专利名称：超音速燃烧技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锅炉燃烧设备中的燃烧技术，特别是在中小型工业锅炉燃烧机或
燃烧器上广泛使用的超音速燃烧技术。
背景技术：
传统锅炉燃烧机或燃烧器，其燃烧方式均为缓燃燃烧。其特点是燃料与空气通过 缓慢和被动方式，并以常压压力化合完成燃烧过程，各种燃料燃烧有各自的特点和特性，但 其共同点为1、燃烧室压力均为常压；2、燃烧火焰密度相同；3、烟气密度相同，约为0. 2kg/ m3 ;4、火焰温度同处较低水平；5、火焰表压力约等于零；6、火焰体积较小。
目前，各类燃烧器基本能够实现燃料完全燃烧，但受热体没有获得最佳吸热，甚至 为超低效，造成燃料浪费严重，亟需创新和发展。 对于一台使用中的锅炉，其受热总面积(包括辐射受热面和对流受热面)已固定 不变，要想提高锅炉吸热率，降低燃料耗量，唯有在辐射侧通过以下办法①尽可能提高火 焰有效辐射面，使之与锅炉辐射吸热面相匹配，提高辐射换热过程热效率；②尽可能提高火 焰温度，火焰温度提高后可显著提高温压，显著增加传热势；③提高火焰辐射势，提高火焰 的做功能力；④降低动态排烟量，减少排烟热损失。
超音速燃烧技术，可有效实现上述功能。
发明内容
自然界最常见的燃烧为缓燃燃烧，缓燃燃烧不仅可以自发地形成，而且可以由人 类活动随即产生，很容易实现。缓燃火焰通常以相对低的速度向未燃混合物传播，大多数碳 氢燃料火焰传播速度约为几十厘米每秒至十几米每秒，缓燃燃烧使流体的比体积增加，压 力略有下降，与环境压力近乎相同。 缓燃燃烧具有较低的燃烧强度和极低的辐射强度，主要表现为①烟气侧压力与 环境压力相同，约为O. lMPa，即一个大气压，②火焰(烟气)密度约为炉外空气的1/5，即 烟气密度降低了 80%，这就远远削弱了烟气的辐射能力。同时，③火炬较短，火焰颗粒动量 小，移动距离短，造成有效辐射空间较小，④烟气流动以纵向层流为主，为典型的一维流，针 对波纹形炉胆，将有50%左右的辐射面得不到火焰的强烈辐射，严重降低了锅炉吸热率， 在与烟气流动方向相垂直的平面上没有任何动量分量。 当前正在广泛使用的工业锅炉燃烧器大都属于此种燃烧方式，严重影响锅炉吸热 率，迫切需要创新与发展。
具体实施例方式
以亚音速运动的物体总是在已受到它自身影响(扰动)的流体中移动的，物体总 是与流体粒子相互影响，相互扰动，流体轨迹属非定常；而以超音速状态流动的粒子流，分 布在其外围静止的或以亚音速移动的粒子则处于相对静止状态，相互之间不构成扰动，亦即，外界小压强扰动很难在瞬间改变超音速粒子流的流动轨迹。因此，超音速流体具有刚性 强，流变系数小，抗干扰能力强等突出特点。 自然空气具有理想的动力学特性，极易实现超音速流动。 空气在加速流动过程中与可燃物如燃料油、可燃气、煤粉以及其它燃料等混合后 继续膨胀加速至超音速。 按超音速技术设计的燃烧器，燃料及助燃气混合后以马赫数1. 0《Ma《2的速度 喷入炉膛，混合气再减压、膨胀、燃烧。
这样做的好处是
1、火焰火炬大 采用超音速技术组织的燃烧，由于超音速气流动能大，惯性强，流线长，极易形成 大火炬。由于传统燃烧机火焰火炬十分短小，火焰充满度不够，实际工作中，锅炉设计人员 为了增大锅炉辐射受热面，又将炉胆特别设计成波纹形，更使锅炉炉膛中后部无法接受辐 射热，直接影响锅炉吸热率。火焰即火炬，延长后，获得理想膨胀，纵向延展，可覆盖整个锅 炉辐射盲区。 2、火焰温度大幅提高
crX议X冠 m4 叻4 根据辐射吸热方程Qf- (T hy一T b) Qv表示辐射强度，T4hy表示火焰温度，T\表示锅炉水冷壁起始温度。锅炉吸热能力
与火焰温度的四次方成正比！可见，提高火焰温度可显著提高锅炉吸热率。 传统燃烧方式获得的火焰温度一般在110(TC左右或更低，而采用超音速燃烧技术
的燃烧器，火焰为实芯，通体明亮，可达1600-1800°C 。 3、烟气动量矩大幅提高 采用超音速技术组织的燃烧，火焰除具有纵向动量外，还具有径向动量分量，高速 旋转的烟气，高强度冲刷(剪切)锅炉炉壁，使其吸热层热阻显著降低，有效降低边界层厚 度，大幅度提高换热强度，提高了热输运过程，使锅炉的热效率计算由原来的辐射换热计算 为主跃升为以辐射与对流双作用双计算的锅炉时代。
4、烟气辐射压大幅提高 采用超音速技术组织的燃烧，燃料喷出后处于欠膨胀状态，继续扩张膨胀，直至与
周围烟气状态相同，火焰变为烟气的过程，演变为火焰辐射压传递的过程。
5、火焰体密度大幅增加 采用超音速技术组织的燃烧，混合燃料喷出后，保持高密度，燃烧后，形成高温高 密实芯辐射体，这就提高了火焰单位体积内的辐射颗粒数量，一改缓燃燃烧的松散型火焰 为实体型的刚性火焰，显著提高火焰的辐射传热势，相应于炉膛内壁吸热处也就接受到高 密度的辐射。 6、降低了排烟热损 采用超音速技术组织的燃烧，整个燃烧过程为贫氧状态，空气耗量少，从而就减少
了动态排烟量，继而就减少了总排烟量，也就减少了排烟热损失。 7、火焰辐射强度可提高25倍以上，显著提高锅炉吸热率，大幅节省燃料。
权利要求
超音速燃烧技术，其特征是助燃空气与燃料形成可燃混合物后逐渐加速成为欠膨胀状态的超音速混合气流进入炉膛燃烧。
2. 根据权利要求1所述的超音速燃烧技术，其特征是助燃空气可以一部分以超音速状 态进入炉膛参与燃烧，另一部分以亚音速状态进入炉膛燃烧，也可以全部以超音速状态进 入炉膛燃烧。
3. 根据权利要求1所述的超音速燃烧技术，其特征是燃料形态可以是气体、液体、粉末 或者它们的混合物。
4. 根据权利要求1所述的超音速燃烧技术，其特征是超音速混合气流是欠膨胀状态 的，也可以是最佳膨胀状态。
5. 根据权利要求1所述的超音速燃烧技术，其特征是超音速混合气流，其流动速度是 大于当地音速的，但也可以等于当地音速或称临界速度。
6. 根据权利要求1所述的超音速燃烧技术，其特征是可燃混合物的燃料与空气是外混的。
7. 根据权利要求6所述的超音速燃烧技术，其特征是可燃混合物混合比可以是1 : 1， 也可以不是。
全文摘要
本发明涉及一种燃烧技术，特别是在工业锅炉燃烧器上广泛使用的超音速燃烧技术。它采用了超音速燃烧理念，可燃物混合物加速至超音速状态，喷入炉膛后以欠膨胀状态燃烧；可获得大火炬、高烟温、高烟密、低烟损，强对流；显著提高锅炉吸热率，大幅降低燃料消耗，节能环保。
文档编号F23R3/28GK101749733SQ20081021969
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者不公告发明人 申请人:胡建廷