一種雙入口帶有催化劑的噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器制造技術

一種雙入口帶有催化的噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器，噴嘴包括中間圓筒、外壁圓筒、網孔板、波浪旋流器及催化劑涂層。波浪旋流器同軸設置于外壁圓筒內，中間圓筒嵌入波浪旋流器；內外圈旋流結構與中間圓筒、外壁圓筒圍成內外流道，并形成內外摻混區，內外流道的可燃混合物在出口摻混區摻混。波浪旋流器、中間圓筒和網孔板上覆蓋催化劑涂層。燃料和空氣在進入噴嘴前并不摻混分別由不同通道進入，外摻混區的可燃混合物帶有旋轉運動，在離心力作用下使可燃混合器在噴嘴出口形成擴張形火焰，提高了燃燒的穩定性；中間圓筒出口區流出的可燃物為無旋的軸向運動，可防止在噴嘴出口形成強回流區，降低了污染物排放，具有良好的燃燒穩定性和低污染物排放。

A double inlet nozzle with a catalyst, a nozzle array, and a burner

A dual inlet with a catalytic nozzle, nozzle array, and burner. The nozzle includes an intermediate cylinder, an outer wall cylinder, a mesh plate, a wave swirler, and a catalyst coating. The cyclone waves are coaxially arranged in the outer wall of the cylinder, the middle cylinder embedded wave cyclone; cyclone outer ring structure and intermediate cylinder, outer wall of the cylinder formed inside and outside the channel, and the formation of internal and external mixing zone, combustible mixture in the flow mixing zone mixing outlet. The wave swirler, the intermediate cylinder and the mesh plate are coated with catalyst coatings. Fuel and air into the nozzle before not mixing were entered by different channels, external mixing zone of combustible mixture with rotary motion, the combustible mixture under the action of centrifugal force to form expanding flame at the nozzle exit, improve the stability of the combustion of combustible materials; out of intermediate cylinder export zone for axial movement without rotation. Can prevent the formation of a strong recirculation zone at the nozzle exit, reduce pollutant emissions, with good combustion stability and low pollutant emission.

【技術實現步驟摘要】
一種雙入口帶有催化劑的噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器
本專利技術涉及燃燒裝置
，尤其涉及一種雙入口帶有催化劑的噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器，其特別適用于燃氣輪機、鍋爐、化工爐等各種工業燃燒器。
技術介紹
工業生產如冶煉、石化、制藥、造紙及采礦等行業會產生大量有害氣體和低熱值氣體，這些氣體直接排放到大氣中會嚴重污染環境，而且還浪費了能源。如果將這些氣體燃燒利用，不但減小了環境污染和節約能源。當前我國環境污染問題十分嚴重，發展相關清潔燃燒技術十分迫切。此外，航空發動機、發電用燃氣輪機、艦船用燃氣輪機也都需要燃燒器。燃燒器廠商已經開發了多種清潔燃燒技術，如貧預混燃燒技術、稀相預混預蒸發技術、貧油直噴技術等，這些技術雖然可以有效降低污染物的排放，但都面臨燃燒不穩定的問題，或者燃燒器結構復雜、零部件多、成本高的問題。因而，亟需開發一種結構簡單緊湊、零部件少、燃燒穩定、污染物排放低的燃燒器。
技術實現思路
(一)要解決的技術問題為了解決現有技術存在的上述問題，本專利技術提供了一種雙入口帶有催化劑的噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器。(二)技術方案本專利技術提供了一種雙入口帶有催化劑的噴嘴，該噴嘴包括中間圓筒、外壁圓筒、網孔板、波浪旋流器及催化劑涂層，其中：所述波浪旋流器同軸設置于所述外壁圓筒內；所述中間圓筒沿所述波浪旋流器軸向、由所述波浪旋流器的出口端嵌入所述波浪旋流器，所述波浪旋流器被分割成內圈旋流結構和外圈旋流結構；所述外圈旋流結構、中間圓筒與外壁圓筒圍成外流道，所述內圈旋流結構與中間圓筒圍成內流道；所述網孔板設置于中間圓筒內，所述網孔板與波浪旋流器的出口端之間形成內摻混區，所述內摻混區與內流道連通；所述外壁圓筒、波浪旋流器的出口端與中間圓筒圍成外摻混區，所述外摻混區與外流道連通，所述外壁圓筒突出于中間圓筒的部分形成出口摻混區；流入內流道的燃料和空氣進入內摻混區摻混成為第一帶旋可燃混合物，流入外流道的燃料和空氣進入外摻混區摻混成為第二帶旋可燃混合物，第一帶旋可燃混合物經網孔板后成為無旋可燃混合物，無旋可燃混合物與第二帶旋可燃混合物在出口摻混區摻混；所述催化劑涂層位于波浪旋流器、中間圓筒、網孔板上和多圓筒結構上，在波浪旋流器兩側使用覆蓋不同類型催化劑。上述方案中，所述波浪旋流器由沿徑向起伏的多個波峰和多個波谷沿周向相間排列而成，沿周向排列的波谷圍成內接圓，沿周向排列的波峰形成外切圓，所述中間圓筒的直徑處于內接圓直徑和外切圓直徑之間。上述方案中，在所述波浪旋流器上的內接圓與外切圓之間布置多個圓筒，這些圓筒上覆蓋催化劑涂層，同一個圓筒上的不同位置可根據接觸燃燒反應物的種類覆蓋不同類型的催化劑；所述波浪旋流器的出口端修剪出凹槽。上述方案中，部分或全部所述內圈旋流結構沿軸向被修剪掉，所述波浪旋流器的上游側部分形成一空腔，所述空腔的底部與網孔板之間即為所述內摻混區。上述方案中，該噴嘴中軸設置值班火焰流道，可燃混合物從值班火焰燃料入口進入值班火焰流道。上述方案中，所述外壁圓筒包括外壁內筒和套在外壁內筒外的外壁套筒，所述外壁套筒可沿軸向移動，通過調整所述外壁套筒的軸向位置實現擴散燃燒模式與預混燃燒模式之間的轉換。上述方案中，該噴嘴中軸設置高壓電極外套，高壓電極位于高壓電極外套內，高壓電極放電尖端與噴嘴出口之間形成放電。上述方案中，所述網孔板的開孔面積與網孔板面積的比例為40％-80％，網孔板上覆蓋催化劑涂層。本專利技術還提供了一種噴嘴陣列，包括多個上述的噴嘴，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。本專利技術還提供了一種燃燒器，包括上述的噴嘴，或者包括上述的噴嘴陣列。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本專利技術提供的雙入口帶有催化劑的噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器具有以下有益效果：(1)本專利技術提供的噴嘴，燃料和空氣在進入噴嘴前并不摻混，外摻混區的可燃混合物帶有旋轉運動，在離心力作用下使可燃混合器在噴嘴出口形成擴張形火焰，提高了燃燒的穩定性，中間圓筒出口區流出的可燃物為無旋的軸向運動，可以防止在噴嘴出口形成強回流區，減小了流動損失、降低了污染物排放，同時具有良好的燃燒穩定性和低污染物排放；(2)本專利技術提供的噴嘴，內圈旋流結構的部分或全部結構可以被修剪掉，有助于減輕噴嘴重量、減小流動摩擦損失；(3)本專利技術提供的噴嘴，波浪旋流器的出口端可以修剪出凹槽，有助于進一步減輕噴嘴重量、減小流動摩擦損失；(4)本專利技術提供的噴嘴，在噴嘴中軸設置有值班火焰流道，可以堵住波浪旋流器中間的通道，使空氣和燃料摻混更加均勻，提高了噴嘴的燃燒性能；(5)本專利技術提供的噴嘴，外壁圓筒包括外壁內筒和套在外壁內筒外的外壁套筒，外壁套筒可沿軸向移動，噴嘴可以在兩種燃燒模式之間轉換，功能多樣，可以充分利用不同模式的優點，而盡量避免不同模式的缺點，可以適用于各種工況和燃料，提高了燃燒性能；(6)本專利技術提供的噴嘴，在噴嘴中軸位置設置高壓電極外套，高壓電極位于高壓電極外套內，高壓電極放電尖端與噴嘴出口之間形成放電，可以用于噴嘴點火，并且有利于穩定燃燒，并且高壓電極外套可以堵住波浪旋流結構中間的通道，使空氣和燃料摻混更加均勻，進一步提高了噴嘴的燃燒性能。(7)本專利技術提供的噴嘴，在波浪旋流器上的內接圓與外切圓之間布置多個圓筒，這些圓筒上覆蓋催化劑涂層，這樣可以增大催化劑涂層的面積。這些圓筒的高度可以相同也可以不同。同一個圓筒上的不同位置可以根據接觸燃燒反應物的種類覆蓋不同類型的催化劑。附圖說明圖1為本專利技術實施例的兼具內外摻混區的噴嘴的半剖圖；圖2為圖1所示噴嘴的俯視圖；圖3為圖1所示噴嘴略去外壁圓筒的三維圖；圖4為圖3沿軸向某位置的剖分圖；圖5為圖1所示噴嘴的尺寸示意圖；圖6為圖1所示噴嘴的軸向尺寸示意圖；圖7為圖1所示噴嘴修剪掉部分內圈旋流結構示意圖；圖8為圖1所示噴嘴修剪掉全部內圈旋流結構示意圖；圖9為在波浪旋流器上修剪凹槽的示意圖；圖10為帶有值班火焰流道的示意圖；圖11為帶有外壁套筒的擴散燃燒模式示意圖；圖12為帶有外壁套筒的預混燃燒模式示意圖；圖13為帶有等離子體激勵器的噴嘴；圖14為帶有多圓筒結構的三維半剖示意圖；圖15為中間圓筒位于波浪旋流器內接圓的內部示意圖。【符號說明】1-中間圓筒入口；2-外壁圓筒入口；3-外壁圓筒；4-支撐圓筒；5-波浪旋流器；6-中間圓筒；7-內摻混區；8-網孔板；9-外摻混區；10-中間圓筒出口區；11-出口摻混區；12-噴嘴出口；13-內圈旋流結構；14-外圈旋流結構；15-凹槽；16-值班火焰燃料入口；17-值班火焰流道；18-外壁套筒；19-等離子體電源接地端；20-等離子體電源；21-等離子體電源高壓端；22-高壓電極；23-高壓電極外套；24-高壓電極放電尖端；25-外壁內筒；26-多圓筒結構。A-外壁圓筒直徑；B-中間圓筒直徑；C-波浪旋流器的內接圓直徑；D-中間圓筒嵌入波浪旋流器的深度；E-網孔板厚度；F-內摻混區高度；G-中間圓筒出口區高度；H-出口摻混區高度。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本專利技術進一步詳細說明。請參考圖1至圖4，本專利技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙入口帶有催化劑的噴嘴，其特征在于，該噴嘴包括中間圓筒、外壁圓筒、網孔板、波浪旋流器及催化劑涂層，其中：所述波浪旋流器同軸設置于所述外壁圓筒內；所述中間圓筒沿所述波浪旋流器軸向、由所述波浪旋流器的出口端嵌入所述波浪旋流器，所述波浪旋流器被分割成內圈旋流結構和外圈旋流結構；所述外圈旋流結構、中間圓筒與外壁圓筒圍成外流道，所述內圈旋流結構與中間圓筒圍成內流道；所述網孔板設置于中間圓筒內，所述網孔板與波浪旋流器的出口端之間形成內摻混區，所述內摻混區與內流道連通；所述外壁圓筒、波浪旋流器的出口端與中間圓筒圍成外摻混區，所述外摻混區與外流道連通，所述外壁圓筒突出于中間圓筒的部分形成出口摻混區；流入內流道的燃料和空氣進入內摻混區摻混成為第一帶旋可燃混合物，流入外流道的燃料和空氣進入外摻混區摻混成為第二帶旋可燃混合物，第一帶旋可燃混合物經網孔板后成為無旋可燃混合物，無旋可燃混合物與第二帶旋可燃混合物在出口摻混區摻混；所述催化劑涂層位于波浪旋流器、中間圓筒、網孔板上和多圓筒結構上，在波浪旋流器兩側使用覆蓋不同類型催化劑。

【技術特征摘要】
1.一種雙入口帶有催化劑的噴嘴，其特征在于，該噴嘴包括中間圓筒、外壁圓筒、網孔板、波浪旋流器及催化劑涂層，其中：所述波浪旋流器同軸設置于所述外壁圓筒內；所述中間圓筒沿所述波浪旋流器軸向、由所述波浪旋流器的出口端嵌入所述波浪旋流器，所述波浪旋流器被分割成內圈旋流結構和外圈旋流結構；所述外圈旋流結構、中間圓筒與外壁圓筒圍成外流道，所述內圈旋流結構與中間圓筒圍成內流道；所述網孔板設置于中間圓筒內，所述網孔板與波浪旋流器的出口端之間形成內摻混區，所述內摻混區與內流道連通；所述外壁圓筒、波浪旋流器的出口端與中間圓筒圍成外摻混區，所述外摻混區與外流道連通，所述外壁圓筒突出于中間圓筒的部分形成出口摻混區；流入內流道的燃料和空氣進入內摻混區摻混成為第一帶旋可燃混合物，流入外流道的燃料和空氣進入外摻混區摻混成為第二帶旋可燃混合物，第一帶旋可燃混合物經網孔板后成為無旋可燃混合物，無旋可燃混合物與第二帶旋可燃混合物在出口摻混區摻混；所述催化劑涂層位于波浪旋流器、中間圓筒、網孔板上和多圓筒結構上，在波浪旋流器兩側使用覆蓋不同類型催化劑。2.如權利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述波浪旋流器由沿徑向起伏的多個波峰和多個波谷沿周向相間排列而成，沿周向排列的波谷圍成內接圓，沿周向排列的波峰形成外切圓，所述中間圓筒的直徑處于內接圓直徑和外切圓直徑之間。3.如權利要求2所述的噴嘴，其特征在于，在所述波浪旋流器上的內接圓與外切圓之間布置多個圓筒，這...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李鋼，徐綱，杜薇，盧新根，朱俊強，穆勇，尹娟，劉存喜，劉富強，
申請(專利權)人：中國科學院工程熱物理研究所，
類型：發明
國別省市：北京,11