中国国家知识产权局官网于2026年9月8日发布专利申请公布公告：太原黑猫炭黑有限责任公司申请的一种炭黑生产燃烧室与轴向油枪集成结构，以公布号 CN122708324A 予以公布，申请日为2026年6月11日。该专利通过旋流片导流组织空气流场、轴向燃料支管与径向孔双入炉模式、以及锥形多孔位喷头细化喷射等设计，实现了燃料与空气在炉前的强化预混和工况自适应配风配燃，在结构层面逻辑清晰、可实施性强。实际工业效果有待中试验证燃烧效率、炉内温度场均匀性、原料油单耗与炭黑收率等关键指标后形成完整技术闭环。

技术背景与问题   炭黑反应炉前端燃烧段的核心任务是形成稳定、均匀的高温燃烧带，为后续原料油高温裂解提供可控热场。在传统油炉法炭黑生产中，燃烧段通常采用简单扩散式结构，仅设置空气入口和单一轴向油枪，燃料与空气之间缺乏主动的组织混合手段。空气进入燃烧室后呈无规自由射流，燃料从轴向油枪端部或简单支管喷出，两者主要依靠分子扩散和有限湍流进行混合，气流无组织、掺混路径短。这种混合方式在实际运行中暴露出三个层面的技术缺陷。

首先是混合不充分。由于缺少导流旋流结构，空气与燃料接触面积有限，局部区域出现富燃（燃料过剩、氧气不足）或贫燃（空气过剩、燃料不足）现象。富燃区产生大量未燃烃类和一氧化碳，不仅浪费燃料，还会在后续反应区消耗裂解所需热量；贫燃区则因燃料不足导致局部温度偏低，影响整体热负荷的均匀输出。其次是入炉模式单一。传统结构只能通过轴向油枪沿炉体中心线喷入燃料，仅能形成长火焰轴向燃烧模式，无法适配不同生产负荷和不同油品的燃烧特性。高负荷工况下需要快速建立高温场时，单一轴向喷射的燃料驻留时间短、混合速率跟不上燃烧速率，造成火焰拉长、燃烧带后移。第三是火焰分布不均直接导致炉内温度场紊乱。燃烧段温度波动会向下游传递，影响原料油雾化的热裂解反应路径，进而波动炭黑粒子的粒径分布、结构度和着色强度等关键质量指标，同时降低整体收率。

技术方案   本发明提供一种燃烧室、燃料混合室与轴向油枪集成的前端部结构，核心思路是将"预混—旋流—双模喷燃"集成于同一炉头组件，从源头改善燃烧质量。

整体架构上，燃料混合室布置在燃烧室前端，二者同轴串联。燃料混合室侧壁开设空气进气口，轴向油枪沿中心线横穿燃料混合室并伸入燃烧室内部，油枪主体兼作支撑与点火通道。轴向油枪外部依次套设燃料管道和旋流片。燃料管道上设置总燃料进气口，并引出至少两根燃料支管，支管沿周向分布。旋流片固定在燃料混合室的空气进气口下游位置，片上开设有与燃料支管数量匹配的安装孔以及用于炉内观察的观测孔。燃料支管穿过安装孔伸入混合室，使燃料喷射点恰好处于旋流场的作用范围内。

空气从进气口进入燃料混合室后，首先撞击旋流片的叶片。旋流片采用风扇状结构，设有8至12个叶片，每个叶片的倾斜角度控制在10至30度之间。空气流经倾斜叶片后被强制导流转为绕轴线的定向旋转气流，在混合室内形成稳定的旋流场。燃料从各支管喷出后，立即被旋流空气裹挟、剪切并分散，在湍流掺混作用下实现燃料与空气的快速均匀混合。旋流场的切向速度分量延长了燃料颗粒在混合室内的驻留时间，轴向速度分量则将预混气体推送入燃烧室，形成有序的燃烧前锋。

为进一步细化燃料雾化效果，燃料支管端头配置多孔位喷头。该喷头为锥形结构，侧壁上沿周向环形阵列分布多个燃料孔位。燃料经多孔分流后以多股细射流形式喷出，显著增大了与旋流空气的接触面积，减少了大液滴或大燃料团的出现概率，从源头降低局部富燃风险。

燃烧室侧壁上额外开设至少两个径向孔，孔径范围为100至150毫米，各径向孔与外部燃料环管连接。径向孔沿燃烧室半径方向喷入燃料，与轴向支管的喷射形成空间交叉。这一设计提供了双入炉模式：轴向支管燃料流量占总燃料流量的30%至40%，沿炉体轴向喷射，适配长火焰稳态燃烧需求；径向孔燃料流量占总燃料流量的60%至70%，沿径向垂直喷入燃烧室，适配短火焰快速燃烧需求。在高负荷生产模式下，同时启用轴向和径向入炉，燃料从两个方向进入燃烧室，旋流空气裹挟两路燃料在炉内形成立体湍流混合区，火焰短而集中、升温快；在低负荷模式下，仅启用轴向支管入炉，火焰沿轴向延伸、燃烧温和，适合长时间稳态运行。两种模式可通过阀门切换实现在线调节，无需改造硬件。

开发效果与技术预期   专利说明书中明确记载的有益效果可归纳为三个方面。第一，旋流片强制导流使空气从无序自由射流转变为有序旋流场，燃料经多支管和多孔喷头分流后，在旋流剪切作用下与空气充分掺混，有效消除局部富燃和贫燃区，促进燃料完全燃烧，减少未燃烃类流失。第二，轴向与径向双入炉模式赋予反应炉前端对不同工况的适配能力。高负荷时轴向加径向复合喷燃可快速建立高温场，低负荷时仅轴向喷燃可维持火焰稳定而不致过热，同一炉头结构可覆盖更宽的生产负荷区间。第三，火焰分布均匀性改善后，炉内温度场趋于稳定，为后续原料油裂解提供了可控且一致的热力学条件，有利于提高炭黑生成反应的稳定性和最终收率。

行业公开基准参数（非本专利实测数据）显示，在同类轴向旋流燃烧改造的公开案例中，曾有炉膛中心温度提升80至120摄氏度、原料油单耗降低3%至5%、炭黑产率提升5%至8%的报道，相关数据引自炭黑行业公开技术推介与中国橡胶工业协会炭黑分会公开信息。以上数据不属于本专利自有试验数据，仅作技术定位参考。基于本专利的结构机理，旋流组织混合与轴向/径向复合喷燃在燃烧完全性、热场均匀性和能耗控制方面具有合理的技术改进潜力，但具体效果必须通过中试验证或工业化标定获取定量数据，包括不同负荷下的燃烧效率曲线、炉内温度分布图谱、原料油单耗对比和炭黑收率统计等关键指标。结论   CN122708324A 提供了一种面向炭黑反应炉前端燃烧段的结构集成方案，其技术价值在于将空气旋流组织、燃料多支管分流、轴向/径向双模喷燃和多孔雾化喷头整合于紧凑的炉头组件中，在机械设计层面实现了燃烧前预混强化与工况自适应调节的统一。该方案对现有炭黑生产线的燃烧段改造具有明确的工程指向性，但作为技术评价，其实际工业效果尚需通过中试或在线标定形成量化验证闭环。