[發(fā)明專利]一種霧化噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610182754.2
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105737200B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鋼
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號: F23R3/12
• 分類號: F23R3/12
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

本發(fā)明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)，增強了燃燒穩(wěn)定性，拓寬了穩(wěn)定運行范圍，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)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃燒裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種霧化噴嘴和噴嘴陣列，其特別適用于燃氣輪機、鍋爐、化工爐等各種工業(yè)燃燒器。

背景技術(shù)

燃氣輪機由于單機體積小和輸出功率大等特點，廣泛應(yīng)用于電力、航空、石油化工等行業(yè)。由于能源危機和環(huán)境惡化，急需發(fā)展高效清潔燃燒室，要求燃燒室具有點火可靠、燃燒穩(wěn)定、效率高及低排放等特性。當前我國環(huán)境污染問題十分嚴重，發(fā)展燃氣輪機清潔燃燒技術(shù)十分迫切。燃氣輪機廠商已經(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)定點附近易產(chǎn)生振蕩，在非設(shè)計工況運行時易發(fā)生燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象。

與燃氣輪機燃燒器類似，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。

發(fā)明內(nèi)容

(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，本發(fā)明提供了一種霧化噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明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)方向為逆時針旋轉(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)方向為順時針旋轉(zhuǎn)情況下，所述斜流通道與軸向的夾角范圍為0°至90°。