[發明專利]具有分形結構燃料管的雙燃料噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器

在審

• 申請號: 201710122442.7
• 申請日: 2017-03-02
• 公開（公告）號: CN106907710A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 李鋼;徐綱;盧新根;朱俊強;尹娟;杜薇;穆勇;劉存喜;劉富強;楊金虎;殷曉霞
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F23D14/02
• 分類號: F23D14/02;F23D14/58;F23D14/60;F23D14/84
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及燃燒裝置技術領域，尤其涉及一種具有分形結構燃料管的雙燃料噴嘴、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。

背景技術

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。

燃燒穩定性和污染物排放是噴嘴和燃燒器的重要參數，本領域亟需開發一種燃燒穩定性好、污染物排放低的噴嘴。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種具有分形結構燃料管的雙燃料噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器。

(二)技術方案

本發明提供了一種具有分形結構燃料管的雙燃料噴嘴，包括：噴嘴外壁和分形結構燃料管；所述分形結構燃料管為多級分形結構，包括主管和多級分形支管，每級分形支管包括多個支管，上一級分形支管的每個支管分出下一級分形支管；主管入口為燃料入口，末級分形支管出口為燃料出口，主管入口與噴嘴外壁入口之間形成空氣入口。

優選地，末級分形支管為彎管，形成逆時針旋轉結構。

優選地，還包括中間圓筒，中心末級分形支管為直管，所述中間圓筒包裹中心末級分形支管，在中間圓筒內部、中心末級分形支管的下游設置網孔板。

優選地，末級分形支管出口設置有彎頭。

優選地，末級分形支管出口設置多孔噴嘴。

優選地，包括M級分形支管，上一級分形支管的每個支管分出N個支管，作為下一級分形支管，第M級分形支管共有N^M個支管，其中，2≤M，2≤N。

優選地，所述M取2，所述N取4，一級分形支管包括主管分出的四個支管，二級分形支管包括一級分形支管分出的十六個支管。

優選地，所述主管同軸設置于噴嘴外壁內，燃料為氣體或液體。

本發明還提供了一種噴嘴陣列，包括上述任一雙燃料噴嘴。

本發明還提供了一種燃燒器，包括上述任一雙燃料噴嘴，或者噴嘴陣列。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明的具有分形結構燃料管的雙燃料噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器具有以下有益效果：

(1)燃料通過主管入口進入噴嘴，由各級分形支管分為多個支路，由末級分形支管出口流出，空氣由空氣入口進入噴嘴，與末級分形支管出口流出的燃料混合燃燒，采用分形結構燃料管的噴嘴流動損失小、流動阻塞小、摻混效果好、燃燒穩定性好、污染物排放低。

(2)采用彎曲型的末級分形支管，燃料帶有旋轉運動，在離心力作用下在噴嘴出口形成擴張形火焰，從而進一步提高了燃燒穩定性。

(3)通過設置中間圓筒和網格板，噴嘴同時具有良好的燃燒穩定性和低污染物排放。

(4)末級分形支管出口設置有彎頭，可以控制燃料的旋流強度，從而進一步提高了燃燒穩定性。

(5)末級分形支管出口設置多孔噴嘴，可以增強燃料與空氣的摻混效果。

附圖說明

圖1為本發明第一實施例的雙燃料噴嘴結構示意圖；

圖2為基本分形單元的結構示意圖；

圖3為本發明第一實施例的雙燃料噴嘴又一結構示意圖；

圖4為本發明第二實施例的雙燃料噴嘴結構示意圖；

圖5為圖4的俯視圖；

圖6為本發明第三實施例的雙燃料噴嘴的半剖圖；

圖7為圖6的俯視圖；

圖8為圖6的另一俯視圖；

圖9為雙燃料噴嘴的關鍵尺寸示意圖；

圖10為本發明第四實施例的雙燃料噴嘴結構示意圖；

圖11為本發明第五實施例的雙燃料噴嘴結構示意圖。

【符號說明】

1-主管入口；2-空氣入口；3-主管；4-噴嘴外壁；5-一級分形支管；6-二級分形支管；7-二級分形支管出口；8-噴嘴出口；9-中間圓筒；10-網孔板；11-摻混區；12-主支管；13-從支管；14-彎頭；15-多孔噴嘴。