本發(fā)明涉及氣體混合裝置，特別涉及一種使用管內混合器的多管氣態(tài)燃料摻混器。

背景技術：

隨著社會的發(fā)展，人們對于能源的高效利用以及環(huán)保的要求越來越高。而常規(guī)的化石燃料仍然占有相當大的比例，其產生的二氧化碳和污染物排放造成了很大的環(huán)境壓力，因此人們提倡節(jié)能減排，一方面發(fā)展太陽能、風能等新型能源，減少碳排放；另一方面對希望化石燃料的燃料利用能夠更加高效，污染排放更低。然而太陽能、風能這類新能源因其自然特性以及現階段技術限制，還不適于大規(guī)模推廣。因此更加高效地利用化石燃料，使其污染物的排放更低，是現階段最可行的方法。

鍋爐以及工業(yè)爐作為最重要的應用燃燒的熱能動力設備之一，它使用面廣，包括供暖、電力、冶金、建筑、化工、以及余熱利用等方面。我國鍋爐和工業(yè)爐總量巨大，而且現在設備大多耗能量多、效率偏低，排放污染物量大，不僅消耗大量的煤和石油，同時向大氣中排放大量固體顆粒物以及氣體污染物。

天然氣等氣體燃料是一種高效、優(yōu)質、清潔的氣體燃料，在鍋爐或其他熱能設備上面具有很好的前景。預混燃燒可以提高燃燒效率，有效的增強火焰強度。與此同時，預混燃燒也可以使燃燒在一個比較大的當量比范圍內進行。如專利CN206001524U公開的一種燃燒室徑向兩級旋流噴嘴，能夠提高燃燒穩(wěn)定性。但是，目前常用的天然氣裝置，主要為擴散燃燒以及不完全的預混燃燒，存在著局部當量比偏高、溫度分布不均從而導致排放物增多的缺點。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本發(fā)明提供一種使用管內混合器的多管氣態(tài)燃料摻混器，以提高燃燒效率，降低污染物排放。

本發(fā)明提供的一種使用管內混合器的多管氣態(tài)燃料摻混器，包括殼體，該殼體內沿徑向同軸設置有中心燃料通道、外圍燃料通道和環(huán)形空氣通道；所述中心燃料通道包括中心燃料輸送管，和連接在該中心燃料輸送管末端的中心燃料噴嘴，且在所述中心燃料噴嘴的末端設置有中心燃料噴射孔；所述外圍燃料通道包括外圍燃料輸送管，和連接在該外圍燃料輸送管外壁上的若干周向布置的外圍燃料噴嘴，且在所述外圍燃料噴嘴的末端設置有外圍燃料噴射孔；所述環(huán)形空氣通道包括外圍空氣通道和中心空氣通道，所述外圍空氣通道和中心空氣通道內分別設置有外圍旋流裝置和中心旋流裝置；所述外圍旋流裝置包括若干周向均布的管道，且在該管道內軸向布置有若干管內混合器。

優(yōu)選地，所述管內混合器為扭轉葉片。

優(yōu)選地，所述扭轉葉片的扭轉角度為0-180°。

優(yōu)選地，所述管道的直徑為15-150mm。

優(yōu)選地，所述中心燃料通道的末端設置有預混腔，以將從所述中心燃料噴射孔噴出的燃料與經所述中心旋流裝置旋流的空氣混合。

優(yōu)選地，所述預混腔包括設置在所述中心燃料噴嘴徑向外側的第一分隔板，和設置在該第一分隔板徑向外側的第二分隔板，所述第一分隔板和第二分隔板均與中心燃料噴嘴同軸布置。

優(yōu)選地，所述第一分隔板的內壁和中心燃料噴嘴的外壁之間設置有所述中心旋流裝置。

優(yōu)選地，所述中心旋流裝置是軸向旋流裝置或徑向旋流裝置。

優(yōu)選地，所述外圍燃料噴射孔的位置為徑向朝內側、徑向朝外側、周向朝下游或幾者結合。

優(yōu)選地，所述中心空氣通道和外圍空氣通道的限流面積比為1：5至1：10。

本發(fā)明提供的一種使用管內混合器的多管氣態(tài)燃料摻混器的工作原理如下，中心燃料途經中心燃料通道，由中心燃料輸送管到達中心燃料噴嘴，由中心燃料噴嘴上的中心燃料噴射孔噴出；外圍燃料途經外圍燃料通道，由外圍燃料輸送管到達外圍燃料噴嘴，由外圍燃料噴射孔噴出；空氣進入環(huán)形空氣通道，一部分進入外圍空氣通道，其余進入中心空氣通道；進入中心空氣通道的空氣經中心旋流裝置旋流后，與中心燃料噴射孔噴出的燃料一起進入下游進行點火燃燒；進入外圍空氣通道的空氣與外圍燃料噴射孔噴出的燃料，經管道內的管內混合器加強摻混后，進入下游燃燒。

本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)外圍旋流裝置能夠強化燃料和空氣的旋流混合，通過燃料與空氣的預混降低排放；外圍通道的多管預混模式，可以將外圍空氣等分為多份，在每個管道中分別進行與燃料的預混，可使得燃料和空氣摻混的更加均勻，進一步降低污染排放；管內混合器的應用，進一步加強了燃料和空氣摻混的均勻性，達到短距離均勻混合；

(2)管內混合器采用扭轉葉片的形式，可以使得燃料和空氣在流動的過程中，不斷改變流向，不僅可以促使空氣和燃料加快摻混，還可以延長燃料和空氣混合物通過管道的時間，使得空氣和燃料摻混時間加長，有利于二者摻混均勻；

(3)外圍旋流裝置和中心旋流裝置沿徑向分兩級布置，保證摻混效果的同時，匹配噴嘴出口的速度分布。通過兩級旋流裝置保證噴嘴出口速度分布合理、燃料空氣摻混均勻，合理控制燃燒區(qū)域，維持燃燒室內部流場結構，從而保證燃燒的穩(wěn)定性和良好的排放性能；

(4)中心燃料通道能夠通過中心燃料噴射方式配合中心旋流裝置以及預混腔，使中心和外圍從流動起就解耦，實現噴射擴散燃燒+旋流火焰的燃燒模式，達到可靠點火和最大量降低排放的效果；

(5)以外圍空氣通道的面積限定外圍空氣通道的氣流速度，保證外周側氣流速度型分布，從而持續(xù)穩(wěn)定的燃燒，保證整個燃燒室在調節(jié)過程中不熄火；

(6)中心燃料噴嘴和外圍燃料噴嘴單獨調節(jié)，配合各燃料噴射孔位置和大小的調整，能夠為噴嘴提供更寬的設計空間，滿足不同燃料和空氣摻混的需要。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分并不一定按照實際的比例繪制。

圖1為本發(fā)明所述一種使用管內混合器的多管氣態(tài)燃料摻混器的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明所述一種使用管內混合器的多管氣態(tài)燃料摻混器的三維結構圖；

圖3為圖1中所示管道和管內混合器的三維結構圖；

圖4為圖3中管內混合器的結構圖。

附圖標記：

1-殼體；2-中心燃料通道；3-外圍燃料通道；4-環(huán)形空氣通道；5-外圍旋流裝置；6-中心旋流裝置；7-預混腔；

21-中心燃料輸送管；22-中心燃料噴嘴；31-外圍燃料輸送管；32-外圍燃料噴嘴；41-外圍空氣通道；42-中心空氣通道；51-管道；52-管內混合器；71-第一分隔板；72-第二分隔板；

221-中心燃料噴射孔；321-外圍燃料噴射孔；521-扭轉葉片。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發(fā)明技術方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，因此只作為示例，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明一實施例提供的一種使用管內混合器的多管氣態(tài)燃料摻混器，包括管狀的殼體1，在該殼體1內部徑向同軸設置有中心燃料通道2、外圍燃料通道3和環(huán)形空氣通道4，其中，外圍燃料通道3套設在中心燃料通道2的外周，中心燃料通道2包括沿殼體中心軸線布置的中心燃料輸送管21，和連接在該中心燃料輸送管21末端的中心燃料噴嘴22，且在該中心燃料噴嘴22的末端設置有中心燃料噴射孔221；外圍燃料通道3包括外圍燃料輸送管31，和連接在該外圍燃料輸送管31外壁上的8個周向布置的外圍燃料噴嘴32，且在所述外圍燃料噴嘴32的末端設置有外圍燃料噴射孔321；所述環(huán)形空氣通道4包括外圍空氣通道41和中心空氣通道42，在殼體1內設有8個周向均布的管道51，各管道51內周的空間形成所述外圍空氣通道4，外圍空氣進入各管道51內，并從管道51的末端排出，在該管道51內軸向布置有若干管內混合器52；上述管道51和管內混合器52形成了外圍旋流裝置5；中心空氣通道42內設置有中心旋流裝置6。

本實施例中，中心燃料途經中心燃料通道2，由中心燃料輸送管21到達中心燃料噴嘴22，由中心燃料噴嘴22上的中心燃料噴射孔221噴出；外圍燃料途經外圍燃料通道3，由外圍燃料輸送管31到達外圍燃料噴嘴32，由外圍燃料噴射孔321噴出；空氣由殼體進氣端進入環(huán)形空氣通道4，一部分進入外圍空氣通道41，其余進入中心空氣通道42；進入中心空氣通道42的空氣經中心旋流裝置6旋流后，與中心燃料噴射孔221噴出的燃料一起進入下游進行點火燃燒；進入外圍空氣通道41的空氣與外圍燃料噴射孔321噴出的燃料，經管道51內的管內混合器52加強摻混后，進入下游燃燒。

上述外圍旋流裝置5能夠強化燃料和空氣的旋流混合，通過燃料與空氣的預混降低排放；外圍通道的多管預混模式，可以將外圍空氣等分為多份，在每個管道51中分別進行與燃料的預混，可使得燃料和空氣摻混的更加均勻，進一步降低污染排放；管內混合器52的應用，進一步加強了燃料和空氣摻混的均勻性，達到短距離均勻混合。

具體地，參照圖3和圖4，上述管內混合器52采用多個扭轉葉片521，該扭轉葉片521的扭轉角度為0-180°，該扭轉葉片521所適用的管道51的直徑為15-150mm，在安裝時，可以根據實際情況，選擇將相鄰扭轉葉片521按其扭轉方向正反交錯布置(如圖4所示)，或者按扭轉方向一致布置形成平滑連貫的旋轉曲面。采用扭轉葉片521可以使得燃料和空氣在流動的過程中，不斷改變流向，不僅可以促使空氣和燃料加快摻混，還可以延長燃料和空氣混合物通過管道51的時間，使得空氣和燃料摻混時間加長，有利于二者摻混均勻。

進一步地，上述中心燃料通道2的末端設置有預混腔7，以將從中心燃料噴射孔221噴出的燃料與經中心旋流裝置6旋流的空氣混合，并進入下游點火燃燒，達到可靠點火的效果；所述預混腔相對于管道51出口向內凹，該預混腔7包括設置在中心燃料噴嘴22徑向外側的第一分隔板71，和設置在該第一分隔板71徑向外側的第二分隔板72，所述第一分隔板71和第二分隔板72均與中心燃料噴嘴22同軸布置，所述第一、二分隔板限定形成了所述預混腔空間區(qū)域。

上述第一分隔板71的內壁和中心燃料噴嘴22的外壁之間設置有所述中心旋流裝置6，該中心旋流裝置6可以是軸向旋流或徑向旋流，具體的形式可以為葉片式或斜切孔式。

上述外圍燃料噴射孔321的位置可以為徑向朝內側、徑向朝外側、周向朝下游或幾者結合，可根據實際情況對其進行合理設計。

此外，上述中心空氣通道42和外圍空氣通道41的限流面積比可選為1：5至1：10。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明實施例技術方案的范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求和說明書的范圍當中。