專利名稱：一種改進的用于浸沒燃燒技術(shù)的高速穩(wěn)壓燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠在浸沒燃燒技術(shù)中使用的高速穩(wěn)壓燃燒器，屬于燃燒器結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
浸沒燃燒換熱技術(shù)是一種高效的直接接觸式傳熱方式，它能夠充分利用燃料高位發(fā)熱量，具有熱利用率極高，排煙溫度低，污染物排放少的特點。其獨特的工作方式和顯著的節(jié)能減排效應(yīng)越來越受到科學家的關(guān)注，它在鍋爐、污水濃縮處理、冶金以及核工程等方面應(yīng)用廣泛。因為鼓泡管浸沒在液體中，由于氣液混合時液位發(fā)生振蕩的影響，傳統(tǒng)浸沒燃燒器容易發(fā)生熄火或脫火等燃燒不穩(wěn)定的問題，尤其在增壓浸沒燃燒換熱裝置中，燃燒器的工作環(huán)境更加惡劣，背壓更高且更容易發(fā)生波動。所以設(shè)計一種不僅能夠適用于浸沒燃 燒換熱裝置，又能提高氣液換熱效率的新型燃燒器顯得十分重要。專利號為CN 101315186，名稱為“一種氫氧混合器浸沒燃燒方法”，雖然在整體設(shè)計上實現(xiàn)了浸沒燃燒的性能，但是它卻沒有考慮到鼓泡管會引起罐內(nèi)被加熱液劇烈的液位波動，這種波動可能會影響燃燒室內(nèi)的壓力動蕩，導致燃燒性能不穩(wěn)定，尤其是它采用的是氫氧預(yù)混燃燒方式，極易發(fā)生爆炸等危險現(xiàn)象。另外，鼓泡管出口煙氣初始速度較小，向下運動的氣泡在液體中又受到的較大的浮力和粘滯力作用，氣泡沖擊深度不明顯，不利于高溫氣泡與容器底部的液體之間的換熱。專利號為CN 101706103A，名稱為“一種高效、節(jié)能環(huán)保型高壓燃燒器”，其特征是利用錐形噴頭和二次配風通道，提高了燃燒器的燃燒效率，節(jié)約了能源，為增壓浸沒燃燒技術(shù)的燃燒器設(shè)計提供了思路。但是空氣和燃氣是通過錐形噴頭上的小孔后發(fā)生混合燃燒的，由于小孔節(jié)流降壓作用，氣流壓力前后下降明顯。這樣的話，若燃燒器在背壓很高的環(huán)境下工作，系統(tǒng)對氣源壓力的要求就更高。另一方面，如果燃燒室壓力因為背壓振蕩而發(fā)生下降，與入口空氣-燃氣壓力差加大，通過小孔的氣流速度會突然加快，導致火焰脫火。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了解決上述問題，提供一種改進的用于浸沒燃燒的高速穩(wěn)壓燃燒器。第一，調(diào)整空-燃氣流混合方式，不采用小孔噴頭混合，增設(shè)旋流器，不僅避免了氣流因為經(jīng)過小孔而造成的壓力降，而且兩股氣流在燃燒前同樣有較好的混合效果；第二，根據(jù)流體在漸縮噴管中的流動原理，本發(fā)明利用壅塞流噴管使高溫煙氣發(fā)生完全膨脹，在噴管出口喉部截面上設(shè)計的臨界壓力P*大于背壓Pb，即使液位發(fā)生振蕩而造成背壓發(fā)生波動Ap，只要保證了 p*彡P(guān)b+Ap，噴管出口流速和燃燒室壓力就可以保持穩(wěn)定不變，燃燒室內(nèi)的燃燒過程就能夠穩(wěn)定和安全；第三，高溫煙氣經(jīng)過完全膨脹后，煙氣流速相當高，至少可達700m/s以上，氣流具有剛性，不會因為液體浮力發(fā)生變形。產(chǎn)生的氣泡在液體中的沖擊深度加大，氣液換熱效果顯著提高。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
—種改進的用于浸沒燃燒技術(shù) 的高速穩(wěn)壓燃燒器，該裝置依次包括高壓燃燒室和鼓泡管，其特征在于所述的高壓燃燒室的出口形狀為壅塞流噴管，壅塞流噴管能使煙氣在噴管喉部達到壅塞流狀態(tài)。所述的壅塞流噴管壁面曲線形狀為維托辛斯基曲線、Batchelor-Shaw曲線、雙三次曲線、五次曲線或者直線方程等。本裝置的主要優(yōu)點在于I.空氣和燃氣通過混合室和旋流器實現(xiàn)充分混合，避免了常規(guī)下氣流通過小孔混合時造成較大的壓力損失。2.壅塞流噴口設(shè)計能夠使煙氣發(fā)生充分膨脹后，其設(shè)計的臨界壓力P*大于背壓Pb，即使液位發(fā)生振蕩造成背壓發(fā)生波動A p，仍能保證p* ^ pb+A p，這樣使燃燒室壓力不會隨背壓波動而發(fā)生變化；3.高溫煙氣經(jīng)過完全膨脹后，煙氣流速相當高，氣泡在液體中的沖擊深度加大，氣液換熱效果顯著提高；4.實現(xiàn)了燃燒器在高壓燃燒室內(nèi)的穩(wěn)定燃燒，高壓條件有助于提高燃燒性能。


下面結(jié)合附圖具體說明
具體實施例方式圖I是燃燒器剖面示意圖；圖2是燃燒器噴嘴空氣-燃氣入口分布示意圖。圖I中，I.空氣入口，2.燃氣入口，3.點火器及火焰檢測孔，4.混合室，5.旋流器，
6.突擴通道，7.高壓燃燒室，8.漸縮噴管，9.鼓泡管。圖2中，I.空氣入口，2.燃氣入口，3.點火器及火焰檢測孔。
具體實施例方式一種改進的用于浸沒燃燒技術(shù)的高速穩(wěn)壓燃燒器，可以應(yīng)用在背壓發(fā)生波動的氣液直接換熱裝置中。其組成部分包括噴嘴(空氣入口 I、燃氣2入口通道)、混合室4、旋流器5、燃燒室7、壅塞流噴管8和鼓泡管9。下面以一組熱負荷158. 5kff的高速穩(wěn)壓燃燒器設(shè)計為例說明本發(fā)明的效果按照低位發(fā)熱量計算天然氣的消耗量為vf = 15Nm3 tf1 = 0. 00417Nm3 s_1 (6-1)由式￠-1)可計算空氣的消耗量為Va = 176. IN m3 tf1 = 0. 04892N m3 s_1(6-2)則噴管質(zhì)量流量m為m = P f vf+ P a va = 0. 65 X 0. 00417+1. 297 X 0. 04892 = 0. 06616kg s—1(6-3)根據(jù)上述高速穩(wěn)壓燃燒器的設(shè)計原理，設(shè)計換熱罐壓力和壓力波動總和不超過0. 2MPa，即pb+Ap彡0. 2MPa，則設(shè)計噴管喉部臨界壓力p* = 0. 2MPa。再根據(jù)壅塞流噴管設(shè)計原理，P*與入口壓力Ptl的比值為0. 528，則Ptl = 0. 379MPa，k值取I. 4。假設(shè)天然氣產(chǎn)生煙氣的出口溫度約為1200K。根據(jù)天然氣成分，計算燃燒產(chǎn)物混合氣的折合摩爾質(zhì)量折合氣體常數(shù)Rg計算過程如下
權(quán)利要求
1.一種改進的用于浸沒燃燒技術(shù)的高速穩(wěn)壓燃燒器，該裝置依次包括高壓燃燒室和鼓泡管，其特征在于所述的高壓燃燒室的出口形狀為壅塞流噴管。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種改進的用于浸沒燃燒技術(shù)的高速穩(wěn)壓燃燒器，其特征在于所述的壅塞流噴管壁面曲線形狀為維托辛斯基曲線、Batchelor-Shaw曲線、雙三次曲線、五次曲線或者直線方程。
全文摘要
一種改進的用于浸沒燃燒技術(shù)的高速穩(wěn)壓燃燒器屬于燃燒器結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。該裝置依次包括高壓燃燒室和鼓泡管，其特征在于所述的高壓燃燒室的出口形狀為壅塞流噴管。所述的壅塞流噴管壁面曲線形狀為維托辛斯基曲線、Batchelor-Shaw曲線、雙三次曲線、五次曲線或者直線方程。本發(fā)明所涉及的燃燒室壅塞流噴管出口，能夠使高溫煙氣在噴管喉部處達到壅塞流狀態(tài)。即使背壓發(fā)生波動，壅塞流噴管仍能夠保證燃燒室壓力穩(wěn)定，提高煙氣出口速度，有利于正常燃燒和氣液之間的擾動換熱。
文檔編號F23D14/02GK102620293SQ20121009660
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者劉中良, 宮小龍, 江瀚 申請人:北京工業(yè)大學