一种强化湍流换热的燃烧器冷却装置和气化燃烧器的制作方法

文档序号:34963147发布日期:2023-07-29 18:25阅读:27来源:国知局
一种强化湍流换热的燃烧器冷却装置和气化燃烧器的制作方法

1.本实用新型涉及燃烧器冷却设备领域,具体而言,涉及一种强化湍流换热的燃烧器冷却装置和气化燃烧器。


背景技术:

2.煤、废固及废液气化燃烧器是实现固体或者液体燃料转化为合成气的核心设备。为确保合成气转化率,燃烧炉膛平均温度可达1200~1650℃,属高温高热辐射工况;基于烧嘴喷嘴喷射的火焰温度较高,为了有效保护燃烧喷嘴安全、长周期运行,目前燃烧器技术在燃烧器喷嘴外侧均设置了冷却水夹套构件。但是目前燃烧器冷却水构件存在冷却水流动弱、存在换热死区,易引起水夹套金属壁超温;冷却水夹套结构存在突变锐角、高应力结构区域,易在冷热介质交替载荷下引起局部结构开裂泄漏;冷却水夹套结构内侧强化换热筋片与金属内壁焊接或与水夹套一起加工为整体,虽对换热有利,但这些不连续结构往往也是水夹套开裂泄漏的源头所在。因此如何设计一种吸收热量快、换热效率高、结构更加合理、运行寿命更长的冷却水结构一直是行业的难点问题。
3.鉴于此,特提出本实用新型。


技术实现要素:

4.本实用新型的目的在于提供一种强化湍流换热的燃烧器冷却装置和气化燃烧器。
5.本实用新型的实施例是这样实现的:
6.第一方面,本实用新型提供一种强化湍流换热的燃烧器冷却装置,其包括水夹套、密封盖和扰流管件,所述水夹套包括内壁、外壁和底壁,所述内壁和所述外壁连接至所述底壁的两侧以围成环形的腔室,所述内壁围成用于安装燃烧器喷嘴的安装腔,所述密封盖设置于所述水夹套内且分别与所述内壁和所述外壁连接,所述密封盖上设置有进水孔和出水孔,所述扰流管件设置于所述水夹套内且位于所述密封盖下方,所述扰流管件的轴心线与所述水夹套的所述内壁相切,所述扰流管件的一端与所述进水孔连通,另一端朝向所述内壁的底部开口。
7.在可选的实施方式中,所述扰流管件设置有相互连通的竖直管和倾斜管,所述竖直管远离所述倾斜管的一端与所述进水孔连通,所述倾斜管朝着靠近所述内壁底部的方向倾斜向下,所述倾斜管的轴心线与所述水夹套的所述内壁相切,所述倾斜管开设有第一扰流口和第二扰流口,所述第一扰流口朝向所述外壁底部开口,所述第二扰流口朝向所述内壁底部开口。
8.在可选的实施方式中,所述倾斜管的轴心线与所述水夹套的所述内壁相切的切向夹角为20-30
°

9.在可选的实施方式中,所述进水孔和所述出水孔的个数为多个且一一对应,每个所述进水孔均对应一个所述扰流管件。
10.在可选的实施方式中,多个所述进水孔、多个所述出水孔和多个所述扰流管件均
沿着所述水夹套的轴心环向布置,每个所述进水孔和每个所述出水孔错落布置,所述扰流管件远离所述进水孔的一端位于两个相邻的所述出水孔之间的下方。
11.在可选的实施方式中,所述进水孔和所述出水孔的个数为16-40个,所述扰流管件为16-40组。
12.在可选的实施方式中,所述进水孔和所述出水孔的孔径为12-25mm。
13.在可选的实施方式中,所述密封盖上设置有环形的进出水挡板,所述进出水挡板设置于所述进水孔和所述出水孔之间并隔离形成进水腔和出水腔。
14.在可选的实施方式中,所述内壁和所述底壁的连接处设置有倒角,所述倒角的半径大于5mm。
15.第二方面,本实用新型提供一种气化燃烧器,其包括燃烧器喷嘴以及如前述实施方式任一项所述的强化湍流换热的燃烧器冷却装置,所述燃烧器喷嘴设置于所述强化湍流换热的燃烧器冷却装置的所述安装腔内。
16.本实用新型实施例的有益效果是:本实用新型提供的强化湍流换热的燃烧器冷却装置利用安装于水夹套内的扰流管件实现对进入水夹套内的冷却水实现扰流,其中,扰流管件的切向设置,可以实现与高温辐射合成气切向、逆流方式换热,实现了冷却水贴壁流、多角度扰流和切向流,最大程度降低冷却结构内侧冷却水层流热阻,实现冷却水腔内无死角流动,有利于强化高温辐射区域冷却水湍流换热,并且消除冷却水换热死角,进而增强换热效率。此外,本技术中,利用扰流管件的出口朝向辐射最强,温度应力最集中,也最容易出现高温开裂的倒角处对应内壁底部,冷却水进入扰流管件被直接引流至内壁底部处,形成冲击流、冲击、湍流及切向流,从而最大限度降低该处层流热阻进一步强化换热效率。本实用新型通过对扰流管件的设计实现了吸收热量快、换热效率高、结构合理且整体运行寿命更长。安装有强化湍流换热的燃烧器冷却装置的气化燃烧器可以安全稳定的运行。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1为本实用新型实施例提供的强化湍流换热的燃烧器冷却装置的剖视图;
19.图2为本实用新型实施例提供的强化湍流换热的燃烧器冷却装置的俯视图。
20.图标:100-强化湍流换热的燃烧器冷却装置;
21.110-水夹套;111-内壁;112-外壁;113-底壁;114-安装腔;r-倒角;
22.120-密封盖;121-进水孔;122-出水孔;123-进出水挡板;
23.130-扰流管件;131-竖直管;132-倾斜管;133-第一扰流口;134-第二扰流口;α-切向夹角;
24.200-燃烧器喷嘴。
具体实施方式
25.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新
型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
26.因此,以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围,而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
27.应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
28.在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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,或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,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实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.此外,术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
30.在本实用新型的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;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。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
31.实施例
32.请参照图1和图2,本实施例提供一种强化湍流换热的燃烧器冷却装置100,其包括水夹套110、密封盖120和扰流管件130。本实施例中的水夹套110、密封盖120和扰流管件130均采用耐高温、时效强化金属锻件整体加工制作,随后经过焊接组合而成,本实施例提供的强化湍流换热的燃烧器冷却装置100主要目的是保护燃烧喷嘴在安全温度范围内操作。接下来分别对水夹套110、密封盖120和扰流管件130的结构进行介绍。
33.水夹套110包括内壁111、外壁112和底壁113,内壁111和外壁112连接至底壁113的两侧以围成环形的腔室。本实施例中,内壁111围成用于安装燃烧器喷嘴200的安装腔114,本实施例中的水夹套110用于供冷却水进出,实现对燃烧器喷嘴200进行冷却。具体来说,采用承压4.5-8.2mpa,温度为30-80℃的冷却水通入水夹套110中,通过水夹套110内部的扰流管件130实现将高温合成气辐射的热量带走,并将出水升温控制在6-10℃,确保该冷却结构始终在一定的温度范围内安全、连续、稳定、长周期运行。本技术中,内壁111和底壁113的连接处设置有倒角r,倒角r的半径大于5mm,有利于提高倒角r处高应力的结构,杜绝倒角r处开裂的情况发生。
34.密封盖120设置于水夹套110内且分别与外壁112和内壁111连接,密封盖120上设置有进水孔121和出水孔122,进水孔121和出水孔122的孔径为12-25mm。进水孔121和出水
孔122分别为水夹套110进水和出水,本实施例中,进水孔121和出水孔122的个数均为多个且一一对应,具体地,进水孔121和出水孔122的个数为16-40个。多个进水孔121和多个出水孔122均沿着水夹套110的轴心环向布置,每个进水孔121和每个出水孔122错落布置。本实施例中,密封盖120上设置有环形的进出水挡板123,进出水挡板123设置于进水孔121和出水孔122之间并隔离形成进水腔和出水腔。本实施例中,通过设置进出水挡板123,可以实现对多个进水孔121和多个出水孔122一并进行进水和出水,方便操作。
35.扰流管件130用于实现对水夹套110内的冷却水进行扰流,实现强化湍流换热的目的。具体来说,本实施例中的扰流管件130设置于水夹套110内且位于密封盖120下方,扰流管件130的一端与进水孔121连通,另一端朝向内壁111的底部开口。本实施例中,扰流管件130设置有相互连通的竖直管131和倾斜管132,竖直管131远离倾斜管132的一端与进水孔121连通,倾斜管132朝着靠近内壁111底部的方向倾斜向下,倾斜管132开设有第一扰流口133和第二扰流口134,第一扰流口133朝向外壁112底部开口,第二扰流口134朝向内壁111底部开口。具体来说,第二扰流口134朝向的位置即内壁111和底壁113的连接处设置有倒角r的位置,由于内壁111和低壁的连接处是辐射最强,温度应力最集中,也最容易出现高温开裂的部位,因此,本技术中对该处进行了传热强化,冷却水进入扰流管件130被直接引流在倒角r处,对倒角r处形成冲击流、冲击、湍流及切向流可最大限度降低该处层流热阻进一步强化换热效率。
36.进一步的,本技术中,扰流管件130的轴心线与水夹套110的内壁111相切,且切向夹角α为20-30
°
。本实施例中,扰流管件130的切向设置,可以实现与高温辐射合成气切向、逆流方式换热,实现了冷却水贴壁流、多角度扰流和切向流,最大程度降低冷却结构内侧冷却水层流热阻,实现冷却水腔内无死角流动,进一步增强换热效率。
37.本技术中,扰流管件130的个数也为多个,且与进水孔121一一对应,每个进水孔121均对应一个扰流管件130,扰流管件130为16-40组。多个扰流管件130均沿着水夹套110的轴心环向布置,扰流管件130远离进水孔121的一端位于两个相邻的出水孔122之间的下方。
38.本实施例中,利用扰流管件130实现将进水孔121进入的水按照扰流管件130进行运动,并从特定的第一扰流口133和第二扰流口134排出,由于本技术中,扰流管件130与水夹套110的内壁111切向设置,可以实现冷却水直接引流至内壁111和底壁113的连接处倒角r的位置,并且多组扰流管件130会使得冷却水形成切向流动和冲击湍流,极大强化了倒角r处的换热效率,进而可以有效规避该处开裂风险。另外,多组强化湍流换热耦合切向扰流管件130可以使得冷却水在冷却腔体中无换热死角、流动特性更优化。
39.此外,本实用新型中水夹套110内不再增设常规的换热筋片,换热筋片一般与冷却结构底部采用焊接或者整体加工成型,换热筋片采用焊接形式对冷却结构有残余焊接应力,残余应力对高温辐射及冷却周期循环载荷极为不利;换热筋片采用整体加工成型形式,筋片与冷却结构底部过渡加工精度较难保证,某些很小的结构不连续往往是导致结构开裂的根源所在。而本技术中国不需要增加换热筋片,因此避免了其他诱导开裂因素影响,提高了燃烧器喷嘴200在安全合理的冷却环境中稳定长周期运行的可行性。
40.强化湍流换热的燃烧器冷却装置100的工作原理是:承压4.5~8.2mpa,温度30~80℃冷却水从进水孔121进入到扰流管件130中,并从扰流管件130的第一扰流口133和第二
扰流口134排出实现强化湍流换热。其中,第一扰流口133朝向外壁112底部开口,第二扰流口134朝向内壁111底部开口,并且本实施例中,内壁111和底壁113的连接处设置有半径大于5mm的倒角r,第二扰流口134与辐射最强,温度应力最集中,也最容易出现高温开裂的倒角r处对应,冷却水进入扰流管件130被直接引流在倒角r处,对倒角r处形成冲击流、冲击、湍流及切向流可最大限度降低该处层流热阻进一步强化换热效率。此外,本技术中扰流管件130的切向设置,可以实现与高温辐射合成气切向、逆流方式换热,实现了冷却水贴壁流、多角度扰流和切向流,最大程度降低冷却结构内侧冷却水层流热阻,实现冷却水腔内无死角流动,进一步增强换热效率。换热后的冷却水从出水孔122排出。
41.此外,本实用新型还提供一种气化燃烧器,其包括燃烧器喷嘴200以及上述强化湍流换热的燃烧器冷却装置100,燃烧器喷嘴200设置于强化湍流换热的燃烧器冷却装置100的安装腔114内。安装有强化湍流换热的燃烧器冷却装置100的气化燃烧器可以安全稳定的运行。其中,水夹套110的内径尺寸为φ1,外径尺寸为φ2,密封盖120的安装高度为h,根据燃烧器喷嘴200的燃烧热辐射量及规格大小,调整φ1、φ2和h的尺寸。
42.综上所述,本实用新型提供的强化湍流换热的燃烧器冷却装置100利用安装于水夹套110内的扰流管件130实现对进入水夹套110内的冷却水实现扰流,其中,扰流管件130的切向设置,可以实现与高温辐射合成气切向、逆流方式换热,实现了冷却水贴壁流、多角度扰流和切向流,最大程度降低冷却结构内侧冷却水层流热阻,实现冷却水腔内无死角流动,有利于强化高温辐射区域冷却水湍流换热,并且消除冷却水换热死角,进而增强换热效率。此外,本技术中,利用扰流管件130的出口朝向辐射最强,温度应力最集中,也最容易出现高温开裂的倒角r处对应内壁111底部,冷却水进入扰流管件130被直接引流至内壁111底部处,形成冲击流、冲击、湍流及切向流,从而最大限度降低该处层流热阻进一步强化换热效率。本实用新型通过对扰流管件130的设计实现了吸收热量快、换热效率高、结构合理且整体运行寿命更长。安装有强化湍流换热的燃烧器冷却装置100的气化燃烧器可以安全稳定的运行。
43.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
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