CN1912368A - 燃油预蒸发预混合多孔管 - Google Patents

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Abstract

一种燃油预蒸发预混合多孔管，为低污染燃气轮机燃烧室的燃油准备装置，由供油部分、喷嘴段和混合段组成，在喷嘴段的管壁上打有直孔，喷嘴段的出口呈收缩形状，混合段的管壁上打有直孔和斜孔。燃油经喷嘴喷射入多孔管，过回热器的高温空气分别从上述小孔进入蒸发管对燃油进行预蒸发，并与蒸发得到的燃油蒸汽混合得到均匀的混合油气，根据高温空气在燃油预蒸发预混合中的作用可以分为3种，分别是燃油二次雾化空气，掺混空气和旋流空气。使用本发明对燃油进行预蒸发预混合有如下优点：燃油蒸发率高，油蒸汽与空气混合均匀，油气混合时间短、空间小，同时多孔蒸发管出口有回流区，能进行稳定燃烧。

Description

燃油预蒸发预混合多孔管
技术领域
本发明涉及一种用于低污染燃气轮机燃烧室的新型燃油准备装置，特别是带多孔的燃油预蒸发预混合管。
背景技术
本发明涉及的燃油预蒸发预混合多孔管来源于低污染燃烧技术的发展。为了全面控制现代燃气轮机工业和民用飞机发动机的污染排放，需要有新的低污染燃烧技术。随着国内外对低污染燃烧技术的研究，逐渐发展出多种技术方案，包括分级燃烧室技术，贫油预蒸发预混合燃烧技术(Lean PremixedPrevaporized Combustor简称为LPP)，催化燃烧技术以及变几何燃烧室等等。但是，最具潜力降低污染排放的技术是贫油预蒸发预混合燃烧技术(LPP)，而且该技术已经进入实用阶段。贫油预混合预蒸发燃烧技术是在燃油进入燃烧室前使用燃油蒸发装置，使燃油在该装置中进行预蒸发并与空气预混合，形成贫油状态的油气混合物，然后进入燃烧室进行燃烧的方式。本发明燃油预蒸发预混合多孔管就是这样的一个燃油准备装置。从以前的研究中发现，燃油在燃油蒸发装置中的蒸发率和油气混合均匀性对最终降低污染排放关系密切，良好的燃油蒸发率和均匀的油气混合有利于降低污染排放。
目前有许多贫油预蒸发预混合燃烧技术中使用的燃油准备装置，包括采用在蒸发管入口或者出口处加旋流器，利用空气旋转流动完成油气掺混；采用较长的蒸发管结构，增加燃油在蒸发管中的停留时间完成燃油蒸发和油气混合；或采用多个切向管，在管中喷入燃油等等方式。目前的燃油预蒸发预混合装置主要依靠的是湍流扩散进行油气混合的方式，混合速度慢，存在尺寸较大，燃油蒸发预混效果不理想的问题。
发明内容
本发明解决的问题是：克服现有技术的不足，提供一种在有限的空间内迅速得到高效燃油蒸发以及良好油气混合性能的新型燃油预蒸发预混合多孔管，它提高了燃油的蒸发率和油气混合均匀性；同时采用打孔的方法，避免了旋流器或者切向管的使用，简化了结构，减小了尺寸。
本发明的技术解决方案：燃油预蒸发预混合多孔管，其特征在于：由供油部分、喷嘴段和混合段组成，燃油喷嘴位于喷嘴段内，在喷嘴段的管壁上打有直孔，喷嘴段的出口呈收缩形状，混合段的管壁上打有直孔和斜孔。
本发明的工作原理：供油段的燃油通过燃油通道到达喷嘴段的燃油喷嘴处，同时二次雾化空气通过喷嘴段管壁上的直孔进入燃油喷嘴与喷嘴段管壁形成的通道内，通过带收口的出口喷入混合段，由于出口带为收缩出口，所以二次雾化空气在出口处的速度将变大，并在通过出口时对同样通过该出口的燃油进行二次雾化，雾化的燃油和空气分别进入混合段，同时掺混空气从混合段壁的直孔垂直于中心轴线进入，迅速与喷出的燃油碰撞混合，将部分油雾带入多孔管中心，改善燃油在多孔管垂直于中心轴线截面上的分布情况，并与燃油初步混合，另外，掺混空气还降低了燃油的径向速度，避免油雾与多孔管壁发生碰撞；旋流空气从混合段管壁的斜孔切向进入，从而带动所有油气混合物(燃油+二次雾化空气+掺混空气+旋流空气)产生旋转流动，增大管内的湍流度，增强油气之间的传热传质，使燃油得到进一步的蒸发并与空气充分混合。同时旋流空气的旋转流动将在多孔管出口处产生回流区，利于产生稳定的燃烧。
本发明与现有技术相比具有的优点如下：
(1)多孔管内燃油有两次雾化过程，雾化效果好，多股高温空气以不同方向进入多孔管，燃油与高温空气充分接触，能迅速得到90％以上的燃油蒸发率；
(2)多股高温空气与油雾进行掺混，油气混合时间短、均匀性好，油气混合不均匀度低于10％；
(3)高温空气通过小孔进入多孔管，避免了旋流器等其他装置的使用，整个装置结构简单，尺寸小。
附图说明
图1为本发明的燃油预蒸发预混合多孔管结构示意图；
图2为本发明的供油段放大图；
图3为本发明的喷嘴段放大图；
图4为本发明的混合段放大图；
图5为图4中斜孔的剖面图；
图6为本发明喷嘴段中收缩出口的角度为0°时的结构示意图；
图7为本发明的混合段中斜孔的数量为8排时的结构示意图；
图8为图7中斜孔的剖面图；
图9为本发明的混合段中最后一排斜孔的倾斜方面与前5排斜孔的方向相反的结构示意图；
图10为图9中斜孔的剖面图；
图11为本发明的混合段中斜孔的倾斜角度变小的结构示意图；
图12为图11中斜孔的剖面图。
具体实施方式
如图1、2、3、4所示，本发明由供油部分1、喷嘴段3和混合段3组成。供油部分1包括燃油进口5和连接通道6，连接通道6通过法兰7与外部设备固定连接；连接通道6的出口与喷嘴段3的燃油喷嘴2连接，其中燃油喷嘴2采用离心喷嘴，在喷嘴段3的管壁8上打有6-12个，直径为2.2～3.2mm的直孔9，喷嘴段3的出口10呈收缩形状，混合段4的管壁上11打有一排4～10个，直径为3.0～5.4mm的直孔和4-8排50～100个，直径为2mm的斜孔13，其中斜孔13的角度25°～50°。
表1给出上述各图中的具体尺寸
表1
  具体结构   数目及尺寸   数量尺寸范围
  喷嘴段   直孔   6个，直径φ2.8mm   6～12个，φ2.2mm～φ3.2mm
  出口10的角度   45°   0°～50°
  混合段   直孔   10个，直径φ5.2mm   4～10个，φ3.0mm～φ5.4mm
  斜孔   80个，直径φ2mm   50～100个，直径φ2mm
  斜孔角度   40°   25°～50°
燃油流动过程如下，如图2、图3所示，燃油进口5与外部供油装置(未表示)连接，所提供的燃油通过连接段6的燃油通道到达喷嘴处，并通过喷嘴2喷入混合段。
空气流动过程如下，如图3所示，二次雾化空气通过多孔管喷嘴段管壁8上的直孔9进入喷嘴与多孔管管壁形成的通道内，随后通过带收口的出口10喷入多孔管燃油蒸发混合段，由于出口10带为收缩出口，所以二次雾化空气在出口处的速度将变大，并在通过出口时对同样通过该出口的燃油进行二次雾化。
掺混空气流动过程见图4，掺混空气从直孔12垂直于多孔管中心轴线进入多孔管，迅速与喷出的燃油碰撞混合，将部分油雾带入多孔管中心，改善燃油在多孔管垂直于中心轴线截面上的分布情况，并与燃油初步混合。另外，掺混空气还降低了燃油的径向速度，避免油雾与多孔管壁发生碰撞。
旋流空气的流动过程见图4，旋流空气从斜孔13切向进入多孔管，从而带动所有油气混合物(燃油+二次雾化空气+掺混空气+旋流空气)产生旋转流动，增大管内的湍流度，增强油气之间的传热传质，使燃油得到进一步的蒸发并与空气充分混合。同时旋流空气的旋转流动将在多孔管出口处产生回流区，利于产生稳定的燃烧。
本发明上述二次雾化空气占总空气流量10％～25％，掺混空气占40％～45％，旋流空气占35％～45％。

Claims (7)

1、燃油预蒸发预混合多孔管，其特征在于：由供油部分(1)、喷嘴段(3)和混合段(3)组成，燃油喷嘴(2)位于喷嘴段(3)内，在喷嘴段(3)的管壁(8)上打有直孔(9)，喷嘴段(3)的出口(10)呈收缩形状，混合段(4)的管壁上(11)打有直孔(12)和斜孔(13)。
2、根据权利要求1所述的燃油预蒸发预混合多孔管，其特征在于：燃油喷嘴(2)为离心喷嘴。
3、根据权利要求1所述的燃油预蒸发预混合多孔管，其特征在于：所述的喷嘴段(3)管壁(8)上直孔(9)的数量为6-12个，直径为2.2～3.2mm。
4、根据权利要求1所述的燃油预蒸发预混合多孔管，其特征在于：所述的混合段(4)管壁(11)上直孔(12)的数量为一排4～10个，直孔(12)的直径为3.0～5.4mm。
5、根据权利要求1所述的燃油预蒸发预混合多孔管，其特征在于：所述的混合段(4)管壁(11)上斜孔(13)的数量为4-8排50～100个，斜孔(13)的直径2mm，斜孔角度25°～50°。
6、根据权利要求1所述的燃油预蒸发预混合多孔管，其特征在于：所述喷嘴段(3)的收缩出口(10)的角度为0°～45°。
7、根据权利要求1所述的燃油预蒸发预混合多孔管，其特征在于：所述的收缩出口(10)的角度为0°时相当于一个挡板，在挡板的中间开有直径为8mm的圆形孔。
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