CN107726313B - 可拆卸式可控排气组分的预混柴油燃烧器 - Google Patents

可拆卸式可控排气组分的预混柴油燃烧器 Download PDF

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Abstract

一种柴油燃烧设备技术领域可拆卸式可控排气组分的预混柴油燃烧器，包括进气段、前固定段、涡流板、后固定段、混合段、喷油器组、火花塞组、燃烧腔，通过装满不同高度不同角度弯管的涡流板产生空气旋流，与喷油器喷出的柴油油雾在混合段进行混合，形成油气混合物；下游的火花塞就行点火，火焰在不断进入的空气作用下，进入燃烧腔燃烧。本发明中，在喷油器沿后固定段上的插孔周向布置，可对称布置多个喷油器，其中一个或两个喷油器可以喷射含氮燃料进行燃烧，以产生所需浓度NOx，另一个或两个喷油器可以喷射机油进行燃烧，以产生所需浓度的PM颗粒。本发明设计合理，结构简单，便于拆卸，可调整燃烧排气。

Description

可拆卸式可控排气组分的预混柴油燃烧器
技术领域
本发明涉柴油燃烧设备技术领域，具体涉及一种可以产生所需浓度NOx和PM颗粒的可拆卸式预混柴油燃烧器。
背景技术
现有的燃油燃烧器主要用于锅炉燃烧，因此需要火焰稳定、燃烧效率高，以及产生较低的NOx排放，以便能达到排放法规要求。而此柴油燃烧器用于测试排放后处理设备，需要此燃烧器能产生所需温度和所需组分的排气，用于测试后处理设备。柴油燃烧主要的排放物为NOx、HC和PM。
在CN 1115515C中发明的预混燃烧器，使用的是中心喷枪，外壳切向进气，以产生较低NOx排放。由于中心布置喷枪，能布置的喷枪数量有限。在CN 101918763中发明的新式预混燃烧器针对的燃料是燃气，燃气具有较高的流动性，而且易于点燃，不易附壁。在CN203927905 U中发明的燃油燃烧器通过在内腔上设置多个通孔沿周向倾斜，以获得旋转气流，主要用于餐厅的燃油灶，因此所获得的流量较小。一种较大流量的可控排气温度可控排气组分的柴油燃烧器用于后处理设备测试是具有重要意义的。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种可拆卸式可控排气组分的预混柴油燃烧器，可以通过涡流板上的多组弯管系，将进气变成旋转气流，与喷油器组喷射的喷雾在混合段进行充分混合，然后通过火花塞组进行点燃，点燃的混合气将在混合腔进行燃烧；并且便于拆卸，可调整燃烧排气。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括进气段、前固定段、涡流板、喷油器组、后固定段、丝杆、混合段、火花塞组、点火线圈、支撑、燃烧腔，前固定段上布置有油管固定孔、丝杆固定孔、进气段固定孔，进气段、前固定段之间通过进气段固定孔安装法兰螺栓固定，在涡流板上分别布置内圈层弯管系、二圈层弯管系、外圈层弯管系、前端插槽、后端插槽，后固定段包括前腔体、腔体斜面、腔体内表面、前端管路、前端斜面、喷射器插孔、连接法兰，前固定段的末端管路插入涡流板的前端插槽内，后固定段的前端斜面插入涡流板的后端插槽内，前固定段、后固定段之间通过丝杆固定，喷油器组布置在后固定段的喷射器插孔内，后固定段、混合段之间通过法兰相连接，火花塞组、点火线圈连接在一起并通过支撑安装在混合段上，混合段的出口与燃烧腔相连接。
进一步地，在本发明中，进气段通过的气体为空气或压缩空气。
进一步地，在本发明中，涡流板后端面设置小管径弯管系，一组弯管系由4-12根对称弯管组成，弯管系的组数为3组，3组弯管系分别为内圈层弯管系、二圈层弯管系、外圈层弯管系且呈中心对称分布。
进一步地，在本发明中，外圈层弯管系高度最低，出口方向垂直于腔体内表面，与圆周呈90度切角，与中心线呈90-150度夹角；二圈层弯管系出口高度高于外圈层弯管系出口高度，低于内圈层弯管系出口高度，出口方向垂直于腔体斜面，与圆周呈90度切角，与中心线呈90-150度夹角，同时不低于外圈层弯管系弯管与中心线的夹角数；内圈层弯管系高度最高，出口方向垂直于腔体内表面，与圆周呈90度切角，与中心线呈90-150度夹角，同时不低于二圈层弯管系弯管与中心线的夹角数。
进一步地，在本发明中，喷油器组有4-8个喷油器且呈周向布置，其中1-2个喷射含氮燃料，1-2个喷射机油，其余都喷油器喷射柴油，喷油器的喷油压力不低于6bar。
进一步地，在本发明中，后固定段的前端斜面与管径夹角的大小为100-135度；在前端斜面上设置喷射器插孔，喷射器插孔与中心线的夹角为15-40度。
进一步地，在本发明中，支撑材质为角铁，呈八面状，其中四面中心开孔固定点火线圈，另外四面中心通过丝杆焊接固定在混合段外表面。
进一步地，在本发明中，燃烧腔由耐高温不锈钢材料制成，燃烧腔前端设置锥形扩口，后端设置锥形缩口，燃烧腔的管径大于混合段的管径。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：本发明设计合理，结构简单；在喷油器沿后固定段上的插孔周向布置，可对称布置多个喷油器，其中一个或两个喷油器可以喷射含氮燃料进行燃烧，以产生所需浓度NOx，另一个或两个喷油器可以喷射机油进行燃烧，以产生所需浓度的PM颗粒；便于拆卸，可调整燃烧排气。
附图说明
图1为本发明的整体结构二维示意图；
图2为本发明的整体结构三维示意图；
图3为本发明中前固定段示意图；
图4为本发明中涡流板正视图；
图5为本发明中涡流板侧视图；
图6为本发明中后固定段剖面图；
图7为本发明中后固定段立体图；
图8为本发明中混合段和燃烧腔平面图；
图9为本发明中混合段和燃烧腔立体图；
其中：1、进气段，2、前固定段，3、涡流板，4、喷油器组，5、后固定段，6、丝杆，7、混合段，8、火花塞组，9、点火线圈，10、支撑，11、燃烧腔，21、固定孔，22、丝杆固定孔，23、进气段固定孔，24、末端管路，31、内圈层弯管系，32、二圈层弯管系，33、外圈层弯管系，34、前端插槽，35、后端插槽，51、前腔体，52、腔体斜面，53、腔体内表面，54、前端管路，55、前端斜面，56、喷射器插孔，57、连接法兰。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施案例
如图1至图9所示，本发明包括进气段1、前固定段2、涡流板3、喷油器组4、后固定段5、丝杆6、混合段7、火花塞组8、点火线圈9、支撑10、燃烧腔11，前固定段2上布置有油管固定孔21、丝杆固定孔22、进气段固定孔23，进气段1、前固定段2之间通过进气段固定孔23安装法兰螺栓固定，在涡流板3上分别布置内圈层弯管系31、二圈层弯管系32、外圈层弯管系33、前端插槽34、后端插槽35，后固定段5包括前腔体51、腔体斜面52、腔体内表面53、前端管路54、前端斜面55、喷射器插孔56、连接法兰57，前固定段2的末端管路24插入涡流板3的前端插槽34内，后固定段5的前端斜面55插入涡流板3的后端插槽35内，前固定段2、后固定段5之间通过丝杆6固定，喷油器组4布置在后固定段5的喷射器插孔56内，后固定段5、混合段7之间通过法兰相连接，火花塞组8、点火线圈9连接在一起并通过支撑10安装在混合段7上，混合段7的出口与燃烧腔11相连接；涡流板3后端面设置小管径弯管系，一组弯管系由4-12根对称弯管组成，弯管系的组数为3组，3组弯管系分别为内圈层弯管系31、二圈层弯管系32、外圈层弯管系33且呈中心对称分布；外圈层弯管系33高度最低，出口方向垂直于腔体51内表面，与圆周呈90度切角，与中心线呈90-150度夹角；二圈层弯管系32出口高度高于外圈层弯管系33出口高度，低于内圈层弯管系31出口高度，出口方向垂直于腔体斜面52，与圆周呈90度切角，与中心线呈90-150度夹角，同时不低于外圈层弯管系33弯管与中心线的夹角数；内圈层弯管系31高度最高，出口方向垂直于腔体内表面53，与圆周呈90度切角，与中心线呈90-150度夹角，同时不低于二圈层弯管系33弯管与中心线的夹角数；喷油器组4有4-8个喷油器且呈周向布置，其中1-2个喷射含氮燃料，1-2个喷射机油，其余都喷油器喷射柴油，喷油器的喷油压力不低于6bar。
在本发明中，进气段1可以与鼓风机或压缩空气机出口相连，通过鼓风机或压缩空气机提供燃烧所需的空气，且进气量需随喷油器组4的喷油量进行调节，使柴油始终在理论空燃比附近燃烧。
图3是柴油燃烧器前固定段2的结构示意图。如图所示，前固定段2法兰上共3组孔系，分别是油管固定孔21、丝杆固定孔22、进气段固定孔23。为喷油器组4提供燃油的油管将穿过油管固定孔21，使油路变得平顺，不产生较大的弯折。前固定段2上的末端管路24与涡流板3前端插槽34间隙配合，以使管路密封。
图4和图5是柴油燃烧器涡流板示意图。如图所示，涡流板3后端面设置小管径弯管系，一组弯管系由4-12根对称弯管组成，弯管系的组数在2-4组。弯管呈中心对称分布。以弯管系为3组时为例，外圈层弯管系33高度最低，出口方向垂直于腔体51内表面，与圆周呈90度切角，与中心线呈90-150度夹角；二圈层弯管系32出口高度高于外圈层弯管系33出口高度，低于内圈层弯管系31出口高度；出口方向垂直于腔体斜面52，与圆周呈90度切角，与中心线呈90-150度夹角，同时不低于外圈层弯管系33弯管与中心线的夹角数。内圈层弯管系31高度最高，出口方向垂直于腔体内表面53，与圆周呈90度切角，与中心线呈90-150度夹角，同时不低于二圈层弯管系33弯管与中心线的夹角数。同时涡流板3上设置前端插槽34和后端插槽35，分别于前后固定段连接。
图6和图7是柴油燃烧器后固定段示意图。如图所示，后固定段5前端管路后通过斜面，扩大管径，前端斜面55与管径夹角的大小为100-135度；在前端斜面55上设置喷油器插孔56，喷油器插孔与中心线的夹角为15-40度。前端管路54通过涡流板上的后端插槽35与涡流板相连。后固定段5上通过连接法兰57上的孔系，由丝杆与前固定段2相连。
图7和图8是柴油燃烧器混合段与燃烧腔示意图。如图所示，混合段7通过法兰螺栓与后固定段5相连，末端设置火花塞组8；火花塞组8呈周向对称布置，一组火花塞组有4个火花塞；每个火花塞上设置点火线圈9；火花塞组8顶端点火方向与气流方向垂直。支撑10材质为角铁，呈八面状，其中四面中心开孔固定点火线圈9，另外四面中心通过丝杆焊接固定在混合段外表面。燃烧腔11由耐高温不锈钢材料制成；燃烧腔11前端设置锥形扩口，后端设置锥形缩口，燃烧腔的管径大于混合段管径。可拆卸式可控排气组分的预混柴油燃烧器整体三维示意图如图2所示。
由于通过前后固定段，涡流板3上的前后插槽，丝杆固定，以及法兰等进行连接固定，整套燃烧器具有较好的可拆卸，可更换性。喷油器组4沿后固定段5前端凸起布置，可以布置多个喷油器。因此其中1-2个喷油器可喷射含氮燃料以产生所需的NOx浓度，1-2个喷油器可以喷射机油以产生所需的PM颗粒。其余喷油器喷射柴油燃烧以产生所需温度的排气。通过PWM信号控制喷油脉宽，以控制喷油器的喷油量。喷油器喷射的压力不低于6bar，喷射的油雾与旋转空气混合，使油气在混合段7充分混合，在混合段7末端设置火花塞组8，以点燃油气混合物，油气混合物产生的火焰在空气不断向前推进的过程中，进入燃烧腔11中燃烧，由于燃烧腔11前端的扩口与后端的缩口，以及增大的体积，使火焰在燃烧腔11中稳定燃烧。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种可拆卸式可控排气组分的预混柴油燃烧器，其特征在于，包括进气段(1)、前固定段(2)、涡流板(3)、喷油器组(4)、后固定段(5)、丝杆(6)、混合段(7)、火花塞组(8)、点火线圈(9)、支撑(10)、燃烧腔(11)，前固定段(2)上布置有油管固定孔(21)、丝杆固定孔(22)、进气段固定孔(23)，进气段(1)、前固定段(2)之间通过进气段固定孔(23)安装法兰螺栓固定，在涡流板(3)上分别布置内圈层弯管系(31)、二圈层弯管系(32)、外圈层弯管系(33)、前端插槽(34)、后端插槽(35)，后固定段(5)包括前腔体(51)、腔体斜面(52)、腔体内表面(53)、前端管路(54)、前端斜面(55)、喷射器插孔(56)、连接法兰(57)，前固定段(2)的末端管路(24)插入涡流板(3)的前端插槽(34)内，后固定段(5)的前端斜面(55)插入涡流板(3)的后端插槽(35)内，前固定段(2)、后固定段(5)之间通过丝杆(6)固定，喷油器组(4)布置在后固定段(5)的喷射器插孔(56)内，后固定段(5)、混合段(7)之间通过法兰相连接，火花塞组(8)、点火线圈(9)连接在一起并通过支撑(10)安装在混合段(7)上，混合段(7)的出口与燃烧腔(11)相连接。
2.根据权利要求1所述的可拆卸式可控排气组分的预混柴油燃烧器，其特征在于，进气段(1)通过的气体为空气或压缩空气。
3.根据权利要求2所述的可拆卸式可控排气组分的预混柴油燃烧器，其特征在于，涡流板(3)后端面设置小管径弯管系，一组弯管系由4-12根对称弯管组成，弯管系的组数为3组，3组弯管系分别为内圈层弯管系(31)、二圈层弯管系(32)、外圈层弯管系(33)且呈中心对称分布。
4.根据权利要求3所述的可拆卸式可控排气组分的预混柴油燃烧器，其特征在于，外圈层弯管系(33)高度最低，出口方向垂直于腔体(51)内表面，与圆周呈90度切角，与中心线呈90-150度夹角；二圈层弯管系(32)出口高度高于外圈层弯管系(33)出口高度，低于内圈层弯管系(31)出口高度，出口方向垂直于腔体斜面(52)，与圆周呈90度切角，与中心线呈90-150度夹角，同时不低于外圈层弯管系(33)弯管与中心线的夹角数；内圈层弯管系(31)高度最高，出口方向垂直于腔体内表面(53)，与圆周呈90度切角，与中心线呈90-150度夹角，同时不低于二圈层弯管系(33)弯管与中心线的夹角数。
5.根据权利要求4所述的可拆卸式可控排气组分的预混柴油燃烧器，其特征在于，喷油器组(4)有4-8个喷油器且呈周向布置，其中1-2个喷射含氮燃料，1-2个喷射机油，其余都喷油器喷射柴油，喷油器的喷油压力不低于6bar。
6.根据权利要求5所述的可拆卸式可控排气组分的预混柴油燃烧器，其特征在于，后固定段(5)的前端斜面(55)与管径夹角的大小为100-135度；在前端斜面(55)上设置喷射器插孔(56)，喷射器插孔(56)与中心线的夹角为15-40度。
7.根据权利要求6所述的可拆卸式可控排气组分的预混柴油燃烧器，其特征在于，支撑(10)材质为角铁，呈八面状，其中四面中心开孔固定点火线圈(9)，另外四面中心通过丝杆焊接固定在混合段外表面。
8.根据权利要求7所述的可拆卸式可控排气组分的预混柴油燃烧器，其特征在于，燃烧腔(11)由耐高温不锈钢材料制成，燃烧腔(11)前端设置锥形扩口，后端设置锥形缩口，燃烧腔(11)的管径大于混合段(7)的管径。
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