[发明专利]一种兼具内外掺混区的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器

说明书

本发明提供了一种兼具内外掺混区的喷嘴，波浪旋流器同轴设置于外壁圆筒内，中间圆筒嵌入波浪旋流器，波浪旋流器被分割成内圈旋流结构和外圈旋流结构；内圈、外圈旋流结构与、中间圆筒、外壁圆筒围成内、外流道，并形成内掺混区和外掺混区，内外流道的可燃混合物在出口掺混区掺混。本发明的燃料和空气在进入喷嘴前并不掺混，外掺混区的可燃混合物带有旋转运动，在离心力作用下使可燃混合器在喷嘴出口形成扩张形火焰，提高了燃烧的稳定性，中间圆筒出口区流出的可燃物为无旋的轴向运动，可以防止在喷嘴出口形成强回流区，减小了流动损失、降低了污染物排放，同时具有良好的燃烧稳定性和低污染物排放。

技术领域

本发明涉及燃烧装置技术领域，尤其涉及一种兼具内外掺混区的喷嘴、 喷嘴阵列和燃烧器，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。

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，特别是燃料火焰传播速度快时回火问题更 加突出，如燃烧氢气或富氢燃料。

因而，亟需一种兼备扩散燃烧和预混燃烧优点的燃烧器。

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，本发明提供了一种兼具内外掺混 区的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器。

(二)技术方案

本发明提供了一种兼具内外掺混区的喷嘴，包括：中间圆筒、外壁圆 筒、网孔板和波浪旋流器；其中，所述波浪旋流器同轴设置于所述外壁圆 筒内；所述中间圆筒沿所述波浪旋流器轴向、由所述波浪旋流器的出口端 嵌入所述波浪旋流器，所述波浪旋流器被分割成内圈旋流结构和外圈旋流 结构；所述外圈旋流结构、中间圆筒与外壁圆筒围成外流道，所述内圈旋 流结构与中间圆筒围成内流道；所述网孔板设置于中间圆筒内，所述网孔 板与波浪旋流器的出口端之间形成内掺混区，所述内掺混区与内流道连通； 所述外壁圆筒、波浪旋流器的出口端与中间圆筒围成外掺混区，所述外掺 混区与外流道连通，所述外壁圆筒突出于中间圆筒的部分形成出口掺混区； 流入内流道的燃料和空气进入内掺混区掺混成为第一带旋可燃混合物，流 入外流道的燃料和空气进入外掺混区掺混成为第二带旋可燃混合物，第一 带旋可燃混合物经网孔板后成为无旋可燃混合物，无旋可燃混合物与第二带旋可燃混合物在出口掺混区掺混。

优选地，所述波浪旋流器由沿径向起伏的多个波峰和多个波谷沿周向 相间排列而成，沿周向排列的波谷围成内接圆，沿周向排列的波峰形成外 切圆，所述中间圆筒的直径处于内接圆直径和外切圆直径之间。