[发明专利]多功能流体燃烧器

说明书

本发明公开了一种燃烧器，该燃烧器用于提供熔融火焰，该熔融火焰的轴线能够在操作期间改变，并且用于提供能够穿透熔融材料的表面的氧化剂的超音速射流，该燃烧器具有独特的特征组合，该独特的特征组合包括在其开口排放端处的特定轮廓的火焰卡圈。

技术领域

本发明涉及可用于建立和利用高温来熔融固体材料(诸如废金属)的装置(诸如燃烧器)。

背景技术

高温工业设备(诸如用于生产铁和钢的电弧炉以及其他炉)的操作通常需要固体材料(诸如废金属)的熔融。由于此类操作消耗大量能量，因此提高此类操作的效率持续受到关注。本发明在熔融固体材料以及后续加工熔融的材料以生产钢方面提供了优点。

发明内容

本发明的一个方面是一种多功能燃烧器，该多功能燃烧器包括

(A)主体，该主体具有：

通道，该通道穿过主体，该通道具有中心轴线，其中该通道包括锥形会聚区段、喉部区段、锥形发散区段和扩口发散区段，所有这些区段均与中心轴线同轴，其中

该锥形会聚区段具有开口上游端和开口下游端，其中该锥形发散区段的宽度在朝向其下游端的方向上减小，其中该会聚区段的内表面相对于中心轴线形成恒定角度，优选地2度至30度的角度；

该喉部区段具有密封到锥形会聚区段的下游端的开口上游端，以及开口下游端，并且具有在其上游端和下游端之间恒定的直径D；

该锥形发散区段具有密封到喉部区段的下游端的开口上游端，以及开口下游端，其中锥形发散区段的宽度在朝向其下游端的方向上增加，其中该锥形发散区段的内表面相对于中心轴线形成恒定角度，优选地2度至15度的角度；

该扩口发散区段具有密封到锥形发散区段的下游端的开口上游端，以及开口下游端，其中该扩口发散区段的宽度在朝向其下游端的方向上增加，其中中心轴线和该扩口发散区段的内表面上的点的切线之间的角度随着点距扩口发散区段的上游端的距离的增加而增加，并且其中在包含中心轴线的横截面平面中，该扩口发散区段的内表面是半径R为D/4至3D的圆的一部分；

其中从喉部区段的下游端到扩口发散区段的下游端的轴向距离L为D至4D；

(B)一个或多个偏置气体通道，该一个或多个偏置气体通道位于燃烧器的主体内，每个偏置气体通道终止于喉部区段或锥形发散区段中的下游偏置气体开口，该下游偏置气体开口的轴线基本上垂直于中心轴线，每个下游偏置气体开口具有直径d，其中每个下游偏置气体开口在喉部区段或锥形发散区段中在喉部区段的下游端密封到锥形发散区段的上游端的点的上游3d/4至下游d/4范围内的点处开口，每个偏置气体通道具有能够连接到偏置气体源的入口；

(C)环形端口表面，该环形端口表面位于垂直于中心轴线的平面中，并且围绕并密封到扩口发散区段的下游端；

4至20个第一端口，该第一端口位于环形端口表面中，该第一端口的轴线平行于中心轴线，其中该第一端口通过燃烧器的主体内的第一通道连接到一个或多个入口，气态燃料能够通过该一个或多个入口从燃烧器的外部进料，

和4至20个第二端口，该第二端口位于环形端口表面中，该第二端口的轴线平行于中心轴线，其中该第二端口通过燃烧器的主体内的第二通道连接到一个或多个入口，气态氧化剂能够通过该一个或多个入口从燃烧器的外部进料，该第一通道和第二通道彼此分开；

其中该第一端口基本上均匀地定位在端口表面中，基本上均匀地远离通道的中心轴线，并且该第二端口基本上均匀地定位在端口表面中，基本上均匀地远离通道的中心轴线；