本发明涉及一种燃烧器，特别是涉及一种多级旋流燃烧器，空气与燃料进行多级混合并燃烧。
背景技术：
工业革命不断地向前推进，能源供应短缺和环境污染成为人类社会工业领域的主要问题，表现为不充分的燃烧，与此同时也存在着巨大的能源浪费。燃烧器作为燃料燃烧的发生装置，它的几何构型影响着各种燃烧特性，因此，提出一种优异的燃烧器结构，使得燃烧器的燃烧特性得到较好的改善与提高成为了行业内技术人员的重点研究问题。不同的燃烧器结构对燃烧进程的质量、动量和热量的传递有不同的影响效果，从而进一步影响着整个燃烧历程，因此设计一种高效燃烧器结构对工业炉乃至燃烧领域有着十分重要的现实意义和应用价值。
目前的燃烧器，在使用过程中普遍存在这样的技术问题：燃料喷出后被周围的高温烟气空气迅速点燃，所释放的热集中在燃烧器的上游，导致由内圈旋流叶片和钝盘组成的稳焰盘、喷嘴和头罩附近的温度过高，在高温和过量空气同时存在的情况下，工件被氧化且产生脱碳现象，降低了工件的硬度，导致使用寿命大大降低；燃料和空气混合不够均匀，燃烧不充分，燃烧效率低，生成大量的污染气体。
技术实现要素：
本发明提供了一种多级旋流燃烧器，其克服了背景技术所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种多级旋流燃烧器，包括沿同轴设置的外风筒和内风筒，该外风筒前端开口连接锥形头罩，还包括：设置在该内风筒前端开口的中心并与该内风筒的中轴线垂直的钝盘，中心设有通孔，该通孔四周均匀分布若干通风孔；以该钝盘为中心呈环形阵列排布的多个内圈旋流叶片，内端面与该钝盘的外周面连接，外端面与该内风筒的内周面连接；设置在该外风筒前端开口的安装环，并与内外风筒同轴；以该内风筒为中心呈环形阵列排布的多个外圈旋流叶片，内端面与该内风筒的外周面连接，外端面与该安装环内周面连接，该安装环外周面与该外风筒内周面之间形成环形风道，该内圈旋流叶片和该外圈旋流叶片的偏摆方向相同；轴向设置的一级燃料管，与该通孔对接；轴向设置在该内风筒内并以该钝盘为中心圆形阵列排布的多根二级燃料管，前端伸出该内风筒并设有喷嘴，该喷嘴位于该头罩当中；轴向设置在该安装环内并以该内风筒为中心圆形阵列排布的多根三级燃料管，前端伸出该头罩并朝向燃烧器的中轴线倾斜收缩。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.钝盘上的通风孔、内圈旋流叶片、外圈旋流叶片和环形风道将内外风筒当中的空气分为四个部分，一级燃料管接钝盘中心通孔，二级燃料管均匀分布在内圈旋流叶片当中，三级燃料管均匀分布在外圈旋流叶片当中，有利于增强燃气和空气的混合。
2.当来流冷空气进入内风筒后，一部分的空气经内圈旋流叶片产生旋转运动，与二级燃料进行混合，一部分空气经通风孔形成直射流，并且携带一级燃料向燃烧器出口方向运动，同时进行混合，在高温烟气的作用下点燃此混合气。由于直射流的作用，一次燃料的点燃位置向下游移动，燃烧发生在稳焰盘的下游，高温区离稳焰盘存在一定的距离，在这段距离内，减少了热量对部件的辐射，有利于挺高稳焰盘的寿命。同样，二次空气和二级燃料旋转混合后，二次混合气被点燃的位置也朝燃烧器下游移动，燃烧不会发生在二级燃料管的喷嘴附近，提高了喷嘴的使用寿命。
3.冷空气流经环形风道之后，能够带走头罩壁面的大量热量，降低了头罩的温度，提高了头罩的使用寿命。
4.钝盘的通风孔的空气将中心回流区推向燃烧器下游，使得回流区更长且更宽，高温烟气产物所停留的时间增加，作为外围混合气的连续点火源，使得燃烧更为稳定，且不易发生熄火等现象。回流区变宽有利于提高火焰燃烧表面，使得混合气燃烧更为充分且温度分布均匀，避免局部高温的产生，从而使燃烧状况得到有效的改善，降低了co和nox等污染物的排放，同时提高了与周围环境的对流和辐射换热，增强了热交换效率。
5.在三次风区域，三级燃料管的喷嘴方向指向中心轴线，成一定的收缩角度，同时头罩倾斜收缩，将燃烧所产生的火焰向中心轴线聚拢，提高火焰的刚性。
6.三级燃气管的喷嘴超出头罩前端，把燃气送至后部进行燃烧，有利于燃烧的充分且完全，同时温度分布均匀。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1绘示了本发明多级旋流燃烧器的立体示意图。
图2绘示了图1所示多级旋流燃烧器的右视示意图。
图3绘示了图1所示多级旋流燃烧器的剖视示意图。
具体实施方式
请参照图1至图3，一种多级旋流燃烧器，包括沿同轴设置的外风筒10和内风筒20，该外风筒10前端开口连接锥形头罩30，内外风筒20、10和头罩30的结构为现为结构，可参照申请号201110144131.3的发明专利申请。多级旋流燃烧器还包括钝盘40、内圈旋流叶片50、安装环60、外圈旋流叶片70、一级燃料管81、二级燃料管82及三级燃料管83。
该钝盘40设置在该内风筒20前端开口的中心并与该内风筒的中轴线垂直的，中心设有通孔42，该通孔四周均匀分布六个通风孔44。
该内圈旋流叶片40是多个并以该钝盘40为中心呈环形阵列排布，内端面与该钝盘40的外周面连接，外端面与该内风筒20的内周面连接。
该安装环60设置在该外风筒10前端开口，并与外风筒10同轴，用于固定该外圈旋流叶片70，即安装环60套在内外风筒之间，安装环通过连杆支撑固定在外风筒10内部。
该外圈旋流叶片70是多个并以该内风筒20为中心呈环形阵列排布，内端面与该内风筒20的外周面连接，外端面与该安装环60内周面连接。该安装环60外周面与该外风筒10内周面之间形成环形风道90。该内圈旋流叶片50和该外圈旋流叶片70的偏摆方向相同，空气经过叶片之后均朝逆时针方向旋转。
一、二、三级燃料管81、82、83均轴向设置并且末端设有喷嘴。一级燃料管81在燃烧器的中心轴线上并且前端喷嘴与该通孔42对接。二级燃料管82是四根，以该钝盘40为中心圆形阵列排布在该内风筒20内，前端伸出该内风筒20。
三级燃料管83是六根，以该内风筒20为中心圆形阵列排布在该安装环60内，并前端伸出该头罩30并朝向燃烧器的中轴线倾斜收缩。
燃烧时，一次空气流经钝盘40通风孔44后形成直射流，与一级燃料混合，形成混合气，在直射流的推动下，燃烧位置向下游移动，二级燃料喷出后与流经内圈旋流叶片50的二次旋转空气进行均匀混合，在一级燃料燃烧的高温产物的助燃作用下，二级混合气被点燃且开始充分燃烧，同样燃烧位置向下游移动。三级燃料喷出后与流经外圈旋流叶片70的三次旋转空气进行均匀混合，在头罩外部进行燃烧，有利于燃烧充分且调整火焰长度。
该内圈旋流叶片50和该外圈旋流叶片70均是平板结构。优选地，该外圈旋流叶片70与轴线的夹角大于该内圈旋流叶片50与轴线的夹角。这样，三次风的旋流强度大于二次风的旋流强度，使得外围与二级混合气的混合层其传热和传质更为强烈，燃烧更为充分，有利于火焰锋面的热质交换，改善重要部件的寿命和污染物排放水平。优选地，该外圈旋流叶片70与轴线的夹角35-50度，该内圈旋流叶片50与轴线的夹角30-40度。
该钝盘中心通孔42其直径沿轴向逐渐增加，呈渐扩形状，燃气流经渐扩段后，燃气的流速降低，表面积变大，在离开喷嘴后，与空气混合时的接触面积大，因流速低，所以停留时间较长，与空气的混合效果大大增强，且不宜产生熄火现象。优选地，该一级燃料管81喷嘴扩张角度是35-65度。
该二级燃料管82前端的圆周方向上均匀设置多个喷嘴口，该二级燃料管沿径向朝外喷料，优选地，该二级燃料管喷嘴口半径2-5mm。
该三级燃料管93喷嘴和中轴线夹角145-155度。能够保证火焰形态的聚中效果，而且利于火焰长度的调节，保证火焰刚度，也提高了火焰烽面表面积，提高了热交换效率。
该外风筒10的内壁上对应该三级燃料管83设有悬挂支架12，该三级燃料管83可轴向移动地安装在悬挂支架12上。通过调节三级燃料管83的移动距离，在不改变风压的条件下，可以自适应地调节火焰的长度，提高了燃烧器的工况适应能力，提高了燃烧器的工作效率,且操作方便，维修简单。优选地，三级燃料管83前端喷嘴与头罩30前端面的距离≤300mm。
本实施例当中：该钝盘40、内圈旋流叶片50、外圈旋流叶片70、安装环60在一个平面上。所述燃气支管前端均设有流量阀，各级燃气的流量由流量阀进行精确控制，进而精确的控制混合气的当量比，有利于节约能量和充分燃烧，同时调节火焰长度。该一级燃料管内径10-20mm，壁厚1-2mm；该二级燃料管内径8-12mm，壁厚1-2mm；该三级燃料管的内径5-12mm，壁厚1-2mm；该内风筒直径380-430mm。该安装环60外周面与外风筒10内周面的距离40-60mm，使得环形风道90具有合适的宽度，提升降低头罩壁面温度的效果。优选地，该头罩30收缩角155-165度。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。