[发明专利]一种用于预混燃烧的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器

说明书

本发明提供了一种用于预混燃烧的喷嘴，内层进气结构的流体出口端、外层进气结构的外层圆筒和M层中间进气结构的顶端之间形成掺混区，减小了回火现象对喷嘴和燃烧器的影响，提高了回火裕度；相邻两层波浪旋转结构之间、波浪旋转结构与内层圆筒和外层圆筒之间形成斜流通道，提高了燃烧效率，降低了污染物排放，防止熄火和火焰脉动现象的发生，提高了燃烧的稳定性；支撑圆筒、内层圆筒和外层圆筒形成引流通道、内侧流道和外侧流道，进一步提高了燃烧的稳定性、完全性和效率。

技术领域

本发明涉及燃烧装置技术领域，尤其涉及一种用于预混燃烧的喷嘴和喷嘴阵列，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

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。此外，由于氢气等燃料的燃烧速度快易发生回火，因而工业上氢气燃烧器多为扩散燃烧方式，回火问题是氢气预混燃烧器面临的一个技术挑战。因而，如何提高防止回火现象的发生，提高燃烧稳定性和效率，降低污染物排放，成为本领域亟待研究的课题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种用于预混燃烧的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器。

(二)技术方案

本发明提供了一种用于预混燃烧的喷嘴，其包括内层进气结构、外层进气结构和M层中间进气结构，其中：内层进气结构的靠近流体出口一侧为流体出口端，靠近流体入口一侧为内层圆筒11；外层进气结构的靠近流体出口一侧为外层圆筒31；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之间以及内层进气结构的内部为气流通道；内层进气结构的流体出口端沿流体出口方向突出于M层中间进气结构，外层进气结构的外层圆筒31沿流体出口方向突出于内层进气结构的流体出口端，内层进气结构的流体出口端、外层进气结构的外层圆筒31和M层中间进气结构的顶端之间形成掺混区41，其中，1≤M≤100。

优选地，中间进气结构的靠近流体出口一侧为波浪旋转结构21，相邻两层波浪旋转结构21之间、最内层波浪旋转结构与内层圆筒11之间以及最外层波浪旋转结构与外层圆筒31之间形成斜流通道，该斜流通道由波浪旋转结构的底端向顶端延伸，并与轴向成一定角度。

优选地，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，其中，2≤N≤10000。

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42，该内侧流道42与最内层波浪旋转结构的波峰和内层圆筒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43，该外侧流道43与最外层波浪旋转结构的波谷和外层圆筒31形成的斜流通道连通。