二級真空燃燒器的制造方法
【專利說明】二級真空燃燒器
[0001] 背景
[0002] 燃燒器是在工業(yè)生產(chǎn)中燃燒燃料以產(chǎn)生熱量的設(shè)備，例如用于發(fā)電的設(shè)備、冶煉 金屬及其他材料的設(shè)備、和用于處理化學(xué)物質(zhì)及其他物質(zhì)的設(shè)備。因?yàn)樵谥霸O(shè)計的燃燒 器中的不完全燃燒，最近的示例使用燃燒器內(nèi)部的發(fā)生器以形成渦流（即旋轉(zhuǎn)空氣和燃料 的混合物），從而為燃燒過程提供更多的氧化劑。雖然這實(shí)現(xiàn)了增大空氣-燃料混合物的目 標(biāo)，但是需要點(diǎn)火器以保持燃燒，并且這仍然不能實(shí)現(xiàn)所有燃料的完全燃燒。使用引導(dǎo)件和 流動空間（即反應(yīng)器）的方案也可以被使用，但是遇到了殘留和清潔的難題，尤其是使用較 低質(zhì)量的燃料時。同樣地，使用預(yù)混燃燒器和焰管的反應(yīng)器方案允許在各個混合器中進(jìn)行 分級燃燒。但是，這些方案仍然需要高質(zhì)量、清潔燃燒的燃料，并且遇到了由殘留引起的維 護(hù)問題。
[0003] 發(fā)明概述
[0004] 根據(jù)本申請的實(shí)施方式，混合燃料真空燃燒器-反應(yīng)器包括主燃燒室、入口、徑縮 噴嘴、注入器和二級燃燒室。主燃燒室具有圓錐形內(nèi)部和第一組引導(dǎo)葉片。入口連接至圓 錐形內(nèi)部的第一端。徑縮噴嘴連接至圓錐形內(nèi)部的第二端。徑縮噴嘴的第一端連接至主燃 燒室的圓錐形內(nèi)部，并且徑縮噴嘴的第二端連接至二級燃燒室。注入器垂直地安裝至徑縮 噴嘴并且配置為將第二燃料注入主燃燒室中。第二燃料是液態(tài)燃料，諸如廢油、酒精（加入 高達(dá)50 %的水）、甘油、大豆油、工業(yè)燃油（IF0)或其組合。
[0005] 主燃燒室配置為使得進(jìn)入和離開主燃燒室的第一燃料的兩個渦流自然地形成，并 且第一組引導(dǎo)葉片配置為形成第三渦流，以保持第一燃料旋轉(zhuǎn)至燃燒器-反應(yīng)器的外部。 在某些實(shí)施方式中，主燃燒室在圓柱形外部和圓錐形內(nèi)部之間的空間中具有隔熱材料。二 級燃燒室為圓柱形，并且包括配置為將空氣引導(dǎo)至二級燃燒室中的第二組引導(dǎo)葉片。
[0006] 在某些實(shí)施方式中，混合燃料真空燃燒器-反應(yīng)器還包括連接至入口部分的進(jìn)氣 歧管。在某些實(shí)施方式中，進(jìn)氣歧管包括真空室、延伸至進(jìn)氣歧管中的壓縮空氣噴嘴和提供 出口的排出出口。根據(jù)某些實(shí)施方式，壓縮空氣噴嘴配置為在焰心處將壓縮空氣注入到主 燃燒室中。在某些實(shí)施方式中，氣態(tài)燃料經(jīng)由進(jìn)氣歧管提供至主燃燒室。氣態(tài)燃料是天然 氣、水電解的水副產(chǎn)品（HH0)或其組合。在某些實(shí)施方式中，注入器配置為與渦流旋轉(zhuǎn)方向 相反地將燃料注入主燃燒室中和/或配置為與室的軸成30°。
[0007] 在其他實(shí)施方式中，在三重渦流真空燃燒器-反應(yīng)器中有效燃燒混合燃料的方法 包括：通過連接至圓錐形主燃燒室的進(jìn)氣歧管噴射空氣，來在圓錐形主燃燒室中形成真空 條件。該方法繼續(xù)通過進(jìn)氣歧管將燃料引入圓錐形主燃燒室中，以便形成第一組燃料和出 口氣體的兩個渦流。該方法還包括使所述第一組燃料在圓錐形主燃燒室中通過第一組引導(dǎo) 葉片，以形成第三渦流，三個渦流保持圓錐形燃燒室和二級燃燒室至燃燒器-反應(yīng)器的外 部的旋轉(zhuǎn)。該方法繼續(xù)在與第一組燃料的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向中將第二組燃料注入圓錐形 主燃燒室中。在某些實(shí)施方式中，第一組燃料是氣態(tài)燃料并且第二組燃料是液態(tài)燃料。
【附圖說明】
[0008] 以下附圖示出本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。
[0009] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的混合燃料真空燃燒器-反應(yīng)器的視圖；
[0010] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的主燃燒室的截面圖；
[0011] 圖3是圖2的主燃燒室的后視圖；
[0012] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的連接主燃燒室和二級燃燒室的徑縮噴嘴的立體圖；
[0013] 圖5A是根據(jù)本發(fā)明的二級燃燒室的前視圖；
[0014] 圖5B是根據(jù)本發(fā)明的二級燃燒室的立體圖；
[0015] 圖5C是根據(jù)本發(fā)明的二級燃燒室的后視圖；
[0016] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)氣歧管的簡圖；以及
[0017] 圖7是描述根據(jù)本發(fā)明的在三重渦流真空燃燒器-反應(yīng)器中有效燃燒混合燃料的 方法的流程圖。
[0018] 詳述
[0019] 將參照示例性實(shí)施方式來描述目前示出和公開的燃燒器_反應(yīng)器。該公開不應(yīng)解 釋為限制或需要本發(fā)明中描述的所有特征。在可能的情況下，為了清楚起見，相似的部件將 以相似的方式進(jìn)行編號。在適用的情況下將給出示例性的可替代方式，但是在合適的情況 下其他等同可以是顯而易見的并且可預(yù)期。
[0020] 圖1示出根據(jù)本公開的實(shí)施方式的混合燃料真空燃燒器-反應(yīng)器100的截面圖。 燃燒器-反應(yīng)器100包括與徑縮噴嘴（reductionnozzle) 120連接的主燃燒室110,徑縮 噴嘴120接著連接至二級燃燒室130。燃燒器-反應(yīng)器100還包括注入器140,注入器140 垂直地放置在徑縮噴嘴120上。在徑縮噴嘴120的相反側(cè)，主燃燒室110還連接至進(jìn)氣歧 管150。下面將更詳細(xì)地描述上述的每個部件，但是從高層次的角度來看，燃?xì)夂蛪嚎s空氣 從進(jìn)氣歧管150引入主燃燒室110中，以在真空條件下開始燃燒過程。注入器140注入附 加燃料，以與之前提供的燃料混合，從而生成燃料混合物。燃料混合物在其傳送到二級燃燒 室130的外部的整個過程中繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并且緩慢地移動，以便與被利用燃料的質(zhì)量無關(guān)地進(jìn) 行更完全且更清潔的燃燒。在不同的實(shí)施方式中，燃燒器-反應(yīng)器100可以連接至在注入 器140之前或之后具有法蘭（未示出）的燃燒爐。
[0021] 如下面將參照圖2描述的，主燃燒室110具有圓柱形外部及圓錐形內(nèi)部。圓錐形 內(nèi)部在其較小端部連接至進(jìn)氣歧管150,并且在其較大端部連接至徑縮噴嘴120。燃料和壓 縮空氣從進(jìn)氣歧管150引入主燃燒室110,以便在主燃燒室110 (即，作為燃燒器）中燃燒。 根據(jù)本公開的實(shí)施方式，可以利用任何類型的可燃?xì)怏w。例如，可以使用天然氣，例如HH0， 水電解的副廣品。
[0022] 至少部分地因?yàn)檫M(jìn)氣歧管150和主燃燒室110配置為在真空條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，所以可 以實(shí)現(xiàn)高溫和容易且立即的熱裂解。因?yàn)檎婵諚l件，燃?xì)獗晃肴紵遥皇潜煌迫肴紵?室。這允許當(dāng)燃?xì)獗粔嚎s（諸如HH0)時可燃?xì)怏w的燃燒變成爆炸性的，以及較重燃料的更 有效氧化。與不利用真空條件相比，真空條件還允許實(shí)現(xiàn)特定的熱學(xué)目標(biāo)，例如主燃燒室的 隔熱和燃燒器-反應(yīng)器的更快啟動。
[0023] 在燃燒過程的該階段期間，從進(jìn)氣歧管150提供至主燃燒室110的燃料因真空條 件自然地產(chǎn)生入口氣體和出口氣體的兩個渦流。當(dāng)由于壓力差從而真空條件使燃?xì)膺M(jìn)入和 離開室以旋轉(zhuǎn)時，出現(xiàn)這些自然產(chǎn)生的渦流，其類似于液體動力學(xué)中以湍流方式進(jìn)入或離 開的水或者如同飛行器機(jī)翼后的空氣那樣。
[0024] 雖然一旦運(yùn)行就不需要，但是可以使用諸如HH0和天然氣的少量燃料來預(yù)熱主燃 燒室。例如，在如下所述將第二燃料引入系統(tǒng)之前，可以使用3m3/hr的HH0和16m3/hr的天 然氣將該室在20分鐘預(yù)熱至約2200度。一旦燃燒器-反應(yīng)器100已經(jīng)被預(yù)熱，可以移除 HH0,而不影響性能。HH0可以將比甲烷快七倍的氧氣和氫氣層流速率提供至火焰，因此允許 更好的裂化和燃燒，并且再次減少排放。
[0025] 圖2是根據(jù)本公開的實(shí)施方式的主燃燒室110的截面圖。主燃燒室110具有圓柱 形外部210和圓錐形內(nèi)部220。在外部210和內(nèi)部220之間包括隔熱材料230。此外，主燃 燒室110在圓錐形內(nèi)部