液體燃料噴燒器燃燒頭的製作方法
2023-06-08 06:37:51
專利名稱：液體燃料噴燒器燃燒頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及噴燒器燃燒頭，特別是適用於燃燒低NOX排放的液體燃料的。
背景技術：
已知，液體燃料噴燒器，燃料和助燃物之間的燃燒反應是由燃燒頭產生的，其包括一個管狀導管，可以將助燃液體從一個風機傳輸入燃燒室，助燃液體混合液體燃料被一個或多個噴嘴霧化。
一個已知的點火裝置點燃混合物來開始燃燒。
燃燒頭的一個主要缺陷，從生態上講，是在燃燒時產生可導致汙染的氮氧化合物NOX。
研究氮氧化合物NOX的產生表明其主要產生在高火焰溫度下。
基於這個原因，噴燒器被設計有燃燒頭，在其中通過燃燒頭內部的燃燒氣體和火焰本身的局部再流通，火焰溫度被降低藉助從噴燒頭高速噴出的空氣，氣體在火焰內部再流通，形成一種所謂的「夾帶效應」，通過這個效應，燃燒室內的氣體被牽入火焰中，因為其不參與燃燒反應，且吸收熱量，因此冷卻了火焰從而減少氮氧化合物NOX排放。
已知的將氣體中氮氧化合物降到規範值的解決方法，只是在小尺寸的噴燒器中有好效果，在其中相對於其體積，火焰有一個相當大的表面，很容易被氣體滲入。
相反，在中、大尺寸的噴燒器中，在其中火焰的表面積(就是交換面積)與其體積相比是相當小的，氣體滲入火焰成為問題。
發明內容
本發明的主要目的是解決上述缺陷。
更具體說，本發明的一個目的是提供一種燃燒頭，其與已知燃燒頭相比可以改進助燃空氣和位於燃燒室中的氣體的混合，從而降低氮氧化合物NOX的含量。
本發明的另一目的是提供一個燃燒頭，其使得位於燃燒室中的氣體再循環從而使其與從燃燒區域上升的助燃空氣混合，從而降低火焰溫度。
本發明的另一個目的是提供一種燃燒頭，其與已知燃燒頭相比更有效地混合再循環氣體和助燃空氣。
已知燃燒頭另一個缺陷是在頭的前端形成大量的積碳，其可以阻礙來自噴嘴的燃料噴霧，從而削弱燃燒。
因此本發明進一步的目的是防止形成積碳。
根據本發明所提供的燃燒頭，相對於已知燃燒頭也容易製造。
本發明所提供的噴燒器燃燒頭包括一個提供液體燃料的中央導管，其一端有一個將所述液體燃料在燃燒室內霧化的噴嘴；一個中間導管與所述中央導管同軸並在其外，並與其一起限定了一個第一管道以便輸送第一股助燃流體和一個第二股助燃流體到所述的燃燒室；一個圓柱狀殼體被插入在所述中央導管和所述中間導管之間，並有多個開口以形成所述第二股助燃流體的渦流運動，所述圓柱狀殼體也輸送所述第一股助燃流體到所述噴嘴；一個外部導管與所述中間導管同軸，與其限定了一個第二管道來輸送一個第三股助燃流體到所述燃燒室；燃燒頭的特徵在於還包括一個固定在所述圓柱狀殼體上的蓋子，將所述第一股助燃流體分成至少3個部分。
本發明的非限制性實施例將結合附圖被描述，其中圖1顯示本發明燃燒頭(和相關細部)的縱向整體剖視圖；圖2顯示圖1中燃燒頭的正面透視圖；
圖3顯示圖1、2中燃燒頭的主視圖；圖4A顯示圖1、2、3中燃燒頭的第一細部的後視圖；圖4B顯示圖4A中細部的側視圖；圖4C顯示圖4A中細部的A-A剖視5A顯示圖1、2、3中燃燒頭第二細部的主視圖；圖5B顯示圖5A細部的B-B剖視圖；圖5C顯示圖5A細部的C-C剖視圖；圖6顯示圖1-3中被組合後的燃燒頭，在燃燒室內有一個第三燃燒區，一個第二燃燒區，和一個內部再循環區；圖7顯示圖1-3中被組合後的燃燒頭，在燃燒室內有一個主要燃燒區。
具體實施例方式圖1顯示一個基於本發明的燃燒頭100。
如圖1所示，液體燃料(比如柴油)由一個中央導管1(有一個縱向對稱軸X)被輸送到噴嘴2。
噴嘴2以已知方式將液體燃料在一個燃燒室CC中霧化(見下文)導管1與一個圓柱狀殼體3同軸設置，圓柱體外表面有相同間隔的槽4，其相對於縱向對稱軸X是傾斜的(也見圖4A、4B、4C)。
一些相同間隔的已校準孔5與軸X平行設置於圓柱狀殼體3內部(也見圖4A)，圓柱狀殼體3還包括一個中央通孔FC以便插入中央導管1。
一個與圓柱狀殼體3內徑相同的中間導管6，被固定在圓柱狀殼體3的外表面(與導管1和圓柱狀殼體3同軸)，包括一個從圓柱狀殼體3開始漸縮的錐形部分6a，將在下文解釋細節。
由中央導管1和中間導管6之間限定的一個第一渠道C1，用來輸送助燃流體(比如空氣)到噴嘴2和燃燒室CC。
中央導管6有一個同軸圓柱體7其可以由一個操作員或一個致動器(沒有顯示)通過一個連接到同軸圓柱體7的支架8沿箭頭F顯示的方向軸向滑動。
同軸圓柱體7由已知方法設有一個環圈9，在圖1實施例中，其有一個三角形截面。
一個外部導管10被設置為與軸X、中央導管1、圓柱狀殼體3、中間導管6和同軸圓柱體7同軸，並有一個截錐形邊10a在面對燃燒室CC的自由端終止。
由中間導管6和外導管10之間限定的一個第二渠道C2，用來輸送助燃流體(比如空氣)到燃燒室CC。
如下詳述中，沿第二渠道C2進入燃燒室CC的助燃流體的量的調節是通過一個沿箭頭F所示任一方向簡單移動來調整位於環圈9和截錐形邊10a之間的距離來實現的。
圓柱狀殼體3創新之處是設有一個蓋11。
在圖1中的優選實施例中，蓋11包括兩個不同直徑併疊層的圓柱狀部分11a和11b。具體說，部分11a是被實際固定在圓柱狀殼體3上，其比部分11b直徑大。
如圖5A、5B和5C所示的更多細節，一些相同間隔的已校準的徑向孔12被設於部分11b的圓柱狀外表面11bc；一些相同間隔的狹槽13相對於軸X傾斜(見圖2、3、5A)被設於部分11b的端面11bf。
根據優選方案，狹槽11以與槽4相同的方向傾斜，但不必須相同角度。
在蓋11的部分11b的端面11bf上，一個軸向孔14被正好設在霧化液體燃料從噴嘴2噴出的地方(圖1、2、5A)。
如圖1、6、7所示，蓋11通過位於圓柱狀殼體3上已校準的孔5提供助燃流體。
在實際使用中，一個風扇(沒有顯示)提供一股足夠的助燃流體(比如空氣)，其被導入外導管10充滿整個燃燒頭100。
由於前述的燃燒頭100的幾何形狀，空氣流相對於被分為3個局部流，標稱為第一空氣A1、第二空氣A2和第三空氣A3(圖1、3、6、7)。
更具體的，第一空氣A1和第二空氣A2流入渠道C1內部，而第三空氣A3被沿渠道C2輸送(圖1)。
第一空氣A1的流量是由已校準的孔5的數量和截面決定的，相應的，被進一步分成徑向第一空氣A1r(孔12外)，渦流第一空氣A1sw(狹槽13外)，和軸向第一空氣A1a(中央孔14外)(圖1、3、7。)第二空氣A2的流量由圓柱狀殼體3上的槽4的數量和截面決定。
從圓柱狀殼體3順流而下，第二空氣流A2(其從圓柱狀殼體3順流而下，為了簡便標稱為A2sw)有一個高渦流成分，且其擴張是被包含在錐形部分6a內部。
第三空氣A3的流量是由環圈9和截錐形邊10a之間的距離D決定的，距離D可以如前述調整。
從截錐形邊10a快速順流而下的第三空氣流A3的高動力在周圍流體形成一個夾帶效應。在燃燒中，這個流體包括燃燒產物，其中一些(Fr-圖1、3、6)被空氣流A3帶走並與之混合(見下文)。
燃燒機理如下。
燃料被噴嘴2霧化(圖6)。由於燃料滴具有高動能，只有最小量的被第二空氣流A2sw影響，而大部分都到達了第三空氣流A3。
少量被第二空氣流A2sw影響的燃料對於供應第二燃燒區(圖6)是不夠充分的，其被分開並進一步流向燃燒頭100的末端。第二燃燒區的特徵在於有一個強渦流(和紊流)部分，也由於碳氫化合物片斷的再循環，可確保燃燒穩定，(見下文)。
第二燃燒區的溫度是相當低的(即低於900°K，超過該溫度就是NOX明顯形成的溫度)基於如下兩個理由1.第二空氣A2的流量遠大於第二燃燒區理論上按化學計量所需的條件；過剩的第二空氣A2因此幫助降低第二燃燒區的溫度(事實上，沒捲入燃燒反應的過剩空氣是吸收熱量的)2.在運動部分的高度紊流可以有效地混合助燃物和燃料，可防止局部形成接近助燃物/燃料符合按化學計量所需條件的區域，已知這樣區域可以產生高溫。
另一方面，在常規火焰，第二燃燒區溫度是高的，因為混合情況，其在特定點可以接近所需的化學計量，從而導致形成大量NOX。
由噴嘴2噴灑形成的大部分燃料，為更大、更快的液滴(其有更大動能)，到達第三空氣流A3，在該處形成一個第三燃燒區(圖6)在第三燃燒區，燃燒發生在接近平均按化學計量所需的情況下(與空氣一起或不需空氣)，但是溫度還是由於再循環的氣體Fr的存在而降低了(圖1、6)。
高速第三空氣流A3事實上對燃燒室CC內的燃燒產物有一個夾帶效應。再循環的氣體Fr可以作為熱量吸收者，並與助燃物和再循環氣體混合程度成正比。
在本發明所提供的燃燒頭中，再循環的氣體Fr可以在第三空氣A3捲入燃燒過程之前與之很好混合。
也就是說，錐形部分6a(圖1)(接近其會導致第三空氣A3流動的「柯恩達效應」)使得第三空氣A3和在流動的氣體Fr在其到底第三燃燒區之前有足夠時間和空氣混合。
同時，事實上大部分燃料燃燒所在的第三燃燒區是位於火焰的外部並提供更好的火焰和周圍環境熱交換，因此進一步冷卻火焰。上述現象的組合降低了火焰溫度從而削減了熱型NOX的形成同時，第一空氣流A1和其在蓋11的分布方式形成了第一燃燒區(圖7)主要維持燃燒頭100接近噴嘴2部分的清潔。
也就是說，第二空氣流A2sw的渦流運動在空氣流內部產生了在軸向相對方向(朝向燃燒頭100)的螺旋運動(圖1)。換句話說，第二空氣流A2sw產生了一個中央低壓，其產生了碳氫化合物片斷(已知為部分燃燒的燃料)的內部再循環R1(圖6、7)。
碳氫化合物片斷有高反應性，並給第二燃燒區部分提供燃料幫助穩定火焰。
碳氫化合物片斷有更高的動能，然而設法到達燃燒頭100環繞噴嘴2周圍的部分。因為燃燒頭100的這個部分是被其後的空氣流冷卻的，如果沒有第一燃燒區，碳氫化合物片斷會停在冷表面從而形成積碳，足夠厚的積碳會影響噴嘴2的燃料噴出，進而削弱燃燒。
然而本發明火焰前端向蓋11傾斜(圖7)使得碳氫化合物片斷的燃燒得以完成。
由於第一燃燒區尺寸變小，產生的NOX總量可以忽略不算。
權利要求
1.一個噴燒器燃燒頭(100)包括一個中央導管(1)供應液體燃料，並在其一端設有噴嘴(2)以便在一個燃燒室(CC)內霧化所述液體燃料；一個中間導管(6)與所述中央導管(1)同軸並在其外部，並與其限定了一個第一管道(C1)以便輸送第一股助燃流體(A2)和第二股助燃流體(A2)到所述的燃燒室(CC)；一個圓柱狀殼體(3)被插在所述中央導管(1)和所述中間導管(6)之間，其有多個開口(4)來形成對於所述第二股助燃流體(A2)的渦流運動；所述圓柱狀殼體(3)還向所述噴嘴(2)提供所述第一股助燃流體(A1)；一個外導管(10)與所述中間導管(6)同軸，並與其限定了一個第二管道(C2)向所述燃燒室輸送一個第三股助燃流體(A3)；其特徵在於還包括一個固定在所述圓柱狀殼體(3)上的蓋(11)以便將所述第一股助燃流體(A1)分成至少3個部分(A1r，A1sw，A1a)。
2.如權利要求1所述的噴燒器燃燒頭(100)，其特徵在於所述蓋(11)位於所述中間導管(6)的錐形部分(6a)內。
3.如權利要求1所述的噴燒器燃燒頭(100)，其特徵在於所述蓋(11)包括兩個有不同直徑的疊層圓柱狀部分(11a、11b)。
4.如權利要求3所述的噴燒器燃燒頭(100)，其特徵在於所述的部分(11a)直徑比所述另一部分(11b)大，所述另一部分(11b)被固定在所述圓柱狀殼體(3)上。
5.如權利要求1所述的噴燒器燃燒頭(100)，其特徵在於有複數個相同間隔的已校準的徑向孔(12)被設於所述蓋(11)的一個圓柱狀表面(11bc)上，複數個相同間隔的傾斜的狹槽(13)被設於所述蓋(11)的一個端面(11bf)上。
6.如權利要求5所述的噴燒器燃燒頭(100)，其特徵在於一個軸向孔(14)被設於所述蓋(11)的所述端面(11bf)上霧化的流體燃料從所述噴嘴(2)噴出的位置上。
7.如權利要求1所述的噴燒器燃燒頭(100)，其特徵在於所述第二管道(C2)的出口截面是可調節的。
8.如權利要求7所述的噴燒器燃燒頭(100)，其特徵在於所述第二管道(C2)是通過一個環圈(9)的移動進行調節的。
全文摘要
一種液體燃料噴燒器燃燒頭(100)其除了常規部件還包括一個固定在圓柱狀殼體(3)上的蓋(11)以便將第一空氣流(A1)分成至少3個部分(A1r，A1sw，A1a)，為達到這點，一些相同間隔的已校準的徑向孔(12)被設於蓋(11)的圓柱形表面(11bc)上，一些相同間隔的傾斜的狹槽(13)被設於蓋(11)的端面(11bf)，一個軸向孔(14)也被設於蓋(11)的端面(11bf)上霧化液體燃料從噴嘴(2)出來的位置上。
文檔編號F23D11/36GK1840963SQ20061005799
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月3日 優先權日2005年3月4日
發明者保羅·博洛寧, 麥克·格蘭迪, 弗郎西斯科·瓜爾尼歐, 弗拉維奧·帕斯多雷多, 吉奧瓦尼·斯卡奧 申請人:列洛股份公司