[发明专利]具有火焰稳定性的流体燃烧器

说明书

本发明提供了一种燃烧器(1)，该燃烧器包括中心通道(5)以及围绕该中心通道外围布置的用于燃料和用于稳定氧化剂的出口(44,45)，并且包括该燃烧器内的出口，通过该出口可以注入诸如包含氧气的气体的偏置气体，以便能够控制由所述燃烧器面处的燃料和氧化剂的燃烧产生的火焰的方向。

技术领域

本发明涉及适用于在燃烧区中燃烧燃料和气态氧化剂的燃烧器。

背景技术

用于向例如加热炉提供热量的常规燃烧器在加热炉壁中固定就位，并且将从燃烧器发出的火焰或燃烧反应引导到加热炉内的燃烧区中的固定点。许多燃烧器具有控件以用于将火焰的形状从例如长而稀薄的火焰改变为短而浓密的火焰，以便更好地将燃烧器所提供的加热与加热炉料所需的要求相匹配。然而，有时需要或期望改变燃烧器火焰的方向。例如，在废金属的熔化中，期望改变火焰的方向以直接向未熔化的废料提供热量，而不是等待传导和对流从燃烧区内的引导火焰的区域向未熔化的废料提供热量。

美国专利5,110,285公开了一种改变燃烧器的火焰方向的方法。然而，根据该专利的教导的操作存在遇到操作缺陷的风险，诸如燃烧器喷嘴过热和/或来自加热炉的燃烧副产物堵塞燃烧器末端的孔。

本发明通过允许有效操作的特征的组合避免了这些风险，并同时保留改变燃烧器火焰方向的能力的优点。

发明内容

本发明的一个方面是燃烧器装置，包括：

(A)燃烧器主体，该燃烧器主体具有：

燃烧器主体内的中心通道，该中心通道具有上游端以及在燃烧器的下游端处开放的轴向相对的下游端，其中中心通道的截面直径在朝向下游端的方向上增加；

在燃烧器的下游端中的多个第一端口，该多个第一端口围绕中心通道的下游端基本上均匀地定位，其中第一端口通过燃烧器的主体内的第一通道连接到能够通过其送入第一流体的一个或多个入口，

以及在燃烧器的下游端中的多个第二端口，该多个第二端口围绕中心通道的下游端基本上均匀地定位，其中第二端口通过燃烧器的主体内的第二通道连接到能够通过其送入第二流体的一个或多个入口，第一通道和第二通道彼此分开；

其中第一端口和第二端口基本上均匀地远离中心通道的中心轴线；

并且其中中心通道、第一端口和第二端口是燃烧器装置中的唯一开口，流体能够通过开口流出燃烧器装置的下游端；

(B)流体腔，该流体腔在其下游端处与燃烧器的中心通道的上游端连通，所述流体腔在所述连通点处具有足以使得穿过其的流体能够具有超音速的直径D，所述中心通道的从所述连通点到其下游端的长度为2D至9D并优选3D至9D；

(C)多个偏置气体通道，偏置气体能够沿基本上垂直于流体腔的轴向中心线的方向通过该多个偏置气体通道送入流体腔中，所述通道具有直径d以使得d/D在0.18至0.75的范围内，所述通道在流体腔与中心通道的上游端之间的连通点的上游3d/4至下游d/4的范围内的点处与流体腔连通，其中D和d以相同的单位表示；

和(D)壳体，该壳体围绕燃烧器的下游端并且在壳体的围绕燃烧器的下游端的端部处开放，其中壳体的开放端定位在燃烧器的下游端下游的距离L处，其中L是跨壳体的开放端的距离的至少25％，其中壳体的在燃烧器的下游端下游延伸的部分包括其中的通道，冷却剂能够通过通道流动以吸收在燃烧器处发生的燃烧所产生的热量。

本发明的另一个方面包括燃烧方法，包括：

(A)通过燃烧器的第一端口将燃料从根据上述描述的燃烧器的下游端送出；

(B)通过燃烧器的第二端口将气态氧化剂从燃烧器的下游端送出；