CN115342346A - 多反应组分掺混的喷嘴结构及燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃烧技术领域，公开了一种多反应组分掺混的喷嘴结构及燃烧器，其中喷嘴结构包括：喷嘴通道，喷嘴通道的第一端设有第一进口，喷嘴通道的第二端设有第二进口，第一进口位于第二进口的上游，第一进口用于通入第一组分，第二进口用于通入第二组分，其中，第二组分的密度大于第一组分的密度。本发明提供的多反应组分掺混的喷嘴结构及燃烧器，对反应组分根据密度大小进行区分，将密度较大的第二组分放置在下游喷射至上游流下来的第一组分中进行掺混，第二组分穿透能力较强，能够更好的扩散至第一组分来流内部，有利于提高多种反应组分的混合均匀度，达到较好的掺混效果，从而有利于在燃烧过程中减少局部高温区，改善燃烧效果。

Description

多反应组分掺混的喷嘴结构及燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧技术领域，尤其涉及一种多反应组分掺混的喷嘴结构及燃烧器。

背景技术

现在人类获取能源和动力的方式主要是化石燃料的燃烧，小到燃气灶，燃气热水器，大到燃气轮机、锅炉等燃烧装置都以化石燃料为主。随着社会的发展，污染物排放标准越来越严格，迫切需要新的燃烧技术以降低污染物排放。微混燃烧是一种通过缩小燃料和空气混合尺度来实现超低排放的新型燃料燃烧技术，可以被用在燃气轮机等各类燃烧装置中。而以氢气、乙炔为主的灵活燃料，由于燃烧过于剧烈，所以经常在惰性气体环境中稀释燃烧，燃料与氧化剂分别供应。

现有燃烧过程，尤其是灵活燃料的燃烧过程，较容易出现反应组分混合不均匀，导致易产生局部高温区、燃烧效果不理想的问题。

发明内容

本发明提供一种多反应组分掺混的喷嘴结构及燃烧器，用以解决现有燃烧过程，尤其是灵活燃料的燃烧过程，较容易出现反应组分混合不均匀，导致易产生局部高温区、燃烧效果不理想的问题。

本发明提供一种多反应组分掺混的喷嘴结构，包括：喷嘴通道，所述喷嘴通道的第一端设有第一进口，所述喷嘴通道的第二端设有第二进口，所述第一进口位于所述第二进口的上游，所述第一进口用于通入第一组分，所述第二进口用于通入第二组分，其中，所述第二组分的密度大于所述第一组分的密度。

根据本发明提供的多反应组分掺混的喷嘴结构，所述第一进口设于所述喷嘴通道的第一端端面上或者设于所述喷嘴通道的侧壁上；所述第二进口设于所述喷嘴通道的侧壁上。

根据本发明提供的多反应组分掺混的喷嘴结构，所述喷嘴通道的第一端端面上或者靠近第一端的侧壁上还设有第三进口，所述第三进口用于通入第三组分。

根据本发明提供的多反应组分掺混的喷嘴结构，所述喷嘴通道第一端的内径大于所述喷嘴通道第二端的内径；所述喷嘴通道内部在第一端和第二端之间设有收缩段，所述收缩段从第一端至第二端呈收缩状。

根据本发明提供的多反应组分掺混的喷嘴结构，所述喷嘴通道内部在第一端和第二端之间设有混流结构。

根据本发明提供的多反应组分掺混的喷嘴结构，所述第一进口设于所述喷嘴通道的侧壁时，所述第一进口贯穿所述喷嘴通道的侧壁，且沿所述喷嘴通道的周向设置多个所述第一进口；

或者，所述喷嘴通道的第一端内部设有多个第一辐条，所述第一辐条沿所述喷嘴通道的径向设置，所述第一辐条为中空结构，且多个所述第一辐条均与所述第一进口连通，所述第一辐条上设有第一组分出口。

根据本发明提供的多反应组分掺混的喷嘴结构，所述第二进口贯穿所述喷嘴通道的侧壁，且沿所述喷嘴通道的周向设置多个所述第二进口；

或者，所述喷嘴通道的第二端内部设有多个第二辐条，所述第二辐条沿所述喷嘴通道的径向设置，所述第二辐条为中空结构，且多个所述第二辐条均与所述第二进口连通，所述第二辐条上设有第二组分出口。

根据本发明提供的多反应组分掺混的喷嘴结构，所述第三进口设于所述喷嘴通道的侧壁时，所述第三进口贯穿所述喷嘴通道的侧壁，且沿所述喷嘴通道的周向设置多个所述第三进口；

或者，所述喷嘴通道的第一端内部设有多个第三辐条，所述第三辐条沿所述喷嘴通道的径向设置，所述第三辐条为中空结构，且多个所述第三辐条均与所述第三进口连通，所述第三辐条上设有第三组分出口。

根据本发明提供的多反应组分掺混的喷嘴结构，所述第一组分沿所述喷嘴通道的轴向引入所述喷嘴通道内部；所述第三组分沿所述喷嘴通道的径向引入所述喷嘴通道内部。

本发明还提供一种燃烧器，包括上述多反应组分掺混的喷嘴结构。

本发明提供的一种多反应组分掺混的喷嘴结构及燃烧器，对反应组分根据密度大小进行区分，将密度较大的第二组分放置在下游喷射至上游流下来的第一组分中进行掺混，第二组分穿透能力较强，能够更好的扩散至第一组分来流内部，有利于提高多种反应组分的混合均匀度，达到较好的掺混效果，从而有利于在后续的燃烧过程中减少局部高温区，抑制燃烧振荡，改善燃烧效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的多反应组分掺混的喷嘴结构的第一实例示意图；

图2是本发明提供的多反应组分掺混的喷嘴结构的第一实例截面示意图；

图3是本发明提供的多反应组分掺混的喷嘴结构的第二实例底部示意图；

图4是本发明提供的多反应组分掺混的喷嘴结构的第二实例顶部示意图；

图5是本发明提供的多反应组分掺混的喷嘴结构的第二实例截面示意图。

附图标记：

1：喷嘴通道；101：收缩段；2：第一进口；3：第二进口；4：第三进口；5：旋流器；6：固定轴；7：第二辐条；701：第二组分出口；8：第三辐条；801：第三组分出口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图5描述本发明的多反应组分掺混的喷嘴结构及燃烧器。

参考图1，本实施例提供一种多反应组分掺混的喷嘴结构，该喷嘴结构包括：喷嘴通道1，所述喷嘴通道1的第一端设有第一进口2，所述喷嘴通道1的第二端设有第二进口3，所述第一进口2位于所述第二进口3的上游，所述第一进口2用于通入第一组分，所述第二进口3用于通入第二组分，其中，所述第二组分的密度大于所述第一组分的密度。

本实施例中喷嘴通道1为中空结构，用于流通多个反应组分。喷嘴通道1的第一端为上游部位，第二端为下游部位，即喷嘴通道1内反应组分的流向是从第一端流向第二端。第一进口2和第二进口3间隔设置，且第二进口3位于下游部位，使得在喷嘴通道1中，第二组分喷入流动的第一组分中与第一组分进行掺混。

进一步地，本实施例将密度较大的第二组分设置在下游喷入流动的第一组分内部进行掺混，第二组分密度较大，射流穿透能力较强，相比将密度较小的第一组分扩展掺混至第二组分中，本实施例利用第二组分扩散掺混能够提高第一组分和第二组分的混合均匀度，提高掺混效果，有利于后续获得更好的燃烧效果。

本实施例提供的多反应组分掺混的喷嘴结构，对反应组分根据密度大小进行区分，将密度较大的第二组分放置在下游喷射至上游流下来的第一组分中进行掺混，第二组分穿透能力较强，能够更好的扩散至第一组分来流内部，有利于提高多种反应组分的混合均匀度，达到较好的掺混效果，从而有利于在后续的燃烧过程中减少局部高温区，抑制燃烧振荡，改善燃烧效果。

且本实施例中将第一组分和第二组分间隔喷入，第一组分和第二组分是在喷嘴通道1的下游进行掺混，还避免了反应组分提前掺混带来的自燃回火风险，保障燃烧安全性。该喷嘴结构既适用于天然气等传统燃料，还适用于氢气等灵活燃料，燃料适应性较强，安全性较高。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述第一进口2设于所述喷嘴通道1的第一端端面上或者设于所述喷嘴通道1的侧壁上。即第一进口2可设置在喷嘴通道1的端面上，使得第一组分从喷嘴通道1的第一端端部喷入；第一进口2还可设置在喷嘴通道1第一端的侧壁上，使得第一组分从喷嘴通道1的侧壁引入。第一组分具体引入喷嘴通道1内部的部位不做限定。所述第二进口3设于所述喷嘴通道1的侧壁上。第二组分在喷嘴通道1的下游部位可从喷嘴通道1的侧壁引入。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述喷嘴通道1的第一端端面上或者靠近第一端的侧壁上还设有第三进口4，所述第三进口4用于通入第三组分。其中，所述第三组分的密度可小于所述第二组分的密度。即可从喷嘴通道1的第一端端面部位或第一端的侧壁引入第三组分。

本实施例考虑到有些燃烧过程不仅需要燃料、氧化剂，还需要一些环境介质，环境介质用于形成适于燃烧的环境。例如，以氢气为主的灵活燃料由于燃烧过于迅速，容易导致局部高温区，因此添加环境介质进行稀释，环境介质可采用空气但不限于空气，也可使用水蒸气或惰性气体等稀释剂，燃料氧化剂可按需单独供应。因此，有些燃烧过程需要三种反应组分。在其他实施例中，三种反应组分不限于是燃料、氧化剂和稀释剂；还可为燃料、氧化剂和催化剂等，具体组分种类不做限定。

本实施例中在喷嘴通道1的上游部位引入第三组分，且第三组分的密度小于第二组分的密度；即在有三种反应组分时，将密度相对较小的第一组分和第三组分在上游部位引入，第一组分和第三组分会在上游进行初步混合，然后流向下游。将密度相对较大的第二组分从下游引入扩散至第一组分和第三组分的混合气中，最终第一组分、第二组分和第三组分混合后从下游喷出。

本实施例先进行第一组分和第三组分的掺混，然后再掺混进第二组分，将三种反应组分分步掺混，可实现反应组分有序的掺混，提高燃烧安全性，有利于保证掺混效果；且利用密度较大的第二组分在下游进行扩散掺混，有利于提高掺混均匀度。

进一步地，第一组分沿喷嘴通道1的长度方向流动。喷嘴通道1的长度方向即第一端至第二端的方向，即从喷嘴通道1内部上游至下游的方向。将第一组分沿喷嘴通道1的长度方向喷入，使得第一组分从上游向下游流动，能够保证喷嘴通道1内部反应组分顺利沿着主流向流动，以及顺利从下游喷出。

第二组分可垂直于喷嘴通道1的长度方向喷入，或者沿喷嘴通道1的长度方向喷入，还可与喷嘴通道1的长度方向呈一定夹角喷入，第二组分的具体喷入角度不做限定。第三组分可垂直于喷嘴通道1的长度方向喷入，或者沿喷嘴通道1的长度方向喷入，还可与喷嘴通道1的长度方向呈一定夹角喷入，第三组分的具体喷入角度不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2，所述喷嘴通道1第一端的内径大于所述喷嘴通道1第二端的内径。本实施例中设置喷嘴通道1的截面为圆形，且喷嘴通道1从第一端至第二端外径相同，即喷嘴通道1的外径是上下一致的，从而喷嘴通道1外部整体呈圆柱形。设置喷嘴通道1第一端具有第一管段，喷嘴通道1第二端具有第二管段，其中第一管段的内径大于第二管段的内径。从而第一管段的侧壁厚度小于第二管段的侧壁厚度。因为第二管段为多种反应组分充分掺混的管段，设置较厚的侧壁有利于提高安全性。

进一步地，所述喷嘴通道1内部在第一端和第二端之间设有收缩段101，所述收缩段101从第一端至第二端呈收缩状。即第一管段和第二管段之间设有收缩段101；从喷嘴通道1的第一端至第二端，收缩段101的内径逐渐减小。设置第一管段的内径较大，有利于提高第一管段的内部空间，有利于第一组分和第三组分的充分混合，然后设置收缩段101，在第一组分和第三组分通入流量不变的情况下，由于通道截面逐渐减小，会使得第一组分和第三组分混合后的流速增大，有利于更好的与第二组分混合后喷出。

进一步地，喷嘴通道1第二端的内径D1为3-20mm。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述喷嘴通道1内部在第一端和第二端之间设有混流结构。具体地，混流结构可为旋流器5。旋流器5设在第一进口2和第三进口4中靠近第二进口3的一者与第二进口3之间。例如，参考图2，本实施例中第一进口2设置在喷嘴通道1第一端的端面，第三进口4设在喷嘴通道1靠近第一端的侧壁上，第三进口4相比第一进口2距离第二进口3更近，此时，旋流器5设置在第三进口4和第二进口3之间。从而在第一组分和第三组分混合后会流经旋流器5进行进一步的混合，以保证第一组分和第三组分的混合均匀性。

进一步地，所述旋流器5的旋流数为0.1-0.4。进一步地，在喷嘴通道1的第一端和第二端之间也可设置其他混流结构，例如混流肋片等结构，以能加强第一组分和第三组分之间的混合为目的，具体不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，在第一进口2设于喷嘴通道1第一端端面时，可在喷嘴通道1端面上开设开孔作为第一进口2，供第一组分引入；还可设置喷嘴通道1第一端端面呈开口状作为第一进口2，供第一组分引入。

在所述第一进口2设于所述喷嘴通道1的侧壁时，所述第一进口2贯穿所述喷嘴通道1的侧壁，且沿所述喷嘴通道1的周向设置多个所述第一进口2；或者，所述喷嘴通道1的第一端内部设有多个第一辐条，所述第一辐条沿所述喷嘴通道1的径向设置，所述第一辐条为中空结构，且多个所述第一辐条均与所述第一进口2连通，所述第一辐条上设有第一组分出口。

即在第一进口2设于喷嘴通道1的侧壁时，可通过两种设置结构引入第一组分。第一种设置结构是：第一进口2可贯穿喷嘴通道1的侧壁，将第一组分直接通过喷嘴通道1的侧壁引入喷嘴通道1内部。第二种设置结构是：可在喷嘴通道1内部设置第一辐条结构，将第一组分通过喷嘴通道1侧壁上的第一进口2引入第一辐条中，然后通过第一辐条上的第一组分出口引入喷嘴通道1内部。

第一种设置结构下，可沿喷嘴通道1的周向设置多个第一进口2，以沿周向从不同部位分别引入第一组分。进一步地，可设置第一进口2的轴向与喷嘴通道1的长度方向呈一定夹角，即第一进口2的轴向可向喷嘴通道1内部下游倾斜，以使得第一组分喷入后能够沿喷嘴通道1的长度方向向下游流动。

第二种设置结构下，在任一第一辐条上可设置多个第一组分出口，因为第一辐条布置在喷嘴通道1内部，从而第一组分是通过第一辐条伸入喷嘴通道1内部之后喷出，有利于保证第一组分能够喷入喷嘴通道1内部的整个空间，该结构适用于喷嘴通道1内径尺寸较大的情况。进一步地，可通过控制第一辐条上第一组分开口的朝向，来控制第一组分的喷出方向。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述第二进口3贯穿所述喷嘴通道1的侧壁，且沿所述喷嘴通道1的周向设置多个所述第二进口3；或者，所述喷嘴通道1的第二端内部设有多个第二辐条7，所述第二辐条7沿所述喷嘴通道1的径向设置，所述第二辐条7为中空结构，且多个所述第二辐条7均与所述第二进口3连通，所述第二辐条7上设有第二组分出口701。

即第二进口3设于喷嘴通道1的侧壁，具体可通过两种设置结构引入第二组分。第一种设置结构是：第二进口3可贯穿喷嘴通道1的侧壁，将第二组分直接通过喷嘴通道1的侧壁引入喷嘴通道1内部，如图1和图2所示。第二种设置结构是：可在喷嘴通道1内部设置第二辐条7结构，将第二组分通过喷嘴通道1侧壁上的第二进口3引入第二辐条7中，然后通过第二辐条7上的第二组分出口701引入喷嘴通道1内部，如图3和图5所示。

第一种设置结构下，可沿喷嘴通道1的周向设置多个第二进口3，以沿周向从不同部位分别引入第二组分。进一步地，可设置第二进口3的轴向与喷嘴通道1的长度方向垂直，以使得第二组分垂直喷向流动的第一组分，以更好的扩散至第一组分中，如图2所示。在其他实施例中，第二进口3的轴向也可与喷嘴通道1的长度方向相交呈一定夹角，可朝向下游方向倾斜，使得第二组分的喷入方向与第一组分的流向相交。具体不做限定。

第二种设置结构下，参考图3，在任一第二辐条7上可设置多个第二组分出口701，因为第二辐条7布置在喷嘴通道1内部，从而第二组分是通过第二辐条7伸入喷嘴通道1内部之后喷出，有利于保证第二组分能够喷入喷嘴通道1内部的整个空间，该结构适用于喷嘴通道1内径尺寸较大的情况。进一步地，可通过控制第二辐条7上第二组分开口的朝向，来控制第二组分的喷出方向。

在上述实施例的基础上，进一步地，在第三进口4设于喷嘴通道1第一端端面时，可在喷嘴通道1端面上开设开孔作为第三进口4，供第三组分引入。在第一进口2和第三进口4均设在喷嘴通道1第一端端面时，可在端面上通过合理开设开孔引入第一组分和第三组分，具体设置不做限定。

在所述第三进口4设于所述喷嘴通道1的侧壁时，所述第三进口4贯穿所述喷嘴通道1的侧壁，且沿所述喷嘴通道1的周向设置多个所述第三进口4；或者，所述喷嘴通道1的第一端内部设有多个第三辐条8，所述第三辐条8沿所述喷嘴通道1的径向设置，所述第三辐条8为中空结构，且多个所述第三辐条8均与所述第三进口4连通，所述第三辐条8上设有第三组分出口801。

即在第三进口4设于喷嘴通道1的侧壁时，可通过两种设置结构引入第三组分。第一种设置结构是：第三进口4可贯穿喷嘴通道1的侧壁，将第三组分直接通过喷嘴通道1的侧壁引入喷嘴通道1内部，如图1和图2所示。第二种设置结构是：可在喷嘴通道1内部设置第三辐条8结构，将第三组分通过喷嘴通道1侧壁上的第三进口4引入第三辐条8中，然后通过第三辐条8上的第三组分出口801引入喷嘴通道1内部，如图4和图5所示。

第一种设置结构下，参考图1和图2，可沿喷嘴通道1的周向设置多个第三进口4，以沿周向从不同部位分别引入第三组分。进一步地，可设置第三进口4的轴向与喷嘴通道1的长度方向垂直，以使得第三组分垂直喷向流动的第一组分，以更好的扩散至第一组分中，如图2所示。在其他实施例中，第三进口4的轴向也可与喷嘴通道1的长度方向相交呈一定夹角，可朝向下游方向倾斜，使得第三组分的喷入方向与第一组分的流向相交。具体不做限定。

第二种设置结构下，参考图4，在任一第三辐条8上可设置多个第三组分出口801，因为第三辐条8布置在喷嘴通道1内部，从而第三组分是通过第三辐条8伸入喷嘴通道1内部之后喷出，有利于保证第三组分能够喷入喷嘴通道1内部的整个空间，该结构适用于喷嘴通道1内径尺寸较大的情况。进一步地，可通过控制第三辐条8上第三组分开口的朝向，来控制第三组分的喷出方向。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例中第一组分沿喷嘴通道1的轴向引入喷嘴通道1内部；即第一组分沿轴向通入喷嘴通道1内部，使得第一组分从上游向下游流动，能够保证喷嘴通道1内部反应组分顺利沿着主流向流动，以及顺利从下游喷出。第三组分沿喷嘴通道1的径向引入喷嘴通道1内部；即第三组分沿径向通入喷嘴通道1内部，使得第三组分通入方向与第一组分流向垂直，能够有效扩散至第一组分内部，实现二者的良好掺混。

具体的，在一实施例中，可设置第一进口2位于喷嘴通道1的端部；使得第一组分沿轴向引入喷嘴通道1内部。还可在喷嘴通道1侧壁上设置第一进口2，以及设置第一辐条结构，在第一辐条上开设第一组分出口，并设置第一组分出口朝向喷嘴通道1内部的下游，使得第一组分沿轴向喷入；具体设置不做限定。

进一步地，可设置第三进口4贯穿喷嘴通道1的侧壁，且第三进口4的轴向与喷嘴通道1轴向垂直，使得第三组分沿径向引入喷嘴通道1内部。还可设置第三辐条8结构，在第三辐条8上开设第三组分出口801，并设置第三组分出口801朝向喷嘴通道1的侧壁，使得第三组分沿径向喷入，如图4和图5所示。第三组分通过第三辐条8在喷嘴通道1内部沿径向多个方向喷入流动的第一组分中，然后与第一组分混合后向下游流动，能够较好的伸入第一组分内部各个部位，有利于第一组分和第三组分的均匀混合。

进一步地，可设置第二组分出口701朝向喷嘴通道1内部的下游，使得第二组分沿轴向喷入，如图3所示。可设置第二组分出口701朝向喷嘴通道1的侧壁，使得第二组分沿径向喷入喷嘴通道1。还可设置第二进口3贯穿喷嘴通道1的侧壁，并设置第二进口3的轴向与喷嘴通道1的轴向垂直，使得第二组分沿喷嘴通道1径向喷入。第二进口3的轴向也可与喷嘴通道1的轴向相交呈一定夹角。即第二组分具体喷入喷嘴通道1内部的方向不做限定，可根据实际需要灵活设置。

进一步地，在喷嘴通道1的内径D2为20-80mm，设置辐条结构。辐条结构包括第一辐条、第二辐条7和第三辐条8中的至少一种。在设置第二辐条7时，任一第二辐条7上的第二组分出口701数量为1-8个；第二组分出口701的直径为0.2-4mm。

进一步地，多个第二辐条7的第一端汇集连接在喷嘴通道1的中间部位，第二辐条7的第二端连接于喷嘴通道1的侧壁。在喷嘴通道1的侧壁内部可设置与多个第二辐条7分别连通的通道，可为环形通道，通道与第二进口3连接，以向多个第二辐条7中通入第二组分。第一辐条和第三辐条8的设置结构与第二辐条7类似，不再赘述。

进一步地，第一组分可为氢气等灵活燃料，第二组分可为氧气等氧化剂，第三组分可为水蒸气等稀释介质。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种燃烧器，该燃烧器包括上述任一项实施例所述的多反应组分掺混的喷嘴结构。该燃烧器利用上述任一实施例提供的喷嘴结构进行反应组分的掺混喷射。燃烧器还包括外壳、固定喷嘴结构的法兰板以及与喷嘴结构连接的管道等相关结构，对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在上述实施例的基础上，进一步地，在一具体实例中，本实施例采用氧化剂扩散微混燃烧组织方式，可避免以氢气为主的灵活燃料燃烧过于迅速，导致燃烧室局部温度过高，进而导致出口温度分布不均、燃烧振荡等问题。如图1、图2所示，本实施例中将喷嘴通道1的第一端端面设为第一进口2，第一进口2为燃料进口；靠近喷嘴通道1第一端的侧壁上设有贯穿的第三进口4，第三进口4为惰性介质进口；在喷嘴通道1第二端的侧壁上设有贯穿的第二进口3，第二进口3为氧化剂喷孔。喷嘴通道1内部在第三进口4和第二进口3之间设有旋流器5。

本实施例中灵活燃料、惰性介质、氧化剂分别供应，燃料在上游喷射，在收缩通道中通过旋流混合器与惰性介质预混，将密度大、穿透能力强的氧化剂放于下游喷入。惰性介质的喷孔数目即沿周向第三进口4的数量可为4-8，第三进口4的直径d₁可为0.2-2mm；下游氧化剂的喷孔数目即沿周向第二进口3的数量可为2-14，第二进口3的直径d₂可为0.2-2mm；喷嘴通道1下游通道直径D1可为3-20mm。即在喷嘴通道1第二端的内径为3-20mm时，可设置第二组分直接通过喷嘴通道1侧壁上的第二进口3喷入，第三组分直接通过喷嘴通道1侧壁上的第三进口4喷入。

以燃料为氢气，氧化剂为氧气为例。由于氧气密度是氢气的16倍，相同条件下，使用氧气作为横向射流，射流动量比氢气高16倍，穿透深度Y_max接近氢气的4倍。因此，在氧气和燃料均单独供应时，使用氧气扩散掺混，能够大幅提高氧燃混合均匀度。

参考图5，当管径较大时即喷嘴通道1的内径D2>3×Y_max，氧化剂穿透深度无法达到充分燃烧要求，本实施例在下游通道设计了喷射辐条。如图3、图4和图5所示。喷嘴通道1内部中心沿轴向设有固定轴6，用于连接辐条。稀释介质即第三组分第三进口4流入，从第三组分出口801喷出与燃料在上游预混。氧化剂自第二进口3流入，经过第二辐条7从第二组分出口701喷出，实现与燃料的快速混合，避免自燃和回火。可选地，第二组分出口701可朝向喷嘴通道1下游，使得第二组分沿轴向喷出；顺流喷射有利于形成微脱体火焰，加强轴向喷嘴与来流高温燃气的混合，避免局部高温区，提高过渡段出口温度分布均匀性。氧化剂由侧壁通道流入第二辐条7后可沿喷嘴通道1轴向喷出，与燃料进行充分反应，有助于提高喷射燃料的空间均匀性，避免局部高温区的产生。其中喷嘴通道1内径D2为20-80mm，第二辐条7数目可设置3-8根，每根辐条可开1-8个喷孔，每个喷孔即第二组分出口701直径可为0.2-4mm。

本实施例考虑到对于微混燃料氧化剂混合，常规预混方式混合均匀，局部高温区少，但存在自燃回火风险，火焰稳定性较差，即使采用尾部空气加湿的方案也无法从根本上解决问题。而采用传统燃料扩散掺混模式，由于氢气密度低，射流穿透能力差，燃料氧化剂混合较差，易产生局部高温区，且由于燃料在空间上的不均匀分布，出现了点火难、易熄火的问题。同时对于尺寸较大的喷嘴通道1，现有的微混进口喷嘴多采用沿周向均匀排布的方式，其在周向的均匀性良好但并不能使微混管道在径向上都均匀分布，由于燃料在空间上的不均匀分布，出现了点火难、易熄火的问题。若放大喷嘴通道1的尺寸，这种不均匀性的影响会也会被放大。

本实施例采用氧化剂扩散微混燃烧组织方式，将密度大、穿透能力强的介质，多数情况为氧化剂亦可为大密度的燃料，放于下游喷射与上游介质进行掺混，解决以氢气为主的灵活燃料掺混不均，导致燃烧过于剧烈，导致燃烧室局部高温区控制难的问题。

另外，当喷嘴通道1混合器管径较大时，由于下游介质穿透深度无法达到充分燃烧要求，在大口径混合管的尾端增设了辐条，下游介质由侧壁通道流入辐条后可沿径向喷出，也可沿轴向喷出，与燃料进行充分反应，解决大口径微混燃烧室射流穿透能力弱，燃料无法充分燃烧的问题，通过下游通道辐条的设计改善流场，促进氧化剂与燃料掺混强度，保证燃料充分燃烧，抑制燃烧室局部高温现象。

本实施例可以解决以氢气为主的灵活燃料燃烧过于剧烈，导致燃烧室局部高温区控制难的问题，极大提高氧化剂与燃料的掺混效果，避免自燃回火，提高喷嘴对灵活燃料的适应性；既适用于天然气等传统燃料，也能够实现以氢燃料为主的灵活燃料高效燃烧，实现低碳甚至零碳排放；能够有效抑制自燃回火及燃烧振荡，保障燃烧安全；对于大口径燃烧室，可通过辐条改善流场，促进氧化剂与燃料掺混强度，保证燃料充分燃烧。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多反应组分掺混的喷嘴结构，其特征在于，包括：喷嘴通道，所述喷嘴通道的第一端设有第一进口，所述喷嘴通道的第二端设有第二进口，所述第一进口位于所述第二进口的上游，所述第一进口用于通入第一组分，所述第二进口用于通入第二组分，其中，所述第二组分的密度大于所述第一组分的密度。

2.根据权利要求1所述的多反应组分掺混的喷嘴结构，其特征在于，所述第一进口设于所述喷嘴通道的第一端端面上或者设于所述喷嘴通道的侧壁上；所述第二进口设于所述喷嘴通道的侧壁上。

3.根据权利要求1所述的多反应组分掺混的喷嘴结构，其特征在于，所述喷嘴通道的第一端端面上或者靠近第一端的侧壁上还设有第三进口，所述第三进口用于通入第三组分。

4.根据权利要求1所述的多反应组分掺混的喷嘴结构，其特征在于，所述喷嘴通道第一端的内径大于所述喷嘴通道第二端的内径；所述喷嘴通道内部在第一端和第二端之间设有收缩段，所述收缩段从第一端至第二端呈收缩状。

5.根据权利要求3所述的多反应组分掺混的喷嘴结构，其特征在于，所述喷嘴通道内部在第一端和第二端之间设有混流结构。

6.根据权利要求2所述的多反应组分掺混的喷嘴结构，其特征在于，所述第一进口设于所述喷嘴通道的侧壁时，所述第一进口贯穿所述喷嘴通道的侧壁，且沿所述喷嘴通道的周向设置多个所述第一进口；

或者，所述喷嘴通道的第一端内部设有多个第一辐条，所述第一辐条沿所述喷嘴通道的径向设置，所述第一辐条为中空结构，且多个所述第一辐条均与所述第一进口连通，所述第一辐条上设有第一组分出口。

7.根据权利要求2所述的多反应组分掺混的喷嘴结构，其特征在于，所述第二进口贯穿所述喷嘴通道的侧壁，且沿所述喷嘴通道的周向设置多个所述第二进口；

或者，所述喷嘴通道的第二端内部设有多个第二辐条，所述第二辐条沿所述喷嘴通道的径向设置，所述第二辐条为中空结构，且多个所述第二辐条均与所述第二进口连通，所述第二辐条上设有第二组分出口。

8.根据权利要求3所述的多反应组分掺混的喷嘴结构，其特征在于，所述第三进口设于所述喷嘴通道的侧壁时，所述第三进口贯穿所述喷嘴通道的侧壁，且沿所述喷嘴通道的周向设置多个所述第三进口；

或者，所述喷嘴通道的第一端内部设有多个第三辐条，所述第三辐条沿所述喷嘴通道的径向设置，所述第三辐条为中空结构，且多个所述第三辐条均与所述第三进口连通，所述第三辐条上设有第三组分出口。

9.根据权利要求3所述的多反应组分掺混的喷嘴结构，其特征在于，所述第一组分沿所述喷嘴通道的轴向引入所述喷嘴通道内部；所述第三组分沿所述喷嘴通道的径向引入所述喷嘴通道内部。

10.一种燃烧器，其特征在于，包括上述权利要求1-9中任一项所述的多反应组分掺混的喷嘴结构。

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