《燃燒噴嘴和煤氣化爐》是馬鞍山科達潔能股份有限公司於2011年7月15日申請的發明專利，該專利申請號為2011101996618，公布號為CN102287826A，專利公布日為2011年12月21日，發明人是武楨。
《燃燒噴嘴和煤氣化爐》包括噴嘴殼體，噴嘴殼體中設定有燃料通道、助燃氣通道和冷卻通道，噴嘴殼體前端設定有冷卻腔，其中：冷卻腔中嵌設有與冷卻通道連通的螺旋狀管路，以形成螺旋狀冷卻流道。該發明提供的燃燒噴嘴和煤氣化爐，通過在冷卻腔中嵌設螺旋狀管路來形成螺旋狀冷卻流道，使得螺旋狀冷卻流道為獨立的管路，不必與噴嘴殼體的壁面之間形成折角型連線，所以能夠消除因折角處溫差大、應力不均和熱疲勞而導致的冷卻腔開裂現象。該發明的技術方案最佳化了燃燒噴嘴冷卻腔的結構，降低金屬疲勞損壞可能性，提高了燃燒噴嘴工作的壽命和可靠性。
2019年5月16日，《燃燒噴嘴和煤氣化爐》獲得安徽省第六屆專利獎優秀獎。
（概述圖為《燃燒噴嘴和煤氣化爐》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：燃燒噴嘴和煤氣化爐
- 公布號：CN102287826A
- 公布日：2011年12月21日
- 申請號：2011101996618
- 申請日：2011年7月15日
- 申請人：馬鞍山科達潔能股份有限公司
- 地址：安徽省馬鞍山市經濟技術開發區凌霄大道北段555號
- 發明人：武楨
- 代理機構：北京同立鈞成智慧財產權代理有限公司
- 代理人：孟金喆
- Int.Cl.：F23D14/58(2006.01)I；F23D14/76(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
燃燒噴嘴為通用的燃燒部件，其廣泛套用於各種燃燒設備中，如發動機、鍋爐、煤氣化爐等。
燃燒噴嘴的典型結構如圖1所示，燃燒噴嘴具有大體為圓筒狀的殼體10，殼體10內設定有燃料通道20和助燃氣通道30，燃料通道20通入的燃料和助燃氣通道30通入的助燃氣在噴嘴端部混合，經點燃形成火焰。燃燒噴嘴按照助燃氣氣體成份的不同可分為空氣助燃式、富氧助燃式和純氧助燃式三類。富氧助燃式噴嘴中的助燃氣中氧氣含量達到20％以上，純氧助燃式噴嘴則採用氧氣含量99％以上的助燃氣。
對於上述結構的燃燒噴嘴，噴嘴中的燃料和助燃氣同時噴出，點燃形成火焰。火焰距離噴嘴的前端有一間距D，通常，助燃氣中的氧氣含量越高間距D的數值越小；爐膛內的壓力越高，間距D的數值越小。由於火焰的溫度較高（焰心處溫度超過2000℃）。即使按照焰心溫度1500℃計算，也會使噴嘴前端的表面達到難以承受的高溫。這對噴嘴的使用壽命和工作可靠性都有影響。
2011年7月之前的技術為解決這一問題提出了一些解決方案，如申請號為200620045550.6及88108098.5的中國專利申請中提出的技術方案。在該技術方案中，噴嘴端部的冷卻腔通過設定螺旋狀翼筋而構成。但是，該技術存在如下缺陷：翼筋與冷卻腔的壁面為折角型連線，無論是一體成型還是焊接固定，折角結構都存在折角連線處與其他位置的溫度不同，承受應力不均勻的問題，因此易於開裂破損。翼筋結構的冷卻腔一旦損壞，其維修困難，需要對噴嘴端部進行整體更換。翼筋結構冷卻腔的工作密封性差、可靠性低，發生翼筋開裂破損之後，將無法導引冷卻劑的流動，甚至會使冷卻劑流出噴嘴外部，影響燃燒。
發明內容
專利目的
《燃燒噴嘴和煤氣化爐》提供一種燃燒噴嘴和煤氣化爐，以最佳化冷卻腔的結構，減少因應力不均勻而導致的破損現象。
技術方案
《燃燒噴嘴和煤氣化爐》實施例提供一種燃燒噴嘴，包括噴嘴殼體，所述噴嘴殼體中設定有燃料通道、助燃氣通道和冷卻通道，噴嘴殼體前端設定有冷卻腔，其中：所述冷卻腔中嵌設有與冷卻通道連通的螺旋狀管路，以形成螺旋狀冷卻流道。
如上所述的燃燒噴嘴，優選的是：所述螺旋狀管路的橫截面形狀為圓形或橢圓形。
如上所述的燃燒噴嘴，優選的是：所述冷卻腔由噴嘴殼體前端壁面和罩蓋扣合焊接而成。
如上所述的燃燒噴嘴，優選的是：所述冷卻腔的一個或兩個端面上形成有凹槽，所述凹槽的形狀與所述螺旋狀管路的形狀匹配，將所述螺旋狀管路扣合固定在冷卻腔中。
如上所述的燃燒噴嘴，優選的是：所述冷卻腔的一個或兩個端面上形成有多個銷釘，所述螺旋狀管路纏繞在銷釘之間進行固定。
如上所述的燃燒噴嘴，優選的是：所述冷卻腔朝向燃燒噴嘴外側的端面上形成有多個銷釘，螺旋狀管路纏繞在銷釘之間進行固定；所述冷卻腔朝向燃燒噴嘴內側的端面上形成凹槽，所述凹槽的形狀與所述螺旋狀管路的形狀匹配，將所述螺旋狀管路扣合固定在冷卻腔中。
如上所述的燃燒噴嘴，優選的是：所述冷卻通道中形成有導流管，所述導流管與所述螺旋狀管路對接。
如上所述的燃燒噴嘴，優選的是：所述冷卻通道的橫截面形狀為環形，所述導流管螺旋纏繞在所述冷卻通道中。
如上所述的燃燒噴嘴，優選的是：螺旋纏繞的所述導流管設定在所述冷卻通道供給冷卻液的部分通道中。
如上所述的燃燒噴嘴，優選的是：所述冷卻通道與所述螺旋狀管路和螺旋狀管路之外的冷卻腔分別連通。
如上所述的燃燒噴嘴，優選的是：所述冷卻通道的數量為至少兩條，其中至少一條冷卻通道與所述螺旋狀管路連通，至少另一條冷卻通道與所述螺旋狀管路之外的冷卻腔連通。
如上所述的燃燒噴嘴，優選的是：所述螺旋狀管路為銅管、碳鋼管或不鏽鋼管。
如上所述的燃燒噴嘴，優選的是：所述燃料通道沿所述噴嘴殼體的縱向中心軸線設定，所述助燃氣通道環繞在所述燃料通道的外側，所述冷卻通道環繞在所述助燃氣通道的外側。
如上所述的燃燒噴嘴，優選的是：用於供給冷卻液和用於回流冷卻液的冷卻通道均設定在所述殼體的同側。
該發明還提供了一種煤氣化爐，包括該發明所提供的燃燒噴嘴。
改善效果
《燃燒噴嘴和煤氣化爐》提供的燃燒噴嘴和煤氣化爐，通過在冷卻腔中嵌設螺旋狀管路來形成螺旋狀冷卻流道，使得螺旋狀冷卻流道為獨立的管路，不必與噴嘴殼體的壁面之間形成折角型連線，所以能夠消除因折角處溫差大、應力不均和熱疲勞而導致的冷卻腔開裂現象。該發明的技術方案最佳化了燃燒噴嘴冷卻腔的結構，降低金屬疲勞損壞可能性，提高了燃燒噴嘴工作的壽命和可靠性。
附圖說明
圖1為2011年7月之前的典型燃燒噴嘴的結構示意圖；
圖2A為該發明實施例一提供的燃燒噴嘴的結構示意圖；
圖2B為圖2A中沿A-A線的剖視結構示意圖；
圖3A為該發明實施例二提供的燃燒噴嘴的結構示意圖；
圖3B為圖3A中沿B-B線的剖視結構示意圖；
圖3C為圖3A中沿C-C線的剖視結構示意圖；
圖4為該發明實施例三提供的燃燒噴嘴的局部結構示意圖；
圖5為該發明實施例四提供的燃燒噴嘴的局部結構示意圖；
圖6為該發明實施例五提供的燃燒噴嘴的局部結構示意圖；
圖7為該發明實施例六提供的燃燒噴嘴的剖視結構示意圖；
圖8為該發明實施例七提供的燃燒噴嘴的剖視結構示意圖。
技術領域
《燃燒噴嘴和煤氣化爐》涉及燃燒設備結構技術，尤其涉及一種燃燒噴嘴和煤氣化爐。
權利要求
1.一種燃燒噴嘴，包括噴嘴殼體，所述噴嘴殼體中設定有燃料通道、助燃氣通道和冷卻通道，噴嘴殼體前端設定有冷卻腔，其特徵在於：所述冷卻腔中嵌設有與冷卻通道連通的螺旋狀管路，以形成螺旋狀冷卻流道；所述冷卻通道與所述螺旋狀管路和螺旋狀管路之外的冷卻腔分別連通;或者，所述冷卻通道的數量為至少兩條，其中至少一條冷卻通道與所述螺旋狀管路連通，至少另一條冷卻通道與所述螺旋狀管路之外的冷卻腔連通；所述冷卻通道中形成有導流管，所述導流管與所述螺旋狀管路對接。
2.根據權利要求1所述的燃燒噴嘴，其特徵在於：所述螺旋狀管路的橫截面形狀為圓形或橢圓形。
3.根據權利要求1所述的燃燒噴嘴，其特徵在於：所述冷卻腔由噴嘴殼體前端壁面和罩蓋扣合焊接而成。
4.根據權利要求1或2或3所述的燃燒噴嘴，其特徵在於：所述冷卻腔的一個或兩個端面上形成有凹槽，所述凹槽的形狀與所述螺旋狀管路的形狀匹配，將所述螺旋狀管路扣合固定在冷卻腔中。
5.根據權利要求1或2或3所述的燃燒噴嘴，其特徵在於：所述冷卻腔的一個或兩個端面上形成有多個銷釘，所述螺旋狀管路纏繞在銷釘之間進行固定。
6.根據權利要求1或2或3所述的燃燒噴嘴，其特徵在於：所述冷卻腔朝向燃燒噴嘴外側的端面上形成有多個銷釘，螺旋狀管路纏繞在銷釘之間進行固定；所述冷卻腔朝向燃燒噴嘴內側的端面上形成凹槽，所述凹槽的形狀與所述螺旋狀管路的形狀匹配，將所述螺旋狀管路扣合固定在冷卻腔中。
7.根據權利要求1所述的燃燒噴嘴，其特徵在於：所述冷卻通道的橫截面形狀為環形，所述導流管螺旋纏繞在所述冷卻通道中。
8.根據權利要求7所述的燃燒噴嘴，其特徵在於：螺旋纏繞的所述導流管設定在所述冷卻通道供給冷卻液的部分通道中。
9.根據權利要求1或2或3所述的燃燒噴嘴，其特徵在於：所述螺旋狀管路為銅管、碳鋼管或不鏽鋼管。
10.根據權利要求1或2或3所述的燃燒噴嘴，其特徵在於：所述燃料通道沿所述噴嘴殼體的縱向中心軸線設定，所述助燃氣通道環繞在所述燃料通道的外側，所述冷卻通道設定在所述助燃氣通道的外側。
11.根據權利要求10所述的燃燒噴嘴，其特徵在於：用於供給冷卻液和用於回流冷卻液的冷卻通道均設定在所述殼體的同側。
12.一種煤氣化爐，其特徵在於，包括：權利要求1-11任一所述的燃燒噴嘴。
實施方式
- 實施例一
圖2A為《燃燒噴嘴和煤氣化爐》實施例一提供的燃燒噴嘴的結構示意圖，圖2B為圖2A中沿A-A線的剖視結構示意圖，該燃燒噴嘴包括噴嘴殼體10，噴嘴殼體10中設定有燃料通道20、助燃氣通道30和冷卻通道40，噴嘴殼體10前端設定有冷卻腔50，其中，冷卻腔50中嵌設有與冷卻通道40連通的螺旋狀管路60，以形成螺旋狀冷卻流道。
該實施例為燃燒噴嘴的一種優選結構，燃料通道20沿噴嘴殼體10的縱向中心軸線設定，助燃氣通道30環繞在燃料通道20的外側，冷卻通道40可以設定在助燃氣通道30的外側。並且，優選是用於供給冷卻液和用於回流冷卻液的冷卻通道40可以均設定在殼體10的同側，與螺旋狀管路60的進口和出口分別連通，如圖2A和圖2B所示，圖2B示出了螺旋狀管路60的冷卻液進口和出口的位置。螺旋狀管路60的中部可以留出燃料通道20和助燃氣通道30的出口。燃料通道20和冷卻通道40為大致圓筒狀，助燃氣通道30的橫截面為大致環形。但實際套用中燃料通道20、助燃氣通道30和冷卻通道40三者之間的相對位置關係、各通道的截面形狀和縱向軸線形狀並不限於圖2A和圖2B所示，可以根據實際需要安排各通道，能實現導引相應的流體流動即可。
該實施例提供的燃燒噴嘴，通過在冷卻腔中嵌設螺旋狀管路來形成螺旋狀冷卻流道，使得螺旋狀冷卻流道為獨立的管路，不必與噴嘴殼體的壁面之間形成折角型連線，所以能夠消除因折角處溫差大、應力不均而導致的冷卻腔開裂現象。該技術方案最佳化了燃燒噴嘴冷卻腔的結構，降低損壞可能性，提高了燃燒噴嘴工作的可靠性。
該實施優選是在螺旋狀管路內外分別形成兩個冷卻液體的容置腔體。冷卻通道可以與螺旋狀管路和螺旋狀管路之外的冷卻腔分別連通，內外的容置腔體內都有冷卻液流動。這樣設計的優點在於，既通過螺旋狀冷卻流道保證了冷卻液在噴嘴前端的均勻流動，達到良好的冷卻效果，又通過兩層容置腔體為噴嘴的可靠工作提供了保障，內外的容置腔體通過螺旋狀管路實現了熱交換，溫度大致相同，即使螺旋狀管路有破損，也不會導致冷卻液外泄至噴嘴外影響燃燒。螺旋轉管路之外的冷卻腔構成管外冷卻系統，相當於形成了噴嘴外罩表面的耐熱保護。
螺旋狀管路60固定在冷卻腔50中的方式可以有多種，例如該實施例中冷卻腔50由噴嘴殼體10前端壁面和罩蓋70扣合而成，可通過焊接扣合，則可以用罩蓋70將螺旋狀管路60扣設固定在冷卻腔50內。或者也可以將螺旋狀管路焊接固定在噴嘴殼體端部的壁面上。其他固定方式將通過下面實施例詳細描述。
無論採用何種固定方式，由於螺旋狀管路是獨立的管體，所以均能夠避免與殼體壁面的折角型連線，消除了應力不均的問題。螺旋狀管路的橫截面形狀優選為圓形或橢圓形，大致圓筒形的管路更能有效壁面折角型連線。
該實施例的技術方案還具有生產成本和維修成本低的優點。嵌設在冷卻腔中的獨立螺旋狀管路可以直接拆卸更換，不必對整個燃燒噴嘴進行改裝，因此無需長時間停止燃燒噴嘴的使用。
- 實施例二
圖3A為該發明實施例二提供的燃燒噴嘴的結構示意圖，圖3B為圖3A中沿B-B線的剖視結構示意圖，圖3C為圖3A中沿C-C線的剖視結構示意圖。該實施例與實施例一的區別在於：在殼體10中設定的冷卻通道40的數量為兩條，一條與螺旋狀管路60連通，另一條冷卻通道40與螺旋狀管路60之外的冷卻腔50連通，如圖3A、3B和3C分別設定了兩條冷卻通道40的進口和出口。各自包括供給和回流通道的冷卻通道40分別設定在殼體10的兩側。
在該實施例中，冷卻腔中由螺旋狀管路分離成了兩條螺旋狀冷卻流道，且各自獨立地由一條冷卻通道供給冷卻液，能夠進一步增強冷卻效果。
具體套用中，冷卻通道的數量並不限於為兩條，冷卻通道的數量可以為至少兩條，其中至少一條冷卻通道與螺旋狀管路連通，至少另一條冷卻通道與螺旋狀管路之外的冷卻腔連通。螺旋狀管路上以及冷卻腔上均可以設定一組或一組以上的冷卻液進出口，以便連線對應的冷卻通道。螺旋狀管路的數量也不限於為一條，可以為多條螺旋狀管路，連線一條冷卻通道，或各自連線多條冷卻通道。
- 實施例三
圖4為該發明實施例三提供的燃燒噴嘴的局部結構示意圖，該實施例可以以上述各技術方案為基礎，在冷卻腔50的一個或兩個端面上形成有凹槽51，通常是形成在噴嘴殼體10前端壁面和罩蓋70上，凹槽51的形狀與螺旋狀管路的形狀匹配，將螺旋狀管路扣合固定在冷卻腔50中。
該實施例提供的固定螺旋狀管路的方式，能夠進一步減少螺旋狀管路與殼體壁面的點狀或線狀連線，增大螺旋狀管路與殼體的接觸面積，既能提高導熱冷卻性能，又能避免剛性連線處因應力不均而破損斷裂。
此外，上述各該實施由於採用獨立的管路形成冷卻流道，實際上在螺旋狀管路內外分別形成了兩個冷卻液體的容置腔體。
該發明的各實施例中，螺旋狀管路優選為銅管、碳鋼管、或不鏽鋼管等管路，或者也可以用其他導熱性能良好的材料製備，以便增強螺旋狀管路內外冷卻液之間的傳熱效果。
- 實施例四
圖5為該發明實施例四提供的燃燒噴嘴的局部結構示意圖，該實施例可以以上述各技術方案為基礎，提供了另一種固定螺旋狀管路60的方案。該實施例中，冷卻腔50的一個或兩個端面上形成有多個銷釘52，銷釘52朝向冷卻腔50內側設定，可以大致垂直於殼體10端部壁面，螺旋狀管路60纏繞在銷釘52之間進行固定。
該實施例的技術方案，同樣避免了螺旋狀管路與殼體壁面的直接剛性連線，由此能減少破損可能，也方便了安裝和拆卸。
- 實施例五
圖6為該發明實施例五提供的燃燒噴嘴的局部結構示意圖，更為優選的是結合實施例三和實施例四的技術手段，在冷卻腔50朝向燃燒噴嘴外側的端面上形成有多個銷釘52，銷釘52朝向冷卻腔50內側設定，銷釘52一般是形成在罩蓋70上，螺旋狀管路纏繞在銷釘52之間進行固定。在冷卻腔50朝向燃燒噴嘴內側的端面上形成凹槽51，通常可形成在噴嘴殼體10的前端壁面上，凹槽51的形狀與螺旋狀管路的形狀匹配，將螺旋狀管路扣合固定在冷卻腔50中。
上述技術方案更易加工製造，燃燒噴嘴罩蓋可仍設計為平板狀，向內焊接銷釘即可。
- 實施例六
圖7為該發明實施例六提供的燃燒噴嘴的剖視結構示意圖，該實施例可以以上述各技術方案為基礎，進一步最佳化了冷卻通道40的結構。該實施例中，冷卻通道40中形成有導流管80，導流管80與螺旋狀管路60對接，即導流管80與螺旋轉管路60的管口密閉連通，而導流管80與螺旋轉管路60外的冷卻腔50不連通。
該實施例的技術方案為螺旋狀管路提供了獨立地導流管，導流管直接向螺旋狀管路提供冷卻液。導流管外側的冷卻通道中可以有或沒有冷卻液，即可以為螺旋狀管路的外側提供或不提供冷卻液均可。
- 實施例七
圖8為該發明實施例七提供的燃燒噴嘴的剖視結構示意圖，該實施例可以以上述實施例六為基礎，冷卻通道40的橫截面形狀為環形，導流管80螺旋纏繞在冷卻通道40中。且優選是僅設定在冷卻通道40供給冷卻液的部分通道中。導流管80與螺旋狀管路60的進口對接，即導流管80與螺旋狀管路60的進口密閉連通，螺旋狀管路60的出口與另一個冷卻通道40連通。
在上述實施例六中，冷卻通道可以為管狀，僅設定在殼體的一側，或者冷卻通道也可以為橫截面環狀的通路，環繞在助燃氣通道的外側。該實施例七中，冷卻通道具體是橫截面形狀為環狀的通路，環繞在助燃氣通道的外側，導流管環繞在冷卻通道之中，能夠對冷卻腔內外的冷卻液進行充分熱交換。
該發明實施例還提供了一種煤氣化爐，包括該發明任意實施例所提供的燃燒噴嘴。該煤氣化爐通過在冷卻腔中嵌設螺旋狀管路來形成螺旋狀冷卻流道，使得螺旋狀冷卻流道為獨立的管路，不必與噴嘴殼體的壁面之間形成折角型連線，所以能夠消除因折角處溫差大、應力不均而導致的冷卻腔開裂現象。該發明的技術方案最佳化了燃燒噴嘴冷卻腔的結構，降低損壞可能性，提高了燃燒噴嘴工作的可靠性。
榮譽表彰
2019年5月16日，《燃燒噴嘴和煤氣化爐》獲得安徽省第六屆專利獎優秀獎。
