一种具有掺混稳燃结构喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃烧装置技术领域，尤其涉及一种具有掺混稳燃结构喷嘴和喷嘴阵列，其特别适用于燃气轮机、锅炉、化工炉等各种工业燃烧器。
【背景技术】
[0002]燃气轮机由于单机体积小和输出功率大等特点，广泛应用于电力、航空、石油化工等行业。由于能源危机和环境恶化，急需发展高效清洁燃烧室，要求燃烧室具有点火可靠、燃烧稳定、效率高及低排放等特性。当前我国环境污染问题十分严重，发展燃气轮机清洁燃烧技术十分迫切。燃气轮机厂商已经开发了多种清洁燃烧技术，如贫预混燃烧技术、稀相预混预蒸发技术、贫油直喷技术以及催化燃烧技术等，这些技术虽然可以有效降低污染物的排放，但都面临燃烧不稳定的问题。如美国通用公司开发的一种用于液体燃料燃烧的径向分级燃烧技术，可以有效降低一氧化氮排放。但是，由于主火焰稳定在剪切层的低速边沿，剪切层低速区域附近会产生周期性的涡脱落，在稳定点附近易产生振荡，在非设计工况运行时易发生燃烧不稳定现象。
[0003]与燃气轮机燃烧器类似，其它各类工业燃烧器也面临着稳定燃烧与降低污染物排放的矛盾。作为燃烧器的重要部件，喷嘴对燃烧稳定、燃烧效率、燃烧完全性和污染物排放有重要影响，因此，采用何种结构的喷嘴来达到燃烧稳定、效率高、燃烧完全和低排放的要求，成为本领域亟待研究的课题。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种具有掺混稳燃结构喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器。
[0006](二)技术方案
[0007]本发明提供了一种具有掺混稳燃结构的喷嘴，包括:内层圆筒10、外层圆筒20、M层环形掺混稳燃结构30，1 <M< 100，其中，所述M层环形掺混稳燃结构30夹设于所述内层圆筒10和所述外层圆筒20之间，沿圆筒径向四周依次排列，相邻环形掺混稳燃结构30之间、最内层环形掺混稳燃结构与内层圆筒10之间以及最外层环形掺混稳燃结构与外层圆筒20之间形成M+1层气流通道;所述环形掺混稳燃结构两侧的气流通道分别沿圆筒圆周的不同方向突出，使得所述环形掺混稳燃结构两侧的气流通道相互缠绕。
[0008]优选地，所述环形掺混稳燃结构30由N个沿圆筒圆周方向排列的、横截面为“S”型的、沿圆筒轴向的流体出口方向尺寸渐扩的结构首尾相接而成;所述M+1层气流通道中的每个气流通道均包括N个气流子通道34、35，每个环形掺混稳燃结构两侧的气流子通道34、35分别沿顺时针方向和逆时针方向突出，形成整体上相互缠绕的气流通道，其中，21000
[0009]优选地，所述内层圆筒靠近流体出口一侧的外壁沿圆筒径向向内倾斜一定角度，所述外层圆筒靠近流体出口一侧沿圆筒径向向外倾斜一定角度，使得所述内层圆筒和所述外层圆筒的靠近流体出口一侧之间形成第一扩张型通道50。
[0010]优选地，所述环形掺混稳燃结构靠近流体入口一侧还包括支撑筒31，相邻支撑筒31之间形成引流通道，所述引流通道与环形掺混稳燃结构30形成的气流通道连通，最内层支撑筒与内层圆筒之间形成内侧流道32，所述内侧流道32与最内层环形掺混稳燃结构和内层圆筒形成的气流通道连通，最外层支撑筒与外层圆筒之间形成外侧流道33，所述外侧流道33与最外层环形掺混稳燃结构和外层圆筒20形成的气流通道连通。
[0011]优选地，还包括:中间掺混稳燃结构40，所述中间掺混稳燃结构40设置于内层圆筒的腔体内，并与内层圆筒的内壁形成气流通道。
[0012]优选地，所述中间掺混稳燃结构40为横截面为“S”型的、沿圆筒轴向的流体出口方向尺寸渐扩的结构，其两侧的气流通道分别沿顺时针方向和逆时针方向突出，从而形成相互缠绕的气流通道。
[0013]优选地，所述内层圆筒靠近流体出口一侧的内壁沿圆筒径向向外倾斜一定角度，使得所述内层圆筒靠近流体出口一侧形成第二扩张型通道51。
[0014]优选地，所述中间掺混稳燃结构靠近流体入口一侧还包括支撑板43，所述支撑板43与所述内层圆筒的内壁之间形成第一内层通道41和第二内层通道42，所述第一内层通道41和所述第二内层通道42分别与所述中间掺混稳燃结构40和所述内层圆筒形成的气流通道连通。
[0015]本发明还提供了一种喷嘴阵列，其包括多个上述任一所述的具有掺混稳燃结构的喷嘴;其中，该喷嘴阵列为圆形阵列，所述圆形阵列包括P圈喷嘴，每圈喷嘴包括Q个喷嘴，其中I <P、Q< 100;或者，该喷嘴阵列为矩形阵列，所述矩形阵列包括P行喷嘴，每行喷嘴包括Q个喷嘴，其中I <P、Q< 100。
[0016]本发明还提供了一种燃烧器，其包括上述任一所述的具有掺混稳燃结构的喷嘴，或上述喷嘴阵列。
[0017](三)有益效果
[0018]从上述技术方案可以看出，本发明的具有掺混稳燃结构喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器具有以下有益效果:
[0019](I)内层圆筒和外层圆筒之间具有环形掺混稳燃结构，环形掺混稳燃结构具有相互缠绕的气流通道，使得燃料和空气经气流通道流出喷嘴后，能够充分掺混，提高了燃烧的完全性，降低了污染物的排放；
[0020](2)相互缠绕的气流通道使得燃料和空气在喷嘴出口的中心轴附近产生第一低速区，该第一低速区使得火焰燃烧速率与反应流体流场速率均衡，防止熄火和火焰脉动现象的发生，提高了燃烧的稳定性；
[0021](3)内层圆筒和外层圆筒的靠近流体出口一侧之间形成第一扩张型通道，使得燃料和空气流经其中的气流通道时，气流速度不断减小，进一步加强了上述第一低速区的作用和效果，使得火焰燃烧速率与反应流体流场速率更加均衡，进一步提高了燃烧的稳定性；
[0022](4)环形掺混稳燃结构还具有支撑筒，支撑筒的导流作用使得燃料和空气流速更平稳、流场更稳定，可进一步提高燃烧的稳定性、完全性和效率；
[0023](5)内层圆筒内腔还具有中间掺混稳燃结构，中间掺混稳燃结构具有相互缠绕的气流通道，使得燃料和空气经气流通道流出喷嘴后，能够充分掺混，提高了燃烧的完全性，降低了污染物的排放；
[0024](6)中间掺混稳燃结构的相互缠绕的气流通道使得燃料和空气在喷嘴出口的中心轴近产生第二低速区，该第二低速区使得火焰燃烧速率与反应流体流场速率均衡，防止熄火和火焰脉动现象的发生，提高了燃烧的稳定性；
[0025](7)内层圆筒内壁靠近流体出口一侧之间形成第二扩张型通道，使得燃料和空气流经其中的气流通道时，气流速度不断减小，进一步加强了上述第二低速区的作用和效果，使得火焰燃烧速率与反应流体流场速率更加均衡，进一步提高了燃烧的稳定性；
[0026](8)中间掺混稳燃结构还具有支撑板，支撑板的导流作用使得燃料和空气流速更平稳、流场更稳定，可进一步提高燃烧的稳定性、完全性和效率。
【附图说明】
[0027]图1为本发明实施例的具有掺混稳燃结构的喷嘴的三维图；
[0028]图2为图1所示喷嘴的流体入口方向三维图；
[0029]图3为图1所示喷嘴通道示意图；
[0030]图4为环形掺混稳燃结构的三维示意图；
[0031 ]图5为环形掺混稳燃结构的另一个角度的三维示意图；
[0032]图6为中部掺混稳燃器结构的三维示意图。
[0033]【符号说明】
[0034]10-内层圆筒;20-外