CN107461739B - 一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器，属于燃烧领域。本发明包括石英玻璃管、六角螺钉、前盖、铜垫片、快速管接头、后盖、垫片、六角螺母、小O型圈、大O型圈；还包括外旋流块、射流‑内旋流块；外旋流块具有与内壁面相切的切向入口，并具有与切向入口相对应联通的气体入孔，使得通入的氧化剂形成紧贴壁面的外部旋流；射流‑内旋流块具有均匀分布的内旋入口；外旋流块和射流‑内旋流块组成双旋流结构。本发明要解决的技术问题是：(1)促进液体燃料燃烧中的雾化、蒸发，提高液体燃料燃烧中掺混效率，实现火焰稳燃，提高燃烧效率；(2)实现火焰温度的自由调控；(3)增加燃烧器使用寿命。

Description

一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器

技术领域

本发明属于燃烧领域，涉及一种燃烧器，具体涉及一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器。

背景技术

当前化石燃料的燃烧为社会生产和日常生活提供了80％的能源，随着化石燃料的不断消耗，如何更高效环保地利用化石燃料以及发展可再生能源成为人们日益关注的重点。各国研究学者正在积极研究各种燃烧技术，期望于提升燃料燃烧效率，从而缓解能源紧张问题。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喷注、蒸发、掺混及燃烧等系列问题，尚未开发出高效、紧致、可控的燃烧技术。因此，设计一种能长时间安全、稳定、高效运行的适用于液体燃料的燃烧器具有现实意义。

发明内容

本发明公开的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器要解决的技术问题是：(1)促进液体燃料燃烧中的雾化、蒸发，提高液体燃料燃烧中掺混效率，实现火焰稳燃，提高燃烧效率；(2)实现火焰温度的自由调控；(3)增加燃烧器使用寿命。

本发明的目的通过下述技术方案实现。

本发明公开的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器包括石英玻璃管、六角螺钉、前盖、铜垫片、快速管接头、后盖、垫片、六角螺母、小O型圈、大O型圈；还包括外旋流块、射流-内旋流块。所述外旋流块具有N1个与内壁面相切的切向入口，并具有与N1个切向入口相对应联通的气体入孔，使得通入的氧化剂形成紧贴壁面的外部旋流。所述射流-内旋流块具有N2个均匀分布的内旋入口，N2个均匀分布的内旋入口用于保证喷入的氧化剂形成内部旋流，内部旋流方向与外旋流块产生的外部旋流方向相同，外旋流块和射流-内旋流块组成双旋流结构；内部和外部旋流包裹燃烧器内壁面，避免燃烧产生的高温燃气直接作用于内壁面，降低烧器内壁面温度，增加燃烧器使用寿命；所述射流-内旋流块还具有N3个环形排列且与燃烧器轴向呈夹角的毛细孔，与燃烧器轴向呈夹角的毛细孔需保证液体燃料的入射方向与氧化剂注入方向呈夹角且方向相反，进而保证液体燃料中的液滴被内部和外部旋流击碎，促进雾化和液体燃料蒸发；射流-内旋流块右端为凸台结构。所述后盖中端具有N4个液体燃料入口和用于燃料均匀进入射流-内旋流块的毛细孔的环形空腔。所述前盖、外旋流块、射流-内旋流块和后盖在相应位置具有N5个通孔，六角螺钉穿过通孔，用六角螺母固定前盖、外旋流块、射流-内旋流块和后盖。

本发明公开的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器装配方法为：先将石英玻璃管插入前盖中，随后将铜垫片、外旋流块、射流-内旋流块依次同心叠放在左侧，石英玻璃管、外旋流块和射流-内旋流块之间形成中部空腔，所述的中部空腔构成燃烧室。外旋流块和射流-内旋流块组成双旋流结构，随后在射流-内旋流块的两个O型圈槽中对应放入小O型圈和大O型圈，达到密封的作用，再盖上后盖，后盖与射流-内旋流块间形成用于燃料液体汇聚均匀的空腔，随后在射流-内旋流块和后盖各气流入口处连接快速管接头，最后将六角螺钉穿过零部件前盖、铜垫片、外旋流块、射流-内旋流块和后盖上预留的通孔，另一侧加上垫片并使用六角螺母拧紧，即组成基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器。

为保证氧化剂气流平滑流动，射流-内旋流块右端凸台优选为圆锥结构。

所述的石英玻璃管材质优选石英玻璃。

所述的N1、N3的数量根据液体燃料和氧化剂的混合效果需求而定。

所述的N2的数量根据产生的内部旋流的均匀程度而定。

所述的N4的数量根据喷入的液体燃料的均匀程度而定。

本发明公开的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器的工作方法为：使用时，从外旋流块的N1个快速管接头处以既定流量通入甲烷和氧化剂的混合气，混合气通过外旋流块的N1个切向入口后沿着圆弧形燃烧室流动，产生外部旋流；混合气点着后能形成均匀环形火焰，接着将另一路氧化剂气体从射流-内旋流块的快速接头通入，气体从射流-内旋流块的内旋入口进入燃烧室，产生与外部旋流方向相同的内部旋流，形成的两层旋流包裹住燃烧室壁面；待室内气流和温度稳定后，将液体燃料从后盖的N4个快速管接头处通入，液体燃料到达使燃料液体汇聚均匀的空腔后，从N3个环形分布的毛细孔射入到内部旋流和外部旋流之间，液体燃料被内外旋流包裹，抑制液体燃料的粘壁和结碳，延长燃烧室寿命；其中，毛细孔需保证液体燃料的入射方向与氧化剂注入方向呈夹角且方向相反，入射的液体燃料被内部旋流和外部旋流击碎，促进雾化，随后外旋流的高温燃气使燃料迅速蒸发，随后蒸发的燃料与内部旋流氧化剂迅速混合燃烧，待燃烧稳定后，停止通入甲烷，依靠已经蒸发的燃料燃烧产生的燃气预热液体燃料并使之蒸发燃烧，燃烧产生的火焰内部为高温低密度燃气，外部为低温高密度未燃气体，具有动力学稳定性，同时避免火焰直接接触壁面，减少热损失，增加燃烧器寿命，燃烧循环，维持火焰稳定燃烧。根据实际需求调节各气体和液体流量，从而调控氧气浓度和当量比，达到控制燃烧温度的目的。

有益效果：

1.本发明公开的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器，将氧化剂分别从外旋流和内旋流入口通入燃烧室，形成的内部和外部两层旋流包裹住燃烧室壁面，液体燃料从毛细孔射入到两层气流中间，抑制液体燃料的粘壁和结碳，延长燃烧室寿命。

2.本发明公开的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器，与燃烧器轴向呈夹角的毛细孔注入的液体燃料的入射方向与氧化剂注入方向呈夹角且方向相反，进而保证液体燃料中的液滴被内部和外部旋流击碎为较小的液滴，液体表面积增大，促进液体燃料的雾化和蒸发，且外旋气流和内旋气流均对气化的燃料与氧化剂的掺混有极大促进作用。

3.本发明公开的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器，使用甲烷燃烧产生的高温燃气加热液体燃料并使之迅速蒸发，蒸发的液体燃料与氧化剂混合后被点着，停止通入甲烷后仍能维持火焰稳定，且火焰内部为高温低密度燃气，外部为低温高密度未燃气体，具有动力学稳定性，同时避免火焰直接接触壁面，减少热损失，增加燃烧器寿命。

4.本发明公开的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器，可根据实际需求调节各气体和液体流量，从而调控氧气浓度和当量比，达到控制燃烧温度的目的。

附图说明

图1为燃烧器结构示意图；

图2为燃烧器A-A截面示意图；

图3为燃烧器B-B截面内外旋流结构示意图；

图4为燃烧器C-C截面液体燃料入口结构示意图；

图5为射流-内旋流块三维结构示意图；

其中，1-石英玻璃管、2-六角螺钉、3-前盖、4-铜垫片、5-外旋流块、6-射流-内旋流块、7-快速管接头、8-后盖，9-垫片、10-六角螺母、11-小O型圈、12-大O型圈。

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：

本实施例的目的通过下述技术方案实现。

如图1、2所示，本实施例公开的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器包括内径48mm的石英玻璃管)、M6六角螺钉2、前盖3、0.5mm厚铜垫片4、G1/8快速管接头7、后盖8、垫片9、M6六角螺母10、小O型圈11、大O型圈12；还包括外旋流块5、射流-内旋流块6。所述外旋流块(5)具有4个与内壁面相切的切向入口，切向入口缝宽皆为0.5mm，并具有与4个切向入口相对应联通的气体入孔，使得通入的氧化剂形成紧贴壁面的外部旋流，如B-B处剖面图3所示。所述射流-内旋流块6具有4个均匀分布的宽1mm的内旋入口，4个均匀分布的内旋入口用于保证喷入的氧化剂形成内部旋流，内部旋流方向与外旋流块5产生的外部旋流方向相同，外旋流块5和射流-内旋流块6组成双旋流结构；内部和外部旋流包裹燃烧器内壁面，避免燃烧产生的高温燃气直接作用于内壁面，降低烧器内壁面温度，增加燃烧器使用寿命；所述射流-内旋流块6还具有36个环形排列且与燃烧器轴向呈夹角的直径0.2mm的玻璃管毛细孔，如C-C处剖面图4所示，与燃烧器轴向呈夹角的毛细孔需保证液体燃料的入射方向与氧化剂注入方向呈夹角且方向相反，进而保证液体燃料中的液滴被内部和外部旋流击碎，促进雾化和液体燃料蒸发；射流-内旋流块6右端具有圆锥凸台；射流-内旋流块6右端为凸台结构。所述后盖8中端具有4个液体燃料入口和用于燃料均匀进入射流-内旋流块6的毛细孔的环形空腔。所述前盖3、外旋流块5、射流-内旋流块6和后盖8在相应位置具有4个通孔，使用六角螺钉2穿过通孔，用六角螺母10固定前盖3、外旋流块5、射流-内旋流块6和后盖8。

本实施例公开的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器装配方法为：先将石英玻璃管1插入前盖3中，随后将铜垫片4、外旋流块5、射流-内旋流块6依次同心叠放在左侧，石英玻璃管1、外旋流块5和射流-内旋流块6之间形成中部空腔，所述的中部空腔构成燃烧室。外旋流块5和射流-内旋流块6组成双旋流结构，随后在射流-内旋流块6的两个O型圈槽中对应放入小O型圈11和大O型圈12，达到密封的作用，再盖上后盖8，后盖8与射流-内旋流块6间形成用于燃料液体汇聚均匀的空腔，随后在射流-内旋流块6和后盖8各气流入口处连接快速管接头7，最后将六角螺钉2穿过零部件前盖3、铜垫片4、外旋流块5、射流-内旋流块6和后盖8上预留的通孔，另一侧加上垫片9并使用六角螺母10拧紧，即组成基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器。

本实施例公开的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器的工作方法为：使用时，从外旋流块5的4个快速管接头处以既定流量通入甲烷和氧化剂的混合气，混合气通过外旋流块4的4个切向入口后沿着圆弧形燃烧室流动，产生外部旋流；混合气点着后能形成均匀环形火焰，接着将另一路氧化剂气体从射流-内旋流块6的快速接头通入，气体从射流-内旋流块6的内旋入口进入燃烧室，产生与外部旋流方向相同的内部旋流，形成的两层旋流包裹住燃烧室壁面；待室内气流和温度稳定后，将液体燃料从后盖8的4个快速管接头处通入，液体燃料到达使燃料液体汇聚均匀的空腔后，从36个环形分布的毛细孔射入到内部旋流和外部旋流之间，液体燃料被内外旋流包裹，抑制液体燃料的粘壁和结碳，延长燃烧室寿命；其中，毛细孔需保证液体燃料的入射方向与氧化剂注入方向呈夹角且方向相反，被内部旋流和外部旋流击碎，促进雾化，随后外旋流的高温燃气使燃料迅速蒸发，随后蒸发的燃料与内部旋流氧化剂迅速混合燃烧，待燃烧稳定后，停止通入甲烷，依靠已经蒸发的燃料燃烧产生的燃气预热液体燃料并使之蒸发燃烧，燃烧产生的火焰内部为高温低密度燃气，外部为低温高密度未燃气体，具有动力学稳定性，同时避免火焰直接接触壁面，减少热损失，增加燃烧器寿命，燃烧循环，维持火焰稳定燃烧。根据实际需求调节各气体和液体流量，从而调控氧气浓度和当量比，达到控制燃烧温度的目的。

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 (8)

1.一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器，包括石英玻璃管(1)、六角螺钉(2)、前盖(3)、铜垫片(4)、快速管接头(7)、后盖(8)、垫片(9)、六角螺母(10)、小O型圈(11)、大O型圈(12)；其特征在于：还包括外旋流块(5)、射流-内旋流块(6)；所述外旋流块(5)具有N1个与内壁面相切的切向入口，并具有与N1个切向入口相对应联通的气体入孔，使得通入的氧化剂形成紧贴内壁面的外部旋流；所述射流-内旋流块(6)具有N2个均匀分布的内旋入口，N2个均匀分布的内旋入口用于保证喷入的氧化剂形成内部旋流，内部旋流方向与外旋流块(5)产生的外部旋流方向相同，外旋流块(5)和射流-内旋流块(6)组成双旋流结构；内部旋流和外部旋流包裹燃烧器内壁面，避免燃烧产生的高温燃气直接作用于内壁面，降低燃烧器内壁面温度，增加燃烧器使用寿命；所述射流-内旋流块(6)还具有N3个环形排列且与燃烧器轴向呈夹角的毛细孔，与燃烧器轴向呈夹角的毛细孔需保证液体燃料的入射方向与氧化剂注入方向呈夹角且方向相反，进而保证液体燃料中的液滴被内部旋流和外部旋流击碎，促进雾化和液体燃料蒸发；射流-内旋流块(6)右端为凸台结构；所述后盖(8)中端具有N4个液体燃料入口和用于燃料均匀进入射流-内旋流块(6)的毛细孔的环形空腔；所述前盖(3)、外旋流块(5)、射流-内旋流块(6)和后盖(8)在相应位置具有N5个通孔，六角螺钉(2)穿过通孔，用六角螺母(10)固定前盖(3)、外旋流块(5)、射流-内旋流块(6)和后盖(8)。

2.如权利要求1所述的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器，其特征在于：先将石英玻璃管(1)插入前盖(3)中，随后将铜垫片(4)、外旋流块(5)、射流-内旋流块(6)依次同心叠放在左侧，石英玻璃管(1)、外旋流块(5)和射流-内旋流块(6)之间形成中部空腔，所述的中部空腔构成燃烧室；外旋流块(5)和射流-内旋流块(6)组成双旋流结构，随后在射流-内旋流块(6)的两个O型圈槽中对应放入小O型圈(11)和大O型圈(12)，达到密封的作用，再盖上后盖(8)，后盖(8)与射流-内旋流块(6)间形成用于燃料液体汇聚均匀的空腔，随后在射流-内旋流块(6)和后盖(8)各气流入口处连接快速管接头(7)，最后将六角螺钉(2)穿过前盖(3)、铜垫片(4)、外旋流块(5)、射流-内旋流块(6)和后盖(8)上预留的通孔，另一侧加上垫片(9)并使用六角螺母(10)拧紧，即组成基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器。

3.如权利要求1所述的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器，其特征在于：工作方法为，使用时，从外旋流块(5)的N1个快速管接头处以既定流量通入甲烷和氧化剂的混合气，混合气通过外旋流块(5)的N1个切向入口后沿着圆弧形燃烧室流动，产生外部旋流；混合气点着后能形成均匀环形火焰，接着将另一路氧化剂气体从射流-内旋流块(6)的快速管接头通入，气体从射流-内旋流块(6)的内旋入口进入燃烧室，产生与外部旋流方向相同的内部旋流，形成的两层旋流包裹住燃烧室内壁面；待室内气流和温度稳定后，将液体燃料从后盖(8)的N4个快速管接头处通入，液体燃料到达使燃料液体汇聚均匀的空腔后，从N3个环形分布的毛细孔射入到内部旋流和外部旋流之间，液体燃料被内外旋流包裹，抑制液体燃料的粘壁和结碳，延长燃烧室寿命；其中，毛细孔需保证液体燃料的入射方向与氧化剂注入方向呈夹角且方向相反，被内部旋流和外部旋流击碎，促进雾化，随后外部旋流的高温燃气使燃料迅速蒸发，随后蒸发的燃料与内部旋流氧化剂迅速混合燃烧，待燃烧稳定后，停止通入甲烷，依靠已经蒸发的燃料燃烧产生的燃气预热液体燃料并使之蒸发燃烧，燃烧产生的火焰内部为高温低密度燃气，外部为低温高密度未燃气体，具有动力学稳定性，同时避免火焰直接接触内壁面，减少热损失，增加燃烧器寿命，燃烧循环，维持火焰稳定燃烧。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器，其特征在于：为保证氧化剂气流平滑流动，射流-内旋流块(6)右端凸台选为圆锥结构。

5.如权利要求1-3任一项所述的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器，其特征在于：根据实际需求调节各气体和液体流量，从而调控氧气浓度和当量比，达到控制燃烧温度的目的。

6.如权利要求1-3任一项所述的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器，其特征在于：所述的N1、N3的数量根据液体燃料和氧化剂的混合效果需求而定。

7.如权利要求1-3任一项所述的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器，其特征在于：所述的N2的数量根据产生的内部旋流的均匀程度而定。

8.如权利要求1-3任一项所述的一种基于内外旋流的促进液体燃料雾化的多孔射流燃烧器，其特征在于：所述的N4的数量根据喷入的液体燃料的均匀程度而定。