CN1840963A - 液体燃料喷烧器燃烧头 - Google Patents

Abstract

一种液体燃料喷烧器燃烧头(100)其除了常规部件还包括一个固定在圆柱状壳体(3)上的盖(11)以便将第一空气流(A1)分成至少3个部分(A1r，A1sw，A1a)，为达到这点，一些相同间隔的已校准的径向孔(12)被设于盖(11)的圆柱形表面(11bc)上，一些相同间隔的倾斜的狭槽(13)被设于盖(11)的端面(11bf)，一个轴向孔(14)也被设于盖(11)的端面(11bf)上雾化液体燃料从喷嘴(2)出来的位置上。

Description

液体燃料喷烧器燃烧头

技术领域：

本发明涉及喷烧器燃烧头，特别是适用于燃烧低NO_X排放的液体燃料的。

背景技术：

已知，液体燃料喷烧器，燃料和助燃物之间的燃烧反应是由燃烧头产生的，其包括一个管状导管，可以将助燃液体从一个风机传输入燃烧室，助燃液体混合液体燃料被一个或多个喷嘴雾化。

一个已知的点火装置点燃混合物来开始燃烧。

燃烧头的一个主要缺陷，从生态上讲，是在燃烧时产生可导致污染的氮氧化合物NO_X。

研究氮氧化合物NO_X的产生表明其主要产生在高火焰温度下。

基于这个原因，喷烧器被设计有燃烧头，在其中通过燃烧头内部的燃烧气体和火焰本身的局部再流通，火焰温度被降低

借助从喷烧头高速喷出的空气，气体在火焰内部再流通，形成一种所谓的“夹带效应”，通过这个效应，燃烧室内的气体被牵入火焰中，因为其不参与燃烧反应，且吸收热量，因此冷却了火焰从而减少氮氧化合物NO_X排放。

已知的将气体中氮氧化合物降到规范值的解决方法，只是在小尺寸的喷烧器中有好效果，在其中相对于其体积，火焰有一个相当大的表面，很容易被气体渗入。

相反，在中、大尺寸的喷烧器中，在其中火焰的表面积(就是交换面积)与其体积相比是相当小的，气体渗入火焰成为问题。

发明内容：

本发明的主要目的是解决上述缺陷。

更具体说，本发明的一个目的是提供一种燃烧头，其与已知燃烧头相比可以改进助燃空气和位于燃烧室中的气体的混合，从而降低氮氧化合物NO_X的含量。

本发明的另一目的是提供一个燃烧头，其使得位于燃烧室中的气体再循环从而使其与从燃烧区域上升的助燃空气混合，从而降低火焰温度。

本发明的另一个目的是提供一种燃烧头，其与已知燃烧头相比更有效地混合再循环气体和助燃空气。

已知燃烧头另一个缺陷是在头的前端形成大量的积碳，其可以阻碍来自喷嘴的燃料喷雾，从而削弱燃烧。

因此本发明进一步的目的是防止形成积碳。

根据本发明所提供的燃烧头，相对于已知燃烧头也容易制造。

本发明所提供的喷烧器燃烧头包括：

一个提供液体燃料的中央导管，其一端有一个将所述液体燃料在燃烧室内雾化的喷嘴；

一个中间导管与所述中央导管同轴并在其外，并与其一起限定了一个第一管道以便输送第一股助燃流体和一个第二股助燃流体到所述的燃烧室；一个圆柱状壳体被插入在所述中央导管和所述中间导管之间，并有多个开口以形成所述第二股助燃流体的涡流运动，所述圆柱状壳体也输送所述第一股助燃流体到所述喷嘴；

一个外部导管与所述中间导管同轴，与其限定了一个第二管道来输送一个第三股助燃流体到所述燃烧室；

燃烧头的特征在于还包括一个固定在所述圆柱状壳体上的盖子，将所述第一股助燃流体分成至少3个部分。

附图说明：

本发明的非限制性实施例将结合附图被描述，其中：

图1显示本发明燃烧头(和相关细部)的纵向整体剖视图；

图2显示图1中燃烧头的正面透视图；

图3显示图1、2中燃烧头的主视图；

图4A显示图1、2、3中燃烧头的第一细部的后视图；

图4B显示图4A中细部的侧视图；

图4C显示图4A中细部的A-A剖视图

图5A显示图1、2、3中燃烧头第二细部的主视图；

图5B显示图5A细部的B-B剖视图；

图5C显示图5A细部的C-C剖视图；

图6显示图1-3中被组合后的燃烧头，在燃烧室内有一个第三燃烧区，一个第二燃烧区，和一个内部再循环区；

图7显示图1-3中被组合后的燃烧头，在燃烧室内有一个主要燃烧区。

具体实施方式：

图1显示一个基于本发明的燃烧头100。

如图1所示，液体燃料(比如柴油)由一个中央导管1(有一个纵向对称轴X)被输送到喷嘴2。

喷嘴2以已知方式将液体燃料在一个燃烧室CC中雾化(见下文)

导管1与一个圆柱状壳体3同轴设置，圆柱体外表面有相同间隔的槽4，其相对于纵向对称轴X是倾斜的(也见图4A、4B、4C)。

一些相同间隔的已校准孔5与轴X平行设置于圆柱状壳体3内部(也见图4A)，圆柱状壳体3还包括一个中央通孔FC以便插入中央导管1。

一个与圆柱状壳体3内径相同的中间导管6，被固定在圆柱状壳体3的外表面(与导管1和圆柱状壳体3同轴)，包括一个从圆柱状壳体3开始渐缩的锥形部分6a，将在下文解释细节。

由中央导管1和中间导管6之间限定的一个第一渠道C1，用来输送助燃流体(比如空气)到喷嘴2和燃烧室CC。

中央导管6有一个同轴圆柱体7其可以由一个操作员或一个致动器(没有显示)通过一个连接到同轴圆柱体7的支架8沿箭头F显示的方向轴向滑动。

同轴圆柱体7由已知方法设有一个环圈9，在图1实施例中，其有一个三角形截面。

一个外部导管10被设置为与轴X、中央导管1、圆柱状壳体3、中间导管6和同轴圆柱体7同轴，并有一个截锥形边10a在面对燃烧室CC的自由端终止。

由中间导管6和外导管10之间限定的一个第二渠道C2，用来输送助燃流体(比如空气)到燃烧室CC。

如下详述中，沿第二渠道C2进入燃烧室CC的助燃流体的量的调节是通过一个沿箭头F所示任一方向简单移动来调整位于环圈9和截锥形边10a之间的距离来实现的。

圆柱状壳体3创新之处是设有一个盖11。

在图1中的优选实施例中，盖11包括两个不同直径并叠层的圆柱状部分11a和11b。具体说，部分11a是被实际固定在圆柱状壳体3上，其比部分11b直径大。

如图5A、5B和5C所示的更多细节，一些相同间隔的已校准的径向孔12被设于部分11b的圆柱状外表面11bc；一些相同间隔的狭槽13相对于轴X倾斜(见图2、3、5A)被设于部分11b的端面11bf。

根据优选方案，狭槽11以与槽4相同的方向倾斜，但不必须相同角度。

在盖11的部分11b的端面11bf上，一个轴向孔14被正好设在雾化液体燃料从喷嘴2喷出的地方(图1、2、5A)。

如图1、6、7所示，盖11通过位于圆柱状壳体3上已校准的孔5提供助燃流体。

在实际使用中，一个风扇(没有显示)提供一股足够的助燃流体(比如空气)，其被导入外导管10充满整个燃烧头100。

由于前述的燃烧头100的几何形状，空气流相对于被分为3个局部流，标称为第一空气A1、第二空气A2和第三空气A3(图1、3、6、7)。

更具体的，第一空气A1和第二空气A2流入渠道C1内部，而第三空气A3被沿渠道C2输送(图1)。

第一空气A1的流量是由已校准的孔5的数量和截面决定的，相应的，被进一步分成径向第一空气A1r(孔12外)，涡流第一空气A1sw(狭槽13外)，和轴向第一空气A1a(中央孔14外)(图1、3、7。)

第二空气A2的流量由圆柱状壳体3上的槽4的数量和截面决定。

从圆柱状壳体3顺流而下，第二空气流A2(其从圆柱状壳体3顺流而下，为了简便标称为A2sw)有一个高涡流成分，且其扩张是被包含在锥形部分6a内部。

第三空气A3的流量是由环圈9和截锥形边10a之间的距离D决定的，距离D可以如前述调整。

从截锥形边10a快速顺流而下的第三空气流A3的高动力在周围流体形成一个夹带效应。在燃烧中，这个流体包括燃烧产物，其中一些(Fr-图1、3、6)被空气流A3带走并与之混合(见下文)。

燃烧机理如下。

燃料被喷嘴2雾化(图6)。由于燃料滴具有高动能，只有最小量的被第二空气流A2sw影响，而大部分都到达了第三空气流A3。

少量被第二空气流A2sw影响的燃料对于供应第二燃烧区(图6)是不够充分的，其被分开并进一步流向燃烧头100的末端。第二燃烧区的特征在于有一个强涡流(和紊流)部分，也由于碳氢化合物片断的再循环，可确保燃烧稳定，(见下文)。

第二燃烧区的温度是相当低的(即低于900°K，超过该温度就是NO_X明显形成的温度)基于如下两个理由：

1.第二空气A2的流量远大于第二燃烧区理论上按化学计量所需的条件；过剩的第二空气A2因此帮助降低第二燃烧区的温度(事实上，没卷入燃烧反应的过剩空气是吸收热量的)

2.在运动部分的高度紊流可以有效地混合助燃物和燃料，可防止局部形成接近助燃物/燃料符合按化学计量所需条件的区域，已知这样区域可以产生高温。

另一方面，在常规火焰，第二燃烧区温度是高的，因为混合情况，其在特定点可以接近所需的化学计量，从而导致形成大量NO_X。

由喷嘴2喷洒形成的大部分燃料，为更大、更快的液滴(其有更大动能)，到达第三空气流A3，在该处形成一个第三燃烧区(图6)

在第三燃烧区，燃烧发生在接近平均按化学计量所需的情况下(与空气一起或不需空气)，但是温度还是由于再循环的气体Fr的存在而降低了(图1、6)。

高速第三空气流A3事实上对燃烧室CC内的燃烧产物有一个夹带效应。再循环的气体Fr可以作为热量吸收者，并与助燃物和再循环气体混合程度成正比。

在本发明所提供的燃烧头中，再循环的气体Fr可以在第三空气A3卷入燃烧过程之前与之很好混合。

也就是说，锥形部分6a(图1)(接近其会导致第三空气A3流动的“柯恩达效应”)使得第三空气A3和在流动的气体Fr在其到底第三燃烧区之前有足够时间和空气混合。

同时，事实上大部分燃料燃烧所在的第三燃烧区是位于火焰的外部并提供更好的火焰和周围环境热交换，因此进一步冷却火焰。上述现象的组合降低了火焰温度从而削减了热型NO_X的形成

同时，第一空气流A1和其在盖11的分布方式形成了第一燃烧区(图7)主要维持燃烧头100接近喷嘴2部分的清洁。

也就是说，第二空气流A2sw的涡流运动在空气流内部产生了在轴向相对方向(朝向燃烧头100)的螺旋运动(图1)。换句话说，第二空气流A2sw产生了一个中央低压，其产生了碳氢化合物片断(已知为部分燃烧的燃料)的内部再循环R1(图6、7)。

碳氢化合物片断有高反应性，并给第二燃烧区部分提供燃料帮助稳定火焰。

碳氢化合物片断有更高的动能，然而设法到达燃烧头100环绕喷嘴2周围的部分。因为燃烧头100的这个部分是被其后的空气流冷却的，如果没有第一燃烧区，碳氢化合物片断会停在冷表面从而形成积碳，足够厚的积碳会影响喷嘴2的燃料喷出，进而削弱燃烧。

然而本发明火焰前端向盖11倾斜(图7)使得碳氢化合物片断的燃烧得以完成。

由于第一燃烧区尺寸变小，产生的NO_X总量可以忽略不算。

Claims (8)

1、一个喷烧器燃烧头(100)包括：

一个中央导管(1)供应液体燃料，并在其一端设有喷嘴(2)以便在一个燃烧室(CC)内雾化所述液体燃料；

一个中间导管(6)与所述中央导管(1)同轴并在其外部，并与其限定了一个第一管道(C1)以便输送第一股助燃流体(A2)和第二股助燃流体(A2)到所述的燃烧室(CC)；一个圆柱状壳体(3)被插在所述中央导管(1)和所述中间导管(6)之间，其有多个开口(4)来形成对于所述第二股助燃流体(A2)的涡流运动；所述圆柱状壳体(3)还向所述喷嘴(2)提供所述第一股助燃流体(A1)；

一个外导管(10)与所述中间导管(6)同轴，并与其限定了一个第二管道(C2)向所述燃烧室输送一个第三股助燃流体(A3)；

其特征在于还包括一个固定在所述圆柱状壳体(3)上的盖(11)以便将所述第一股助燃流体(A1)分成至少3个部分(A1r，A1sw，A1a)。

2、如权利要求1所述的喷烧器燃烧头(100)，其特征在于：所述盖(11)位于所述中间导管(6)的锥形部分(6a)内。

3、如权利要求1所述的喷烧器燃烧头(100)，其特征在于：所述盖(11)包括两个有不同直径的叠层圆柱状部分(11a、11b)。

4、如权利要求3所述的喷烧器燃烧头(100)，其特征在于：所述的部分(11a)直径比所述另一部分(11b)大，所述另一部分(11b)被固定在所述圆柱状壳体(3)上。

5、如权利要求1所述的喷烧器燃烧头(100)，其特征在于：有复数个相同间隔的已校准的径向孔(12)被设于所述盖(11)的一个圆柱状表面(11bc)上，复数个相同间隔的倾斜的狭槽(13)被设于所述盖(11)的一个端面(11bf)上。

6、如权利要求5所述的喷烧器燃烧头(100)，其特征在于：一个轴向孔(14)被设于所述盖(11)的所述端面(11bf)上雾化的流体燃料从所述喷嘴(2)喷出的位置上。

7、如权利要求1所述的喷烧器燃烧头(100)，其特征在于：所述第二管道(C2)的出口截面是可调节的。

8、如权利要求7所述的喷烧器燃烧头(100)，其特征在于：所述第二管道(C2)是通过一个环圈(9)的移动进行调节的。

Images