一种使用管内混合器的多管气态燃料掺混器的制作方法

本发明涉及气体混合装置，特别涉及一种使用管内混合器的多管气态燃料掺混器。

背景技术：

随着社会的发展，人们对于能源的高效利用以及环保的要求越来越高。而常规的化石燃料仍然占有相当大的比例，其产生的二氧化碳和污染物排放造成了很大的环境压力，因此人们提倡节能减排，一方面发展太阳能、风能等新型能源，减少碳排放；另一方面对希望化石燃料的燃料利用能够更加高效，污染排放更低。然而太阳能、风能这类新能源因其自然特性以及现阶段技术限制，还不适于大规模推广。因此更加高效地利用化石燃料，使其污染物的排放更低，是现阶段最可行的方法。

锅炉以及工业炉作为最重要的应用燃烧的热能动力设备之一，它使用面广，包括供暖、电力、冶金、建筑、化工、以及余热利用等方面。我国锅炉和工业炉总量巨大，而且现在设备大多耗能量多、效率偏低，排放污染物量大，不仅消耗大量的煤和石油，同时向大气中排放大量固体颗粒物以及气体污染物。

天然气等气体燃料是一种高效、优质、清洁的气体燃料，在锅炉或其他热能设备上面具有很好的前景。预混燃烧可以提高燃烧效率，有效的增强火焰强度。与此同时，预混燃烧也可以使燃烧在一个比较大的当量比范围内进行。如专利CN206001524U公开的一种燃烧室径向两级旋流喷嘴，能够提高燃烧稳定性。但是，目前常用的天然气装置，主要为扩散燃烧以及不完全的预混燃烧，存在着局部当量比偏高、温度分布不均从而导致排放物增多的缺点。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种使用管内混合器的多管气态燃料掺混器，以提高燃烧效率，降低污染物排放。

本发明提供的一种使用管内混合器的多管气态燃料掺混器，包括壳体，该壳体内沿径向同轴设置有中心燃料通道、外围燃料通道和环形空气通道；所述中心燃料通道包括中心燃料输送管，和连接在该中心燃料输送管末端的中心燃料喷嘴，且在所述中心燃料喷嘴的末端设置有中心燃料喷射孔；所述外围燃料通道包括外围燃料输送管，和连接在该外围燃料输送管外壁上的若干周向布置的外围燃料喷嘴，且在所述外围燃料喷嘴的末端设置有外围燃料喷射孔；所述环形空气通道包括外围空气通道和中心空气通道，所述外围空气通道和中心空气通道内分别设置有外围旋流装置和中心旋流装置；所述外围旋流装置包括若干周向均布的管道，且在该管道内轴向布置有若干管内混合器。

优选地，所述管内混合器为扭转叶片。

优选地，所述扭转叶片的扭转角度为0-180°。

优选地，所述管道的直径为15-150mm。

优选地，所述中心燃料通道的末端设置有预混腔，以将从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空气混合。

优选地，所述预混腔包括设置在所述中心燃料喷嘴径向外侧的第一分隔板，和设置在该第一分隔板径向外侧的第二分隔板，所述第一分隔板和第二分隔板均与中心燃料喷嘴同轴布置。

优选地，所述第一分隔板的内壁和中心燃料喷嘴的外壁之间设置有所述中心旋流装置。

优选地，所述中心旋流装置是轴向旋流装置或径向旋流装置。

优选地，所述外围燃料喷射孔的位置为径向朝内侧、径向朝外侧、周向朝下游或几者结合。

优选地，所述中心空气通道和外围空气通道的限流面积比为1：5至1：10。

本发明提供的一种使用管内混合器的多管气态燃料掺混器的工作原理如下，中心燃料途经中心燃料通道，由中心燃料输送管到达中心燃料喷嘴，由中心燃料喷嘴上的中心燃料喷射孔喷出；外围燃料途经外围燃料通道，由外围燃料输送管到达外围燃料喷嘴，由外围燃料喷射孔喷出；空气进入环形空气通道，一部分进入外围空气通道，其余进入中心空气通道；进入中心空气通道的空气经中心旋流装置旋流后，与中心燃料喷射孔喷出的燃料一起进入下游进行点火燃烧；进入外围空气通道的空气与外围燃料喷射孔喷出的燃料，经管道内的管内混合器加强掺混后，进入下游燃烧。

本发明具有如下有益效果：

(1)外围旋流装置能够强化燃料和空气的旋流混合，通过燃料与空气的预混降低排放；外围通道的多管预混模式，可以将外围空气等分为多份，在每个管道中分别进行与燃料的预混，可使得燃料和空气掺混的更加均匀，进一步降低污染排放；管内混合器的应用，进一步加强了燃料和空气掺混的均匀性，达到短距离均匀混合；

(2)管内混合器采用扭转叶片的形式，可以使得燃料和空气在流动的过程中，不断改变流向，不仅可以促使空气和燃料加快掺混，还可以延长燃料和空气混合物通过管道的时间，使得空气和燃料掺混时间加长，有利于二者掺混均匀；

(3)外围旋流装置和中心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；

(4)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；

(5)以外围空气通道的面积限定外围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；

(6)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

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明所述一种使用管内混合器的多管气态燃料掺混器的结构示意图；

图2为本发明所述一种使用管内混合器的多管气态燃料掺混器的三维结构图；

图3为图1中所示管道和管内混合器的三维结构图；

图4为图3中管内混合器的结构图。

附图标记：

1-壳体；2-中心燃料通道；3-外围燃料通道；4-环形空气通道；5-外围旋流装置；6-中心旋流装置；7-预混腔；

21-中心燃料输送管；22-中心燃料喷嘴；31-外围燃料输送管；32-外围燃料喷嘴；41-外围空气通道；42-中心空气通道；51-管道；52-管内混合器；71-第一分隔板；72-第二分隔板；

221-中心燃料喷射孔；321-外围燃料喷射孔；521-扭转叶片。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，本发明一实施例提供的一种使用管内混合器的多管气态燃料掺混器，包括管状的壳体1，在该壳体1内部径向同轴设置有中心燃料通道2、外围燃料通道3和环形空气通道4，其中，外围燃料通道3套设在中心燃料通道2的外周，中心燃料通道2包括沿壳体中心轴线布置的中心燃料输送管21，和连接在该中心燃料输送管21末端的中心燃料喷嘴22，且在该中心燃料喷嘴22的末端设置有中心燃料喷射孔221；外围燃料通道3包括外围燃料输送管31，和连接在该外围燃料输送管31外壁上的8个周向布置的外围燃料喷嘴32，且在所述外围燃料喷嘴32的末端设置有外围燃料喷射孔321；所述环形空气通道4包括外围空气通道41和中心空气通道42，在壳体1内设有8个周向均布的管道51，各管道51内周的空间形成所述外围空气通道4，外围空气进入各管道51内，并从管道51的末端排出，在该管道51内轴向布置有若干管内混合器52；上述管道51和管内混合器52形成了外围旋流装置5；中心空气通道42内设置有中心旋流装置6。

本实施例中，中心燃料途经中心燃料通道2，由中心燃料输送管21到达中心燃料喷嘴22，由中心燃料喷嘴22上的中心燃料喷射孔221喷出；外围燃料途经外围燃料通道3，由外围燃料输送管31到达外围燃料喷嘴32，由外围燃料喷射孔321喷出；空气由壳体进气端进入环形空气通道4，一部分进入外围空气通道41，其余进入中心空气通道42；进入中心空气通道42的空气经中心旋流装置6旋流后，与中心燃料喷射孔221喷出的燃料一起进入下游进行点火燃烧；进入外围空气通道41的空气与外围燃料喷射孔321喷出的燃料，经管道51内的管内混合器52加强掺混后，进入下游燃烧。

上述外围旋流装置5能够强化燃料和空气的旋流混合，通过燃料与空气的预混降低排放；外围通道的多管预混模式，可以将外围空气等分为多份，在每个管道51中分别进行与燃料的预混，可使得燃料和空气掺混的更加均匀，进一步降低污染排放；管内混合器52的应用，进一步加强了燃料和空气掺混的均匀性，达到短距离均匀混合。

具体地，参照图3和图4，上述管内混合器52采用多个扭转叶片521，该扭转叶片521的扭转角度为0-180°，该扭转叶片521所适用的管道51的直径为15-150mm，在安装时，可以根据实际情况，选择将相邻扭转叶片521按其扭转方向正反交错布置(如图4所示)，或者按扭转方向一致布置形成平滑连贯的旋转曲面。采用扭转叶片521可以使得燃料和空气在流动的过程中，不断改变流向，不仅可以促使空气和燃料加快掺混，还可以延长燃料和空气混合物通过管道51的时间，使得空气和燃料掺混时间加长，有利于二者掺混均匀。

进一步地，上述中心燃料通道2的末端设置有预混腔7，以将从中心燃料喷射孔221喷出的燃料与经中心旋流装置6旋流的空气混合，并进入下游点火燃烧，达到可靠点火的效果；所述预混腔相对于管道51出口向内凹，该预混腔7包括设置在中心燃料喷嘴22径向外侧的第一分隔板71，和设置在该第一分隔板71径向外侧的第二分隔板72，所述第一分隔板71和第二分隔板72均与中心燃料喷嘴22同轴布置，所述第一、二分隔板限定形成了所述预混腔空间区域。

上述第一分隔板71的内壁和中心燃料喷嘴22的外壁之间设置有所述中心旋流装置6，该中心旋流装置6可以是轴向旋流或径向旋流，具体的形式可以为叶片式或斜切孔式。

上述外围燃料喷射孔321的位置可以为径向朝内侧、径向朝外侧、周向朝下游或几者结合，可根据实际情况对其进行合理设计。

此外，上述中心空气通道42和外围空气通道41的限流面积比可选为1：5至1：10。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。