一种双入口带有催化剂的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器制造技术

一种双入口带有催化的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器，喷嘴包括中间圆筒、外壁圆筒、网孔板、波浪旋流器及催化剂涂层。波浪旋流器同轴设置于外壁圆筒内，中间圆筒嵌入波浪旋流器；内外圈旋流结构与中间圆筒、外壁圆筒围成内外流道，并形成内外掺混区，内外流道的可燃混合物在出口掺混区掺混。波浪旋流器、中间圆筒和网孔板上覆盖催化剂涂层。燃料和空气在进入喷嘴前并不掺混分别由不同通道进入，外掺混区的可燃混合物带有旋转运动，在离心力作用下使可燃混合器在喷嘴出口形成扩张形火焰，提高了燃烧的稳定性；中间圆筒出口区流出的可燃物为无旋的轴向运动，可防止在喷嘴出口形成强回流区，降低了污染物排放，具有良好的燃烧稳定性和低污染物排放。

A double inlet nozzle with a catalyst, a nozzle array, and a burner

A dual inlet with a catalytic nozzle, nozzle array, and burner. The nozzle includes an intermediate cylinder, an outer wall cylinder, a mesh plate, a wave swirler, and a catalyst coating. The cyclone waves are coaxially arranged in the outer wall of the cylinder, the middle cylinder embedded wave cyclone; cyclone outer ring structure and intermediate cylinder, outer wall of the cylinder formed inside and outside the channel, and the formation of internal and external mixing zone, combustible mixture in the flow mixing zone mixing outlet. The wave swirler, the intermediate cylinder and the mesh plate are coated with catalyst coatings. Fuel and air into the nozzle before not mixing were entered by different channels, external mixing zone of combustible mixture with rotary motion, the combustible mixture under the action of centrifugal force to form expanding flame at the nozzle exit, improve the stability of the combustion of combustible materials; out of intermediate cylinder export zone for axial movement without rotation. Can prevent the formation of a strong recirculation zone at the nozzle exit, reduce pollutant emissions, with good combustion stability and low pollutant emission.

【技术实现步骤摘要】
一种双入口带有催化剂的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器
本专利技术涉及燃烧装置
，尤其涉及一种双入口带有催化剂的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器，其特别适用于燃气轮机、锅炉、化工炉等各种工业燃烧器。
技术介绍
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，或者燃烧器结构复杂、零部件多、成本高的问题。因而，亟需开发一种结构简单紧凑、零部件少、燃烧稳定、污染物排放低的燃烧器。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种双入口带有催化剂的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器。(二)技术方案本专利技术提供了一种双入口带有催化剂的喷嘴，该喷嘴包括中间圆筒、外壁圆筒、网孔板、波浪旋流器及催化剂涂层，其中：所述波浪旋流器同轴设置于所述外壁圆筒内；所述中间圆筒沿所述波浪旋流器轴向、由所述波浪旋流器的出口端嵌入所述波浪旋流器，所述波浪旋流器被分割成内圈旋流结构和外圈旋流结构；所述外圈旋流结构、中间圆筒与外壁圆筒围成外流道，所述内圈旋流结构与中间圆筒围成内流道；所述网孔板设置于中间圆筒内，所述网孔板与波浪旋流器的出口端之间形成内掺混区，所述内掺混区与内流道连通；所述外壁圆筒、波浪旋流器的出口端与中间圆筒围成外掺混区，所述外掺混区与外流道连通，所述外壁圆筒突出于中间圆筒的部分形成出口掺混区；流入内流道的燃料和空气进入内掺混区掺混成为第一带旋可燃混合物，流入外流道的燃料和空气进入外掺混区掺混成为第二带旋可燃混合物，第一带旋可燃混合物经网孔板后成为无旋可燃混合物，无旋可燃混合物与第二带旋可燃混合物在出口掺混区掺混；所述催化剂涂层位于波浪旋流器、中间圆筒、网孔板上和多圆筒结构上，在波浪旋流器两侧使用覆盖不同类型催化剂。上述方案中，所述波浪旋流器由沿径向起伏的多个波峰和多个波谷沿周向相间排列而成，沿周向排列的波谷围成内接圆，沿周向排列的波峰形成外切圆，所述中间圆筒的直径处于内接圆直径和外切圆直径之间。上述方案中，在所述波浪旋流器上的内接圆与外切圆之间布置多个圆筒，这些圆筒上覆盖催化剂涂层，同一个圆筒上的不同位置可根据接触燃烧反应物的种类覆盖不同类型的催化剂；所述波浪旋流器的出口端修剪出凹槽。上述方案中，部分或全部所述内圈旋流结构沿轴向被修剪掉，所述波浪旋流器的上游侧部分形成一空腔，所述空腔的底部与网孔板之间即为所述内掺混区。上述方案中，该喷嘴中轴设置值班火焰流道，可燃混合物从值班火焰燃料入口进入值班火焰流道。上述方案中，所述外壁圆筒包括外壁内筒和套在外壁内筒外的外壁套筒，所述外壁套筒可沿轴向移动，通过调整所述外壁套筒的轴向位置实现扩散燃烧模式与预混燃烧模式之间的转换。上述方案中，该喷嘴中轴设置高压电极外套，高压电极位于高压电极外套内，高压电极放电尖端与喷嘴出口之间形成放电。上述方案中，所述网孔板的开孔面积与网孔板面积的比例为40％-80％，网孔板上覆盖催化剂涂层。本专利技术还提供了一种喷嘴阵列，包括多个上述的喷嘴，其中：所述喷嘴阵列为圆形阵列，所述圆形阵列包括P圈喷嘴，每圈喷嘴包括Q个喷嘴，其中1≤P、Q≤100；或者所述喷嘴阵列为矩形阵列，所述矩形阵列包括P行喷嘴，每行喷嘴包括Q个喷嘴，其中1≤P、Q≤100。本专利技术还提供了一种燃烧器，包括上述的喷嘴，或者包括上述的喷嘴阵列。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的双入口带有催化剂的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器具有以下有益效果：(1)本专利技术提供的喷嘴，燃料和空气在进入喷嘴前并不掺混，外掺混区的可燃混合物带有旋转运动，在离心力作用下使可燃混合器在喷嘴出口形成扩张形火焰，提高了燃烧的稳定性，中间圆筒出口区流出的可燃物为无旋的轴向运动，可以防止在喷嘴出口形成强回流区，减小了流动损失、降低了污染物排放，同时具有良好的燃烧稳定性和低污染物排放；(2)本专利技术提供的喷嘴，内圈旋流结构的部分或全部结构可以被修剪掉，有助于减轻喷嘴重量、减小流动摩擦损失；(3)本专利技术提供的喷嘴，波浪旋流器的出口端可以修剪出凹槽，有助于进一步减轻喷嘴重量、减小流动摩擦损失；(4)本专利技术提供的喷嘴，在喷嘴中轴设置有值班火焰流道，可以堵住波浪旋流器中间的通道，使空气和燃料掺混更加均匀，提高了喷嘴的燃烧性能；(5)本专利技术提供的喷嘴，外壁圆筒包括外壁内筒和套在外壁内筒外的外壁套筒，外壁套筒可沿轴向移动，喷嘴可以在两种燃烧模式之间转换，功能多样，可以充分利用不同模式的优点，而尽量避免不同模式的缺点，可以适用于各种工况和燃料，提高了燃烧性能；(6)本专利技术提供的喷嘴，在喷嘴中轴位置设置高压电极外套，高压电极位于高压电极外套内，高压电极放电尖端与喷嘴出口之间形成放电，可以用于喷嘴点火，并且有利于稳定燃烧，并且高压电极外套可以堵住波浪旋流结构中间的通道，使空气和燃料掺混更加均匀，进一步提高了喷嘴的燃烧性能。(7)本专利技术提供的喷嘴，在波浪旋流器上的内接圆与外切圆之间布置多个圆筒，这些圆筒上覆盖催化剂涂层，这样可以增大催化剂涂层的面积。这些圆筒的高度可以相同也可以不同。同一个圆筒上的不同位置可以根据接触燃烧反应物的种类覆盖不同类型的催化剂。附图说明图1为本专利技术实施例的兼具内外掺混区的喷嘴的半剖图；图2为图1所示喷嘴的俯视图；图3为图1所示喷嘴略去外壁圆筒的三维图；图4为图3沿轴向某位置的剖分图；图5为图1所示喷嘴的尺寸示意图；图6为图1所示喷嘴的轴向尺寸示意图；图7为图1所示喷嘴修剪掉部分内圈旋流结构示意图；图8为图1所示喷嘴修剪掉全部内圈旋流结构示意图；图9为在波浪旋流器上修剪凹槽的示意图；图10为带有值班火焰流道的示意图；图11为带有外壁套筒的扩散燃烧模式示意图；图12为带有外壁套筒的预混燃烧模式示意图；图13为带有等离子体激励器的喷嘴；图14为带有多圆筒结构的三维半剖示意图；图15为中间圆筒位于波浪旋流器内接圆的内部示意图。【符号说明】1-中间圆筒入口；2-外壁圆筒入口；3-外壁圆筒；4-支撑圆筒；5-波浪旋流器；6-中间圆筒；7-内掺混区；8-网孔板；9-外掺混区；10-中间圆筒出口区；11-出口掺混区；12-喷嘴出口；13-内圈旋流结构；14-外圈旋流结构；15-凹槽；16-值班火焰燃料入口；17-值班火焰流道；18-外壁套筒；19-等离子体电源接地端；20-等离子体电源；21-等离子体电源高压端；22-高压电极；23-高压电极外套；24-高压电极放电尖端；25-外壁内筒；26-多圆筒结构。A-外壁圆筒直径；B-中间圆筒直径；C-波浪旋流器的内接圆直径；D-中间圆筒嵌入波浪旋流器的深度；E-网孔板厚度；F-内掺混区高度；G-中间圆筒出口区高度；H-出口掺混区高度。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。请参考图1至图4，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双入口带有催化剂的喷嘴，其特征在于，该喷嘴包括中间圆筒、外壁圆筒、网孔板、波浪旋流器及催化剂涂层，其中：所述波浪旋流器同轴设置于所述外壁圆筒内；所述中间圆筒沿所述波浪旋流器轴向、由所述波浪旋流器的出口端嵌入所述波浪旋流器，所述波浪旋流器被分割成内圈旋流结构和外圈旋流结构；所述外圈旋流结构、中间圆筒与外壁圆筒围成外流道，所述内圈旋流结构与中间圆筒围成内流道；所述网孔板设置于中间圆筒内，所述网孔板与波浪旋流器的出口端之间形成内掺混区，所述内掺混区与内流道连通；所述外壁圆筒、波浪旋流器的出口端与中间圆筒围成外掺混区，所述外掺混区与外流道连通，所述外壁圆筒突出于中间圆筒的部分形成出口掺混区；流入内流道的燃料和空气进入内掺混区掺混成为第一带旋可燃混合物，流入外流道的燃料和空气进入外掺混区掺混成为第二带旋可燃混合物，第一带旋可燃混合物经网孔板后成为无旋可燃混合物，无旋可燃混合物与第二带旋可燃混合物在出口掺混区掺混；所述催化剂涂层位于波浪旋流器、中间圆筒、网孔板上和多圆筒结构上，在波浪旋流器两侧使用覆盖不同类型催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种双入口带有催化剂的喷嘴，其特征在于，该喷嘴包括中间圆筒、外壁圆筒、网孔板、波浪旋流器及催化剂涂层，其中：所述波浪旋流器同轴设置于所述外壁圆筒内；所述中间圆筒沿所述波浪旋流器轴向、由所述波浪旋流器的出口端嵌入所述波浪旋流器，所述波浪旋流器被分割成内圈旋流结构和外圈旋流结构；所述外圈旋流结构、中间圆筒与外壁圆筒围成外流道，所述内圈旋流结构与中间圆筒围成内流道；所述网孔板设置于中间圆筒内，所述网孔板与波浪旋流器的出口端之间形成内掺混区，所述内掺混区与内流道连通；所述外壁圆筒、波浪旋流器的出口端与中间圆筒围成外掺混区，所述外掺混区与外流道连通，所述外壁圆筒突出于中间圆筒的部分形成出口掺混区；流入内流道的燃料和空气进入内掺混区掺混成为第一带旋可燃混合物，流入外流道的燃料和空气进入外掺混区掺混成为第二带旋可燃混合物，第一带旋可燃混合物经网孔板后成为无旋可燃混合物，无旋可燃混合物与第二带旋可燃混合物在出口掺混区掺混；所述催化剂涂层位于波浪旋流器、中间圆筒、网孔板上和多圆筒结构上，在波浪旋流器两侧使用覆盖不同类型催化剂。2.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述波浪旋流器由沿径向起伏的多个波峰和多个波谷沿周向相间排列而成，沿周向排列的波谷围成内接圆，沿周向排列的波峰形成外切圆，所述中间圆筒的直径处于内接圆直径和外切圆直径之间。3.如权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，在所述波浪旋流器上的内接圆与外切圆之间布置多个圆筒，这...

【专利技术属性】
技术研发人员：李钢，徐纲，杜薇，卢新根，朱俊强，穆勇，尹娟，刘存喜，刘富强，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11