本發(fā)明屬于燃燒領(lǐng)域，具體涉及一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器。

背景技術(shù)：

在燃料的利用中，相對于氣體燃料，固體，液體燃料由于熱值高，能量密度大，貯存便利等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，較氣體燃料而言，固體，液體燃料又存在不易摻混，點(diǎn)火溫度高，火焰不穩(wěn)定及碳煙，nox生成較多的缺點(diǎn)。因此，尋求液體，固體燃料快速高效燃燒，碳煙，nox等污染物排放少的先進(jìn)燃燒技術(shù)一直是各國學(xué)者的不斷追求。

在納米材料合成中，納米材料的火焰合成技術(shù)由于反應(yīng)快速高效,合成可連續(xù)，后處理簡單,易于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),已得到了廣泛應(yīng)用。然而，在現(xiàn)今納米材料火焰合成中，存在火焰形態(tài)難以精確調(diào)控，火焰溫度分布不均勻，納米材料質(zhì)量不高，生成的納米顆粒容易沾在燃燒器壁面等缺點(diǎn)。因此，設(shè)計(jì)一種可以實(shí)現(xiàn)液相前驅(qū)物及生成的納米顆粒不沾燃燒器壁面，火焰便于調(diào)控，納米顆粒合成高效可靠的燃燒器具有現(xiàn)實(shí)意義。

在半導(dǎo)體制造，塑料生產(chǎn)等工業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)生的工業(yè)廢氣毒性大，產(chǎn)量多，環(huán)境危害巨大，如何高效無害化處理一直是擺在人們面前的一個(gè)難題。近年來，將可燃工業(yè)廢氣通入燃燒器中快速燃燒分解產(chǎn)生無害氣體的方法得到了人們的重視。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器要解決的技術(shù)問題是：提供一種能實(shí)現(xiàn)液體、固體燃料快速高效燃燒，納米材料高效連續(xù)合成及工業(yè)廢氣無害化處理的帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器，包括軸向轉(zhuǎn)接頭、噴嘴、燃燒器前蓋本體、旋流框組件、燃燒器后蓋本體、金屬管、墊片、切向轉(zhuǎn)接頭和緊固螺栓。所述旋流框組件包括中間層和至少兩個(gè)旋流框，所述的旋流框數(shù)量根據(jù)燃料種類及燃燒需求而定，分別定義為第一級旋流框、第二級旋流框至第n級旋流框，各級旋流框內(nèi)部具有旋流混合腔，且第一級旋流框、第二級旋流框至第n級旋流框的混合腔依次增大，各級旋流混合腔之間形成擴(kuò)張段，各級旋流框混合腔的周向分別布置有n個(gè)與其相切的切向氣流入口，各級旋流框氣流入口處設(shè)置有n個(gè)用于氣流進(jìn)入的切向轉(zhuǎn)接頭。中間層位于兩級旋流框之間，厚度可根據(jù)燃料種類及燃燒需求調(diào)節(jié)。所述的第一級旋流框混合腔的切向入口注入燃料和氧化劑，用于使軸向燃料在第一級旋流混合腔內(nèi)均勻摻混，第二級旋流框混合腔的切向入口注入空氣或助燃劑，通過控制旋流方向和流量能夠有效防止液體燃料或固體顆粒等沾在燃燒器壁面，使燃料充分燃燒，提高燃燒效率，而且通過加入過量空氣或助燃劑還能夠有效降低碳煙，nox等污染物排放。軸向轉(zhuǎn)接頭、噴嘴與燃燒器前蓋本體固定連接，金屬管與燃燒器后蓋本體固定連接。需保證軸向轉(zhuǎn)接頭、噴嘴、旋流框組件的各級腔體、金屬管同心安裝，燃燒器前蓋本體、旋流框組件、燃燒器后蓋本體通過緊固螺栓連接。

進(jìn)一步地，第一級旋流框上的n個(gè)氣流入口包括燃料入口和氧化劑入口，燃料和氧化劑通過導(dǎo)管與設(shè)置在第一級旋流框上的n個(gè)切向轉(zhuǎn)接頭相連接。第二級至第n級旋流框上有n個(gè)空氣或助燃劑入口，空氣或助燃劑通過導(dǎo)管與設(shè)置在第二級至第n級旋流框上的n個(gè)切向轉(zhuǎn)接頭相連接。所述的氣流入口數(shù)量n根據(jù)實(shí)際需求而定，n個(gè)設(shè)置在旋流框混合腔周向上的切向氣流入口截面優(yōu)選為矩形。

進(jìn)一步地，所述的旋流框級數(shù)n優(yōu)選兩級。

進(jìn)一步地，金屬管與燃燒器后蓋本體優(yōu)選緊定螺釘固定連接。

進(jìn)一步地，燃燒器前蓋本體設(shè)置有螺紋孔，后蓋本體設(shè)置有通孔，中間層設(shè)置有與前級旋流混合腔孔徑相等的通孔，噴嘴孔徑和孔數(shù)能夠更換調(diào)節(jié)，噴嘴和軸向轉(zhuǎn)接頭上加工有螺紋，噴嘴和軸向轉(zhuǎn)接頭通過螺紋與燃燒器前蓋本體連接。

本發(fā)明公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器工作方法為：軸向液滴燃料或攜帶固相燃料氣流經(jīng)軸向轉(zhuǎn)接頭和噴嘴進(jìn)入燃燒器，氣體燃料和氧化劑通過第一級旋流框上的n個(gè)切向轉(zhuǎn)接頭從切向氣流入口注入第一級旋流混合腔，空氣或助燃劑通過第二級旋流框上的n個(gè)切向轉(zhuǎn)接頭從切向氣流入口進(jìn)入第二級旋流混合腔，第二級旋流框至第n級旋流框的工作過程相同，在各級旋流框混合腔之間形成擴(kuò)張段。混合后的多相氣流流經(jīng)金屬管，在金屬管管口處點(diǎn)燃多相混合氣流，形成穩(wěn)定的旋流火焰。軸向液滴燃料或攜帶固相燃料氣流在第一級旋流作用下與切向燃料、氧化劑均勻摻混，在第一級旋流框混合腔內(nèi)快速加熱燃燒，由于氣流作用，火焰和已燃?xì)怏w向第二級旋流框混合腔流動(dòng)，在中間層段，燃料進(jìn)一步摻混、燃燒，并防止由于流動(dòng)或火焰突然擴(kuò)張所導(dǎo)致的熄火或燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生。氣流進(jìn)一步流經(jīng)擴(kuò)張段，在擴(kuò)張段的作用下，有助于火焰擴(kuò)散，燃燒充分。含固相或液相的已燃?xì)怏w在第二級至第n級旋流作用下，能夠有效防止液滴或固相顆粒等沾在燃燒器壁面，進(jìn)而使燃燼的氣流順利從燃燒器排出。由于高溫已燃?xì)怏w對第二級至第n級旋流混合腔腔通入的空氣或助燃劑進(jìn)行加熱，加熱后的空氣或助燃劑使已燃?xì)怏w中可燃成分進(jìn)一步燃燒，提高燃料的燃燒效率，并降低碳煙，nox等污染物排放，能夠?qū)崿F(xiàn)液體，固體燃料快速高效燃燒和降低污染物排放的目的。

本發(fā)明公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器，具有下述優(yōu)點(diǎn)：1)軸向通入液滴燃料或攜帶固相燃料的氣流，氣體燃料和氧化劑通過布置在第一級旋流混合腔周向上的n個(gè)切向氣流入口注入燃燒器內(nèi)，且切向入口分布均布，能夠使軸向燃料在第一級旋流混合腔內(nèi)均勻摻混。2)第二級至第n級旋流混合腔的切向入口注入空氣或助燃劑，通過控制旋流方向和流量能夠有效防止燃料或固體顆粒等沾在燃燒器壁面，使燃料充分燃燒，提高燃燒效率，而且通過加入過量空氣或助燃劑還能夠有效降低碳煙，nox等污染物排放。3)利用旋流氣動(dòng)特性，在金屬管內(nèi)部形成低密度的高溫火焰，在金屬管壁面形成密度較大，溫度較低的未燃?xì)怏w薄膜，減少熱量損失，防止燃燒器的燒蝕。4)軸向噴嘴的孔徑和數(shù)量能夠靈活調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)軸向燃料流量，流速的精確調(diào)控。5)在擴(kuò)張段的作用下，有助于流經(jīng)中間層的火焰擴(kuò)張，防止火焰中的固體顆粒等沉積在燃燒器壁面，堵塞噴嘴。6)流經(jīng)第一級旋流混合腔的高溫已燃?xì)怏w對第二級旋流混合腔通入的空氣或助燃劑進(jìn)行加熱，第二級至第n級旋流混合腔的高溫已燃?xì)怏w依次對后級旋流混合腔通入的空氣或助燃劑進(jìn)行加熱，加熱后的空氣或助燃劑使已燃?xì)怏w中可燃成分進(jìn)一步燃燒，能夠提高加熱速率和燃燒效率。

有益效果：

1、本發(fā)明公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器，軸向結(jié)構(gòu)及一級旋流促進(jìn)燃料與空氣均勻摻混、燃燒并穩(wěn)定火焰，第二級至第n級旋流混合腔的切向入口注入空氣或助燃劑，通過控制旋流方向和流量能夠有效防止燃料或固體顆粒等沾在燃燒器壁面，使燃料充分燃燒，提高燃燒效率，而且通過加入過量空氣或助燃劑還可有效降低碳煙，nox等污染物排放，能夠?qū)崿F(xiàn)液體，固體燃料快速高效燃燒和降低污染物排放的目的。。

2、本發(fā)明公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器，利用旋流氣動(dòng)特性，在金屬管內(nèi)部形成低密度的高溫火焰，在金屬管壁面形成密度較大，溫度較低的未燃?xì)怏w薄膜，減少熱量損失，防止燃燒器的燒蝕。

3、本發(fā)明公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器，軸向噴嘴的孔徑和數(shù)量能夠靈活調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)軸向燃料流量，流速的精確調(diào)控。

4、本發(fā)明公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器，中間層具有調(diào)節(jié)燃料摻混、燃燒或滯留時(shí)間及調(diào)整火焰結(jié)構(gòu)的作用，并可防止流動(dòng)或火焰突然擴(kuò)張所導(dǎo)致的熄火或燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象。

5、本發(fā)明公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器，在擴(kuò)張段的作用下，有助于流經(jīng)中間層的火焰擴(kuò)張，防止火焰中的固體顆粒等沉積在燃燒器壁面，堵塞噴嘴。

6、本發(fā)明公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器，流經(jīng)第一級旋流混合腔的高溫已燃?xì)怏w對第二級旋流腔通入的空氣或助燃劑進(jìn)行加熱，第二級至第n級旋流混合腔的高溫已燃?xì)怏w依次對后級旋流混合腔通入的空氣或助燃劑進(jìn)行加熱，加熱后的空氣或助燃劑使已燃?xì)怏w中可燃成分進(jìn)一步燃燒，能夠提高加熱速率和燃燒效率。

7、本發(fā)明公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器，可將工業(yè)廢氣從軸向通入燃燒器，經(jīng)過燃燒器的多旋流結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)軸向氣體的快速加熱消除，可以實(shí)現(xiàn)廢棄氣體無害化高效處理，且本發(fā)明的燃燒器結(jié)構(gòu)緊湊，是一種緊致型燃燒器，應(yīng)用前景廣闊

8、本發(fā)明公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器，不僅適用于液滴燃料和固體燃料的快速高效燃燒，也適用于納米材料的連續(xù)合成和工業(yè)廢氣的快速加熱處理，使用范圍廣泛。

附圖說明

圖1為帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器右視圖；

圖2為帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器的剖視圖；

圖3為帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器旋流框組件的剖視圖；

圖4為帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器的第一級旋流框截面a-a結(jié)構(gòu)圖；

圖5為帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器的第二級旋流框截面b-b結(jié)構(gòu)圖；

其中：1—軸向轉(zhuǎn)接頭、2—噴嘴、3—燃燒器前蓋本體、4—前旋流框組件、5—燃燒器后蓋本體、6—金屬管、7—墊片、8—切向轉(zhuǎn)接頭、9—緊固螺栓、10—緊定螺釘

具體實(shí)施方式

為了更好的說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合圖示對本發(fā)明的具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

如圖2、圖3所示，本實(shí)施例公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器，包括軸向轉(zhuǎn)接頭1、噴嘴2、燃燒器前蓋本體3、旋流框組件4、后蓋本體5、金屬管6、墊片7、切向轉(zhuǎn)接頭8、緊固螺栓9和緊定螺釘10。旋流框組件4包括中間層4.0和兩個(gè)旋流框，兩個(gè)旋流框分別為第一級旋流框4.1和第二級旋流框4.2，兩個(gè)旋流框內(nèi)部分別具有旋流混合腔，第一級旋流框4.1的混合腔直徑小于第二級旋流框4.2的混合腔直徑，兩級旋流混合腔之間形成擴(kuò)張段。第一級旋流混合腔的周向布置有四個(gè)與其相切的切向氣流入口，切向氣流入口截面為矩形，在第一級旋流框氣流入口處設(shè)置有四個(gè)用于燃料和氧化劑進(jìn)入的切向轉(zhuǎn)接頭8，燃料和氧化劑通過導(dǎo)管與切向轉(zhuǎn)接頭8相連接，第二級旋流混合腔的周向同樣布置有四個(gè)與其相切的切向氣流入口，切向氣流入口截面為矩形，在第二級旋流框氣流入口處設(shè)置有四個(gè)用于空氣或助燃劑進(jìn)入的切向轉(zhuǎn)接頭8，空氣或助燃劑通過導(dǎo)管與切向轉(zhuǎn)接頭8相連接。中間層4.0位于第一級、第二級旋流框之間，其厚度可根據(jù)需求調(diào)節(jié)。第一級旋流框4.1混合腔的切向入口注入燃料和氧化劑，用于使軸向燃料在第一級旋流混合腔內(nèi)均勻摻混，第二級旋流框4.2混合腔的切向入口注入空氣或助燃劑，通過控制旋流方向和流量能夠有效防止液體燃料或固體顆粒等沾在燃燒器壁面，使燃料充分燃燒，提高燃燒效率，而且通過加入過量空氣或助燃劑還能夠有效降低碳煙，nox等污染物排放。燃燒器前蓋本體3上設(shè)置有螺紋孔，軸向轉(zhuǎn)接頭1和噴嘴2上加工有螺紋，軸向轉(zhuǎn)接頭1和噴嘴2通過螺紋與燃燒器前蓋本體3連接。燃燒器后蓋本體設(shè)置有通孔，與第二級旋流混合腔直徑相等的金屬管6與燃燒器后蓋本體5通過緊定螺釘固定連接，需保證軸向轉(zhuǎn)接頭1、噴嘴2、旋流框組件4的各級腔體、金屬管6同心安裝，燃燒器前蓋本體3、旋流框組件4、燃燒器后蓋本體5用緊固螺栓9連接，就組成了完整的帶擴(kuò)張段的軸切多旋流燃燒器。

本實(shí)施例公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器工作方法為：軸向液滴燃料或攜帶固相燃料氣流經(jīng)軸向轉(zhuǎn)接頭1和噴嘴2進(jìn)入燃燒器，氣體燃料和氧化劑通過第一級旋流框4.1上的四個(gè)切向轉(zhuǎn)接頭8從切向氣流入口注入第一級旋流混合腔，空氣或助燃劑通過第二級旋流框4.2上的四個(gè)切向轉(zhuǎn)接頭8從切向氣流入口進(jìn)入第二級旋流混合腔，在第一級、第二級旋流框混合腔之間形成擴(kuò)張段?；旌虾蟮亩嘞鄽饬髁鹘?jīng)金屬管6，在金屬管6管口處點(diǎn)燃多相混合氣流，形成穩(wěn)定的旋流火焰。軸向液滴燃料或攜帶固相燃料氣流在第一級旋流作用下與切向燃料、氧化劑均勻摻混，在第一級旋流框4.1混合腔內(nèi)快速加熱燃燒，由于氣流作用，火焰和已燃?xì)怏w向第二級旋流框4.2混合腔流動(dòng)，在中間層4.0段，燃料進(jìn)一步摻混、燃燒，并防止由于流動(dòng)或火焰突然擴(kuò)張所導(dǎo)致的熄火或燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生。氣流進(jìn)一步流經(jīng)擴(kuò)張段，在擴(kuò)張段的作用下，有助于火焰擴(kuò)散，燃燒充分。含固相或液相的已燃?xì)怏w在第二級旋流作用下，能夠有效防止液滴或固相顆粒等沾在燃燒器壁面，進(jìn)而使燃燼的氣流順利從燃燒器排出。由于高溫已燃?xì)怏w對第二級混合腔通入的空氣或助燃劑進(jìn)行加熱，加熱后的空氣使已燃?xì)怏w中可燃成分進(jìn)一步燃燒，提高燃料的燃燒效率，并降低碳煙，nox等污染物排放，能夠?qū)崿F(xiàn)液體，固體燃料快速高效燃燒和降低污染物排放的目的。

本實(shí)施例公開的一種帶擴(kuò)張段的軸切多旋流氣液固多相流燃燒器，具有下述優(yōu)點(diǎn)：1)軸向通入液滴燃料或攜帶固相燃料的氣流，氣體燃料和氧化劑通過布置在第一級旋流混合腔周向上的n個(gè)切向氣流入口注入燃燒器內(nèi)，且切向入口分布均布，能夠使軸向燃料在第一級旋流混合腔內(nèi)均勻摻混。2)第二級旋流混合腔的切向入口注入空氣或助燃劑，通過控制旋流方向和流量能夠有效防止燃料或固體顆粒等沾在燃燒器壁面，使燃料充分燃燒，提高燃燒效率，而且通過加入過量空氣或助燃劑還可有效降低碳煙，nox等污染物排放。3)利用旋流氣動(dòng)特性，在金屬管內(nèi)部形成低密度的高溫火焰，在金屬管壁面形成密度較大，溫度較低的未燃?xì)怏w薄膜，減少熱量損失，防止燃燒器的燒蝕。4)軸向噴嘴的孔徑和數(shù)量能夠靈活調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)軸向燃料流量，流速的精確調(diào)控。5)在擴(kuò)張段的作用下，有助于流經(jīng)中間層的火焰擴(kuò)張，防止火焰中的固體顆粒等沉積在燃燒器壁面，堵塞噴嘴。6)流經(jīng)第一級旋流混合腔的高溫已燃?xì)怏w對第二級旋流混合腔通入的空氣或助燃劑進(jìn)行加熱，加熱后的空氣或助燃劑使已燃?xì)怏w中可燃成分進(jìn)一步燃燒，能夠提高加熱速率和燃燒效率。

以上所述的描述對本發(fā)明的構(gòu)成、工作方法和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施過程，用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。