一种双工作模式喷嘴、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，尤其涉及一种双工作模式喷嘴和喷嘴阵列，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。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。
[0003]扩散燃烧优点是运行中不会产生回火现象、安全系数高、运行稳定可靠、此外还有点火较为容易、热负荷调节方面、热负荷可调范围较广等优点，缺点是燃烧时仅靠扩散作用使空气与燃气相互接触发生化学反应，因此扩散式燃烧器的火焰长度较长、单位容积的放热强度不高;预混燃烧的优点是可以通过贫预混燃烧、稀相预混预蒸发等技术降低污染物排放，由于燃料与氧化剂的预先混合，燃烧反应受混合时间尺度的影响基本可以忽略，大幅度提高了燃烧反应速度以及火焰传播速度，缺点是火焰稳定性较差、回火会带来安全隐患问题。因此，如何能够兼顾扩散燃烧和预混燃烧的优点，并尽量避免扩散燃烧和预混燃烧的缺点，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，本发明提供了一种双工作模式喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器。
[0006](二)技术方案
[0007]本发明提供了一种双工作模式喷嘴，其包括:内层圆筒11、外层圆筒31和M层中间进气结构，I 100，其中:M层中间进气结构夹设于内层圆筒11和外层圆筒31之间，沿圆筒四周的径向依次排列，相邻两层中间进气结构之间、最内层中间进气结构与内层圆筒11之间、最外层中间进气结构与外层圆筒31之间形成气流通道;其中，至少一层中间进气结构可沿圆筒轴向移动，实现扩散燃烧模式和预混燃烧模式的切换。
[0008]优选地，喷嘴运行后，M层中间进气结构位于上限位置，燃料和空气分别经由不同的气流通道后由喷嘴喷出，在喷嘴出口附近燃烧，喷嘴工作于扩散燃烧模式;所述上限位置为M层中间进气结构的出口端与外层圆筒的出口端在轴向对齐的位置。
[0009]优选地，至少一层中间进气结构沿圆筒轴向向流体入口方向移动，直到火焰出现轻微不稳定状态或至少一层中间进气结构到达下限位置，该至少一层中间进气结构两侧的气流通道中的燃料和空气在气流通道出口附近掺混，由喷嘴喷出后在喷嘴出口附近燃烧，喷嘴工作于预混燃烧模式;所述下限位置为至少一层中间进气结构的出口端与外层圆筒的出口端在轴向错开1mm-1OOOmm的位置。
[0010]优选地，当火焰不稳定状态加剧或出现回火现象时，至少一层中间进气结构沿圆筒轴向向流体出口方向移动，直到火焰处于稳定状态或至少一层中间进气结构到达上限位置。
[0011 ]优选地，中间进气结构为波浪旋转结构21，波浪旋转结构21由沿径向起伏的N个波峰22和N个波谷23沿周向相间排列而成，相邻两层波浪旋转结构的波峰22和波谷23之间、最外层波浪旋转结构的波谷与外层圆筒31之间以及最内层波浪旋转结构的波峰与内层圆筒11之间形成斜流通道25，该斜流通道25由波浪旋转结构的底端向顶端延伸，并与轴向成一定角度，其中，2<N< 10000。
[0012]优选地，中间进气结构还包括支撑圆筒24，该支撑圆筒的顶端与波浪旋转结构的波峰和波谷的底端连接，相邻支撑圆筒24之间形成引流通道，该引流通道与波浪旋转结构21形成的斜流通道连通，最内层支撑圆筒与内层圆筒11之间形成内侧流道，该内侧流道与最内层波浪旋转结构和内层圆筒11形成的斜流通道连通，最外层支撑圆筒与外层圆筒31之间形成外侧流道，该外侧流道与最外层波浪旋转结构和外层圆筒31形成的斜流通道连通。
[0013]优选地，双工作模式喷嘴还包括:步进电机41和螺杆42，步进电机41驱动螺杆旋转，螺杆42连接至少一层中间进气结构的支撑圆筒24，步进电机41和螺杆42共同驱动至少一层中间进气结构沿圆筒轴向移动。
[0014]优选地，双工作模式喷嘴还包括:火焰稳定性监测装置44和控制器43，控制器43连接火焰稳定性监测装置44和步进电机41，火焰稳定性监测装置44监测火焰燃烧情况并向控制器43发送监测信号，控制器43根据监测信号生成控制信号并发送给步进电机41，步进电机41根据控制信号驱动螺杆旋转，实现至少一层中间进气结构沿圆筒轴向移动。
[0015]本发明还提供了一种喷嘴阵列，其包括多个上述任一种所述的双工作模式喷嘴，其中:该喷嘴阵列为圆形阵列，该圆形阵列包括P圈喷嘴，每圈喷嘴包括Q个喷嘴，其中I < P、Qg 100;或者，该喷嘴阵列为矩形阵列，该矩形阵列包括P行喷嘴，每行喷嘴包括Q个喷嘴，其中I <P、Q< 100。
[0016]本发明还提供一种燃烧器，其包括上述任一种所述的双工作模式喷嘴，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，本发明的双工作模式喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器具有以下有益效果:
[0019](I)M层中间进气结构的至少一层中间进气结构可沿圆筒轴向移动，实现了扩散燃烧模式和预混燃烧模式之间切换，充分利用扩散燃烧模式和预混燃烧模式的优点，可以适用于各种工况和燃料，极大地提高了燃烧性能；
[0020](2)中间进气结构为波浪旋转结构，波浪旋转结构形成斜流通道，使得流经斜流通道后的燃料和空气能够更加充分地掺混，提高了燃烧效率，降低了污染物排放，改善了燃烧状态；
[0021](3)中间进气结构还包括支撑圆筒，支撑圆筒形成引流通道、内侧流道和外侧流道，在其导流作用下，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；
[0022](4)步进电机和螺杆作为驱动装置，火焰稳定性监测装置和控制器分别作为传感装置和控制装置，实现了扩散燃烧模式和预混燃烧模式的自动切换，无需人工干预，提高了模式切换的准确性和反应速度，进一步提高了双工作模式喷嘴的性能。
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例的双工作模式喷嘴工作于预混燃烧模式的半剖示意图；
[0024]图2为图1所示双工作模式喷嘴工作于预混燃烧模式的三维示意图；
[0025]图3为图1所示双工作模式喷嘴工作于扩散燃烧模式半剖示意图；
[0026]图4为图1所示双工作模式喷嘴工作于扩散燃烧模式三维示意图；
[0027]图5为波浪旋转结构的三维示意图；
[0028]图6为具有两个波浪旋转结构的双工作模式喷嘴示意图；
[0029]图7为内层圆筒和外层圆筒的相对位置示意图；
[0030]图8圆形喷嘴阵列示意图。
[0031]【符号说明】
[0032]11-内层圆筒；21-波浪旋转结构；22-波峰；23-波谷；24