本發(fā)明涉及燃燒技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種低污染的燃燒室徑向兩級旋流噴嘴。

背景技術(shù)：

隨著全世界對環(huán)境保護(hù)問題的重視，各國對燃燒技術(shù)領(lǐng)域的氮氧化物(NOx)排放要求越來越嚴(yán)格。

為了達(dá)到低NOx排放的目的，預(yù)混燃燒技術(shù)被廣泛采用。為達(dá)到低的NOx，預(yù)混燃燒室多采用旋流混合技術(shù)來實(shí)現(xiàn)燃料和氧化劑的良好混合，但是工作于這一狀態(tài)的燃燒室極其容易產(chǎn)生燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象。為解決這一問題，工程上通常采用犧牲NOx排放性能的折衷措施，即利用穩(wěn)定性好但NOx排放性能差的擴(kuò)散火焰，來穩(wěn)定預(yù)混火焰。一般來講，用于擴(kuò)散燃燒的燃料量占比越大，燃燒越穩(wěn)定，但NOx排放也隨之增大。這樣的燃燒組織形式，要求燃燒室在進(jìn)行低污染燃燒室噴嘴設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎處理擴(kuò)散火焰對NOx排放和對火焰穩(wěn)定能力的矛盾。

在我國當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)中，采用傳統(tǒng)燃煤技術(shù)占據(jù)了絕大部分份額。但是這種傳統(tǒng)技術(shù)存在效率低，污染物排放高(尤其是NOx排放)，耗費(fèi)淡水資源多等缺點(diǎn)。以天然氣等為燃料的燃燒技術(shù)作為清潔能源技術(shù)之一，可以在滿足燃燒需求的同時(shí)，有效的降低污染物的排放。同樣，這其中燃燒室噴嘴的設(shè)計(jì)對于組織燃燒、降低污染物排放尤為重要。

燃燒室中，燃料和空氣通過噴嘴實(shí)現(xiàn)預(yù)混合和速度型的改變，在噴嘴出口達(dá)到合理的速度分布，并匹配合理的燃料空氣混合比例，進(jìn)入燃燒室組織燃燒，形成穩(wěn)定的流場和燃燒場?，F(xiàn)有技術(shù)中，對燃燒室噴嘴的設(shè)計(jì)形式，例如專利CN103542427中提到可以采用多個(gè)燃燒路徑，每個(gè)燃燒路徑利用至少一個(gè)預(yù)混燃燒器，以解決相鄰預(yù)混燃燒器的操作干擾問題，以給予每個(gè)燃燒路徑單獨(dú)調(diào)整負(fù)載和燃料類型的可能性，但實(shí)際上這種實(shí)施方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)難度也比較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)發(fā)明目的

提供了一種燃燒室徑向兩級旋流噴嘴，解決在NOx排放和火焰穩(wěn)定之間的矛盾的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種燃燒室徑向兩級旋流噴嘴，其特征包括：沿徑向同軸布置的中心燃料通道、外圍燃料通道、環(huán)形空氣通道；中心燃料輸送管、中心燃料噴嘴；外圍燃料輸送管、外圍燃料噴嘴；噴嘴外壁；

所述噴嘴外壁為所述兩級旋流噴嘴的外壁；

所述環(huán)形空氣通道內(nèi)部同軸設(shè)置將所述環(huán)形空氣通道分隔成中心空氣通道和外圍空氣通道的分流板；

所述中心燃料輸送管連接所述中心燃料噴嘴；所述中心燃料輸送管與中心燃料噴嘴限定的區(qū)域?yàn)樗鲋行娜剂贤ǖ?；所述中心燃料噴嘴末端設(shè)置有中心燃料噴射孔；

所述外圍燃料輸送管連接所述外圍燃料噴嘴；所述外圍燃料輸送管與外圍燃料噴嘴限定的區(qū)域?yàn)樗鐾鈬剂贤ǖ?；所述外圍燃料噴嘴設(shè)置在所述分流板與所述噴嘴外壁之間區(qū)，其末端設(shè)置有外圍燃料噴射孔；

所述中心空氣通道內(nèi)布置有所述中心旋流裝置；

所述外圍空氣通道內(nèi)布置有所述外圍旋流裝置；

所述兩級旋流噴嘴內(nèi)部設(shè)置預(yù)混腔，用于將所述中心燃料噴射孔噴出的燃料與經(jīng)所述中心旋流裝置旋流的所述中心空氣通道的空氣混合。

進(jìn)一步的，還包括設(shè)置在所述中心空氣通道區(qū)域的第一分隔板、第二分隔板；

所述第一分隔板設(shè)置在所述中心燃料噴嘴的徑向外側(cè)；所述第二分隔板設(shè)置在所述第一分隔板的徑向外側(cè)；

所述第一分隔板、第二分隔板形成用于限定所述預(yù)混腔的區(qū)域；

所述第一分隔板上設(shè)置第一泄流孔；

所述第二分隔板上設(shè)置第二泄流孔。

進(jìn)一步地，還包括設(shè)置有位于第一泄流孔軸向下游的第一檔板，設(shè)置有位于第二泄流孔軸向下游的第二檔板。

進(jìn)一步地，所述的外圍燃料噴嘴上的外圍燃料噴射孔位置可以是徑向朝內(nèi)、徑向朝外、周向朝下游或幾者結(jié)合。

進(jìn)一步地，所述的外圍旋流裝置可以是軸向旋流或徑向旋流，形式可以是葉片式或斜切孔式，旋流角度范圍為0～15度。

進(jìn)一步地，所述的中心旋流裝置以是軸向旋流或徑向旋流，形式可以是葉片式或斜切孔式。

進(jìn)一步地，所述的第一泄流孔沿周向均布、孔徑大小為Φ2～Φ4mm。

進(jìn)一步地，所述的第二泄流孔沿周向均布、孔徑大小為Φ2～Φ4mm。

進(jìn)一步地，所述的中心空氣通道和外圍空氣通道限流面積比范圍為1：(7.5～9.5)。

進(jìn)一步地，所述的第一泄流孔與第二泄流孔面積比范圍為1～5。

(三)有益效果

該技術(shù)方案旋流裝置沿徑向分兩級布置，保證摻混效果的同時(shí)，匹配噴嘴出口的速度分布。通過兩級旋流裝置保證噴嘴出口速度分布合理、燃料空氣摻混均勻，合理控制燃燒區(qū)域，維持燃燒室內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)，從而保證燃燒的穩(wěn)定性和良好的排放性能。

本發(fā)明的中心燃料通道能夠通過中心燃料噴射方式配合中心旋流裝置以及預(yù)混腔，使中心和外圍從流動起就解耦，實(shí)現(xiàn)噴射擴(kuò)散燃燒+旋流火焰的燃燒模式，達(dá)到可靠點(diǎn)火和最大量降低排放的效果。

外圍旋流裝置都能夠強(qiáng)化燃料氣和空氣的旋流混合，通過燃料與空氣的預(yù)混降低排放。

中心燃料噴嘴、中心旋流裝置與預(yù)混腔組成的結(jié)構(gòu)還可以減少中心通道與外圍通道之間的相互影響，避免外圍通道受到干擾，同時(shí)分流板和噴嘴外壁面間形成的外圍環(huán)形氣流通道，以通道面積限定外圍環(huán)形空氣通道的氣流速度，保證外周側(cè)氣流速度型分布，從而持續(xù)穩(wěn)定的燃燒，保證整個(gè)燃燒室在調(diào)節(jié)過程中不熄火。

經(jīng)由泄流孔噴出的空氣可以作為冷卻氣冷卻預(yù)混腔壁面，并且這部分氣體還可以實(shí)現(xiàn)防回火的技術(shù)效果，進(jìn)一步增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性。

中心燃料噴嘴和外圍燃料噴嘴單獨(dú)調(diào)節(jié)，配合各燃料噴射孔位置和大小的調(diào)整，能夠?yàn)閲娮焯峁└鼘挼脑O(shè)計(jì)空間，滿足不同燃料和空氣摻混的需要。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖的局部放大圖。

圖中標(biāo)注說明如下：

1：中心燃料通道；2：外圍燃料通道；3：環(huán)形空氣通道；4：分流板；5：中心空氣通道；6：外圍空氣通道；7：中心燃料輸送管；8：中心燃料噴嘴；9：中心燃料噴射孔；10：外圍燃料輸送管；11：外圍燃料噴嘴；12：外圍燃料噴射孔；13：噴嘴外壁；14：中心旋流裝置；15：外圍旋流裝置；16：預(yù)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：第一檔板；22：第二檔板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)和具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。以下實(shí)例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“外圍”、“內(nèi)”、“外”“下游”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

如圖1所示，為本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種燃燒室徑向兩級旋流噴嘴，該噴嘴包括沿徑向同軸布置的中心燃料通道1、外圍燃料通道2、環(huán)形空氣通道3；中心燃料輸送管7、中心燃料噴嘴8；外圍燃料輸送管10、外圍燃料噴嘴11；噴嘴外壁13；噴嘴外壁13為所述兩級旋流噴嘴的外壁；環(huán)形空氣通道3內(nèi)部同軸設(shè)置將所述環(huán)形空氣通道3分隔成中心空氣通道5和外圍空氣通道6的分流板4；中心燃料輸送管7連接所述中心燃料噴嘴8；所述中心燃料輸送管7與中心燃料噴嘴8限定的區(qū)域?yàn)樗鲋行娜剂贤ǖ?；所述中心燃料噴嘴8末端設(shè)置有中心燃料噴射孔9；外圍燃料輸送管10連接所述外圍燃料噴嘴11；外圍燃料輸送管10與外圍燃料噴嘴11限定的區(qū)域?yàn)樗鐾鈬剂贤ǖ?；外圍燃料噴嘴11設(shè)置在所述分流板4與所述噴嘴外壁13之間，其末端設(shè)置有外圍燃料噴射孔12；中心空氣通道5內(nèi)布置有所述中心旋流裝置14；外圍空氣通道6內(nèi)布置有所述外圍旋流裝置15；旋流噴嘴內(nèi)部設(shè)置預(yù)混腔16，用于將所述中心燃料噴射孔9噴出的燃料與經(jīng)所述中心旋流裝置14旋流的所述中心空氣通道5的空氣混合。

優(yōu)選地，中心空氣通道5區(qū)域的第一分隔板17、第二分隔板18；第一分隔板17設(shè)置在所述中心燃料噴嘴8的徑向外側(cè)；第二分隔板18設(shè)置在所述第一分隔板17的徑向外側(cè)；第一分隔板17、第二分隔板18形成用于限定所述預(yù)混腔16的區(qū)域；第一分隔板17上設(shè)置第一泄流孔19；第二分隔板18上設(shè)置第二泄流孔20。

優(yōu)選地，噴嘴還包括設(shè)置有位于第一泄流孔19軸向下游的第一檔板21，設(shè)置有位于第二泄流孔20軸向下游的第二檔板22(參見圖1中的局部放大圖)。

優(yōu)選地，外圍燃料噴嘴11上的外圍燃料噴射孔12位置可以是徑向朝內(nèi)、徑向朝外、周向朝下游或幾者結(jié)合。

優(yōu)選地，外圍旋流裝置15可以是軸向旋流或徑向旋流，形式可以是葉片式或斜切孔式，旋流角度范圍為0～15度。

優(yōu)選地，中心旋流裝置14以是軸向旋流或徑向旋流，形式可以是葉片式或斜切孔式。

優(yōu)選地，第一泄流孔19沿周向均布、孔徑大小為Φ2～Φ4mm。

優(yōu)選地，第二泄流孔20沿周向均布、孔徑大小為Φ2～Φ4mm。

優(yōu)選地，中心空氣通道5和外圍空氣通道6面積比范圍為1：(7.5～9.5)。

優(yōu)選地，第一泄流孔19與第二泄流孔20面積比范圍為1～5。

本發(fā)明的工作原理如下：

中心燃料途徑中心燃料通道1，由中心燃料輸送管7到達(dá)中心燃料噴嘴8，由中心燃料噴嘴8上的中心燃料噴射孔9噴出；外圍燃料途徑外圍燃料通道2，由外圍燃料輸送管10到達(dá)外圍燃料噴嘴11，由外圍燃料噴射孔12噴出；

空氣進(jìn)入環(huán)形空氣通道3，被分流板4分流，一部分進(jìn)入外圍空氣通道6，其余進(jìn)入中心空氣通道5；

進(jìn)入外圍空氣通道6的空氣與外圍燃料噴射孔12噴出的燃料，經(jīng)外圍旋流裝置11加強(qiáng)摻混后進(jìn)入下游燃燒；

進(jìn)入中心空氣通道5的空氣則再分為幾部分，一部分經(jīng)中心旋流裝置14與中心燃料噴嘴8噴出的燃料一起進(jìn)入下游進(jìn)行點(diǎn)火燃燒，一部分由第一冷卻孔19進(jìn)入下游，一部分由第二泄流孔20進(jìn)入下游；

經(jīng)由泄流孔噴出的空氣可以作為冷卻氣冷卻用來限定預(yù)混腔16的第一分隔板17、第二分隔板18壁面，并且這部分冷卻氣可以間隔開中心通道與外圍通道的氣流流動，使其互不干擾，附加設(shè)置的第一檔板21與第二檔板22可以強(qiáng)化這一技術(shù)效果。另外，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還可以利用這部分空氣實(shí)現(xiàn)防回火的技術(shù)效果，進(jìn)一步增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性。

外圍通道燃料，中心通道燃料可以分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足不同的燃燒當(dāng)量比需求。

本發(fā)明的工作原理如下：

中心燃料途徑中心燃料通道1，由中心燃料輸送管7到達(dá)中心燃料噴嘴8，由中心燃料噴嘴8上的中心燃料噴射孔9噴出；外圍燃料途徑外圍燃料通道2，由外圍燃料輸送管10到達(dá)外圍燃料噴嘴11，由外圍燃料噴射孔12噴出；

空氣進(jìn)入環(huán)形空氣通道3，被分流板4分流，一部分進(jìn)入外圍空氣通道6，其余進(jìn)入中心空氣通道5；

進(jìn)入外圍空氣通道6的空氣與外圍燃料噴射孔12噴出的燃料，經(jīng)外圍旋流裝置11加強(qiáng)摻混后進(jìn)入下游燃燒；

進(jìn)入中心空氣通道5的空氣則再分為幾部分，一部分經(jīng)中心旋流裝置14與中心燃料噴嘴8噴出的燃料一起進(jìn)入預(yù)混腔16進(jìn)行點(diǎn)火燃燒，一部分由第一泄流孔19進(jìn)入下游，一部分由第二泄流孔20進(jìn)入下游；

經(jīng)由泄流孔噴出的空氣可以作為冷卻氣冷卻用來限定預(yù)混腔16的第一分隔板17、第二分隔板18壁面，另外，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還可以利用這部分泄流空氣實(shí)現(xiàn)防回火的技術(shù)效果，進(jìn)一步增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性。

外圍通道，中心通道的燃料與空氣摻混燃燒的工作過程，由預(yù)混腔16這一結(jié)構(gòu)分隔開來，限定預(yù)混腔16的第一分隔板17與第二分隔板18以固體的形式分隔，第一分隔板17與第二分隔板18上設(shè)置的第一泄流孔19與第二泄流孔20中噴出的泄流空氣可以以氣體的形式間隔開中心通道與外圍通道的氣流流動，使其互不干擾，第一泄流孔19與第二泄流孔20和第一檔板21與第二檔板22配合，增加氣流的徑向流動方向，強(qiáng)化分隔這一技術(shù)效果。

外圍通道燃料，中心通道燃料可以分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足不同的燃燒當(dāng)量比需求。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。