[发明专利]组合式喷枪

说明书

本发明一般来说涉及喷枪，专用于将高速气体注入燃烧区。

最近的燃烧工艺方面的进展是在燃烧室中利用高速气体的注入，以减少燃烧时产生的氮化物(NO_x)。为达到高速度，使用相对较小直径的喷嘴。气体的高速度使炉内气体能被吸收到高速气体中，高速气体对NO_x的产生有阻尼作用。

在将高速气体注入燃烧区方面存在的一个问题是，当炉内气体被吸入到经过喷嘴出来的高速气体中时，因炉内气体有可能包含颗粒状物质和可凝聚蒸气，容易使始端带有小开口的喷嘴堵塞或腐蚀。炉内气体还有变得相当热的趋势，数量级为538℃(1000°F)或更高，这使堵塞或腐蚀问题更加严重。当炉内温度超过1204℃(2200°F)时，这一问题变得特别严重。普通的耐高温合金的最大使用温度对于燃料燃烧炉的气体来说小于1204℃(2200°F)。某些贵重金属(例如铂)可以承受较高的温度但成本昂贵。

解决这一问题的一个途径是对于喷嘴提供大量水冷却以防止高温腐蚀或熔化。但水冷却系统操作复杂，并且在炉内气体颗粒含量高的情况下不能解决堵塞问题。但是当炉内气体含可凝聚的蒸气时；水冷却有助于解决腐蚀和堵塞问题。

有人建议用陶瓷喷枪作为解决高速气体注入的堵塞问题的解决方案。但目前可以得到的陶瓷喷枪由于存在由热应力和其它应力产生的腐蚀和碎裂的问题，不适合于工业规模应用。

众所周知，将喷嘴置于一个与燃烧区连通的腔内，就可改善温度对于喷嘴的影响。但要取得明显的有益效果，要求凹槽相对较大。就高速气体注入而论，这样大的凹槽可能是不利的，因为大量的炉内气体也可能被抽入到该腔内。另外，这还使气体喷射速度降低。因此这样做虽然使喷咀避免了温度引起的损坏，但由于与吸入腔内的腐蚀性炉内气体接触引起的损坏增多，抵消了好的效果。

因此，本发明的目的旨在提供一种可在高速气体注入系统中使用的喷枪，它能进行有效的气体注入，并能降低高温和腐蚀性气体引起的损坏。

通过本发明可以实现上述目的和其它的一些目的。在阅读了本说明书的公开内容后，本发明的这些目的对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本发明的一个方面是：

一种组合式喷枪，包括

(A)一个由金属构成的供料管；

(B)一个具有前件和后件的喷嘴，所说后件是由金属构成并与供料管连通，所说前件是由陶瓷构成并与所说后件结合；

(C)至少一个可从喷嘴的陶瓷前件中射出气体的孔；和

(D)用于围绕喷嘴提供保护气体的装置；

本发明的另一方面是：

一种组合式喷枪气体注入系统，该系统在燃烧区的一个壁内包含一个腔并且有一个与燃烧区连通的开口，该系统还包括一个位于腔内的组合式喷枪，所说组合式喷枪包括：

(A)一个由金属构成的并与气体源连通的供料管；

(B)一个从开口凹进的嘴咀，所说喷嘴具有后件和前件，所说后件由金属构成并与供料管连通，所说前件由陶瓷构成并与所说后件结合；

(C)至少一个可从喷嘴的陶瓷前件中射出气体的孔；和

(D)用于围绕喷嘴提供保护气体的装置。

正如这里所使用的，术语“喷枪”意指一种装置，气体氧化剂、或气体可燃烧物质、或氧化剂与燃料的预先混合好的混合物通过该装置，并从该装置注入到一个腔内或一个燃烧区内。

正如这里所使用的，术语“陶瓷”意指一种可耐受大于1204℃(2200°F)温度的非金属材料。

图1是本发明的组合式喷枪和气体注入系统的一个优选实施例的部分剖面图。

图2是将喷嘴的陶瓷前件与金属后件结合在一起的一个优选装置的剖面图。

下面，参照附图详细描述本发明。

现在参照图1。耐火墙2确定了燃烧区10的边界，燃烧区内包含炉内气体，例如二氧化碳、水蒸气、氮、和/或氧。炉内气体通常处于高温状态，一般超过1093℃(2000°F)并且通常在1093°-1649℃(2000°至3000°F)范围内。炉内气体也可能包含颗粒状物质，例如玻璃配料材料、或者煤燃烧成的灰、和/和可凝聚的蒸气(例如钠类或酸蒸气)。

在耐火墙2内设置一个腔11，腔11在开口4处与燃烧区10连通。开口4的直径(在图1中用D表示)一般来说在0.635-25.4厘米(0.25至10英寸)的范围内。