專利名稱:燃燒流體燃料的方法和裝置的制作方法
本發(fā)明涉及的是用于燃燒液體、氣體或粉化燃料的方法和裝置，以后稱為流體燃料。
早在1961年，弗·赫·瑞因斯特(F·H·Reynst)就曾提出過當(dāng)時剛被公認(rèn)的說法，即聲波的振動對燃燒會產(chǎn)生一種有益效應(yīng)。在此方面，可參考1961年紐約波哥芒(Pergamon)出版社出版的弗·赫·瑞因斯特(F·H·Reynst)著作集第13到第15頁所述的脈沖燃燒。雖然聲波振動很微弱，但能使氣體對燃料顆粒產(chǎn)生相對運(yùn)動，因此，能充分地將包圍該顆粒的燃燒生成物同該顆粒分開，導(dǎo)致了燃燒速度的加快。瑞因斯特介紹了此原理應(yīng)用于煤粉爐的情況。用鼓風(fēng)機(jī)將燃料和空氣的混合物輸送至預(yù)燃室，該預(yù)燃室位于兩個順著流動方向擴(kuò)張的錐形通道之間。燃料中的易揮發(fā)成份在預(yù)燃室中燃燒，火焰被引入火焰管中。在預(yù)燃室中的火焰脈沖波傳播到火焰管中，火焰管中的空氣被諧振，使空氣對燃料顆粒做相對的移動，這樣，如上所述就加速了燃燒。
瑞典書7701764-8(公開號為412635)中介紹了一種燃燒粉化固體，液體或氣體燃料的方法，該方法是基于瑞因斯特所述的原理。然而，根據(jù)該書所述，不是由爐子的火焰來產(chǎn)生振動。作用到燃燒火焰上的聲能是由外部裝置例如聲波發(fā)射器來產(chǎn)生的，聲波的頻率范圍是從亞聲頻到超聲頻。但是，瑞典書7701764-8中所述的方法，顯然尚不能在實(shí)際中有效地應(yīng)用，可以說該方法尚有待于向工業(yè)應(yīng)用方面發(fā)展。還有類似的方法，如瑞士書281373和德國書472812所介紹的那樣。按照瑞士書所述，振動至少傳到一部分燃燒室和煙氣上，而按照德國書所述，由于顆粒狀的燃料和燃燒的空氣以及二次燃燒的空氣的擴(kuò)散產(chǎn)生了振蕩。
生了振蕩。
蘇聯(lián)發(fā)明人(弗·斯·薩費(fèi)里安寧V·S·Severyanin)證書228216中介紹一種在燃料層上的脈沖燃燒，用一層會增大自由振蕩的固體燃料來取代瑞克(Rijke)管的熱格。但其效果甚差，原因是僅利用了其自身產(chǎn)生的振蕩所致。
美國書2，945，459描述了脈動燃燒的方法和裝置，其中脈動空氣輸送到形成部分接受脈動空氣的諧振管的燃燒室內(nèi)。諧振管的諧振頻率可以借助于一插桿來調(diào)節(jié)，該插桿封閉諧振管的一端，另一端是開口的，燃料被供給到其兩端之間共振管內(nèi)的空氣中。
本發(fā)明的主要目的是提供一種燃燒流體燃料的方法。燃料擴(kuò)散在燃燒空氣中，并受到由發(fā)聲器產(chǎn)生的聲波的作用，該發(fā)聲器包括具有封閉端和開口端的管狀諧振器，該方法進(jìn)一步地改善了聲波對燃燒的影響，并且實(shí)際上能用在工業(yè)中。
為了達(dá)到此目的，本發(fā)明的方法具有如權(quán)利要求
1的特征。
用這種方法，在諧振器中往復(fù)空氣的最大速度1即質(zhì)點(diǎn)速度，將在諧振器的開口端獲得，這是由于當(dāng)發(fā)聲器以諧振器的基本聲頻工作時，將在管狀諧振器中獲得標(biāo)準(zhǔn)四分之一波長的原因所致。這樣，通過由發(fā)聲器產(chǎn)生的往復(fù)運(yùn)動的空氣便可獲得燃燒粒子振動，這樣燃料粒子將更完全地進(jìn)入空氣中，而燃燒速度將增加。其結(jié)果火焰長度將比沒有提供聲波活化的情況短。
這種方法與在上面提到的美國書2，945，459中所公開的方法相反，在那里被送入諧振管的空氣脈沖頻率并未被限定，并在任何情況下未被定作基本聲頻。此外，把燃料輸送到諧振管的地方，規(guī)定為粒子最大質(zhì)點(diǎn)速度的地方。
本發(fā)明也提供了一實(shí)施該方法的裝置，如權(quán)利要求
7的裝置。為了更清楚地解釋發(fā)明，參照其中的附圖圖1是實(shí)施本發(fā)明方法的裝置的軸向剖面圖，該裝置與一個鍋爐相連。
圖2是裝置的部分側(cè)視圖。
圖3是沿圖1Ⅲ-Ⅲ線放大的部分剖面圖。
圖4所示的是當(dāng)油在有聲波活化和沒有聲波活化的情況下燃燒時的火焰的等溫曲線圖。
圖1到圖3所示的燃燒器包括一個管狀諧振器10，其長度為所發(fā)出聲波波長的四分之一。一個進(jìn)給器11，(該進(jìn)給器11在本說明書中稱之為振蕩器exigator)，振蕩器11固定在諧振器的一端，并形成一個低頻聲波發(fā)聲器，振蕩器11與驅(qū)動氣體的供給管路12連接。發(fā)聲器可以是一個在美國1982年11月23日書4，359，962中描述的正反饋式亞聲頻發(fā)生器。但是任何其他的亞聲頻發(fā)生器均可以用于本發(fā)明。
在諧振器10的另一端形成一個90°的彎曲部分13，并終止于擴(kuò)散器14，彎曲部分和擴(kuò)散器形成四分之一波諧振器的一部分。擴(kuò)散器由具有用來壓縮燃燒空氣的切出口(16)的空氣套15包圍著。用空氣套的環(huán)形法蘭17將燃燒器裝到圖1所示的鍋爐壁18外側(cè)，擴(kuò)散器14的出口大約上與壁18的內(nèi)表面齊平。在擴(kuò)散器出口的周圍，空氣套15形成環(huán)形出口，葉片19裝在環(huán)形開口中，在空氣套和擴(kuò)散器之間形成分隔器。如圖3所示這些葉片19與擴(kuò)散器的軸向形成一個角度，以便使由空氣套15通過環(huán)形排出孔排出的燃燒空氣圍繞著擴(kuò)散器的軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
一個導(dǎo)向管20沿擴(kuò)散器14的軸線延伸通過彎曲部分13，并借助于支架21裝在彎曲部分內(nèi)。
一個供給流體燃料的噴管22，可以更換地裝在導(dǎo)向管20中，以便在其軸向調(diào)節(jié)。
在所示的實(shí)施例中，為了輸送粉煤設(shè)置了噴管22，并在噴管22的出口端，該出口端位于擴(kuò)散器內(nèi)，錐體23借助于支架24裝在噴管22上，而其頂部朝著噴管22的內(nèi)腔。在錐形體23的根部裝有環(huán)形法蘭25，這樣，通過噴管輸送的粉煤，由壓縮空氣帶入噴管內(nèi)，粉煤將通過錐形體23和與其相連接的法蘭25轉(zhuǎn)變方向，大致上是沿其徑向朝著擴(kuò)散器14的外圓周，噴管22可以在其軸向調(diào)節(jié)，以便把燃料供給到擴(kuò)散器中的最佳位置上去。
為了供給其他形式的流體燃料，例如粉泥煤、木粉、煤水漿、其他含煤的漿、其他漿、油或氣體，噴管22的出口端可以設(shè)置不同于在此已公開的形式。在使用煤的情況下，燃料供給是借助于擴(kuò)散在空氣中的壓縮空氣來實(shí)現(xiàn)的。與燃料一起供給的空氣量由通過諧振器10用于操作振蕩器11的空氣量來補(bǔ)充。另外的燃燒空氣通過入口16供給;經(jīng)空氣套15通過其環(huán)形出口排出。
最好，低頻發(fā)生器的諧振器10具有四分之一波長形式和以其基本聲頻工作，最大頻率為60Hz，最好，最大頻率是30Hz;然而，20Hz或更小是最佳的。噴管22是這樣調(diào)節(jié)的，即使燃料的供給產(chǎn)生在擴(kuò)散器14的最佳位置。因此，在諧振器開口處，供給的流體粒子以及空氣和其他氣體在聲波的影響下產(chǎn)生了往復(fù)運(yùn)動，這種運(yùn)動增強(qiáng)了燃料的燃燒。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)供給的燃料在管狀諧振器的開口處受到低頻聲作用時，將會迅速燃燒，并且當(dāng)過量燃燒空氣很少時，煙氣中未燃燒粒子的含量也很低。從燃燒器出來的火焰比傳統(tǒng)燃燒器的短，這樣需要將燒油鍋爐改變成燒粉煤鍋爐，是很有利的。以上情況可通過圖4的曲線圖說明了。圖中水平軸線代表擴(kuò)散器14的軸向長度，垂直軸代表離開擴(kuò)散器中心線的徑向距離。在水平軸以上，表示的是燃燒油料時，未借助于提供低頻聲活化的等溫線，在水平軸以下，表示的是燃燒油料時，按照本發(fā)明提供低頻聲活化的等溫線。由圖可以看到，提供聲活化的火焰長度實(shí)際上比沒有聲活化的短。也可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擴(kuò)散器限制其作用時，火焰的一部分被抽入諧振器內(nèi)，也促進(jìn)了火焰的縮短。由曲線圖中看到，由于聲音活化火焰的根部的溫度增高，但是，由于受到通過空氣套供給的燃燒空氣的冷卻，擴(kuò)散器能夠在不由專門的抗熱材料制成的情況下經(jīng)受這樣高的溫度。為了通過本發(fā)明獲得最大的效率，低頻聲發(fā)生器是這樣選擇的，即火焰的長度小于四分之一聲波長度。
也發(fā)現(xiàn)煙氣中的氧化氮的含量比在沒有聲活化的情況下低，它是通過低頻聲獲得的另外的一個優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.用于流體燃料燃燒的方法和裝置，在其內(nèi)燃料被擴(kuò)散在燃燒空氣中，并受到由具有閉口端和開口端管狀諧振器的發(fā)聲器產(chǎn)生的聲音的作用，其特征在于發(fā)聲器以其諧振器的基本聲頻工作，最高頻率為60Hz，燃料供到諧振器中大致為質(zhì)點(diǎn)速度最高處，使燃燒空氣和輸入其中的燃燒粒子產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征在于至少使一部分燃燒空氣通過發(fā)聲器的諧振器。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的方法，其特征在于另一部分燃燒空氣以諧振器開口端的環(huán)形屏幕的形式供給。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的方法，其特征在于形成所說的燃燒空氣屏幕圍繞著諧振器開口端的軸線旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征在于低頻發(fā)聲器的頻率是這樣選擇的即火焰的長度小于四分之一聲波長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1-5中任何一權(quán)利要求
的方法，其特征在于發(fā)聲器為正反饋式發(fā)聲器。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1-6中任何一權(quán)利要求
的方法的裝置，該裝置包括一個具有管狀諧振器(10)的發(fā)聲器(10、11)和一個流體燃料供給裝置(22)，該燃料被擴(kuò)散在燃燒空氣中，其特征在于發(fā)聲器(10、11)是四分之一波長式發(fā)聲器，在其開口端，發(fā)聲器的諧振器形成一個擴(kuò)散器(14)，并且，所說的裝置(22)，把燃料供給到擴(kuò)散器(14)的內(nèi)腔中。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的裝置，其特征在于所說的供給燃料的裝置(22)在擴(kuò)散器(14)的軸向是可調(diào)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的裝置，其特征在于擴(kuò)散器(14)由供給燃燒空氣的空氣套(15)所包圍，該空氣套(15)圍繞擴(kuò)散器的出口形成一個環(huán)形出口。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的裝置，其特征在于葉片(19)裝在環(huán)形出口中，該葉片與擴(kuò)散器(14)的軸向成一個角度。
專利摘要
本發(fā)明涉及的是流體燃料燃燒的方法和裝置。為了改善燃燒速度和效率，燃料被擴(kuò)散在燃燒空氣中，并受到由低頻率發(fā)聲器產(chǎn)生的聲波的高質(zhì)點(diǎn)速度的作用，聲的頻率由發(fā)聲器來確定，最高頻率為30HZ。燃燒空氣和輸送到那里的燃料粒子可以獲得往復(fù)運(yùn)動。發(fā)聲器是四分之一波長式發(fā)聲器，具有管狀諧振器，在其開口端形成一個擴(kuò)散器。
文檔編號F23D99/00GK85101521SQ85101521
公開日1987年1月17日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者馬茨·奧爾森, 羅蘭·桑特田 申請人:瑞典通用電器斯泰爾公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan