CN112815307A - 一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，通过燃料供给装置将液体燃料通过输液管进入蒸发器预混蒸发罐体内并控制燃料供给量，通过预混气体流量阀控制气瓶组进入蒸发器预混蒸发罐体的预混气体流量，通过调整加热温度使燃料中所有组分汽化并使预混气中的燃料在燃烧前不发生冷凝，利用协流装置和协流气体流量阀对协流气体进行控制以消除环境空气对燃烧火焰的影响，采用燃烧器出口结构和燃料流量、以及预混气种类和流量的选择匹配，实现当量比不同的层流和湍流预混气燃烧火焰，本发明实现了多组分燃料的蒸发混合和预混当量比的精确控制，极大地降低了液体燃烧器的成本和液体燃料蒸发混合控制的难度。

Description

一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置
技术领域
本发明属于液体燃料燃烧装置，具体涉及一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置。
背景技术
燃料改质是改善燃料燃烧性能和降低有害排放的重要技术途径之一，一方面，燃料改质可以优化燃烧，从而减少燃料的消耗；另一方面，燃料改质改变了燃料的理化特性，国内外大量的研究表明，这有利于降低有害排放，尤其是碳烟排放。因此，燃料改质近年来得到了国内外高度重视，开展其燃烧及有害排放生成机理的研究具有重要的理论意义和工程应用指导价值。为了对液体燃料改质对燃烧过程影响机理进行深入研究，主要通过燃烧器、定容燃烧弹和发动机三种实验装置。
燃烧器作为研究燃烧过程最方便、直观、基础的实验装置，被广泛应用于燃烧过程的实验研究。随着对实验条件控制精度要求更加严格，目前应用的各种燃烧器都是基于本生灯的燃烧原理基础设计的，这些燃烧器可以实现：层流扩散火焰、层流部分预混火焰、层流预混火焰、射流火焰、对冲火焰、湍流非预混火焰和湍流预混火焰；这些燃烧器主要为气体燃烧器，不适用液体燃料的燃烧研究。因此针对液体燃料的燃烧过程实验测量研究存在较大困难，液体的稳定供给和气液的混合成为关键。
为了便于实现液体燃料的稳定可调控供给，液体燃料的雾化是关键步骤；目前液体燃料的雾化主要有三种：加热蒸发、压力破碎和气流破碎。这个过程中同时实现燃料雾化、气液混合和稳定供给给燃烧器的设计带来很大困难。为了产生稳定的火焰并避免环境空气和载体气流对火焰稳定性的影响，需要设计最合理的燃料出口和载气出口，以及严格控制载气和燃料供给流量，这极大的增加的装置的设计难度和成本；目前的燃烧器结构由于燃料各组分的气化温度不尽相同，限制了多组分液体燃料应用难度，无法有效实现液体燃料燃烧实验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，包括燃料供给装置、蒸发器预混蒸发罐体、稳定蒸发罐体和载气装置，蒸发器预混蒸发罐体一端设有进气孔和进液口，蒸发器预混蒸发罐体另一端设有出口，蒸发器预混蒸发罐体的进气孔与载气装置的出气口通过预混气体流量阀连接，蒸发器预混蒸发罐体的进液口与燃料供给装置出液口通过输液管连通，蒸发器预混蒸发罐体的出口与稳定蒸发罐体的进口连通，稳定蒸发罐体的出口处设有燃烧嘴，蒸发器预混蒸发罐体和稳定蒸发罐体外侧均设有保温加热装置，输液管的出口位于蒸发器预混蒸发罐体内且与蒸发器预混蒸发罐体的进气孔在同一水平线上。
进一步的，蒸发器预混蒸发罐体的出口与稳定蒸发罐体的进口通过载气管连通，载气管外侧包覆有加热层。
进一步的，稳定蒸发罐体的出气口端为渐缩结构，燃烧嘴轴向均匀分布多个出口孔径。
进一步的，燃烧嘴的外圈设有协流装置，协流装置侧壁设有进气口，协流装置的端部设有出气口，协流装置的端部与燃烧嘴的端部平齐，协流装置的出气口与燃烧嘴的出气口轴线平行，协流装置的进气口与载气装置连通管道上设有协流气体流量阀。
进一步的，协流装置的出口采用网状孔径布置。
进一步的，蒸发器预混蒸发罐体的进气孔与出气口轴线在同一水平线上，输液管的轴线与蒸发器预混蒸发罐体的进气孔轴线夹角为45度，输液管的出液口位于蒸发器预混蒸发罐体的进气孔与出气口连接线上。
进一步的，蒸发器预混蒸发罐体内设有垂直于进气孔与出气口连线的筛网；稳定蒸发罐体的进气口与出气口在同一直线上，稳定蒸发罐体内设有载气孔板，载气孔板垂直于稳定蒸发罐体的进气口与出气口连线。
进一步的，稳定蒸发罐体内设有多个平行设置的载气孔板，蒸发器预混蒸发罐体内设有多个平行设置的筛网。
进一步的，蒸发器预混蒸发罐体和稳定蒸发罐体上均设有温度传感器。
进一步的，燃料供给装置包括燃料注射管体、注射活塞和推进螺杆，注射活塞的一端设置于燃料注射管体内，推进螺杆上套设有推进块，推进块的一端与注射活塞另一端接触。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，采用燃料供给装置、蒸发器预混蒸发罐体、稳定蒸发罐体和载气装置，通过在蒸发器预混蒸发罐体一端设有进气孔和进液口，蒸发器预混蒸发罐体另一端设有出口，蒸发器预混蒸发罐体的进气孔与载气装置的出气口通过预混气体流量阀连接，通过燃料供给装置将液体燃料通过输液管进入蒸发器预混蒸发罐体内并控制燃料供给量，通过预混气体流量阀控制气瓶组进入蒸发器预混蒸发罐体的预混气体流量，通过调整加热温度使燃料中所有组分汽化并使预混气中的燃料在燃烧前不发生冷凝，利用协流装置和协流气体流量阀对协流气体进行控制以消除环境空气对燃烧火焰的影响，采用燃烧器出口结构和燃料流量、以及预混气种类和流量的选择匹配，实现当量比不同的层流和湍流预混气燃烧火焰，本发明实现了多组分燃料的蒸发混合和预混当量比的精确控制，极大地降低了液体燃烧器的成本和液体燃料蒸发混合控制的难度。
进一步的，采用协流装置能有效地避免环境对火焰的影响和保证火焰稳定性。燃烧器出口降低了预混气体控制难度，增大火焰直径方便实验测量分析。
进一步的，采用协流装置提供与混合气流动方向相同的包围在燃烧嘴周围的均匀向上气流，隔绝周围空气的影响，能有效地避免环境对火焰的影响和保证火焰稳定性。
进一步的，燃烧嘴的外圈设有协流装置，协流装置侧壁设有进气口，协流装置的端部设有出气口，协流装置的端部与燃烧嘴的端部平齐，协流装置的出气口与燃烧嘴的出气口轴线平行，协流装置的进气口与载气装置连通管道上设有协流气体流量阀。
进一步的，协流装置的出口采用网状孔径布置，能够使气流在燃烧嘴18的出口端形成稳定气流场，保证混合气上升过程中燃烧稳定。
进一步的，加热温度保证了燃料各组分不发生热分解，且相互间比例不变，与空气形成均匀混合气。
附图说明
图1是本发明实施例中燃烧器装置结构示意图。
图2是本发明实施例中蒸发器预混蒸发罐体结构示意图。
图3是本发明实施例中稳定蒸发罐体结构示意图。
图4是本发明实施例中载气装置结构示意图。
图中，1-燃料供给装置；2-推进螺杆；3-注射活塞；4-燃料注射管体；5-输液管；6-蒸发器预混蒸发罐体；7-保温加热装置；8-载气装置；9-预混减压阀；10-预混气体流量阀；11-温度传感器；12-控制器；13-载气管；14-稳定蒸发罐体；15-载气孔板；16-筛网；18-燃烧嘴；19-协流装置；21-协流减压阀；22-协流气体流量阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，包括燃料供给装置1、蒸发器预混蒸发罐体6、稳定蒸发罐体14和载气装置8，蒸发器预混蒸发罐体6一端设有进气孔和进液口，蒸发器预混蒸发罐体6另一端设有出口，蒸发器预混蒸发罐体6的进气孔与载气装置8的出气口通过预混气体流量阀10连接，蒸发器预混蒸发罐体6的进液口与燃料供给装置1出液口通过输液管5连通，蒸发器预混蒸发罐体6的出口与稳定蒸发罐体14的进口连通，稳定蒸发罐体14的出口处设有燃烧嘴18，蒸发器预混蒸发罐体6和稳定蒸发罐体14外侧均设有保温加热装置7，输液管5的出口位于蒸发器预混蒸发罐体6内且与蒸发器预混蒸发罐体6的进气孔在同一水平线上。蒸发器预混蒸发罐体6的出口与稳定蒸发罐体14的进口通过载气管13连通，载气管13外侧包覆有加热层。
如图4所示，稳定蒸发罐体14的出气口端为渐缩结构，燃烧嘴18轴向均匀分布多个出口孔径，能够避免单孔的情况下，当孔径较大时需要稳定火焰而对协流气体的控制精度要求高的问题，采用多孔径结构，能够有效稳定出口火焰的稳定性。
如图1所示，燃烧嘴18的外圈设有协流装置19，协流装置19侧壁设有进气口，协流装置19的端部设有出气口，协流装置19的端部与燃烧嘴18的端部平齐，协流装置19的出气口与燃烧嘴18的出气口轴线平行，协流装置19的进气口与载气装置8连通管道上设有协流气体流量阀22，采用协流装置19提供与混合气流动方向相同的包围在燃烧嘴18周围的均匀向上气流，隔绝周围空气的影响，能有效地避免环境对火焰的影响和保证火焰稳定性；采用燃烧嘴18结构降低了预混气体控制难度，并增大火焰直径方便实验测量分析。
具体的，如图1、图2所示，蒸发器预混蒸发罐体6的进气孔与出气口轴线在同一水平线上，输液管5的轴线与蒸发器预混蒸发罐体6的进气孔轴线呈夹角设置，输液管5的出液口位于蒸发器预混蒸发罐体6的进气孔与出气口连接线上；具体的，输液管5的轴线与蒸发器预混蒸发罐体6的进气孔轴线夹角为45°。输液管5的出液口直径为1mm，持续供给的燃料在出口处形成连续的小液滴，然后由轴向供给的空气携带，沿轴向向前运动，能够有效缩短蒸发距离、利用更多腔体空间和保证燃料被气体携带。
蒸发器预混蒸发罐体6内设有垂直于进气孔与出气口连线的筛网16，在气液向前运动过程中，用于对通过载气携带的油气进行充分的混合，利用保温加热装置进行保温加热，保证了燃料所有组分受热完全蒸发为气相，加热温度保证了燃料各组分不发生热分解，且相互间比例不变，与空气形成均匀混合气，然后经载气管进入稳定蒸发罐体14内，载气管外包加热层，稳定蒸发罐体14外包保温加热装置7，保证预混气中的燃料在燃烧前不发生冷凝，从而在稳定腔出口形成稳定的燃烧火焰；蒸发器预混蒸发罐体6内设有多个平行设置的筛网，提高混合效率。蒸发器预混蒸发罐体6和稳定蒸发罐体14上均设有温度传感器11，温度传感器11采用热电偶。还包括连接于保温加热装置7的控制器12。
稳定蒸发罐体14的进气口与出气口在同一直线上，稳定蒸发罐体14内设有载气孔板15，载气孔板15垂直于稳定蒸发罐体14的进气口与出气口连线，稳定蒸发罐体14内设有多个平行设置的载气孔板15，保证混合气上升过程中受热稳定和混合更加均匀。
如图4所示，协流装置19的出口采用网状孔径布置，能够使气流在燃烧嘴18的出口端形成稳定气流场，保证混合气上升过程中燃烧稳定。
保温加热装置7采用陶瓷加热器，陶瓷加热器包覆于蒸发器预混蒸发罐体6和稳定蒸发罐体14外侧，利用陶瓷加热器对蒸发器预混蒸发罐体6和稳定蒸发罐体14进行加热保温，加热温度保证了燃料各组分不发生热分解，且相互间比例不变，与空气形成均匀混合气。
如图1所示，燃料供给装置1采用丝杠螺旋结构，具体包括燃料注射管体4、注射活塞3和推进螺杆2，注射活塞3的一端设置于燃料注射管体4内，推进螺杆2上套设有推进块，推进块的一端与注射活塞3另一端接触，利用燃料注射管体4内的注射活塞3推动燃料注射管体4中的液体燃料通过输液管进入蒸发器预混蒸发罐体6内的预混蒸发腔，推进块的速度由推进螺杆2的转速进行控制，控制精度高，结构稳定，当燃料注射管体4直径已知时，通过推进螺杆2转速可得到燃料供给控制流量。载气装置8采用多级并联气瓶，多级并联气瓶与预混气体流量阀之前设置有预混减压阀9。多级并联气瓶与协流气体流量阀之前设置有协流减压阀21，实现多级并联气瓶气体减压输出。多级并联气瓶携带气体为空气、氮气、氧气或空气+氧气。
下面结合附图对本发明的结构原理和使用步骤作进一步说明：
使用过程中，在气液向前运动过程中，通过载气携带的油气进行充分的在蒸发器预混蒸发罐体6内混合，混合气体通过外部包覆有加热层的载气管13进入稳定蒸发罐体14内，油量过大时，部分油量没有被气流带走，落到蒸发器预混蒸发罐体6腔体内表面，这部分蒸发会影响火焰稳定性，使得燃烧器出口的燃空当量比发生波动。同时油量过小的时候，燃空当量比降低，燃烧速度和气流速度相互间的差异会导致气流吹灭火焰或供给跟不上燃烧速度。以T20(20％甲苯+80％正庚烷)燃料为例，最大和最小燃空当量和预混空气的预混当量比为2～10。当改变通入混合腔内的载体气体和协流气体的成分后，可以实现纯预混、部分预混和纯扩散火焰。例如：载体气体为氮气等惰性气体，且协流气体为氧气或空气等氧化气体时，可形成纯扩散火焰；当载体气体为氧气或空气，且协流气体为氮气或二氧化碳等惰性气体时，可形成纯预混火焰；当载体气体为氧气或空气，且协流气体为空气时，可形成部分预混火焰。
利用蒸发器预混蒸发罐体6连接载气装置8，多级并联气瓶气体质量通过预混气体流量阀实现扩散、预混和部分预混燃烧火焰的自由调节，利用气体质量流量控制器和燃料供给装置实现层流和湍流火焰的自由调节。
本发明结构简单，通过燃料供给装置将液体燃料通过输液管进入蒸发器预混蒸发罐体内并控制燃料供给量，通过预混气体流量阀控制气瓶组进入蒸发器预混蒸发罐体的预混气体流量，通过调整加热温度使燃料中所有组分汽化并使预混气中的燃料在燃烧前不发生冷凝，利用协流装置和协流气体流量阀对协流气体进行控制以消除环境空气对燃烧火焰的影响，采用燃烧器出口结构和燃料流量、以及预混气种类和流量的选择匹配，实现当量比不同的层流和湍流预混气燃烧火焰。
本发明实现多组分燃料的蒸发混合和预混当量比的精确控制，极大地降低了液体燃烧器的成本和液体燃料蒸发混合控制的难度。采用协流装置能有效地避免环境对火焰的影响和保证火焰稳定性。燃烧器出口降低了预混气体控制难度，增大火焰直径方便实验测量分析。采用燃烧器出口结构和燃料流量、以及预混气种类和流量的选择匹配，实现当量比2-10内可调的层流预混和部分预混层流燃烧火焰，层流扩散火焰和2-∞内可调的湍流预混、部分预混或扩散燃烧火焰。本发明的装置结构相对简单、易于操作，适用于液体燃料层流稳态火焰的燃烧化学过程实验测量分析，和液体燃料非稳态湍流火焰的湍流影响实验测量分析。

Claims (10)

1.一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，其特征在于，包括燃料供给装置(1)、蒸发器预混蒸发罐体(6)、稳定蒸发罐体(14)和载气装置(8)，蒸发器预混蒸发罐体(6)一端设有进气孔和进液口，蒸发器预混蒸发罐体(6)另一端设有出口，蒸发器预混蒸发罐体(6)的进气孔与载气装置(8)的出气口通过预混气体流量阀(10)连接，蒸发器预混蒸发罐体(6)的进液口与燃料供给装置(1)出液口通过输液管(5)连通，蒸发器预混蒸发罐体(6)的出口与稳定蒸发罐体(14)的进口连通，稳定蒸发罐体(14)的出口处设有燃烧嘴(18)，蒸发器预混蒸发罐体(6)和稳定蒸发罐体(14)外侧均设有保温加热装置(7)，输液管(5)的出口位于蒸发器预混蒸发罐体(6)内且与蒸发器预混蒸发罐体(6)的进气孔在同一水平线上。
2.根据权利要求1所述的一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，其特征在于，蒸发器预混蒸发罐体(6)的出口与稳定蒸发罐体(14)的进口通过载气管(13)连通，载气管(13)外侧包覆有加热层。
3.根据权利要求1所述的一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，其特征在于，稳定蒸发罐体(14)的出气口端为渐缩结构，燃烧嘴(18)轴向均匀分布多个出口孔径。
4.根据权利要求1所述的一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，其特征在于，燃烧嘴(18)的外圈设有协流装置(19)，协流装置(19)侧壁设有进气口，协流装置(19)的端部设有出气口，协流装置(19)的端部与燃烧嘴(18)的端部平齐，协流装置(19)的出气口与燃烧嘴(18)的出气口轴线平行，协流装置(19)的进气口与载气装置(8)连通管道上设有协流气体流量阀(22)。
5.根据权利要求4所述的一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，其特征在于，协流装置(19)的出口采用网状孔径布置。
6.根据权利要求1所述的一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，其特征在于，蒸发器预混蒸发罐体(6)的进气孔与出气口轴线在同一水平线上，输液管(5)的轴线与蒸发器预混蒸发罐体(6)的进气孔轴线夹角为45度，输液管(5)的出液口位于蒸发器预混蒸发罐体(6)的进气孔与出气口连接线上。
7.根据权利要求1所述的一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，其特征在于，蒸发器预混蒸发罐体(6)内设有垂直于进气孔与出气口连线的筛网(16)；稳定蒸发罐体(14)的进气口与出气口在同一直线上，稳定蒸发罐体(14)内设有载气孔板(15)，载气孔板(15)垂直于稳定蒸发罐体(14)的进气口与出气口连线。
8.根据权利要求7所述的一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，其特征在于，稳定蒸发罐体(14)内设有多个平行设置的载气孔板(15)，蒸发器预混蒸发罐体(6)内设有多个平行设置的筛网。
9.根据权利要求1所述的一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，其特征在于，蒸发器预混蒸发罐体(6)和稳定蒸发罐体(14)上均设有温度传感器(11)。
10.根据权利要求1所述的一种液体燃料燃烧火焰调节燃烧器装置，其特征在于，燃料供给装置(1)包括燃料注射管体(4)、注射活塞(3)和推进螺杆(2)，注射活塞(3)的一端设置于燃料注射管体(4)内，推进螺杆(2)上套设有推进块，推进块的一端与注射活塞(3)另一端接触。
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