專利名稱：液體燃料噴燒器燃燒頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴燒器燃燒頭，特別是適用于燃燒低NOX排放的液體燃料的。
背景技術(shù)：
已知，液體燃料噴燒器，燃料和助燃物之間的燃燒反應(yīng)是由燃燒頭產(chǎn)生的，其包括一個(gè)管狀導(dǎo)管，可以將助燃液體從一個(gè)風(fēng)機(jī)傳輸入燃燒室，助燃液體混合液體燃料被一個(gè)或多個(gè)噴嘴霧化。
一個(gè)已知的點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃混合物來(lái)開(kāi)始燃燒。
燃燒頭的一個(gè)主要缺陷，從生態(tài)上講，是在燃燒時(shí)產(chǎn)生可導(dǎo)致污染的氮氧化合物NOX。
研究氮氧化合物NOX的產(chǎn)生表明其主要產(chǎn)生在高火焰溫度下。
基于這個(gè)原因，噴燒器被設(shè)計(jì)有燃燒頭，在其中通過(guò)燃燒頭內(nèi)部的燃燒氣體和火焰本身的局部再流通，火焰溫度被降低借助從噴燒頭高速噴出的空氣，氣體在火焰內(nèi)部再流通，形成一種所謂的“夾帶效應(yīng)”，通過(guò)這個(gè)效應(yīng)，燃燒室內(nèi)的氣體被牽入火焰中，因?yàn)槠洳粎⑴c燃燒反應(yīng)，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(guī)范值的解決方法，只是在小尺寸的噴燒器中有好效果，在其中相對(duì)于其體積，火焰有一個(gè)相當(dāng)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(dāng)小的，氣體滲入火焰成為問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是解決上述缺陷。
更具體說(shuō)，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種燃燒頭，其與已知燃燒頭相比可以改進(jìn)助燃空氣和位于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(fā)明的另一目的是提供一個(gè)燃燒頭，其使得位于燃燒室中的氣體再循環(huán)從而使其與從燃燒區(qū)域上升的助燃空氣混合，從而降低火焰溫度。
本發(fā)明的另一個(gè)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(huán)氣體和助燃空氣。
已知燃燒頭另一個(gè)缺陷是在頭的前端形成大量的積碳，其可以阻礙來(lái)自噴嘴的燃料噴霧，從而削弱燃燒。
因此本發(fā)明進(jìn)一步的目的是防止形成積碳。
根據(jù)本發(fā)明所提供的燃燒頭，相對(duì)于已知燃燒頭也容易制造。
本發(fā)明所提供的噴燒器燃燒頭包括一個(gè)提供液體燃料的中央導(dǎo)管，其一端有一個(gè)將所述液體燃料在燃燒室內(nèi)霧化的噴嘴；一個(gè)中間導(dǎo)管與所述中央導(dǎo)管同軸并在其外，并與其一起限定了一個(gè)第一管道以便輸送第一股助燃流體和一個(gè)第二股助燃流體到所述的燃燒室；一個(gè)圓柱狀殼體被插入在所述中央導(dǎo)管和所述中間導(dǎo)管之間，并有多個(gè)開(kāi)口以形成所述第二股助燃流體的渦流運(yùn)動(dòng)，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(gè)外部導(dǎo)管與所述中間導(dǎo)管同軸，與其限定了一個(gè)第二管道來(lái)輸送一個(gè)第三股助燃流體到所述燃燒室；燃燒頭的特征在于還包括一個(gè)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(gè)部分。


本發(fā)明的非限制性實(shí)施例將結(jié)合附圖被描述，其中圖1顯示本發(fā)明燃燒頭(和相關(guān)細(xì)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(xì)部的后視圖；圖4B顯示圖4A中細(xì)部的側(cè)視圖；圖4C顯示圖4A中細(xì)部的A-A剖視5A顯示圖1、2、3中燃燒頭第二細(xì)部的主視圖；圖5B顯示圖5A細(xì)部的B-B剖視圖；圖5C顯示圖5A細(xì)部的C-C剖視圖；圖6顯示圖1-3中被組合后的燃燒頭，在燃燒室內(nèi)有一個(gè)第三燃燒區(qū)，一個(gè)第二燃燒區(qū)，和一個(gè)內(nèi)部再循環(huán)區(qū)；圖7顯示圖1-3中被組合后的燃燒頭，在燃燒室內(nèi)有一個(gè)主要燃燒區(qū)。
具體實(shí)施例方式圖1顯示一個(gè)基于本發(fā)明的燃燒頭100。
如圖1所示，液體燃料(比如柴油)由一個(gè)中央導(dǎo)管1(有一個(gè)縱向?qū)ΨQ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(gè)燃燒室CC中霧化(見(jiàn)下文)導(dǎo)管1與一個(gè)圓柱狀殼體3同軸設(shè)置，圓柱體外表面有相同間隔的槽4，其相對(duì)于縱向?qū)ΨQ軸X是傾斜的(也見(jiàn)圖4A、4B、4C)。
一些相同間隔的已校準(zhǔn)孔5與軸X平行設(shè)置于圓柱狀殼體3內(nèi)部(也見(jiàn)圖4A)，圓柱狀殼體3還包括一個(gè)中央通孔FC以便插入中央導(dǎo)管1。
一個(gè)與圓柱狀殼體3內(nèi)徑相同的中間導(dǎo)管6，被固定在圓柱狀殼體3的外表面(與導(dǎo)管1和圓柱狀殼體3同軸)，包括一個(gè)從圓柱狀殼體3開(kāi)始漸縮的錐形部分6a，將在下文解釋細(xì)節(jié)。
由中央導(dǎo)管1和中間導(dǎo)管6之間限定的一個(gè)第一渠道C1，用來(lái)輸送助燃流體(比如空氣)到噴嘴2和燃燒室CC。
中央導(dǎo)管6有一個(gè)同軸圓柱體7其可以由一個(gè)操作員或一個(gè)致動(dòng)器(沒(méi)有顯示)通過(guò)一個(gè)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(dòng)。
同軸圓柱體7由已知方法設(shè)有一個(gè)環(huán)圈9，在圖1實(shí)施例中，其有一個(gè)三角形截面。
一個(gè)外部導(dǎo)管10被設(shè)置為與軸X、中央導(dǎo)管1、圓柱狀殼體3、中間導(dǎo)管6和同軸圓柱體7同軸，并有一個(gè)截錐形邊10a在面對(duì)燃燒室CC的自由端終止。
由中間導(dǎo)管6和外導(dǎo)管10之間限定的一個(gè)第二渠道C2，用來(lái)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(jìn)入燃燒室CC的助燃流體的量的調(diào)節(jié)是通過(guò)一個(gè)沿箭頭F所示任一方向簡(jiǎn)單移動(dòng)來(lái)調(diào)整位于環(huán)圈9和截錐形邊10a之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
圓柱狀殼體3創(chuàng)新之處是設(shè)有一個(gè)蓋11。
在圖1中的優(yōu)選實(shí)施例中，蓋11包括兩個(gè)不同直徑并疊層的圓柱狀部分11a和11b。具體說(shuō)，部分11a是被實(shí)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(xì)節(jié)，一些相同間隔的已校準(zhǔn)的徑向孔12被設(shè)于部分11b的圓柱狀外表面11bc；一些相同間隔的狹槽13相對(duì)于軸X傾斜(見(jiàn)圖2、3、5A)被設(shè)于部分11b的端面11bf。
根據(jù)優(yōu)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(gè)軸向孔14被正好設(shè)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(guò)位于圓柱狀殼體3上已校準(zhǔn)的孔5提供助燃流體。
在實(shí)際使用中，一個(gè)風(fēng)扇(沒(méi)有顯示)提供一股足夠的助燃流體(比如空氣)，其被導(dǎo)入外導(dǎo)管10充滿整個(gè)燃燒頭100。
由于前述的燃燒頭100的幾何形狀，空氣流相對(duì)于被分為3個(gè)局部流，標(biāo)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(nèi)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(zhǔn)的孔5的數(shù)量和截面決定的，相應(yīng)的，被進(jìn)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(shù)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(jiǎn)便標(biāo)稱為A2sw)有一個(gè)高渦流成分，且其擴(kuò)張是被包含在錐形部分6a內(nèi)部。
第三空氣A3的流量是由環(huán)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(diào)整。
從截錐形邊10a快速順流而下的第三空氣流A3的高動(dòng)力在周圍流體形成一個(gè)夾帶效應(yīng)。在燃燒中，這個(gè)流體包括燃燒產(chǎn)物，其中一些(Fr-圖1、3、6)被空氣流A3帶走并與之混合(見(jiàn)下文)。
燃燒機(jī)理如下。
燃料被噴嘴2霧化(圖6)。由于燃料滴具有高動(dòng)能，只有最小量的被第二空氣流A2sw影響，而大部分都到達(dá)了第三空氣流A3。
少量被第二空氣流A2sw影響的燃料對(duì)于供應(yīng)第二燃燒區(qū)(圖6)是不夠充分的，其被分開(kāi)并進(jìn)一步流向燃燒頭100的末端。第二燃燒區(qū)的特征在于有一個(gè)強(qiáng)渦流(和紊流)部分，也由于碳?xì)浠衔锲瑪嗟脑傺h(huán)，可確保燃燒穩(wěn)定，(見(jiàn)下文)。
第二燃燒區(qū)的溫度是相當(dāng)?shù)偷?即低于900°K，超過(guò)該溫度就是NOX明顯形成的溫度)基于如下兩個(gè)理由1.第二空氣A2的流量遠(yuǎn)大于第二燃燒區(qū)理論上按化學(xué)計(jì)量所需的條件；過(guò)剩的第二空氣A2因此幫助降低第二燃燒區(qū)的溫度(事實(shí)上，沒(méi)卷入燃燒反應(yīng)的過(guò)剩空氣是吸收熱量的)2.在運(yùn)動(dòng)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(xué)計(jì)量所需條件的區(qū)域，已知這樣區(qū)域可以產(chǎn)生高溫。
另一方面，在常規(guī)火焰，第二燃燒區(qū)溫度是高的，因?yàn)榛旌锨闆r，其在特定點(diǎn)可以接近所需的化學(xué)計(jì)量，從而導(dǎo)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(dòng)能)，到達(dá)第三空氣流A3，在該處形成一個(gè)第三燃燒區(qū)(圖6)在第三燃燒區(qū)，燃燒發(fā)生在接近平均按化學(xué)計(jì)量所需的情況下(與空氣一起或不需空氣)，但是溫度還是由于再循環(huán)的氣體Fr的存在而降低了(圖1、6)。
高速第三空氣流A3事實(shí)上對(duì)燃燒室CC內(nèi)的燃燒產(chǎn)物有一個(gè)夾帶效應(yīng)。再循環(huán)的氣體Fr可以作為熱量吸收者，并與助燃物和再循環(huán)氣體混合程度成正比。
在本發(fā)明所提供的燃燒頭中，再循環(huán)的氣體Fr可以在第三空氣A3卷入燃燒過(guò)程之前與之很好混合。
也就是說(shuō)，錐形部分6a(圖1)(接近其會(huì)導(dǎo)致第三空氣A3流動(dòng)的“柯恩達(dá)效應(yīng)”)使得第三空氣A3和在流動(dòng)的氣體Fr在其到底第三燃燒區(qū)之前有足夠時(shí)間和空氣混合。
同時(shí)，事實(shí)上大部分燃料燃燒所在的第三燃燒區(qū)是位于火焰的外部并提供更好的火焰和周圍環(huán)境熱交換，因此進(jìn)一步冷卻火焰。上述現(xiàn)象的組合降低了火焰溫度從而削減了熱型NOX的形成同時(shí)，第一空氣流A1和其在蓋11的分布方式形成了第一燃燒區(qū)(圖7)主要維持燃燒頭100接近噴嘴2部分的清潔。
也就是說(shuō)，第二空氣流A2sw的渦流運(yùn)動(dòng)在空氣流內(nèi)部產(chǎn)生了在軸向相對(duì)方向(朝向燃燒頭100)的螺旋運(yùn)動(dòng)(圖1)。換句話說(shuō)，第二空氣流A2sw產(chǎn)生了一個(gè)中央低壓，其產(chǎn)生了碳?xì)浠衔锲瑪?已知為部分燃燒的燃料)的內(nèi)部再循環(huán)R1(圖6、7)。
碳?xì)浠衔锲瑪嘤懈叻磻?yīng)性，并給第二燃燒區(qū)部分提供燃料幫助穩(wěn)定火焰。
碳?xì)浠衔锲瑪嘤懈叩膭?dòng)能，然而設(shè)法到達(dá)燃燒頭100環(huán)繞噴嘴2周圍的部分。因?yàn)槿紵^100的這個(gè)部分是被其后的空氣流冷卻的，如果沒(méi)有第一燃燒區(qū)，碳?xì)浠衔锲瑪鄷?huì)停在冷表面從而形成積碳，足夠厚的積碳會(huì)影響噴嘴2的燃料噴出，進(jìn)而削弱燃燒。
然而本發(fā)明火焰前端向蓋11傾斜(圖7)使得碳?xì)浠衔锲瑪嗟娜紵靡酝瓿伞?br> 由于第一燃燒區(qū)尺寸變小，產(chǎn)生的NOX總量可以忽略不算。
權(quán)利要求
1.一個(gè)噴燒器燃燒頭(100)包括一個(gè)中央導(dǎo)管(1)供應(yīng)液體燃料，并在其一端設(shè)有噴嘴(2)以便在一個(gè)燃燒室(CC)內(nèi)霧化所述液體燃料；一個(gè)中間導(dǎo)管(6)與所述中央導(dǎo)管(1)同軸并在其外部，并與其限定了一個(gè)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(gè)圓柱狀殼體(3)被插在所述中央導(dǎo)管(1)和所述中間導(dǎo)管(6)之間，其有多個(gè)開(kāi)口(4)來(lái)形成對(duì)于所述第二股助燃流體(A2)的渦流運(yùn)動(dòng)；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(gè)外導(dǎo)管(10)與所述中間導(dǎo)管(6)同軸，并與其限定了一個(gè)第二管道(C2)向所述燃燒室輸送一個(gè)第三股助燃流體(A3)；其特征在于還包括一個(gè)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(gè)部分(A1r，A1sw，A1a)。
2.如權(quán)利要求1所述的噴燒器燃燒頭(100)，其特征在于所述蓋(11)位于所述中間導(dǎo)管(6)的錐形部分(6a)內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的噴燒器燃燒頭(100)，其特征在于所述蓋(11)包括兩個(gè)有不同直徑的疊層圓柱狀部分(11a、11b)。
4.如權(quán)利要求3所述的噴燒器燃燒頭(100)，其特征在于所述的部分(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(quán)利要求1所述的噴燒器燃燒頭(100)，其特征在于有復(fù)數(shù)個(gè)相同間隔的已校準(zhǔn)的徑向孔(12)被設(shè)于所述蓋(11)的一個(gè)圓柱狀表面(11bc)上，復(fù)數(shù)個(gè)相同間隔的傾斜的狹槽(13)被設(shè)于所述蓋(11)的一個(gè)端面(11bf)上。
6.如權(quán)利要求5所述的噴燒器燃燒頭(100)，其特征在于一個(gè)軸向孔(14)被設(shè)于所述蓋(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(quán)利要求1所述的噴燒器燃燒頭(100)，其特征在于所述第二管道(C2)的出口截面是可調(diào)節(jié)的。
8.如權(quán)利要求7所述的噴燒器燃燒頭(100)，其特征在于所述第二管道(C2)是通過(guò)一個(gè)環(huán)圈(9)的移動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。
全文摘要
一種液體燃料噴燒器燃燒頭(100)其除了常規(guī)部件還包括一個(gè)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(gè)部分(A1r，A1sw，A1a)，為達(dá)到這點(diǎn)，一些相同間隔的已校準(zhǔn)的徑向孔(12)被設(shè)于蓋(11)的圓柱形表面(11bc)上，一些相同間隔的傾斜的狹槽(13)被設(shè)于蓋(11)的端面(11bf)，一個(gè)軸向孔(14)也被設(shè)于蓋(11)的端面(11bf)上霧化液體燃料從噴嘴(2)出來(lái)的位置上。
文檔編號(hào)F23D11/36GK1840963SQ20061005799
公開(kāi)日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)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(qǐng)人:列洛股份公司