具有腔促动的混合的氧‑燃料喷燃器制造技术

一种氧‑气态燃料喷燃器(400,500)或固体燃料喷燃器(700)，具有在出口平面(416,516,716)上游和附近的环形腔(404,504,704)，以及位于腔(404,504,704)上游和附近的会聚喷嘴(434,734)或会聚‑发散喷嘴(537)。固体燃料喷燃器(700)还优选操作成使得离开第二环带(730)的气体的速度小于离开中心导管(710)的气体的速度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请请求享有2014年6月23日提交的美国临时专利申请序列第62/015,792号的权益，该申请通过引用如完整提出那样并入本文中。
技术介绍
燃烧系统中的氧的使用作为使燃烧反应的速率相对于在空气-燃料燃烧中自然发生的速率加速的有效技术在本领域中为人熟知。此燃烧系统和应用由对燃烧可用的时间和/或空间的严格限制约束，使得氧单独使用(与特殊装置和/或技术的应用分开)可能不足以克服此限制。例如，在使用氧和气态燃料的极高速度的扩散(即，非预混)火焰的应用中，两种反应物种类的混合速率可为妨碍完全和/或稳定燃烧的\速率限制\步骤。在此情况下，需要提高反应物混合速率来充分对氧-燃料反应进行\供给\。另一个挑战性应用在于固体燃料的燃烧，特别是具有极低挥发性的物质如无烟煤和大多数焦炭的那些固体燃料。固体燃料的燃烧中的又一个挑战性应用在于在固体燃料必须在经历高速移动的同时燃烧时，且进一步，在一些燃烧必须在很短的反应距离内完成时，如，通常在固体燃料高速喷射到原材料床中时发生的；例如，在形成铁的化铁炉或形成钢的鼓风炉过程中。在一些现有技术的应用中，固体燃料在超过大约100m/sec的速度的流中输送。此高速流大体上需要过高的输送气体压力，导致很高的成本和功率需求，且此外，导致输送通路的壁的很快侵蚀。此外，当高速固体燃料从输送通路排入燃烧空间中时，由于其高动量，故固体燃料将不能夹带到高速氧-气体火焰中，且因此将不能按需要在可允许的时间内和可允许的距离内充分加热、点燃和燃烧。已经存在使用剪切层的腔促动的混合来提高高速流中的燃烧速率的尝试。在一个此类现有技术的系统中，腔置于初始燃料和氧化剂混合(氧化剂为空气)的位置下游。在在另一个现有技术的系统中，燃料喷射到腔上游的空气流中。尽管基于申请人对此类系统的可能的操作温度的分析，这些系统似乎加强氧化剂与燃料的混合，但腔位于氧化剂和燃料的初始混合处下游将在其中进行混合的导管内导致很高温度，在一些情况下，导致显著高于大多数市售钢的最高使用温度的温度。因此，现有技术的腔促动的混合构造将在许多应用中不可行。因此，需要改善的燃烧系统，其在挑战性应用中提供更完整和/或稳定的燃烧，如上文所述的那些，同时在可接受的温度极限内操作。
技术实现思路
提供该概述来以简化形式介绍本专利技术的一组方面，这将在以下详细描述中进一步描述。方面1.一种喷燃器，包括：与环形气体的供应处于流体流连通的第一环形导管，环形气体包括氧和气态燃料中的一者，第一环形导管具有第一内壁和第一外壁；位于第一环形导管内且与中心气体供应处于流体流连通的中心导管，中心气体包括氧和气态燃料中的另一者，中心导管具有中心外壁和出口平面；以及在中心外壁、第一内壁和第一外壁中的至少一者中形成的腔，腔定位在中心导管的出口平面附近且在其上游的非零距离处，腔具有长度、深度和限定为长度除以深度的纵横比，深度为由腔形成于其中的壁界定的导管的液压直径的至少10%，纵横比为1到10。方面2.根据方面1的喷燃器，其中，中心气体由氧构成，且环形气体由气态燃料构成。方面3.根据方面1-2中的任一方面的喷燃器，其中，中心气体由气态燃料构成，且环形气体由氧构成。方面4.根据方面1-3中的任一方面的喷燃器，其中，腔具有1到4之间的纵横比。方面5.根据方面1-4中的任一方面的喷燃器，其中，腔具有上游壁、底壁和下游壁，且其中，长度为上游壁与下游壁之间的距离，且其中，深度为上游壁和下游壁中的一者的高度。方面6.根据方面1-5中的任一方面的喷燃器，其中，腔形成在中心外壁中。方面7.根据方面1-6中的任一方面的喷燃器，其中，腔连续地延伸穿过包含腔的壁的360度圆周。方面8.根据方面1-6中的任一方面的喷燃器，其中，腔包括沿包含腔的壁的360度圆周间隔开的多个腔。方面9.根据方面1-8中的任一方面的喷燃器，还包括位于腔上游和附近的会聚喷嘴。方面10.根据方面1-8中的任一方面的喷燃器，还包括位于腔上游和附近的会聚-发散喷嘴。方面11.根据方面5-10中的任一方面的喷燃器，其中，腔上游壁垂直于中心导管和第一环形导管中的流动方向。方面12.根据方面1-10中的任一方面的喷燃器，还包括第二环形导管，其构造成排出固体燃料和输送气体的混合物，第二环形导管包绕第一环形导管。方面13.一种方法，包括：(a)使氧和气态燃料中的一者流过中心导管；(b)使氧和气态燃料中的另一者流过包绕中心导管的第一环形导管；以及(c)使氧和气态燃料中的一者流过定位在中心导管和第一环形导管中的至少一者中的腔，腔在中心导管的出口平面附近且在其上游的非零距离处，腔具有长度、深度和限定为长度除以深度的纵横比，深度为腔定位在其中的导管的液压直径的至少10%，纵横比为1到10。方面14.根据方面13的方法，其中，腔具有长度、深度和限定为长度除以深度的纵横比，纵横比在1到4之间。方面15.根据方面13-14中的任一方面的方法，其中，腔位于中心导管的外壁中。方面16.根据方面13-15中的任一方面的方法，其中，腔连续地延伸穿过包含腔的壁的360度圆周。方面17.根据方面13-15中的任一方面的方法，其中，腔包括沿360度圆周间隔开的多个腔。方面18.根据方面13-17中的任一方面的方法，还包括：(d)使氧和气态燃料中的一者流过位于腔上游和附近的会聚喷嘴。方面19.根据方面13-17中的任一方面的方法，还包括：(d)使氧和气态燃料中的一者流过位于腔上游和附近的会聚-发散喷嘴。方面20.根据方面13-19中的任一方面的方法，还包括：(e)以导致氧与气态燃料的摩尔比超过完全燃烧气态燃料所需的化学计量摩尔比的方式执行步骤(a)和(b)。方面21.根据方面13-20中的任一方面的方法，还包括：(f)使固体燃料和输送气体的混合物流过包绕第一环形导管的第二环形导管。方面22.根据方面13-21中的任一方面的方法，其中，氧和气态燃料中的一者在至少大约50米每秒的中心气体速度下流过中心导管，且其中，固体燃料和输送气体的混合物在低于中心气体速度的固体燃料速度下流过第二环形导管。方面23.根据方面22的方法，其中，中心气体速度为至少1马赫。方面24.一种喷燃器，包括：构造成排出包括氧和气态燃料中的一者的中心气体的中心导管，中心导管由中心外壁界定；构造成排出包括氧和气态燃料中的另一者的环形气体的环形导管，环形导管包绕中心导管，且由环形内壁和环形外壁界定；以及形成在选自中心外壁、环形内壁和环形外壁构成的集合的至少一个包含腔的壁中的腔，腔定位在中心导管的外平面附近且在其上游的非零距离处，腔具有长度、深度和限定为长度除以深度的纵横比，深度为由腔形成于其中的壁界定的导管的液压直径的至少10%，纵横比为1到10。附图说明下文将连同附图描述本专利技术的实施例，其中相似的数字表示相似的元件。图1为根据本专利技术的示例性实施例的氧-气态燃料喷燃器的示意性前视图；图2A为图1的喷燃器的局部示意性左侧截面视图；图2B为图1的喷燃器的局部示意性左侧截面视图，示出了中心导管的下游端延伸超过第一阻隔的下游端；图2C为图1的喷燃器的局部示意性左侧截面视图，示出了第一阻隔的下游端延伸超过中心导管的下游端；图3为氧-气态燃料喷燃器的第二示例性实施例的局部示意性左侧截面视图；图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷燃器，包括：与环形气体的供应处于流体流连通的第一环形导管，所述环形气体包括氧和气态燃料中的一者，所述第一环形导管具有第一内壁和第一外壁；位于所述第一环形导管内且与中心气体的供应处于流体流连通的中心导管，所述中心气体包括氧和气态燃料中的另一者，所述中心导管具有中心外壁和出口平面；以及在所述中心外壁、所述第一内壁和所述第一外壁中的至少一者中形成的腔，所述腔定位在所述中心导管的出口平面附近且在其上游的非零距离处，所述腔具有长度、深度和限定为所述长度除以所述深度的纵横比，所述深度为由所述腔形成于其中的壁界定的导管的液压直径的至少10%，所述纵横比为1到10。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.23 US 62/0157921.一种喷燃器，包括：与环形气体的供应处于流体流连通的第一环形导管，所述环形气体包括氧和气态燃料中的一者，所述第一环形导管具有第一内壁和第一外壁；位于所述第一环形导管内且与中心气体的供应处于流体流连通的中心导管，所述中心气体包括氧和气态燃料中的另一者，所述中心导管具有中心外壁和出口平面；以及在所述中心外壁、所述第一内壁和所述第一外壁中的至少一者中形成的腔，所述腔定位在所述中心导管的出口平面附近且在其上游的非零距离处，所述腔具有长度、深度和限定为所述长度除以所述深度的纵横比，所述深度为由所述腔形成于其中的壁界定的导管的液压直径的至少10%，所述纵横比为1到10。2.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，所述中心气体由氧构成，且所述环形气体由气态燃料构成。3.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，所述中心气体由所述气态燃料构成，且所述环形气体由氧构成。4.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，所述腔具有1到4之间的纵横比。5.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，所述腔具有上游壁、底壁和下游壁，且其中，所述长度为所述上游壁与所述下游壁之间的距离，且其中，所述深度为所述上游壁和所述下游壁中的一者的高度。6.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，所述腔形成在所述中心外壁中。7.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，所述腔连续地延伸穿过包含腔的壁的360度圆周。8.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，所述腔包括沿包含腔的壁的360度圆周间隔开的多个腔。9.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，所述喷燃器还包括位于所述腔上游和附近的会聚喷嘴。10.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，所述喷燃器还包括位于所述腔上游和附近的会聚-发散喷嘴。11.根据权利要求5所述的喷燃器，其特征在于，所述腔上游壁垂直于所述中心导管和所述第一环形导管中的流动方向。12.根据权利要求1所述的喷燃器，其特征在于，所述喷燃器还包括第二环形导管，其构造成排出固体燃料和输送气体的混合物，所述第二环形导管包绕所述第一环形导管。13.一种方法，包括：(a)使氧和气态燃料中的一者流过中心导管；(b)使所述氧和所述气态燃料中的另一者流过包绕所述中心导管的第一环形导管；以及(c)使所述氧和所述气态燃料中的一者流过定位在中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：MD达戈斯蒂尼，AV塞恩，A古哈，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US