一种微小尺度纯氢燃料预混燃烧器，属于高效清洁燃烧技术领域。本发明专利技术解决了现有的燃烧器火焰燃烧稳定性较差以及火焰融合程度较差的问题。法兰上依次连通开设有燃料进口、燃料分配腔及若干第一喷嘴安装孔，端盖上开设有若干第二喷嘴安装孔及若干冷却孔，微混喷嘴、第一喷嘴安装孔及第二喷嘴安装孔数量相同设置，微混喷嘴的两端分别对应插装在第一喷嘴安装孔及第二喷嘴安装孔内，喷嘴主体包括同轴且一体连通固接的预混段及扩张段，预混段的侧壁上沿其周向加工有呈旋流进气的若干空气孔，且空气孔与空气分配腔连通设置，安装段上开设有燃料孔，且燃料孔的两端分别与燃料分配腔及预混段连通设置。段连通设置。段连通设置。
【技术实现步骤摘要】
一种微小尺度纯氢燃料预混燃烧器
[0001]本专利技术涉及一种微小尺度纯氢燃料预混燃烧器，属于高效清洁燃烧
技术介绍
[0002]为了减少温室气体排放及其对气候的影响，无碳燃料一直得到了广泛的重视和深入的研究，尤其是氢气在燃气轮机燃烧室、锅炉和窑炉等燃烧器中的应用越来越多。然而，氢气具备火焰传播速度快、燃烧温度高特点，导致氢气在传统燃烧器上应用出现了火焰稳定性差、NOx排放高的问题。特别是在高温高压的运行条件下，传统的燃烧器在氢气燃烧中已经不能满足稳定性和污染物排放要求。
[0003]随着近年来对高效清洁燃烧技术的不断研究，出现了各种不同结构的燃烧器，能够一定程度上减轻污染物的排放，但是现有的燃烧器结构依然存在结构适配性不高、结构复杂的问题，同时，火焰稳定性有待进一步提高，另外，现有技术中的燃烧器由于结构限制，冷却孔一般是开设在火焰筒壁上，无法实现对端盖处以及喷嘴处的冷却，导致端盖及喷嘴处的温度过高，进而增强火焰的融合程度。因此，亟需一种能够有效稳定火焰，且能够对喷嘴进行冷却，以降低火焰的融合程度，进而降低NOx等污染物排放的燃烧器。
技术实现思路
[0004]本专利技术是为了解决上述技术问题，进而提供了一种微小尺度纯氢燃料预混燃烧器。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种微小尺度纯氢燃料预混燃烧器，包括机匣、法兰、火焰筒、端盖及若干微混喷嘴，其中所述法兰固装在机匣的一端，
[0007]所述火焰筒同轴穿装在所述机匣内且火焰筒的外壁与机匣的内壁之间存在间隙，所述端盖一体固装在火焰筒上靠近法兰的一端，端盖与法兰之间存在间隙作为空气分配腔，
[0008]所述法兰上依次连通开设有燃料进口、燃料分配腔及若干第一喷嘴安装孔，所述端盖上开设有若干第二喷嘴安装孔及若干冷却孔，
[0009]微混喷嘴、第一喷嘴安装孔及第二喷嘴安装孔数量相同设置，微混喷嘴的两端分别对应插装在第一喷嘴安装孔及第二喷嘴安装孔内，
[0010]所述微混喷嘴包括喷嘴主体及一体固装在喷嘴主体一端的安装段，所述喷嘴主体包括同轴且一体连通固接的预混段及扩张段，预混段的侧壁上沿其周向加工有呈旋流进气的若干空气孔，且所述空气孔与空气分配腔连通设置，所述安装段上开设有燃料孔，且所述燃料孔的两端分别与燃料分配腔及预混段连通设置。
[0011]进一步地，当若干空气孔呈沿喷嘴主体轴向同轴的多环形布置时，若干空气孔的孔径相等或者沿喷嘴主体一端至另一端的方向依次减小设置。
[0012]进一步地，燃料孔的数量为多个，且呈单环形或同轴的多环形布置。
[0013]进一步地，燃料孔的孔径为0.6mm～10mm；空气孔的孔径为0.5mm～7mm。
[0014]进一步地，燃料孔的出口端与最上游的空气孔的中轴线之间的距离L1为1mm～10mm；当若干空气孔沿喷嘴主体轴向呈多环形同轴布置时，每相临两环的空气孔中心轴线之间的距离L2为2mm～20mm，靠近喷嘴主体另一端的空气孔中心轴线与喷嘴主体的另一端之间的垂直距离L3为20mm～120mm；空气气流的旋流角度为30
°
～60
°
。
[0015]进一步地，扩张段的长度L4为1mm～20mm，扩张角度为30
°
～120
°
。
[0016]进一步地，微混喷嘴的喷嘴主体内径为5m～15mm，微混喷嘴整体的长度为20mm～170mm；每相邻两个微混喷嘴中心轴线之间的距离为6mm～90mm。
[0017]进一步地，微混喷嘴与第二喷嘴安装孔之间螺纹连接。
[0018]进一步地，喷嘴主体的另一端凸出端盖设置。
[0019]进一步地，若干微混喷嘴呈阵列排布，若干冷却孔分别布置在每个微混喷嘴周围以及位于最外侧的微混喷嘴与火焰筒之间。
[0020]本专利技术与现有技术相比具有以下效果：
[0021]一、本专利技术的微小尺度纯氢燃料预混燃烧器中，燃料从燃料孔喷射进入喷管主体的预混段内，氧化剂从空气孔喷射进入预混段，燃料和氧化剂在微小尺度条件下以内交叉射流混合的技术路线，在空气旋流和扩张段的作用下，在喷嘴出口处形成回流区，实现火焰稳定燃烧，增强混合强度，提高燃料和氧化剂的混合程度，进而提高燃烧器的温度分度均匀性，实现NOx低排放。
[0022]二、现有技术中的燃烧器由于结构限制，冷却孔一般是开设在火焰筒壁上，无法实现对端盖处以及喷嘴处的冷却。而本专利技术将冷却孔布置在端盖处，能够实现对端盖及微混喷嘴的冷却，同时，在空气逆流过程中，依旧能够实现现有技术能够实现的对火焰筒的冷却保护效果，与现有技术相比，可以有效降低火焰的融合程度，降低NOx排放。
[0023]三、通过改变微混喷嘴的直径、微混喷嘴布置的数量以及工况范围(当量比，稀释量、出口流速等)，实现更大的稳燃负荷调节比。
[0024]四、本专利技术的燃烧器具有结构简单、维护方便的特点，可与传统的燃烧器装置实现互换。燃烧器体积热强度高，结构紧凑，集成化程度高。运行范围宽，可在混气出口流速30～80m/s，当量比0.5～1.0，掺水量0～30％工况的需求下运行，烟气出口温度分布均匀，出口温度分布系数OTDF≤15％。燃烧器污染物排放低，燃烧效率≥99％，NOx@15％O2≤10ppm。燃烧器采用逆流式布置，压力损失低，总压恢复系数≥95％，冷却空气能保持较低的温度从而起到对火焰筒冷却保护作用。燃烧稳定性强，可燃纯氢燃料，并在高当量比条件下稳定燃烧。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的一种微小尺度纯氢燃料预混燃烧器主剖视示意图；
[0026]图2为图1的A处放大示意图；
[0027]图3为本专利技术的一种微小尺度纯氢燃料预混燃烧器的第一立体结构示意图(局部剖视)；
[0028]图4为本专利技术的一种微小尺度纯氢燃料预混燃烧器的第二立体结构示意图(局部剖视)；
[0029]图5为安装有端盖的火焰筒的左视示意图；
[0030]图6为安装有端盖的火焰筒的立体结构示意图(半剖视)；
[0031]图7为机匣的立体结构示意图；
[0032]图8为微混喷嘴的左视示意图；
[0033]图9为微混喷嘴的主剖视示意图；
[0034]图10为微混喷嘴的立体结构示意图；
[0035]图11为法兰的立体结构示意图。
[0036]图中：1、机匣；2、法兰；21、燃料进口；22、燃料分配腔；23、第一喷嘴安装孔；3、火焰筒；4、端盖；41、第二喷嘴安装孔；42、冷却孔；5、微混喷嘴；51、喷嘴主体；51
‑
1、预混段；51
‑
2、扩张段；51
‑
11、空气孔；52、安装段；52
‑
1、燃料孔；53、限位环板；6、空气分配腔；7、空气进口；8、固定环板；100、燃料；101、氧化剂；102、烟气。
具体实施方式
[0037]具体实施方式本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种微小尺度纯氢燃料预混燃烧器，其特征在于：包括机匣(1)、法兰(2)、火焰筒(3)、端盖(4)及若干微混喷嘴(5)，其中所述法兰(2)固装在机匣(1)的一端，所述火焰筒(3)同轴穿装在所述机匣(1)内且火焰筒(3)的外壁与机匣(1)的内壁之间存在间隙，所述端盖(4)一体固装在火焰筒(3)上靠近法兰(2)的一端，端盖(4)与法兰(2)之间存在间隙作为空气分配腔(6)，所述法兰(2)上依次连通开设有燃料进口(21)、燃料分配腔(22)及若干第一喷嘴安装孔(23)，所述端盖(4)上开设有若干第二喷嘴安装孔(41)及若干冷却孔(42)，微混喷嘴(5)、第一喷嘴安装孔(23)及第二喷嘴安装孔(41)数量相同设置，微混喷嘴(5)的两端分别对应插装在第一喷嘴安装孔(23)及第二喷嘴安装孔(41)内，所述微混喷嘴(5)包括喷嘴主体(51)及一体固装在喷嘴主体(51)一端的安装段(52)，所述喷嘴主体(51)包括同轴且一体连通固接的预混段(51
‑
1)及扩张段(51
‑
2)，预混段(51
‑
1)的侧壁上沿其周向加工有呈旋流进气的若干空气孔(51
‑
11)，且所述空气孔(51
‑
11)与空气分配腔(6)连通设置，所述安装段(52)上开设有燃料孔(52
‑
1)，且所述燃料孔(52
‑
1)的两端分别与燃料分配腔(22)及预混段(51
‑
1)连通设置。2.根据权利要求1所述的一种微小尺度纯氢燃料预混燃烧器，其特征在于：当若干空气孔(51
‑
11)呈沿喷嘴主体(51)轴向同轴的多环形布置时，若干空气孔(51
‑
11)的孔径相等或者沿喷嘴主体(51)一端至另一端的方向依次减小设置。3.根据权利要求1所述的一种微小尺度纯氢燃料预混燃烧器，其特征在于：燃料孔(52
‑
1)的数量为多个，且呈单环形或同轴的多环形布置。4...
【专利技术属性】
技术研发人员：张林瑶，邱朋华，卢成，邢畅，刘栗，曹灿，姜晓鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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