本发明专利技术提供了一种拓宽回火裕度的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器，喷嘴的整流装置可以使进入喷嘴的燃料气体和空气的气流更加稳定均匀，可以有效防止燃烧中出现热斑而引发回火；喷嘴的阶梯形扩张段可以阻碍回火向上游传播，拓宽了回火裕度；喷嘴内层圆筒内还设置有直通道波浪结构以及中心锥体，有利于进一步提高燃烧效率，降低污染物排放，改善燃烧状态。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃烧装置
，尤其涉及一种拓宽回火裕度的喷嘴，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
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。扩散燃烧优点是运行中不会产生回火现象、安全系数高、运行稳定可靠、此外还有点火较为容易、热负荷调节方面、热负荷可调范围较广等优点，缺点是燃烧时仅靠扩散作用使空气与燃气相互接触发生化学反应，因此扩散式燃烧器的火焰长度较长、单位容积的放热强度不高。预混燃烧的优点是可以通过贫预混燃烧、稀相预混预蒸发等技术降低污染物排放，由于燃料与氧化剂的预先混合，燃烧反应受混合时间尺度的影响基本可以忽略，大幅度提高了燃烧反应速度以及火焰传播速度，缺点是火焰稳定性较差、回火会带来安全隐患问题，特别是燃料火焰传播速度快时回火问题更加突出，如燃烧氢气或富氢燃料。因而，亟需一种兼备扩散燃烧和预混燃烧优点的燃烧器。
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拓宽回火裕度的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器。(二)技术方案本专利技术提供了一种拓宽回火裕度的喷嘴，包括：喷嘴本体和位于喷嘴本体上游方向的整流装置，所述整流装置包括：内层整流罩、中间整流罩和外层整流罩，所述喷嘴本体包括：内层圆筒17、中间圆筒18和外层圆筒19；其中，所述整流装置靠近上游方向的半个部分为扩张型结构，其靠近下游方向的半个部分为收缩型结构，所述整流装置与喷嘴本体连为一体并形成贯通的气流通道，使进入喷嘴的燃料气体和空气稳定均匀，防止回火发生。优选地，所述内层整流罩嵌套于所述中间整流罩中，所述中间整流罩嵌套于所述外层整流罩中；所述内层整流罩的靠近上游方向的半个部分为内层扩张段13，其靠近下游方向的半个部分为内层收缩段16；所述中间整流罩的靠近上游方向的半个部分为中间扩张段12，其靠近下游方向的半个部分为中间收缩段15；所述外层整流罩的靠近上游方向的半个部分为外层扩张段11，其靠近下游方向的半个部分为外层收缩段14；所述中间扩张段12与所述外层扩张段11之间形成外层扩张型流道，所述中间收缩段15与所述外层收缩段14之间形成外层收缩型流道；所述内层扩张段13与所述中间扩张段12之间形成中间扩张型流道，所述内层收缩段16与所述中间收缩段15之间形成中间收缩型流道。优选地，所述内层圆筒内部形成内层流道5，所述内层圆筒17与中间圆筒18之间形成中间流道6，所述中间圆筒18与外层圆筒19之间形成外层流道7；所述外层扩张型流道和外层收缩型流道与外层流道7连通，形成外层气流通道；所述中间扩张型流道和中间收缩型流道与中间流道6连通，形成中间气流通道；所述内层扩张段13与内层收缩段16形成的流道与内层流道5连通，形成内层气流通道。优先地，所述内层扩张段13、中间扩张段12和外层扩张段11均为半球形结构；所述内层收缩段16、中间收缩段15和外层收缩段14沿轴线的剖面轮廓均为三次曲线。优选地，所述外层圆筒19沿轴线的长度大于内层圆筒17和中间圆筒18，所述外层圆筒19与内层圆筒17、中间圆筒18之间形成掺混区9；所述外层圆筒下游方向的出口端具有阶梯形扩张段10，所述阶梯形扩张段10为沿下游方向渐扩的多级台阶结构。优选地，所述中间圆筒的下游方向出口端为旋流波浪结构8，所述旋流波浪结构8由沿径向起伏的N个波峰21和N个波谷22沿周向相间排列而成，所述波峰21和波谷22与所述外层圆筒19、内层圆筒17之间形成斜流通道23，所述斜流通道23由旋流波浪结构的底端向顶端延伸，与喷嘴轴线形成夹角。优选地，所述内层圆筒内设置有直通道波浪结构26，所述直通道波浪结构下游一端为支撑圆筒24，上游一端为波浪结构，直通道波浪结构两侧分别流通空气和燃料气体。优选地，所述直通道波浪结构26内设置有中心锥体25，所述中心锥体的出口端为圆锥体，所述中心锥体25沿下游方向突出于所述直通道波浪结构26。本专利技术还提供了一种喷嘴阵列，包括多个上述喷嘴，其中，喷嘴阵列为圆形阵列，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，喷嘴阵列为矩形阵列，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，其包括多个上述喷嘴，或者上述喷嘴阵列。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术的拓宽回火裕度的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器具有以下有益效果：(1)整流装置可以使进入喷嘴的燃料气体和空气的气流更加稳定均匀，可以有效防止燃烧中出现热斑而引发回火，提高喷嘴工作的稳定性和可靠性，拓宽了回火裕度；(2)燃料气体和空气由各气流通道喷出后，可以在掺混区中充分掺混，形成可燃混合物，有利于提高燃烧效率；(3)阶梯形扩张段可以阻碍回火向上游传播，可以进一步提高喷嘴工作的稳定性和可靠性，拓宽了回火裕度；(4)旋流波浪结构可以使回火无法向旋流波浪结构上游传播，可以进一步提高喷嘴工作的稳定性和可靠性；(5)旋流波浪结构使得燃料和空气能够更加充分地掺混，提高了燃烧效率，降低了污染物排放，改善了燃烧状态，提高了燃烧的稳定性，拓宽了喷嘴的稳定运行范围；(6)内层圆筒内还设置有直通道波浪结构，有利于进一步提高燃烧效率，降低污染物排放，改善燃烧状态；(7)在直通道波浪结构内还可以设置中心锥体，可以抑制流动分离、提高燃料和空气的掺混效果、减小流动损失，提高喷嘴燃烧效率。附图说明图1为本专利技术实施例的拓宽回火裕度的喷嘴的三维图；图2为图1所示喷嘴的半剖图；图3为图1所示喷嘴的另一个角度的半剖图；图4为图1所示喷嘴的俯视图；图5为图1所示喷嘴的底视图；图6为本专利技术实施例的旋流波浪结构的示意图；图7为本专利技术实施例的直通道波浪结构半剖示意图；图8为图7中直通道波浪结构的三维示意图；图9为本专利技术实施例的沿轴线的剖面轮廓为曲线的阶梯形扩张段。【符号说明】1-外层流道入口；2-中间流道入口；3-内层流道入口；4-支撑柱；5-内层流道；6-中间流道；7-外层流道；8-旋流波浪结构；9-掺混区；10-阶梯形扩张段；11-外层扩张段；12-中间扩张段；13-内层扩张段；14-外层收缩段；15-中间收缩段；16-内层收缩段；17-内层圆筒；18-中间圆筒；19-外层圆筒；20-固定孔；21-波峰；22-波谷；23-斜流通道；24-支撑圆筒；25-中心锥体；26-直通道波浪结构。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，并参照附本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种拓宽回火裕度的喷嘴，其特征在于，包括：喷嘴本体和位于喷嘴本体上游方向的整流装置，所述整流装置包括：内层整流罩、中间整流罩和外层整流罩，所述喷嘴本体包括：内层圆筒(17)、中间圆筒(18)和外层圆筒(19)；其中，所述整流装置靠近上游方向的半个部分为扩张型结构，其靠近下游方向的半个部分为收缩型结构，所述整流装置与喷嘴本体连为一体并形成贯通的气流通道，使进入喷嘴的燃料气体和空气稳定均匀，防止回火发生。
【技术特征摘要】
1.一种拓宽回火裕度的喷嘴，其特征在于，包括：喷嘴本体和位于喷嘴本体上游方向的整流装置，所述整流装置包括：内层整流罩、中间整流罩和外层整流罩，所述喷嘴本体包括：内层圆筒(17)、中间圆筒(18)和外层圆筒(19)；其中，所述整流装置靠近上游方向的半个部分为扩张型结构，其靠近下游方向的半个部分为收缩型结构，所述整流装置与喷嘴本体连为一体并形成贯通的气流通道，使进入喷嘴的燃料气体和空气稳定均匀，防止回火发生。2.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述内层整流罩嵌套于所述中间整流罩中，所述中间整流罩嵌套于所述外层整流罩中；所述内层整流罩的靠近上游方向的半个部分为内层扩张段(13)，其靠近下游方向的半个部分为内层收缩段(16)；所述中间整流罩的靠近上游方向的半个部分为中间扩张段(12)，其靠近下游方向的半个部分为中间收缩段(15)；所述外层整流罩的靠近上游方向的半个部分为外层扩张段(11)，其靠近下游方向的半个部分为外层收缩段(14)；所述中间扩张段(12)与所述外层扩张段(11)之间形成外层扩张型流道，所述中间收缩段(15)与所述外层收缩段(14)之间形成外层收缩型流道；所述内层扩张段(13)与所述中间扩张段(12)之间形成中间扩张型流道，所述内层收缩段(16)与所述中间收缩段(15)之间形成中间收缩型流道。3.如权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述内层圆筒内部形成内层流道(5)，所述内层圆筒(17)与中间圆筒(18)之间形成中间流道(6)，所述中间圆筒(18)与外层圆筒(19)之间形成外层流道(7)；所述外层扩张型流道和外层收缩型流道与外层流道(7)连通，形成外层气流通道；所述中间扩张型流道和中间收缩型流道与中间流道(6)连通，形成中间气流通道；所述内层扩张段(13)与内层收缩段(16)形成的流道与内层流道(5)连通，形成内层气流通道。4.如权利要求2所述的喷...
【专利技术属性】
技术研发人员：李钢，杜薇，徐燕骥，徐纲，朱俊强，
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
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