[发明专利]一种多尺度值班火焰的喷嘴及燃烧器

说明书

一种多尺度值班火焰的喷嘴及燃烧器，所述喷嘴包括轴对称筒状外壁、及设置在所述外壁内的N级子喷嘴结构和N级燃料管结构，所述N级子喷嘴结构包括第N，N‑1，……，1级子喷嘴，所述N级燃料管结构包括第N，N‑1，……，1级燃料管，第i级燃烧管与第i级子喷嘴入口一一对应连接，所述第i级子喷嘴为筒状结构，i＝1，2，3，……，N。

技术领域

本发明涉及燃烧装置技术领域，尤其涉及一种多尺度值班火焰的喷嘴及燃烧器，其特别适用于燃气轮机、锅炉、化工炉等各种工业和民用燃烧器。

背景技术

工业生产如冶炼、石化、制药、造纸及采矿等行业会产生大量有害气体和低热值气体，这些气体直接排放到大气中会严重污染环境，而且还浪费了能源。如果将这些气体燃烧利用，不但减小了环境污染和节约能源。当前我国环境污染问题十分严重，发展相关清洁燃烧技术十分迫切。此外，航空发动机、发电用燃气轮机、舰船用燃气轮机也都需要燃烧器。燃烧器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。随着3D打印技术的日益完善，燃气轮机巨头如通用、西门子都在大力发展基于3D打印技术的新型喷嘴设计方法。

因而，亟需开发一种基于3D打印加工技术的掺混效果好、回火裕度宽、燃烧稳定、污染物排放低的新型喷嘴及其燃烧器。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种喷嘴、喷嘴阵列及燃烧器。

本发明一方面提供一种多尺度值班火焰的喷嘴，包括轴对称筒状外壁、及设置在所述外壁内的N级子喷嘴结构和N级燃料管结构，所述N级子喷嘴结构包括第N，N-1，……，1级子喷嘴，所述N级燃料管结构包括第N，N-1，……，1级燃料管，第i级燃烧管与第i级子喷嘴入口一一对应连接，所述第i级子喷嘴为筒状结构，i＝1，2，3，……，N，包括N级子喷嘴结构和N级燃料管结构的喷嘴在包括N-1级子喷嘴结构和N-1级燃料管结构的喷嘴的基础上形成，包括一级子喷嘴结构和一级燃料管结构的喷嘴的第1级燃料管位于喷嘴轴线位置，连接至第1子喷嘴入口，所述第1子喷嘴与所述喷嘴及外壁共轴，包括二级子喷嘴结构和二级燃料管结构的喷嘴由包括一级子喷嘴结构和一级燃料管结构的喷嘴的第1级燃料管分叉延伸出M个第2级燃料管，分别连接至M个第2级子喷嘴的入口，所述M个第2级子喷嘴围绕第一子喷嘴呈圆周排布，包括N级子喷嘴结构和N级燃料管结构的喷嘴，由包括N-1级子喷嘴结构和N-1级燃料管结构的喷嘴的每一个第N-1级燃料管分叉延伸出2个第N级燃料管分别向该第N-1级燃料管对应的第N-1级子喷嘴垂直远离和靠近轴的两侧，其中N≥2，M、N为正整数。

本发明另一方面提供一种燃烧器，包括至少一个前述的喷嘴。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

基于分形规律的多级值班火焰喷嘴，可以有效防止火焰被吹熄；

喷嘴外壁为阶梯扩张形，可以降低流速，使流动稳定均匀，稳定燃烧；

可以灵活调整子喷嘴出口燃料流速和旋流强度，具有燃烧稳定性好、污染物排放低等优点。

附图说明

图1为本发明一实施例包括三级子喷嘴结构和三级燃料管结构的喷嘴的半剖立体图；

图2为图1的侧视图；

图3为四级燃料管结构的立体图；

图4为本发明一实施例包括一级子喷嘴结构的喷嘴半剖立体图；

图5为图4的侧视图；

图6为本发明一实施例包括二级子喷嘴结构的喷嘴的半剖立体图；

图7为图6的侧视图；

图8为本发明另一实施例相邻级子喷嘴俯视图；