气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器

本发明涉及燃烧设备，尤其是涉及一种气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器。

背景技术：

1、随着双碳目标的实施，对低碳燃烧技术提出了需求，气体燃料与液体燃料混合使用可以满足低碳需求的目的。例如，气体燃料中氢气作为未来低碳能源，被誉为21世纪的终极能源，其具有能量密度大、燃烧热值高、零碳排放等优异性能。然而，与常规燃料相比，氢气火焰传播速度快，容易发生回火或热声不稳定等，对燃烧器的设计提出了挑战。

2、相关技术中，传统航空煤油的航空碳排放量仍将翻倍，远远无法达到减排目标。受限于相关技术的发展，在航空领域，气体燃料与液体燃料混合燃烧技术(例如煤油混氢燃料的燃烧技术)尚处于起步阶段，将成为未来发展的重点方向。因此，气体燃料与液体燃料燃烧技术是在航空领域解决低碳的关键技术之一，对减排具有重要的意义。然而，例如大分子液态航空煤油和小分子气态氢气的物理化学特性、燃烧特性相差巨大，液体碳氢燃料燃烧需要经过雾化、蒸发后与空气进行掺混，火焰传播速度慢，需要一些部件(例如火焰稳定器)制造回流低速区进行稳焰；但由于氢气扩散速率大，反应活性强，火焰传播速度快，使得在低速区内容易产生回火问题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器，其可以降低回火的发生，以及提高燃烧的稳定性和燃烧温度的均匀性，降低污染物的产生。

2、本申请实施例提供了一种气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器，包括多个喷嘴单元体，多个所述喷嘴单元体在同一喷射面上离散排布；每个所述喷嘴单元体包括：中心通道，所述中心通道的一端在所述喷射面上形成中心喷嘴，所述中心通道的另一端为液体燃料入口；第一助燃通道，所述第一助燃通道环绕所述中心通道设置，所述第一助燃通道的一端在所述喷射面上形成第一助燃出口，所述第一助燃通道的另一端为第一助燃入口，以通入助燃空气；第二混合通道，所述第二混合通道环绕所述第一助燃通道设置，所述第二混合通道的一端在所述喷射面上形成第二混合通道出口，所述第二混合通道的另一端为第二混合通道入口，以通入助燃空气；喷射通道，所述喷射通道的一端位于所述第二混合通道的内壁上且形成喷射孔，所述喷射通道的另一端为气体燃料入口；旋流件，所述旋流体设在所述第一助燃通道内，以使从所述第一助燃出口流出的助燃空气绕所述中心喷嘴旋射；其中，在所述喷射面上，所述第一助燃出口、所述第二混合通道出口为圆环形且同轴设置，所述第一助燃出口的轴线在所述中心喷嘴上；所述第一助燃出口的外径与内径的差值的一半为第一径向宽度x1，所述第二混合通道出口的外径与内径的差值的一半为第二径向宽度x2，x1＞x2。

3、在上述技术方案中，第二混合通道的内壁上设有喷射孔，喷射通道可以将气体燃料从喷射孔送入第二混合通道内，以使第二混合通道内的助燃空气与气体燃料在第二混合通道内混合，以使气体燃料与助燃空气在第二混合通道预先混合，即可以实现气体燃料与助燃空气的预混燃烧，可以使得气体燃料与助燃空气的混合气体的燃烧温度均匀，有效降低燃烧过程中出现高温热斑等情况的发生，从而可以降低污染物排放。其次，第一径向宽度大于第二径向宽度，即第一助燃出口的径向宽度大于第二混合通道出口径向宽度，当第一助燃通道与第二混合通道在通入助燃空气后，第二混合通道出口喷出的气体燃料与助燃空气的混合气体的气流流速大于第一助燃出口喷出的助燃空气气流流速，可以有效地降低第二混合通道出口处回火的发生。由此，喷嘴单元体通过先将气体燃料与助燃空气在第二混合通道内提前混合，且第二混合通道出口处气体燃料与助燃空气的混合气体气流速度较快，可以有效地防止回火，以及混合气体在喷射面一侧燃烧形成的射流剪切层可以稳定火焰，从而气体燃料与助燃空气的混合气体的燃烧稳定，且燃烧温度均匀，有效地降低污染物的产生。

4、在本申请的一些实施例中，每个所述喷嘴单元体中，在所述第二混合通道的内壁上形成多个所述喷射孔，多个所述喷射孔沿周向均匀间隔设置，每个所述喷射孔对应设有一所述喷射通道。

5、在本申请的一些实施例中，每个所述喷嘴单元体还包括分配通道，所述分配通道环绕所述第二混合通道设置，所述分配通道与所述喷射通道的连通处构成所述气体燃料入口。

6、在本申请的一些实施例中，中心通道为直线形，所述第一助燃通道、所述第二混合通道为直径依次增大的圆环形通道，且所述中心通道、所述第一助燃通道、所述第二混合通道同轴设置。

7、在本申请的一些实施例中，所述旋流件为具有多个旋流叶片的旋流器，多个所述旋流叶片环绕所述中心通道间隔设置，所述旋流叶片的安装角为α，且满足30°≤α≤60°；所述旋流器与所述中心通道同轴设置，所述旋流器的旋流度为0.5-1.5。

8、在本申请的一些实施例中，所有所述喷嘴单元体的所述液体燃料入口，连通同一液体总通道。

9、在本申请的一些实施例中，每个所述喷嘴单元体的直径为10mm-30mm；所述第一助燃出口的所述第一径向宽度x1满足：5mm≤x1≤30mm；所述中心喷嘴的直径d满足：3mm≤d≤6mm；所述第二混合通道的第二径向宽度x2满足：2mm≤x2≤10mm。

10、在本申请的一些实施例中，所述中心喷嘴为圆锥形，且锥角为20°-120°。

11、在本申请的一些实施例中，单个所述喷射孔的直径0.2mm-2mm，每个所述第二混合通道的内壁上布置有8-20个所述喷射孔，所述喷射孔与所述喷射面的距离为10mm-50mm。

12、在本申请的一些实施例中，所述喷射面为平面；多个所述喷嘴单元体呈圆形或矩形或扇形排布成一圈或者多圈。

13、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器，其特征在于，包括多个喷嘴单元体，多个所述喷嘴单元体在同一喷射面上离散排布；每个所述喷嘴单元体包括：

2.根据权利要求1所述的气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器，其特征在于，每个所述喷嘴单元体中，在所述第二混合通道的内壁上形成多个所述喷射孔，多个所述喷射孔沿周向均匀间隔设置，每个所述喷射孔对应设有一所述喷射通道。

3.根据权利要求2所述的气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器，其特征在于，每个所述喷嘴单元体还包括分配通道，所述分配通道环绕所述第二混合通道设置，所述分配通道与所述喷射通道的连通处构成所述气体燃料入口。

4.根据权利要求1所述的气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器，其特征在于，中心通道为直线形，所述第一助燃通道、所述第二混合通道为直径依次增大的圆环形通道，且所述中心通道、所述第一助燃通道、所述第二混合通道同轴设置。

5.根据权利要求1所述的气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器，其特征在于，所述旋流件为具有多个旋流叶片的旋流器，多个所述旋流叶片环绕所述中心通道间隔设置，所述旋流叶片的安装角为α，且满足30°≤α≤60°。

6.根据权利要求1所述的气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器，其特征在于，所有所述喷嘴单元体的所述液体燃料入口，连通同一液体总通道。

7.根据权利要求1所述的气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器，其特征在于，每个所述喷嘴单元体的直径为10mm-30mm；

8.根据权利要求1所述的气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器，其特征在于，所述中心喷嘴为圆锥形，且锥角为20°-120°。

9.根据权利要求1所述的气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器，其特征在于，单个所述喷射孔的直径0.2mm-2mm，每个所述第二混合通道的内壁上布置有8-20个所述喷射孔，所述喷射孔与所述喷射面的距离为10mm-50mm。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器，其特征在于，所述喷射面为平面；

技术总结本发明公开了一种气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器，气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器包括多个喷嘴单元体；喷嘴单元体包括中心通道、第一助燃通道、第二混合通道、喷射通道和旋流件，中心通道的一端在喷射面上形成中心喷嘴；第一助燃通道环绕中心通道设置；第二混合通道环绕第一助燃通道设置；喷射通道的一端位于第二混合通道的内壁上且形成喷射孔；在喷射面上，第一助燃出口、第二混合通道出口为圆环形且同轴设置；第一助燃出口的第一径向宽度x1，第二混合通道出口的第二径向宽度x2，x1＞x2。本发明气液相掺混同轴分级微混阵列喷嘴燃烧器，可降低回火的发生，提高燃烧温度的均匀性，降低污染物的产生。技术研发人员：侯凌云,符鹏飞,许亮,王雅芬受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2