[发明专利]一种改进的用于浸没燃烧技术的高速稳压燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够在浸没燃烧技术中使用的高速稳压燃烧器，属于燃烧器结构技术领域。

背景技术

浸没燃烧换热技术是一种高效的直接接触式传热方式，它能够充分利用燃料高位发热量，具有热利用率极高，排烟温度低，污染物排放少的特点。其独特的工作方式和显著的节能减排效应越来越受到科学家的关注，它在锅炉、污水浓缩处理、冶金以及核工程等方面应用广泛。因为鼓泡管浸没在液体中，由于气液混合时液位发生振荡的影响，传统浸没燃烧器容易发生熄火或脱火等燃烧不稳定的问题，尤其在增压浸没燃烧换热装置中，燃烧器的工作环境更加恶劣，背压更高且更容易发生波动。所以设计一种不仅能够适用于浸没燃烧换热装置，又能提高气液换热效率的新型燃烧器显得十分重要。

专利号为CN 101315186，名称为“一种氢氧混合器浸没燃烧方法”，虽然在整体设计上实现了浸没燃烧的性能，但是它却没有考虑到鼓泡管会引起罐内被加热液剧烈的液位波动，这种波动可能会影响燃烧室内的压力动荡，导致燃烧性能不稳定，尤其是它采用的是氢氧预混燃烧方式，极易发生爆炸等危险现象。另外，鼓泡管出口烟气初始速度较小，向下运动的气泡在液体中又受到的较大的浮力和粘滞力作用，气泡冲击深度不明显，不利于高温气泡与容器底部的液体之间的换热。

专利号为CN 101706103A，名称为“一种高效、节能环保型高压燃烧器”，其特征是利用锥形喷头和二次配风通道，提高了燃烧器的燃烧效率，节约了能源，为增压浸没燃烧技术的燃烧器设计提供了思路。但是空气和燃气是通过锥形喷头上的小孔后发生混合燃烧的，由于小孔节流降压作用，气流压力前后下降明显。这样的话，若燃烧器在背压很高的环境下工作，系统对气源压力的要求就更高。另一方面，如果燃烧室压力因为背压振荡而发生下降，与入口空气-燃气压力差加大，通过小孔的气流速度会突然加快，导致火焰脱火。

发明内容

本发明的目的在于为了解决上述问题，提供一种改进的用于浸没燃烧的高速稳压燃烧器。第一，调整空-燃气流混合方式，不采用小孔喷头混合，增设旋流器，不仅避免了气流因为经过小孔而造成的压力降，而且两股气流在燃烧前同样有较好的混合效果；第二，根据流体在渐缩喷管中的流动原理，本发明利用壅塞流喷管使高温烟气发生完全膨胀，在喷管出口喉部截面上设计的临界压力p^*大于背压p_b，即使液位发生振荡而造成背压发生波动Δp，只要保证了p^*≥p_b+Δp，喷管出口流速和燃烧室压力就可以保持稳定不变，燃烧室内的燃烧过程就能够稳定和安全；第三，高温烟气经过完全膨胀后，烟气流速相当高，至少可达700m/s以上，气流具有刚性，不会因为液体浮力发生变形。产生的气泡在液体中的冲击深度加大，气液换热效果显著提高。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种改进的用于浸没燃烧技术的高速稳压燃烧器，该装置依次包括高压燃烧室和鼓泡管，其特征在于：所述的高压燃烧室的出口形状为壅塞流喷管，壅塞流喷管能使烟气在喷管喉部达到壅塞流状态。

所述的壅塞流喷管壁面曲线形状为维托辛斯基曲线、Batchelor-Shaw曲线、双三次曲线、五次曲线或者直线方程等。

本装置的主要优点在于：

1.空气和燃气通过混合室和旋流器实现充分混合，避免了常规下气流通过小孔混合时造成较大的压力损失。

2.壅塞流喷口设计能够使烟气发生充分膨胀后，其设计的临界压力p^*大于背压p_b，即使液位发生振荡造成背压发生波动Δp，仍能保证p^*≥p_b+Δp，这样使燃烧室压力不会随背压波动而发生变化；

3.高温烟气经过完全膨胀后，烟气流速相当高，气泡在液体中的冲击深度加大，气液换热效果显著提高；

4.实现了燃烧器在高压燃烧室内的稳定燃烧，高压条件有助于提高燃烧性能。

附图说明

下面结合附图具体说明本发明的实施例：

图1是燃烧器剖面示意图；

图2是燃烧器喷嘴空气-燃气入口分布示意图。

图1中，1.空气入口，2.燃气入口，3.点火器及火焰检测孔，4.混合室，5.旋流器，6.突扩通道，7.高压燃烧室，8.渐缩喷管，9.鼓泡管。

图2中，1.空气入口，2.燃气入口，3.点火器及火焰检测孔。

具体实施方式