能够产生这样的壁区域， 即在该壁区域中的温度一般在200°C至500°C之间。最后，该使用依照本专利技术的设备来冷却热气流的方法，同时使得能够在所述设 备的输出处在其整个剖面上产生均勻的径向温度分布，即在该气流的中心处的温度与在 该气流的周边处的温度之间的温度差小于35%。专利技术的详细说明本专利技术描述了一种设备，其能够对处于直径为Di的管4中的热气流降温，同时 确保其在所述流的整个剖面上的均勻性。该设备由轴对称单元构成，所述轴对称单元包括-直径为De的圆柱形腔1，其在长度Ll上环绕直径为Di的管4；-长度为Lc的会聚锥形部分2，其使得从直径De过渡到严格小于De的直径 Ds ；-直径为Ds、在长度L2上延伸的圆柱形管3；-至少一个直径为Dc的冷却流体的进流管5，大致垂直于设备的对称轴安放，并 使得能够向位于直径为De的外部圆柱形腔1和直径为Di的管4之间的环形部分6供给冷 却流体，其中设备遵从以下的比例-Ll/Di在0.5至2之间并优选地在1至2之间，-Lc/Di在0.本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种轴对称设备，用于控制处于直径为Ｄｉ的内部管（４）内并大致沿着所述设备的轴线流动的热气流的温度，所述设备包括： －直径为Ｄｅ的圆柱形腔（１），其在长度Ｌ１上环绕直径为Ｄｉ的管； －长度为Ｌｃ的会聚锥形部分（２），其使得从直径Ｄｅ过渡到严格小于Ｄｅ的直径Ｄｓ； －直径为Ｄｓ、在长度Ｌ２上延伸的圆柱形管（３）； －至少一个直径为Ｄｃ的冷却流体进流管（５），其大致垂直于所述设备的轴线方向安放，并使得能够向位于外部圆柱形腔（１）和内部管（４）之间的环形部分（６）供给冷却流体，其中所述设备遵从以下的比例： Ｌ１／Ｄｉ在０．５至２之间并优选地在１至２之间； Ｌｃ／Ｄｉ在０．５至５之间并优选地在０．６至２之间； Ｌ２／Ｄｉ在１．５至１０之间并优选地在２至５之间； Ｄｃ／Ｄｉ在０．１至０．４之间并优选地在０．２至０．３之间； Ｄｅ／Ｄｉ在１至５之间并优选地在１至２之间。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-4-30 12/1121401.一种轴对称设备，用于控制处于直径为Di的内部管(4)内并大致沿着所述设备的 轴线流动的热气流的温度，所述设备包括-直径为De的圆柱形腔⑴，其在长度Ll上环绕直径为Di的管； -长度为Lc的会聚锥形部分(2)，其使得从直径De过渡到严格小于De的直径Ds ； -直径为Ds、在长度L2上延伸的圆柱形管(3)；-至少一个直径为Dc的冷却流体进流管(5)，其大致垂直于所述设备的轴线方向安 放，并使得能够向位于外部圆柱形腔(1)和内部管(4)之间的环形部分(6)供给冷却流 体，其中所述设备遵从以下的比例Ll/Di在0.5至2之间并优选地在1至2之间； Lc/Di在0.5至5之间并优选地在0.6至2之间； L2/Di在1.5至10之间并优选地在2至5之间； Dc/Di在0.1至0.4之间并优选地在0.2至0.3之间； De/Di在1至5之间并优选地在1至2之间。2.依照权利要求1的用于控制处于直径为Di的管(4)内的热气流的温度的轴对称设 备，其中，辅助流体进流管(5)位于距所述设备的输入剖面为距离d之处，使得d/Di大 于 0.1。3.依照权利要求1或2的用于控制处于直径为Di的管(4)内的热气流的温度的轴对 称设备，其中，内部管(4)包含有延伸长度大约等于L1/2的燃烧器。4.依照权利要求1至3中任何一个的用于控制处于直径为Di的管(4)内的热气流的 温度的轴对称设备，其中，直径为De的圆柱形腔(1)由普通钢制成。5.依照权利要求1至4中任何一个...
【专利技术属性】
技术研发人员：C布瓦耶，A尼科勒，W纳斯托尔，R桑格，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，
类型：发明
国别省市：FR
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