氢氧气与燃料结合燃烧的火焰可调烧嘴的制作方法

2021-03-03 00:03:43|

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[0001]
本发明涉及工业加热的燃烧器技术领域，特别是涉及一种氢氧气与燃料结合燃烧的火焰可调烧嘴。

背景技术：

[0002]
工业加热的燃烧器采用液体燃料：柴油、重油等，或者气体燃料：天然气、液化气等较为常见，氧化剂一般直接采用空气。燃烧器的火焰形态主要取决于空气与燃料的混合流态，由于空气本身含氧量的关系，在使用高热值的燃料中空气的体积流量远大于燃料的体积流量，这样空气流态也主要决定着火焰形态。在工业加热中受炉体形状及加热工艺的要求，需要燃烧器的火焰形态在加热功率不变的情况下随时能够调节，以满足生产需要。现有技术中也有采用可调型方法来进行气流形态的调节，由于受到燃烧器结构的限制，往往达不到所需要的要求。

技术实现要素：

[0003]
本发明主要解决的技术问题是提供一种氢氧气与燃料结合燃烧的火焰可调烧嘴，能够改变助燃空气出口处旋流强度，在燃烧功率不变状态下，达到燃烧火焰长短之间的变化。利用氢氧气的催化特性改善燃料的着火性能，提高燃尽率，降低烟气中的碳黑，降低燃烧对环境的污染。
[0004]
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种氢氧气与燃料结合燃烧的火焰可调烧嘴，包括：氢氧气与燃料混合喷出装置、旋转气流调节结构和燃烧喷口；所述旋转气流调节结构包括进风壳体，和依次连接的旋风器、调旋器和调节器，所述旋风器和所述调旋器安装在所述进风壳体内；所述燃烧喷口安装在所述进风壳体的出风口处；所述旋风器、所述调旋器和所述燃烧喷口连通形成出风通道；所述氢氧气与燃料混合喷出装置安装在所述出风通道中。
[0005]
在本发明一个较佳实施例中，与氢氧气结合燃烧的燃料为液体燃料，也可以设计成气体燃料、固体燃料或多种燃料混合。
[0006]
在本发明一个较佳实施例中，所述燃烧喷口呈喇叭口状。
[0007]
在本发明一个较佳实施例中，所述旋转气流调节结构通过调节器调节有两个位置：助燃空气切向进入位置和助燃空气径向进入位置。
[0008]
在本发明一个较佳实施例中，旋转气流调节结构位于助燃空气切向进入位置，燃烧喷口处形成径向扩散气流，形成短火焰仍至平展火焰。
[0009]
在本发明一个较佳实施例中，旋转气流调节结构位于助燃空气径向进入位置，燃烧喷口处形成轴向气流，形成火炬形长火焰。
[0010]
在本发明一个较佳实施例中，所述进风壳体包括内部腔体、进风口和出风口；所述导气管位于所述出风口处；所述调旋器和所述旋风器位于所述内部腔体中，所述调旋器包括后套管和调旋管，所述后套管安装在所述内部腔体的尾端，所述调旋管包括开槽段和密
封段，所述调旋管的开槽段与所述后套管套装连接；所述旋风器的一端和所述调旋管的密封段连接，所述旋风器的另一端与所述导气管连接；所述调节器和所述调旋管连接，所述调旋管在所述后套管和所述导气管之间的前后移动；当所述调旋管位于后端时，所述旋风器与所述导气管连通形成旋风通道；当所述调旋管位于前端时，所述调旋管与所述导气管连通形成直风通道。
[0011]
在本发明一个较佳实施例中，所述旋风器包括旋风器前盖、旋风器后盖和叶片，所述叶片安装在所述旋风器前盖和所述旋风器后盖之间，所述调旋管的密封段与所述旋风器后盖连接，所述导气管与所述旋风器前盖连接。
[0012]
在本发明一个较佳实施例中，所述调节器包括调节结构和连接杆，所述调节结构安装在所述进风壳体的外侧，所述连接杆一端与所述调节结构连接，另一端与所述调旋管连接。
[0013]
在本发明一个较佳实施例中，氢氧气与燃料混合喷出装置包括中心位置的氢氧气喷嘴、雾化的燃料喷嘴和外侧位置的氢氧气喷嘴，所述中心位置的氢氧气喷嘴、所述雾化的燃料喷嘴和外侧位置的氢氧气喷嘴采用同心套管形式组成整体。
[0014]
本发明的有益效果是：本发明氢氧气与燃料结合燃烧的火焰可调烧嘴可以改变助燃空气出口处旋流强度，在燃烧功率不变状态下，达到燃烧火焰长短之间的变化，操作简单。利用氢氧气的催化特性改善燃料的着火性能，提高燃尽率，降低烟气中的碳黑，降低燃烧对环境的污染。
附图说明
[0015]
图1是本发明氢氧气与燃料结合燃烧的火焰可调烧嘴一优选实施例的立体结构示意图；图2是旋转气流调节结构位于助燃空气切向进入位置的结构示意图；图3是旋转气流调节结构位于助燃空气切向进入位置的结构示意图；图4是本发明氢氧气与燃料混合喷出装置一优选实施例的立体结构示意图；图5是图4所示氢氧气与燃料混合喷出装置的内部结构图；图6是图5的内部结构详细标注图；图7是本发明旋转气流调节结构的一优选实施例的立体结构示意图；图8是图7所示旋转气流调节结构的第一状态的内部结构剖视图；图9是图8的a-a剖视图；图10是图7所示旋转气流调节结构的第二状态的内部结构剖视图；图11是图10的b-b剖视图；图12是图7所示调节器的安装结构示意图；图13是本发明旋转气流调节结构的另一优选实施例的第一状态的内部结构剖视图。
[0016]
附图中各部件的标记如下：100-氢氧气与燃料混合喷出装置、110-中心位置的氢氧气喷嘴、111-中心氢氧气接口、112-中心氢氧气通道、113-中心氢氧气喷孔、120-雾化的燃料喷嘴、121-燃料接口、122-压缩空气接口、123-燃料通道、124-雾化气通道、125-燃料喷口、126-雾化气喷口、127-雾化气密封槽、128-乳化混合室、129-乳化混合液喷孔、130-移动调节装置、131-密封圈、132-压
紧套、133-左右螺纹接头、134-导向杆、140-外侧位置的氢氧气喷嘴、141-外侧氢氧气接口、142-外侧氢氧气通道、143-外侧氢氧气喷孔；200-旋转气流调节结构、210-导气管、220-旋风器前盖、230-叶片、240-旋风器后盖、250-调旋管、260-连接杆、270-进风壳体、280-后套管、290-调节结构、291-外螺旋管、292-内螺旋管、293-手柄；300-燃烧喷口。
具体实施方式
[0017]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0018]
请参阅图1-图13，需要说明的是，本实施例中所提供的图示说明了本发明的基本构想，遂图式中的本发明中有关的组件按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制。本发明实施例包括：如图1所示，一种氢氧气与燃料结合燃烧的火焰可调烧嘴，包括：氢氧气与燃料混合喷出装置100、旋转气流调节结构200和燃烧喷口300。氢氧气与燃料混合喷出装置100安装在烧嘴中心，旋转气流调节结构200位于氢氧气与燃料混合喷出装置100的同心外侧与位于前端的燃烧喷口300同心相连。所述燃烧喷口300具有稳定火焰的作用，本实施例所示所述燃烧喷口300呈喇叭口状。
[0019]
结合图2和3所示，所述旋转气流调节结构200通过调节器调节有两个位置：助燃空气切向进入位置和助燃空气径向进入位置。如图2所示，旋转气流调节结构200位于助燃空气切向进入位置，燃烧喷口300处形成径向扩散气流，形成短火焰仍至平展火焰。如图3所示，旋转气流调节结构200位于助燃空气径向进入位置，燃烧喷口300处形成轴向气流，形成火炬形长火焰。所述与氢氧气结合燃烧的燃料使用液体燃料，也可以设计成使用气体燃料，还可以设计成使用粉状的固体燃料，还可以设计成多种燃料混合使用；更换方便，适应性强。所述氢氧气与燃料混合喷出装置100，利用氢氧气的催化特性改善燃料的着火性能，提高燃尽率，降低烟气中的碳黑，降低燃烧对环境的污染。
[0020]
结合图4、图5和图6所示，本发明氢氧气与燃料结合燃烧的火焰可调烧嘴所采用的氢氧气与燃料混合喷出装置100，包括：中心位置的氢氧气喷嘴110、雾化的燃料喷嘴120、移动调节装置130和外侧位置的氢氧气喷嘴140；所述中心位置的氢氧气喷嘴110、所述雾化的燃料喷嘴120和外侧位置的氢氧气喷嘴采用同心套管形式组成整体。本实施例中所述的中心位置的氢氧气喷嘴110设于所述氢氧气与燃料混合喷出装置的同轴中心，穿过雾化的燃料喷嘴120。所述的移动调节装置130可以将中心位置的氢氧气喷嘴110及压缩空气雾化的燃料喷嘴120通过旋转左右螺纹接头131前后移动。
[0021]
所述中心位置的氢氧气喷嘴110包括中心氢氧气接口111、中心氢氧气通道112及中心氢氧气喷孔113，所述中心氢氧气接口111、所述中心氢氧气通道112及所述中心氢氧气喷孔113三者组成的为密闭通道，所述中心氢氧气通道112穿过压缩空气雾化的燃料喷嘴120，所述中心氢氧气喷孔113喷出氢氧气，本实施例中，所述中心氢氧气喷孔113做成单孔。
[0022]
本实施例中所示，所述雾化的燃料喷嘴120为压缩空气雾化的燃料喷嘴120，包括燃料接口121、燃料通道123、燃料喷口125、压缩空气接口122、压缩空气通道124、压缩空气
喷口126、雾化气密封槽127、乳化混合室128和乳化混合液喷孔129。所述燃料接口121、燃料通道123和燃料喷口125形成燃料通道，所述燃料喷口125连通所述乳化混合室128。所述压缩空气接口122、压缩空气通道124及压缩空气喷口126形成压缩空气通道，所述压缩空气喷口126连通所述乳化混合室128。具体过程为：燃料通过燃料接口121、燃料通道123及燃料喷口125进入乳化混合室128；同时压缩空气通过压缩空气接口122、压缩空气通道124及压缩空气喷口126进入所述乳化混合室128，在压缩空气通道前端由雾化气密封槽127组成密封迷宫。所述燃料与压缩空气在所述乳化混合室128形成乳化混合液，最后由乳化混合液喷孔129喷出。可选地，乳化混合液喷孔129做成同轴扩张角等分孔。本实施例中展示的是内混雾化喷出结构的雾化的燃料喷嘴120，所述雾化的燃料喷嘴120也可以采用外混雾化喷出结构，这个结构比较简单就不一一举例说明。同样，所述雾化的燃料喷嘴120可以为压缩空气雾化的燃料喷嘴，也可以为蒸汽雾化的燃料喷嘴。
[0023]
所述外侧位置的氢氧气喷嘴140包括外侧氢氧气接口141、外侧氢氧气通道142和外侧氢氧气喷孔143，所述外侧氢氧气接口141和外侧氢氧气通道142组成密闭通道，氢氧气经过外侧氢氧气喷孔143喷出。可选地，外侧氢氧气喷孔143做成同轴收缩角等分孔与乳化混合液喷孔129形成同轴交叉角。
[0024]
结合图4所示，本实施例氢氧气与燃料混合喷出装置整体呈筒状结构，所述中心位置的氢氧气喷嘴的喷口（中心氢氧气喷孔113）、所述外侧位置的氢氧气喷嘴的喷口（外侧氢氧气喷孔143）及所述雾化的燃料喷嘴的喷口（乳化混合液喷孔129）位于前端，后端有中心氢氧气接口111、燃料接口121、压缩空气接口122和外侧氢氧气接口141，本实施例中，所述中心氢氧气接口111位于后端面，所述燃料接口121、压缩空气接口122和外侧氢氧气接口141依次位于侧面。所述压缩空气接口122和所述外侧氢氧气接口141之间有所述所述移动调节装置3。
[0025]
结合图5和图6所示，所述移动调节装置130包括密封圈131、压紧套132、左右螺纹接头133和导向杆134。所述压紧套132套装在所述雾化的燃料喷嘴120外。所述密封圈131与所述外侧位置的氢氧气喷嘴140及所述压紧套132配合密封，所述左右螺纹接头133的一端与所述压紧套132连接，所述左右螺纹接头133的另一端与所述雾化的燃料喷嘴120相连，所述导向杆134的一端与所述压缩空气雾化的燃料喷嘴120相连，所述导向杆134的另一端与外侧位置的氢氧气喷嘴140相连。调节时旋转左右螺纹接头133可以缩进或者伸出压缩空气雾化的燃料喷嘴120与外侧位置的氢氧气喷嘴140的间距。
[0026]
所述氢氧气与燃料混合喷出装置，可以使氢氧气与燃料、重油等燃料分级混合喷出，再与外部的助燃空气混合组成燃烧器，且安装方便，结构简单，燃烧安全可靠。通过上述方式，能利用氢氧气的特性改善燃料、重油等燃料的着火性能，提高燃尽率。使燃料、重油等热值高而价格低的燃料充分利用，节约燃料成本，氢氧气燃烧后的水汽能催化碳粒子，能降低烟气中的碳黑，减少污染物排放，减轻环保压力。
[0027]
结合图7-图13所示，本发明氢氧气与燃料结合燃烧的火焰可调烧嘴所采用的所述旋转气流调节结构200包括：导气管210、旋风器、调旋器、进风壳体270和调节器。
[0028]
所述进风壳体270包括内部腔体、进风口和出风口，本实施例中，所述进风壳体270呈l型，所述进风口位于l型的一端，所述出风口位于l型的另一端。
[0029]
所述导气管210位于所述出风口处。所述出风口处即为所述进风壳体270的前端。
所述导气管210为气流出口管，且与旋风器前盖220相连，所述旋转气流调节结构所形成得直流风或旋转风，最终通过导气管210喷入炉内。
[0030]
所述旋风器位于所述进风壳体270的内部腔体内，并与所述导气管210连接。本实施例中所述旋风器包括旋风器前盖220、叶片230和旋风器后盖240，所述叶片230安装在所述旋风器前盖220和所述旋风器后盖240之间。作为示例，所述的叶片230为单体，采用6片均匀分布、正向安装，气流通过叶片230导向后形成右旋旋转风。所述旋风器后盖240内径与所述叶片230内沿轮廓一致，并且与调旋管250密封段的外径采用活动配合。
[0031]
所述调旋器位于所述内部腔体中，所述调旋器的一端和所述旋风器连接，另一端与所述进风壳体270的后端连接。所述调旋器包括调旋管250和后套管280，所述后套管280安装在所述内部腔体的后端，且所述后套管280的尾端封闭。所述调旋管250包括开槽段和密封段，所述调旋管250的开槽段与所述后套管280套装连接；进一步优选地，所述后套管280与调旋管250开槽段的内径配合或者外径活动配合。所述调旋管250的密封段与所述旋风器后盖240连接，所述导气管210与所述旋风器前盖220连接。作为示例，所述调旋管250的密封段为光滑管，所述调旋管250的开槽段为表面开设有6条均匀分布的开槽的管道。作为示例，所述调旋管250的开槽段的开槽等效截面与所述叶片230形成的等效截面一致，其形状都为长槽口。所述调节器调节所述调旋管250能够在所述后套管280和所述导气管210之间的前后移动，为了便于限制所述调旋管250的位移距离，本实施例中所述调旋管250的外壁有凸出的结构，且位于调旋管250的密封段和开槽段的连接处。结合图4所示，当所述调旋管250位于前端时，所述凸出的结构与所述旋风器后盖240接触，限制所述调旋管250继续往前位移。
[0032]
所述调节器和所述调旋管250连接，所述调节器调节所述调旋管250在所述后套管280和所述导气管210之间的前后移动。作为示例，所述调节器包括调节结构290和连接杆260。所述调节结构290位于进风壳外侧7，并与所述连接杆260的一端相连。所述连接杆260的另一端与所述调旋管250连接。作为示例，为了便于与所述连接杆260的连接，所述调旋管250的管外壁有一凸出的耳状连接结构，所述连接杆260与所述耳状连接结构连接，所述耳状连接结构位于所述调旋管250的密封段和开槽段的连接处。
[0033]
结合图12所示，作为示例，所述调节结构290为螺纹旋转转换直线拉动方式，位于进风壳体270的外侧与连接杆260相连。具体为所述调节结构290包括外螺旋管291和内螺旋管292，所述外螺旋管291的前端固定在所述进风壳体270的外侧，所述内螺旋管292的前端与所述外螺旋管291的后端通过螺纹连接，所述连接杆260套装在所述外螺旋管291和所述内螺旋管292内，所述连接杆260的前端和所述调旋管250连接，所述连接杆260的后端与所述内螺旋管292的后端连接。为了方便调节，所述内螺旋管292的后端有手柄293结构。
[0034]
本实施里所示的所述调节结构290的动作过程如下：通过转动所述调节结构290外侧的手柄293可以带动连接杆260向前或向后移动，从而联动所述调旋管250前后移动，使得气流可以在切向叶片形成的进气槽和调旋管后端的直向槽之间转换。
[0035]
本实施里所示旋转气流调节结构的动作过程如下：结合图8和图9所示，当所述调旋管250位于后端时，所述旋风器与所述导气管210连通形成旋风通道。具体地，所述调旋管250位于后端时，所述调旋管250的开槽段位于所述后套管280处，所述开槽段的直向槽被所述后套管280封闭，而所述旋风器的切向叶片形成的进气槽打开。这样气流从所述进风壳体
270的进风口处进入，流经所述旋风器的切向叶片形成的进气槽，最后从导气管210中排出。结合图10和图11所示，当所述调旋管位于前端时，所述调旋管与所述导气管连通形成直风通道。具体地，所述调旋管250位于前端时，所述调旋管250的开槽段离开所述后套管280处，所述开槽段的直向槽打开，而所述调旋管250的密封段位于所述旋风器内，因此所述旋风器的切向叶片形成的进气槽被关闭。这样气流从所述进风壳体270的进风口处进入，流经所述调旋管250的开槽段的直向槽，进入所述调旋管250的密封段，最后从导气管210中排出。
[0036]
结合图13所示：全部气流在切向叶片形成的气流旋流强度s>1.3，在导气管3前端出口处采用喇叭扩口管时，可以形成平展气流。
[0037]
综上所示：所述旋转气流调节结构，通过调旋管的前后移动，使得进风壳体内的气流在不改变风量的前提下，导气管前端出口处可获得100%直流风至100%旋转风的无级转换，在燃烧器火焰长度调节中可以获得所需的火焰形态。另外，当直流风和旋转风连续不断变化时，对炉内气流有扰动作用，可以使得燃料能够燃烧充分，提高热量利用率，可以提高炉温均匀性，提高加热质量。
[0038]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、后等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0039]
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

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