CN103119370B - 用于将乳状液喷射到火焰中的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将第一流体和第二流体的乳状液喷射到燃烧器（1）的火焰中的设备，其中所述设备包括：沿着纵向中心轴线从上游端延伸至下游端的中心气体管道（6）；与所述气体管道（6）同轴地设置的外部气体通道（57）；同轴地设置在所述气体管道（6）与所述外部气体通道（57）之间从而形成下游收缩环形流体通道的流体通道（54）；中心气体管道（6）和流体通道（54）通过第一截头圆锥形壁（60）分隔，第一截头圆锥形壁（60）在其下游端终止于环形内唇缘（50）；流体通道（54）和外部气体通道（57）通过第二截头圆锥形壁（61）分隔，第二截头圆锥形壁（61）在其下游端终止于环形外唇缘（53）；所述设备围绕热源（5）同中心地安装，热源（5）通过气体管道（6）提供引导到燃烧器（1）的火焰（7）中的高温气体（32）；混合装置（47），该混合装置（47）用于形成第一流体和第二流体的乳状液、用于使乳状液出流到收缩的环形流体通道（54）中、并且用于将乳状液从环形流体通道（54）喷射到火焰（7）中。根据本发明，减少了源于主火焰的燃烧的NOx排放。

Description

用于将乳状液喷射到火焰中的方法和设备

技术领域

本发明涉及优选用在燃气涡轮发动机中的、用于将乳状液喷射到火焰中的方法和设备，并且更具体地，本发明涉及一种适合于使发动机贫油部分预混(LPP)燃烧过程和发动机衰减(turndown)需求稳定的燃烧器，并且本发明还涉及一种使用例如为导引燃烧室的热源来提供燃烧产物(基团和热量)以使主贫油部分预混燃烧过程稳定的燃烧器。特别地，本发明针对在燃烧过程中将流体的乳状液喷射到主火焰中的喷嘴设备和方法。

背景技术

燃气涡轮发动机被用在包括发电、军用和商用航空、管道运输以及海运在内的各种应用中。在以LPP模式工作的燃气涡轮发动机中，燃料和空气被提供至燃烧室，在燃烧室，燃料和空气混合并且通过火焰点燃，由此开始燃烧。除热效率以及燃料和空气的适当混合之外，与燃气涡轮发动机中的燃烧过程相关联的主要问题与火焰稳定、脉动和噪声消除、以及污染排放物的控制有关，尤其是与氮氧化物(NOx)、CO、UHC、烟和颗粒排放物的控制有关。

在以LPP模式工作的工业燃气涡轮发动机中，通过添加比燃烧过程本身所需要的空气更多的空气来降低火焰温度。没有发生反应的过量空气在燃烧期间必定被加热，因而燃烧过程的火焰温度从大约2300K降低到1800K甚至更低(低于化学计量点)。火焰温度的这种降低是需要的以便显著地减少NOx排放。表现为最成功地减少NOx排放的方法是使燃烧过程贫油，使得火焰的温度降低到低于使双原子的氮气和氧气(N2和O2)游离并且重组成NO和NO2的温度。旋流稳定的燃烧流通常用在工业燃气涡轮发动机中以如上所述通过形成绕中心线的逆流(旋流引起的回流区)并且由此逆流将热量和自由基返回到进入的未燃烧的燃料和空气的混合物中来使燃烧稳定。需要由之前发生反应的燃料和空气产生的热量和自由基以引发(使燃料热解并引发链支化过程)并且维持新鲜的未反应的燃料和空气混合物的稳定的燃烧过程。燃气涡轮发动机中的稳定的燃烧需要产生燃烧产物并且将燃烧产物输送回上游以引发燃烧过程的循环燃烧过程。火焰前缘稳定在旋流引起的回流区的剪切层中。在剪切层内，“空气/燃料混合物的局部湍流火焰速率”必须要大于“局部空气/燃料混合物速率”，从而使火焰前缘/燃烧过程能够得以稳定。

文献WO 2009121777 A1公开了一种用于燃气轮机燃烧室的贫油-富油部分预混低排放燃烧器，所述燃烧器提供稳定的点燃和燃烧过程。所述燃烧器根据以下原理工作：将来自导引燃烧室排气装置的热量和高浓度自由基“供给”至在贫油预混空气/燃料旋流中燃烧的主火焰，由此维持主贫油预混火焰的快速且稳定的燃烧。导引燃烧室直接地向主旋流引起的回流区的前驻点和剪切层提供热量和补充高浓度的自由基，主贫油预混流与由导引燃烧室提供的高温气体燃烧产物在此混合。这允许主预混空气/燃料旋流燃烧的更贫油的混合和更低的温度，否则这将不能在燃烧器的工作状态期间自我保持在旋流稳定的回流中。所述文献的全部内容通过参引并入本文。如在该参考文献中公开的，现有技术示出设置成以气体燃料作为燃料的燃烧器。

为了减少出自所述类型的燃烧器中的主火焰的燃烧的NOx排放，提出将液体燃料和水的乳状液喷射到主火焰的上游端中，从而降低主火焰的温度。为了所述目的，需要乳状液喷射系统。所述乳状液可借助于常规的喷嘴来喷射。根据现有技术的用于相似目的的喷嘴的实例大体在US 7568345、US6021635和US4600151中有描述。

在此参照附图来描述背景技术的技术。图1示出了现有技术的环形喷嘴的上半部分的截面图。在图中，附图标记1表示喷嘴101的对称轴线102。高温气体103沿着喷嘴的中央流向下游，同时内部空气104从高温气体103的出口105外侧掠过。所述内部空气在沿着喷嘴1的第一圆筒形壳体108的向外弯曲的壁107离开喷嘴之前经过旋流器106。在圆筒形壳体108内，液体109或两种流体的乳状液向下游流动到基本上平行于中心轴线102的第一环形通道110中并且在环形孔口111处离开喷嘴。第一圆筒形壳体的第一环形唇缘部分108a和第二环形唇缘部分108b被所述环形通道110分隔开。终止于第二唇缘的第二外部壳体112围绕第一壳体108同中心地设置。第二环形通道113形成在所述第一壳体108和所述第二壳体112之间。通过所述第二通道113，外部空气114的流在下游方向上流动并且外部空气114在于第二通道的口116处平行于中心轴线排出之前经过第二旋流器115。根据该现有技术，内部空气104散布成发散射流。内部空气将从孔口111出来的液体或乳状液109向外吹动，使得所述液体或乳状液遇到从口116出来的外部空气114的射流。随后，外部空气的射流将液体/乳状液分裂成液滴并且将其分布到射流中。

通过现有技术的喷嘴的所述结构，下述发展过程是有根据的：

在第一环形唇缘部分108a和第二环形唇缘部分108b的内表面上，在由位置A和B指示的位置处：空气流(内部空气)将偏离喷嘴主体即第一壳体的表面，从而任由炭沉积。其部分原因在于：

·燃料在其上流动的接触表面被燃料冷却(在第一环形通道110内)。由于离心力形成燃料膜。因为对于燃气涡轮发动机工作的压力而言为350℃的预热空气加热喷射器的所述表面和全部金属部件，因此这些部分通常具有相等的温度，一般高于350℃。因为燃料在“正常的”日温下处于低温，刚刚高于15℃，因此所述具有高热容量的“低温”燃料“冷却”所述表面。A和B处的表面因此变冷。从而允许炭在这些表面上生长，同时所述冷却限制了允许热解以使炭脱落的能力。

·在所述位置A和B处的最初的炭生长将引起附加的空气流动分离并且在A和B处的壁上提供对更多的碳生长而言化学上理想的表面。

·炭生长在最初形成之后非常快地加速。

燃料膜(或乳状液膜)部分地不是由切向速度分量产生。因此：

·液体的雾化始于第一环形通道110内，在射出液体的部位已经开始。

·液体/乳状液膜的切向一致性由形成在两个同心的环形唇缘部分108a和108b之间的环形孔口111处的间隙的喷嘴制造公差决定，其中所述唇缘部分具有比所述环形孔口112的宽度大得多的直径。

由于上述原因，膜不具有均匀的厚度。

此外：

·离心力、表面张力或辐射直径的减小(由于角动量的保持导致的旋流的增大)是用于实现膜厚度的统一的方法，

·因为膜已经由于积炭生长而变得与内壁分离，外部空气114没有攻击燃料膜。

·不存在用于通过内部或外部的空气流来使膜变得均匀伸展的空间。

·需要内部空气旋流器106的高旋流角以试图使内部空气104保持附着到第一内唇缘部分108a和第二内唇缘部分108b的壁上。(当假设空气没有完全地与唇缘的壁分离并且假设存在膜时)高的内部旋流角造成了低内部空气旋流器流量系数并且使空气速度和作用在燃料膜上的剪切力减小。根据在上述情况下观测到的积炭，内部空气的分离极有可能是由于上述原因。

发明内容

本发明针对一种用于将至少第一流体和第二流体的乳状液喷射到燃烧器的火焰中的设备。这种设备和方法例如能够用在燃烧器中以降低燃烧器的燃烧过程中的主火焰温度，从而减少出自燃烧器的排气中的NOx排放物。

根据本发明的某些方面，在此提出一种用于将第一流体和第二流体的乳状液喷射到燃烧器的火焰中的设备。所述设备包括：

-中心气体管道，所述中心气体管道沿着所述设备的纵向中心轴线从上游端延伸至下游端，

-外部气体通道，所述外部气体通道与所述中心气体管道同轴地设置，

-流体通道，所述流体通道同轴地设置在所述中心气体管道与所述外部气体通道之间，所述流体通道形成有位于下游的收缩的环形流体通道部分，

-所述中心气体管道和所述流体通道通过第一截头圆锥形壁分隔，所述第一截头圆锥形壁在其下游端终止于环形内唇缘，

-所述流体通道和所述外部气体通道通过第二截头圆锥形壁分隔，所述第二截头圆锥形壁在其下游端终止于环形外唇缘，

-所述设备围绕热源同中心地安装，所述热源通过所述中心气体管道提供引导到所述燃烧器的火焰中的高温气体，

-混合装置，所述混合装置用于形成所述第一流体和所述第二流体的所述乳状液、用于使所述乳状液出流到所述收缩的环形流体通道部分中、并且用于将所述乳状液从所述收缩的环形流体通道部分喷射到所述火焰中。

根据本发明的某些方面，在此还提出一种用于将第一流体和第二流体的乳状液喷射到燃烧器的火焰中的方法，其中，所述燃烧器具有：

-中心气体管道，所述中心气体管道沿着所述燃烧器的喷嘴设备的纵向中心轴线从上游端延伸至下游端，

-外部气体通道，所述外部气体通道与所述中心气体管道同轴地设置，

-流体通道，所述流体通道同轴地设置在所述中心气体管道与所述外部气体通道之间，所述流体通道形成有位于下游的收缩的环形流体通道部分，

-所述中心气体管道和所述流体通道通过第一截头圆锥形壁分隔，所述第一截头圆锥形壁在其下游端终止于环形内唇缘，

-所述流体通道和所述外部气体通道通过第二截头圆锥形壁分隔，所述第二截头圆锥形壁在其下游端终止于环形外唇缘，

-所述喷嘴设备围绕热源同中心地安装，所述热源通过所述中心气体管道提供引导到所述燃烧器的火焰中的高温气体，

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-将所述第一流体和所述第二流体的混合物引入到所述流体通道中，

-使所述第一流体和所述第二流体的所述混合物产生旋流，

-在所述第一流体和所述第二流体的所述旋流遇到会聚的所述第二截头圆锥形壁时，使所述旋流的半径减小，由此沿着所述第二截头圆锥形壁形成乳状液膜，

-使打旋的内部空气的流沿着沿所述第二截头圆锥形壁的内侧流动的所述乳状液膜的内侧掠过，

-使打旋的外部空气的流在所述乳状液膜离开所述环形外唇缘时从所述外部气体通道沿着所述乳状液膜的外侧掠过，

-在所述内部空气和所述外部空气于所述外唇缘的下游处遇到所述乳状液膜的位置，通过所述内部空气和所述外部空气使所述乳状液膜分裂。

本发明的其他方面体现在如下内容。

所述第二截头圆锥形壁在所述混合装置的进入到所述收缩的环形流体通道部分的出口的位置处具有内半径R4并且在所述第二截头圆锥形壁的所述环形外唇缘处具有内半径R3；所述第一截头圆锥形壁具有半径为R2的最窄开口，并且，所述收缩的环形流体通道部分具有在朝向下游的方向上从半径R4减小到半径R3的减小的半径，其中半径R3应为不大于1.1×R2的值。

差值R3-R2在机械公差允许的情况下尽可能小，使得形成从所述环形内唇缘到所述环形外唇缘的变宽的台阶部。

所述环形内唇缘与所述环形外唇缘之间的间隙应当足够大，使得燃料/水的乳状液不受挤压通过所述间隙，由此所述间隙的厚度应当大于所述燃料/水的乳状液形成的乳状液膜的厚度。

所述第二截头圆锥形壁的所述环形外唇缘具有基本上沿轴向方向延伸的、长度为L的圆筒形部分，其中所述长度L应当尽可能长、但是不长于0.1×R3。

所述第二截头圆锥形壁的内表面具有邻接所述长度为L的圆筒形部分的过渡段，其中所述过渡段的表面在纵向横截面中是弯曲的并且具有平滑的曲线。

所述设备还包括内部空气通道，所述内部空气通道设置在所述第一截头圆锥形壁与用于来自所述热源的所述高温气体的所述中心气体管道之间，并且在所述内部空气通道中设置有用于所述内部空气的第一旋流器，并且，所述第一旋流器在处于所述环形内唇缘的上游的位置处安装在所述第一截头圆锥形壁内并且由所述第一截头圆锥形壁环绕，所述第一截头圆锥形壁在所述位置处的半径为R1，并且R1大于R2。

所述外部气体通道设置有第二旋流器，所述第二旋流器用于提供刮除空气的涡旋流动，所述刮除空气用于在所述乳状液形成的乳状液膜离开所述环形外唇缘的外缘时使所述乳状液膜分裂。

为了实现本发明的设备和方法的相较于现有技术改善的性能，对喷嘴的结构设计和实现上述结果的步骤进行概述，如在具体实施方式部分中所描述的。喷嘴的结构设计成改进乳状液中流体的液滴的雾化，以便实现平坦且均匀的乳状液膜同时避免任何流体在喷嘴设备的壁上的炭化。

根据通过本发明的所述方面提供的设备，促进了燃料膜解体成联结物并且最终解体成液滴喷雾的解体过程的进程。对要形成的燃料膜而言必要的是，将燃料的旋流(乳状液)喷射到唇缘上、减小喷射器直径以增强旋流(其原因在于角动量的保持)并且允许内部空气在邻近燃料膜的壁的表面处攻击燃料膜。这又将决定最终期望的膜厚度，该膜厚度可表现为与雾化的燃料液滴的SMD(索特平均直径)成正比并且允许内部空气(从空气扰动)引进振荡，所述振荡因此造成所述期望的燃料膜解体。

附图说明

图1以简化的截面图示出了现有技术的用于将液体喷射至燃烧器的火焰的喷嘴设备的实例，该截面图示意地示出了穿过喷嘴的燃料入口通道的平面的截面图。

图2示意地示出了上半部分燃料分配器的一个实施方式的截面图，所述燃料分配器用于将溶解且雾化的两种流体的乳状液分配到火焰的上游端。

图3示意地示出了燃烧器的截面图，其中使用了根据本发明的某些方面的喷射喷嘴设备。

图4以穿过燃料入口通道的平面的截面图示出了根据本发明的一个方面的喷射喷嘴设备的实施方式的下游部分的三维图。

图5a和5b更详细地示出了在混合装置的一个实施方式中的乳状液膜的形成。

图6示出了根据本发明的气喷净法原理的多个方面和设计的细节。

具体实施方式

在下文中将参照附图更详细地描述多个实施方式。

关于本发明的实施方式提到的流体以液体燃料作为第一流体和水作为第二流体为例。

在图2中描述根据本发明某些方面的喷射喷嘴设备的使用气喷净法的燃料分配器40的一个实例的结构的一个实施方式。该图仅为示意性的并且仅示出了沿着通过形成为环形的燃料分配器40的在中心线之上的一个半部的中心线的竖直平面的截面图。燃料分配器40具有用于提供液体燃料的外部流体通道42和用于提供例如为水的第二流体的内部流体通道43。通过使用所述通道将水和液体燃料提供给混合器41以形成液体燃料和水的乳状液。在图中，外部的流体通道43在截平面中是可见的，在该截平面中可进一步地认出混合器41的第一凹腔44。所述第一凹腔44从内部流体通道43接收水。将液体燃料提供给外部燃料通道42以将其传输至混合器41并进入到用于接收所述液体燃料的环形的第二凹腔47中。所述第二凹腔47借助于周向壁与第一凹腔44分隔开。在图中示出的其他的构件的附图标记在下文中提到。

图3示出LPP燃烧器的实施方式，其中介绍根据本发明的某些方面的喷射喷嘴设备的使用气喷净法的燃料分配器40。所述燃料分配器40被示出为一般模式的燃料分配器并且能够以优选的方式内部结构化。

燃烧器1根据下述原理工作，即，将热量和高浓度的自由基从由示例性的导引燃烧室5的排气装置6标示的热源“提供”至在贫油预混空气/燃料旋流中燃烧的主火焰7，所述空气/燃料旋流出自于第一贫油预混通道10的第一出口8以及在示出的实施方式中第二贫油预混通道11的第二出口9，由此维持主贫油预混火焰7的快速稳定的燃烧。所述第一贫油预混通道10由多烧嘴的壁4a和4b形成并且形成在壁4a和4b之间形成。第二贫油预混通道11由多烧嘴的壁4b和4c形成并且形成在壁4b和4c之间。多烧嘴的最外侧的旋转对称的壁4c设置有延展部4c1以提供多烧嘴配置的最佳长度。第一贫油预混通道10和第二贫油预混通道11设置有形成旋流器3的旋流器翼部，以使通过通道的空气/燃料混合物旋转。由导引燃烧室代表的热源将高温气体提供给主火焰。因此，排气装置6在此代表气体管道，其在下文中被称为气体管道6。高温气体由32表示。

在第一通道10和第二通道11的入口13处将空气12提供给所述第一和第二通道。根据示出的实施方式，旋流器3位于靠近第一和第二通道的入口13的位置。此外，通过导管15将燃料14引入到空气/燃料旋流中，其中所述导管设置有位于在旋流器3的翼部之间的空气12的入口13处的扩散孔15a，由此，将燃料通过所述孔作为喷雾分配到空气流中并且有效地与空气流混合。附加的燃料能够通过通入第一通道10中的第二导管16添加。

当贫油预混空气/燃料流燃烧时，生成主火焰7。火焰7形成为围绕主回流区20的圆锥形的旋转对称的剪切层18。火焰7被封围在最外侧的烧嘴——在该实例中为烧嘴4c——的延展部4c1内侧。

在此由导引燃烧室5代表的热源直接地对由主旋流引起的回流区20的前驻点P和剪切层18提供热量和补充高浓度的自由基，主贫油预混流在此与由导引燃烧室5提供的高温气体燃烧产物混合。回流的气体由31表示并且导引火焰由附图标记35表示。

导引燃烧室5设置有壁21，所述壁封围用于导引燃烧区22的燃烧空间。通过燃料通道23和空气通道24将空气提供给燃烧空间。在导引燃烧室5的壁21周围设有分配板25，所述分配板在其表面上设置有孔。所述分配板25与所述壁21隔开一定距离从而形成冷却空间层25a。冷却空气26通过冷却入口27进入并且接触所述分配板25的外侧，就此将冷却空气26遍布于导引燃烧室的壁21以有效地冷却所述壁21。现在被加热到高达1000K的冷却空气26在所述冷却之后通过第二旋流器28放出，所述第二旋流器安置在围绕导引燃烧室5的导引烧嘴29处。为了清楚，在此应当注意的是，缩短的术语“导引装置”用于整个导引燃烧室配置。因此，应当理解的是，“导引装置”包括导引燃烧室5、冷却通道25a、分配板25、导引烧嘴29、用于给导引燃烧室提供燃料和空气的入口通道23、24和容纳导引燃烧室配置的所述构件的导引壳体5a。因此，能够通过使用参考标记5a来指代导引装置整体。

在上述类型的燃烧器中，能够将液体燃料提供给主火焰7。这通过引入燃料分配器40来提供，所述燃料分配器包围导引装置5a的下游部分，或用另一种方式表的，所述燃料分配器在导引燃烧室5的出口6处包围所述导引燃烧室的壳体5a。在燃料分配器40外侧并围绕燃料分配器40的是第一贫油预混通道10的内壁10a。

从图4中能够理解的是，在燃料分配器40的环形内唇缘50和环形外唇缘53之间的环形的燃料分配器通道54——也被称为“流体通道”54——就安置在导引冷却空气通道25a(图2)外侧。通道25a中的所述导引冷却空气25b在沿着导引燃烧室5的壳体经过之后已加热至大约1000K。因此，导引冷却空气25b掠过燃料分配器环形通道54的出口并且将燃料/水的乳状液流56a朝向燃料分配器40的形成为环形的外唇缘53的内表面的倒圆的端部55推动。

来自导引冷却空气25b的压力推动燃料/水的乳状液流56a以沿着所述外唇缘53的壁形成燃料/水的乳状液膜56b。从图5a和5b中能够更容易地理解对用于形成所述燃料-水的乳状液膜56b的原理的描述，其中通过在通过燃料分配器40的对称轴线的竖直平面中的截面图来示意地示出燃料分配器的大部分下游部分。另一个通道、也就是在下文中称作“刮除空气通道57”(“刮除空气”因与汽车雨刷的相似性而得名)或称作外部气体通道57的空气通道57设置为在燃料分配器40和用于将空气提供给主火焰7的第一空气通道10的邻近内壁10a之间的环形空间，其中从入口将空气提供给所述空气通道。所述刮除空气57与内部空气一起擦掉越过燃料分配器的外唇缘53的边缘的燃料/水的乳状液膜56b。两个流体流(刮除空气流57和燃料/水的乳状液膜56b)相遇并且燃料膜在所述两个流体流之间被挤压。通过使用刮除空气流57和内部空气25a，乳状液膜56b有效地从膜分裂成联结物和细小的液滴，其中将该液滴大小的水和燃料分别雾化成很小且几乎相等尺寸的液滴。当用在图3的示例性的燃烧器中时，通过刮除空气57和导引冷却空气25b将雾化的液体燃料和水输送到主火焰7的靠近前驻点P的下游端部中。刮除空气的目的是将雾化的液体乳状液置于主回流区的剪切层中。以所述方式，可将火焰的温度降低到大约1600K。

参照图6，更详细地讨论相对于现有技术根据本发明多个方面的喷射喷嘴设备的原理、优点和改进。在图6中示意地示出根据本发明的喷嘴设备的大部分下游部分，其中所述部分对应于上述燃料分配器40的同样命名的部分的对应部分。

在根据本发明的喷嘴设备中，一些情况可占优势。因此，旋转膜半径，也就是围绕所述至少两种流体的混合物的通道(在前面的实施方式中称作燃料分配器通道54)的第二截头圆锥形壁61(其中第二截头圆锥形壁是第二环形唇缘53的内表面)的外半径应当是从宽的半径R4减小到窄的半径R3。所述窄的半径R3几乎减小到内半径R2的水平，所述内半径R2是第一截头圆锥形壁60(其中第一截头圆锥形壁是第一环形唇缘50的内表面)的最窄开口的半径。因此，R3应稍微大于R2以实现在环形内唇缘50的出口处的向前的台阶部。优选地，半径R3不应大于1.1×R2。然而，距离R3-R2能够是非常小的并且设置在从R2到R3的可能的机械公差之内，使得形成向前的台阶部(在流动的方向上)。在第一环形唇缘50和第二环形唇缘53之间的间隙应为足够大的，以使得燃料/水的乳状液在通过间隙时没有被挤压。在所述间隙的出口处，旋流的燃料/水的乳状液形成膜，因此间隙厚度应当大于燃料/水的乳状液膜56b的厚度。过渡段53b应具有平滑的半径，以使得液态的燃料/水的乳状液没有与壁61分离。以所述方式，降低了乳状液的切向速度，这提供了更均匀且平滑的乳状液膜分布。

所述设备还包括内部空气通道25a，所述内部空气通道设置在用于出自热源的所述高温气体的所述气体管道和所述第一截头圆锥形壁60之间。在所述内部空气通道25a中安装用于所述内部空气的第一旋流器28。所述第一旋流器28在所述环形内唇缘50的上游的一位置处安装在所述第一截头圆锥形壁60内并且由所述第一截头圆锥形壁60环绕，截头圆锥形壁60在该位置的半径为R1，并且R1大于R2(图6)。在上述燃烧器的实例中，所述内部空气通道25a对应于提供冷却空气25b来冷却导引燃烧室的通道，该通道在所述实例中履行将高温气体提供给燃烧器的主火焰的提供者的角色。

借助于将R1设置成大于R2实现的流道面积的减小引起内部空气的流动速度加速，由此形成缓和的压力下降，这样防止空气流与相邻的截头圆锥形壁60、61分离并防止在环形外唇缘53的壁上形成积炭。

所述第二截头圆锥形壁61的环形外唇缘53具有长度为L的圆筒形的部分，所述圆筒形的部分基本上沿轴向方向延伸。长度L应当是需要多长就为多长，然而优选地不长于0.1×R3。

外部气体通道设置有第二旋流器，所述第二旋流器用于提供刮除气体的涡旋流动，所述刮除气体用于在乳状液膜56b离开第二截头圆锥形壁的外唇缘时分裂所述乳状液膜。所述外部通道对应于燃烧器的上述实例中的刮除空气57的通道。

环形外唇缘53的所述部分的长度L对沿环形外唇缘的内表面的乳状液膜56b的必要加速而言以及对从旋流的内部空气到乳状液膜的能量传递而言是很重要的。通过所提供的“长度为L”的部分，乳状液膜受到内部空气的流动的“攻击”，同时仍保持不离开沿着第二截头圆锥形壁61的内表面的膜形成表面。内部空气对乳状液膜56b的所述攻击在乳状液膜中产生高频(HF)振荡和剪切作用，并且所产生的振荡使得：

·决定被组合的内部空气和刮除空气分裂的乳状液膜的喷雾特性和平均液滴尺寸。

·在没有膨胀的情况下，实现内部空气的高速度，因此乳状液膜和内部空气之间的剪切力是最大的。

此外，上述环形外唇缘的结构设置的特征还在于允许刮除空气从刮除空气通道沿着环形外唇缘的外表面以尽可能地接近乳状液膜56b离开环形外唇缘的位置的方式流出。为了确保上述内容发生，环形外唇缘的内表面的位于长度为L的圆筒形部分下游的最外侧部分应当成形为尖锐的边缘。所述最外侧部分能够关于中心轴线向外倾斜一定角度并且在所述情况下是尽可能短的且还要是直的或弯曲的。原因在于下述设计规则：

·大大地限制了积炭在喷射装置的壁上生长的位置。

·乳状液膜夹在高速内部空气和刮除空气流之间。

·允许乳状液膜中的波振荡的振幅增长，因为乳状液膜是挤压在所述两个空气流之间的，并且乳状液膜没有受膜形成表面支承。

内部空气旋流器28应优选地位于尽可能大的直径上，以确保旋流强度和流量系数。这在上文中通过R1应大于R2的说明证实。

Claims (9)

1.一种用于将第一流体和第二流体的乳状液喷射到燃烧器(1)的火焰中的设备，其特征在于，所述设备包括：

-中心气体管道(6)，所述中心气体管道(6)沿着所述设备的纵向中心轴线从上游端延伸至下游端，

-外部气体通道(57)，所述外部气体通道与所述中心气体管道(6)同轴地设置，

-流体通道(54)，所述流体通道同轴地设置在所述中心气体管道(6)与所述外部气体通道(57)之间，所述流体通道形成有位于下游的收缩的环形流体通道部分，

-所述中心气体管道(6)和所述流体通道(54)通过第一截头圆锥形壁(60)分隔，所述第一截头圆锥形壁(60)在其下游端终止于环形内唇缘(50)，

-所述流体通道(54)和所述外部气体通道(57)通过第二截头圆锥形壁(61)分隔，所述第二截头圆锥形壁(61)在其下游端终止于环形外唇缘(53)，

-所述设备围绕热源(5)同中心地安装，所述热源(5)通过所述中心气体管道(6)提供引导到所述燃烧器(1)的火焰(7)中的高温气体(32)，

-混合装置(47)，所述混合装置(47)用于形成所述第一流体和所述第二流体的所述乳状液、用于使所述乳状液出流到所述收缩的环形流体通道部分中、并且用于将所述乳状液从所述收缩的环形流体通道部分喷射到所述火焰(7)中。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二截头圆锥形壁(61)在所述混合装置(47)的进入到所述收缩的环形流体通道部分的出口的位置处具有内半径R4并且在所述第二截头圆锥形壁(61)的所述环形外唇缘(53)处具有内半径R3；所述第一截头圆锥形壁(60)具有半径为R2的最窄开口，并且，所述收缩的环形流体通道部分具有在朝向下游的方向上从半径R4减小到半径R3的减小的半径，其中半径R3应为不大于1.1×R2的值。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，差值R3-R2在机械公差允许的情况下尽可能小，使得形成从所述环形内唇缘(50)到所述环形外唇缘(53)的变宽的台阶部。

4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述环形内唇缘(50)与所述环形外唇缘(53)之间的间隙应当足够大，使得燃料/水的乳状液不受挤压通过所述间隙，由此所述间隙的厚度应当大于所述燃料/水的乳状液形成的乳状液膜(56b)的厚度。

5.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第二截头圆锥形壁(61)的所述环形外唇缘(53)具有基本上沿轴向方向延伸的、长度为L的圆筒形部分(53a)，其中所述长度L应当尽可能长、但是不长于0.1×R3。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第二截头圆锥形壁(53)的内表面具有邻接所述长度为L的圆筒形部分(53a)的过渡段(53b)，其中所述过渡段(53b)的表面在纵向横截面中是弯曲的并且具有平滑的曲线。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述设备还包括内部空气通道(25a)，所述内部空气通道(25a)设置在所述第一截头圆锥形壁(60)与用于来自所述热源(5)的所述高温气体(32)的所述中心气体管道(6)之间，并且在所述内部空气通道(25a)中设置有用于所述内部空气(25b)的第一旋流器(28)，并且，所述第一旋流器(28)在处于所述环形内唇缘(50)的上游的位置处安装在所述第一截头圆锥形壁(60)内并且由所述第一截头圆锥形壁(60)环绕，所述第一截头圆锥形壁(60)在所述位置处的半径为R1，并且R1大于R2。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述外部气体通道(57)设置有第二旋流器(58)，所述第二旋流器(58)用于提供刮除空气的涡旋流动，所述刮除空气用于在所述乳状液形成的乳状液膜(56b)离开所述环形外唇缘(53)的外缘时使所述乳状液膜(56b)分裂。

9.一种用于将第一流体和第二流体的乳状液喷射到燃烧器(1)的火焰中的方法，其中，所述燃烧器(1)具有：

-中心气体管道(6)，所述中心气体管道(6)沿着所述燃烧器(1)的喷嘴设备的纵向中心轴线从上游端延伸至下游端，

-外部气体通道(57)，所述外部气体通道与所述中心气体管道(6)同轴地设置，

-流体通道(54)，所述流体通道同轴地设置在所述中心气体管道(6)与所述外部气体通道(57)之间，所述流体通道形成有位于下游的收缩的环形流体通道部分，

-所述中心气体管道(6)和所述流体通道(54)通过第一截头圆锥形壁(60)分隔，所述第一截头圆锥形壁(60)在其下游端终止于环形内唇缘(50)，

-所述流体通道(54)和所述外部气体通道(57)通过第二截头圆锥形壁(61)分隔，所述第二截头圆锥形壁(61)在其下游端终止于环形外唇缘(53)，

-所述喷嘴设备围绕热源(5)同中心地安装，所述热源(5)通过所述中心气体管道(6)提供引导到所述燃烧器(1)的火焰(7)中的高温气体(32)，

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-将所述第一流体和所述第二流体的混合物引入到所述流体通道(54)中，

-使所述第一流体和所述第二流体的所述混合物产生旋流，

-在所述第一流体和所述第二流体的所述旋流遇到会聚的所述第二截头圆锥形壁(61)时，使所述旋流的半径减小，由此沿着所述第二截头圆锥形壁(61)形成乳状液膜(56b)，

-使打旋的内部空气(25b)的流沿着沿所述第二截头圆锥形壁(61)的内侧流动的所述乳状液膜(56b)的内侧掠过，

-使打旋的外部空气的流在所述乳状液膜(56b)离开所述环形外唇缘(53)时从所述外部气体通道(57)沿着所述乳状液膜(56b)的外侧掠过，

-在所述内部空气(25b)和所述外部空气(57)于所述外唇缘(53)的下游处遇到所述乳状液膜(56b)的位置，通过所述内部空气(25b)和所述外部空气(57)使所述乳状液膜(56b)分裂。