[发明专利]三维涡旋燃烧器

摘要

三维涡旋燃烧器，适用于热能工程技术领域，主要特征在于设置切向进入的空气入口和煤气入口，悬链线回转体形整流室，分层设置的、不同方向的一次空气喷口和二次空气喷口以及导流槽强化喉口，使空气分段供给被被整流成圆锥螺旋线形涡旋，对煤气进行引射，适应极低的煤气压力，并实现“分段燃烧”、“浓淡燃烧”以降低氮氧化物排放。本发明三维涡旋燃烧器，燃烧充分，阻力损失小，特别适用于功率大、煤气发热值低、煤气压力低、压力波动大、氮氧化物排放要求高的各种工业炉窑，实现节能减排。

主权项

1.三维涡旋燃烧器，包括空气入口(1)、空气环腔(2)、一次空气喷口(3)、二次空气喷口(4)、煤气入口(5)、煤气环腔(6)、上层煤气喷口(7)、下层煤气喷口(8)、探测孔(9)、整流室上段(10)、整流室下段(11)、喉口收缩段(12)、喉口(13)、喉口导流槽(14)、燃烧室(15)、以及组成上述空间腔室的钢壳(16)和耐火材料(17)组成，其特征在于：所述的整流室上段形状是悬链线(Catenary)回转体，探测孔、整流室上段、整流室下段、喉口收缩段、喉口、燃烧室从上到下依次相连通；所述的上层煤气喷口和下层煤气喷口一侧与整流室上段相连通，另一侧与煤气环腔连通；m个上层煤气喷口沿切线方向并倾斜向下α角设置在整流室上段侧壁直径φa圆周上，切向中心线与整流室中心线夹角β，各喷口中心线相切于直径为φb的假想圆上；n个下层煤气喷口沿整流室径向并倾斜向下γ角设置在整流室上段悬链线回转体侧壁直径φc圆周上，φa≤φb，α≥γ；所述的煤气入口沿煤气环腔的圆周切线方向布置，p个煤气入口设置在煤气环腔外侧壁上；所述的一次空气喷口和二次空气喷口一侧与整流室下段相连通，另一侧与空气环腔连通；q个一次空气喷口沿切线方向并倾斜向下δ角设置在整流室下段侧壁圆周上，与整流室中心线夹角ε，一次空气喷口中心线相切于直径为φd的假想圆上；s个二次空气喷口沿切线方向并倾斜向下ζ角设置在整流室下段侧壁圆周上，与整流室中心线夹角η，各喷口中心线相切于直径为φe的假想圆上，φd≥φe；δ≥ζ，一次空气喷口断面积占空气喷口总面积的80％～50％，二次空气喷口断面占空气喷口总面积的20％～50％；所述的空气入口沿空气环腔的圆周切线方向布置，t个空气入口设置在空气环腔外侧壁上；所述的喉口位于喉口收缩段和燃烧室之间，喉口圆柱体侧壁上有u个呈螺旋形布置的凸台，这些凸台联合组成了喉口导流槽；工作时，空气从空气入口切向进入空气环腔，通过空气环腔输送到各个空气喷口，并通过空气喷口沿假想切线圆喷入整流室下段，由于ζ≥δ，φd≥φe，在切向空气入口、切向空气喷口和整流室下段内圆柱面的综合导流作用下，空气被整流成向下旋转的漏斗状三维阿基米德螺线形涡旋，空气涡旋内部存在负压区；煤气从煤气入口切向进入煤气环腔，通过煤气环腔输送到各个煤气喷口，下层煤气喷口喷出的煤气沿整流室径向并向下倾斜γ角喷入整流室下段的空气涡旋内，上层煤气喷口喷出的煤气沿直径为φb的假想圆切向方向并向下倾斜α角喷入整流室，由于上层煤气喷口径向作用，喷出的煤气有旋流，带动下层煤气喷口喷出的煤气也产生弱旋流，使煤气在圆周方向分布趋于均匀；煤气从整流室上段向整流室下段流动进入空气涡旋内，在空气涡旋负压引射作用下，空气裹挟着煤气一同向喉口流动，由于下层煤气喷口的径向煤气流与空气涡旋的旋转气流流动方向不同，并且空气流速大于煤气流速，在流向差和和速度差作用下，一次空气喷口空气与下层煤气喷口煤气发生剧烈扩散、掺混、并开始燃烧；掺混的空气与煤气与燃烧产生的部分烟气混合物依次流经喉口收缩段、喉口，被喉口压缩，且喉口部位受燃烧室高温和烟气回流影响二温度升高，反应速率加块，喉口还能起到点火作用，使燃烧更稳定；喉口导流槽可使来自整流室旋流气体混合物的旋流度得到进一步强化，生成火焰从喉口喷出进入燃烧室时气流分布更均匀；喉口导流槽呈螺旋形布置的凸台对流经喉口的气流起到扰动作用，加强了煤气与空气的混合效果，使煤气燃烧更彻底；由于空气涡旋的引射作用，在极低的煤气压力下即可顺利进行混合与燃烧；由于一次空气喷口喷入一次空气量只占总空气量的80％～50％，第一阶段煤气处于过浓燃烧(贫氧)，二次喷口喷入空气补足了燃烧所需要的全部空气量，第二阶段煤气处于过淡燃烧，煤气的分段燃烧和浓淡型燃烧可有效抑制氮氧化物NOX生成。