本發(fā)明涉及燃燒裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有分形結(jié)構(gòu)燃料管的雙燃料噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器，其特別適用于燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐、化工爐等各種工業(yè)燃燒器。

背景技術(shù)：

工業(yè)生產(chǎn)如冶煉、石化、制藥、造紙及采礦等行業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體和低熱值氣體，這些氣體直接排放到大氣中會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，而且還浪費(fèi)了能源。如果將這些氣體燃燒利用，不但減小了環(huán)境污染和節(jié)約能源。當(dāng)前我國(guó)環(huán)境污染問(wèn)題十分嚴(yán)重，發(fā)展相關(guān)清潔燃燒技術(shù)十分迫切。此外，航空發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)、艦船用燃?xì)廨啓C(jī)也都需要燃燒器。燃燒器廠商已經(jīng)開發(fā)了多種清潔燃燒技術(shù)，如貧預(yù)混燃燒技術(shù)、稀相預(yù)混預(yù)蒸發(fā)技術(shù)、貧油直噴技術(shù)等，這些技術(shù)雖然可以有效降低污染物的排放，但都面臨燃燒不穩(wěn)定的問(wèn)題。

燃燒穩(wěn)定性和污染物排放是噴嘴和燃燒器的重要參數(shù)，本領(lǐng)域亟需開發(fā)一種燃燒穩(wěn)定性好、污染物排放低的噴嘴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具有分形結(jié)構(gòu)燃料管的雙燃料噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供了一種具有分形結(jié)構(gòu)燃料管的雙燃料噴嘴，包括：噴嘴外壁和分形結(jié)構(gòu)燃料管；所述分形結(jié)構(gòu)燃料管為多級(jí)分形結(jié)構(gòu)，包括主管和多級(jí)分形支管，每級(jí)分形支管包括多個(gè)支管，上一級(jí)分形支管的每個(gè)支管分出下一級(jí)分形支管；主管入口為燃料入口，末級(jí)分形支管出口為燃料出口，主管入口與噴嘴外壁入口之間形成空氣入口。

優(yōu)選地，末級(jí)分形支管為彎管，形成逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，還包括中間圓筒，中心末級(jí)分形支管為直管，所述中間圓筒包裹中心末級(jí)分形支管，在中間圓筒內(nèi)部、中心末級(jí)分形支管的下游設(shè)置網(wǎng)孔板。

優(yōu)選地，末級(jí)分形支管出口設(shè)置有彎頭。

優(yōu)選地，末級(jí)分形支管出口設(shè)置多孔噴嘴。

優(yōu)選地，包括M級(jí)分形支管，上一級(jí)分形支管的每個(gè)支管分出N個(gè)支管，作為下一級(jí)分形支管，第M級(jí)分形支管共有N^M個(gè)支管，其中，2≤M，2≤N。

優(yōu)選地，所述M取2，所述N取4，一級(jí)分形支管包括主管分出的四個(gè)支管，二級(jí)分形支管包括一級(jí)分形支管分出的十六個(gè)支管。

優(yōu)選地，所述主管同軸設(shè)置于噴嘴外壁內(nèi)，燃料為氣體或液體。

本發(fā)明還提供了一種噴嘴陣列，包括上述任一雙燃料噴嘴。

本發(fā)明還提供了一種燃燒器，包括上述任一雙燃料噴嘴，或者噴嘴陣列。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的具有分形結(jié)構(gòu)燃料管的雙燃料噴嘴、噴嘴陣列和燃燒器具有以下有益效果：

(1)燃料通過(guò)主管入口進(jìn)入噴嘴，由各級(jí)分形支管分為多個(gè)支路，由末級(jí)分形支管出口流出，空氣由空氣入口進(jìn)入噴嘴，與末級(jí)分形支管出口流出的燃料混合燃燒，采用分形結(jié)構(gòu)燃料管的噴嘴流動(dòng)損失小、流動(dòng)阻塞小、摻混效果好、燃燒穩(wěn)定性好、污染物排放低。

(2)采用彎曲型的末級(jí)分形支管，燃料帶有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在離心力作用下在噴嘴出口形成擴(kuò)張形火焰，從而進(jìn)一步提高了燃燒穩(wěn)定性。

(3)通過(guò)設(shè)置中間圓筒和網(wǎng)格板，噴嘴同時(shí)具有良好的燃燒穩(wěn)定性和低污染物排放。

(4)末級(jí)分形支管出口設(shè)置有彎頭，可以控制燃料的旋流強(qiáng)度，從而進(jìn)一步提高了燃燒穩(wěn)定性。

(5)末級(jí)分形支管出口設(shè)置多孔噴嘴，可以增強(qiáng)燃料與空氣的摻混效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為基本分形單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例的雙燃料噴嘴又一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例的雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4的俯視圖；

圖6為本發(fā)明第三實(shí)施例的雙燃料噴嘴的半剖圖；

圖7為圖6的俯視圖；

圖8為圖6的另一俯視圖；

圖9為雙燃料噴嘴的關(guān)鍵尺寸示意圖；

圖10為本發(fā)明第四實(shí)施例的雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明第五實(shí)施例的雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。

【符號(hào)說(shuō)明】

1-主管入口；2-空氣入口；3-主管；4-噴嘴外壁；5-一級(jí)分形支管；6-二級(jí)分形支管；7-二級(jí)分形支管出口；8-噴嘴出口；9-中間圓筒；10-網(wǎng)孔板；11-摻混區(qū)；12-主支管；13-從支管；14-彎頭；15-多孔噴嘴。

A-中間圓筒出口與噴嘴出口之間的距離；B-網(wǎng)孔板出口與中間圓筒出口之間的距離；C-分形結(jié)構(gòu)燃料管出口與網(wǎng)孔板入口之間的距離。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

請(qǐng)參考圖1、圖2，本發(fā)明第一實(shí)施例提供了一種具有分形結(jié)構(gòu)燃料管的雙燃料噴嘴，包括：噴嘴外壁4和分形結(jié)構(gòu)燃料管。

分形結(jié)構(gòu)燃料管為三級(jí)分形結(jié)構(gòu)，包括主管3、由主管3分出的一級(jí)分形支管5、由一級(jí)分形支管5分出的二級(jí)分形支管6。

其中，主管3同軸設(shè)置于噴嘴外壁4內(nèi)，主管入口1作為分形結(jié)構(gòu)燃料管的入口，主管入口1與噴嘴外壁入口之間形成空氣入口2。

一級(jí)分形支管5包括主管的下游端分出的四個(gè)支管，二級(jí)分形支管6包括一級(jí)分形支管的下游端分出的四個(gè)支管，二級(jí)分形支管出口7作為分形結(jié)構(gòu)燃料管出口。

對(duì)于本實(shí)施例來(lái)說(shuō)，上一級(jí)分形支管既是一級(jí)支管又是下一級(jí)分形支管的主管，如圖1中，一級(jí)分形支管5既是第一級(jí)支管，又是二級(jí)分形支管6的主管。主管及其下一級(jí)分形支管構(gòu)成一個(gè)基本分形單元，如圖2所示，基本分形單元由一個(gè)主管和四個(gè)支管組成。如圖1所示，分形結(jié)構(gòu)燃料管具有兩級(jí)分形結(jié)構(gòu)，每個(gè)基本分形單元具有四個(gè)支管，共有16個(gè)二級(jí)分形支管，即該分形結(jié)構(gòu)燃料管具有4²＝16個(gè)出口。如圖3所示，分形結(jié)構(gòu)燃料管具有三級(jí)分形結(jié)構(gòu)，每個(gè)基本分形單元具有四個(gè)支管，共有16個(gè)二級(jí)分形支管和64個(gè)三級(jí)分形支管，即該分形結(jié)構(gòu)燃料管具有4³＝64個(gè)出口。

每一級(jí)分形支管可以采用主支管和從支管的形式，例如圖1、圖2所示，每級(jí)分形支管包括一個(gè)位于中心的主支管12和包圍該主支管12的三個(gè)從支管13，主支管延伸方向仍保持該級(jí)分形支管的主管延伸方向。

以上介紹的分形結(jié)構(gòu)燃料管具有兩級(jí)或三級(jí)分形結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明并不限于此，在本發(fā)明的噴嘴中，分形結(jié)構(gòu)燃料管可以具有多級(jí)分形結(jié)構(gòu)，每個(gè)基本分形單元可以具有多個(gè)支管。對(duì)于具有M級(jí)分形結(jié)構(gòu)的燃料管，每個(gè)基本分形單元具有N個(gè)支管，則第m級(jí)分形支管共有N^m個(gè)支管，該分形結(jié)構(gòu)燃料管具有N^M個(gè)出口，其中，2≤M，2≤N，2≤m≤M。

圖1所示噴嘴，分形結(jié)構(gòu)燃料管出口與噴嘴出口8位于噴嘴的同一軸線位置，噴嘴工作于擴(kuò)散燃燒模式，燃料可以為氣體也可以為液體，通過(guò)主管入口1進(jìn)入噴嘴。分形結(jié)構(gòu)燃料管出口也可以比噴嘴出口8更靠近噴嘴的上游位置，噴嘴工作于預(yù)混燃燒模式。

在本實(shí)施例中，分形結(jié)構(gòu)燃料管的主管和各級(jí)分形支管均為直管，截面可以為圓形、橢圓形、三角形、多邊形，優(yōu)選為圓形。主管可以與噴嘴外壁同軸設(shè)置，也可以位于噴嘴外壁內(nèi)的任意位置。

本實(shí)施例的噴嘴，燃料通過(guò)主管入口進(jìn)入噴嘴，由各級(jí)分形支管分為多個(gè)支路，由末級(jí)分形支管出口流出，空氣由空氣入口進(jìn)入噴嘴，與末級(jí)分形支管出口流出的燃料混合燃燒，采用分形結(jié)構(gòu)燃料管的噴嘴流動(dòng)損失小、流動(dòng)阻塞小、摻混效果好、燃燒穩(wěn)定性好、污染物排放低。

本發(fā)明第二實(shí)施例的雙燃料噴嘴，為了達(dá)到簡(jiǎn)要說(shuō)明的目的，上述第一實(shí)施例中任何可作相同應(yīng)用的技術(shù)特征敘述皆并于此，無(wú)需再重復(fù)相同敘述。

該實(shí)施例中，末級(jí)分形支管并非支管，而是彎曲形的彎管。請(qǐng)參見(jiàn)圖4，二級(jí)分形支管6為彎管。圖5為圖4的俯視圖，彎曲型的二級(jí)分形支管形成逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，即除中心二級(jí)分形支管的主支管外，二級(jí)分形支管出口均指向逆時(shí)針?lè)较?，中心二?jí)分形支管是指其主支管延伸方向保持主管延伸方向的二級(jí)分形支管。燃料由二級(jí)分形支管噴出后將產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于燃料帶有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在離心力作用下在噴嘴出口形成擴(kuò)張形火焰，從而進(jìn)一步提高了燃燒穩(wěn)定性。

本發(fā)明第三實(shí)施例的雙燃料噴嘴，為了達(dá)到簡(jiǎn)要說(shuō)明的目的，上述任一實(shí)施例中任何可作相同應(yīng)用的技術(shù)特征敘述皆并于此，無(wú)需再重復(fù)相同敘述。

該實(shí)施例中，雙燃料噴嘴還包括中間圓筒，中心末級(jí)分形支管為直管，其余末級(jí)分形支管均為彎管，中間圓筒包裹中心末級(jí)分形支管。請(qǐng)參見(jiàn)圖6，雙燃料噴嘴還包括中間圓筒9，中間圓筒9可以與分形結(jié)構(gòu)燃料管的主管同軸設(shè)置，中間圓筒9包裹中心二級(jí)分形支管的下游段，在中間圓筒內(nèi)部、中心二級(jí)分形支管的下游設(shè)置網(wǎng)孔板10；在中間圓筒出口下游形成摻混區(qū)11，中間圓筒內(nèi)的流體與中間圓筒外的流體在摻混區(qū)11內(nèi)相互摻混。

圖7為圖6的俯視圖，圖8為圖7略去網(wǎng)孔板的示意圖，可見(jiàn)，中間圓筒內(nèi)的二級(jí)分形支管為直管，這樣中間圓筒內(nèi)的燃料為單純的軸向運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有周向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；中間圓筒外的二級(jí)分形支管為彎管，噴射出的燃料帶有逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

由于中間圓筒外的二級(jí)分形支管噴射出的燃料帶有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在離心力作用下在噴嘴出口形成擴(kuò)張形火焰，提高了燃燒的穩(wěn)定性，中間流道內(nèi)的燃料為無(wú)旋的軸向運(yùn)動(dòng)，可以防止在噴嘴出口形成強(qiáng)回流區(qū)，減小了流動(dòng)損失、降低了污染物排放，該噴嘴同時(shí)具有良好的燃燒穩(wěn)定性和低污染物排放。

網(wǎng)孔板上開孔面積與網(wǎng)孔板面積的比例為0-100％，也就是說(shuō)網(wǎng)孔板10可以不開孔，此時(shí)網(wǎng)孔板上開孔面積與網(wǎng)孔板面積的比例為0；網(wǎng)孔板10可以全部開孔，相當(dāng)于不設(shè)置網(wǎng)孔板，網(wǎng)孔板上開孔面積與網(wǎng)孔板面積的比例為100％。優(yōu)選網(wǎng)孔板上開孔面積與網(wǎng)孔板面積的比例為40％-80％。網(wǎng)孔板上孔的直徑為0.1-10mm，孔的大小可以相同也可以不同；孔的形狀可以為圓形、橢圓形、三角形、多邊形或者是這些形狀的組合。網(wǎng)孔板厚度為0～100mm，優(yōu)選1～5mm，0mm相當(dāng)于不設(shè)置網(wǎng)孔板。請(qǐng)參見(jiàn)圖9，中間圓筒出口與噴嘴出口之間的距離A、網(wǎng)孔板出口與中間圓筒出口之間的距離B、分形結(jié)構(gòu)燃料管出口與網(wǎng)孔板入口之間的距離C分別為0mm～1000mm。

本發(fā)明第四實(shí)施例的雙燃料噴嘴，為了達(dá)到簡(jiǎn)要說(shuō)明的目的，上述任一實(shí)施例中任何可作相同應(yīng)用的技術(shù)特征敘述皆并于此，無(wú)需再重復(fù)相同敘述。

請(qǐng)參見(jiàn)圖10，在該實(shí)施例中，末級(jí)分形支管出口設(shè)置有彎頭14，通過(guò)調(diào)整彎頭14的彎曲角度以及方向，可以使燃料按照不同的角度噴出，可以控制燃料的旋流強(qiáng)度，從而進(jìn)一步提高了燃燒穩(wěn)定性。

本發(fā)明第五實(shí)施例的雙燃料噴嘴，為了達(dá)到簡(jiǎn)要說(shuō)明的目的，上述任一實(shí)施例中任何可作相同應(yīng)用的技術(shù)特征敘述皆并于此，無(wú)需再重復(fù)相同敘述。

請(qǐng)參見(jiàn)圖11，在該實(shí)施例中，末級(jí)分形支管出口設(shè)置多孔噴嘴15，這樣可以增強(qiáng)燃料與空氣的摻混效果，多孔噴嘴15不限于圖11中給出的半球形狀，還可以為其它形式。

本發(fā)明第六實(shí)施例提供了一種噴嘴陣列，其包括多個(gè)上述任一實(shí)施例所述的雙燃料噴嘴。

其中，該噴嘴陣列為圓形陣列，該圓形陣列包括P圈噴嘴，每圈噴嘴包括Q個(gè)噴嘴，其中1≤P、Q≤100。

其中該噴嘴陣列為矩形陣列，該矩形陣列包括P行噴嘴，每行噴嘴包括Q個(gè)噴嘴，其中1≤P、Q≤100。

本發(fā)明第七實(shí)施例提供了一種燃燒器，其包括上述第一至五實(shí)施例中任一實(shí)施例所述的雙燃料噴嘴，或第六實(shí)施例所述的噴嘴陣列。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明有了清楚的認(rèn)識(shí)。

需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書正文中，未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。此外，上述對(duì)各元件的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地更改或替換，例如：

(1)實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍；

(2)上述實(shí)施例可基于設(shè)計(jì)及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實(shí)施例混合搭配使用，即不同實(shí)施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實(shí)施例。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。