[发明专利]一种可调氢气引射/二次进风的燃烧器与燃烧方法

说明书

一种可调氢气引射/二次进风的燃烧器，包括：燃料空气供给及混合器，可实现燃料和空气的预混或非预混；旋流稳焰器，产生旋流以稳定火焰；燃烧室，燃料和空气在其中燃烧，其安装有氢气引射/二次进风盖板，氢气引射/二次进风盖板上不同位置处开有通孔，在不同位置处的通孔中安装氢气燃料喷嘴以实现不同位置处的氢气引射，在某个或者某几个通孔上设置装有烧结金属的空气整流腔，空气通入空气整流腔和烧结金属之后均匀地从通孔喷射进燃烧室实现二次进风。本发明可在预混或非预混的燃烧组织形式下在燃烧室不同位置处进行氢气引射和二次进风，从而进行旋流火焰引射氢气燃烧以及二次进风对火焰稳定性以及排放等特性的研究。

技术领域

本发明属于热能工程技术领域，涉及一种燃烧器，特别涉及一种可调氢气引射/二次进风的燃烧器与燃烧方法。

背景技术

为应对全球气候变化、降低碳排放，加强对氢能的利用是一种行之有效的方案，但是由于大规模储氢成本高、氢燃料电池技术不成熟、氢气基础设施不完善，纯氢的利用还需要相当长的时间，所以可以将氢气利用在掺混燃烧中。氢气由于燃烧速度快，在燃烧中极易发生回火。通过引射的方式，将氢气通过外加的燃料喷嘴通入燃烧室进行燃烧利用是一种行之有效的方案，通过该方案可以实现氢气在燃气轮机/航空发动机复杂火焰中的低、中、高比例的利用。因此，研究在不同燃烧组织状态下的氢气引射对火焰的影响机理十分重要，能在一定程度上帮助理解和实现氢气的可控、稳定和清洁高效的燃烧利用。

目前，可调的氢气引射和二次进风对湍流预混以及非预混燃烧影响的实验研究十分匮乏，相关的主要研究都集中于将氢气直接掺混在燃烧中组织燃烧，但是这种方式不利于将氢气直接应用于现有的燃气轮机及航空发动机中。研究发现，如果将氢气通过单独的燃料喷嘴通入燃烧室中进行燃烧利用，一方面可以改善燃烧稳定性，加速氢气利用，另一方面该方案便于在原有发动机基础上进行改造实现。然而不同空间位置处的氢气引射对火焰的影响尚缺乏详细的研究，导致相关实验数据缺乏，氢气引射和二次进风相互作用机理也尚不明确，难以支撑理论发展缺乏指导氢气在燃机及航机中的实际利用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可调氢气引射/二次进风的燃烧器与燃烧方法，以期实现不同位置、不同组合的氢气引射燃烧和二次进风功能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种可调氢气引射/二次进风的燃烧器，包括：

燃料空气供给及混合器，其带有轴向的内部通道，内部通道的一端为空气入口1，内部通道连接有预混燃料口2，以实现燃料和空气的预混或非预混；

旋流稳焰器6，与所述内部通道的另一端以及非预混燃料口5连接，产生旋流以稳定火焰；

燃烧室，旋流稳焰器6输出的燃料和空气在其中燃烧，燃烧室整体为框架结构，框架上安装有氢气引射/二次进风盖板11，其中，所述氢气引射/二次进风盖板11上不同位置处开有通孔7，在不同位置处的通孔7中安装氢气燃料喷嘴10以实现不同位置处的氢气引射，在某个或者某几个通孔7上设置装有烧结金属8的空气整流腔9，空气通入空气整流腔9和烧结金属8之后均匀地从通孔7喷射进燃烧室实现二次进风。

优选地，所述内部通道包括同轴的收放喷管3和柱形管，收放喷管3的一端为空气入口1，另一端与柱形管连接并在连接处设置整流板4，预混燃料口2连接于收放喷管3的缩颈处，与其轴向垂直。

优选地，所述旋流稳焰器6的中心入口连接非预混燃料口5，周围入口连接所述内部通道的另一端。

优选地，所述旋流稳焰器6适配多种不同角度的叶片，从而产生不同旋流强度的湍流流场。

优选地，所述燃烧室的框架上安装有石英玻璃视窗12，以作为激光诊断以及数码图像的光学通路。

优选地，所述通孔7在不使用时通过旋紧相同尺寸的螺柱进行封闭。