CN100458281C - 液体燃料的蒸发混合燃烧方式及其燃烧室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液体燃料的蒸发混合燃烧方式及其燃烧室。它解决了现有的燃烧技术造成的燃烧不充分，产生空气污染等问题，具有简便易行，能使液体型加热器和微型燃气轮机达到低排放的环保要求等优点，其方法为：(1)液体燃料首先在燃烧室的蒸发区内被加热蒸发或气态化，由一次空气送入燃烧室的混合区；(2)在燃烧室的混合区内，助燃空气形成的二次风与燃料充分混合，并且在混合区内接近自燃温度；(3)混合后的可燃混合气送入燃烧室的燃烧区，并在该燃烧区进行均相稀薄燃烧，燃烧后废气排出。
Description
技术领域
本发明属于燃烧技术领域，尤其涉及液体型加热器的液体燃料的蒸发混合燃烧方式及其燃烧室。
背景技术
目前，液体型加热器以及微型燃气轮机得到了汽车、动力及电力等有关行业的广泛关注。液体型加热器和微型燃气轮机的市场很具潜力，但其应用将取决于对其一系列关键技术的攻克和发展。首先需要发展低NOX排放燃烧技术以满足环保要求，这是目前一个薄弱的技术环节。从燃烧的现象上来看，加热器及微型燃气轮机的燃烧属于持续性燃烧，与内燃机、燃油锅炉等现有燃烧技术有很大差别。在液体燃料的传统燃烧技术中，燃料的蒸发混合过程和燃烧过程同时发生，燃烧前期阶段总是存有“液核”，伴随着燃料的蒸发，“液核”不断缩小直至最后小时。燃烧过程中由于边蒸发混合，边燃烧，经常出现局部高温，从而导致NOX排放较高。对于液体燃料的蒸发或“气体化”后的燃烧技术，目前的研究还比较少。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的燃烧技术造成的燃烧不充分，产生空气污染等问题，提供一种简便易行，能使液体型加热器和微型燃气轮机达到低排放的环保要求等优点的液体燃料的蒸发混合燃烧方式及其燃烧室。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种液体燃料的蒸发混合燃烧方式，它的方法为，
(1)液体燃料首先在燃烧室的蒸发区内被加热蒸发或气态化，由一次空气送入燃烧室的混合区；蒸发区还接受由燃烧区返回的热空气；
(2)在燃烧的混合区内，助燃空气形成的二次风与燃料充分混合，并且在混合区内接近自燃温度；助燃空气在燃烧室内形成涡流，涡流轴心线基本与燃烧室筒中心线重合，并有整体下行的趋势，涡流的中心形成低压区，以便为燃气向上逆流到蒸发区，同时也有燃气从中心区域不断吸入到涡流中，提高涡流区的温度；
(3)混合后的可燃混合气送入燃烧室的燃烧区，并在该燃烧区进行均相稀薄燃烧，燃烧后废气排出；可燃混合气通过设置在燃烧室燃烧区始段的突起缩口以及缩口板上设定的至少一个通气孔，形成沿混合区涡流中心向上的回流，并在缩口板出口下游突扩区形成强烈紊流，温度较高，燃料先期反应充分，在过量空气系数适宜的情况下，形成均相稀薄燃烧条件，从而控制NOx的排放。
一种液体燃料的蒸发混合燃烧方式用燃烧室，它包括燃烧室，所述燃烧室起始段为蒸发区，其上有若干个一次空气供应孔，在燃烧室的封闭端设有加热装置；与蒸发区相连的混合区，其对应燃烧室的侧壁上有若干个二次空气供应孔；在混合区后为燃烧区，燃烧区的入口处有缩口，它由至少一个缩口板形成，每个缩口板上带有至少一个通气孔。
所述蒸发区内的加热装置包括金属丝饼状盘，点火电热塞紧靠金属丝饼状盘安装。
本发明将液体燃料的燃烧室分隔成三个部分，即蒸发区、混合区和燃烧区，从而改变了传统液体燃料的蒸发混合过程和燃烧过程同时发生的情况，将燃烧过程分为多个阶段，即先将液体燃料蒸发或气化后再与助燃空气进行混合，并使之达到接近自燃的温度，最后再送入燃烧室进行充分的燃烧，解决了传统燃烧方式中有液核存在，造成燃烧过程不充分，产生的有害气体污染环境的问题。
本发明的有益效果是，燃烧充分，产生的废气少，尾气的排放完全达到环保要求，且燃烧方法合理，设备结构简单。
附图说明
图1为本发明燃烧室的结构示意图。
其中，1.金属丝饼状盘，2.一次空气供应孔，3.蒸发区，4.二次空气供应孔，5.混合区，6.通气孔，7.缩口板，8.燃烧区，9.燃烧室。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
图1中，将燃烧室9分为三个区域：蒸发区3、混合区5和燃烧区8。燃料在蒸发区3内实现气态化，它是由一次空气带入到蒸发区3内的，然后通过合理的二次风组织，使气态化的液体燃料在混合区5内充分混合，并且在混合区5内接近自燃温度，通过在混合区5和燃烧区8间设置缩口及其上的缩口板7和通气孔6，使燃料在燃烧区8内实现均相稀薄燃烧，从而控制Nox污染物的生成。
蒸发区3在燃烧室9封闭端附近，主要是燃料蒸发或气态化的区域。在燃烧室9封闭端设有一个耐高温(500℃)的金属丝压制成的金属丝饼状盘1，液体燃料如汽油先通过低压电磁泵被输送到金属丝饼状盘1内储存，点火电热塞紧靠金属丝饼状盘1布置，通电后，电热塞在几秒钟之内升温至白炽，此过程中电热塞周围饼内的汽油被加热蒸发，蒸发掉的汽油沿一次空气供应孔2向下的气流带走，进入混合区5；蒸发区3还接受燃烧后回流的热空气，进一步提高蒸发区3的温度，从而实现燃料的蒸发。
混合区5位于蒸发区3之下，在该区域对应的燃烧室9结构上的特点是壁面上设有多个二次空气供应孔4，助燃空气主要由此供入，通过小孔的作用，在燃烧室9内形成较强烈的涡流，主涡流轴心线基本与燃烧室筒中心线重合，并有整体下行的趋势，涡流的中心形成低压区，以便为燃气向上逆流到蒸发区3创造条件，同时也会有很多燃气从中心区域不断吸入到涡流中，提高涡流区的温度。涡流的作用使从蒸发区3被燃气带下来的气态化燃料与空气均匀掺混形成可燃混合气，该区域尚不能形成强烈燃烧现象，刚进入的助燃空气温度较低形成的可燃混合气需要一个进一步加热的过程。该区域的特点是，涡流强烈，温度不太高，混合气浓度适中，燃烧前期的物理化学过程准备充分，温度逐步上升接近自燃温度。
燃烧区8位于混合区5之下，可燃混合气经先期反应和加热作用温度升高而形成燃烧，是集中放热区。但过于集中的放热会形成高温，在过量空气系数大于1的实际情况下会促使大量的NOx有害排放产生，同时对燃烧室9结构材料也是一个严峻挑战，所以在燃烧室9燃烧区的始段附近设置一个突起缩口及其上的缩口板7，缩口板7上设定多个通气孔6，其作用一是强迫引导燃气形成一个沿混合区5涡流中心向上的回流，二是在缩口前后形成强扰动，进一步促进燃料与空气的均匀混合，特别是在缩口出口下游突扩区域，紊流强烈，温度较高，燃料先期反应充分，在过量空气系数适宜的情况下，形成了均相稀薄燃烧的条件，燃烧更完全，放热区域范围得以扩大，最高燃烧温度得以控制，从而控制NOx的排放。
Claims (2)
1.一种液体燃料的蒸发混合燃烧方式，其特征是：它的方法为，
(1)液体燃料首先在燃烧室的蒸发区内被加热蒸发或气态化，由一次空气送入燃烧室的混合区；蒸发区还接受由燃烧区返回的热空气；
(2)在燃烧室的混合区内，助燃空气形成的二次风与燃料充分混合，并且在混合区内接近自燃温度；助燃空气在燃烧室内形成涡流，涡流轴心线基本与燃烧室筒中心线重合，并有整体下行的趋势，涡流的中心形成低压区，以便燃气向上逆流到蒸发区，同时也有燃气从中心区域不断吸入到涡流中，提高涡流区的温度；
(3)混合后的可燃混合气送入燃烧室的燃烧区，并在该燃烧区进行均相稀薄燃烧，燃烧后废气排出；可燃混合气通过设置在燃烧室燃烧区始段的突起缩口以及缩口板上设定的至少一个通气孔，形成沿混合区涡流中心向上的回流，并在缩口板出口下游突扩区形成强烈紊流，温度较高，燃料先期反应充分，在过量空气系数适宜的情况下，形成均相稀薄燃烧条件，从而控制NOx的排放。
2.一种权利要求1所述的液体燃料的蒸发混合燃烧方式用燃烧室，它包括燃烧室(9)，其特征是：所述燃烧室(9)起始段为蒸发区(3)，蒸发区(3)上有若干个一次空气供应孔(2)，在燃烧室(9)的封闭端设有加热装置；与蒸发区(3)相连的混合区(5)，混合区(5)对应燃烧室(9)的侧壁上有若干个二次空气供应孔(4)；在混合区(5)后为燃烧区(8)，燃烧区(8)的入口处有缩口，它由至少一个缩口板(7)形成，每个缩口板(7)上带有至少一个通气孔(6)。
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