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

背景技術(shù)：

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(dāng)大的比例，其產(chǎn)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(fēng)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(fēng)能這類新能源因其自然特性以及現(xiàn)階段技術(shù)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(xiàn)階段最可行的方法。

鍋爐以及工業(yè)爐作為最重要的應(yīng)用燃燒的熱能動力設(shè)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(xiàn)在設(shè)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(zhì)、清潔的氣體燃料，在鍋爐或其他熱能設(shè)備上面具有很好的前景。預(yù)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(yù)混燃燒也可以使燃燒在一個比較大的當(dāng)量比范圍內(nèi)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(yù)混燃燒，存在著局部當(dāng)量比偏高、溫度分布不均從而導(dǎo)致排放物增多的缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種使用管內(nèi)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(nèi)混合器的多管氣態(tài)燃料摻混器，包括殼體，該殼體內(nèi)沿徑向同軸設(shè)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(shè)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(shè)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(nèi)分別設(shè)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(nèi)軸向布置有若干管內(nèi)混合器。

優(yōu)選地，所述管內(nèi)混合器為扭轉(zhuǎn)葉片。

優(yōu)選地，所述扭轉(zhuǎn)葉片的扭轉(zhuǎn)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(shè)置有預(yù)混腔，以將從所述中心燃料噴射孔噴出的燃料與經(jīng)所述中心旋流裝置旋流的空氣混合。

優(yōu)選地，所述預(yù)混腔包括設(shè)置在所述中心燃料噴嘴徑向外側(cè)的第一分隔板，和設(shè)置在該第一分隔板徑向外側(cè)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(nèi)壁和中心燃料噴嘴的外壁之間設(shè)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(nèi)側(cè)、徑向朝外側(cè)、周向朝下游或幾者結(jié)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(nèi)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)管道內(nèi)的管內(nèi)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(yù)混降低排放；外圍通道的多管預(yù)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(yù)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(nèi)混合器的應(yīng)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(nèi)混合器采用扭轉(zhuǎn)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(nèi)部流場結(jié)構(gòu)，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(yù)混腔，使中心和外圍從流動起就解耦，實現(xiàn)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(cè)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(diào)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(diào)節(jié)，配合各燃料噴射孔位置和大小的調(diào)整，能夠為噴嘴提供更寬的設(shè)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(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)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(biāo)記標(biāo)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(nèi)混合器的多管氣態(tài)燃料摻混器的結(jié)構(gòu)示意圖；

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

圖3為圖1中所示管道和管內(nèi)混合器的三維結(jié)構(gòu)圖；

圖4為圖3中管內(nèi)混合器的結(jié)構(gòu)圖。

附圖標(biāo)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(yù)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(nèi)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(zhuǎn)葉片。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案的實施例進行詳細(xì)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(shù)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(nèi)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(nèi)部徑向同軸設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(nèi)設(shè)有8個周向均布的管道51，各管道51內(nèi)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(nèi)，并從管道51的末端排出，在該管道51內(nèi)軸向布置有若干管內(nèi)混合器52；上述管道51和管內(nèi)混合器52形成了外圍旋流裝置5；中心空氣通道42內(nèi)設(shè)置有中心旋流裝置6。

本實施例中，中心燃料途經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)管道51內(nèi)的管內(nèi)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(yù)混降低排放；外圍通道的多管預(yù)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(yù)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(nèi)混合器52的應(yīng)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(nèi)混合器52采用多個扭轉(zhuǎn)葉片521，該扭轉(zhuǎn)葉片521的扭轉(zhuǎn)角度為0-180°，該扭轉(zhuǎn)葉片521所適用的管道51的直徑為15-150mm，在安裝時，可以根據(jù)實際情況，選擇將相鄰扭轉(zhuǎn)葉片521按其扭轉(zhuǎn)方向正反交錯布置(如圖4所示)，或者按扭轉(zhuǎn)方向一致布置形成平滑連貫的旋轉(zhuǎn)曲面。采用扭轉(zhuǎn)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(shè)置有預(yù)混腔7，以將從中心燃料噴射孔221噴出的燃料與經(jīng)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(yù)混腔相對于管道51出口向內(nèi)凹，該預(yù)混腔7包括設(shè)置在中心燃料噴嘴22徑向外側(cè)的第一分隔板71，和設(shè)置在該第一分隔板71徑向外側(cè)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(yù)混腔空間區(qū)域。

上述第一分隔板71的內(nèi)壁和中心燃料噴嘴22的外壁之間設(shè)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(nèi)側(cè)、徑向朝外側(cè)、周向朝下游或幾者結(jié)合，可根據(jù)實際情況對其進行合理設(shè)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(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)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(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書的范圍當(dāng)中。