火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器

1.本发明涉及燃烧器设备技术领域，特别是涉及一种火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器。


背景技术：

2.在我国及世界范围内碳中和的背景需求下，提高非化石能源利用率势在必行。这其中，氨燃料由于自身不含碳元素，在碳减排方面具有突出优势。氨燃料自身具有高热值、高辛烷值的性质，燃烧产物只有氮气和水，能够实现无污染可循环利用，是一种清洁燃料。但是氨存在点火性较差的问题，氨的自燃温度与最小点火能量高，在实际情况下较难实现氨作为燃料独立燃烧，因此，如何实现氨气的点燃及增强燃烧稳定性是目前氨气燃烧技术中的难题。
3.针对于氨燃料点火困难及燃烧稳定性差的问题，常采用可燃气体或煤粉等进行混烧助燃，但氨燃料的整体占比仍然比较低，在大比例掺烧氨燃料情况下，容易出现点火困难及燃烧稳定性差的问题，且对氨燃烧过程中燃烧特性的灵活调节存在不足，无法满足氨燃料的快速预热、着火及稳燃需求。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对氨燃烧过程中燃烧特性的灵活调节存在不足的问题，提供一种能够实现灵活调节的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器。
5.一种火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器，包括：
6.稳燃结构，包括风室壳体、中空的稳燃体，所述稳燃体设置于所述风室壳体中，所述稳燃体具有中空的稳燃室以及连通所述风室壳体与所述稳燃室连通的内切向气流通道及外切向气流通道；
7.切向气流结构，包括切向气流管、气流挡板、切向调节组件，所述切向气流管沿径向设置于所述风室壳体，并与所述风室壳体连通，所述气流挡板与所述切向调节组件连接，并位于所述稳燃体周侧，所述切向调节组件能够调节所述气流挡板遮挡所述内切向气流通道、所述外切向气流通道或从所述内切向气流通道与所述外切向气流通道的周侧移除；以及
8.轴向气流结构，包括轴向气流管、变径阀门组件以及轴向调节组件，所述轴向气流管沿轴向设置于所述风室壳体，并伸入所述稳燃室中，所述变径阀门组件设置于所述轴向气流管内，用于调节所述轴向气流管输出轴向气流的气流流通面积，所述轴向调节组件连接所述变径阀门组件，用于带动所述变径阀门组件运动。
9.在其中一个实施例中，所述稳燃体包括多个稳燃形成体以及多个分隔块，多个所述稳燃形成体间隔围设成所述稳燃室，相邻的两个所述稳燃形成体之间设置所述分隔块，两个所述稳燃形成体及所述分隔块围设成所述内切向气流通道与所述外切向气流通道，每一所述内切向气流通道对应一个所述气流挡板。
10.在其中一个实施例中，在所述内切向气流通道的气流入口处设置外切向气流扩口，在所述外切向气流通道的气流入口处设置内切向气流扩口，所述内切向气流扩口与所述外切向气流扩口的截面呈三角形设置。
11.在其中一个实施例中，所述切向调节组件包括中空的调风盘以及风量比调节杆，所述调风盘设置于所述风室壳体中，并套设于所述轴向气流管，位于所述稳燃室的下方，多个所述气流挡板分别沿圆周方向垂直设置在所述调风盘上，并对应多个所述内切向气流通道或多个所述外切向气流通道设置，所述气流挡板的截面呈弧形设置，所述风量比调节杆垂直设置于所述调风盘，并穿过所述风室壳体伸出，所述风量比调节杆转动时能够带动所述调风盘及其上的所述气流挡板绕所述轴向气流管转动；
12.所述气流挡板的截面弧长小于等于所述分隔块的外侧的最大周向尺寸，所述气流挡板的截面弧长大于等于各个所述外切向气流扩口和所述内切向气流扩口的外侧最大周向尺寸；
13.所述切向调节组件还包括滑动定位片，呈圆环形，与所述调风盘相邻并分别设置于所述调风盘的两侧，用于定位所述调风盘。
14.在其中一个实施例中，每一所述内切向气流通道与每一所述外切向气流通道为一组气流通道，在所述稳燃室的周侧均匀设置多组所述气流通道，且所述内切向气流通道与对应的所述外切向气流通道存在夹角，所述外切向气流通道在所述稳燃室中输送切向气流的方向与所述轴向气流管的外侧区域相切，所述内切向气流通道在所述稳燃室中输送切向气流的方向能够与所述轴向气流管的内侧区域相交；
15.在所述气流挡板关闭各所述内切向气流通道开启各所述外切向气流通道时，能够构建最大直径的切向旋转射流；
16.在所述气流挡板开启各所述内切向气流通道关闭各所述外切向气流通道时，能够构件最小直径的切向旋转射流。
17.在其中一个实施例中，所述稳燃室呈方形设置，所述内切向气流通道与所述外切向气流通道的数量均为四个，并设置于所述稳燃室的四角；
18.所述内切向气流通道的切向气流喷入夹角α与外切向气流通道的切向气流喷入夹角β，需满足α/(90
°
－β)大于等于1.2。
19.在其中一个实施例中，所述切向气流结构还包括设置于所述风室壳体底部的定位螺栓，所述定位螺栓的一端穿过所述风室壳体，并与所述调风盘抵接，所述定位螺栓旋进时能够使所述调风盘固定或松动；
20.所述火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器还包括分隔板，所述分隔板设置于所述风室壳体中，将所述风室壳体的内腔分隔成多个分风室，每一所述分风室对应一组所述内切向气流通道与所述外切向气流通道。
21.在其中一个实施例中，所述轴向调节组件包括调节盘，所述变径阀门组件包括叶片基座、多个阀门叶片、多个导向柱以及多个定位转轴，多个阀门叶片沿圆周方向均匀设置在所述叶片基座，且每一所述阀门叶片的一端通过对应的所述定位转轴可转动设置在所述叶片基座上，所述调节盘与所述叶片基座轴向间隔设置，所述调节盘开设多个导向槽，所述导向柱安装于所述阀门叶片，并安装于对应的所述导向槽中，所述调节盘与所述轴向调节组件连接，所述调节盘转动时，能够通过所述导向槽与所述导向柱的配合带动所述阀门叶
片绕所述定位转轴转动。
22.在其中一个实施例中，所述轴向调节组件还包括内径调节杆，所述内径调节杆与所述调节盘连接，并沿径向方向伸出所述轴向气流管；
23.所述轴向调节组件还包括轴向安装壳体，所述轴向安装壳体设置于所述轴向气流管的周侧，所述内径调节杆穿过所述轴向安装壳体伸出；
24.所述轴向调节组件还包括内径调节密封片，所述内径调节密封片设置于所述轴向安装壳体中，并与所述内径调节杆连接。
25.在其中一个实施例中，所述轴向气流管包括顺次连接的轴向圆管、安装管以及轴向气管，所述轴向圆管的一端伸入到所述稳燃体中，并与所述稳燃室的内壁端面相平齐，所述安装管沿径向方向凸出于所述轴向圆管设置，所述安装管中安装所述变径阀门组件及所述轴向调节组件，所述轴向气管用于输送轴向气流；
26.所述轴向圆管中内布置有多孔管系，所述多孔管系包括多个圆柱形管，并由储热型陶瓷材料加工而成；
27.或者，所述轴向圆管内设置直流套管，所述直流套管包括多个同轴套设的圆柱形管。
28.采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：
29.本发明的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器工作时，切向气流通过切向气流管经风室壳体进入到稳燃体的内切向气流通道与外切向气流通道，进而进入到稳燃室中，轴向气流经过轴向气流管进入到稳燃室中，轴向气流与切向气流在稳燃室中混合后喷射，实现可燃气体的快速升温、着火及稳燃。而且，通过切向调节组件带动气流挡板运动，能够可选择地遮挡内切向气流通道或外切向气流通道，达到调节内切向气流与外切向气流间的气流流量比的目的，改变外切向气流和内切向气流的相互引射效果，从而改变射流入射角度，并且，轴向调节结构带动变径阀门组件运动，能够调节轴向气流管输出轴向气流的气流流通面积，对轴向气流进行灵活调节，实现对旋流火焰直径大小的灵活调节。本发明的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器，通过切向调节组件与轴向调节组件调节进入稳燃室中的切向气流与轴向气流的流量，能够对外侧旋流火焰直径和内侧轴向直流火焰直径进行灵活调节与匹配，以适应不同类型可燃气体及组分浓度条件下的快速升温、着火及稳燃。
附图说明
30.图1为本发明一实施例的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器的俯视剖视图；
31.图2为图1所示的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器在a
‑
a处的截面图；
32.图3为图2所示的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器中变径阀门组件连接内径调节杆从一表面看的示意图；
33.图4为图3所示的变径阀门组件从另一表面看的示意图，其中，阀门叶片关闭；
34.图5为图4所示的阀门组件的示意图，其中阀门叶片打开；
35.图6为图1所示的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器另一实施方式的立体图；
36.图7为图1所示的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器的切向气流流动的示意图；
37.图8为图1所示的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器产生最大旋流半径时的气流流动示意图；
38.图9为图1所示的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器产生最小旋流半径时的气流流动示意图；
39.图10为图1所示的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器中产生旋流火焰的示意图；
40.图11为图1所示的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器中主要参数结构位置。
41.其中：100、火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器；110、稳燃结构；111、风室壳体；112、稳燃体；1121、外切向气流通道；1122、内切向气流通道；1123、稳燃形成体；1124、分隔块；1125、外切向气流扩口；1126、内切向气流扩口；1127、稳燃室；120、切向气流结构；113、分隔板；1131、分风室；121、切向气流管；122、气流挡板；123、切向调节组件；1231、调风盘；1232、风量比调节杆；1233、滑动定位片；1234、切向安装壳体；1235、风量比调节密封片；124、定位螺栓；130、轴向气流结构；131、轴向气流管；1311、轴向圆管；1312、安装管；1313、轴向气管；132、变径阀门组件；1321、叶片基座；1322、阀门叶片；1323、导向柱；1324、定位转轴；133、轴向调节组件；1331、调节盘；13311、导向槽；1332、内径调节杆；1333、轴向安装壳体；1334、内径调节密封片；134、多孔管系；135、直流套管。
具体实施方式
42.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
43.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
44.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
45.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
47.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
48.参见图1、图2和图10，本发明提供一种火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100。该火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100能够的火焰直径灵活可调，具有可灵活调节旋流火焰直径及燃烧特性的特点，提高可燃气体大流量比例工况下的快速升温、着火及稳燃性能。可以理解的，这里的可燃气体是指氨气，当然，在本发明的其他实施方式中，可燃气体还可为其他能够使用到低碳燃烧器中进行燃烧的气体。
49.本发明的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100能够对外侧旋流火焰直径和内侧轴向直流火焰直径进行灵活调节与匹配，以促进不同类型可燃气体及组分浓度条件下的快速升温、着火及稳燃。以下详细介绍火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100的结构。
50.参见图1、图2和图10，在一实施例中，火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100包括稳燃结构110、切向气流结构120以及轴向气流结构130。稳燃结构110包括风室壳体111、中空的稳燃体112，稳燃体112设置于风室壳体111中，稳燃体112具有中空的稳燃室1127以及连通风室壳体111与稳燃室1127连通的内切向气流通道1122及外切向气流通道1121。切向气流结构120包括切向气流管121、气流挡板122、切向调节组件123，切向气流管121沿径向设置于风室壳体111，并与风室壳体111连通，气流挡板122与切向调节组件123连接，并位于稳燃体112周侧，切向调节组件123能够调节气流挡板122遮挡内切向气流通道1122、外切向气流通道1121或从内切向气流通道1122与外切向气流通道1121的周侧移除。轴向气流结构130包括轴向气流管131、变径阀门组件132以及轴向调节组件133，轴向气流管131沿轴向设置于风室壳体111，并伸入稳燃室1127中，变径阀门组件132设置于轴向气流管131内，用于调节轴向气流管131输出轴向气流的气流流通面积，轴向调节组件133连接变径阀门组件132，用于带动变径阀门组件132运动。
51.稳燃结构110为火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100的主体结构。稳燃结构110的外部呈圆柱形设置，切向气流结构120沿切向方向设置在稳燃结构110的外周，切向气流结构120用于向稳燃结构110中输送切向气流。轴向气流结构130沿轴向方向设置于稳燃结构110的一端，用于向稳燃结构110中输送轴向气流。切向气流与轴向气流在稳燃结构110中形成旋流气流，并输出，便于可燃气体的着火燃烧。
52.具体的，稳燃结构110包括风室壳体111以及稳燃体112，稳燃体112设置在风室壳体111中。风室壳体111的内壁与稳燃体112的外壁之间形成通道，该通道供切向气流流动。也就是说，风室壳体111整体为环形，套设在稳燃体112的外侧，并通过风室壳体111的通道向各内切向气流通道1122与外切向气流通道1121通风。稳燃体112的内部具有中空的稳燃室1127，稳燃体112的外壁还开设内切向气流通道1122与外切向气流通道1121。
53.内切向气流通道1122与外切向气流通道1121贯通稳燃体112设置，通道中的切向气流分别通过内切向气流通道1122与外切向气流通道1121进入到稳燃室1127中。而且，内切向气流通道1122的数量为多个，并等于外切向气流通道1121的数量，每一内切向气流通道1122与外切向气流通道1121临近设置，多个内切向气流通道1122沿稳燃体112的轴向方
向间隔设置。这样能够保证切向气流进入稳燃室1127后形成旋流气流，保证起旋效果。
54.切向气流结构120沿切向方向设置在风室壳体111的周侧，具体的，切向气流管121与风室壳体111连接，使得风室壳体111的内腔与切向气流管121连通。这样，外界切向气流进入切向气流管121后，切向气流进入到风室壳体111与稳燃体112形成的通道中，进而经过内切向气流通道1122与外切向气流通道1121进入到稳燃室1127中。
55.而且，在切向气流管121中设置切向调节组件123，并增加气流挡板122，该气流挡板122对应内切向气流通道1122或外切向气流通道1121设置。切向调节组件123转动时，能够带动气流挡板122同步转动，使得气流挡板122遮挡内切向气流通道1122或外切向气流通道1121。当气流挡板122至少部分遮挡内切向气流通道1122时，切向气流能够通过外切向气流通道1121进入到稳燃室1127中，此时，能够构建最大直径的切向旋转射流。当气流挡板122至少部分遮挡外气流通道时，能构建最小直径的切向旋转射流。
56.轴向气流结构130沿轴向设置在稳燃体112的一端，如图2所示，本实施例中，轴向气流结构130位于稳燃体112的下方，并且，轴向气流结构130与稳燃室1127连通，以向稳燃室1127中输送轴向气流。具体的，轴向气流结构130包括轴向气流管131、变径阀门组件132以及轴向调节组件133。轴向气流管131穿过风室壳体111伸入到稳燃室1127中，以使轴向气流管131与稳燃室1127连通，用于将轴向气流输送到稳燃室1127中。
57.而且，变径阀门组件132设置在轴向气流管131中，能够调节轴向气流管131输送轴向气流的气流流通面积。当变径阀门组件132增加气流流通面积时，能够输送较大流量的轴向气流，当变径阀门组件132减小气流流通面积时，能够输送较小流量的轴向气流。而且，变径阀门组件132与轴向调节组件133连接，轴向调节组件133运动时能够带动变径阀门组件132同步运动，调节轴向气流管131的气流流通面积。
58.本发明的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100工作时，切向气流通过切向气流管121经风室壳体111进入到稳燃体112的内切向气流通道1122与外切向气流通道1121，进而进入到稳燃室1127中，轴向气流经过轴向气流管131进入到稳燃室1127中，轴向气流与切向气流在稳燃室1127中混合后喷射，实现可燃气体的快速升温、着火及稳燃。
59.而且，切向调节组件123带动气流挡板122运动，能够可选择地遮挡内切向气流通道1122或外切向气流通道1121，达到调节内切向气流与外切向气流间的气流流量比的目的，改变外切向气流和内切向气流的相互引射效果，从而改变射流入射角度；轴向调节组件133带动变径阀门组件132运动，能够调节轴向气流管131输出轴向气流的气流流通面积，对轴向气流进行灵活调节，实现对旋流火焰直径大小的灵活调节。
60.上述实施例中的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100，通过切向调节组件123与轴向调节组件133调节进入稳燃室1127中的切向气流与轴向气流的流量，能够对外侧旋流火焰直径和内侧轴向直流火焰直径进行灵活调节与匹配，以适应不同类型可燃气体及组分浓度条件下的快速升温、着火及稳燃。
61.参见图1、图2和图10，在一实施例中，稳燃体112包括多个稳燃形成体1123以及多个分隔块1124，多个稳燃形成体1123间隔围设成稳燃室1127，相邻的两个稳燃形成体1123之间设置分隔块1124，两个稳燃体112及分隔块1124围设成内切向气流通道1122与外切向气流通道1121，每一内切向气流通道1122对应一个气流挡板122。
62.多个稳燃形成体1123与多个分隔块1124间隔围设成环形设置，以围设成稳燃室
1127。多个稳燃形成体1123的外壁的截面呈圆弧形，分隔块1124的外壁的截面也呈弧形，稳燃形成体1123与分隔块1124的圆弧位于同一圆周上，该圆周的中心位于轴向气流管131的轴线上。这样，稳燃形成体1123与分隔块1124形成外壁呈圆柱形的稳燃体112。
63.其中一个稳燃形成体1123与分隔块1124的一表面围设成内切向气流通道1122，分隔块1124的另一表面与相邻的稳燃形成体1123围设成外切向气流通道1121。其他的内切向气流通道1122与外切向气流通道1121同理设置。可选地，内切向气流通道1122的数量为三个或三个以上，外切向气流通道1121的数量与内切向气流通道1122的数量相等。
64.参见图1、图2和图10，在一实施例中，每一内切向气流通道1122与每一外切向气流通道1121为一组气流通道，在稳燃室1127的周侧均匀设置多组气流通道，且内切向气流通道1122与对应的外切向气流通道1121存在夹角，外切向气流通道1121在稳燃室1127中输送切向气流的方向与轴向气流管131的外侧区域相切，内切向气流通道1122在稳燃室1127中输送切向气流的方向能够与轴向气流管131的内侧区域相交。在气流挡板122关闭各内切向气流通道1122开启各外切向气流通道1121时，能够构建最大直径的切向旋转射流。在气流挡板122开启各内切向气流通道1122关闭各外切向气流通道1121时，能够构件最小直径的切向旋转射流。
65.也就是说，多个外切向气流通道1121均匀分布在稳燃室1127的周侧，多个内切向气流通道1122均匀分布在稳燃室1127的周侧，这样能够保证切向气流均匀分布。而且，外切向气流通道1121的出口端到轴向气流管131的距离大于内切向气流通道1122的出口端到轴向气流管131之间的距离。外切向气流通道1121输出切向气流后，该切向气流能够与轴向气流管131的外侧区域相切，如图8所示，内切向气流通道1122输出切向气流后，该切向气流能够与轴向气流管131的内侧区域相交，如图9所示。
66.可以理解的，因轴向气流管131的端部与稳燃室1127的端部相平齐，即稳燃室1127中并不存在凸出的轴向气流管131，上文提及的与轴向气流管131的内侧区域或外侧区域相切或相交，是指与轴向气流管131的延长线相切或相交。这样，外切向气流通道1121能够在轴向气流管131的延长线的外侧区域形成较大尺寸的切向旋流射流，内切向气流通道1122能够进入到轴向气流管131的延长线的内侧区域中，形成较小尺寸的切向旋流射流。
67.外切向气流通道1121与内切向气流通道1122采用上述方式设置后，每个内切向气流通道1122与对应的外切向气流通道1121之间存在夹角，使得相邻的两股射流在喷出一段距离后，能够混合形成一股射流。基于伯努利原理，通过调整相邻各外切向气流通道1121与各内切向气流通道1122的气流流量比，可以改变相邻两股气流间的相互引射效果，从而改变相邻气流混合后的射流角度，最终实现对稳燃室1127的中心区域形成的旋转射流半径的灵活调节。
68.参见图7至图9，具体的，操作切向调节组件朝一方向运动时，切向调节件能够带动气流挡板122运动，使得气流挡板122关闭各内切向气流通道1122并开启各外切向气流通道1121，此时，切向气流从外切向气流通道1121进入到稳燃室1127中，能够构建最大直径的切向旋转射流。调节切向调节组件朝另一方向运动时，切向调节件能够带动气流挡板122运动，使得气流挡板122开启各内切向气流通道1122并关闭各外切向气流通道1121，此时，切向气流从内切向气流通道1122进入到稳燃室1127中，能够构建最小直径的切向旋转射流。
69.参见图1、图2和图10，本实施例中，稳燃室1127呈方形设置，内切向气流通道1122
与外切向气流通道1121的数量均为四个，并设置于稳燃室1127的四角。稳燃体112的外周呈圆柱形设置，内部的稳燃室1127呈正方形设置，其中一个内切向气流通道1122与外切向气流通道1121设置在方形的稳燃室1127的一个角部，其余的内切向气流通道1122与外切向流通通道同理设置。通过分隔块1124分隔内切向气流通道1122与外切向气流通道1121。当然，在本发明的其他实施方式中，稳燃室1127的形状还可呈圆形等。而且，内切向气流通道1122的数量与外切向气流通道1121的数量不具体限定为四个，还可为三个甚至更多个。
70.如图11所示，该图中记载火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100的主要结构参数。记内切向气流通道1122的切向气流喷入夹角α，外切向气流通道1121的切向气流喷入夹角β，稳燃室1127的边长为a。则内切向气流通道1122的切向气流喷入夹角α与外切向气流通道1121的切向气流喷入夹角β，需满足α/(90
°
－β)大于等于1.2。这样，外切向气流通道1121与内切向气流通道1122喷出的气流能够在稳燃室1127中构建形成高速旋转射流。而且，在同时关闭各内切向气流通道1122并开启各外切向气流通道1121时，能够构建最大直径的切向旋流射流，其直径为2((0.5a－h)tanβ－0.5a)cosβ；在同时开启各内切向气流通道1122并关闭各外切向气流通道1121时，能够构建最小直径的切向旋转射流，其直径为2(0.5a－(a－m－0.5acotα))sinα。
71.参见图1，在一实施例中，在内切向气流通道1122的气流入口处设置外切向气流扩口1125，在外切向气流通道1121的气流入口处设置内切向气流扩口1126，内切向气流扩口1126与外切向气流扩口1125的截面呈三角形设置。
72.内切向气流通道1122的入口处为扩口结构，即设置内切向气流扩口1126。内切向气流扩口1126能够增加内切向气流通道1122的入口处的面积，便于切向气流进入内切向气流通道1122中。外切向气流通道1121的入口处为扩口结构，即设置外切向气流扩口1125。外切向气流扩口1125能够增加外切向气流通道1121的入口处的面积，便于切向气流进入外切向气流通道1121中。而且，内切向气流扩口1126与外切向气流扩口1125的截面均呈三角形，便于切向气流流动。可选地，内切向气流扩口1126与外切向气流扩口1125的朝向相反。
73.上述实施例中的稳燃室1127的截面为正方形，在稳燃室1127的任意边的两端，分别布置有外切向气流通道1121、内切向气流通道1122。外切向气流通道1121与内切向气流通道1122均用于喷射切向气流。其中，a为方形的稳燃室1127的边长、m为内切向气流通道1122喷射气流的喷入位置、n为外切向气流通道1121喷射气流的喷入位置、α为内切向气流通道1122喷射气流的喷入夹角、β为外切向气流通道1121喷射气流的喷入夹角、r为旋流直径调节范围。对应r值位于(0.5a－(a－m－0.5acotα))sinα与((0.5a－h)tanβ－0.5a)cosβ之间。
74.参见图2，在一实施例中，轴向气流管131包括顺次连接的轴向圆管1311、安装管1312以及轴向气管1313，轴向圆管1311的一端伸入到稳燃体112中，并与稳燃室1127的内壁端面相平齐，安装管1312沿径向方向凸出于轴向圆管1311设置，安装管1312中安装变径阀门组件132及轴向调节组件133，轴向气管1313用于输送轴向气流。
75.轴向圆管1311为轴向气流管131伸入稳燃体112中的部分，通过轴向圆管1311将轴向气流输送到稳燃体112中。安装管1312的一端连接轴向圆管1311，安装管1312的另一端安装轴向气管1313，轴向气管1313能够输送外界的轴向气流。外界的轴向气流经安装管1312及轴向圆管1311进入稳燃室1127。轴向圆管1311呈圆筒状设置，位于稳燃室1127的中心区
域，其一端与稳燃室1127的壁面相平齐。
76.安装管1312中安装变径阀门组件132及轴向调节组件133，轴向调节组件133转动时，能够带动变径阀门组件132调节气流流通面积。具体的，轴向调节组件133朝一方向转动时，变径阀门组件132能够增加气流流通面积；轴向调节组件133朝另一方向转动时，变径阀门组件132能够减小气流流通面积。轴向气管1313中的轴向气流经过变径阀门组件132后，经轴向圆管1311进入到稳燃室1127中。
77.参见图1，在一实施例中，轴向圆管1311中内布置有多孔管系134，多孔管系134包括多个圆柱形管，并由储热型陶瓷材料加工而成。也就是说，多孔管系134包括多个直径较小的圆柱形管。圆柱形管形成圆柱形通道，轴向气流通过圆柱形通道进入稳燃室1127中。而且，采用储热型陶瓷材料加工制成的多孔圆管，结合外侧旋流高温火焰预热，有助于将内侧轴向喷入的氨气等轴向气流快速热解预热，直至着火燃烧，促进轴向气流大流量工况下的快速升温、着火及稳燃。
78.参见图6，在一实施例中，轴向圆管1311内设置直流套管135，直流套管135包括多个同轴套设的圆柱形管。各个圆柱形管的直径不同，各圆柱形管同轴套设形成直流套管135，相邻的圆柱形管之间形成环形通道，该环形通道能够供轴向气流通过。
79.参见图1、图2和图10，在一实施例中，切向调节组件123包括中空的调风盘1231以及风量比调节杆1232，调风盘1231设置于风室壳体111中，并套设于轴向气流管131，位于稳燃室1127的下方，多个气流挡板122分别沿圆周方向垂直设置在调风盘1231上，并对应多个内切向气流通道1122或多个外切向气流通道1121设置，气流挡板122的截面呈弧形设置，风量比调节杆1232垂直设置于调风盘1231，并穿过风室壳体111伸出，风量比调节杆1232转动时能够带动调风盘1231及其上的气流挡板122绕轴向气流管131转动。
80.调风盘1231为中空的圆环形平板结构。也就是说，调风盘1231呈圆盘形，其中部区域设置通孔，该通孔能够使得调风盘1231整体套设在轴向圆管1311上。而且，调风盘1231还位于风室壳体111中，并位于稳燃体112的下方。调风盘1231的通孔的外径大于轴向圆管1311的外径，这样调风盘1231能够绕轴向圆管1311进行旋转，避免调风盘1231与轴向圆管1311之间发生干涉，保证调风盘1231转动平稳。
81.在调风盘1231的外周固定多个气流挡板122，具体的，每一内切向气流通道1122的位置对应一个气流挡板122。虽然这里提到的内切向气流通道1122对应一个气流挡板122，但其实是调风盘1231能够带动气流挡板122转动，转动时气流挡板122能够在内切向气流通道1122、分隔块1124、外切向气流通道1121的位置进行切换。而且，气流挡板122与调风板垂直设置，使得气流挡板122都能够对应到内切向气流通道1122设置。
82.通常情况下，调风盘1231带动气流挡板122位于分隔块1124的位置，此时，气流挡板122不遮挡内切向气流通道1122与外切向气流通道1121，切向气流通过内切向气流通道1122与外切向气流通道1121进入稳燃室1127中。当需要增加旋流直径时，调风盘1231带动气流挡板122逐渐关闭各内切向气流通道1122，此时，切向气流通过各外切向气流通道1121进入稳燃室1127中。当需要减小旋流直径时，调风盘1231带动气流挡板122逐渐关闭各外切向气流通道1121，此时，切向气流通过各内切向气流通道1122进入稳燃室1127中。可选地，气流挡板122的数量等于内切向气流通道1122的数量。本实施例中，气流挡板122的数量为四个。
83.而调风盘1231带动气流挡板122的转动则是通过风量比调节杆1232实现的。具体的，风量比调节杆1232沿轴向方向连接在调风盘1231的边缘位置，并且，风量比调节杆1232能够穿过风室壳体111伸出。相应的，风室壳体111的周侧设置有周向方向延伸的弧形滑槽，风量比调节杆1232穿过该弧形滑槽伸出。这样，操作风量比调节杆1232时，风量比调节杆1232能够沿弧形滑槽转动，进而能够带动调风盘1231转动，使得调风盘1231能够带动气流挡板122转动，使得气流挡板122遮挡内切向气流扩口1126、外切向气流扩口1125或分隔块1124。
84.参见图1、图2和图10，在一实施例中，气流挡板122的截面形状呈弧形设置。气流挡板122的截面呈圆弧形。这样，气流挡板122遮挡在内切向气流通道1122、外切向气流通道1121或风格块的外侧时，气流挡板122能够与稳燃形成体1123的外周面保持一致。
85.在一实施例中，气流挡板122的截面弧长小于等于分隔块1124的外侧的最大周向尺寸，气流挡板122的截面弧长大于等于各个外切向气流扩口1125和内切向气流扩口1126的外侧最大周向尺寸。对气流挡板122的尺寸采用上述方式限制后，气流挡板122能够准确的遮挡内切向气流扩口1126和外切向气流扩口1125。
86.参见图1、图2和图10，在一实施例中，切向调节组件123还包括滑动定位片1233，呈圆环形，与调风盘1231相邻并分别设置于调风盘1231的两侧，用于定位调风盘1231。定位滑动片能够支撑定位调风盘1231，保证调风盘1231能够在风室壳体111中稳定转动，避免调风盘1231发生偏斜。
87.在一实施例中，切向调节组件123还包括切向安装壳体1234，切向安装壳体1234设置于切向气流管121的周侧，风量比调节杆1232穿过切向安装壳体1234伸出。切向安装壳体1234设置在风室壳体111的底部，并位于风室壳体111的弧形滑槽的周侧，风量比调节杆1232穿过弧形滑槽后经切向安装壳体1234伸出。而且，切向安装壳体1234的形状与弧形滑槽的形状相适配，便于风量比调节杆1232转动。
88.在一实施例中，切向调节组件123还包括风量比调节密封片1235，风量比调节密封片1235设置于切向安装壳体1234中，并与风量比调节杆1232连接。风量比调节密封片1235起到密封作用，设置在切向安装壳体1234后，风量比密封片能够对风量比调节杆1232与切向安装壳体1234的连接处进行密封，避免切向气流泄漏，保证火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100的使用性能。
89.上述实施例的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100，通过沿圆周方向转动风量比调节杆1232的位置，能够带动调风盘1231及位于其上的气流挡板122绕轴向圆管1311的中心轴旋转，实现旋流直径的调节。具体的：
90.如图7和图8所示，当逆时针旋转风量比调节杆1232时，将通过调风盘1231带动各个气流挡板122绕轴向圆管1311的中心轴进行逆时针旋转，使各气流挡板122逐渐遮挡与之相邻的内切向气流扩口1126，从而减小内切向气流扩口1126的气流流通面积，达到减小内切向气流与外切向气流间气流流量比的目的。当各气流挡板122完全遮挡与之相邻的各内切向气流扩口1126时，切向气流将不流经各内切向气流通道1122，而完全由各外切向气流通道1121喷入，此时，达到旋流射流直径的最大值。
91.如图7和图9所示，当顺时针调节风量比调节杆1232时，将通过调风盘1231带动各个气流挡板122绕轴向圆管1311的中心轴进行顺时针旋转，使各气流挡板122逐渐遮挡与之
相邻的外切向气流扩口1125，从而减小外切向气流扩口1125的气流流通面积，达到增大内切向气流与外切向气流间气流流量比的目的。当各气流挡板122完全遮挡与之相邻的各外切向气流扩口1125时，切向气流将不流经各外切向气流通道1121，而完全由各内切向气流通道1122喷入，此时，达到旋流射流直径的最小值。
92.在一实施例中，切向气流结构120还包括设置于风室壳体111底部的定位螺栓124，定位螺栓124的一端穿过风室壳体111，并与调风盘1231抵接，定位螺栓124旋进时能够使调风盘1231固定或松动。如图2所示，定位螺栓124位于风室壳体111的下端，并与风量比调节杆1232相对位于轴向圆管1311的两端。通过调整定位螺栓124的旋进位置，可以实现对调风盘1231的固定即松动，防止火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100在运行过程中，调风盘1231受气流流动及振动的影响发生转动。
93.在一实施例中，火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100还包括分隔板113，分隔板113设置于风室壳体111中，将风室壳体111的内腔分隔成多个分风室1131，每一分风室1131对应一组内切向气流通道1122与外切向气流通道1121。分隔板113设置在切向气流管121以及风室壳体111中，分隔板113将风室壳体111及切向气流管121的通道分隔成为多个分风室1131，每一分风室1131与切向气流管121连通，分别包裹位于稳燃体112的外切向气流通道1121与内切向气流通道1122。这样能够保证进入各个分风室1131中的切向气流流量基本一致。
94.可选地，分隔板113的结构形式原则上不受限制，只要能够形成多个分风室1131即可。本实施例中，分隔板113的数量为三个，且三个分隔板113的形状相异。
95.参见图1至图5，在一实施例中，轴向调节组件133包括调节盘1331，变径阀门组件132包括叶片基座1321、多个阀门叶片1322、多个导向柱1323以及多个定位转轴1324，多个阀门叶片1322沿圆周方向均匀设置在叶片基座1321，且每一阀门叶片1322的一端通过对应的定位转轴1324可转动设置在叶片基座1321上，调节盘1331与叶片基座1321轴向间隔设置，调节盘1331开设多个导向槽13311，导向柱1323安装于阀门叶片1322，并安装于对应的导向槽13311中，调节盘1331与轴向调节组件133连接，调节盘1331转动时，能够通过导向槽13311与导向柱1323的配合带动阀门叶片1322绕定位转轴1324转动。
96.在轴向圆管1311远离稳燃室1127的一端，依次同轴连接并连通安装管1312以及轴向气管1313。在安装管1312中安装变径阀门组件132以及轴向调节组件133。具体的，叶片基座1321与调节盘1331均呈环形圆板结构，且叶片基座1321与调节盘1331的内径及外径尺寸相同。叶片基座1321与调节盘1331沿轴向方向间隔设置，如图2所示，叶片基座1321位于调节盘1331的上方，阀门叶片1322位于叶片基座1321与调节盘1331之间。
97.阀门叶片1322的数量为至少六个，并沿着圆周方向对称均匀分布在叶片基座1321上。并且，每个阀门叶片1322的一端通过定位转轴1324可转动安装在叶片基座1321上。定位转轴1324转动时，能够带动阀门叶片1322绕定位转轴1324转动。当多个阀门叶片1322同时转动时，多个阀门叶片1322能够远离或遮挡叶片基座1321的内孔。当阀门叶片1322遮挡叶片基座1321的内孔时，轴向气管1313中的轴向气流无法通过叶片基座1321进入稳燃室1127中。当多个叶片部分遮挡叶片基座1321的内孔时，气流流通面积较小，轴向气管1313中的轴向气流通过叶片基座1321进入稳燃室1127。当多个叶片完全打开叶片基座1321的内孔时，气流流通面积增大，轴向气管1313中的轴向气流通过叶片基座1321进入稳燃室1127。
98.在每个阀门叶片1322的中部设置导向柱1323，在调节盘1331上沿圆周方向对称均匀开设有导向槽13311。导向槽13311呈长条形中空结构，导向槽13311的数量等于阀门叶片1322的数量。导向柱1323的一端固定在阀门叶片1322上，另一端穿过调节盘1331对应位置的导向槽13311。调节盘1331转动时，能够通过导向槽13311带动导向柱1323运动，进而导向柱1323能够带动与导向柱1323连接的阀门叶片1322转动，这样能够实现阀门叶片1322打开或关闭叶片基座1321的内孔。
99.参见图1至图5，在一实施例中，轴向调节组件133还包括内径调节杆1332，内径调节杆1332与调节盘1331连接，并沿径向方向伸出轴向气流管131。调节盘1331带动阀门叶片1322的转动是通过内径调节杆1332实现的。具体的，内径调节杆1332沿径向方向设置在调节盘1331的边缘位置，并且，调节杆能够穿过安装管1312伸出。相应的，安装管1312的周侧设置有沿周向方向延伸的弧形滑槽，内径调节杆1332沿弧形滑槽伸出。这样，操作内径调节杆1332时，内径调节杆1332能够沿弧形滑槽转动，进而能够带动调节盘1331运动，使得调节盘1331能够带动阀门叶片转动，进而实现阀门叶片1322调节气流流通面积的控制。
100.在一实施例中，轴向调节组件133还包括轴向安装壳体1333，轴向安装壳体1333设置于轴向气流管131的周侧，内径调节杆1332穿过轴向安装壳体1333伸出。轴向安装壳体1333设置在安装管1312的侧面，并位于弧形滑槽的周侧，内径调节杆1332穿过弧形滑槽后经轴向安装壳体1333伸出。而且，轴向安装壳体1333的形状与弧形滑槽的形状相适配，便于内径调节杆1332转动。
101.在一实施例中，轴向调节组件133还包括内径调节密封片1334，内径调节密封片1334设置于轴向安装壳体1333中，并与内径调节杆1332连接。内径调节密封片1334起到密封作用，设置在轴向安装壳体1333后，内径调节密封片1334能够对内径调节杆1332与轴向安装壳体1333的连接处进行密封，避免轴向气流泄漏，保证火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100的使用性能。
102.上述实施例的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100，通过沿圆周方向调节内径调节杆1332的位置，带动调节盘1331及位于其上的导向槽13311进行旋转，旋转的导向槽13311将对穿过其内部的导向柱1323产生导向作用，并最终将带动各阀门叶片1322绕定位转轴1324旋转，从而实现各阀门叶片1322开合。具体的：
103.如图3所示，当顺时针旋转内径调节杆1332时，将带动各阀门叶片1322顺时针旋转，使阀门叶片1322中远离定位转轴1324的一端向调节盘1331的中心聚集，从而达到缩小气流流通面积的目的。如图3所示，当逆时针旋转内径调节杆1332时，将带动各阀门叶片1322逆时针旋转，使阀门叶片1322中远离定位转轴1324的一端向调节盘1331的四周移动，从而达到增大气流流通面积的目的。
104.可选地，当轴向圆孔中设置多孔管系134时，多孔管系134远离稳燃室1127的一端伸入至叶片基座1321的内孔中。多孔管系134远离稳燃室1127的一端与叶片基座1321远离稳燃室1127的一端位于同一平面上，用于托举并定位各阀门叶片1322，防止高速气流流经阀门叶片1322的过程中，造成阀门叶片1322被吹变形及震荡的问题。
105.参见图1和图2，本发明火焰直径灵活可调的火焰直径灵活可调的低碳旋流燃烧器100工作过程中，切向气流(可为天然气、氢气等氢基燃料气的预混气)由切向气流管121进入，经分隔板的均匀分配后，分别进入各个分风室内，而后依次流经内切向气流扩口1126和
内切向气流通道1122、外切向气流扩口1125和外切向气流通道1121，喷入方形的稳燃室1127内部，形成高速旋转射流，产生旋流火焰。
106.当需要增大旋流火焰直径时，逆时针旋转风量比调节杆1232，带动各个气流挡板122绕轴向圆管1311的中心轴进行逆时针旋转，使各个气流挡板122逐渐遮挡与之相邻的各内切向气流扩口1126，从而减小各内切向气流扩口1126的气流流通面积，达到增大外切向气流与内切向气流间气流流量比、增大旋流火焰直径的目的。
107.当需要减小旋流火焰直径时，顺时针旋转风量比调节杆1232，带动各个气流挡板122绕轴向圆管1311的中心轴进行顺时针旋转，使各个气流挡板122逐渐遮挡与之相邻的各外切向气流扩口1125，从而减小各外切向气流扩口1125的气流流通面积，达到增大内切向气流与外切向气流间气流流量比、减小旋流火焰直径的目的。
108.而后，轴向气流(可为氨气和空气的预混气、或氨气与天然气、空气的预混气等)由轴向气管1313流入，通过变径阀门组件132后，进入到多孔管系134内，并由位于稳燃室1127一端的多孔管系134出口流出。而后受稳燃室1127内旋流燃烧火焰的影响，使轴向气流快速升温热解及着火，产生轴向火焰。
109.当需要减小轴向火焰直径时，顺时针旋转内径调节杆1332，使阀门叶片1322中远离定位转轴1324的一端向调节盘1331的中心聚集，从而达到缩小气流流通面积、减小轴向火焰直径的目的。当需要增大轴向火焰直径时，逆时针旋转内径调节杆1332，使阀门叶片1322中远离定位转轴1324的一端向调节盘1331的四周移动，从而达到增大气流流通面积、增大轴向火焰直径的目的。
110.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
111.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。