自冷却引射式燃烧装置的制作方法

本发明涉及一种引射式燃烧装置，特别涉及一种自冷却引射式燃烧装置。

背景技术：

目前油气开采过程中产生的废气较难回收，现多排放至高空火炬或地面火炬燃烧处理。现有引射式燃烧器是一种无需额外动力提供空气的燃烧器，引射式燃烧器燃烧所需的空气来源于燃气动能引射的空气，引射进的空气直接就和燃料气混合。引射式燃烧装置的防护罩，尤其是最上层防护罩长期工作在高温环境下，这就会造成防护罩材料要求耐高温，即使耐高温的材料使用寿命也是有限的，大多存在环保问题，而且成本很高。而且该种防护罩无降温降辐射措施，造成燃烧装置工作时防护罩对环境辐射较大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种自冷却引射式燃烧装置。

本发明提出一种自冷却引射式燃烧装置，包括壁筒，所述壁筒为上下两端开口且在其内部形成燃烧室，所述壁筒底部沿周向设有若干燃烧器，所述燃烧器包括混合管和喷嘴，所述混合管具有进气端和出气端，所述喷嘴设置于所述进气端，用以向所述混合管内喷射燃料并利用引射作用将外部的空气吸入所述混合管内，所述燃烧装置还包括引导所述被吸入的空气流动的空气流道，所述空气流道从所述壁筒的外围延伸至所述混合管的进气端，使得所述被吸入的空气在到达所述混合管的进气端之前，对所述壁筒进行冷却。

在一实施例中，所述引射式燃烧装置包括沿竖直方向布置的多层防护罩，每一层防护罩在周向上封闭以形成具有上下两开口端的火焰腔，在竖直方向上相邻的两层防护罩中，上一层防护罩的径向宽度大于下一层的径向宽度，使得在相邻两层防护罩之间形成一与所述火焰腔流体相通的引射区，所述多层防护罩包括最上层防护罩，所述最上层防护罩包括所述壁筒，所述若干燃烧器设置于所述引射区，且每一所述燃烧器相对于竖直方向径向向内偏斜。

在一实施例中，所述壁筒的外部设有冷却结构，所述冷却结构包括冷却夹套，所述冷却夹套与所述壁筒的外壁之间间隔形成冷却流道，所述冷却夹套上设有与所述冷却流道连通的空气入口，所述冷却流道为所述空气流道的一部分。

在一实施例中，所述冷却夹套的上缘与所述壁筒的上缘密封连接，所述冷却夹套设有多层沿周向间隔排布的若干贯穿所述冷却夹套的窗口，所述若干窗口共同形成所述空气入口。

在一实施例中，每层所述窗口沿所述冷却夹套周向均匀设置，每层所述窗口在竖直方向上位置对应，周向上相邻的两个所述窗口之间设有一隔断部。

在一实施例中，所述多层窗口包括靠近所述冷却夹套上缘设置的上层窗口及位于所述上层窗口下方的至少一下层窗口，所述上层窗口的截面面积大于所述至少一下层窗口的截面面积。

在一实施例中，所述冷却结构包括设置于所述冷却夹套与所述壁筒外壁之间的若干散热筋板，每一所述散热筋板与一所述窗口对应设置，每一所述散热筋板沿竖直方向设置，且所述散热筋板同时与所述壁筒外壁和冷却夹套的内壁垂直，每一所述散热筋板位于对应的所述窗口在周向上的中间位置，每一所述散热筋板上设有若干散热孔。

在一实施例中，所述燃烧器还包括支撑部和燃烧器底座，所述喷嘴固定安装在所述燃烧器底座上，所述支撑部上端连接至所述混合管的下缘，所述支撑部下端连接至所述燃烧器底座，所述最上层防护罩外部设有用以向所述燃烧器提供燃料的环形管，所述环形管上设有多个连接支管，所述连接支管的末端与所述燃烧器底座密封连接，使得所述连接支管与所述喷嘴的进气口连通。

在一实施例中，所述最上层防护罩包括所述壁筒和冷却夹套，所述最上层防护罩的下端与所述支撑部之间连接一密封连接部，所述密封连接部一端与所述冷却流道连通，另一端与所述支撑部密封连接，以使得所述冷却流道内的空气流向所述混合管的进气端。

在一实施例中，所述密封连接部包括自所述壁筒和冷却夹套的下缘向下延伸形成的筒状连接部和连接至所述连接部下端的包容部，所述包容部套设在所述支撑部周围并与所述支撑部密封连接，所述连接部内的腔体形成连接流道，所述包容部内的腔体形成吸收室，所述连接流道一端与所述冷却流道连通，另一端与所述吸收室连通，所述吸收室与所述混合管内部连通，所述空气流道包括冷却流道、连接流道和吸收室。

综上所述，本发明提出一种自冷却引射式燃烧装置，将空气引射口设置在防护罩壁筒的外周部。通过给整个防护罩加一个冷却夹套形成一路一端封闭的空气流道，壁筒外部设有冷却结构，冷却结构包括冷却夹套，冷却夹套与壁筒外壁之间形成冷却流道，冷却夹套上设有与冷却流道连通的空气入口。工作时燃料喷嘴喷出高速燃料气，对空气流道造成一定真空度，空气从防护罩外部被吸入顺着冷却流道进入燃烧器的混合管并与燃料气混合再喷出去燃烧。防护罩内部是高温火焰，防护罩外部是常温空气。空气流过壁筒外壁和外壁上的散热筋板通过对流换热带走大量热量对防护罩进行冷却。

由于本发明将用于助燃的空气引入防护罩用作冷却后再助燃，保留了引射式燃烧器的优势又增加了对防护罩的冷却，既提高了燃烧的稳定性又延长了防护罩的使用寿命，减小防护罩对环境的辐射。

附图说明

图1为本发明自冷却引射式燃烧装置的整体剖视图。

图2为图1中圈a部分结构的放大示意图。

具体实施方式

在详细描述实施例之前，应该理解的是，本发明不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本发明可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件”时，本发明并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。

本发明提供一种自冷却引射式燃烧装置，该引射式燃烧装置包括沿竖直方向布置的多层防护罩及多层文丘里燃烧器，每层防护罩在周向上封闭以形成具有上下两开口端的火焰腔，在竖直方向上相邻的两层防护罩中，上一层防护罩的径向宽度大于下一层的径向宽度，使得在相邻两层防护罩之间形成一与火焰腔流体相通的引射区。多层文丘里燃烧器包括至少一上层文丘里燃烧器和设置于最下层防护罩内的底层文丘里燃烧器，所述至少一上层文丘里燃烧器设置于防护罩的外周面并沿其周向间隔分布，每一上层文丘里燃烧器的上部伸入所述引射区以使文丘里燃烧器形成的火焰至少在水平方向上被紧挨着的上一层防护罩遮住，所述底层文丘里燃烧器设置于最下层防护罩内。

所述引射式燃烧装置包括最上层防护罩，本实施例中，最上层防护罩与其下一层防护罩之间的引射区内设有所述文丘里燃烧器，且每一所述文丘里燃烧器设置为相对于竖直方向径向向内偏斜。由于燃烧器径向向内偏斜，因此产生的火焰将径向向内远离防护罩的壁，使得可以降低防护罩的热应力。

在图1和图2所示的实施例中，所述自冷却引射式燃烧器包括沿竖直方向布置的多层防护罩，图中仅示出了最上层防护罩。所述多层防护罩包括最上层防护罩10，最上层防护罩10包括壁筒12，壁筒12为上下两端开口且在其内部形成燃烧室14。壁筒12底部的引射区内设有沿周向布置的若干燃烧器16，在所示的实施例中，所述若干燃烧器16均设置为相对于竖直方向径向向内偏斜，使得燃烧器16燃烧的火焰远离最上层防护罩10的壁筒12内壁，降低最上层防护罩10的热应力。燃烧器16偏斜的角度可以为3-15度。

燃烧器16包括燃烧头18、混合管20、喷嘴22和燃烧器底座24。混合管20具有进气端26和出气端28，燃烧头18设置于混合管20的出气端28，用以燃烧燃料气与空气的混合物；喷嘴22设置于混合管20的进气端26，用以向混合管20内喷射燃料气并利用引射作用将外部的空气吸入混合管20内。喷嘴22固定安装在燃烧器底座24上，燃烧头18与混合管20通过焊接连接或者一体成型在一起。

在所示的实施例中，燃烧器16还包括支撑部30，支撑部30为薄板结构，支撑部30的上端连接至混合管20的下缘，支撑部30的下端连接至燃烧器底座24。支撑部30不仅起到固定混合管20和燃烧器底座24的作用，而且在燃烧器16工作时，其薄板结构设计可以在一定程度上减小燃烧器16的震动。

最上层防护罩10的外部设有用以向燃烧器16提供燃料气的环形管32，环形管32上设有多个连接支管34。具体来说，连接支管34的数量与燃烧器16的数量相同，每一连接支管34的末端与对应燃烧器16的燃烧器底座24密封连接，使得连接支管34与喷嘴22的进气口连通，以向喷嘴22内输送燃料气。同时环形管32还具有支撑固定燃烧器16的作用。

所述引射式燃烧装置还包括引导被吸入的空气流动的空气流道36，空气流道36从壁筒12的外围延伸至混合管20的进气端26，使得所述被吸入的空气在到达混合管20的进气端26之前对最上层防护罩10进行冷却，然后空气进入混合管20内与燃料气混合并燃烧。

具体而言，壁筒12的外部设有冷却结构，所述冷却结构包括冷却夹套38，冷却夹套38与壁筒12的外壁之间间隔形成冷却流道40，其中冷却流道40为空气流道36的一部分。在所示的实施例中，冷却夹套38与壁筒12平行设置且长度相同。冷却夹套38上设有与冷却流道40连通的空气入口42。冷却夹套38的上缘与壁筒12的上缘密封连接，冷却夹套38的下缘与壁筒12的下缘平齐。

在一实施例中，最上层防护罩10包括壁筒12和冷却夹套38，最上层防护罩10的下端与支撑部30之间连接有若干密封连接部44，密封连接部44的数量与燃烧器16的数量相同。密封连接部44内形成与冷却流道40和混合管20连通的密封通道，所述密封通道为空气流道36的一部分，使得冷却流道40内的空气可以经所述密封通道流向混合管20的进气端26。

密封连接部44一端与冷却流道40连通，另一端与支撑部30密封连接，以使得冷却流道40内的空气流向混合管20内。具体来说，密封连接部44包括自壁筒12和冷却夹套38的下缘向下延伸形成的筒状连接部46和连接至连接部46下端的包容部48，包容部48套设在支撑部30周围并与支撑部30的侧边密封连接。在所示的实施例中，连接部46的横截截面面积在竖直向下的方向上呈现渐缩的趋势，连接部46内的腔体形成连接流道50，包容部48内的腔体形成吸收室52。连接流道50的两端分别与冷却流道40和吸收室52连通，吸收室52与混合管20的内部连通，其中，连接流道50和吸收室52均为空气流道36的一部分，即，空气流道36包括相互连通的冷却流道40、连接流道50和吸收室52。

冷却夹套38上设有与冷却流道40连通的空气入口42。具体而言，冷却夹套38上设有多层沿最上层防护罩10周向间隔排布的若干贯穿冷却夹套38的窗口54，所有的窗口54共同形成空气入口42。

所述多层窗口54包括靠近冷却夹套38上缘设置的上层窗口54及位于上层窗口54下方的至少一下层窗口54，上层窗口54的截面面积大于所述至少一下层窗口54的截面面积。由于防护罩的上部温度比下部温度高，将冷却夹套38上的窗口54设置为多层，且上层窗口54的截面面积大于至少一下层窗口54的截面面积，目的是分配冷却空气，使得上层窗口54可以吸入更多的空气以对较热的防护罩上部进行冷却。

在所示的实施例中，窗口54设置为长方形。窗口54设置为三层，三层窗口54沿冷却夹套38周向均匀分布，每层窗口54在竖直方向上位置对应，周向上相邻的两个窗口54之间设有一隔断部56。最上层窗口54的截面面积大于中间层窗口54和最下层窗口54的截面面积。例如，中间层窗口54与最下层窗口54的大小相同，最上层窗口54在竖直方向上的长度大于中间层窗口54和最下层窗口54的长度，例如，最上层窗口54的长度为中间层窗口54和最下层窗口54长度的两倍，且三层窗口54的宽度相同。

应当理解的是，上述实施例中窗口54的设计方式仅为例示性，在其他实施例中，根据实际设计需求，也可以将窗口54按照其他方式排布，例如三层窗口54相互交错排布。三层窗口54的大小关系也可以是其他设计方式，本发明不对此限定。

也应当理解的是，在其他实施例中，窗口54的层数根据冷却夹套38的长度及其他设计需要适当设置，窗口54也可以设计成其他形状，例如倒梯形，或者是多种形状的组合。

在所示的实施例中，所述冷却结构还包括设置于冷却夹套38与壁筒12外壁之间的若干散热筋板58，每一散热筋板58位于一对应窗口54位置。散热筋板58用以使得吸入窗口54的空气与散热筋板58之间进行换热，从而实现对壁筒12的冷却，而且，散热筋板58连接在冷却夹套38与壁筒12之间可以形成结构支撑，使得冷却结构更加稳固。每一散热筋板58沿燃烧装置的轴向布置，且散热筋板58同时与壁筒12外壁和冷却夹套38的内壁垂直，每一散热筋板58设置在对应窗口54在周向上的中间位置。

本实施例中，在每一散热筋板58上设有若干散热孔60以增加散热筋板58的表面积，从而促进散热。

应当理解的是，上述散热筋板58的设置方式仅为本发明的优选实施方式，在其他实施例中，根据燃烧装置的具体设计需求，散热筋板58也可以以其他安装方式设置，例如将散热筋板58设计为与冷却夹套38和壁筒12的外壁具有一定角度。

工作时，喷嘴22喷射燃料气造成空气流道36形成一定的真空度，由于负压，最上层防护罩10外部的常温空气经窗口54被吸入冷却流道40内，空气经过散热筋板58和冷却流道40，通过对流换热带走壁筒12内壁传过来的热量，以对最上层防护罩10进行冷却降温，改善最上层防护罩10的工作环境。

本发明的自冷却引射式燃烧装置保留了引射式燃烧器的优势，且又增加了针对防护罩的冷却功能。设置散热筋板58强化传热，参与助燃的空气先参与了对防护罩的冷却，再参与燃烧。使得混合管20内的混合气焓值提高，既提高了燃烧的稳定性，又延长了防护罩的使用寿命，减小防护罩对环境的辐射。

应当说明的是，由于燃烧装置在工作时，火焰主要集中在最上层防护罩的火焰腔内，因此，最上层防护罩的温度最高。在上述实施例中，仅在燃烧装置的最上层防护罩上设置了冷却结构，但这仅为本发明的优选实施方式，在其他实施例中，根据燃烧装置的实际情况，也可以同时在一个下层防护罩或多个下层防护罩上设置冷却结构，本发明不对此限定。

综上所述，本发明提出一种自冷却引射式燃烧装置，将空气引射口设置在防护罩壁筒的外周部。通过给整个防护罩加一个冷却夹套形成一路一端封闭的空气流道，壁筒外部设有冷却结构，冷却结构包括冷却夹套，冷却夹套与壁筒外壁之间形成冷却流道，冷却夹套上设有与冷却流道连通的空气入口。工作时燃料喷嘴喷出高速燃料气，对空气流道造成一定真空度，空气从防护罩外部被吸入顺着冷却流道进入燃烧器的混合管并与燃料气混合再喷出去燃烧。防护罩内部是高温火焰，防护罩外部是常温空气。空气流过壁筒外壁和外壁上的散热筋板通过对流换热带走大量热量对防护罩进行冷却。由于本发明将用于助燃的空气引入防护罩用作冷却后再助燃，保留了引射式燃烧器的优势又增加了对防护罩的冷却，既提高了燃烧的稳定性又延长了防护罩的使用寿命，减小防护罩对环境的辐射。

本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本发明的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。