一种燃烧室径向两级旋流喷嘴的制作方法

本实用新型涉及燃烧技术领域，特别是涉及一种低污染的燃烧室径向两级旋流喷嘴。

背景技术：

随着全世界对环境保护问题的重视，各国对燃烧技术领域的氮氧化物(NOx)排放要求越来越严格。

为了达到低NOx排放的目的，预混燃烧技术被广泛采用。为达到低的NOx，预混燃烧室多采用旋流混合技术来实现燃料和氧化剂的良好混合，但是工作于这一状态的燃烧室极其容易产生燃烧不稳定现象。为解决这一问题，工程上通常采用牺牲NOx排放性能的折衷措施，即利用稳定性好但NOx排放性能差的扩散火焰，来稳定预混火焰。一般来讲，用于扩散燃烧的燃料量占比越大，燃烧越稳定，但NOx排放也随之增大。这样的燃烧组织形式，要求燃烧室在进行低污染燃烧室喷嘴设计时，应谨慎处理扩散火焰对NOx排放和对火焰稳定能力的矛盾。

在我国当前的能源结构中，采用传统燃煤技术占据了绝大部分份额。但是这种传统技术存在效率低，污染物排放高(尤其是NOx排放)，耗费淡水资源多等缺点。以天然气等为燃料的燃烧技术作为清洁能源技术之一，可以在满足燃烧需求的同时，有效的降低污染物的排放。同样，这其中燃烧室喷嘴的设计对于组织燃烧、降低污染物排放尤为重要。

燃烧室中，燃料和空气通过喷嘴实现预混合和速度型的改变，在喷嘴出口达到合理的速度分布，并匹配合理的燃料空气混合比例，进入燃烧室组织燃烧，形成稳定的流场和燃烧场。现有技术中，对燃烧室喷嘴的设计形式，例如专利CN103542427中提到可以采用多个燃烧路径，每个燃烧路径利用至少一个预混燃烧器，以解决相邻预混燃烧器的操作干扰问题，以给予每个燃烧路径单独调整负载和燃料类型的可能性，但实际上这种实施方法结构复杂，调节难度也比较大。

技术实现要素：

(一)发明目的

提供了一种燃烧室径向两级旋流喷嘴，解决在NOx排放和火焰稳定之间的矛盾的技术问题是现有技术中。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃烧室径向两级旋流喷嘴，其特征包括：沿径向同轴布置的中心燃料通道、外围燃料通道、环形空气通道；中心燃料输送管、中心燃料喷嘴；外围燃料输送管、外围燃料喷嘴；喷嘴外壁；

所述喷嘴外壁为所述两级旋流喷嘴的外壁；

所述环形空气通道内部同轴设置将所述环形空气通道分隔成中心空气通道和外围空气通道的分流板；

所述中心燃料输送管连接所述中心燃料喷嘴；所述中心燃料输送管与中心燃料喷嘴限定的区域为所述中心燃料通道；所述中心燃料喷嘴末端设置有中心燃料喷射孔；

所述外围燃料输送管连接所述外围燃料喷嘴；所述外围燃料输送管与外围燃料喷嘴限定的区域为所述外围燃料通道；所述外围燃料喷嘴设置在所述分流板与所述喷嘴外壁之间区，其末端设置有外围燃料喷射孔；

所述中心空气通道内布置有所述中心旋流装置；

所述外围空气通道内布置有所述外围旋流装置；

所述两级旋流喷嘴内部设置预混腔，用于将所述中心燃料喷射孔喷出的燃料与经所述中心旋流装置旋流的所述中心空气通道的空气混合。

进一步的，还包括设置在所述中心空气通道区域的第一分隔板、第二分隔板；

所述第一分隔板设置在所述中心燃料喷嘴的径向外侧；所述第二分隔板设置在所述第一分隔板的径向外侧；

所述第一分隔板、第二分隔板形成用于限定所述预混腔的区域；

所述第一分隔板上设置第一泄流孔；

所述第二分隔板上设置第二泄流孔。

进一步地，还包括设置有位于第一泄流孔轴向下游的第一档板，设置有位于第二泄流孔轴向下游的第二档板。

进一步地，所述的外围燃料喷嘴上的外围燃料喷射孔位置可以是径向朝内、径向朝外、周向朝下游或几者结合。

进一步地，所述的外围旋流装置可以是轴向旋流或径向旋流，形式可以是叶片式或斜切孔式，旋流角度范围为0～15度。

进一步地，所述的中心旋流装置以是轴向旋流或径向旋流，形式可以是叶片式或斜切孔式。

进一步地，所述的第一泄流孔沿周向均布、孔径大小为Φ2～Φ4mm。

进一步地，所述的第二泄流孔沿周向均布、孔径大小为Φ2～Φ4mm。

进一步地，所述的中心空气通道和外围空气通道限流面积比范围为1：(7.5～9.5)。

进一步地，所述的第一泄流孔与第二泄流孔面积比范围为1～5。

(三)有益效果

该技术方案旋流装置沿径向分两级布置，保证掺混效果的同时，匹配喷嘴出口的速度分布。通过两级旋流装置保证喷嘴出口速度分布合理、燃料空气掺混均匀，合理控制燃烧区域，维持燃烧室内部流场结构，从而保证燃烧的稳定性和良好的排放性能。

本实用新型的中心燃料通道能够通过中心燃料喷射方式配合中心旋流装置以及预混腔，使中心和外围从流动起就解耦，实现喷射扩散燃烧+旋流火焰的燃烧模式，达到可靠点火和最大量降低排放的效果。

外围旋流装置都能够强化燃料气和空气的旋流混合，通过燃料与空气的预混降低排放。

中心燃料喷嘴、中心旋流装置与预混腔组成的结构还可以减少中心通道与外围通道之间的相互影响，避免外围通道受到干扰，同时分流板和喷嘴外壁面间形成的外围环形气流通道，以通道面积限定外围环形空气通道的气流速度，保证外周侧气流速度型分布，从而持续稳定的燃烧，保证整个燃烧室在调节过程中不熄火。

经由泄流孔喷出的空气可以作为冷却气冷却预混腔壁面，并且这部分气体还可以实现防回火的技术效果，进一步增强燃烧稳定性。

中心燃料喷嘴和外围燃料喷嘴单独调节，配合各燃料喷射孔位置和大小的调整，能够为喷嘴提供更宽的设计空间，满足不同燃料和空气掺混的需要。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型结构示意图的局部放大图。

图中标注说明如下：

1：中心燃料通道；2：外围燃料通道；3：环形空气通道；4：分流板；5：中心空气通道；6：外围空气通道；7：中心燃料输送管；8：中心燃料喷嘴；9：中心燃料喷射孔；10：外围燃料输送管；11：外围燃料喷嘴；12：外围燃料喷射孔；13：喷嘴外壁；14：中心旋流装置；15：外围旋流装置；16：预混腔；17：第一分隔板；18：第二分隔板；19：第一泄流孔；20：第二泄流孔；21：第一档板；22：第二档板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的原理、结构和具体实施方式做进一步的说明。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“外围”、“内”、“外”“下游”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，为本实用新型设计的一种燃烧室径向两级旋流喷嘴，该喷嘴包括沿径向同轴布置的中心燃料通道1、外围燃料通道2、环形空气通道3；中心燃料输送管7、中心燃料喷嘴8；外围燃料输送管10、外围燃料喷嘴11；喷嘴外壁13；喷嘴外壁13为所述两级旋流喷嘴的外壁；环形空气通道3内部同轴设置将所述环形空气通道3分隔成中心空气通道5和外围空气通道6的分流板4；中心燃料输送管7连接所述中心燃料喷嘴8；所述中心燃料输送管7与中心燃料喷嘴8限定的区域为所述中心燃料通道1；所述中心燃料喷嘴8末端设置有中心燃料喷射孔9；外围燃料输送管10连接所述外围燃料喷嘴11；外围燃料输送管10与外围燃料喷嘴11限定的区域为所述外围燃料通道2；外围燃料喷嘴11设置在所述分流板4与所述喷嘴外壁13之间，其末端设置有外围燃料喷射孔12；中心空气通道5内布置有所述中心旋流装置14；外围空气通道6内布置有所述外围旋流装置15；旋流喷嘴内部设置预混腔16，用于将所述中心燃料喷射孔9喷出的燃料与经所述中心旋流装置14旋流的所述中心空气通道5的空气混合。

优选地，中心空气通道5区域的第一分隔板17、第二分隔板18；第一分隔板17设置在所述中心燃料喷嘴8的径向外侧；第二分隔板18设置在所述第一分隔板17的径向外侧；第一分隔板17、第二分隔板18形成用于限定所述预混腔16的区域；第一分隔板17上设置第一泄流孔19；第二分隔板18上设置第二泄流孔20。

优选地，喷嘴还包括设置有位于第一泄流孔19轴向下游的第一档板21，设置有位于第二泄流孔20轴向下游的第二档板22(参见图1中的局部放大图)。

优选地，外围燃料喷嘴11上的外围燃料喷射孔12位置可以是径向朝内、径向朝外、周向朝下游或几者结合。

优选地，外围旋流装置15可以是轴向旋流或径向旋流，形式可以是叶片式或斜切孔式，旋流角度范围为0～15度。

优选地，中心旋流装置14以是轴向旋流或径向旋流，形式可以是叶片式或斜切孔式。

优选地，第一泄流孔19沿周向均布、孔径大小为Φ2～Φ4mm。

优选地，第二泄流孔20沿周向均布、孔径大小为Φ2～Φ4mm。

优选地，中心空气通道5和外围空气通道6面积比范围为1：(7.5～9.5)。

优选地，第一泄流孔19与第二泄流孔20面积比范围为1～5。

本实用新型的工作原理如下：

中心燃料途径中心燃料通道1，由中心燃料输送管7到达中心燃料喷嘴8，由中心燃料喷嘴8上的中心燃料喷射孔9喷出；外围燃料途径外围燃料通道2，由外围燃料输送管10到达外围燃料喷嘴11，由外围燃料喷射孔12喷出；

空气进入环形空气通道3，被分流板4分流，一部分进入外围空气通道6，其余进入中心空气通道5；

进入外围空气通道6的空气与外围燃料喷射孔12喷出的燃料，经外围旋流装置11加强掺混后进入下游燃烧；

进入中心空气通道5的空气则再分为几部分，一部分经中心旋流装置14与中心燃料喷嘴8喷出的燃料一起进入下游进行点火燃烧，一部分由第一冷却孔19进入下游，一部分由第二泄流孔20进入下游；

经由泄流孔喷出的空气可以作为冷却气冷却用来限定预混腔16的第一分隔板17、第二分隔板18壁面，并且这部分冷却气可以间隔开中心通道与外围通道的气流流动，使其互不干扰，附加设置的第一档板21与第二档板22可以强化这一技术效果。另外，这种结构设计还可以利用这部分空气实现防回火的技术效果，进一步增强燃烧稳定性。

外围通道燃料，中心通道燃料可以分别进行调节，以满足不同的燃烧当量比需求。

本实用新型的工作原理如下：

中心燃料途径中心燃料通道1，由中心燃料输送管7到达中心燃料喷嘴8，由中心燃料喷嘴8上的中心燃料喷射孔9喷出；外围燃料途径外围燃料通道2，由外围燃料输送管10到达外围燃料喷嘴11，由外围燃料喷射孔12喷出；

空气进入环形空气通道3，被分流板4分流，一部分进入外围空气通道6，其余进入中心空气通道5；

进入外围空气通道6的空气与外围燃料喷射孔12喷出的燃料，经外围旋流装置11加强掺混后进入下游燃烧；

进入中心空气通道5的空气则再分为几部分，一部分经中心旋流装置14与中心燃料喷嘴8喷出的燃料一起进入预混腔16进行点火燃烧，一部分由第一泄流孔19进入下游，一部分由第二泄流孔20进入下游；

经由泄流孔喷出的空气可以作为冷却气冷却用来限定预混腔16的第一分隔板17、第二分隔板18壁面，另外，这种结构设计还可以利用这部分泄流空气实现防回火的技术效果，进一步增强燃烧稳定性。

外围通道，中心通道的燃料与空气掺混燃烧的工作过程，由预混腔16这一结构分隔开来，限定预混腔16的第一分隔板17与第二分隔板18以固体的形式分隔，第一分隔板17与第二分隔板18上设置的第一泄流孔19与第二泄流孔20中喷出的泄流空气可以以气体的形式间隔开中心通道与外围通道的气流流动，使其互不干扰，第一泄流孔19与第二泄流孔20和第一档板21与第二档板22配合，增加气流的径向流动方向，强化分隔这一技术效果。

外围通道燃料，中心通道燃料可以分别进行调节，以满足不同的燃烧当量比需求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。