[发明专利]提供相邻的湍流气体喷射和一致气体喷射的系统

说明书

本发明总的来说涉及气体动力学，更具体为涉及一致气体喷射(coherent gasjet)技术。

在气体动力学领域中，最近的主要进展为开发一致喷射技术，这种技术产生能够长距离输送气体，同时基本维持在其初始速度不变并且其直径只有非常小的增大的激光状喷射。一致喷射技术在工业上非常重要的一个应用为将气体导入液体如熔融金属，由此可以使设置的气体喷枪(gas lance)距液体表面较远，并且由于多得多的气体穿过进入液体，使得操作更安全，并且更有效(与常规实践时许多气体被液体表面所折射而不能进入液体相比)。

人们有时需要将一致气体喷射和湍流气体喷射同时用于工业操作。例如，炼钢时有时需要采用一致气体喷射将气体注入熔融的金属中用于搅拌，同时采用一个或多个湍流气体喷射用于燃烧和/或脱碳。如果它们相隔不远的话，那么一个湍流气体喷射可能破坏另一个气体喷射。在现有技术中，对于需要同时采用一致气体喷射和湍流气体喷射的工业操作，需要采用昂贵的两个单独的气体输送系统。

因此，本发明的一个目的是提供能将相互靠近的一致气体喷射和湍流气体喷射有效提供至注入区的系统。

上面和其它目的(对于读完本公开的本领域技术人员是显而易见的)，可以通过本发明来实现，其一个方面为：

提供一种使湍流气体喷射和一致气体喷射相邻送入一个注入区的方法，该方法包括：

(A)使气体喷射进入一个成形区，使燃料流与气体喷射成环状进入成形区，并使氧化剂与气体喷射成环状流入成形区；

(B)用燃料燃烧氧化剂以形成所述气体喷射的火焰包围；

(C)使来自所述成形区的气体喷射和火焰包围进入注入空间，所述气体喷射为一致气体喷射；和

(D)使至少一个湍流气体喷射进入与一致气体喷射相邻的注入空间，其中火焰包围位于一致气体喷射和湍流气体喷射之间。

本发明的另一个方面为：

提供相邻的湍流气体喷射和一致气体喷射进入注入区的装置，其包括：

(A)一致气体喷射供应设备，其包括一个具有与成形区进行产物交换的一致气体喷嘴，所述成形区与注入区进行交换；

(B)向与一致气体喷嘴成环状的成形区提供燃料的设备。

(C)向与一致气体喷嘴成环状的成形区提供氧化剂的设备；和

(D)与一致气体喷射供应设备相邻的湍流气体喷射供应设备，所述湍流气体喷射供应设备包括一个直接与注入区进行产物交换的湍流气体喷嘴。

此处所用术语“一致喷射”是指由来自喷嘴的排出气体形成的、沿其长度的速度和动量分布与从喷嘴排出时的速度和动量分布相似的气体喷射。

此处所用术语“环状”是指环的形状。

此处所用术语“火焰包围”是指与至少一个气流基本同轴的环状燃烧流。

此处所用术语“长度”是指当用于一致气体喷射设备时为从气体排出的喷嘴至一致气体喷射所要到达的冲击点或至一致气体喷射终止的位置的距离。

此处所用术语“湍流喷射”是指由从喷嘴排出的气体形成的、沿其长度的速度和动量分布与其从喷嘴排出时的速度和动量分布不同的气体喷射。

图1为一个截面图，代表本发明的一个喷枪尖端的一个尤其优选的实施方案。

图2为图1所示设备的俯视图。

图3为说明本发明方法操作时的一个横截面图。

图中相同的元件采用相同的编号。

本发明是能同时提供相互邻接的一致气体喷射和湍流气体喷射的一个系统，该系统没有牺牲任一种气体喷射或由此获得的优点。这两种不同类型的气体喷射最优选采用相同的喷枪。

以下将参照附图对本发明作更详细的描述。使来自气源(未标出)的气体1通过一致气体喷射供应设备2，该设备包括一致气体通道3和一致气体喷嘴4(如图1所示，优选为一个聚集/散射喷嘴)。气体1可以是形成一致气体喷射的适用气体。这些气体包括氧、氮、氩、二氧化碳、氢、氦、水蒸汽、烃类气体以及包含其一种或多种的混合物。一致气体喷嘴4与成形区5进行交换，并且气体1以气体喷射30的形式进入成形区5。

使来自燃料源(未标出)的燃料6通过通道7，所述通道与一致气体通道3和一致气体喷嘴4成环状并且同轴。所述燃料可以是有效的气体燃料如甲烷、丙烷或天然气。燃料通道7与成形区5进行交换，而燃料流从燃料通道7流入与气体喷射30成环状的成形区5。