CN102748755A - 醇基燃料引射式自适应配风燃烧器 - Google Patents

醇基燃料引射式自适应配风燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种醇基燃料引射式自适应配风燃烧器，其具有内设燃烬室的燃烧器主体部，燃烬室具有螺旋汽化器，螺旋汽化器具有气体燃剂出口和液体燃剂进口；引射装置，其具有燃剂喷嘴、引射器吸入段、引射器混合段、引射器扩压段、引射器收缩段，燃剂喷嘴、引射装置依序共轴安装于燃烬室的接口处，燃剂喷嘴通过喷嘴支架设于引射器吸入段入口，气体燃剂出口通向燃剂喷嘴的入口端，引射器混合段、引射器扩压段、引射器收缩段和燃烬室长度之比为5：5：1：10，引射器吸入段入口直径、引射器的喉部直径、引射器扩压段出口直径、引射器收缩段出口直径和燃烬室直径之比为2：1：1.8：1.4：5.2。本发明对引射装置至燃烬室各段结构比值的优化，实现了自适应配风，燃烧稳定且可靠。

Description

醇基燃料引射式自适应配风燃烧器
技术领域
本发明涉及一种燃烧醇基燃料的引射式燃烧器，尤其是涉及一种醇基燃料引射式自适应配风燃烧器。
 
背景技术
随着我国经济的全面发展，对能源的需求越来越大，而在化石能源十分紧缺和环境严重污染的今天，人们不断地寻求一种新的能源来代替现有的化石燃油。醇基燃料以其有与汽油，柴油相似的化学性质而成为人们不断研究的对象。醇基燃料的广泛推广使用，主要是替代工业燃油和满足农村民用燃料方面的需求。醇基燃料的广泛使用可以缓解能源危机给我国国民经济发展和人民生活带来的威胁，而现在面临的最主要的问题就是需要一种安全，高效，而且操作简单的燃烧器。
目前，对于醇基燃料的燃烧使用仍然存在很多问题，最主要的就是醇基燃料的热值较低，而且汽化潜热很大，大约是汽油的三倍。所以燃烧时的燃烧温度较低，燃烧器的结构很复杂，操作性和安全性都受到极大的影响，燃烧效率很低。
现在的引射式燃烧器，因为是部分预混或是完全预混燃烧方式，所以燃烧效率较高，在天然气和液化石油气方面应用较多，然而主要用于燃烧醇基燃料的引射式燃烧器却没有。现有的引射式燃烧器存在的另外一个问题就是自动调节能力差，当功率发生较大变化时，引射的空气量就会严重偏离设计的引射量，使燃烧效率下降。目前的引射式燃烧器一般都采用手动或外加调节装置来改变引射器喉部面积或是空气进气口面积大小来调节引射空气量，该操作需要一定的技能，而且不能保证燃烧的最佳空气量。
 
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种不需要外加调节装置的醇基燃料引射式自适应配风燃烧器，通过优化结构参数，能够根据功率大小自动调节引射空气量，保证在不同的功率条件下都能保持燃料完全燃烧的配风比例，从而使其具有自适应配风能力。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种醇基燃料引射式自适应配风燃烧器，其具有燃烧器主体部，所述燃烧器主体部内设有燃烬室，所述燃烬室具有螺旋汽化器，所述燃烬室靠近引射装置端和远离引射装置端分别设有螺旋汽化器的液体燃剂进口和气体燃剂出口；引射装置，所述引射装置具有燃剂喷嘴、引射器吸入段、引射器混合段、引射器扩压段、引射器收缩段，所述燃剂喷嘴、引射装置依序共轴安装于燃烬室的接口处，所述燃剂喷嘴通过喷嘴支架安装于引射器吸入段入口之上，所述气体燃剂出口通过连接管道接于燃剂喷嘴的入口端，所述引射器混合段、引射器扩压段、引射器收缩段和燃烬室长度之比为LH：LD：LP：LC=4~6：4~6：1：8~12，引射器吸入段入口直径、引射器的喉部直径、引射器扩压段出口直径、引射器收缩段出口直径和燃烬室直径之比为DX：DH：DD：DP：DC=1.5~2.5：1：1.4~2.2：1.2~1.6：4.2~6.2。
作为对本发明的进一步改进在于，所述引射器混合段、引射器扩压段、引射器收缩段和燃烬室长度之比为LH：LD：LP：LC=5：5：1：10，引射器吸入段入口直径、引射器的喉部直径、引射器扩压段出口直径、引射器收缩段出口直径和燃烬室直径之比为DX：DH：DD：DP：DC=2：1：1.8：1.4：5.2。作为对本发明的进一步改进在于，所述燃剂喷嘴的出口端位于引射器的吸入段的进口和出口两截面之间的中间位置。
作为对本发明的进一步改进在于，所述引射器的吸入段为圆弧状，且吸入段的入口端朝向出口端逐渐收缩，吸入段长度LX=0.5DH。
作为对本发明的进一步改进在于，所述燃剂喷嘴、引射器以及燃烬室共轴。
作为对本发明的进一步改进在于，所述螺旋汽化器由不锈钢管道按螺旋形紧密缠绕而成。
本发明有益效果：
(1) 本发明醇基燃料自适应配风的引射式燃烧器，通过对引射器和燃烧器关键参数的优化控制，确定关键参数的大小（引射器混合段、引射器扩压段、引射器收缩段和燃烬室长度之比为LH：LD：LP：LC=5：5：1：10，引射器吸入段入口直径、引射器的喉部直径、引射器扩压段出口直径、引射器收缩段出口直径和燃烬室直径之比为DX：DH：DD：DP：DC=2：1：1.8：1.4：5.2，让引射器的自适应性充分发挥，保证当功率发生较大变化时（20%～120%），仍然能够保证引射比例不变化，实现燃烧器的自适应配风的目的。它具有燃烧稳定，清洁可靠，而且功率可选择的范围很广泛，从10W的民用型燃烧器到各种工业上应用的10MW大小的燃烧器都可以生产，可以让醇基燃料真正的广泛应用。
（2）该燃烧器在功率发生较大变动时，燃烧器的引射器能自动调整引射空气量，不用外加调节装置调节引射器，就能时刻保持完全燃烧的配风比例，而且结构简单。
（3）该燃烧器因为保持自适应配风的参数设定范围比较宽，就决定了它能应用于较宽的功率范围。
（4）该燃烧器利用了引射式完全预混燃烧方式，燃烧效率极高，而且不需要运行成本。
 
附图说明
图1是醇基燃料引射式自适应配风燃烧器的总装配图；
图2是醇基燃料引射式自适应配风燃烧器的外观图；
图3是引射器结构示意图。
 
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
一种醇基燃料引射式自适应配风燃烧器，主要的用途就是把液体的醇基燃料通过加热汽化，用变成气体燃料的燃料引射完全所需的空气与其混合，再通入燃烬室内燃烧，其具有燃剂喷嘴1、喷嘴支架2、引射器3、螺旋汽化器4、耐火材料5、隔热材料6、气体燃剂出口7、液体燃剂进口8、燃烬室9、引射器3的吸入段10、引射器混合段11、引射器扩压段12、引射器收缩段13。
参见1～3所示，一种醇基燃料引射式自适应配风燃烧器，其具有燃烧器主体部M，其内装填有耐火材料5和隔热材料6，耐火材料5周向设于螺旋汽化器4外侧，隔热材料6周向设于耐火材料5外侧；燃烬室9，燃剂特别是醇基燃料和空气的混合物被引入所述燃烬室，燃烬室9具有位于左端的锥状部分和与之连通的柱状部分；引射装置，其作用是用汽化后的燃剂引射完全燃烧所需的空气与其充分混合，再一起引入所述燃烬室，所述燃烬室具有螺旋汽化器4，其由不锈钢管道按螺旋形紧密缠绕而成，螺旋汽化器4按燃烬室底部向开口侧的顺流方式布置在燃烬室内部，所述燃烬室靠近引射装置端和远离引射装置端分别设有螺旋汽化器的液体燃剂进口8和气体燃剂出口7，引射装置的燃剂喷嘴1、引射器3依序共轴安装于燃烬室的接口处，引射器3安装于燃烬室9的锥状部分，使得汽化后的燃剂和空气的混合气进口在火焰根部，气体燃剂出口在靠近燃烬室出口一端，所述燃剂喷嘴1通过喷嘴支架2安装于引射器3的吸入段10入口之上，所述气体燃剂出口7通过连接管道接于燃剂喷嘴1的入口端。
所述燃剂喷嘴1的出口端位于引射器3的吸入段10的进口和出口两截面之间的中间位置，燃剂喷嘴1出口是圆形小孔且呈逐渐收缩状，大小由燃烧器的最大功率和燃料特性决定。
所述引射器3的吸入段10为圆弧状，入口直径DX=2DH，且吸入段10的入口端朝向出口端逐渐收缩。引射器吸入段长度为引射器混合段入口直径的一半，即吸入段长度LX=0.5DH。
为便于本装置燃剂的燃烧，所述燃剂喷嘴1、引射器3以及燃烬室9采用共轴设计。
参见图3，所述不需外加调节装置而自适应配风的引射器3具有：引射器吸入段10、引射器混合段11、引射器扩压段12、引射器收缩段13，所述引射器混合段11、引射器扩压段12、引射器收缩段13和燃烬室长度之比为LH：LD：LP：LC=5：5：1：10，引射器吸入段10入口直径、引射器3的喉部直径、引射器扩压段12出口直径、引射器收缩段13出口直径和燃烬室直径之比为DX：DH：DD：DP：DC=2：1：1.8：1.4：5.2。除了上述优选值，上述比值还可以按照下述方式选择：所述引射器混合段、引射器扩压段、引射器收缩段和燃烬室长度之比为LH：LD：LP：LC=4：4：1：8，引射器吸入段入口直径、引射器的喉部直径、引射器扩压段出口直径、引射器收缩段出口直径和燃烬室直径之比为DX：DH：DD：DP：DC=1.5：1：1.4：1.2：4.2或者，引射器混合段、引射器扩压段、引射器收缩段和燃烬室长度之比为LH：LD：LP：LC=6：6：1：12，引射器吸入段入口直径、引射器的喉部直径、引射器扩压段出口直径、引射器收缩段出口直径和燃烬室直径之比为DX：DH：DD：DP：DC=2.5：1：2.2：1.6：6.2。
燃烧器保证自适应配风特性的参数设定为：工作压力在0.01Mpa-0.1Mpa之间，摩尔引射系数U和引射器喉部直径与燃料喷嘴直径之比α之间的关系为U=0.891α-0.484，根据不同的完全燃烧引射系数选取不同α值。
在该特征参数下的醇基燃料引射式自适应配风燃烧器，引射器的引射效果平稳，能达到完全预混的引射配风量，而且能够在燃烧器功率发生较大变动时。该燃烧器能自动调整引射空气量，不用外加调节装置调节引射器，就能时刻保持完全燃烧的配风比例，而且结构简单。
该燃烧器将液体醇基燃料应用在气体引射式燃烧器上，成功地将液体醇基燃料和引射式燃烧器结合在一起。通过气体醇基燃料与空气的完全预混燃烧和收缩式喷口设计，提高了燃烧区域的燃烧密度，从而较大地提高了燃烧核心区域温度，极大地提高了燃烧器燃烧醇基燃料的效率。该种设计巧妙的解决了醇基燃料热值低，汽化潜热大，不需外加调节装置的负荷自适应配风、燃烧效率和最大功率较低的问题。
本发明的工作原理在于：液体醇基燃料从加压的储料罐中通过解压阀被压出，首先进入螺旋汽化器4，螺旋汽化器内部有燃料在燃烧，产生的热量可以把螺旋汽化器管道内的液体醇基燃料完全汽化，汽化后的气体醇基燃料从螺旋汽化器的气体燃剂出口7引出，通过金属软管引回燃剂喷嘴1，气体醇基燃料通过燃剂喷嘴1，把已有的压力能转化成动能，高速从燃料喷嘴的喷孔中喷出，进入引射器混合段11。当气体燃料从燃料喷嘴中喷出时，高速的燃料气体流从引射器的吸入段10入口引射能保证燃料完全燃烧的空气量，然后在引射器的混合段11充分混合。气体燃料和空气混合气体从混合段进入引射器的扩压段12，产生一定的压力，然后通过引射器收缩段13的喷口，喷入燃烬室9内部。混合燃气是气体燃料和空气按完全燃烧所需的摩尔比例来混合的，当混合燃气进入高温燃烧的火道内部时，迅速的完成燃烧化学反应。燃烧完全，燃烧效率极高，尾气清洁无污染。
该燃烧器因其优化的特殊结构参数，能使其随着功率的变动，不需外加调节装置自动调节引射器的配风量，时刻都保持着完全燃烧的引射空气量，实现燃烧器的自适应配风。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种醇基燃料引射式自适应配风燃烧器，其特征在于，其具有燃烧器主体部，所述燃烧器主体部内设有燃烬室，所述燃烬室具有螺旋汽化器，所述燃烬室靠近引射装置端和远离引射装置端分别设有螺旋汽化器的液体燃剂进口和气体燃剂出口；引射装置，所述引射装置具有燃剂喷嘴、引射器吸入段、引射器混合段、引射器扩压段、引射器收缩段，所述燃剂喷嘴、引射装置依序共轴安装于燃烬室的接口处，所述燃剂喷嘴通过喷嘴支架安装于引射器吸入段入口之上，所述气体燃剂出口通过连接管道接于燃剂喷嘴的入口端，所述引射器混合段、引射器扩压段、引射器收缩段和燃烬室长度之比为LH：LD：LP：LC=4~6：4~6：1：8~12，引射器吸入段入口直径、引射器的喉部直径、引射器扩压段出口直径、引射器收缩段出口直径和燃烬室直径之比为DX：DH：DD：DP：DC=1.5~2.5：1：1.4~2.2：1.2~1.6：4.2~6.2。
2.根据权利要求1所述的醇基燃料引射式自适应配风燃烧器，其特征在于，所述引射器混合段、引射器扩压段、引射器收缩段和燃烬室长度之比为LH：LD：LP：LC=5：5：1：10，引射器吸入段入口直径、引射器的喉部直径、引射器扩压段出口直径、引射器收缩段出口直径和燃烬室直径之比为DX：DH：DD：DP：DC=2：1：1.8：1.4：5.2。
3.根据权利要求1所述的醇基燃料引射式自适应配风燃烧器，其特征在于，所述燃剂喷嘴的出口端位于引射器的吸入段的进口和出口两截面之间的中间位置。
4.根据权利要求1所述的醇基燃料引射式自适应配风燃烧器，其特征在于，所述引射器的吸入段为圆弧状，且吸入段的入口端朝向出口端逐渐收缩，吸入段长度LX=0.5DH。
5.根据权利要求1所述的醇基燃料引射式自适应配风燃烧器，其特征在于，所述燃剂喷嘴、引射器以及燃烬室共轴。
6.根据权利要求1所述的醇基燃料引射式自适应配风燃烧器，其特征在于，所述螺旋汽化器由不锈钢管道按螺旋形紧密缠绕而成。
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