专利名称：Dfi燃烧器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于加热金属材料，例如加热金属毛坯、金属板坯等 的DFI (直焰沖击)燃烧器。
背景技术：
DFI燃烧器用于加热各种金属材料。DFI燃烧器不是加热诸如炉 子内的气氛从而间接加热材料，而是火焰直接冲击材料表面从而直接 加热材料。这使燃烧器到材料的热传递效率更高。
这种燃烧器通常用在例如工业炉上，用于对金属材料的连续加热 处理或不连续加热处理。这种燃烧器也可以独立使用，例如在预热或 熔融材料时。
典型的DFI燃烧器包括喷嘴，喷嘴又包括至少一个燃料喷嘴口和 至少一个氧化剂喷嘴口 ，燃料和氧化剂分别从燃料喷嘴口和氧化剂喷 嘴口中喷出。
这种典型的DFI燃烧器输入的是气体燃料，例如天然气，以及气 体氧化剂，例如氧气。为了得到对参数的控制，例如燃烧温度，燃烧 产物的NO,含量等，分别用于燃料和氧化剂的释放口可以互相间隔一 定的距离布置。
但是，为了优化燃烧器在各种应用中的性能和效率，可以按照多 种方式布置燃烧器喷头上分别用于燃料和氧化剂的喷嘴口。其中，喷 嘴口布置方式的选择将影响燃料和氧化剂之间化学反应的表面。
自然地，需要向每个喷嘴口供应燃料或氧化剂。因此，在对于燃 料和氧化剂来说均具有多个独立喷嘴口的布置中，必须提供多个供应 管道。对于需要控制每个独立喷嘴口中气压以便控制燃烧特性的普通 情况而言尤其如此。为了安装这些供应管道、阀等，就不得不将燃烧
4器做得相当大，这对于在生产线或工业炉中的布置而言是一个问题。 同时，由于具有许多单独的零件，使燃烧器的生产成本和维护成本也 提高了。
当加热金属材料时，经常需要使材料表面区域的更大部分获得均 匀加热。例如，当连续处理金属薄板时，为了避免温度梯度等，经常 需要使被处理金属薄板的整个宽度都获得均匀的加热分布曲线。因此，
当采用DFI燃烧器时，就需要联合使用并排布置的多个DFI燃烧器。 当使用多个DFI燃烧器时，要使所有独立DFI燃烧器都获得均匀 的加热分布曲线是一个问题。即，为了获得这样一种均勾的加热分布 曲线，所有独立燃烧器都必须向材料提供相同的发热能量。由于DFI 燃烧器的发热能量取决于每个相应喷嘴口的燃料和氧化剂的气压，因 此所有单独的DFI燃烧器的相应喷嘴口中的这些气压必须相等。
当为了给每个单独的燃料或氧化剂喷嘴口供应燃料或氧化剂而采
用管子或管道工程时，除了体积大的问题之外，由于管子或管道工程 的各个部分中产生压降，例如在单独的管子、管道、阀、连接等中产
生压降，因此难以获得所述的相等的气压。这些压降经常难于提前计
算，因此为了使喷嘴口之间的气压相等，必须进行实际的试验，这是
非常耗时的。此外，管道的改变、更换部件等都可能影响最终的喷嘴
口气压，因此需要重新进行高成本的校准。
本发明解决了上述问题。
发明内容
由此，本发明提供了一种DFI燃烧器，该燃烧器包括金属块以及 至少两个从金属块上伸出的喷嘴，其特征在于每个喷嘴包括一组喷 嘴口 ，喷嘴口组又包括至少一个燃料喷嘴口和至少一个氧化剂喷嘴口 ； 每个喷嘴的喷嘴口组都是相同的，包括相应的燃料喷嘴口和氧化剂喷 嘴口；金属块包括唯一的主燃料入口和唯一的主氧化剂入口；主氧化 剂入口被连接到至少一个主氧化剂腔，该主氧化剂腔通过相同长度和 横截面的孔连接到每个喷嘴的喷嘴口组中的至少 一个氧化剂喷嘴口 ；主燃料入口被连接到至少 一个主燃料腔，该主燃料腔通过相同长度和 横截面的孔连接到每个喷嘴的喷嘴口组中的至少 一个燃料喷嘴口 ，从 而每个喷嘴的喷嘴口组中的所有相应的燃料喷嘴口和氧化剂喷嘴口的 燃料或氧化剂的气压都相等。
"每个喷嘴的相应的燃料喷嘴口和氧化剂喷嘴口 "在这里分别指每 个相应的燃料喷嘴口和氧化剂喷嘴口 ，每个相应的燃料喷嘴口和氧化
剂喷嘴口布置在每个喷嘴的每个相应的喷嘴口组中。因此， 一个这种 相应的燃料喷嘴口或氧化剂喷嘴口表示在每个喷嘴中有一个。
参考本发明的示范实施例以及附图，本发明将得到详细说明，其
中
图l是沿图2中A-A平面的截面视图，表示依据本发明燃烧器的 实施例的示意图。
图2是依据本发明燃烧器的实施例的示意图，该图是图l的顶视
图3是依据本发明燃烧器的实施例的整体视图。 图4是图3中燃烧器的横截面图。
图5是图4所示的燃烧器沿A-A平面的横截面的三维图。 图6是图4所示的燃烧器沿B-B平面的横截面的三维图。 图7是图4所示的燃烧器沿C-C平面的横截面的三维图。 因此，图3 7对本发明的优选实施例进行详细的图解。但是，图
1 2所示是本发明的燃烧器的示意图。所有图中的相同的部分都共享
相同的标号。
具体实施例方式
图1示意性地说明了燃烧器1，为了清楚，燃烧器部分被去除了。 并且，虛线表示不可见的部分。燃烧器1包括金属块2，其上连接了 一个燃料供应入口 5和一个氧化剂供应入口 6。燃料可以是任意适当的气体燃料，例如天然气。氧化剂可以是任意适当的气体氧化剂，优
选是氧含量重量百分比大于85%的氧化剂。
燃烧器1还包括两个从金属块2的表面伸出的独立的喷嘴3、 4。 但是，应指出的是，为了提高可同时被均匀加热的金属材料的表面积， 在依据本发明的燃烧器中使用超过两个的独立喷嘴不仅仅是可能的， 而且在许多应用中是需要的。
每个喷嘴3、 4还包括燃料喷嘴口 ll和氧化剂喷嘴口 12a、 12b， 燃料和氧化剂分别通过这些喷嘴口喷射出去。
燃料供应入口 5是以通道的形式穿过金属块2连接主燃料腔7。 从主燃料腔7开始，孔9以通道的形式穿过金属块2延伸至每个喷嘴 3、 4，并结束于每个独立喷嘴3、 4的燃料喷嘴口 11。
主燃料腔7的尺寸和几何形状使得主燃料腔7内燃料的气压在整 个主燃料腔7中相同。尤其是，主燃料腔7内的燃料气压在每个孔9 进入主燃料腔7处相同。为不同的喷嘴3、 4提供燃料的孔9的每个孔 9的横截面和长度都是相同的。因此，当比较不同的独立喷嘴3、 4时， 每个燃料喷嘴口 11处的燃料气压以及随之的燃料流速和通过量都相 等。
以基本上相同的方式，氧化剂供应入口 6也是以通道的形式穿过 金属块2。但是，与燃料供应入口 5不同的是，氧化剂供应入口 6连 接到两个主氧化剂腔8a、 8b。从主氧化剂腔8a开始，孔10a以通道 的形式穿过金属块2延伸至每个喷嘴3、 4，并结束于每个独立喷嘴3、 4的氧化剂喷嘴口 12a。同时，孔10b同样以通道的形式穿过金属块2， 从主氧化剂腔8b—直延伸至每个喷嘴3、 4，并结束于氧化剂喷嘴口 12b。
与主燃料腔7和燃料输送孔9一样，主氧化剂腔8a、 8b的尺寸和 几何形状使得其中的气压在氧化剂输送孔10a、 10b进入相应的主氧化 剂腔8a、 8b处相同，并且不同喷嘴3、 4之间的氧化剂输送孔10a、 10b的长度和横截面分别相同，这样氧化剂的气压、流速和通过量在 每个独立喷嘴3、 4的相应喷嘴口 12a和相应喷嘴口 12b处相同。每个独立喷嘴3、 4因此包括一组燃料喷嘴口和氧化剂喷嘴口。不 同喷嘴3、 4之间，每个独立喷嘴3、 4的喷嘴口组的配置都是相同的。 图2显示了图1中燃烧器1的俯视示意图。
燃料和氧化剂输送孔9、 10a、 10b以交替的方式同轴布置，这样 所有的孔9、 10a、 10b就一个套一个地布置，并且当从最里面往外横 切同轴布置的孔9、 10a、 10b时，每间隔一个孔是氧化剂输送孔，并 且每间隔一个孔是燃料输送孔。因此，喷嘴口 11、 12a、 12b也以交替 的方式同轴布置，这样从喷嘴口 11、 12a、 12b释放的燃料和氧化剂就 分别形成了同轴的燃料和氧化剂柱。当燃料和氧化剂从每个独立的喷 嘴3、 4释放出来时，该布置使燃料和氧化剂之间的化学反应表面达到 最大，这是优选的。
但是，本发明并不限于采用同轴交替布置的一个燃料喷嘴口 11 和两个氧化剂喷嘴口 12a、 12b。因此，可以按照适合该实施例的应用 目的的任意方式改变燃料喷嘴口和氧化剂喷嘴口的数量和布置，例如 同轴并交替布置燃料喷嘴口和氧化剂喷嘴口 ，但是釆用多于一个的燃 料喷嘴口，以及多于一个的氧化剂喷嘴口；或者燃料喷嘴口和氧化剂 喷嘴口以非同轴的方式相互间隔一定距离布置。
由于燃料和氧化剂分别通过仅仅两个入口 5、 6流入金属块2，然 后通过延伸穿过金属块2的相应腔和孔，因此必要的管道数量被保持 到最少。实际上，不管采用了多少个独立喷嘴3、 4，总是只有一个燃 料入口 5和一个氧化剂入口 6，这样，燃烧器1的生产和维护成本就 减少了。另外，当采用单独的一个金属块2替代外部的管道工程时， 就可以将燃烧器1的设计做得极为紧凑，这提高了将燃烧器1布置在 生产线上或工业炉内部时的灵活性。
与孔9、 10a、 10b合作的主腔7、 8a、 8b保证了当在不同的独立 喷嘴3、 4之间比较每个相应的喷嘴口 11、 12a、 12b时，燃料和氧化 剂在相应的喷嘴口 11、 12a、 12b处的气压、流速以及通过量是相同的。
这又从而保证了尽管只采用了唯--个共同的燃料入口 5和唯——个
共同的氧化剂入口 6，但每个独立喷嘴3、 4的发热能力是相同的，从而使得在同一个燃烧器1中的多个独立喷嘴3、4上获得均匀的加热分 布曲线。
另外，可修改主燃料腔7和主氧化剂腔8a、8b的尺寸和几何外形， 以及孔9、 10a、 10b的尺寸。例如，对于每个喷嘴3、 4，通过使最外 面的氧化剂孔10b小于最里面的氧化剂孔10a,在每个喷嘴3、 4中最 外面的氧化剂喷嘴口 12b内通过的氧化剂将较少。这样，就改变了所 产生的火焰的特性。但是，由于每个喷嘴3、 4的火焰特性都按相同的 方式改变，因此即使在这种修改后仍然保留了加热的均匀性。
依据本发明的主燃料腔和氧化剂腔7、 8a、 8b并不限于为每个喷 嘴3、 4的喷嘴口组中的仅仅一个相应的燃料喷嘴口或氧化剂喷嘴口 11、 12a、 12b服务。例如， 一个主氧化剂腔可为每个喷嘴3、 4的喷 嘴口组中的超过一个的氧化剂喷嘴口提供氧化剂。
生产本发明燃烧器1的一种经济且便利的方法是在金属块2中钻 许多圆柱形的孔，从而形成金属块2内部的腔和孔的基本几何形状。 然后，可以用金属封闭物覆盖除燃料和氧化剂入口 5、 6以及喷嘴口 11、 12a、 12b之外的被钻出的孔的开口 ，这样就完成了本发明的燃烧 器1的腔和孔。为了使腔和孔获得根据本发明的合适尺寸，钻孔和密 封的时候必须小心。
前文描述了优选实施例。但是，对于本领域的技术人员来说，在 不背离本发明思想的基础上，显然可以对所述实施例进行许多修改。 因此，本发明不限于所述实施例，而是可以在权利要求的范围内进行 修改。
权利要求
1、一种DFI(直焰冲击)燃烧器(1)，该燃烧器包括金属块(2)和至少两个从金属块(2)上伸出的喷嘴(3、4)，其特征在于，每个喷嘴(3、4)包括一组喷嘴口(11、12a、12b)，喷嘴口组包括至少一个燃料喷嘴口(11)和至少一个氧化剂喷嘴口(12a、12b)；每个喷嘴(3、4)中的喷嘴口(11、12a、12b)组都是相同的，包括相应的燃料喷嘴口和氧化剂喷嘴口(11、12a、12b)；金属块(2)包括唯一的主燃料入口(5)和唯一的主氧化剂入口(6)；主氧化剂入口(6)被连接到至少一个主氧化剂腔(8a、8b)，该主氧化剂腔通过相同长度和相同横截面的孔(10a、10b)连接到每个喷嘴(3、4)的喷嘴口组中的至少一个氧化剂喷嘴口(12a、12b)；主燃料入口(5)被连接到至少一个主燃料腔(7)，该主燃料腔通过相同长度和相同横截面的孔(9)连接到每个喷嘴(3、4)的喷嘴口组中的至少一个燃料喷嘴口(11)，从而每个喷嘴(3、4)的喷嘴口组中的所有相应的燃料喷嘴口和氧化剂喷嘴口(11、12a、12b)的燃料或氧化剂的气压都是相等的。
2、 根据权利要求l所述的燃烧器，其特征在于，每个喷嘴(3、 4) 的每组喷嘴口的喷嘴口 (11、 12a、 12b)是同心布置的，每间隔一个 喷嘴口 (ll)是燃料喷嘴口，并且每间隔一个喷嘴口 (12a、 12b)是 氧化剂喷嘴口。
3、 根据权利要求1或2所述的燃烧器，其特征在于，每个喷嘴(3、 4)包括超过2个的喷嘴口。
4、 根据前述权利要求中任意一项所述的燃烧器，其特征在于，每 个主燃料腔(7)只连接到每个喷嘴(3、 4)的喷嘴口组中的一个相应 的燃料喷嘴口 (11)，并且每个主氧化剂腔(8a、 8b)只连接到每个喷 嘴(3、 4)的喷嘴口组中的一个相应的氧化剂喷嘴口 (12a、 12b)。
5、 根据前述权利要求中任意一项所述的燃烧器，其特征在于，主 燃料入口 (5)、主氧化剂入口 (6)、主燃料腔(7)、主氧化剂腔(8a、 8b)以及孔(9、 10a、 10b)由在金属块(2)中钻出并由金属封闭物部分封闭的孔构成。
6、根据前述权利要求中任意一项所述的燃烧器，其特征在于，燃 烧器(1)设计成用含氧量至少为85。/。wt.的氧化剂供应。
全文摘要
一种DFI(直焰冲击)燃烧器(1)，该燃烧器包括金属块(2)和至少两个从金属块(2)上伸出的喷嘴(3、4)。本发明的特征在于每个喷嘴(3、4)包括一组喷嘴口，喷嘴口组包括至少一个燃料喷嘴口和至少一个氧化剂喷嘴口；每个喷嘴(3、4)的喷嘴口组是相同的，包括相应的燃料喷嘴口和氧化剂喷嘴口；金属块(2)包括唯一的主燃料入口(5)和唯一的主氧化剂入口(6)；主氧化剂入口(6)被连接到至少一个主氧化剂腔(8a、8b)，该主氧化剂腔通过相同长度和相同横截面的孔连接到每个喷嘴(3、4)的喷嘴口组中的至少一个氧化剂喷嘴口；主燃料入口(5)被连接到至少一个主燃料腔(7)，该主燃料腔通过相同长度和相同横截面的孔连接到每个喷嘴(3、4)的喷嘴口组中的至少一个燃料喷嘴口，从而每个喷嘴(3、4)的喷嘴口组中的所有相应的燃料和氧化剂喷嘴口的燃料或氧化剂的气压都是相等的。
文档编号F23D23/00GK101432574SQ200780014794
公开日2009年5月13日 申请日期2007年4月4日 优先权日2006年4月25日
发明者L·朗马克, T·埃克曼 申请人:Aga公司