CN107084390B - 一种清洁的气液双燃料双旋流燃烧器 - Google Patents

一种清洁的气液双燃料双旋流燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器，属于燃烧领域。本发明包括大直径连接管、小直径连接管、内六角螺钉、第一旋流块、第二旋流块、轴向液体雾化器和六角螺母。将气体燃料与氧化剂从第一旋流块的N1个切向入口通入燃烧室混合燃烧，利用产生的高温气体加热第二旋流块内部同轴切向喷入的空气；受热后的空气将热量传递给位于第二旋流块内部的同轴液体燃料导管，通过与旋流空气的热量传递，使液体燃料沸腾、蒸发，并在液体导管出口处与被预热的空气在旋流的作用下充分混合及燃烧，实现火焰稳燃，并增长燃烧器运行周期。本发明要解决的技术问题为：减少液体燃料燃烧过程中蒸发、雾化、污染物排放，实现火焰稳燃，增长燃烧器运行周期。

Description

一种清洁的气液双燃料双旋流燃烧器
技术领域
本发明属于燃烧领域，涉及一种气液双燃料双旋流燃烧器，具体涉及一种高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器。
背景技术
当前化石燃料是社会生产和日程生活的主要能源来源，但其燃烧产生的温室气体、氮氧化物、硫化物和碳烟等排放带来了日益严峻的环境污染问题，严重影响了人们的日常生活，如何更高效环保地利用化石燃料、发展低污染物排放的经济兼环保型能源技术，成为人们日益关注的重点。
燃烧污染物排放造成的环境污染，如雾霾、气候变暖、酸雨等问题，一直困扰着人类生活的各个方面。各国环境研究学者也正在积极研究各种燃烧技术，解决污染物的排放以及能源消耗的问题。如今国内火电站锅炉均采用了烟气循环的燃烧方式，大大降低了烟气和污染物的排放，提高了燃烧效率。此外，随着固有化石燃料的不断消耗，能源问题越发严峻。因此，发展可再生能源和清洁能源迫在眉睫。现如今，甲醇、乙醇等可再生燃料备受学者和政府部门关注，但是相关的高效、清洁、稳定的燃烧技术尚处于研究阶段，尤其针对液体燃料的雾化、蒸发、掺混及燃烧等系列问题，尚未开发高效、紧致、可控的燃烧技术。因此，设计一种环保且能长时间安全、稳定、高效运行的适用于液体燃料的燃烧器有现实意义。
发明内容
针对现有技术中燃烧器液体燃料燃烧过程中液体燃料的蒸发、雾化、污染物排放(碳烟、氮氧化物等)、稳燃及燃烧器运行周期短等问题。本发明公开的一种高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器要解决的技术问题是：减少液体燃料燃烧过程中液体燃料的蒸发、雾化、污染物排放，实现火焰稳燃，并增长燃烧器运行周期。所述的污染物指碳烟、氮氧化物等气体污染物。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的一种高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器，包括大直径连接管、小直径连接管、内六角螺钉、第一旋流块、第二旋流块、轴向液体雾化器和六角螺母。将小直径连接管安装在第二旋流块的凹槽内。第二旋流块开有N1 个切向入口，并具有与N1个切向入口相对应联通的气体入孔，第二旋流块用于加热轴向液体雾化器，并与轴向液体雾化器蒸发出的气体混合燃烧。将大直径连接管安装在带有第一旋流块的凹槽内。所述的第一旋流块开有N1个切向入口，并具有与N1个切向入口相对应联通的气体入孔，第一旋流块用于加热第二旋流块。在六角螺母和内六角螺钉之间，从左往右依次将轴向液体雾化器、第二旋流块和第一旋流块叠放在一起，通过六角螺母和内六角螺钉固定。轴向液体雾化器、第二旋流块和第一旋流块的中心孔对齐以保证燃烧室同心。大直径连接管的左部分需保证长于小直径连接管的左部分。将气体燃料与氧化剂从第一旋流块的N1个切向入口通入燃烧室混合燃烧，利用产生的高温气体加热第二旋流块内部同轴切向喷入的空气；受热后的空气将热量传递给位于第二旋流块内部的同轴液体燃料导管，通过与旋流空气的热量传递，使液体燃料沸腾、蒸发，并在液体导管出口处与被预热的空气在旋流的作用下充分混合及燃烧，实现火焰稳燃，并增长燃烧器运行周期，即组成高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器。
本发明公开的一种高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器具有下述优点：1) 气体燃料燃烧根据需要选择预混合和非预混合两种不同的方式，方式一(预混合)：将气体燃料与氧化剂充分混合后通入燃烧室燃烧；方式二(非预混合)：将燃料和氧化剂分别从第一旋流块的N1个切向入口通入燃烧室内快速混合后燃烧，能有效消除回火危险；2)通过调节气体燃料与氧化剂的配比调节火焰温度，同时能够调节第二旋流块切向喷入空气的入口速度和流量，进而调节燃烧放出的热量，调控温度，从而调节液体燃料的沸腾和蒸发速率，使液体燃料充分燃烧，提高燃烧效率，降低碳烟等污染物排放；3)液体燃料出口处的旋流具有良好的稳焰作用，并防止部分未蒸发的燃料液滴粘壁；此外，氧化剂为受热的空气，能够拓宽液体燃料的贫燃极限，并保证燃烧能在较低当量比下运行，进而降低火焰温度，减少热力型氮氧化物的生成，达到节能减排的目的；4)从第二旋流块切向入口进入燃烧室的气体燃料和氧化剂沿着圆柱形管壁流动，产生旋流，促进燃料与氧化剂的快速掺混，点着后能形成均匀稳定的火焰，火焰外部为低温高密度的未燃气体，能够遏制火焰与燃烧室外壁面之间的热传导作用，有效地降低热量的损失，热效率提高，同时降低燃烧室的壁面温度，对燃烧器起到有效的保护作用，延长燃烧器的使用寿命，广泛用于工业锅炉领域。
所述的大直径连接管、小直径连接管材质优选石英玻璃。
所述的N1的数量根据气体混合效果需求而定。
通过调节气体燃料与氧化剂的配比，所述的配比优选为1。
本发明公开的一种高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器的工作方法为：使用时打开气瓶，根据实际需要的混合方式，气体燃料燃烧根据需要选择预混合和非预混合两种不同的方式，预混合的方式一：将气体燃料与氧化剂充分混合后通入燃烧室燃烧；非预混合的方式二：将燃料和氧化剂分别从第一旋流块的 N1个切向入口通入燃烧室内快速混合后燃烧，能有效消除回火危险。将气体燃料与氧化剂通过管路通入到第一旋流块的N1个切向入口处，气体从切向入口流入燃烧室，并沿着圆弧形燃烧室流动，产生旋流；同时，将氧化剂通入第二旋流块的N1个切向入口处，氧化剂从第二旋流块的N1个切向入口进入燃烧室，并沿着圆弧形燃烧室流动，产生旋流；促进燃料与氧化剂的快速掺混，火焰外部为低温高密度的未燃气体，能够遏制火焰与燃烧室外壁面之间的热传导作用，有效地降低热量的损失，点着后能形成均匀稳定的火焰。此外，使用注射泵将低沸点液体燃料注入轴向液体雾化器入口，液体燃料通过轴向液体雾化器另一端的雾化头后被雾化，随后喷入燃烧室中。点着由第一旋流块的N1个切向入口进入大直径连接管燃烧室的燃料和氧化剂的混合气，随后由轴向液体雾化器入口和第二旋流块的N1个切向入口进入小直径连接管燃烧室的燃料和氧化剂被点着，形成稳定火焰，从而燃料充分燃烧，提高火焰可控度，提高效率，减少碳烟、一氧化碳等气体排放，同时可通过控温来抑制氮氧化物的生成，达到节能减排的目的。
有益效果：
1.本发明公开的一种高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器，利用气体燃料与氧化剂混合燃烧产生的高温燃气来预热内部的空气及液体燃料，液体燃料通过雾化器后产生液滴以及受热汽化的燃料后与受热的氧化剂在旋流作用下充分混合燃烧，形成均匀稳定火焰，充分利用热传导效应使液体燃料受热蒸发，提高蒸发效率，提高工作效率，简化燃烧器结构。
2.本发明公开的一种高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器，可改变气体燃料与氧化剂的配比，使火焰温度改变，从而调控液体燃料的蒸发速率，进而达到期望的燃烧状态，让燃料充分燃烧，提高火焰可控度，提高效率，减少碳烟、一氧化碳等气体排放，同时可通过控温来抑制氮氧化物的生成，达到节能减排的目的。
3.本发明公开的一种高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器，与液体燃料进行混合燃烧的氧化剂通过切向入口进入燃烧室，产生的旋流环绕雾化器高速旋转，促进与液体燃料间的热传递，同时，在雾化器喷口处，雾化的燃料液滴被氧化剂旋流包裹，抑制燃料液滴的粘壁，且在旋流作用下增强气化的燃料与氧化剂间的掺混，提高燃烧效率。
4.本发明公开的一种高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器，外旋流可使用预混合与非预混合两种不同的燃烧方式，非预混燃烧时，气体燃料与氧化剂分别通过切向入口进入燃烧室，在圆柱形室壁导流作用下产生旋流，促进两者的快速混合燃烧，在流速较低或者氧气浓度较高的情况下能防止回火甚至爆炸的发生。
5.本发明公开的一种高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器，火焰外部为低温高密度的未燃气体，遏制火焰与燃烧室壁面之间的热传导作用，有效降低热量的损失，热效率提高，同时降低燃烧室的壁面温度，对燃烧器起到有效保护作用，延长燃烧器的使用寿命。
附图说明
图1为燃烧器结构示意图；
图2为燃烧器旋流框截面A-A结构示意图；
图3为燃烧器旋流框截面B-B结构示意图；
其中：1—大直径连接管、2—小直径连接管、3—内六角螺钉、4—第一旋流块、5—第二旋流块、6—轴向液体雾化器、7—六角螺母。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合图示对本发明的具体实施方式来进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例公开的一种高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器，包括大直径连接管1、小直径连接管2、内六角螺钉3、第一旋流块4、第二旋流块5、轴向液体雾化器6和六角螺母7。所述的大直径连接管1直径为30mm，小直径连接管2直径为15mm。将小直径连接管2安装在第二旋流块5的凹槽内。所述的大直径连接管1、小直径连接管2材质选用石英玻璃。如图3所示，第二旋流块5开有四个切向入口，并具有与四个切向入口相对应联通的气体入孔，第二旋流块5用于加热轴向液体雾化器6，并与轴向液体雾化器6蒸发出的气体混合燃烧。将大直径连接管1安装在带有第一旋流块4的凹槽内。如图3所示，所述的第一旋流块4开有四个切向入口，并具有与四个切向入口相对应联通的气体入孔，第一旋流块4用于加热第二旋流块5。在六角螺母7和内六角螺钉3 之间，从左往右依次将轴向液体雾化器6、第二旋流块5和第一旋流块4叠放在一起，通过六角螺母7和内六角螺钉3固定。轴向液体雾化器6、第二旋流块5 和第一旋流块4的中心孔对齐以保证燃烧室同心。大直径连接管1的左部分需保证长于小直径连接管2的左部分。将气体燃料与氧化剂从第一旋流块4的四个切向入口通入燃烧室混合燃烧，利用产生的高温气体加热第二旋流块5内部同轴切向喷入的空气；受热后的空气将热量传递给位于第二旋流块5内部的同轴液体燃料导管6，通过与旋流空气的热量传递，使液体燃料沸腾、蒸发，并在液体导管出口处与被预热的空气在旋流的作用下充分混合及燃烧，实现火焰稳燃，并增长燃烧器运行周期，即组成高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器。
本实施例公开的一种高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器具有下述优点： 1)气体燃料燃烧根据需要选择预混合和非预混合两种不同的方式，方式一(预混合)：将气体燃料与氧化剂充分混合后通入燃烧室燃烧；方式二(非预混合)：将燃料和氧化剂分别从第一旋流块4的四个切向入口通入燃烧室内快速混合后燃烧，能有效消除回火危险；2)通过调节气体燃料与氧化剂的配比为1，调节火焰温度，同时能够调节第二旋流块5切向喷入空气的入口速度和流量，进而调节燃烧放出的热量，调控温度，从而调节液体燃料的沸腾和蒸发速率，使液体燃料充分燃烧，提高燃烧效率，降低碳烟等污染物排放；3)液体燃料出口处的旋流具有良好的稳焰作用，并防止部分未蒸发的燃料液滴粘壁；此外，氧化剂为受热的空气，能够拓宽液体燃料的贫燃极限，并保证燃烧能在较低当量比下运行，进而降低火焰温度，减少热力型氮氧化物的生成，达到节能减排的目的；4)从第二旋流块5切向入口进入燃烧室的气体燃料和氧化剂沿着圆柱形管壁流动，产生旋流，促进燃料与氧化剂的快速掺混，点着后能形成均匀稳定的火焰，火焰外部为低温高密度的未燃气体，能够遏制火焰与燃烧室外壁面之间的热传导作用，有效地降低热量的损失，热效率提高，同时降低燃烧室的壁面温度，对燃烧器起到有效的保护作用，延长燃烧器的使用寿命，广泛用于工业锅炉领域。
本实施例公开的一种高效清洁的气液双燃料双旋流燃烧器的工作方法为：使用时打开气瓶，根据实际需要的混合方式，外旋气体燃料燃烧根据需要选择预混合和非预混合两种不同的方式,即将气体燃料与氧化剂充分混合后通入燃烧室燃烧，以及将燃料和氧化剂分别从第一旋流块4的四个切向入口通入燃烧室内快速混合后燃烧，能有效消除回火危险。将气体燃料与氧化剂通过管路通入到第一旋流块4的四个切向入口处，气体从切向入口流入燃烧室，并沿着圆弧形燃烧室流动，产生旋流；同时，将氧化剂通入第二旋流块5的四个切向入口处，氧化剂从第二旋流块5的四个切向入口进入燃烧室，并沿着圆弧形燃烧室流动，产生旋流；促进燃料与氧化剂的快速掺混，火焰外部为低温高密度的未燃气体，能够遏制火焰与燃烧室外壁面之间的热传导作用，有效地降低热量的损失，点着后能形成均匀稳定的火焰。此外，使用注射泵将低沸点液体燃料注入轴向液体雾化器6入口，液体燃料通过轴向液体雾化器6另一端的雾化头后被雾化，随后喷入燃烧室中。点着由第一旋流块4的四个切向入口进入大直径连接管1燃烧室的燃料和氧化剂的混合气，随后由轴向液体雾化器6入口和第二旋流块5的N1个切向入口进入小直径连接管2燃烧室的燃料和氧化剂被点着，形成稳定火焰，从而燃料充分燃烧，提高火焰可控度，提高效率，减少碳烟、一氧化碳等气体排放，同时可通过控温来抑制氮氧化物的生成，达到节能减排的目的。
以上所述的描述对本发明的目的、技术方案和优点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过程，用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围，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 (5)

1.一种清洁的气液双燃料双旋流燃烧器，其特征在于：包括大直径连接管(1)、小直径连接管(2)、内六角螺钉(3)、第一旋流块(4)、第二旋流块(5)、轴向液体雾化器(6)和六角螺母(7)；将小直径连接管(2)安装在第二旋流块(5)的凹槽内；第二旋流块(5)开有N1个切向入口，并具有与N1个切向入口相对应联通的气体入孔，第二旋流块(5)用于加热轴向液体雾化器(6)，并与轴向液体雾化器(6)蒸发出的气体混合燃烧；将大直径连接管(1)安装在第一旋流块(4)的凹槽内；所述的第一旋流块(4)开有N1个切向入口，并具有与N1个切向入口相对应联通的气体入孔，第一旋流块(4)用于加热第二旋流块(5)；在六角螺母(7)和内六角螺钉(3)之间，从左往右依次将轴向液体雾化器(6)、第二旋流块(5)和第一旋流块(4)叠放在一起，通过六角螺母(7)和内六角螺钉(3)固定；轴向液体雾化器(6)、第二旋流块(5)和第一旋流块(4)的中心孔对齐以保证燃烧室同心；大直径连接管(1)的左部分需保证短于小直径连接管(2)的左部分；将气体燃料与氧化剂从第一旋流块(4)的N1个切向入口通入燃烧室混合燃烧，利用产生的高温气体加热第二旋流块(5)内部同轴切向喷入的空气；受热后的空气将热量传递给位于第二旋流块(5)内部的轴向液体雾化器(6)，通过与旋流空气的热量传递，使液体燃料沸腾、蒸发，并在液体导管出口处与被预热的空气在旋流的作用下充分混合及燃烧，实现火焰稳燃，并增长燃烧器运行周期，即组成清洁的气液双燃料双旋流燃烧器。
2.如权利要求1所述的一种清洁的气液双燃料双旋流燃烧器，其特征在于：所述的大直径连接管(1)、小直径连接管(2)材质选用石英玻璃。
3.如权利要求1所述的一种清洁的气液双燃料双旋流燃烧器，其特征在于：所述的N1的数量根据气体混合效果需求而定。
4.如权利要求1所述的一种清洁的气液双燃料双旋流燃烧器，其特征在于：通过调节气体燃料与氧化剂的配比，所述的配比选为1。
5.如权利要求1所述的一种清洁的气液双燃料双旋流燃烧器，其特征在于：工作方法为，使用时打开气瓶，根据实际需要的混合方式，气体燃料燃烧根据需要选择预混合或非预混合两种不同的方式，预混合的方式一：将气体燃料与氧化剂充分混合后通入燃烧室燃烧；非预混合的方式二：将燃料和氧化剂分别从第一旋流块(4)的N1个切向入口通入燃烧室内快速混合后燃烧，能有效消除回火危险；将气体燃料与氧化剂通过管路通入到第一旋流块(4)的N1个切向入口处，气体从切向入口流入燃烧室，并沿着圆弧形燃烧室流动，产生旋流；同时，将氧化剂通入第二旋流块(5)的N1个切向入口处，氧化剂从第二旋流块(5)的N1个切向入口进入燃烧室，并沿着圆弧形燃烧室流动，产生旋流；促进燃料与氧化剂的快速掺混，火焰外部为低温高密度的未燃气体，能够遏制火焰与燃烧室外壁面之间的热传导作用，有效地降低热量的损失，点着后能形成均匀稳定的火焰；此外，使用注射泵将低沸点液体燃料注入轴向液体雾化器(6)入口，液体燃料通过轴向液体雾化器(6)另一端的雾化头后被雾化，随后喷入燃烧室中；点着由第一旋流块(4)的N1个切向入口进入大直径连接管(1)燃烧室的燃料和氧化剂的混合气，随后由轴向液体雾化器(6)入口和第二旋流块(5)的N1个切向入口进入小直径连接管(2)燃烧室的燃料和氧化剂被点着，形成稳定火焰，从而燃料充分燃烧，提高火焰可控度，提高效率，减少碳烟、一氧化碳气体排放，同时可通过控温来抑制氮氧化物的生成，达到节能减排的目的。
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