[发明专利]一种多喷孔喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧装置技术领域，尤其涉及一种多喷孔喷嘴和喷嘴阵列， 其特别适用于燃气轮机、锅炉、化工炉等各种工业燃烧器。

背景技术

燃气轮机由于单机体积小和输出功率大等特点，广泛应用于电力、航 空、石油化工等行业。由于能源危机和环境恶化，急需发展高效清洁燃烧 室，要求燃烧室具有点火可靠、燃烧稳定、效率高及低排放等特性。当前 我国环境污染问题十分严重，发展燃气轮机清洁燃烧技术十分迫切。燃气 轮机厂商已经开发了多种清洁燃烧技术，如贫预混燃烧技术、稀相预混预 蒸发技术、贫油直喷技术以及催化燃烧技术等，这些技术虽然可以有效降 低污染物的排放，但都面临燃烧不稳定的问题。如美国通用公司开发的一 种用于液体燃料燃烧的径向分级燃烧技术，可以有效降低一氧化氮排放。 但是，由于主火焰稳定在剪切层的低速边沿，剪切层低速区域附近会产生 周期性的涡脱落，在稳定点附近易产生振荡，在非设计工况运行时易发生 燃烧不稳定现象。

与燃气轮机燃烧器类似，其它各类工业燃烧器也面临着稳定燃烧与降 低污染物排放的矛盾。作为燃烧器的重要部件，喷嘴决定着流入燃烧器流 体的流量和角度，而流体的喷射流量和角度对燃烧稳定、燃烧效率和排放 有重要影响，因此，如何控制流体的喷射流量和角度，进而对流体流场和 燃烧进行精细组织和调控，以达到燃烧稳定、效率高和低排放的要求，成 为本领域亟待研究的课题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种多喷孔喷嘴、 喷嘴阵列和燃烧器。

(二)技术方案

本发明提供了一种多喷孔喷嘴，其包括内层圆筒10、外层圆筒20、 M层波浪结构30，至少一层波浪结构30具有N层隔板40；其中，M层 波浪结构30夹设于内层圆筒10和外层圆筒20之间，其沿圆筒四周的径 向依次排列，相邻两层波浪结构30之间以及波浪结构30与内层圆筒10、 外层圆筒20之间形成气流通道，隔板40为环形带状结构，其沿圆筒四周 的径向依次排列于内层圆筒10和外层圆筒20之间，并沿轴向插入所述至 少一层波浪结构的顶端，隔板40与所述至少一层波浪结构30交织形成多 个喷孔41，其中，1≤N≤1000，1≤M≤100。

优选地，波浪结构30由沿径向起伏的K个波峰32和K个波谷33沿 周向相间排列而成，相邻两层波浪结构的波峰和波谷之间、最外层波浪结 构30与外层圆筒20之间以及最内层波浪结构30与内层圆筒10之间形成 气流通道，其中，2≤K≤1000。

优选地，隔板的数量、和/或隔板的层数N、和/或隔板之间的距离、 和/或隔板的高度被调节，气流通道喷出的反应流体的流量随之改变。

优选地，隔板40具有扩张角，该扩张角为隔板40与轴向的夹角，隔 板的扩张角被调节，气流通道喷出的反应流体的角度随之改变。

优选地，该多喷孔喷嘴的气流通道为由波浪结构的底端向顶端延伸， 并与轴向具有一定角度的斜流通道31，反应流体经斜流通道31喷出后， 同时沿轴向和圆周方向旋转运动，在该沿圆周方向旋转运动的作用下产生 第一低速区。

优选地，M层波浪结构30中的至少一层波浪结构30还包括支撑圆筒 37，该支撑圆筒的顶端与波浪结构的波峰和波谷的底端连接，相邻支撑圆 筒37之间形成引流通道，引流通道与波浪结构形成的斜流通道连通，最 内层支撑圆筒37与内层圆筒的下部之间形成内侧流道35，该内侧流道35 与最内层波浪结构30和内层圆筒20形成的斜流通道31连通，最外层支 撑圆筒37与外层圆筒的下部之间形成外侧流道36，该外层流道35与最外 层波浪结构30和外层圆筒20形成斜流通道31连通。

优选地，M层波浪结构30形成的斜流通道31与轴向的夹角被调节， 反应流体沿圆周方向旋转运动的轨迹被改变，反应流体流场速率随之变化， 火焰燃烧速率与反应流体流场速率实现匹配。

优选地，空气和燃料分别由不同的引流通道流入斜流通道31，由斜流 通道31喷出的空气和燃料充分掺混。

本发明提供了一种多喷孔喷嘴阵列，其包括上述多喷孔喷嘴中的任意 一种；其中，该多喷孔喷嘴阵列为圆形阵列，该圆形阵列包括P圈喷嘴， 每圈喷嘴包括Q个喷嘴，其中1≤P、Q≤100；或者，该多喷孔喷嘴阵列 为矩形阵列，该矩形阵列包括P行喷嘴，每行喷嘴包括Q个喷嘴，其中1 ≤P、Q≤100。