一种超声速气流屏蔽燃烧器

本发明属于燃烧领域，具体涉及一种超声速气流屏蔽燃烧器。

背景技术：

1、传统化石能源的短缺及其使用过程中引发的环境污染问题日益凸显，寻找化石能源的替代品对于缓解能源危机具有重要意义。近年来，重油、生物质油及水/油煤浆等燃料的高效洁净燃烧技术日益受到人们关注。由于这些燃料的分子量大、黏度高、部分含有固体颗粒，导致雾化时存在雾化不均、易堵塞和磨损等问题，这不仅增加经济成本，更重要的是，影响后续的燃烧质量及污染物排放。为使这些燃料充分燃烧，需使其充分雾化。现有技术中，此类燃料的雾化效果并不很好，使得喷嘴堵塞、燃烧不充分、污染物排放量大等问题频发。

2、专利cn 205919322 u提出了一种沥青生产过程使用的多级雾化燃烧器喷射装置，该专利着重解决的问题是通过多级雾化，使燃料与空气充分接触，实现重油的充分雾化，无需在使用时随时调整风油比，降低运行成本。专利cn 105757651 b公开了一种水煤浆无焰富氧燃烧系统，通过将氧气进行增压升温，与循环烟气混合射入炉内形成容积燃烧，并使水煤浆通过烟气换热器换热，提高其初始温度，降低着火热，解决了现有水煤浆锅炉燃烧效率较低、nox排放高等问题。专利cn 107477574 b提供了一种基于高粘度生物质燃油的工业炉窑高效雾化燃烧器，利用制氧后废弃氮气作为辅助雾化气体介质，进行一级雾化后，形成了非燃烧隔离区，使得油束不会在喷嘴出口燃烧，该专利着重解决了喷嘴出口烧结及积碳问题。专利ru192351u1公开了一种燃烧器，该燃烧器具有中空本体及出口处的拉伐尔喷管，用于气体燃料燃烧，可连续产生高温亚声速或超声速气流。但该燃烧器不适于高粘浓稠液体或浆体燃料的雾化燃烧。

3、综上，本领域需要一种能够有效雾化、提高燃料燃烧效率、降低污染物排放的燃烧器。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供了一种超声速气流屏蔽燃烧器，通过气液外混式超声速喷嘴中可高速旋转的喷头将液体迅速甩离开喷嘴，降低喷嘴堵塞，使燃料连续稳定雾化；通过燃烧器出口处的超声速二次风，在燃烧场外围形成气流屏蔽，减少燃烧过程中的烟气外逸，增强燃料与空气的混合，降低污染物的排放。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：

3、一种超声速气流屏蔽燃烧器，包括：

4、组件1：由液体通道101、旋转接头102、旋转喷头103和分流器104组成。液体从液体通道101流入后依次流经旋转接头102、旋转喷头103和分流器104，经分流器104分流后被迅速甩出与高速气流混合雾化；

5、组件2：由超声速一次风通道201、一次风一级加速器202、驱动叶203和一次风二级加速器204组成。高压空气经一次风通道201流入，经一次风一级加速器202加速，形成均匀气流，该气流流经驱动叶203时带动与之固定连接的旋转喷头103高速均匀旋转，驱动叶203尾部的旋转气流经二级加速器204加速，形成超声速气流，为液体雾化提供能量并为燃烧提供氧气；所述组件1与组件2形成谐振腔z1；

6、组件3：由二次风通道301和二次风加速器302组成。高压空气经二次风通道301流入，经二次风加速器302加速，形成超声速气流，在火焰锋面外侧形成屏蔽气流，提供燃烧所需氧气并防止燃烧产物向外部扩散。

7、本发明所提供的超声速气流屏蔽燃烧器，还具有这样的特征，超声速二次风在火焰锋面外侧形成气流屏蔽区z2。

8、本发明所提供的超声速气流屏蔽燃烧器，所述组件1的特征在于：液体通道101与旋转喷头103通过旋转接头102连接，液体通道101至旋转接头102为直通型流道；旋转接头102内部旋转构件为密封轴承；分流器104与旋转喷头103固定连接，分流器104底部有锥形凸起，该锥形凸起直径不小于旋转喷头103出口处直径，液体经过分流器104分流后被快速甩离喷嘴。

9、本发明所提供的超声速气流屏蔽燃烧器，所述组件2的特征在于：驱动叶203与旋转喷头103固定连接，驱动叶203数量不低于3片；一次风一级加速器202外缘与一次风通道201固定连接，一次风一级加速器202上有气孔202a，石墨滑环202b外缘与一次风一级加速器202内缘固定连接，石墨滑环202b内缘与液体通道101相接触但不固定连接；一次风一级加速器202、一次风二级加速器204分别与一次风通道201形成缩放结构。

10、本发明所提供的超声速气流屏蔽燃烧器，所述组件3的特征在于：二次风加速器302为缩放结构。

11、本发明所提供的超声速气流屏蔽燃烧器，还具有这样的特征，一次风超声速气流在谐振腔z1内产生激波，液体在激波激励下空化破碎形成细小液滴，实现高质量雾化；超声速旋转气流在分流器向火侧形成负压区，卷吸高温烟气，对火焰根部进行加热，实现液体的蒸发与燃烧。

12、本发明所提供的超声速气流屏蔽燃烧器，还具有这样的特征，气流屏蔽区z2的超声速二次风提供燃烧所需氧气并防止燃烧产物向外部扩散，形成气流屏蔽层。

13、本发明通过采用上述技术方案，能够达到以下有益效果：

14、本发明所提供的超声速气流屏蔽燃烧器中喷嘴组件的喷头部分可高速旋转，将液体快速甩出，不易堵塞；分流器锥形凸起使液柱射流成膜，谐振腔使液体空化成微小液滴，雾化稳定。

15、本发明所提供的超声速气流屏蔽燃烧器的超声速一次风旋转气流在分流器向火侧形成负压区，卷吸高温烟气；超声速二次风在燃烧场外围形成气流屏蔽区，有效减少烟气外逸，提高燃烧效率，降低污染物排放。

16、本发明所提供的超声速气流屏蔽燃烧器结构简单、易于安装，运行稳定，使用和维修方便。

技术特征：

1.一种超声速气流屏蔽燃烧器，其特征在于，所述燃烧器由以下组件组成：

2.根据权利要求1所述的超声速气流屏蔽燃烧器，其特征在于，超声速二次风在火焰锋面外侧形成气流屏蔽区z2。

3.根据权利要求1所述的超声速气流屏蔽燃烧器，所述组件1的特征在于：液体通道101与旋转喷头103通过旋转接头102连接，液体通道101至旋转接头102为直通型流道；旋转接头102内部旋转构件为密封轴承；分流器104与旋转喷头103固定连接，分流器104底部有锥形凸起，该锥形凸起直径不小于旋转喷头103出口处直径，液体经过分流器104分流后被快速甩离。

4.根据权利要求1所述的超声速气流屏蔽燃烧器，所述组件2的特征在于：驱动叶203与旋转喷头103固定连接，驱动叶203数量不低于3片；一次风一级加速器202外缘与一次风通道201固定连接，一次风一级加速器202上有气孔202a，石墨滑环202b外缘与一次风一级加速器202内缘固定连接，石墨滑环202b内缘与液体通道101相接触但不固定连接；一次风一级加速器202、一次风二级加速器204分别与一次风通道201形成缩放结构。

5.根据权利要求1所述的超声速气流屏蔽燃烧器，所述组件3的特征在于：二次风加速器302为缩放结构。

6.根据权利要求1所述的超声速气流屏蔽燃烧器，其特征在于，一次风超声速气流在谐振腔z1内产生激波，液体在激波激励下空化破碎形成细小液滴，实现高质量雾化；超声速气流在分流器向火侧形成负压区，卷吸高温烟气，对火焰根部进行加热，实现液体的蒸发与燃烧。

7.根据权利要求2所述的超声速气流屏蔽燃烧器，其特征在于，气流屏蔽区z2的超声速二次风提供燃烧所需氧气并防止燃烧产物向外部扩散，形成气流屏蔽层。

技术总结
一种超声速气流屏蔽燃烧器，其特征在于，所述燃烧器包括以下部分：组件1：由液体通道、旋转接头、旋转喷头和位于液体通道末端的分流器组成；组件2：由超声速一次风通道及位于其内的一次风一级加速器、驱动叶和一次风二级加速器组成；所述组件1和组件2间形成谐振腔；组件3：由二次风通道和位于二次风通道内的加速器组成；所述组件3中超声速二次风形成气流屏蔽层。本发明所提供的超声速气流屏蔽燃烧器内部结构简单，不易堵塞；通过喷头高速旋转，实现液柱的分流破碎；通过超声波空化作用，实现液体高质量雾化；一次风在分流器向火侧形成负压区，卷吸高温烟气；二次风在燃烧场外围形成气流屏蔽层，有效减少烟气外逸，降低污染。

技术研发人员：董长青,李文军,胡笑颖,张俊姣,赵莹,王孝强
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/10