[发明专利]一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器及使用方法

权利要求书

1.一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器，其特征在于，包括氧气喷管、卷吸回流室、燃料喷管与旋流叶片，旋流喷管一端与氧气喷管连接，旋流喷管另一端贯穿炉壁与炉膛连通，旋流喷管内同轴套装有卷吸回流室，卷吸回流室与旋流喷管之间设置有旋流叶片，旋流叶片沿周向均匀布置，所述卷吸回流室为一端开口一端封闭式结构，卷吸回流室封闭端远离炉膛设置，所述卷吸回流室内设置有卷吸导流片，用于改变燃空喷口附近的流场，增强卷吸回流率，卷吸导流片通过竖向固定杆及水平向固定杆固定在卷吸回流室上，水平向固定杆和竖向固定杆均布置在相邻燃料喷管的对称中线上，所述卷吸回流室封闭端设置有分流片，空气喷管出口依次贯穿旋流喷管、分流片及卷吸回流室封闭端与卷吸回流室连通，空气喷管内同轴套装有燃料喷管。

2.根据权利要求1所述的一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器，其特征在于：当炉体不能被破坏时，氧气喷管直接与旋流喷管连接；当炉体能被破坏时，氧气喷管贯穿引射管，通过引射管一端与旋流喷管连接，引射管另一端贯穿炉壁与炉膛连通，引射管由氧气喷管的喷射气流提供动力驱动，引射炉内高温烟气与氧气混合后提供助燃。

3.根据权利要求2所述的一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器，其特征在于：所述引射管的引射部分由渐缩段和混合段组成，且混合段与旋流喷管的扩压段相连，渐缩段、混合段及旋流喷管的扩压段组成引射管的引射部分；引射管渐缩口的曲线采用五次曲线方程形状，提供引射动力的氧气喷管到混合段距离L₄与混合段直径d₃比值为L₄/d₃=1~3；混合段长度L₃与直径d₃的比值为L₃/d₃=3~7；引射管直径d₄与氧气喷管直径d₂比值为d₄/d₂=1.5~6。

4.根据权利要求1所述的一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器，其特征在于：旋流喷管旋流数为0.5~3；在无焰燃烧时，燃料喷管的喷口正常工作速度u＞60m/s。

5.根据权利要求1所述的一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器，其特征在于：所述卷吸回流室为圆柱体的空腔，其内部布置卷吸导流片，卷吸导流片内部是回流区域，卷吸导流片与卷吸回流室之间的区域是燃料与空气喷射区域，卷吸回流室直径D₁与长度L₁的比值D₁/L₁=0.25~1；卷吸导流片为圆台形，出口大，入口小，入口直径D₂与出口直径D₃之比D₂/D₃=0.5~0.95，卷吸导流片长度L₂与卷吸回流室长度L₁之比L₂/L₁=0.4~0.9；卷吸导流片出口处直径D₃与卷吸回流室出口直径D₁之比D₃/D₁=0.4~0.9。

6.根据权利要求5所述的一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器，其特征在于：燃料喷管的中心到卷吸回流室封闭端端板中心的距离为（D₁+D₂）/4，空气喷管外径d与卷吸导流片大端到卷吸回流室外圆面之间的距离之比，避免喷口射流贴附于回流室壁面。

7.根据权利要求1所述的一种超低排放的旋流富氧无焰燃烧器，其特征在于：所述旋流叶片角度为15°~60°之间，旋流喷管的喷口直径D₄与卷吸回流室半径R₁之比为D₄/R₁=0.01~0.5。

8.一种基于权利要求3所述的超低排放的旋流富氧无焰燃烧器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对炉膛进行预热，预热阶段为普通有焰燃烧，当燃烧器设置有引射管时，普通有焰燃烧引射管不工作；当燃烧器不设置引射管时，普通有焰燃烧旋流喷管不工作，由位于卷吸回流室里且与燃料喷管连接的四个烧嘴进行有焰扩散燃烧，此时燃料喷管和空气喷管的气流速度处于低速状态；

步骤2，当炉内温度高于燃料自燃温度时，当设置引射管时，开启氧气喷管，此时氧气气流通过引射管引射炉内高温烟气，氧气喷管及引射管组成的引射单元开始工作，同时氧气与烟气在引射管的混合段内混合，混合气经由分流片均匀导向分流后进入旋流喷管，通过旋流叶片均匀喷出，在炉内形成旋流；当不设置引射管时，开启氧气喷管，此时氧气经由分流片均匀导向分流后进入旋流喷管，通过旋流叶片均匀喷出，在炉内形成旋流；

步骤3，逐渐减少空气喷管的空气供给量，使燃烧保持当量比不变，此时旋流中心回流区的烟气回流进入卷吸回流室，卷吸回流室通过卷吸导流片在烧嘴出口的混合区混合高温烟气进行稀释；同时逐渐增大燃料喷管的喷射速度，使其达到额定热负荷，由于高温烟气的稀释，助燃的氧气浓度不断降低，因此燃料的氧化反应逐渐变慢，同时由于燃料喷射速度的逐渐增大，使火焰面逐渐抬升，最终火焰面消失形成无焰燃烧。