一種基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低污染燃燒室制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低污染燃燒室，包括預(yù)混合段旋流器、進(jìn)氣道、裝配座、燃燒室本體，所述的進(jìn)氣道固定在裝配座的前段，所述的燃燒室本體固定在裝配座的后段，所述的預(yù)混合段旋流器包括固定在裝配座中心安裝孔中的文氏管，以及安裝在文氏管內(nèi)部的一個軸向旋流器；所述軸向旋流器的轉(zhuǎn)軸中空，中間用于通入氣體燃料；在轉(zhuǎn)軸延伸出軸向旋流器后端的設(shè)有徑向開孔，開孔位置位于軸向旋流器與文氏管喉道之間，在此區(qū)域形成燃?xì)忸A(yù)混合段；本發(fā)明專利技術(shù)將預(yù)混和貧油直噴兩種低排放技術(shù)直接耦合，同時兼顧貧油燃燒在低排放上的潛力，保證充分燃燒以降低降低低污染物的排放。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)清潔燃燒領(lǐng)域，尤其是一種基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低污染燃燒室。
技術(shù)介紹
環(huán)境污染，尤其是大氣污染，成為了人類生存的一大威脅。近年來，我國各地霧霾頻發(fā)，嚴(yán)重影響了我們的生活，大氣污染成為不可回避的問題。其中工業(yè)生產(chǎn)活動對大氣污染最為嚴(yán)重，工業(yè)廢氣、生活燃料、交通尾氣等等，而這些污染源歸根結(jié)底是燃料選用和燃燒方式的問題。傳統(tǒng)的燃料選用種類，煤炭和石油是主體，煤炭會在燃燒中產(chǎn)生大量的粉塵，且煤炭的主要元素為碳、氧、氫、氮和硫，所以燃燒后會產(chǎn)生大量的SO2和NOx，當(dāng)不完全的燃燒時還會產(chǎn)生大量的未燃顆粒物；石油及其衍生物作為燃料時，主要會產(chǎn)生SO2、CO2、NOx等污染物。然而天然氣作為新型的清潔能源，燃燒過程中不產(chǎn)生煙塵以及固體排放物，也不產(chǎn)生SO2，其中NOx的排放也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他幾種傳統(tǒng)化石燃料。除了燃料本身的特性，燃燒方式對污染物排放的影響也相當(dāng)顯著。隨著對污染物排放機(jī)理認(rèn)識的不斷加深，研究人員逐漸認(rèn)識到主要排放污染物與燃燒溫度、駐留時間、混氣成分和油氣狀態(tài)間的變化規(guī)律有關(guān)，實現(xiàn)低污染排放的關(guān)鍵是形成均勻的可燃混氣，消除局部熱點以及實現(xiàn)充分燃燒。據(jù)此發(fā)展出了分區(qū)分級燃燒、貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)(Lean Premixed Prevaporized,簡稱LPP)燃燒、富油/快速淬熄/貧油(Rich-Quench-Lean,簡稱 RQL)燃燒、貧油直接噴射(Lean Direct Injection,簡稱 LDI)燃燒等低排放燃燒技術(shù)。其中貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)(LPP)燃燒技術(shù)是將燃料完全蒸發(fā)并混合均勻供入燃燒區(qū)，在燃燒區(qū)實現(xiàn)貧油燃燒，燃燒區(qū)的當(dāng)量比越小越能降低NOX排放，這是已知的低排放潛力最大的燃燒技術(shù)。但LPP燃燒技術(shù)的存在回火、自燃和燃燒不穩(wěn)定等問題，而且在現(xiàn)階段的研究中很難克服，為此出現(xiàn)了貧油直接噴射（LDI）燃燒技術(shù)。貧油直接噴射（LDI）燃燒技術(shù)就是將燃料直接噴入燃燒區(qū)，在噴射點附近形成局部富油區(qū)大大改善了點火特性，隨后，燃料和經(jīng)過旋流器產(chǎn)生的高速旋流形成均勻的貧油混合物，進(jìn)而在燃燒區(qū)充分燃燒，消除局部熱點，降低火焰溫度，達(dá)到低排放的目的。由于不存在燃料預(yù)先混合與蒸發(fā)的過程，因而解決了LPP燃燒技術(shù)中存在的的回火和自燃問題，但LDI燃燒技術(shù)又存在低功率工作時燃燒不穩(wěn)定的問題。美國專利“Premixing dry low NOx emissions combustor with lean direct injection of gas fuel”（US2001049932），提出了一款針對氣態(tài)燃料設(shè)計的雙級燃燒室，主燃級使用預(yù)混的燃燒方式，實現(xiàn)低功率狀態(tài)時的低污染燃燒，二級燃燒室使用直接噴射的方式，利用直接噴射的可靠的工作特性補(bǔ)充大功率時的動力需求。該專利技術(shù)是一種分級燃燒的概念，但是本專利技術(shù)是將預(yù)混和貧油直噴兩種低排放技術(shù)直接耦合，用貧油半預(yù)混的概念來實現(xiàn)燃燒室低污染目標(biāo)。美國專利“Lean direct injection combustor system”（US2009229269），設(shè)計了一套貧油直接噴射的燃燒系統(tǒng)，分別采用殼體內(nèi)空腔和管道來攜帶氧化劑和燃料，直至燃燒室進(jìn)口燃料與氧化劑才真正接觸，然后混合燃燒。該設(shè)計的流道存在過多的阻礙，燃料和空氣均有從大面積通道進(jìn)入多孔結(jié)構(gòu)，流道突然縮小的過程，流動損失較大。因此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低污染燃燒室以改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本專利技術(shù)提供了一種基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低污染燃燒室，通過使用氣態(tài)燃料以及基于貧油半預(yù)混燃燒，同時兼顧貧油燃燒，降低了污染物的排放，同時提高了燃燒效率、燃燒相對穩(wěn)定。本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：一種基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低污染燃燒室，其特征在于，包括預(yù)混合段旋流器、進(jìn)氣道、裝配座、燃燒室本體，所述的進(jìn)氣道固定在裝配座的前段，所述的燃燒室本體固定在裝配座的后段，所述的預(yù)混合段旋流器包括固定在裝配座中心安裝孔中的文氏管，以及安裝在文氏管內(nèi)部的一個軸向旋流器；所述軸向旋流器的轉(zhuǎn)軸中空，中間用于通入氣體燃料；在轉(zhuǎn)軸延伸出軸向旋流器后端的設(shè)有徑向開孔，開孔位置位于軸向旋流器與文氏管喉道之間，在此區(qū)域形成燃?xì)忸A(yù)混合段。通過在轉(zhuǎn)軸的中空通入氣體燃料，然后經(jīng)過徑向開孔噴出，在軸向旋流器與文氏管喉道之間與空氣預(yù)混，將預(yù)混和貧油直噴兩種低排放技術(shù)直接耦合，來實現(xiàn)燃燒室低污染目標(biāo)以及規(guī)避回火與燃燒不穩(wěn)定的缺點，同時兼顧貧油燃燒在低排放上的巨大潛力，保證充分燃燒減少未燃碳?xì)洌档突鹧鏈囟龋植繜狳c以降低NOx。進(jìn)一步改進(jìn)，所述的軸向旋流器滿足旋流數(shù)，其中軸向旋流器主要根據(jù)主要根據(jù)內(nèi)外半徑和壁厚來確定其旋流數(shù)，式中r為軸向旋流器徑向截面位置處的內(nèi)徑，R為徑向截面位置處的外徑，為葉片的阻尼系數(shù)，為葉尖角，根據(jù)式中為對應(yīng)r處的葉尖角，由此可以算出軸線旋流器（6）葉片安裝角。進(jìn)一步改進(jìn)，以文氏管的結(jié)構(gòu)尺寸為基準(zhǔn)，所述的軸向旋流器的出口界面至文氏管喉道的距離與文氏管喉道直徑之比為0.7，軸向旋流器出口面積與文氏管喉道面積之比與為2.2。進(jìn)一步改進(jìn)，所述的進(jìn)氣道、裝配座以及燃燒室本體都是通過法蘭連接，其中法蘭之間加墊片，保證了良好的氣密性。進(jìn)一步改進(jìn)，所述的固定方式為在混合段的旋流器設(shè)有兩個凸臺，分別為第一凸臺和第二凸臺，安裝座設(shè)有一個第三凸臺以及兩個階梯槽，分別為第一階梯槽和第二階梯槽，其中第一階梯槽和第一凸臺對應(yīng)，配合可以定位預(yù)混合段旋流器，第二凸臺和擋板配合，以固定預(yù)混合段旋流器，第三凸臺通過第三階梯槽與燃燒室本體配合，保證氣密性和同軸性，第三凸臺用以固定擋板，擋板和第三凸臺以及旋流器出口平面在同一個水平面上，裝配座靠近進(jìn)氣頭部方向有一個第四凸臺，通過第四凸臺使得裝配座很好的和進(jìn)氣道配合，進(jìn)一步保證了很好的氣密性和同軸性。本專利技術(shù)的基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低污染燃燒室使用氣態(tài)天然氣，相比于其它傳統(tǒng)石化燃料，幾乎不會產(chǎn)生粉塵和固體排放物，不含硫，燃燒不會產(chǎn)生SO2， NOx的排放也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它燃料，能夠大大降低對大氣環(huán)境的污染；同時，相對于液態(tài)燃料，避免了燃油霧化等帶來的油氣分布不均，有利于可燃混氣的形成，容易與空氣均勻混合，有效的消除局部熱點，大大降低污染物的排放，氣態(tài)燃料與空氣易形成均勻混氣，能夠充分發(fā)揮低排放的燃燒室的優(yōu)勢；燃料垂直進(jìn)氣空氣入射，點火前進(jìn)行短距離的預(yù)混，利用燃料的不均勻分布保證可靠的點火和燃燒穩(wěn)定性，點火后，旋流器產(chǎn)生的旋流會繼續(xù)帶著燃料進(jìn)行混合，燃燒方式介于預(yù)混燃燒與擴(kuò)散燃燒之間，充分混合均勻的可燃混氣進(jìn)行充分燃燒后能進(jìn)一步有效降低污染物的排放；并且燃燒室設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單緊湊、加工工藝與裝配簡單，主要包含旋流器、文氏管、中空轉(zhuǎn)軸和前后主要通道；并且可以應(yīng)用到傳統(tǒng)燃料的諸多燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的領(lǐng)域中，如工業(yè)發(fā)電、城市供暖；也可應(yīng)用于民用航空發(fā)動機(jī)低排放燃燒領(lǐng)域。附圖說明圖1為本專利技術(shù)基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低排放燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低排放燃燒室的預(yù)混合段旋流器及轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本專利技術(shù)基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低排放燃燒室的裝配座的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本專利技術(shù)基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低排放燃燒室的進(jìn)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低污染燃燒室，其特征在于，包括預(yù)混合段旋流器（1）、進(jìn)氣道（3）、裝配座（4）、燃燒室本體（5），所述的進(jìn)氣道（3）固定在裝配座（4）的前段，所述的燃燒室本體（5）固定在裝配座（4）的后段，所述的預(yù)混合段旋流器（1）包括固定在裝配座（4）中心安裝孔中的文氏管（7），以及安裝在文氏管（7）內(nèi)部的一個軸向旋流器（6）；所述軸向旋流器（6）的轉(zhuǎn)軸（2）中空，中間用于通入氣體燃料；在轉(zhuǎn)軸（2）延伸出軸向旋流器（6）后端的設(shè)有徑向開孔，開孔位置位于軸向旋流器（6）與文氏管（7）喉道之間，在此區(qū)域形成燃?xì)忸A(yù)混合段。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低污染燃燒室，其特征在于，包括預(yù)混合段旋流器（1）、進(jìn)氣道（3）、裝配座（4）、燃燒室本體（5），所述的進(jìn)氣道（3）固定在裝配座（4）的前段，所述的燃燒室本體（5）固定在裝配座（4）的后段，所述的預(yù)混合段旋流器（1）包括固定在裝配座（4）中心安裝孔中的文氏管（7），以及安裝在文氏管（7）內(nèi)部的一個軸向旋流器（6）；所述軸向旋流器（6）的轉(zhuǎn)軸（2）中空，中間用于通入氣體燃料；在轉(zhuǎn)軸（2）延伸出軸向旋流器（6）后端的設(shè)有徑向開孔，開孔位置位于軸向旋流器（6）與文氏管（7）喉道之間，在此區(qū)域形成燃?xì)忸A(yù)混合段。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低污染燃燒室，其特征在于，所述的軸向旋流器（6）滿足旋流數(shù)，式中r為軸向旋流器（6）徑向截面位置處的內(nèi)徑，R為徑向截面位置處的外徑，為葉片的阻尼系數(shù)，為葉尖角。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于貧油半預(yù)混燃燒的天然氣低污染燃燒室，其特征在于，以文氏管（7）的結(jié)構(gòu)尺寸為基準(zhǔn)，所述的軸向旋流器（6）的出口界面至文氏管喉道的距離與文氏管（7）...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李建中，李文杰，任勇智，胡閣，鞏二磊，
申請(專利權(quán))人：南京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32