[发明专利]一种基于旋流的流体工质快速加热方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于旋流的流体工质快速加热方法及装置，属于燃烧热交换技术领域。本发明创造性地在燃烧热交换装置中，利用环形燃烧器内旋流火焰的内外火焰面来加热流体工质，极大的提高了旋流火焰的热量利用率，并促进燃料燃烧完全，减少了污染物排放。该装置充分利用了旋流火焰的流动特性和火焰稳定性。装置的燃气和待加热流体，均使用旋流方式通入。燃料和氧化剂在截面为环形的管道内产生旋流运动并燃烧。旋流火焰的管道内外均为旋流待加热流体。燃料和待加热流体的旋流状态可以增大燃料燃烧时间并且扩大换热效率，稳定的旋流火焰的燃烧产物相比普通燃烧方式的燃烧产物燃烧更充分，碳烟、氮氧化物等有害气体的排放更少。

技术领域

本发明涉及一种旋流加热方法及装置，具体涉及一种基于旋流的流体工质快速加热方法及装置，属于燃烧热交换技术领域。

背景技术

燃烧是将能量从燃料中传递到其他介质的最便捷迅速的方式。当前，化石燃料占据了社会生产和日常生活的能量来源的很大一部分，但是，化石燃料燃烧产生的温室气体、氮氧化物、硫化物、碳烟等，造成了日益严重的环境问题，燃烧的不完全更会导致能源的浪费和有毒有害物质的生成。因此，高效、环保地利用化石燃料，是发展经济且环保的能源方法及装置的关键之一。

同时，普通的燃烧热交换装置，其热量利用率较低，大量的热量随着废气的排放而损失。一般改善换热效率的方式是通过改变燃烧器内换热结构布局，比如增加换热管等等，这种方式效率不高，而且会改变燃烧器的燃烧特性，有可能会影响火焰的稳定性。因此，需要一种新型的燃烧换热方式及装置，在高效、环保利用燃料的同时，扩大燃烧热量利用率。

近年来，旋流火焰成为了燃烧领域的一个重要研究方向，其高效的掺混效果和火焰稳定性，有利于充分利用燃料、促进燃烧完全、减少污染物排放。旋流火焰在工业尾气处理、家用燃气等领域有较多的利用。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，为有效改善现有换热效率方式及装置存在的燃烧效率低、燃烧不充分、换热效率低等问题，提出一种基于旋流的流体工质快速加热方法，以及一种使用气体燃料的旋流火焰流体加热装置。

本发明，创造性地在燃烧热交换装置中，利用环形燃烧器内旋流火焰的内外火焰面来加热流体工质，极大的提高了旋流火焰的热量利用率，并促进燃料燃烧完全，减少了污染物排放。该装置充分利用了旋流火焰的流动特性和火焰稳定性。装置的燃气和待加热流体，均使用旋流方式通入。燃料和氧化剂在截面为环形的管道内产生旋流运动并燃烧。旋流火焰的管道内外均为旋流待加热流体。燃料和待加热流体的旋流状态可以增大燃料燃烧时间并且扩大换热效率，稳定的旋流火焰的燃烧产物相比普通燃烧方式的燃烧产物燃烧更充分，碳烟、氮氧化物等有害气体的排放更少。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种基于旋流的流体工质快速加热方法，利用旋流火焰的流动特性和火焰稳定性，使用旋流装置将待加热流体通入，使流体在燃烧腔体内外均为旋流运动状态，且内外流体的旋向和燃气的旋向相反。利用气体燃料和氧化剂在环形燃烧腔体内混合并燃烧产生的高温旋流火焰加热待加热流体，火焰的内外均参与换热，并且不损害火焰的结构。

基于上述方法，本发明提出了一种基于旋流的流体工质快速加热装置，包括：外罩、环形燃烧腔体、燃气旋流发生装置、外流体旋流发生装置和内流体旋流发生装置。

其中，环形燃烧腔体有多个排气管，其均匀分布在环形燃烧腔体末尾的外侧。

排气管通过外罩壁面的开孔伸出加热装置。在外罩的末尾有较小的流体出口，用于排出加热后的流体工质。

环形燃烧腔体内部为燃烧室，通过燃气旋流发生装置通入燃料和氧化剂。其中，燃烧方式可以选择预混燃烧方式，或急速混合燃烧方式。当采用预混燃烧方式时，由燃料和氧化剂形成的预混气体，在环形燃烧腔体内部产生旋流运动并燃烧；当采用急速混合燃烧方式时，燃料和氧化剂在环形燃烧腔体内产生旋流运动掺混并燃烧。