[发明专利]一种气氧气甲烷火炬点火装置及其火炬生成方法

权利要求书

1.一种气氧气甲烷火炬点火装置，其特征在于：

包括依次连接的头部(3)、身部和燃气导管(14)；

所述头部(3)内沿气体流动方向依次设置气氧入口(1)和同轴喷嘴(4)，且气氧入口(1)与同轴喷嘴(4)中心同轴，头部(3)侧壁沿气体流动方向依次设置喷嘴甲烷入口(2)和至少一个点火器(5)，所述同轴喷嘴(4)包括同轴设置的内喷嘴和外喷嘴，所述内喷嘴与气氧入口(1)相通，所述外喷嘴与喷嘴甲烷入口(2)相通；

所述身部包括内壁(7)、外壁(10)和补燃甲烷入口(8)；

所述内壁(7)和头部(3)共同围成燃烧室(6)；所述内壁(7)和外壁(10)之间设置的环形空腔构成补燃甲烷集气腔(11)，所述补燃甲烷入口(8)设置在外壁(10)上且与补燃甲烷集气腔(11)相通，所述内壁(7)上设置有将燃烧室(6)与补燃甲烷集气腔(11)相通的多排补燃气孔(9)；

所述同轴喷嘴(4)及点火器(5)的出口均与燃烧室(6)相通，且点火器(5)中轴线与同轴喷嘴(4)的中轴线相交，出口朝向燃烧室(6)；

所述燃气导管(14)包括设置在燃气导管(14)内部的喉部(13)以及喉部(13)上游的收敛段和喉部(13)下游的微扩段，所述燃气导管(14)的长度为100～500mm。

2.根据权利要求1所述的气氧气甲烷火炬点火装置，其特征在于：所述微扩段为单一角度扩张或多个角度进行多级扩张。

3.根据权利要求2所述的气氧气甲烷火炬点火装置，其特征在于：所述微扩段的角度范围为0.2°～3°。

4.根据权利要求1～3任一项所述的气氧气甲烷火炬点火装置，其特征在于：所述点火器(5)有两个，所述两个点火器(5)对称布置且与喷嘴甲烷入口(2)在径向上成90°错开。

5.根据权利要求1所述的气氧气甲烷火炬点火装置，其特征在于：所述身部包括固定法兰(12)；所述内壁(7)和头部(3)焊接，所述外壁(10)为回转体结构。

6.根据权利要求1所述的气氧气甲烷火炬点火装置，其特征在于：所述补燃气孔(9)为圆柱形，孔径为0.5～1.5mm。

7.根据权利要求1所述的气氧气甲烷火炬点火装置，其特征在于：所述燃烧室(6)与同轴喷嘴(4)相通端为锥台形状，所述燃烧室(6)与燃气导管(14)相通端为圆柱形状。

8.一种气氧气甲烷火炬生成方法，其特征在于，应用于权利要求1～7任意一项所述的气氧气甲烷火炬点火装置，包括以下步骤：

1)形成中心流体：由气氧入口(1)和喷嘴甲烷入口(2)分别通入气氧和气甲烷，从同轴喷嘴(4)向燃烧室(6)喷入混合气体形成中心流体；

2)形成燃烧气体：步骤1中形成的中心流体由点火器(5)点燃形成燃烧气体；

3)掺混燃烧：步骤2中所述燃烧气体在燃烧室(6)中，与身部内壁(7)通入的补燃甲烷气体沿轴线方向逐渐发生掺混燃烧；

4)充分燃烧：步骤3中发生掺混燃烧的气体经燃气导管(14)内的收敛-微扩结构加速至超音速状态，当燃烧气体到达燃气导管(14)出口时得到充分燃烧。

9.根据权利要求8所述的气氧气甲烷火炬生成方法，其特征在于：所述步骤1中，通入气氧和气甲烷的流量速率为100～300g/s，所述步骤1中从同轴喷嘴(4)向燃烧室(6)喷入的混合气体速率为20～100m/s；所述步骤3中，燃烧室(6)中气氧与气甲烷的掺混比小于2。