本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種用于燃?xì)廨啓C(jī)低污染燃燒室的多點(diǎn)直接噴射頭結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

燃?xì)廨啓C(jī)污染物排放的源頭來(lái)自燃燒室，因此發(fā)展低污染燃燒技術(shù)是降低燃?xì)廨啓C(jī)污染排放的關(guān)鍵。燃燒室的主要污染物包括氮氧化物、一氧化碳和未燃碳?xì)?，其中最重要的是減少氮氧化物的生成量。在燃燒室中，熱力型氮氧化物生成機(jī)理起到主導(dǎo)作用，因此降低燃燒區(qū)燃燒溫度是降低氮氧化物生成量的有效手段之一。貧油燃燒技術(shù)可有效降低燃燒區(qū)燃燒溫度，從而減少氮氧化物的生成量。

針對(duì)貧油燃燒技術(shù)，國(guó)外研究者們提出了貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)燃燒技術(shù)，并對(duì)其開展了廣泛研究，該技術(shù)可有效控制主燃區(qū)燃燒溫度，在降低氮氧化物方面具有很大的潛力。但是，該技術(shù)研發(fā)過(guò)程中遇到自燃、回火和嚴(yán)重的燃燒不穩(wěn)定性等技術(shù)障礙，這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)預(yù)混燃燒遇到的問(wèn)題，又提出了貧油直接噴射燃燒技術(shù)，該技術(shù)中燃油不經(jīng)過(guò)預(yù)混而是直接噴射到主燃區(qū)內(nèi)與空氣快速混合并充分燃燒，同樣可以有效降低氮氧化物的生成量，并且完全避免了自燃和回火的問(wèn)題，同時(shí)降低了燃燒不穩(wěn)定性的程度。因此貧油直接噴射燃燒技術(shù)是低污染燃燒技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。

國(guó)內(nèi)近年也有許多關(guān)于低污染燃燒室的文獻(xiàn)發(fā)表。專利201510673156.0、201510674145.4公開了兩種低污染燃燒室，其中副燃級(jí)采用旋流穩(wěn)定的擴(kuò)散燃燒與旋流預(yù)混燃燒相結(jié)合的方式，可在小狀態(tài)下穩(wěn)定燃燒的同時(shí)降低污染物；主燃級(jí)采用預(yù)混預(yù)蒸發(fā)的燃燒方式，可在大狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)均勻燃燒以降低nox排放。專利201410643105.9公開了一種主燃級(jí)貧預(yù)混的分層部分預(yù)混低污染燃燒室，值班級(jí)采用擴(kuò)散燃燒，主燃級(jí)采用貧油預(yù)混燃燒，在大工況時(shí)，值班級(jí)和主燃級(jí)同時(shí)工作，主燃區(qū)處于貧油狀態(tài)，能夠顯著降低nox的排放。但是主燃級(jí)采用預(yù)混預(yù)蒸發(fā)的方式有可能產(chǎn)生燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重影響燃燒性能，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性的破壞。專利cn104791847a提出了“一種適用于燃?xì)廨啓C(jī)低污染燃燒室的低旋流多噴嘴燃燒室結(jié)構(gòu)”，該燃燒室由六個(gè)外側(cè)低旋流噴嘴和一個(gè)中心低旋流噴嘴組成，采用氣態(tài)燃料和預(yù)混燃燒方式，可有效降低污染物排放。氣態(tài)燃料可直接快速與空氣混合，但是液態(tài)燃料必須經(jīng)過(guò)良好霧化并和空氣混合后才能形成可燃混氣，因此該燃燒器不適用于液態(tài)燃料，不能解決使用液態(tài)燃料燃?xì)廨啓C(jī)的低污染燃燒問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種用于燃?xì)廨啓C(jī)低污染燃燒室的多點(diǎn)直接噴射頭結(jié)構(gòu)，該噴射頭結(jié)構(gòu)能使燃燒室在全工況范圍內(nèi)穩(wěn)定高效工作，有效抑制燃燒不穩(wěn)定性的發(fā)生，同時(shí)降低污染物排放。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:包括燃燒室頭部法蘭、四個(gè)副燃級(jí)旋流噴嘴模、八個(gè)主燃級(jí)旋流噴嘴模、空氣進(jìn)口、旋流通道、環(huán)形旋流空氣平直通道、環(huán)形旋流空氣收斂通道、旋流空氣出口、燃油進(jìn)口、噴嘴、噴嘴出口，所述副燃級(jí)旋流噴嘴模和主燃級(jí)旋流噴嘴模依燃燒室頭部法蘭中心周向均布固連，主燃級(jí)旋流噴嘴模沿周向均布在副燃級(jí)旋流噴嘴模外圍，空氣進(jìn)口、旋流通道、環(huán)形旋流空氣平直通道、環(huán)形旋流空氣收斂通道和旋流空氣出口組成旋流噴嘴模的空氣流路，旋流通道內(nèi)安裝有旋流葉片，空氣流過(guò)旋流通道形成旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，在旋流空氣出口形成沿徑向內(nèi)側(cè)低外側(cè)高的速度分布；所述燃油進(jìn)口、噴嘴和噴嘴出口組成燃油流路，所述噴嘴出口與旋流空氣出口平齊，從噴嘴出口噴出的油霧在旋流空氣剪切作用下破碎形成均勻分布的小液滴并與空氣混合形成均勻可燃混氣，以非預(yù)混方式燃燒反應(yīng)；主燃級(jí)旋流噴嘴模和副燃級(jí)旋流噴嘴模可獨(dú)立工作或同時(shí)工作。

所述副燃級(jí)旋流噴嘴模周向相鄰噴嘴模中心距s1為1.5～2.0d。

所述主燃級(jí)旋流噴嘴模周向相鄰噴嘴模中心距s2為1.5～2.0d。

所述旋流噴嘴模燃燒當(dāng)量比為0.6～0.8。

所述旋流通道內(nèi)的旋流葉片數(shù)量為8～16個(gè)，旋流葉片安裝角度為35～40°。

有益效果

本發(fā)明提出的用于燃?xì)廨啓C(jī)低污染燃燒室的多點(diǎn)直接噴射頭結(jié)構(gòu)，燃燒區(qū)采用貧油設(shè)計(jì)，工作當(dāng)量比在0.6～0.8之間，此時(shí)火焰溫度較低，可有效抑制由熱力型機(jī)理生成的氮氧化物。燃油噴霧在旋流空氣作用下迅速霧化并與空氣良好混合，確保燃燒均勻充分不產(chǎn)生局部熱點(diǎn)。

燃燒室在相同的入口條件下，多點(diǎn)噴射較常規(guī)燃燒室單點(diǎn)噴射而言，每個(gè)噴嘴的流量減小，因此可選用流量數(shù)較小的噴嘴，從而保證較高的供油壓力，達(dá)到更好的霧化水平，更快更均勻的進(jìn)行燃燒反應(yīng)。同時(shí)，多點(diǎn)噴射較單點(diǎn)噴射能夠獲得更加均勻的出口溫度場(chǎng)。

貧油多點(diǎn)直接噴射采用非預(yù)混燃燒，極大降低了發(fā)生燃燒不穩(wěn)定性的幾率，并且可通過(guò)調(diào)整噴嘴間距控制各噴嘴之間干涉作用，有效抑制燃燒噪聲。

本發(fā)明采用分級(jí)燃燒技術(shù)，將燃燒分為主燃級(jí)和副燃級(jí)，其目的是為了拓寬燃燒室穩(wěn)定工作邊界。在小功率狀態(tài)下，僅需要副燃級(jí)供油燃燒，主燃級(jí)不供油，副燃級(jí)工作當(dāng)量比在0.6～0.8之間，保證燃燒室穩(wěn)定工作，隨著功率狀態(tài)的增加，可逐漸打開主燃級(jí)并關(guān)閉副燃級(jí)；同樣主燃級(jí)工作當(dāng)量比在0.6～0.8之間，在最大功率狀態(tài)下，主燃級(jí)和副燃級(jí)同時(shí)工作仍保持燃燒當(dāng)量比在0.6～0.8之間?？杀ＷC在所有工作狀態(tài)下，燃燒室均能穩(wěn)定工作并有效降低污染物排放水平。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種用于燃?xì)廨啓C(jī)低污染燃燒室的多點(diǎn)直接噴射頭結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明多點(diǎn)直接噴射頭結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明多點(diǎn)直接噴射頭結(jié)構(gòu)布置示意圖。

圖3為本發(fā)明的旋流噴嘴模軸測(cè)圖。

圖4為本發(fā)明的旋流噴嘴模剖視圖。

圖5為本發(fā)明應(yīng)用于環(huán)管型燃燒室示意圖。

圖中:

1.燃燒室頭部2.燃燒室頭部法蘭3.副燃級(jí)旋流噴嘴模4.主燃級(jí)旋流噴嘴模5.空氣進(jìn)口6.旋流通道7.環(huán)形旋流空氣平直通道8.環(huán)形旋流空氣收斂通道9.旋流空氣出口10.燃油進(jìn)口11.噴嘴12.噴嘴出口13.錐形油霧14.流線

3a、3b、3c、3d為副燃級(jí)旋流噴嘴模

4a、4b、4c、4d、4e、4f、4g、4h為主燃級(jí)旋流噴嘴模

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例是一種用于燃?xì)廨啓C(jī)低污染燃燒室的多點(diǎn)直接噴射頭結(jié)構(gòu)。

如圖1～圖4，本實(shí)施例用于燃?xì)廨啓C(jī)低污染燃燒室的多點(diǎn)直接噴射頭結(jié)構(gòu)，由燃燒室頭部1、燃燒室頭部法蘭2、四個(gè)副燃級(jí)旋流噴嘴模3、八個(gè)主燃級(jí)旋流噴嘴模4、空氣進(jìn)口5、旋流通道6、環(huán)形旋流空氣平直通道7、環(huán)形旋流空氣收斂通道8、旋流空氣出口9、燃油進(jìn)口10、噴嘴11、噴嘴出口12組成；其中，副燃級(jí)旋流噴嘴模3包括旋流噴嘴模3a、旋流噴嘴模3b、旋流噴嘴模3c、旋流噴嘴模3d；主燃級(jí)旋流噴嘴模4包括旋流噴嘴模4a、旋流噴嘴模4b、旋流噴嘴模4c、旋流噴嘴模4d、旋流噴嘴模4e、旋流噴嘴模4f、旋流噴嘴模4g、旋流噴嘴模4h；副燃級(jí)旋流噴嘴模3和主燃級(jí)旋流噴嘴模4依燃燒室頭部1的燃燒室頭部法蘭中心周向均布固連，主燃級(jí)旋流噴嘴模4沿周向均布在副燃級(jí)旋流噴嘴模3外圍；主燃級(jí)旋流噴嘴模4和副燃級(jí)旋流噴嘴模3可獨(dú)立工作或同時(shí)工作。副燃級(jí)旋流噴嘴模周向相鄰噴嘴模中心距s1為1.5～2.0d。主燃級(jí)旋流噴嘴模周向相鄰噴嘴模中心距s2為1.5～2.0d。

本實(shí)施例中，空氣進(jìn)口5、旋流通道6、環(huán)形旋流空氣平直通道7、環(huán)形旋流空氣收斂通道8和旋流空氣出口9組成旋流噴嘴模的空氣流路；旋流通道6內(nèi)安裝有旋流葉片，旋流通道6內(nèi)的旋流葉片數(shù)量為8～16個(gè)，旋流葉片安裝角度為35°～40°；空氣流過(guò)旋流通道6形成旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，在旋流空氣出口9形成沿徑向內(nèi)側(cè)低外側(cè)高的速度分布。燃油進(jìn)口10、噴嘴11和噴嘴出口12組成燃油流路；噴嘴出口12與旋流空氣出口9平齊，從噴嘴出口12噴出的油霧在旋流空氣剪切作用下破碎形成均勻分布的小液滴并與空氣混合形成均勻可燃混氣，以非預(yù)混方式燃燒反應(yīng)。

燃燒室工作過(guò)程:

燃燒室點(diǎn)火時(shí)，僅中心四個(gè)副燃級(jí)旋流噴嘴模燃燒，隨著工作狀態(tài)的增加，供油量也逐漸增加，當(dāng)達(dá)到四個(gè)副燃級(jí)旋流噴嘴模工作上限時(shí)，打開外圍八個(gè)主燃級(jí)旋流噴嘴模，中心火焰迅速引燃外圍可燃混氣，隨后保持副燃級(jí)旋流噴嘴模和主燃級(jí)旋流噴嘴模同時(shí)工作。

旋流噴嘴模工作過(guò)程:

空氣從空氣進(jìn)口5進(jìn)入旋流通道6形成旋流流動(dòng)，然后流過(guò)環(huán)形旋流空氣平直通道7以消除旋流葉片尾跡的影響；再流過(guò)環(huán)形旋流空氣收斂通道8，在旋流空氣出口9形成沿徑向內(nèi)側(cè)低外側(cè)高的速度分布，最終旋流器下游流線14擴(kuò)張形成回流區(qū)。燃油從燃油進(jìn)口10進(jìn)入噴嘴11，從噴嘴出口12噴出錐形噴霧13，燃油錐形噴霧13和旋流空氣混合后在下游以貧油狀態(tài)穩(wěn)定燃燒。旋流噴嘴模燃燒當(dāng)量比為0.6～0.8。

圖5是應(yīng)用于環(huán)管型燃燒室的布局，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的具體結(jié)構(gòu)和尺寸調(diào)整單管燃燒室數(shù)量。