CN105570931A - 一种可引射燃烧器出口流体的燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可引射燃烧器出口流体的燃烧器，包括引射喷嘴、出口腔道、回流腔道和反应物腔道，其中，引射喷嘴设于所述燃烧器的入口，用于引射燃烧器出口附近的流体；出口腔道的下端容纳引射喷嘴，其上端是引射器驱动流体与吸入流体混合后出口；反应物腔道位于所述回流腔道外侧，其下端具有反应物入口，其上端具有反应物出口；回流腔道，其位于所述出口腔道和所述反应物腔道之间，其上端为引射器被吸入流体入口，其下端在与出口腔道之间的壁上开设有多个被引射流体吸入孔，以供被引射流体从所述引射器被吸入流体入口流入所述出口腔道。本发明达到了防止燃烧器熄火、增强燃烧稳定性的目的，还获得了提高燃烧效率和降低污染物排放的效果。

Description

一种可引射燃烧器出口流体的燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧装置领域，特别是涉及一种可引射燃烧器出口流体的燃烧器。

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。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种可引射燃烧器出口流体的燃烧器，能够稳定燃烧并降低污染物排放。

(二)技术方案

根据本发明的第一方面，提供一种可引射燃烧器出口流体的燃烧器，其特征在于，包括引射喷嘴、出口腔道、回流腔道和反应物腔道，

其中，所述引射喷嘴设于所述燃烧器的入口，用于引射燃烧器出口附近的流体；所述出口腔道的下端容纳引射喷嘴，其上端是引射器驱动流体与吸入流体混合后出口；所述反应物腔道位于所述回流腔道外侧，其下端具有反应物入口，其上端具有反应物出口；所述回流腔道，其位于所述出口腔道和所述反应物腔道之间，其上端为引射器被吸入流体入口，其下端在与出口腔道之间的壁上开设有多个被引射流体吸入孔，以供被引射流体从所述引射器被吸入流体入口流入所述出口腔道。

优选地，当所述被引射流体从所述多个被引射流体吸入孔流入所述出口腔道时，在所述回流腔道上方形成回流区，位于回流区的流体被吸入所述引射器被吸入流体入口。

优选地，当引射喷嘴运动到上限的位置时，引射喷嘴的出口外边缘与出口腔道内壁接触，此时引流体量为零；当引射喷嘴运动到下限的位置时，引射喷嘴的出口截面与被引射流体吸入孔上边缘处于同一水平面，此时引流体量最大。

优选地，所述可引射燃烧器出口流体的燃烧器还包括：

火焰稳定性监测装置，其位于燃烧器出口附近，用于监测火焰的稳定性；

控制器，用于基于火焰稳定性监测装置监测到的火焰的稳定性，发出控制信号；以及

驱动器，用于基于控制器发出的控制信号驱动引射喷嘴上下运动。

优选地，所述控制器是单片机。

优选地，所述驱动器包括：

螺杆，用于带动引射喷嘴的上下运动；以及

步进电机，用于基于控制器发出的控制信号驱动螺杆。

优选地，引射喷嘴的进口流体是空气、燃气、空气与燃气混合物、空气与燃油混合物、空气与煤粉混合物之一。

优选地，从所述反应物入口的进口流体是空气、燃气、空气与燃气混合物、空气与燃油混合物、空气与煤粉混合物之一。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过引射燃烧器出口流体可以形成回流区，防止火焰被吹熄，增强燃烧稳定性；

(2)本发明通过引射燃烧器出口流体可以预热参与燃烧的反应物，提高燃烧效率；

(3)本发明通过引射燃烧器出口流体可以使未充分燃烧的物质再次参与燃烧，提高燃烧效率；

(4)本发明通过引射燃烧器出口流体可以稀释参与燃烧的反应物，降低燃烧污染物排放；

(5)本发明通过引射燃烧器出口流体可以稀释参与燃烧的反应物，可以降低火焰高度，减小燃烧室轴向尺寸；

(6)本发明通过监测燃烧状态，在单片机控制下自动调整引射流体量，可以实现对燃烧的自动调控。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种可引射燃烧器出口流体的燃烧器的结构示意图。

图2为图1所示燃烧器的三维轮廓图(内部结构不可视)。

图3为图1所示燃烧器的三维结构图(内部结构可视)。

图4为图1所示燃烧器的流动示意图。

图5为图1所示燃烧器无法引射流体示意图。

图6为图1所示燃烧器引射最大量流体示意图。

本发明主要元件符号说明

1-燃料入口；2-引射器驱动流体入口；3-法兰安装孔；4-反应物出口；5-引射器被吸入流体入口；6-引射器驱动流体与吸入流体混合后出口；7-引射器喷嘴出口；8-被引射流体吸入孔；9-燃烧器底座；10-引射喷嘴；11-火焰稳定性监测装置；12-单片机；13-螺杆；14-步进电机；40-反应物腔道；50-回流腔道；60-出口腔道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。在本发明的附图中，相同的标号表示相同的部件。

在根据本发明的可引射燃烧器出口流体的燃烧器中，利用参与燃烧反应的流体引射燃烧器出口附近的流体，在单片机控制下，根据燃烧状态自动控制引射气体量，可以预热燃烧反应物、促进燃烧区流体掺混、改善燃烧状态、增强燃烧稳定性、缩短火焰长度，达到拓宽燃烧器稳定运行范围、提高燃烧效率、减小燃烧室轴向尺寸和降低污染物排放的效果。在提高燃烧效率和降低污染物排放的同时，增强燃烧稳定性。

图1为根据本发明实施例的一种可引射燃烧器出口流体的燃烧器的结构示意图。

图2为图1所示燃烧器的三维轮廓图(内部结构不可视)。

图3为图1所示燃烧器的三维结构图(内部结构可视)。

图4为图1所示燃烧器的流动示意图。

图5为图1所示燃烧器无法引射流体示意图。

图6为图1所示燃烧器引射最大量流体示意图。

如图1-6所示，根据本发明实施例的一种可引射燃烧器出口流体的燃烧器包括引射喷嘴10、出口腔道60、回流腔道50和反应物腔道40，

其中，所述引射喷嘴10设于所述燃烧器的入口，用于引射燃烧器出口附近的流体；所述出口腔道60的下端容纳引射喷嘴10，其上端是引射器驱动流体与吸入流体混合后出口6；所述反应物腔道40位于所述回流腔道50外侧，其下端具有反应物入口1，其上端具有反应物出口4；所述回流腔道50，其位于所述出口腔道60和所述反应物腔道40之间，其上端为引射器被吸入流体入口5，其下端在与出口腔道之间的壁上开设有多个被引射流体吸入孔8，以供被引射流体从所述引射器被吸入流体入口5流入所述出口腔道60。

优选地，当所述被引射流体从所述多个被引射流体吸入孔8流入所述出口腔道60时，在所述回流腔道50上方形成回流区，位于回流区的流体被吸入所述引射器被吸入流体入口5。

优选地，当引射喷嘴10运动到上限的位置时，引射喷嘴10的出口7外边缘与出口腔道60内壁接触，此时引流体量为零；当引射喷嘴10运动到下限的位置时，引射喷嘴10的出口7截面与被引射流体吸入孔8上边缘处于同一水平面，此时引流体量最大。根据本发明的一个优选实施例，所述出口腔道60指的是燃烧器的入口的腔体。

优选地，根据本发明实施例的一种可引射燃烧器还包括：

火焰稳定性监测装置11，其位于燃烧器出口附近，用于监测火焰的稳定性；

控制器12，用于基于火焰稳定性监测装置11监测到的火焰的稳定性，发出控制信号；以及

驱动器13、14，用于基于控制器发出的控制信号驱动引射喷嘴上下运动。

优选地，所述控制器是单片机。

优选地，所述驱动器包括：

螺杆13，用于带动引射喷嘴10的上下运动；以及

步进电机14，用于基于控制器12发出的控制信号驱动螺杆14。

优选地，引射喷嘴10的进口流体是空气、燃气、空气与燃气混合物、空气与燃油混合物、空气与煤粉混合物之一。

优选地，从所述反应物入口1的进口流体是空气、燃气、空气与燃气混合物、空气与燃油混合物、空气与煤粉混合物之一。

在本发明的一个示例性实施例中，结合图4对燃烧器具体工作原理加以说明，引射器设计在燃烧器的中部，引射器驱动流体由引射器喷嘴入口2进入燃烧器，并由引射器喷嘴出口7射出，这样就可以从引射器被吸入流体入口5以及被引射流体吸入孔8吸入流体，这两股流体掺混一起由引射器驱动流体与吸入流体混合后出口6流出燃烧器参与燃烧反应，由此可见引射器喷嘴2进入的流体既是引射器的驱动流体也是参与燃烧的反应物，可以是空气或者是燃气、也可以是空气与油的混合物等。引射器的具体工作原理为业界熟知，这里不再赘述。被引射流体来源有三个部分：一是反应物出口4流出的流体；二是引射器驱动流体与吸入流体混合后出口6流出的流体；三是燃烧产物。通过引射流体回流可带来四方面益处：一是形成的回流区可以防止火焰被吹熄、促进掺混、增强燃烧稳定性；二是被引射的流体温度较高，可以预热反应物，进而提高燃烧效率；三是可以使未完全燃烧的物质再次参与燃烧，进而提高燃烧效率；四是燃烧产物中的氮气、水蒸气、二氧化碳的回流，可以稀释燃烧反应物，有助于降低燃烧污染物的生成。

在本发明的一个示例性实施例中，结合图1、图5和图6对本发明实现燃烧的自动控制的原理加以说明：在引射喷嘴10入口段加工有螺纹并与螺杆13相互咬合；螺杆13可在步进电机驱动下转动，进而带动引射喷嘴10的上下运动；图5和图6给出了引射喷嘴10上下运动极限位置示意图；图5为引射喷嘴10达到上限的位置，此时引射喷嘴出口外边缘与引射器腔体内壁接触，无法吸入流体，此时引射器处于不工作状态；图6为引射喷嘴10达到下限的位置，此时引射器喷嘴出口截面与被引射流体吸入孔上边缘处于同一水平面，此时引流体量最大。

在本发明的一个示例性实施例中，结合图1和图4对本发明实现燃烧的自动控制的过程加以说明：燃烧器开始运行前，引射喷嘴10的起始位置设定为图5所示的上限位置、或者是上限(图5)和下限(图6)之间的某一位置；该自动控制系统工作时，首先由火焰稳定性监测装置11检测火焰的稳定性，该火焰稳定性监测装置以及火焰稳定性判定方法可以是基于压力波动测量、或者是基于图像分析处理方法、或者是基于气体成分测试等业界成熟的技术手段，这些细节超出了本发明范围，这里不再赘述；火焰处于不稳定状态时，单片机12发出指令驱动步进电机14带动螺杆13转动，使引射喷嘴10向下运动，这样可以使吸入流体流量增大，使图4中的回流区增大，进而防止火焰被吹熄，增强燃烧稳定性；而后，火焰稳定性监测装置11检测到火焰已经稳定或者引射喷嘴10已经处于图6所示的下限位置，单片机发出停止步进电机转动的指令；火焰处于稳定状态时，单片机12发出指令驱动步进电机14带动螺杆13转动，使引射喷嘴10向上运动，这样可以使吸入流体流量减少，而后，火焰稳定性监测装置11检测到火焰已经不稳定或者引射喷嘴10已经处于图5所示的上限位置，单片机发出停止步进电机转动的指令；燃烧器停止工作后，由单片机发出指令带动步进电机使引射喷嘴10恢复到燃烧器运行前的初始位置。至此，对本发明的自动控制过程作了完整描述。当然，也可以根据燃烧状态手动调节步进电机来控制引射喷嘴10的位置。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明的可引射燃烧器出口流体的燃烧器有了清楚的认识。

综上所述，本发明的可引射燃烧器出口流体的燃烧器将引射器融入到燃烧器的设计中，并根据燃烧状态利用单片机实现引射流体流量的自动控制，从而达到防止燃烧器熄火、增强燃烧稳定性的目的，同时还可以获得提高燃烧效率和降低污染物排放的效果。本发明可用于航空、化工、发电、冶金等行业，能够解决燃气轮机燃烧不稳定性问题，同时可以减小燃烧室轴向尺寸、提高燃烧效率、降低燃烧污染物排放。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可引射燃烧器出口流体的燃烧器，其特征在于，包括引射喷嘴、出口腔道、回流腔道和反应物腔道，

其中，所述引射喷嘴设于所述燃烧器的入口，用于引射燃烧器出口附近的流体；所述出口腔道的下端容纳引射喷嘴，其上端是引射器驱动流体与吸入流体混合后出口；所述反应物腔道位于所述回流腔道外侧，其下端具有反应物入口，其上端具有反应物出口；所述回流腔道，其位于所述出口腔道和所述反应物腔道之间，其上端为引射器被吸入流体入口，其下端在与出口腔道之间的壁上开设有多个被引射流体吸入孔，以供被引射流体从所述引射器被吸入流体入口流入所述出口腔道。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，当所述被引射流体从所述多个被引射流体吸入孔流入所述出口腔道时，在所述回流腔道上方形成回流区，位于回流区的流体被吸入所述引射器被吸入流体入口。

3.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，当引射喷嘴运动到上限的位置时，引射喷嘴的出口外边缘与出口腔道内壁接触，此时引流体量为零；当引射喷嘴运动到下限的位置时，引射喷嘴的出口截面与被引射流体吸入孔上边缘处于同一水平面，此时引流体量最大。

4.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，还包括：

火焰稳定性监测装置，其位于燃烧器出口附近，用于监测火焰的稳定性；

控制器，用于基于火焰稳定性监测装置监测到的火焰的稳定性，发出控制信号；以及

驱动器，用于基于控制器发出的控制信号驱动引射喷嘴上下运动。

5.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征在于，所述控制器是单片机。

6.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征在于，所述驱动器包括：

螺杆，用于带动引射喷嘴的上下运动；以及

步进电机，用于基于控制器发出的控制信号驱动螺杆。

7.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，引射喷嘴的进口流体是空气、燃气、空气与燃气混合物、空气与燃油混合物、空气与煤粉混合物之一。

8.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，从所述反应物入口的进口流体是空气、燃气、空气与燃气混合物、空气与燃油混合物、空气与煤粉混合物之一。