一種霧化噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種霧化噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器，燃料由霧化波浪旋流器霧化并與空氣充分摻混，改善了燃燒狀態(tài)，增強(qiáng)了燃燒穩(wěn)定性，拓寬了穩(wěn)定運(yùn)行范圍，提高了燃燒效率并降低了污染物排放的效果；斜流通道使得在噴嘴出口的中心軸附近產(chǎn)生低速區(qū)，使得火焰燃燒速率與反應(yīng)流體流場速率均衡，防止熄火和火焰脈動現(xiàn)象的發(fā)生；支撐圓筒使得燃料和空氣流速更平穩(wěn)、流場更穩(wěn)定，可進(jìn)一步提高燃燒的穩(wěn)定性、完全性和效率；可以根據(jù)燃燒情況在擴(kuò)散燃燒模式和預(yù)混燃燒模式之間切換，可以適用于各種工況和燃料，極大地提高了燃燒性能。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及燃燒裝置
，尤其涉及一種霧化噴嘴和噴嘴陣列，其特別適用于燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐、化工爐等各種工業(yè)燃燒器。
技術(shù)介紹
燃?xì)廨啓C(jī)由于單機(jī)體積小和輸出功率大等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電力、航空、石油化工等行業(yè)。由于能源危機(jī)和環(huán)境惡化，急需發(fā)展高效清潔燃燒室，要求燃燒室具有點(diǎn)火可靠、燃燒穩(wěn)定、效率高及低排放等特性。當(dāng)前我國環(huán)境污染問題十分嚴(yán)重，發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)清潔燃燒技術(shù)十分迫切。燃?xì)廨啓C(jī)廠商已經(jīng)開發(fā)了多種清潔燃燒技術(shù)，如貧預(yù)混燃燒技術(shù)、稀相預(yù)混預(yù)蒸發(fā)技術(shù)、貧油直噴技術(shù)以及催化燃燒技術(shù)等，這些技術(shù)雖然可以有效降低污染物的排放，但都面臨燃燒不穩(wěn)定的問題。如美國通用公司開發(fā)的一種用于液體燃料燃燒的徑向分級燃燒技術(shù)，可以有效降低一氧化氮排放。但是，由于主火焰穩(wěn)定在剪切層的低速邊沿，剪切層低速區(qū)域附近會產(chǎn)生周期性的渦脫落，在穩(wěn)定點(diǎn)附近易產(chǎn)生振蕩，在非設(shè)計工況運(yùn)行時易發(fā)生燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象。與燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器類似，其它各類工業(yè)燃燒器也面臨著穩(wěn)定燃燒與降低污染物排放的矛盾。作為燃燒器的重要部件，噴嘴對燃燒穩(wěn)定、燃燒效率、燃燒完全性和污染物排放有重要影響，因此，采用何種結(jié)構(gòu)的噴嘴來達(dá)到燃燒穩(wěn)定、效率高、燃燒完全、低排放和靈活調(diào)整燃燒模式的要求，成為本領(lǐng)域亟待研究的課題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
(一)要解決的技術(shù)問題為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本專利技術(shù)提供了一種霧化噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器。(二)技術(shù)方案本專利技術(shù)提供了一種霧化噴嘴，包括：內(nèi)層圓筒21、外層圓筒11和M層霧化波浪旋流器31，其中，所述M層霧化波浪旋流器31夾設(shè)于所述內(nèi)層圓筒21和外層圓筒11之間，其沿圓筒徑向四周依次排列；相鄰霧化波浪旋流器之間、最內(nèi)層霧化波浪旋流器與內(nèi)層圓筒21之間以及最外層霧化波浪旋流器與外層圓筒11之間形成M+1層氣流通道，霧化波浪旋流器噴出的霧化燃料與氣流通道的空氣摻混，其中，1≤M≤100。優(yōu)選地，所述霧化波浪旋流器31為波浪形內(nèi)壁32、波浪形外壁33和蛇形頂壁34圍成的底端開口的腔體，所述腔體作為燃料通道38，其呈現(xiàn)沿徑向起伏的N個波峰35和N個波谷36沿周向相間排列的結(jié)構(gòu)，所述霧化波浪旋流器的氣流出口端開有噴孔37，燃料流經(jīng)霧化波浪旋流器燃料通道并由噴孔37噴出，在氣流通道的空氣作用下被霧化并與空氣摻混，其中，2≤N≤10000。優(yōu)選地：所述蛇形頂壁(34)開有K排噴孔；和/或所述波浪形內(nèi)壁的氣流出口端開有K排L列噴孔；和/或所述波浪形外壁的氣流出口端開有K排L列噴孔；和/或所述波浪形內(nèi)壁的氣流入口端開有K排L列噴孔；和/或所述波浪形外壁的氣流入口端開有K排L列噴孔；其中1≤K、L≤10000。優(yōu)選地，所述內(nèi)層圓筒的氣流出口端安裝錐形結(jié)構(gòu)，所述錐形結(jié)構(gòu)開有噴孔。優(yōu)選地，所述霧化波浪旋流器的燃料通道、相鄰霧化波浪旋流器之間、最內(nèi)層霧化波浪旋流器與內(nèi)層圓筒21之間以及最外層霧化波浪旋流器與外層圓筒11之間形成的M+1層氣流通道為由霧化波浪旋流器的底端向頂端延伸、并與軸向具有預(yù)設(shè)角度的斜流通道。優(yōu)選地：在斜流通道旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r針旋轉(zhuǎn)情況下，所述斜流通道與軸向的夾角范圍為-90°至0°；在斜流通道旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r針旋轉(zhuǎn)情況下，所述斜流通道與軸向的夾角范圍為0°至90°。優(yōu)選地，所述霧化波浪旋流器還包括：支撐圓筒內(nèi)壁41和支撐圓筒外壁42組成的支撐圓筒；其中，所述支撐圓筒內(nèi)壁的頂端與霧化波浪旋流器內(nèi)壁的底端連接，所述支撐圓筒外壁的頂端與霧化波浪旋流器外壁的底端連接，相鄰支撐圓筒之間以及支撐圓筒內(nèi)壁和外壁之間形成引流通道，所述引流通道與霧化波浪旋流器形成的斜流通道連通。優(yōu)選地：至少一層霧化波浪旋流器可沿圓筒軸向移動，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散燃燒模式和預(yù)混燃燒模式的切換；和/或所述內(nèi)層圓筒的氣流出口端在軸向向氣流入口方向與外層圓筒的氣流出口端錯開一定距離設(shè)置。本專利技術(shù)還提供了一種噴嘴陣列，包括：多個上述任一種霧化噴嘴，其中，所述噴嘴陣列為圓形陣列，所述圓形陣列包括P圈噴嘴，每圈噴嘴包括Q個噴嘴，其中1≤P、Q≤100；或者，所述噴嘴陣列為矩形陣列，所述矩形陣列包括P行噴嘴，每行噴嘴包括Q個噴嘴，其中1≤P、Q≤100。本專利技術(shù)還提供了一種燃燒器，包括：上述任一種霧化噴嘴，或上述噴嘴陣列。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本專利技術(shù)的霧化噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器具有以下有益效果：(1)燃料由霧化波浪旋流器底端流入霧化波浪旋流器，經(jīng)霧化波浪旋流器腔體并由噴孔噴出，霧化后的燃料與氣流通道流出的空氣充分摻混，形成可燃混合物，從而改善了燃燒狀態(tài)，增強(qiáng)了燃燒穩(wěn)定性，拓寬了穩(wěn)定運(yùn)行范圍，提高了燃燒效率并降低了污染物排放的效果；(2)燃料和空氣經(jīng)過斜流通道時，在斜流通道的作用下，沿軸向運(yùn)動向噴嘴外側(cè)流動，同時還會沿圓周方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在噴嘴出口的中心軸附近產(chǎn)生低速區(qū)，該低速區(qū)使得火焰燃燒速率與反應(yīng)流體流場速率均衡，防止熄火和火焰脈動現(xiàn)象的發(fā)生，進(jìn)一步提高了燃燒的穩(wěn)定性，該第一低速區(qū)還使得未燃燒完全的反應(yīng)流體回流，回流的反應(yīng)流體繼續(xù)參與燃燒，提高了燃燒的完全性和效率；(3)支撐圓筒起到導(dǎo)流作用，使得燃料和空氣流速更平穩(wěn)、流場更穩(wěn)定，可進(jìn)一步提高燃燒的穩(wěn)定性、完全性和效率；(4)可以根據(jù)燃燒情況在擴(kuò)散燃燒模式和預(yù)混燃燒模式之間切換，可以充分利用擴(kuò)散燃燒模式和預(yù)混燃燒模式的優(yōu)點(diǎn)，而盡量避免二者的缺點(diǎn)，可以適用于各種工況和燃料，極大地提高了燃燒性能。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實(shí)施例的霧化噴嘴的三維示意圖；圖2為圖1所示噴嘴的俯視圖；圖3為圖1所示噴嘴的半剖示意圖；圖4為霧化波浪旋流器截取兩個波峰和波谷的示意圖；圖5為圖1所示噴嘴關(guān)鍵尺寸示意圖；圖6為本專利技術(shù)實(shí)施例的內(nèi)層圓筒氣流出口端安裝有錐形結(jié)構(gòu)的霧化噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本專利技術(shù)實(shí)施例的波浪形內(nèi)壁和波浪形外壁的氣流入口端開有噴孔的霧化波浪旋流器結(jié)構(gòu)示意圖?！痉栒f明】11-外層圓筒；21-內(nèi)層圓筒；22-中間通道；31-霧化波浪旋流器；32-波浪形內(nèi)壁；33-波浪形外壁；34-蛇形頂壁；35-波峰、36-波谷、37-噴孔；38-燃料通道；39-氣體出口端截面形線；40-引導(dǎo)線；41-支撐圓筒內(nèi)壁；42-支撐圓筒外壁；43-內(nèi)側(cè)流道；44-外側(cè)流道；45-中間流道；A-外層圓筒內(nèi)徑；B-內(nèi)層圓筒內(nèi)徑；C-霧化波浪旋流器與外層圓筒內(nèi)壁之間的徑向距離；D-霧化波浪旋流器與內(nèi)層圓筒外壁之間的徑向距離；E-外側(cè)流道徑向?qū)挾?；F-內(nèi)側(cè)流道徑向?qū)挾龋籊-中間流道徑向?qū)挾龋籌-霧化波浪旋流器氣流出口端與內(nèi)層圓筒氣流出口端的軸向距離；H-內(nèi)層圓筒氣流出口端與外層圓筒氣流出口端的軸向距離。具體實(shí)施方式為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本專利技術(shù)進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1-4所示，本專利技術(shù)第一實(shí)施例的霧化噴嘴，其包括內(nèi)層圓筒21、外層圓筒11、M層霧本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種霧化噴嘴，其特征在于，包括：內(nèi)層圓筒(21)、外層圓筒(11)和M層霧化波浪旋流器(31)，其中，所述M層霧化波浪旋流器(31)夾設(shè)于所述內(nèi)層圓筒(21)和外層圓筒(11)之間，其沿圓筒徑向四周依次排列；相鄰霧化波浪旋流器之間、最內(nèi)層霧化波浪旋流器與內(nèi)層圓筒(21)之間以及最外層霧化波浪旋流器與外層圓筒(11)之間形成M+1層氣流通道，霧化波浪旋流器噴出的霧化燃料與氣流通道的空氣摻混，其中，1≤M≤100。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種霧化噴嘴，其特征在于，包括：內(nèi)層圓筒(21)、外層圓筒(11)
和M層霧化波浪旋流器(31)，其中，
所述M層霧化波浪旋流器(31)夾設(shè)于所述內(nèi)層圓筒(21)和外層
圓筒(11)之間，其沿圓筒徑向四周依次排列；相鄰霧化波浪旋流器之間、
最內(nèi)層霧化波浪旋流器與內(nèi)層圓筒(21)之間以及最外層霧化波浪旋流器
與外層圓筒(11)之間形成M+1層氣流通道，霧化波浪旋流器噴出的霧
化燃料與氣流通道的空氣摻混，其中，1≤M≤100。
2.如權(quán)利要求1所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述霧化波浪旋流
器(31)為波浪形內(nèi)壁(32)、波浪形外壁(33)和蛇形頂壁(34)圍成
的底端開口的腔體，所述腔體作為燃料通道(38)，其呈現(xiàn)沿徑向起伏的N
個波峰(35)和N個波谷(36)沿周向相間排列的結(jié)構(gòu)，所述霧化波浪旋
流器的氣流出口端開有噴孔(37)，燃料流經(jīng)霧化波浪旋流器燃料通道并
由噴孔(37)噴出，在氣流通道的空氣作用下被霧化并與空氣摻混，其中，
2≤N≤10000。
3.如權(quán)利要求2所述的霧化噴嘴，其特征在于：
所述蛇形頂壁(34)開有K排噴孔；和/或
所述波浪形內(nèi)壁的氣流出口端開有K排L列噴孔；和/或
所述波浪形外壁的氣流出口端開有K排L列噴孔；和/或
所述波浪形內(nèi)壁的氣流入口端開有K排L列噴孔；和/或
所述波浪形外壁的氣流入口端開有K排L列噴孔；
其中1≤K、L≤10000。
4.如權(quán)利要求1所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述內(nèi)層圓筒的氣
流出口端安裝錐形結(jié)構(gòu)，所述錐形結(jié)構(gòu)開有噴孔。
5.如權(quán)利要求1所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述霧化波浪旋流
器的燃料通道、相鄰霧化波浪旋流器之間、最內(nèi)層霧化波...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李鋼，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院工程熱物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11