CN1119560C - 锥形燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明的任务在于，提出一种用于气体和/或液体燃料的锥形燃烧器，该燃烧器将降低氧化氮和一氧化碳污染。依照本发明该任务的解决方案是，分锥体(1、2)在其顺流端具有一共同的射流扩散器(27)。分锥体具有一向射流扩散器(27)过渡的范围(28)，在该范围的送风口(7、8)的尺寸顺流向(3)连续缩小。射流扩散器(27)为圆形并且没有送风口(7、8)。

Description

锥形燃烧器
技术领域
本发明涉及一种用于气体和/或液体燃料的燃烧器，其由：a)至少两个中空分锥体，其相互配合从而构成一主体，并且其中轴在流动方向上被设置成相互错位；b)设置在两个分锥体间的、正切送风口；c)多个用于气体燃料的、在送风口整个区段内均匀分布的燃料输送孔；d)一个在流动方向上呈锥形增大的燃烧器内腔，e)一个设置在锥形燃烧器的上流端的并接入燃烧器内腔之中的中心液体燃料喷嘴构成。
背景技术
在EP-B1-0321809中记载了一种适用于燃烧气体和/或液体燃料的双锥燃烧器。该燃烧器由两个中空的配合成为一体的分锥体构成，该分锥体具有正切送风口。在每个送风口的径向端设置有一条气体燃料管路。所以气体燃料与正切流入的燃烧用空气的混合是在送风口内进行的，确切地说是在燃烧器的整个内室内进行的。在采用液体燃料时，该液体燃料通过一设置在中心的喷嘴喷入燃烧器内室。
在该种双锥燃烧器的端部形成燃烧混合气的中心回流区。在该范围内实现了在燃烧器截面上的单位时间平均值的燃料分布均匀。对燃烧混合气的点火是在回流区的顶端进行的，因而在该处产生稳定的火焰前端。此外由于截面突然在燃烧室方向上增大，因而又形成一外复回流区，该外复回流区同样起着稳定火焰的作用。在采用液体燃料时，燃料浓度在轴向上被正切输入的燃烧用空气稀化，因而形成均匀预混合的燃烧混合气。但如果采用气体燃料，则至少从在燃烧器顺流范围内设置的燃料混入段至火焰的距离非常短。所以在该处存在的由于时间和空间关系尚未完全均匀的燃烧混合气必然会产生大量的氧化氮和一氧化碳。
发明内容
本发明力求避免所有这些缺点。本发明的任务在于，提出一种用于气体和/或液体燃料的锥形燃烧器，该燃烧器将大大减少氧化氮和一氧化碳的污染。
依照本发明该任务的解决方案是，一种用于气体和/或液体燃料的燃烧器，其由：在a)至少两个中空分锥体，其相互配合从而构成一主体，并且其中轴在流动方向上被设置成相互错位；b)设置在两个分锥体间的、正切送风口；c)多个用于气体燃料的、在送风口整个区段内均匀分布的燃料输送孔；d)一个在流动方向上呈锥形增大的燃烧器内腔；e)一个设置在锥形燃烧器的上流端的并接入燃烧器内腔之中的中心液体燃料喷嘴构成；其中，分锥体在其下流端具有一共同的射流扩散器，分锥体具有一朝射流扩散器的过渡区段，在该区段逆风口的大小在流动方向上持续缩小；射流扩散器为圆形并且没有送风口。
基于锥形燃烧器的此结构，因而经对开口宽度相应的选择涡流开裂并随之对燃烧混合气的点火将进一步移至下流侧的射流扩散器端附近。因而也大大加长及延长了在燃料器端部供使用的混合段和混合时间。从而形成更为均匀的燃烧混合气，这将导致大幅度降低氧化氮和一氧化碳的污染。此点既涉及对液体燃料的应用，也涉及对气体燃料的应用，其中在应用气体燃料时该优点更为明显。由于送风口的尺寸是连续缩小的，因而避免了从锥形燃烧器的几何形状朝圆形的射流扩散器的过渡区段内截面的突变。采用此方式可避免新鲜燃烧混合气流动的分离区和随之在此处不希望出现的火焰停顿。锥形燃烧器具有一通向燃烧室的圆形出口截面，因而与已知的双锥燃烧器相比不需要对该处采用的月牙形件用冷却空气冷却。其附加的优点在于，射流扩散器更有效地保护所述反应区不受相邻燃烧器的影响，从而提高了火焰稳定性。
如果分锥体朝射流扩散器的过渡区段内在流动方向上燃料输送孔的直径缩小，尤为相宜。因而在过渡区段内气孔将根据局部开口宽度被适配，并实现气体燃料在燃烧空气中的均匀的分布。
此外，如果射流扩散器具有一占锥形燃烧器总长度大约10％至25％的长度并具有一出口截面，该出口截面不大于由分锥体构成的双锥件的在过渡区段始端截面的1.3倍，是有益的。这样一种较短的扩散器具有很小的分界层厚度，这势必可以避免火焰在分界层的回火。
在第二实施方式中，射流扩散器具有一在流动方向上连续增大的张角，该张角在始端等于燃烧器的锥角并且在上流方向上连续增加大于该锥角。从而稳定了壁分界层并最大限度地减少了流动分离的危险。
附图说明
在对图中参照一与燃烧室连接在一起的双锥燃烧器对本发明的两个实施例做了说明。
图中示出：
图1  已有技术的双锥燃烧器透视图，局部剖开；
图2  沿图1所示燃烧器的II-II线的截面示意简图；
图3  本发明双锥燃烧器侧视图；
图4  图3的向射流扩散器过渡的范围的局部放大图；
图5-7是图4沿V-V、VI-VI、VII-VII线的过渡区段的部分截面；
图8  与图3相应，但为另一实施方式图。
图中仅示出为便于理解本发明主要的部件。用箭头表示工作介质的流向。
具体实施方式
图1中示出已知的已有技术的双锥燃烧器。它由两个两半的中空的分锥体1、2构成，这两个分锥体侧面相互错位地落在一起并配合构成一主体。所以分锥体1、2在流动方向3上具有相互错位设置的中轴4、5(图2)。双锥燃烧器具有一个在流动方向3上呈锥形增大的燃烧器内腔6。在分锥体1、2间形成正切送风口7、8。
在两个分锥体1、2上并且在分锥体送风口7、8的外端分别设置有一根气体燃料11的燃料管路9、10(图1)。燃料管路9、10备有多个、在送风口7、8整个范围均匀分布的、孔形燃料输送口12。两个分锥体1、2分别具有一个圆柱形的起始部分13、14，这两个起始部分同样也是错位设置的。因而在双锥燃烧器的整个长度上的流体侧形成正切送风口7、8。在双锥燃烧器的上流端，即在其圆柱形起始部分13、14上设置有一个接入燃烧器内腔6的中心液体燃料喷嘴15。两个分锥体1、2具有一个在10°至30°范围内的锥角16。在燃烧室侧17的双锥燃烧器上设置有一个凸缘形的、用于固定分锥体1、2的档板18。在档板18上形成一定数量的孔19，用于冷却分锥体1、2的紧贴档板18上流侧的月牙形的端部的空气经这些孔导出，送入燃烧室。
在采用液体燃料21时以锐角在燃烧器内腔6最窄的截面处喷入液体燃料。因此形成一锥形燃料轮廓22，该锥形燃料轮廓被经正切的送风口7、8流入的旋转的燃烧用空气环绕。液体燃料21的浓度在轴向不断被混入的燃烧用空气23稀化。在双锥燃烧器的下流端形成燃烧混合气的中心回流区24，该回流区将使燃料锥形轮廓22开裂(涡流破坏)。因此在此范围将在燃烧器截面上实现均匀的燃料浓度。在回流区24的尖端实现燃烧混合气的点火。仅在此点才可以产生稳定的火焰前端25。如果燃烧的是气体燃料11，该气体燃料经孔进入燃烧器内腔6，其中气体燃料与燃烧用空气23加以混合。其中在燃烧器内腔6同样会形成锥形燃料轮廓22。
图3示出本发明双锥燃烧器的示意图。为便于观察，图中仅示出主要的构件以及对照图1和图2示出的已有技术加以变化的构件。
两个两半的、中空的燃烧器的分锥体1、2配合形成一构成双锥件的主体26，该双锥体在下流侧过渡成一共同的圆形的射流扩散器27。在紧贴射流扩散器27的上流侧形成由双锥件向射流扩散器27的过渡区段28。在此过渡区段28内送风口7、8尺寸在流动方向3上不断减少。但燃烧器截面同时不断增大，因而被燃烧混合气穿流的截面甚至在过渡区段28内也越来越大或至少保持不变。
射流扩散器27具有约占双锥燃烧器总长度30的15％的长度。出口截面31约是过渡区段28的初始段截面的1.3倍。其具有一个张角33，该张角首先等于燃烧器的锥角16并且在流动方向3上持续增大。
在图4中放大示出向射流扩散器27的过渡区段28，以便清楚地了解在过渡区段28的下流端端接的燃料管路9的设置和构成。
图5至图7示出双锥件在其过渡区段28内的3个局部截面。在图5中示出的是过渡区段28的初始端。在图6中示出的是其中间部分并且在图7中示出的是其终端。在过渡区段28燃料管路9的直径以及孔直径在流动方向3上缩小。在过渡区段28的终端处送风口7、8和孔完全闭合。在下流侧连接的圆形的射流扩散器27上既没有送风口7、8，也没有燃料管路9、10(图3)。
与已知的双锥燃烧器的上述功能的不同点在于，由于设置了射流扩散器27，因而附加为甚至在双锥件的下流区段内才输入的气体燃料11的混合获得了时间和空间。采用此方法在燃烧器截面上实现了最佳的燃料浓度。在燃烧这样一种均匀的燃烧混合气体明显地降低了氧化氮和一氧化碳污染。甚至在采用液体燃料21时也会降低污染，但在此情况时优点不太大。
燃烧混合气流在射流扩散器27处稍有滞后并因而在其中心是不稳定的。因此在射流扩散器27的下流端附近才形成燃烧混合气的中心回流区24并随之导致锥形燃料轮廓22开裂。由于射流扩散器27为漏斗形结构，所以实现由过渡区段28至进入燃烧室17的燃烧混合气的入口的过渡区段28的连续表面变化。因此边界层在内部并未分离，从而有益地在双锥燃烧器的下流侧才可以形成火焰前端25。双锥件、开缝宽度、张角33或送风口7、8的数量视具体条件可以影响涡流的开裂位置。
由于从双锥件向射流扩散器27的过渡区段28中，送风口7、8的尺寸连续缩小。因而实现了从双锥燃烧器—几何形状向圆形射流扩散器27的有利于流动的过渡。从而避免了截面突变。通过相应缩小孔直径实现气孔与送风口7、8局部尺寸的适配。当然也可以增大孔间的间隔。漏斗形射流扩散器27的附加优点在于其凸起弯曲壁的稳定效果。
在第二实施例中射流扩散器27具有一张角34，该张角等于燃烧器的锥角16(图8)。由于射流扩散器27具有简单、直线的外形，故制做该双锥燃烧器非常简单并且成本低廉。此外在燃烧室壁35的外面设置有冷却空气档板36，该冷却空气挡板一直延伸到上流侧的射流扩散器27处并且终结在送风口7、8的下流端。对射流扩散器27用在燃烧室壁35与冷却空气档板36间的空间内回流的冷却空气从外部冷却，其中冷却空气最后进入一在燃烧器上流侧的压力送风系统37。由于射流扩散器27的对流冷却，因而与第一实施例相比，进一步改善了其工作可靠性。
                附图标记对照表
1               分锥体
2               分锥体
3               流动方向
4               中轴
5               中轴
6               燃烧器内腔
7               送风口
8       送风口
9       燃料管路
10      燃料管路
11      气体燃料
12      燃料输送，
13      初始部分
14      初始部分
15      液体燃料喷嘴
16      锥角
17      燃烧室
18      档板
19      孔
20      冷却空气
21      液体燃料
22      燃料锥形轮廓
23      燃烧用空气
24      流区
25      火焰前端
26      主体
27      射流扩散器
28      过渡范围
29      27的长度
30      26和27的总长度
31      27的出口截面
32      截面
33      27的张角
34      27的张角
35      燃烧室壁
36      冷却空气导向板
37      压力送风系统

Claims (5)

1.用于气体和/或液体燃料(11，21)的锥形燃烧器，由
a)至少两个中空分锥体(1，2)，其相互配合从而构成一主体(26)，并且其中轴(4，5)在流动方向(3)上被设置成相互错位，
b)设置在两个分锥体(1、2)间的、正切送风口(7、8)，
c)多个用于气体燃料(11)的、在送风口(7、8)整个区段内均匀分布的燃料输送孔，
d)一个在流动方向(3)上呈锥形增大的燃烧器内腔(6)，
e)一个设置在锥形燃烧器的上流端的并接入燃烧器内腔(6)之中的中心液体燃料喷嘴(15)构成，其特征在于：
f)分锥体(1、2)在其下流端具有一共同的射流扩散器(27)，
g)分锥体(1、2)具有一个朝射流扩散器(27)的过渡区段(28)，其中送风口(7、8)的尺寸在流动方向(3)上连续缩小，
h)射流扩散器(27)为圆形并且没有送风口(7、8)。
2.依照权利要求1的锥形燃烧器，其特征在于：燃烧输送孔的直径在分锥体(1、2)的过渡区段(28)内沿流动方向(3)上缩小。
3.依照权利要求2的锥形燃烧器，其特征在于：射流扩散器(27)具有约占锥形燃烧器总长度(30)的10％至25％的长度(29)和一出口截面(31)，该出口截面不大于形成在主体(26)的在过渡区段(28)始端的截面(32)的1.3倍。
4.依照权利要求3的锥形燃烧器，其特征在于：射流扩散器(27)具有一张角(34)，该张角等于燃烧器的锥角(16)。
5.依照权利要求3的锥形燃烧器，其特征在于：射流扩散器(27)具有一张角(33)，该张角在初始端等于燃烧器的锥角(16)并且在流动方向(3)上连续增大。
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