一种部分催化燃烧的预混喷嘴、喷嘴阵列及燃烧器制造技术

一种部分催化燃烧的预混喷嘴、喷嘴阵列及燃烧器，该预混喷嘴包括中间圆筒、外壁圆筒、网孔板、波浪旋流结构和催化剂涂层。波浪旋流结构位于外壁圆筒内，燃料和空气进入喷嘴前已经相互掺混。燃烧在两个区域进行，在旋流器上进行催化燃烧，在燃烧器出口进行有焰燃烧。旋流器是催化剂的载体，旋流器的褶皱表面有效增大了催化剂涂层的面积；旋流器上的斜流通道可使燃烧混合物产生旋转运动；出口的波浪形结构及中间通道周围的绕流圆柱可增大湍流度、改善流动的均匀性并提高火焰传播速度进而增强燃烧的稳定性。本发明专利技术能够降低燃烧温度，实现有害气体及低热值气体的稳定燃烧，减少燃烧污染物如氮氧化物、一氧化碳的生成，最大限度的将有害气体无害化。

Premixed nozzle, nozzle array and burner for partial catalytic combustion

A premixed nozzle, nozzle array and burner for partial catalytic combustion comprising an intermediate cylinder, an outer wall cylinder, a mesh plate, a wave swirl structure, and a catalyst coating. The wave swirling structure is located in the outer cylinder, and the fuel and air are mixed with each other before entering the nozzle. Combustion is carried out in two zones, catalytic combustion is performed on the swirler, and flame combustion is carried out at the burner outlet. The cyclone is the catalyst carrier, fold surface cyclone can increase the catalyst coating area; oblique flow channel cyclone on the combustion mixture to produce rotary motion; flow can increase the turbulence intensity, improve flow uniformity and improve the flame propagation speed and enhance the stability of the combustion cylinder around the outlet wave shape and the middle of the channel. The invention can reduce the combustion temperature, realize the stable combustion of harmful gas and low heat value gas, reduce the generation of combustion pollutants such as nitrogen oxides and carbon monoxide, and harmless the harmful gas to the utmost extent.

【技术实现步骤摘要】
一种部分催化燃烧的预混喷嘴、喷嘴阵列及燃烧器
本专利技术涉及燃烧装置
，尤其涉及一种部分催化燃烧的预混喷嘴、喷嘴阵列及燃烧器，其特别适用于燃气轮机、锅炉、化工炉、采暖等各种工业和民用燃烧器。
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部分催化燃烧的预混喷嘴、喷嘴阵列及其燃烧器。(二)技术方案本专利技术提供了一种部分催化燃烧的预混喷嘴，该预混喷嘴包括中间圆筒、外壁圆筒、网孔板、波浪旋流结构和催化剂涂层，其中：波浪旋流结构位于外壁圆筒内，中间圆筒位于波浪旋流结构内接圆的内部，或者位于波浪旋流结构的内接圆与外切圆之间的某一位置，网孔板位于中间圆筒内部；波浪旋流结构具有一旋流器，该旋流器是催化剂的载体，包括旋流器褶皱形叶片、旋流器入口圆柱、旋流器出口圆柱、旋流器中间圆筒、旋流器多孔板和旋流器多孔板安装卡口，旋流器褶皱形叶片位于燃烧器外壁与旋流器中间圆筒之间的流道内，是催化剂的载体；旋流器多孔板位于旋流器中间圆筒的内部；旋流器入口圆柱和出口圆柱分别位于旋流器的进口和出口处，用于将旋流器褶皱叶片和中间圆筒连接起来；燃料和空气进入喷嘴前已经相互掺混；燃烧在两个区域进行，在旋流器上进行催化燃烧，在燃烧器出口进行有焰燃烧。。本专利技术还提供了一种喷嘴阵列，包括多个兼具内外流道掺混作用的喷嘴，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，其包括多个部分催化燃烧的喷嘴，或者喷嘴阵列。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术一种部分催化燃烧的预混喷嘴、喷嘴阵列及其燃烧器具有以下有益效果：燃烧在两个区域进行，在旋流器上进行催化燃烧，在燃烧器出口进行有焰燃烧。该旋流器是催化剂的载体，旋流器的褶皱表面有效增大了催化剂涂层的面积，催化剂涂层可以促进燃烧反应的进行，出口的波浪形结构及中间通道周围的绕流圆柱可以增大湍流度、改善流动的均匀性并提高火焰传播速度进而增强燃烧的稳定性，该旋流器及其预混燃烧器能够拓宽燃烧的熄火极限，能够降低燃烧温度，实现有害气体及低热值气体的稳定燃烧，减少燃烧污染物如氮氧化物、一氧化碳的生成，最大限度的将有害气体无害化。附图说明图1为根据本专利技术实施例一种部分催化燃烧的预混喷嘴、喷嘴阵列及其燃烧器设计方法的半剖示意图；图2为旋流器的一个三维示意图；图3为旋流器的另一个三维示意图；图4为旋流器的又一三维示意图；图5为图1关键尺寸示意图；图6为图5的局部放大示意图；图7轴向尺寸示意图；图8直径尺寸示意图；图9为锯齿形褶皱叶片出口的旋流器；图10为中间圆筒在内接圆与外切圆之间的某一位置示意图；图11修剪掉全部内圈波浪旋流结构示意图；图12增加多个圆筒结构示意图。【符号说明】1-喷嘴入口；2-喷嘴外壁圆筒；3-旋流器入口圆柱；4-旋流器多孔板；5-旋流器褶皱形叶片；6-旋流器的斜流通道；7-旋流器外环流道；8-旋流器中间圆筒；9-旋流器中间流道；10-喷嘴出口；11-旋流器多孔板安装卡口；12-旋流器出口圆柱；13-旋流器出口；14--内圈旋流波浪结构；15-外圈旋流波浪结构；16-多圆筒结构。A-旋流器出口与燃烧器出口的距离；B-旋流器出口与旋流器中间流道出口距离；C-旋流器的褶皱形叶片与旋流器中间圆筒之间的间隙大小；D-旋流器的褶皱形叶片与燃烧器外壁之间的间隙大小；E-网孔板厚度；F-网孔板与旋流器出口之间的距离；G-网孔板与中间圆筒出口之间的距离；H-中间圆筒出口与燃烧器出口之间的距离；I-中间圆筒插入波浪旋流结构深度；J-外壁圆筒直径；K-中间圆筒直径；L-波浪旋流结构内接圆直径。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，本专利技术实施例提供了一种部分催化燃烧的预混喷嘴，包括：喷嘴外壁圆筒2、中间圆筒8、多孔板4、旋流器褶皱形叶片5、旋流器进口圆柱3、旋流器出口圆柱12、旋流器多孔板安装卡口11以及在旋流器、中间圆筒和多孔板上的催化剂涂层。在该实施例中中间圆筒8位于旋流器5的内部。旋流器褶皱形叶片5位于喷嘴外壁圆筒2与旋流器中间圆筒8之间的流道内，旋流器褶皱形叶片5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，在旋流器褶皱形叶片5的中心形成内接圆空间，沿周向排列的波峰形成外切圆；旋流器多孔板4位于旋流器中间圆筒8的入口；旋流器入口圆柱3和出口圆柱12分别位于旋流器的进口和出口处，将旋流器褶皱叶片和中间圆筒连接起来。本实施例的喷嘴，燃烧在两个区域进行——在旋流器的褶皱形叶片、进出口圆柱以及多孔板上进行催化燃烧，在喷嘴出口进行有焰燃烧。请参考图1、3和10，对本实施例的工作原理加以说明。催化剂可以很大程度地降低反应所需的活化能，使得低浓度燃料气和有害气体能够在相对较低的温度下进行反应，因此催化燃烧是利用低浓度燃料气和分解有害气体的有效方式之一。催化剂涂层覆盖在波浪旋流器褶皱形叶片5、波浪旋流器进口圆柱3和出口圆柱12、多孔板4、多圆筒结构16上。催化剂可以为贵金属催化剂如铂、钯、等，也可以为金属氧化物或其它类型，催化剂类型已超出本专利技术专利范围，这里不再赘述，不同位置可以覆盖不同种类的催化剂。燃烧反应物在催化剂涂层附近进行催化燃烧，在燃烧器出口进行有焰燃烧。燃料和空气在进入喷嘴前已相互掺混，由燃烧器入口1进入喷嘴的为有害气体或低热值气体、其它燃料与空气的混合物，该混合物可以为多种可燃气体与空气的混合物，也可以为可燃固体颗粒与空气的混合物，还可以为雾化的燃料液滴、水蒸气与空气的混合物；这些气体进入燃烧器前可以预热。可燃混合物在旋流器入口被中间圆筒8分成了内外两部分流体，内层流体经过旋流器多孔板4后进入旋流器中间流道9保持单纯轴向运动；外层流体进入燃烧器外壁与中间圆筒之间的流道，在旋流器褶皱形叶片两侧的斜流通道6作用下，在进行轴向运动的同时还进行沿圆周方向的旋转运动；这两部分流体在旋流器出口处汇合到一起。旋流器出口圆柱以及旋流器出口褶皱均可以时这两部分流体之间的过渡更加平缓、均匀，同时增大湍流度。外流道流体带有旋转运动，在离心力作用下使流体在燃烧器出口形成扩张形，这有助于稳定燃烧；内流道流体为无旋的轴向运动，可以防止在燃烧器出口形成强回流区，这样可以减小流动损失、降低污染物排放。本实施例中波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种部分催化燃烧的预混喷嘴，其特征在于，该预混喷嘴包括中间圆筒、外壁圆筒、网孔板、波浪旋流结构和催化剂涂层，其中：波浪旋流结构位于外壁圆筒内，中间圆筒位于波浪旋流结构内接圆的内部，或者位于波浪旋流结构的内接圆与外切圆之间的某一位置，网孔板位于中间圆筒内部；波浪旋流结构具有一旋流器，该旋流器是催化剂的载体，包括旋流器褶皱形叶片、旋流器入口圆柱、旋流器出口圆柱、旋流器中间圆筒、旋流器多孔板和旋流器多孔板安装卡口，旋流器褶皱形叶片位于燃烧器外壁与旋流器中间圆筒之间的流道内，是催化剂的载体；旋流器多孔板位于旋流器中间圆筒的内部；旋流器入口圆柱和出口圆柱分别位于旋流器的进口和出口处，用于将旋流器褶皱叶片和中间圆筒连接起来；燃料和空气进入喷嘴前已经相互掺混；燃烧在两个区域进行，在旋流器上进行催化燃烧，在燃烧器出口进行有焰燃烧。

【技术特征摘要】
1.一种部分催化燃烧的预混喷嘴，其特征在于，该预混喷嘴包括中间圆筒、外壁圆筒、网孔板、波浪旋流结构和催化剂涂层，其中：波浪旋流结构位于外壁圆筒内，中间圆筒位于波浪旋流结构内接圆的内部，或者位于波浪旋流结构的内接圆与外切圆之间的某一位置，网孔板位于中间圆筒内部；波浪旋流结构具有一旋流器，该旋流器是催化剂的载体，包括旋流器褶皱形叶片、旋流器入口圆柱、旋流器出口圆柱、旋流器中间圆筒、旋流器多孔板和旋流器多孔板安装卡口，旋流器褶皱形叶片位于燃烧器外壁与旋流器中间圆筒之间的流道内，是催化剂的载体；旋流器多孔板位于旋流器中间圆筒的内部；旋流器入口圆柱和出口圆柱分别位于旋流器的进口和出口处，用于将旋流器褶皱叶片和中间圆筒连接起来；燃料和空气进入喷嘴前已经相互掺混；燃烧在两个区域进行，在旋流器上进行催化燃烧，在燃烧器出口进行有焰燃烧。2.根据权利要求1所述的部分催化燃烧的预混喷嘴，其特征在于，在该预混燃烧器中，由燃烧器入口进入燃烧器的为有害气体或低热值气体、其它燃料与空气的混合物，该混合物为多种可燃气体与空气的混合物，或者为可燃固体颗粒与空气的混合物，或者为雾化的燃料液滴、水蒸气与空气的混合物；这些气体进入燃烧器前可预热。3.根据权利要求1所述的部分催化燃烧的预混喷嘴，其特征在于，所述旋流器具有一斜流通道，该斜流通道与轴向的夹角为0-90゜，为左旋或右旋。4.根据权利要求1所述的部分催化燃烧的预混喷嘴，其特征在于，所述旋流器多孔板上开孔面积与多孔板面积的比例为0-100％，多孔板上开孔面积与多孔板面积的比例为0此时多孔板不开孔，多孔板上开孔面积与多孔板面积的比例为100％此时多孔板系全部开孔，相当于不设置多孔板。5.根据权利要求4所述的部分催化燃烧的预混喷嘴，其特征在于，所述旋流器多孔板上开孔面积与多孔板面积的比例为40％-80％，多孔板上孔的直径为0.1-10mm，孔的大小相同或不同，孔的形状为圆形、椭...

【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，刘富强，杨金虎，
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