[发明专利]分级式氧-燃料喷燃器及其使用方法

说明书

技术领域

本申请要求2011年12月1日提交的美国临时专利申请No.61/565,560的优先权，其通过引用而整体地结合在本文中。本申请涉及与本发明同时在2012年11月30日提交的且转让给本公开的受让人的律师案号No.07566ZP USA的名称为“Rapid energy release burners and methods for using the same(快速能量释放喷燃气及其使用方法)”的申请。

技术领域

本发明的主题涉及分级式氧-燃料喷燃器，其可用作氧-燃料喷燃器或空气-氧-燃料喷燃器，以使得能够有大范围的燃烧模式；低NOx，以及受控制的热通量分布。

背景技术

氧-燃料和空气-氧-燃料喷燃器在广泛的应用中使用。在一些应用中，合乎需要的是拥有具有快速热通量和低NOx的喷燃器，其在氧-燃料或空气-氧-燃料模式中运行。在其它应用中，合乎需要的是拥有具有均匀热通量和低NOx的喷燃器。在另外的其它应用中，合乎需要的是具有可调节来适应特定的炉或加热情形的热通量分布。

传统的氧-燃料喷燃器和使用喷燃器来将炉气体携带到燃烧区中的方法在美国专利No.6,866,503 B2、美国公开No.2003/0148236 A1以及美国公开No.2007/0254251 A1中有描述，它们通过引用而整体地结合在本文中。那些喷燃器中的高动量喷嘴可易于结垢和阻塞，特别是在有灰尘或脏的环境中运行时。称为管中管式喷燃器的另一个传统的喷燃器公开在工业喷燃器手册(CRC出版社，2004年)的21.4.1部分的图21.4中。在本领域中需要提供大范围的燃烧、减少的NOx以及可控制的热通量分布的喷燃器和方法。

发明内容

本文描述的分级式氧-燃料喷燃器提供了一种大范围燃烧模式，相信其会增强来自火焰的对流热传递。喷燃器利用高形状因数喷嘴所包围的中心氧化剂分级喷嘴，各个高形状因数喷嘴被环形射流防护，以限制高形状因数喷嘴的结垢和阻塞。本文描述的喷燃器可在氧-燃料、空气-氧-燃料和空气-燃料模式中运行，并且可使用一种或多种燃料。喷燃器所产生的火焰可控制成具有几乎均匀的热通量且比相当的氧-燃料和空气-氧-燃料喷燃器产生更低的NOx。

在一个实施例中，描述了一种喷燃器，其具有限定喷燃器的中心轴线的中心氧化剂喷嘴，以及多个火焰保持器，火焰保持器各自具有与喷燃器的轴线间隔开的轴线。各个火焰保持器包括：高形状因数喷嘴，高形状因数喷嘴包括具有大约10至大约75的形状因数的喷嘴开口，形状因数定义为喷嘴周长的平方除以两倍的喷嘴横截面积；以及包围高形状因数喷嘴的环形喷嘴。高形状因数喷嘴构造成被供应燃料气体和助燃物气体中的一个，而环形喷嘴构造成被供应燃料气体和助燃物气体中的另一个。

一方面，中心氧化剂喷嘴包括中心分级喷嘴和环形喷嘴，环形喷嘴包围中心分级喷嘴且定位在火焰保持器的径向内侧。

另一方面，高形状因数喷嘴开口包括喷嘴开口的长轴(major axis)。在变型中，高形状因数喷嘴开口包括限定长轴的中心槽口和与中心槽口相交的一个或多个横向槽口。至少一个火焰保持器可定向成使得高形状因数喷嘴开口的长轴与喷燃器的中心轴线相交，或各个火焰保持器可定向成使得高形状因数喷嘴开口的长轴与喷燃器的中心轴线相交。至少一个火焰保持器可定向成使得高形状因数喷嘴开口的长轴垂直于从喷燃器的中心轴线向外延伸的半径，或各个火焰保持器可定向成使得高形状因数喷嘴开口的长轴垂直于从喷燃器的中心轴线向外延伸的半径。

另一方面，从各个火焰保持器的高形状因数喷嘴开口的长轴大体沿轴向向外延伸的平面基本平行于喷燃器中心轴线。备选地，另一方面，从高形状因数喷嘴开口的长轴大体沿轴向向外延伸的平面相对于喷燃器中心轴线以大约沿径向向内30°至大约沿径向向外30°的角度沿径向成角度。备选地，另一方面，从各个火焰保持器的高形状因数喷嘴开口的长轴大体沿轴向向外延伸的平面朝喷燃器中心轴线以小于或等于大约10°的角度沿径向向内成角度。

另一方面，高形状因数喷嘴具有本体，本体朝喷嘴开口渐缩得越来越狭窄，喷嘴本体具有两个渐缩面，渐缩面相对于高形状因数喷嘴开口的长轴处于大约15°至大约30°的角度，并且高形状因数喷嘴具有横截面积，并且具有出口面，出口面具有为横截面积的大约35%至大约70%的面积。

另一方面，高形状因数喷嘴构造成被供应燃料气体，而环形喷嘴构造成被供应助燃物气体。备选地，另一方面，高形状因数喷嘴构造成被供应助燃物气体，而环形喷嘴构造成被供应燃料气体。