一种一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器

本发明涉及燃烧器领域，特别是一种一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器。

背景技术：

1、如今，人类的生活质量和工业生产离不开能源的利用。然而，大多数能源和动力来源于碳氢化合物燃料的燃烧。除了化石燃料的枯竭和安全问题之外，碳氢燃料的燃烧不可避免地会产生污染物的排放，这将对全球变暖和人类健康构成严重风险。其中，作为主要污染物之一的碳烟是指不完全燃烧产生的可吸入颗粒物，它的生长过程包括了物理聚合以及化学表面生长。

2、经过多年的研究，人们已经证明添加稀释剂(氢气、二氧化碳、水蒸气、氮气等)是有效控制碳氢化合物燃烧中碳烟形成的重要方法之一。国内外的学者大多是在燃料侧或氧化剂侧添加稀释剂来探究它们对燃烧性能以及污染物生成所产生的影响，鲜有学者通过在火焰中心注入稀释剂的方式研究其对碳烟颗粒物的抑制作用。

3、正扩散火焰燃烧器的内层为燃料通道，次外层为氧化剂通道，最外层为保护氮气通道。对于反扩散火焰燃烧器而言，内层为氧化剂通道，次外层为燃料通道，最外层为保护氮气通道。其中，最外层的保护氮气的作用是防止氧化剂从环境渗透，起到稳定火焰的作用。由于反扩散火焰中的碳烟未经过火焰锋面到达氧化剂侧，仅受到轻微氧化，因此相关研究人员往往利用反扩散火焰燃烧配置来探究碳烟在不同阶段的生成特性。

4、由于局部调控管路极其细小，且管内稀释剂的流向自下而上，因此在火焰内部注入一定流量的稀释剂后，基本不会对火焰形貌产生较大的改变，仍能够保证火焰的稳定性。同时，由于碳烟颗粒会在火焰的不同区域经历不同的生长阶段，且扩散火焰中的碳烟颗粒未经过火焰反应锋面到达氧化剂侧，该装置可以精准改变局部调控管路的注入高度来探究不同稀释剂对碳烟不同生长区域的影响。

5、综上，该装置巧妙地结合了反应性或惰性物质调控与扩散火焰燃烧器的相关特性，促成了一体化精准调控的实现，尽管目前仍处于实验室研究阶段，但是有望得到充分研究发展，对于在实际工业中提高燃料燃烧效率，控制燃烧颗粒物的排放具有深刻的指导意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器，将扩散火焰燃烧器与局部调控管路进行一体化设计，进而利用侵入式局部调控管路将稀释剂注入火焰内部的局部区域，达到对燃烧污染物颗粒调控的目的。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器，包括

4、自内向外配置的一根极细的可伸缩式稀释剂注入局部调控管路、燃烧器内管、燃烧器次外管、燃烧器外管。

5、局部调控管路为空心刚玉毛细管，其材质在高温下具有良好的热稳定性和化学惰性，不易与火焰中的离子、碳烟前驱体、大多环芳烃等物种发生反应；

6、局部调控管路内部注入的稀释剂流向自下而上，并且位于燃烧器的中心轴线上，注入后不易对火焰的稳定性产生影响。

7、燃烧器，通过法兰上的螺纹孔固定在台架上；

8、燃烧器利用一对双卡套转螺钉变径接头对局部调控管路进行固定，在固定器械内部加装的伞形石墨垫能够维持局部调控管路连接处的气密性。

9、通过转动双卡套转螺钉变径接头上的旋转螺钉能够调节固定局部调控管路的松紧程度，局部调控管路松动后可以对其注入高度进行精准调节，从而达到在火焰不同高度精准注入稀释剂的目的。从而使得扩散火焰燃烧器能够保证产生稳定的层流扩散火焰。

10、上述散燃烧器中的内管、内管进气口和固定局部调控管路的双卡套转螺钉变径接头三者通过等径三通接头进行连接固定，在紧密连接固定的同时较少了多余装置的使用。

11、上述燃烧器中的双卡套转螺钉变径接头内部加装伞形石墨垫，与局部调控管路紧密连接，伞形石墨垫具有优良的力学性能、抗震动和抗冲击性，能够在移动局部调控管路高度的同时保证气密性。

12、上述燃烧器中的对称双卡套转螺钉变径接头固定装置可以在固定局部调控管路的同时与等径三通的下方出口和稀释剂管路进行连接固定，这将使得局部调控管路内部的稀释剂与燃烧器内管的氧化剂/燃料隔离开来，避免其混合，达到向火焰内部直接注入稀释剂的目的。

13、本发明相对于现有技术的显著优点为：

14、1.将扩散火焰燃烧器与局部调控管路集成为一整体装置，利用该装置可以完成扩散火焰的燃烧污染物调控探究。

15、2.局部调控管路极其细小，其内部通入的稀释剂流向与火焰轴向重合，在内部通入一定流量的稀释剂下，侵入火焰内部后能够在稳定火焰的同时对燃烧颗粒物排放进行精准调控。

16、3.相比于传统的扩散火焰燃烧器，该系统中设计的一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器不仅能够生成与传统扩散火焰燃烧器中一样的扩散火焰，同时还能对火焰内部注入稀释剂。

17、4.该污染物控制扩散燃烧器可以精准调节局部调控管路在火焰内注入稀释剂的高度，探究在火焰内的不同局部区域注入不同流量、不同种类的稀释剂后对燃烧污染物颗粒的调控影响。

18、下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

技术特征：

1.一种一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器，其特征在于，局部调控管路(1)为一根长550mm，内径0.4mm，外径0.8mm的刚玉空心管。

3.根据权利要求1所述的一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器，其特征在于，局部调控管路(1)位于燃烧器的轴线上，其内部稀释剂的入口位置，设置在双卡套转螺钉变径接头(6b)与局部调控管路(1)的连接处，其内部稀释剂出口位置为燃烧器上方。

4.根据权利要求1所述的一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器，其特征在于，燃烧器内管(4)，燃烧器次外管(3)以及燃烧器外管(2)，由内到外圆管的内径依次是4mm、16mm和36mm，材质均为304不锈钢。

5.根据权利要求1所述的一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器，其特征在于，设置在燃烧器底部的燃烧器内管(4)通过等径三通接头(12)连接双卡套转螺钉变径接头(6a)和内管进气口(5)，双卡套转螺钉变径接头(6a)和(6b)内部装有伞形石墨垫(14a)和(14b)；从而阻止从内管进气口(5)进入的燃料/氧化剂沿燃烧器轴线向下移动，而是使其沿轴线向上的方向经过内管(4)离开燃烧器出口。

6.根据权利要求1所述的一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器，其特征在于，燃烧器次外管(3)的进气端设置两个径向关于轴对称的次外管进气口(11)，相邻两个进气口的夹角为180°，燃烧器外管(2)进气端设置两个径向且关于轴对称的外管进气口(10)，相邻两个进气口的夹角为180°。通过在燃烧器底部设置稀释剂管路(8)来向局部调控管路(1)通入稀释剂。

7.根据权利要求1所述的一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器，其特征在于，燃烧器周围焊接固定直径为200mm的法兰(9)，法兰(9)中开设四个圆周对称的完全贯穿m6螺纹孔(13)，用于将燃烧器固定在台架上。

8.根据权利要求5所述的一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器，其特征在于，等径三通接头(12)所连接的管外径为6mm。

9.根据权利要求1所述的一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器，其特征在于，双卡套转螺钉变径接头(6a)和(6b)为6mm转接1/16in变径接头。

10.根据权利要求1所述的一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器，其特征在于，双卡套转螺钉变径接头(6a)和(6b)，其特征在于，双卡套转螺钉变径接头(6a)和(6b)的内部加装内径为0.8mm的伞形石墨垫(14a)和(14b)来防止气体泄漏。

技术总结本发明涉及一种一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器，该装置采用环形同轴布局，自内向外依次配置一根可伸缩式稀释剂注入局部调控管路、燃烧器内管、燃烧器次外管、燃烧器外管。一体式局部稀释精准可调的污染物控制扩散燃烧器用于在提供稳定层流火焰的同时对一根极细的可伸缩式稀释剂注入局部调控管路进行固定，从而使得微量稀释剂通过调控管路注入火焰内的局部区域。局部调控管路工作时能够精准调节稀释剂注入的高度，局部调控管路内通入的稀释剂种类可以进行选择。注入前后，火焰产生的碳烟浓度发生明显变化，本发明可以探究在火焰内的不同局部区域注入不同流量、不同种类的稀释剂后对燃烧污染物颗粒的调控影响。技术研发人员：刘冬,朱越,李天骄受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18