一种气液固三相混合燃料高效燃烧器

本发明涉及一种混合燃料燃烧器，特别是关于一种气液固三相混合燃料高效燃烧器。

背景技术：

1、在各类燃料的高效燃烧利用方面，采用的核心设备是燃烧器，通过对燃烧器独特的结构设计，以及燃料和氧化剂流动方式的合理组织，能够实现对绝大多数燃料的稳定及高效燃烧利用。目前，代表性的燃烧器有旋流燃烧器、直流燃烧器、多孔介质燃烧、逆喷燃烧器等多种类型。在各种类型燃烧器实际应用过程中，通常根据各类燃料的化学反应动力学特性、相态、流量等参数对燃烧器的类型进行选取，以及开展燃烧器的结构优化设计。上述类型燃烧器常用于单相(气相、固相或固相)燃料的燃烧利用，以及根据实际需求，也陆续开发了适用于两相(气固两相、气液两相或固液两相)燃料的燃烧器。然而，随着我国工业进程的飞速发展，在如化学工艺、石油冶炼等场合下，常具有气液固三相混合物燃料同时存在的场景，通常难以直接进行高效利用，容易造成后续利用工艺的成本增大及降低经济性的问题，如果不利用进行直接外排的话，又会造成环境污染及资源的浪费问题。然而现有燃烧器类型中，缺少基于三相燃料快速高效燃烧利用的燃烧技术。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种气液固三相混合燃料高效燃烧器，其能够同时进行气液固三相燃料的快速高效燃烧，具有结构紧凑、反应速率快、高效燃烧的优势。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种气液固三相混合燃料高效燃烧器，其包括：旋流强化段，用于将输入的三相不互溶燃料形成高速三相旋转流，根据三相燃料的密度差将气相燃料与液固两相燃料分离，并将分离后的气相燃料传输至双重雾化段；固液分离喷射段，接收经旋流强化段分离后的液固两相燃料，并将液固两相燃料进一步分离成液相燃料和固相燃料，液相燃料传输至双重雾化段；氧化剂喷射段，用于喷射氧化剂射流，氧化剂射流与经固液分离喷射段分离后的固相燃料共同输入双重雾化段；在双重雾化段，由内之外依次具有由气相燃料与液相燃料相互作用形成的双重液相燃料雾化区、氧化剂层和固相燃料层。

3、进一步，旋流强化段包括三相燃料入口、集气管、反流管、气液固旋转室和侧壁孔；气液固旋转室的底部一侧设置有三相燃料入口；位于气液固旋转室内部中心位置处设置有集气管，位于气液固旋转室的顶部设置有反流管；反流管由上至下延伸至集气管内，与集气管之间具有间隙，且反流管的底端部与气液固旋转室的底部之间具有沿轴向间隔距离，以在反流管外壁与集气管内壁间形成环形通道，该环形通道与反流管的内部通道连通；在气液固旋转室的上部沿轴向中部区域，沿着圆周方向均匀开设有多个侧壁孔，通过多个侧壁孔以将分离后的液固两相燃料输出。

4、进一步，固液分离喷射段包括：端盖、柱形筒、集固室、集液室、连接通道、异形筒、固液旋转室、切向流道、外壳和第一分隔体；

5、外壳，由底部的直筒段和顶部锥筒段同轴一体成型；外壳的直筒段底部设置在旋流强化段的气液固旋转室的锥筒体外壁上，外壳的顶部锥筒段呈渐缩状结构，且顶部设置有端盖；在外壳内，由内之外依次设置有柱形筒和第一分隔体，且柱形筒和第一分隔体的顶部都与端盖的内侧面固定连接；

6、柱形筒的底部与异形筒的顶部连接，异形筒的底部设置在气液固旋转室的锥筒体外壁上，并在异形筒底部侧壁上开设有与侧壁孔正对连通的切向流道；

7、在异形筒的中心区域设置有连接通道，连接通道与反流管同轴连接并连通；

8、异形筒外侧的壁面由位于上部的锥形外侧壁面及位于下部的筒形外侧壁面组成；异形筒下部的筒形外侧壁面直径小于外壳下部直筒段内径，以在异形筒下部的筒形外侧壁面与外壳的直筒段内壁之间，形成固液旋转室；

9、第一分隔体整体设置在柱形筒和异形筒外壁与外壳内壁之间的区域；第一分隔体将固液旋转室对应的上部空腔区域，分隔成为位于外层的集固室和位于内层的集液室。

10、进一步，端盖采用内凹式结构，与外壳同轴；端盖的最大直径端，固定连接于外壳的锥筒段的最小直径端处；端盖的最小直径端，与柱形筒的上端部固定连接；且在端盖的最小直径处，位于柱形筒的外侧，与第一分隔体的上端最小直径端固定连接。

11、进一步，在靠近端盖的最大直径端处，沿着圆周方向均匀间隔开设有多个固相射流孔，固相射流孔的轴向方向垂直于端盖的母线方向。

12、进一步，柱形筒为圆筒状结构体，在柱形筒的上部，沿着圆周方向，均匀开设有多个外层液流通道；在柱形筒的中下部区域设置有多个内层液流通道；每个内层液流通道都为一直管，直管的第一端沿着圆周方向，均匀穿过柱形筒的中下部区域，并延伸至柱形筒内，直管的第二端端部与柱形筒外侧壁平齐。

13、进一步，第一分隔体为轴对称筒形结构，由下至上，依次由第一段圆筒体、第一段锥筒体、第二段圆筒体及第二段锥筒体同轴连接构成；其中，两段锥筒体均为由下至上截面积逐渐缩小。

14、进一步，氧化剂喷射段包括氧化剂腔室、氧化剂入口和氧化剂射流孔；

15、氧化剂腔室整体为封闭的环形腔室，设置于集固室的内部，且整体套设于第一分隔体的上部外壁区域，氧化剂腔室的上端圆形区域固定连接于端盖的下端；

16、氧化剂入口为管状结构，其一端穿过外壳的外壁，并与氧化剂腔室的下部区域连接并连通；

17、位于氧化剂腔室内，位于固相射流孔的内侧，在靠近端盖的最小直径端处，沿着圆周方向均匀开设有多个氧化剂射流孔，以将氧化剂经氧化剂射流孔喷出。

18、进一步，双重雾化段包括外层直流气通道、第二分隔体、内层旋流气通道、中心体和中心液流通道；

19、中心体为具有上下端锥体加中间段柱体的轴对称结构体，其内部的中上部区域设置有中心液流通道，中心液流通道顶部具有喷口；

20、内层液流通道延伸至柱形筒内的第一端穿过中心体的侧壁区域，与中心液流通道的底部连接并连通，并通过内层液流通道将中心体固定在柱形筒的中心区域，与柱形筒同轴设置；中心体的最大直径小于柱形筒的内径，以在中心体外壁与柱形筒内壁间形成外层直流气通道；

21、第二分隔体为具有直角三角形截面的环形体；第二分隔体的内侧倾斜壁面的锥角，与中心体上部锥体的锥角相同，第二分隔体与中心体上部锥体呈对应设置，以在第二分隔体的倾斜内侧壁面与中心体上部锥体的倾斜外侧壁面间，形成内层旋流气通道。

22、进一步，在内层旋流气通道的内部，设置有沿着周向均匀布置的导流片。

23、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

24、1、本发明具有结构紧凑的优势，通过将气液固三相旋流分离器结构与燃烧器通道进行有机的融合，从而形成了一个整体，占地空间小且结构紧凑。

25、2、本发明通过对气液固三相燃料的同时燃烧利用，能够使气液固三相燃料快速反应放热，减少其它不必要的复杂及高成本利用工艺环节。

26、3、对气液固三相燃料中所含有的热能进行高效利用，具体采用双重液相雾化结构，对液体燃料进行高效雾化，促进液体燃料的快速升温及着火反应，同时，将浓缩后的固相燃料，以多股柱状射流的方式喷射入位于燃烧器中心区域的高温火焰区域，实现对固相燃料的快速升温着火，从而提升了气液固三相的整体燃烧性能及燃料利用率。